[发明专利]烟气除汞活性炭的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于烟气除汞活性炭技术领域，尤其涉及高效烟气除汞活性炭的制备方法。

 

背景技术

煤炭在未来仍然是电力的主要能源，由此引发的燃煤烟气汞污染已经成为继气候变化之后的又一个全球性重大生态环境问题。燃煤排放物中汞化合物、二氧化硫粉尘也是PM2.5形成的主要原因，是导致雾霾天气的根源。目前，我国煤炭消耗量居世界第一，到2020年中国煤电仍占72％，需要燃煤约27亿吨，预计2035年，全球43％的电力供应依然来自煤炭。燃煤过程中，汞蒸发并随烟气排入大气，并通过降水进入生态循环系统。尽管煤中的汞含量不高（n×l0^-7数量级），但全世界煤炭的消费量十分巨大，由此造成汞排放量很大。蒋靖坤[蒋靖坤, 郝吉明, 吴烨, 等. 中国燃煤汞排放清单的初步建立[J]. 环境科学, 2005,26(2):35-39.]等估算2000年我国燃煤烟气汞排放量为219.5吨，其中电力排放量占35％，燃煤汞排放量已经超过美国，对大气和土壤环境造成了严重污染。因此，全世界对烟气除汞活性炭的需求量逐年剧增。

燃煤烟气中的汞主要以单质态汞（Hg⁰）、颗粒态汞（Hg^P）和氧化态汞（Hg²⁺）3种形式存在，而且在一定条件下，烟气中三种形态的汞可以相互转化。煤中绝大部分汞在燃烧过程中被排入大气，残留在底灰里的汞甚少(少于2%)。颗粒态汞可以利用除尘设备收集去除，氧化态汞可用湿法脱硫设备除去。然而单质汞熔点低（-38.9℃）、蒸汽压高（25℃时0.25Pa）、水溶性差（25℃时600μg/L），难以利用现有污染物控制设备有效脱除，危害大，成为汞污染控制中最具挑战性也是急需解决的技术。

研究表明，目前活性炭在脱除烟气中的氧化态汞有效果，但是对于单质汞脱除效率不是很理想。美国能源部估计，如果要达到脱汞率为90 %，脱除0.45 kg汞的成本为（2.5-7.0）×10⁴美元，如此昂贵的成本费用，燃煤电厂很难承受，活性炭在商业化应用推广很困难，通过向活性炭中加入添加剂，这种改性活性炭对汞的吸附性能大幅增强，可显著降低活性炭脱汞成本。

董勇等[董勇, 喻敏, 王鹏,等. CaCl₂添加对热解煤中汞析出规律影响的实验研究[J].燃料化学学报, 2014, 42(01): 31-36] 研究了低氯煤中添加不同氯含量（质量分数0.1%、0.3%、0.5%）的CaCl₂对煤热解过程中汞析出规律的影响。实验结果表明，温度是影响汞析出的关键因素；随着氯添加量的增加，Hg²⁺析出比例呈上升趋势；Li等[Li X, Liu Z, Kim J, et al. Heterogeneous catalytic reaction of elemental mercury vapor over cupric chloride for mercury emissions control[J]. Applied catalysis B: environmental, 2013,132:401-407.]使用1 %和5 %氯化锌处理活性炭，改性后的活性炭汞吸附容量分别为原始活性炭的5.5倍和9倍；邓先伦等[邓先伦, 蒋剑春. 除汞载硫活性炭研发[J]. 林产化工通讯, 2004,38(3):13-16.]对活性炭进行掺硫改性后其脱汞率达到99 %；Tian等[Tian L H, Li C T, Li Q, et a1. Removal of elemental mercury by activated carbon impregnated with CeO₂[J]. Fuel, 2009,88(9):1687-1691.]制备了负载CeO₂的活性炭，当负载量在1 %-3 %时120 min内对汞去除率从30 %提高到80 %。美国PSCo/ADA[Vidic, R D, Chang M T, Thurnau R C, Kinetics of vapor-phase mercury uptake by virgin and sulfur impregnated activated carbons[J]. J. air and waste, 2005, 48:247-255.]用工业活性炭在电站进行现场试验，结果表明：在碳汞（C/Hg）比为5000:1时在ESP（静电除尘器）出口喷入活性炭，其除汞效率为45%。王立刚等[飞灰残炭对零价汞蒸汽的吸附特征]研究了飞灰未燃残炭对零价汞蒸气的吸附特性．在低汞平衡浓度(<250ug/m³)条件下，残炭汞吸附能力与商业活性炭差距不显著，而商业活性炭在高汞浓度端的汞吸附量则明显升高，残炭汞吸附特性与其来源相关性较强。