【摘要】：煤燃燒是大氣中汞的重要來(lái)源,汞是一種神經(jīng)毒物,對(duì)人類健康威脅很大�；钚蕴繃娚�(ACI)技術(shù)是目前美國(guó)燃煤電廠應(yīng)用較廣的煙氣汞排放控制技術(shù),但是,該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中受到以下因素的制約:吸附劑的回收和再生、汞的二次釋放污染、運(yùn)行成本昂貴等。磁性吸附劑易于從飛灰中磁選分離出來(lái),經(jīng)再生以后可以循環(huán)使用,能夠比較好的解決上述限制因素。燃煤飛灰中磁珠對(duì)單質(zhì)汞(Hg~0)具有一定的捕獲和氧化能力。我國(guó)飛灰產(chǎn)量巨大,如果能將磁珠分選出來(lái)用于燃煤電廠汞的排放控制,將會(huì)產(chǎn)生巨大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。本文首先系統(tǒng)表征了磁珠的物理化學(xué)特性,揭示了磁珠中的鐵質(zhì)組分與脫汞性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制。磁珠中的鐵質(zhì)組分主要為Fe_3O_4、γ-Fe_2O_3、α-Fe_2O_3和含F(xiàn)e~(2+)和Fe~(3+)的硅酸鹽玻璃體,不同電廠磁珠中各鐵質(zhì)組分含量差異較大,但均以Fe_3O_4和γ-Fe_2O_3為主,其含量范圍介于54.5-82.9%之間。建立了磁特性與鐵質(zhì)組分含量的定量關(guān)聯(lián)機(jī)制,磁特性與磁珠中磁鐵礦含量呈正相關(guān)關(guān)系,具體可表述為[飽和磁化強(qiáng)度]=12.03 + 0.34[Fe_3O_4](r = 0.89)。磁珠的最佳脫汞反應(yīng)溫度為250 ℃,在100 ℃和150℃時(shí)磁珠對(duì)Hg0的脫除以吸附為主,在200-400 ℃時(shí)以催化氧化為主。磁珠的脫汞性能與鐵含量和鐵尖晶石及赤鐵礦的含量呈正相關(guān)關(guān)系。為了提高磁珠的脫汞能力及其適用性,本文開發(fā)了以過(guò)渡金屬氧化物Co_3O_4強(qiáng)化磁珠脫汞性能的方法。在低氯模擬煙氣氣氛下,合成的Co-MF吸附劑具有良好的脫汞性能和再生能力。在最佳Co_3O_4負(fù)載量(5.8%)、最佳脫汞反應(yīng)溫度(150 ℃)下,Co-MF吸附劑的脫汞效率達(dá)94.7%。煙氣組分對(duì)吸附劑的脫汞性能具有重要影響:O_2和HCl對(duì)吸附劑的脫汞性能有極大的促進(jìn)作用;SO_2和H_2O對(duì)脫汞性能有一定的抑制作用;NO對(duì)脫汞性能的影響表現(xiàn)出兩面性,在低濃度(50 ppm)下,NO促進(jìn)了 Hg0的脫除,但是在高濃度(300 ppm)下,NO具有一定的抑制作用。Co-MF吸附劑具有良好的再生循環(huán)性能和穩(wěn)定性,5次汞吸附-再生循環(huán)實(shí)驗(yàn)后,吸附劑的脫汞性能沒(méi)有明顯降低。針對(duì)Co-MF吸附劑在復(fù)雜氣氛下抗SO_2和H_2O干擾的能力較差以及制備過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題,開發(fā)了過(guò)渡金屬鹵化物CuCl_2改性磁珠吸附劑(Cux-MF)。Cux-MF吸附劑具有良好的抗煙氣組分干擾的能力。Cu負(fù)載量會(huì)影響吸附劑上Cu和Cl的配位狀態(tài):低Cu負(fù)載量時(shí),以位于缺氯配位上的離散態(tài)的Cu~(2+)離子為主;高Cu負(fù)載量時(shí),以位于富氯配位上的聚集態(tài)的Cu~(2+)離子為主,前者對(duì)Hg0的吸附和氧化是惰性的,而后者具有高反應(yīng)活性。