【摘要】：煤的燃燒利用會(huì)帶來許多環(huán)境問題,其排放的重金屬汞會(huì)危害人類健康,因而有必要對(duì)燃煤電廠的汞排放進(jìn)行控制。燃煤煙氣中的Hg主要有三種存在形態(tài):單質(zhì)態(tài)汞(Hg0)、顆粒態(tài)汞(HgP)、氧化態(tài)汞(Hg2+)。由于Hg0不溶于水且極易揮發(fā),最難被脫除;而Hgp可被除塵裝置捕獲;Hg2+易溶于水可被燃煤煙氣尾部的濕法脫硫裝置捕獲。因此,脫除Hg0便成為了燃煤電廠的主要目標(biāo)。目前脫除Hg0的技術(shù)思路主要有兩種:一種是利用氧化劑或者催化劑將Hg0轉(zhuǎn)化為Hg2+,另一種是通過吸附劑吸附將Hg0轉(zhuǎn)化為Hgp。低溫等離子體技術(shù)能在常溫下產(chǎn)生高活性的自由基,這些自由基能與難降解的一些污染物反應(yīng),因此被應(yīng)用于揮發(fā)性有機(jī)物VOCs及汽車尾氣污染物的處理。此外,得益于高活性自由基,低溫等離子體技術(shù)在材料的改性領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。雖然等離子體技術(shù)在污染物處理方面展現(xiàn)出了巨大潛力,但目前將其應(yīng)用到燃煤煙氣脫汞方面的研究仍較少。為此,本文結(jié)合低溫等離子體技術(shù)的特點(diǎn),將其創(chuàng)新地應(yīng)用于燃煤電廠的煙氣脫汞,以提高燃煤煙氣的脫汞效率。首先,本文將低溫等離子體技術(shù)與均相氧化脫汞的技術(shù)思路相結(jié)合,研究了低溫等離子體作用下O2、HCl與Cl2對(duì)單質(zhì)汞的氧化效果。借助低溫等離子體均相氧化實(shí)驗(yàn)裝置,分析了煙氣中單質(zhì)汞氧化效率的影響因素及反應(yīng)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低溫等離子體能很好的促進(jìn)煙氣中氧化性成分O2、HCl與Cl2對(duì)Hg0的氧化效率,增加O2、HCl與Cl2的濃度或者增加低溫等離子體功率均能進(jìn)一步提升單質(zhì)汞的氧化效率。氧化反應(yīng)機(jī)理為:低溫等離子體處理后,煙氣中的O2、HCl與Cl2會(huì)形成高活性的O和Cl等離子體,這些粒子與單質(zhì)汞發(fā)生快速反應(yīng),從而提高單質(zhì)汞的氧化效率。反應(yīng)溫度的升高會(huì)抑制O2、HCl與Cl2對(duì)單質(zhì)汞的氧化效率,這是因?yàn)闇囟鹊纳邥?huì)縮短生成的O及Cl自由基的存在時(shí)間。此外,實(shí)驗(yàn)也研究了低溫等離子體作用下,煙氣中的其他氣體成分對(duì)單質(zhì)汞的氧化效率的影響,其中CO2會(huì)輕微地促進(jìn)汞的氧化效率,NO會(huì)極大地抑制汞的氧化效率,而SO2對(duì)汞的氧化效率基本沒有影響。然后,本文將低溫等離子體技術(shù)與活性炭噴射技術(shù)相結(jié)合,以提高活性炭對(duì)汞的吸附效率。分別設(shè)計(jì)和搭建了低溫等離子體處理活性炭裝置和活性炭吸附汞實(shí)驗(yàn)裝置。先在空氣中借助低溫等離子體處理活性炭,然后將處理后的活性炭進(jìn)行汞吸附實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明低溫等離子體處理會(huì)增加活性炭對(duì)汞的吸附效率,且處理時(shí)間越長(zhǎng)吸附效率越高。這是由于空氣中的氧氣經(jīng)過等離子電離后形成了高活性的氧自由基,這些自由基與碳原子反應(yīng)生成了含氧官能團(tuán),而含氧官能團(tuán)對(duì)汞有很好的吸附作用,其中以羰基官能團(tuán)與酯基官能團(tuán)為主。