基于AAS的煤中汞测量方法优化研究

摘要

燃煤电厂Hg污染问题日益加剧，全球各国都制定了严格的控制标准来限定Hg的排放。目前大部分学者的研究集中在燃煤烟气 Hg的脱除技术这一方面，而对样品中Hg含量的分析技术研究较少。煤中的Hg含量对燃煤过程中Hg的排放有直接的影响，对煤样中Hg含量准确测量方法的研究对其脱除技术具有重要的指导意义。
　　本文以燃煤Hg排放监测技术为研究重点，针对原子吸收光谱（AAS）技术应用于离线和在线测定Hg含量方法中尚存在的一些问题，进行了探讨，提出了一些优化改进方案，期望能够推广AAS技术在痕量Hg离线和在线监测方面的发展和应用，获得准确可信的Hg含量数据，从而为燃煤电厂Hg的排放控制技术提供有效可靠的评估手段。
　　本文分析了烃类物质和SO2对AAS连续测量热解气中Hg含量结果的影响，发现热解气中SO2含量在50 ppm以内时，不会对Hg含量测量产生干扰。证明了NiO和Fe2O3组成的高温载氧体装置中添加生石灰的方法能够有效吸收烃类物质和 SO2，获得准确的测量结果。将该方法应用于煤样的程序升温热解中识别 Hg的赋存形态，发现 SJT烟煤中 Hg的释放出现两个峰，分别在200-400℃与400-600℃温度区间；而黄铁矿和伊利石2种矿物质的程序升温热解曲线没有出现明显的Hg释放峰，当热解温度达到1000℃时，仍然存在Hg的释放情况。
　　本文探讨了AAS离线分析Hg含量技术中，直接燃烧法预处理的温度对固体样品中Hg含量测定结果的影响。用直接测Hg仪测量了18个煤粉样和3个煤飞灰样在800℃和900℃两个燃烧温度下的Hg含量，发现煤样C2在800℃下的测量值比900℃低38.70％，超出了误差允许的范围。采用连续化学浸提、程序升温热解并结合XRD的方法来进一步探究造成不同预处理温度下测量值存在偏差的原因，并结合石英与蒙脱石两种纯矿物质的热解曲线，证明了煤样C2中蒙脱石与Hg结合的赋存形态在800℃的燃烧温度下不能完全释放，对样品中Hg含量的准确测量造成了影响。
　　运用HSC热化学软件模拟分析过渡周期的Sc、Ni、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Cd、Hf、Ta、Re、Os、Ir共15种金属元素催化还原气态Hg2+的效果，分析发现反应温度是主要的影响因素，反应压力的影响作用较小。Sc、Ni、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、Hf可用于催化管中催化还原气态Hg2+的最低温度均为300℃；Ru、Rh、Ta、Re、Os、Ir等6种元素需要在800℃以上的温度才能把Hg2+全部转化为Hg0。并结合Hydra-C测Hg仪催化管中相应物质的模拟结果，对Hg2+还原的机理进行了分析。

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1 绪论

1.1 煤的利用与环境污染

1.2 燃煤Hg排放现状及其危害

1.3 煤中Hg含量与赋存形态

1.4 煤中Hg的分析测定方法

1.5 本文的研究内容和研究方法

2 煤热解气中Hg连续测量技术及应用

2.1 引言

2.2 实验装置及实验方法

2.3 煤热解气中Hg连续测量的干扰因素

2.4 煤热解气中Hg连续测量的改进方法及应用

2.5 本章小结

3 煤中Hg赋存形态对Hg含量准确测量的影响

3.1 引言

3.2 实验装置与分析方法

3.3 固体样品中Hg含量的测量

3.4 煤中Hg的赋存形态与其完全释放的关联

3.5 本章小结

4 气态Hg催化还原研究

4.1 引言

4.2 研究方法

4.3 气态Hg催化还原模拟

4.4 Hydra-C催化管模拟研究

4.5 本章小结

5 全文总结及下一步工作建议

5.1 全文总结

5.2 论文的研究特色和主要创新点

5.3 下一步工作建议

致谢

参考文献

附录1 硕士期间发表的学术论文

附录2 硕士期间发表的专利

附录3 硕士期间所获荣誉及奖励

附录4 硕士期间参与的科研项目