[发明专利]燃煤烟气汞污染物吸附剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃煤烟气汞污染物吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

汞污染是目前国内外倍受关注的环境问题之，而燃煤电厂汞的排放被普遍认为是最大的汞污染源。2000年12月，美国环保署EPA宣布开始控制燃煤电站锅炉烟气中汞的排放，并于2004年初提出燃煤电厂锅炉汞排放控制标准草案，2005年3月15日美国环保署颁布了汞排放控制标准(CAMR-Clean AirMercuryRule)，成为世界上首个针对燃煤电站汞排放实施限制标准的国家，将于2007年底前完全执行该标准。同时世界上其他发达国家(如加拿大、澳大利亚等)已经开始制定限制汞等重金属痕量元素排放的标准。

我国汞污染严重，一方面引起国际关注；另一方面国内环境汞污染危害日趋严重。而我国除对垃圾焚烧炉和与汞有关的化工生产过程出台相关的控制标准外，还没有制定针对燃煤过程汞排放的控制标准。但在不远的将来，在汞排放领域制定相应标准也必是大势所趋。近年来，随着我国金矿开采和能源消耗量的增加，导致向大气排放的汞污染物也随之增加。随着一些会产生汞污染工业的技术进步和环境管理的加强，燃煤汞排放的相对更为突出。我国煤炭中含有Hg、Cd、Pb、Cr和As等有害重金属，特别是汞的含量高，平均含量0.22mg/kg，燃煤汞污染是我国面临的又一重要环境问题。我国是世界上最大的燃煤国家，郝吉明等建立了我国各省的汞排放清单，根据两组原煤含汞量的估计，分别计算得到2000年全国燃煤排放到大气中的汞为162吨和220吨，计算表明，电力行业的汞排放量占全部燃煤排放的35％左右。更为重要得是，吴烨等对过去十年间中国燃煤汞排放趋势的研究结果表明，燃煤电厂的汞排放以6％的年平均增长率高速增长。大气汞污染的突出，对人类健康和环境有明显危害。汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤和消化道等不同途径侵入人体，造成神经性中毒和局部组织病变，而且汞毒性具有积累性，往往需几年或十几年才有表现，所以燃煤汞污染越来越受到重视。目前我国已经有了成熟的脱硫脱硝技术及装置，但还没有有效地控制汞的排放，也还没有一种比较成熟的烟气脱汞技术进行推广应用。同时，我国是一个发展中国家，经济能力有限，不可能花费巨资建造专门的脱汞设备来进行燃煤烟气脱汞。急需研究开发简单、经济、高效的汞污染物治理技术，其市场需求量极大。

迄今为止，对燃煤烟气汞排放进行控制，各国已经开发了多种方法，如煤的常规物理洗选技术、吸附剂喷射技术以及湿法洗涤技术等。煤的常规物理洗选技术是最简单而有效的方法之，但它的缺点是汞去除率低且过程会导致煤中挥发性物质的减少及煤热值的降低；湿法脱硫装置虽可以将烟气中80％～95％的Hg²⁺除去，但对于不溶于水的Hg⁰去除效果不显著，而燃煤烟气中汞主要以Hg⁰形式存在；吸附剂喷射技术是最有可能先实现商业化的一种方法，现阶段主要采用的吸附剂有飞灰、活性炭和钙基吸收剂，效果最好和研究最多的是活性炭吸收剂，但若要达到一定的汞脱除效率，需喷入大量活性炭，从而使成本大大增加，据美国能源部估计要控制90％的汞排放，脱除1磅(相当于0.4536kg)的汞需要25000～70000美元，其中60％～70％用于吸附剂消耗。

因此很多研究者致力于研究能够替代活性炭的低成本物质作为汞脱除的吸附剂或是想方设法提高活性炭的汞吸附能力。为此，各国都在开发各种新型、高效的燃煤烟气汞吸附剂，并已有多种燃煤烟气脱汞吸附剂的专利，如：Stock的美国专利US 1984164显示了含卤化物的活性炭从空气中脱除汞的优越性；Dreibelibis等的美国专利US3194629宣称浸碘-碘化钾的活性炭从室温大气中脱除汞的好处；授予Nippon Soda Co.LTD的日本专利JP4905390至JP49053594中报告了用各种金属卤化物盐浸渍的活性炭来脱汞的方法。然而，改性活性炭中浸渍的碘和碘化物等在适中的升温条件下会从吸附剂中脱除，因而限制了该类吸附剂的应用，同时各类改性活性炭的生产制造成本昂贵，生产工艺复杂，在基于喷射此种炭于有静电除尘器的电厂烟气中的脱汞技术极不经济，因为烟道喷射需要大量的吸附剂，而最终这些吸附剂随飞灰一起处理，既浪费了飞灰资源，也增加了成本，不适合我国国情。

因此目前燃煤电厂还没有一项成熟、可应用的脱汞技术，最接近应用的技术是烟气中喷入活性炭颗粒，直接采用活性炭吸附的方法脱汞，但该技术费用过高，同时活性炭在吸附过程中的机理性问题还远未搞清楚，其他脱汞技术还都处于实验室研究阶段。所以研究开发对汞具有吸附特异性、吸附能力强、价格低廉的吸附剂具有重要意义。