煙氣中的組分對(duì)處理后活性炭的吸附效率也有影響:SO2與H2O會(huì)與汞競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn),從而抑制汞的吸附;NO會(huì)催化含氧官能團(tuán)與汞的反應(yīng),進(jìn)而促進(jìn)汞的吸附;而HCl會(huì)與含氧官能團(tuán)反應(yīng)生成新的C1吸附位點(diǎn)促進(jìn)汞的吸附。為了進(jìn)一步探究吸附機(jī)理,本文還搭建了一套程序升溫汞脫附實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)吸附了一定量汞的活性炭進(jìn)行了程序升溫汞脫附實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明不同吸附位點(diǎn)的吸附溫度區(qū)間不同,其中羰基和酯基吸附位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的吸附溫度區(qū)間分別為30-170℃和30-210℃,而物理吸附位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的吸附溫度區(qū)間則為30-130℃。且不同吸附位點(diǎn)吸附汞的優(yōu)先度不同,酯基吸附位點(diǎn)優(yōu)先于羰基吸附位點(diǎn),羰基吸附位點(diǎn)優(yōu)先于物理吸附位點(diǎn)。最后,為了進(jìn)一步提高活性炭對(duì)汞的吸附效率,本文利用低溫等離子體將鹵族元素加載于活性炭。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在較低濃度的Cl2與Br2氣氛下用低溫等離子體處理后的活性炭在30-210℃的溫度區(qū)間內(nèi)均有較高的吸附效率,且使用的Cl2與Br2濃度與活性炭的汞吸附總量成正相關(guān)性。同樣地,煙氣組分對(duì)負(fù)載了鹵族元素的活性炭的吸附效率也有一定影響,其中O2和HCl可以提高活性炭的吸附效率,而H20和S02會(huì)降低活性炭的吸附效率。通過與化學(xué)負(fù)載法相比,發(fā)現(xiàn)低溫等離子體法能使得鹵族形成更加有效的汞吸附位點(diǎn),即C-Cl與C-Br,且兩種吸附位點(diǎn)對(duì)汞的吸附機(jī)理相似。以Cl元素為例,利用低溫等離子體加載鹵素于活性炭的脫汞過程為:Cl2分子在低溫等離子體中轉(zhuǎn)化為高活性的Cl等離子體,之后與C原子形成C-Cl鍵存在于活性炭表面,Hg0與C-Cl鍵發(fā)生化學(xué)吸附,C-Cl向Cl-轉(zhuǎn)換,形成HgCl2。
【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)】：X701
【圖文】：

成為人類對(duì)能源的主要利用方式，煤炭的燃燒利用在其中占到了很大一部分。逡逑化石能源的形成需要很長(zhǎng)的時(shí)間，它屬于不可再生能源，雖然化石能源儲(chǔ)量巨大，但逡逑隨著世界世界經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，其每年的消耗量在逐年增加。圖１－１為《ＢＰ世界能源統(tǒng)計(jì)逡逑２０１５》中世界能源消費(fèi)量逐年的變化叫從中可看出，近１５年來世界能源的消費(fèi)量逡逑一直在增長(zhǎng)，其中煤炭占比３０．０％，天然氣占比２９．４％，石油占比３２．５％�？桑最A(yù)見逡逑未來一段時(shí)間之內(nèi)化石能源的主導(dǎo)地位不會(huì)變。逡逑Ｗｏｒｌｄ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ逡逑、中１｜＂．儀邋Ｗ。’邋？Ｘ？ｖ，逡逑■。，。Ｄ冢常r浬＂

本文編號(hào)：2781006