Cux-MF吸附劑的脫汞性能取決于Cu的負(fù)載量和反應(yīng)溫度,最佳Cu負(fù)載量為6%,最佳反應(yīng)溫度為150℃。在有O_2和HCl共同參與的情況下,Hg~0與CuCl_2之間的反應(yīng)主要包括三個(gè)反應(yīng)過(guò)程:(1)CuCl_2將Hg~0氧化為Hg~(2+),同時(shí)其本身被還原為CuCl;(2)CuCl與O_2反應(yīng)生成Cu-O-Cl中間過(guò)渡態(tài)產(chǎn)物;(3)HCl補(bǔ)充Cu-O-Cl中Cl原子使其被修復(fù)為CuCl_2�；贖g~0與CuCl_2的反應(yīng)機(jī)理,提出了在特定氣氛下再生失活吸附劑的方法。再生溫度和O_2與HCl對(duì)活性位的修復(fù)是影響失活吸附劑再生性能的主要因素。在400 ℃加熱解析后采用O_2和HCl修復(fù)吸附劑上的活性位,能夠使其脫汞性能恢復(fù)到原有水平。多次汞吸附—再生循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明,吸附劑上的活性組分(Cu和Cl元素)具有較好的穩(wěn)定性,失活吸附劑的再生效率可達(dá)90.5%-94.2%。在模擬煙氣實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了吸附劑噴射脫汞性能驗(yàn)證。脫汞效率隨著初始煙氣汞濃度的增加而增加。增加吸附劑的噴射量和在煙氣中的停留時(shí)間可提高脫汞效率。在空氣氣氛下,當(dāng)停留時(shí)間為1.61s,吸附劑噴射量為1.09 g/m~3時(shí),脫汞效率可達(dá)到80.6%,繼續(xù)增加停留時(shí)間和噴射量,脫汞效率的增加幅度不大。減小吸附劑的粒徑,可提高脫汞效率。綜合考慮脫汞效率、吸附劑生成成本、工藝流程等方面,吸附劑顆粒粒徑可選擇為45-74 μm。在100-150 ℃的溫度范圍內(nèi),反應(yīng)溫度對(duì)脫汞效率的影響不大。酸性氣體(SO_2、NO和HCl)和H_2O對(duì)脫汞性能影響不大,在最優(yōu)運(yùn)行工況、模擬煙氣條件下,吸附劑的脫汞效率可到達(dá)70%。建立了吸附劑噴射脫汞過(guò)程預(yù)測(cè)模型,可用于預(yù)測(cè)最優(yōu)運(yùn)行工況參數(shù),從而為吸附劑噴射脫汞技術(shù)的工業(yè)化推廣應(yīng)用積累設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X773
【圖文】：

圖１－１全球人為隸源組成（２０１０年）Ｗ逡逑根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《２０１３年全球親評(píng)估報(bào)告》，２０１０年全球人為束釋逡逑放量約為１９饑噸，但是，全球隸釋放量顯示出地域不均衡性［１：１，如圖１－２所示。人為逡逑隸釋放源主要分布在北半球，包括亞洲東部及東南部、歐洲中部、非洲北部近地中海逡逑地區(qū)、北美洲東南部等，其中亞洲地區(qū)釋放到大氣中的隸綺占全球束釋放總量的５０％，逡逑而亞洲地區(qū)的gq釋放源主要集中在亞洲東部和東南部。中國(guó)作為最大的煤炭資源消費(fèi)逡逑國(guó)，隸的釋放量占亞洲東部和東南部末釋放總量的四分之ｈｗ。逡逑＇．倍邋＇邋＇邋．ｊ．＊－邋．邋！逡逑Ｌ－一＊ｒｆｆ逡逑就頗抑０，ｇ}0；邐’^儯簽靛義希板危插澹渝澹保板澹保埃板澹保埃埃板義賢跡保踩蛉宋ゴ欠旁捶植紀(jì)跡ǎ玻埃保澳輳族義希插義

本文編號(hào)：2719896