非碳基吸附剂脱除燃煤烟气中汞的研究

摘要

目前，烟道活性炭喷射技术是降低燃煤电厂烟气汞排放最通用的技术，但因为价格昂贵，喷射活性炭会显著增加运营成本，且喷射活性炭会增加电厂灰渣的含碳量，降低其品质及价格。因此，近年来以非碳基吸附剂代替活性炭脱汞已成为世界范围内研究的热点。
　　提出采用改性天然矿物吸附剂及Fe3O4-Ag纳米颗粒吸附剂脱除燃煤烟气中单质汞的思路，制备了多种具有高比表面积、大孔容积的非碳基吸附剂，并在模拟烟气条件下、中试流化床燃煤烟气条件下对其脱汞性能进行了研究，为进一步研究和控制燃煤汞污染物排放奠定了理论和实验基础。主要研究内容和结果如下:
　　选取了沸石、凹凸棒土、膨润土、γ-Al2O3、高岭土五种矿物材料用作脱汞吸附剂，通过金属卤化盐及金属氧化物改性，置于固定床模拟烟气实验台上进行脱汞实验。结果表明:Mn-沸石、Mn-凹凸棒土、Mn-膨润土、Co-膨润土和Mn-γ-Al2O3是脱汞性能较好的几种改性矿物吸附剂，反应时间段内平均脱汞效率分别达到85.6％、82.5％、87.9％、83.5％、81.6％;Mn-沸石、Mn-凹凸棒土、Mn-膨润土、Co-膨润土的最佳吸附温度为200℃，Mn-γ-Al2O3最佳吸附温度为300℃;改性高岭土的脱汞性能低于80‰且高岭土对温度变化较敏感，不宜作为脱汞吸附剂。
　　制备了Fe3O4-Ag纳米颗粒吸附剂，在固定床模拟烟气实验台上进行了脱汞实验。结果表明:包裹Ag之后的纳米颗粒形成了Fe3O4-Ag复合结构，对Hg0的吸附能力显著增强，脱汞效率可达到90％以上;包裹Ag的改性处理使得纳米颗粒的平均孔径、总孔容积翻倍，并使其比表面积增大，也有利于提高纳米颗粒对Hg0的吸附能力;同一份吸附剂重复吸附、脱附、再吸附，多次吸附的脱汞效率都可达到90％以上;Fe3O4-Ag纳米颗粒还具有良好的磁性，便于从飞灰中分离，因此该吸附剂具有优秀的再生及重复使用性能，在降低脱汞成本的应用上具有很好的前景。
　　自主搭建了具有完善污染物控制设备的0.3MWth流化床中试实验台，在固定床吸附实验结果的基础上，将改性非碳基吸附剂与商用活性炭喷射脱汞结果作比较，考察了在实际烟气条件下，非碳基吸附剂的脱汞性能。结果表明:在流化床中试实验条件下，改性矿物吸附剂的脱汞效率超过70％，优于普通商用活性炭的脱汞性能;改性矿物吸附剂对烟气中汞的吸附以化学吸附为主;当吸附温度在100℃-200℃内，随着温度升高，改性矿物吸附剂的喷射脱汞效率提高。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究的背景

1．2 燃煤电厂汞污染排放及危害

1．3 燃煤烟气汞污染控制方法研究现状

1．4 研究内容及技术路线

2．1 实验系统

2．2 实验方法

2．3 本章小结

第三章 改性天然矿物吸附剂脱汞实验

3．1 天然矿物吸附剂的表征与改性

3．2 改性沸石脱汞性能实验

3．3 改性凹凸棒土脱汞性能实验

3．4 改性膨润土脱汞性能实验

3．5 改性γ-Al2O3脱汞性能实验

3．6 改性高岭土脱汞性能实验

3．7 本章小结

第四章 磁性Fe3O4-Ag纳米颗粒吸附剂脱汞实验

4．1 磁性Fe3O4-Ag纳米颗粒吸附剂的制备与表征

4．2 载银对吸附剂对脱汞性能的影响

4．3 磁性Fe3O4-Ag纳米颗粒吸附剂再生性能分析

4．4 温度及烟气组分对吸附剂脱汞性能的影响

4．5 本章小结

第五章 0．3MWth中试实验系统吸附剂喷射脱汞实验

5．1 循环流化床中试实验系统

5．2 商用活性炭喷射脱汞性能实验

5．3 改性矿物吸附剂喷射脱汞性能实验

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 论文特色及创新点

6．3 工作展望

致谢

参考文献

作者简介