[发明专利]一种生物质碳基脱汞吸附剂制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质碳基脱汞吸附剂制备装置及方法，具体说是一种基于固定床进行生物质热解、改性剂溶液浸渍与水蒸气活化的一体化脱汞吸附剂制备装置与方法，属于生物质资源综合利用与烟气脱汞技术领域。

背景技术

人为源大气汞排放主要来源于煤和含汞垃圾的燃烧、金属矿物冶炼以及涉汞生产行业(如电池、荧光灯等)。目前我国每年人为源大气汞排放量约为500~600吨，占全球人为源大气汞排放总量的25%左右，其中燃煤电站的烟气汞排放约占大气汞排放40%。燃煤电厂大气汞污染物具有集中排放和总量大的特点，因此，燃煤火电厂成为汞污染治理的首要阵地。煤燃烧过程中，在烟气冷却以及烟气组分与飞灰等共同作用下，煤中汞最终以单质汞(Hg⁰)、氧化态汞(Hg²⁺)和颗粒态汞(Hg^P)三种形态存在。氧化态汞极易溶于水，可通过湿法洗涤方法脱除，颗粒态汞也容易被除尘设备捕获，而气态单质汞(Hg⁰)具有很强的挥发性，难以被常规的大气污染控制设备捕获，进而进入大气并在环境中通过各种途径长期积累迁移，造成严重生态环境问题。

燃煤汞污染排放控制包括源头控制(选煤、洗煤)、燃烧改进和烟气净化(湿法洗涤、吸收剂喷射等)三大类。目前，吸附剂喷射与现有常规大气污染控制设备相结合的技术被认为是极具发展前景的燃煤烟气汞控制技术，而低成本、高效率的汞吸附剂的研发是该技术成功应用的关键之一。常用的脱汞吸附剂有碳基吸附剂(活性炭、活性炭纤维和生物质焦等)和非碳基吸附剂(飞灰、钙基、矿物类以及金属类等)。生物质具有储量丰富、来源广泛、低硫氮、高灰焦活性、零CO₂净排放等特性，因此，生物质基脱汞吸附剂制备及其汞吸附性能的研究受到了世界各国研究者普遍关注。专利CN 101220283B和CN 102226092A分别公开了基于立式和水平式工作原理的连续式生物质热解炭化装置，该炭化炉实现了连续投料、炭化与出炭，显著提高了生物质炭的生产效率，但是上述生物质炭直接脱汞的效率较低。为了提高生物质热解产物(生物质炭)的脱汞效率，专利CN101985099B和专利CN103252212A分别提出采用卤化铵盐浸渍以及采用热解、水蒸气活化和溶液浸渍改性相结合的方法，对生物质炭/生物质热解焦进行改性处理，结果表明，经改性后吸附剂的脱汞效率显著提高。但是，已有的技术均未涉及生物质脱汞吸附剂的制备装置。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种固定床生物质碳基脱汞吸附剂制备装置，将生物质热解、改性剂溶液浸渍以及水蒸气活化集成在一套装置内进行，从而有效缩短了生物质碳基脱汞吸附剂的制备流程，提高了脱汞吸附剂的生产效率，解决了生物质碳基脱汞吸附剂制备中存在的热量消耗大、产率低、周期长以及难以规模化生产等问题。本发明的另一个目的是提供利用该装置制备生物质碳基脱汞吸附剂的方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种生物质碳基脱汞吸附剂制备装置，其特征在于，包括固定床系统、改性剂溶液供应系统、水蒸气与氮气供应系统、加料系统、排液系统、尾气净化系统以及相应的连接管路；所述固定床系统用于进行生物质的热解、改性剂溶液浸渍和水蒸气活化，包括高温电加热炉、固定床本体、智能温控仪以及热电偶，固定床本体设置在高温电加热炉内；所述改性剂溶液供应系统包括改性剂溶液槽、恒流泵、阀门和雾化喷枪，改性剂溶液槽、恒流泵和雾化喷枪依次连接，雾化喷枪插入固定床本体内；所述水蒸气与氮气供应系统包括依次连接的氮气瓶、减压阀、质量流量计、三通阀、电加热器、背压阀、恒流泵和水槽，所述三通阀还连接到固定床本体；所述生物质加料系统包括加料仓和给料阀，加料仓通过给料阀连接到固定床本体的上部；所述排液系统包括过滤装置和净化液槽，过滤装置设置在固定床本体的底部，与净化液槽连接；所述尾气净化系统包括尾气净化装置，尾气净化装置连接到固定床本体的上部。

所述固定床本体包括固定床筒体、上法兰盖、下法兰盖、多孔圆盘、丝网和升降螺杆，其中，多孔圆盘水平放置在固定床筒体内部，多孔圆盘的上面铺设多层丝网，多孔圆盘的底面与升降螺杆相连，用以调整多孔圆盘在固定床内的位置；固定床筒体的上、下两端分别与上法兰盖和下法兰盖相连；升降螺杆穿过下法兰盖。

所述上法兰盖上开设有1个加料孔、2个喷枪孔、1个伸缩耙孔及1个尾气排出孔。

所述下法兰盖上开设有1个升降螺杆孔、1个排液孔及1个水蒸气与氮气添加孔。