吸附法去除電廠汞的研究進(jìn)展

（東北電業(yè)管理局第二工程公司， 遼寧 大連 116086）

吸附法去除電廠汞的研究進(jìn)展

王 立 坤

（東北電業(yè)管理局第二工程公司， 遼寧 大連 116086）

重金屬汞是電廠煙氣中的主要污染物。主要介紹了活性炭、飛灰、鈣基、礦物類及金屬、生物質(zhì)等吸附劑應(yīng)用于煙氣中脫汞的研究進(jìn)展，評(píng)價(jià)了各種吸附劑的應(yīng)用特點(diǎn)，并對(duì)今后需要開展的工作提出建議，為我國燃燒電廠汞排放控制提供參考。

電廠煙氣；汞；吸附法

重金屬汞是燃煤電廠煙氣中的的主要污染物，我國煤中汞的平均含量為0.15 mg/kg，盡管汞在煙氣中的濃度較小，但熱電廠中燃煤量較大，因此汞的排放總量巨大，重金屬汞的排放對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，環(huán)境中的汞可被微生物作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)，如甲基汞等，并被生物富集，再通過食物鏈進(jìn)入人體，是對(duì)人類健康威脅最大的途徑。汞在燃煤過程中的形態(tài)分布對(duì)煙氣中汞的毒性及減排方面有著直接的影響，燃煤過程中汞有三種存在形態(tài)，元素汞Hg0、二價(jià)汞Hg2+和顆粒態(tài)汞HgP。Hg0是煙氣中汞的主要存在形式，易揮發(fā)，難控制，不易除去；二價(jià)汞Hg2+較穩(wěn)定，易被吸附，高濃度時(shí)將以硫化物的形式脫除；顆粒態(tài)汞HgP易被荷電和吸附，可用電除塵器除去。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)熱電廠燃煤除汞技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究，目前，主要有吸附劑除汞和利用傳統(tǒng)工藝這兩種方法，其中吸附法除汞技術(shù)以其脫汞率高，操作方便等特點(diǎn)被廣泛使用，本文就吸附法在除汞技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 吸附法除汞技術(shù)的研究進(jìn)展

在吸收單質(zhì)汞的過程中,吸附劑起到了決定性作用。從國內(nèi)外研究狀況來看,大部分研究集中在高效、經(jīng)濟(jì)的吸附劑的研制上。目前,用于煙氣脫汞的吸附劑有以下幾種。

1.1 活性炭吸附

活性炭吸附法除汞是應(yīng)用較早、較廣泛的技術(shù)，有兩種方法可實(shí)現(xiàn)脫汞，一是讓煙氣通過活性炭吸附床，二是在煙氣中噴入活性炭，后者技術(shù)較為成熟，應(yīng)用較廣，主要是活性炭在煙氣中與汞接觸，經(jīng)過一系列的物理吸附和化學(xué)吸附后被除塵裝置捕集[1]。

王軍輝[2]考察了活性炭對(duì)電廠煙氣中的Hg0的吸附效果，結(jié)果表明，活性炭加入量及其顆粒大小、反應(yīng)溫度、汞進(jìn)氣濃度是影響汞去除的主要因素，當(dāng)汞的進(jìn)氣濃度較低，活性炭量較高的條件下，活性炭顆粒在0.5＜d＜0.8 mm時(shí)，汞的去除效果最佳，其他條件不變時(shí)，汞的去除率會(huì)隨著溫度的升高而降低。胡長興[3]研究了對(duì)模擬燃煤煙氣噴入活性炭/改性活性炭進(jìn)行脫汞的過程，考察了活性炭汞吸附的穩(wěn)定性，結(jié)果表明，活性炭中的汞在水環(huán)境中較穩(wěn)定，活性炭經(jīng)改性后，雖然吸附容量有所增加，但其穩(wěn)定性呈下降趨勢(shì)。高洪亮[4]等在煙氣汞脫除試驗(yàn)臺(tái)上考察活性炭對(duì)模擬煙氣中汞的吸附效果，結(jié)果表明，活性炭吸附汞的穿透率隨著反應(yīng)溫度的升高而增加，但對(duì)汞的吸附能力卻有所降低，同時(shí)，增加碳汞比值，脫汞率也隨之增加，此外，二氧化硫和氧的存在都影響著活性炭對(duì)汞的吸附效率。

一般而言，在煙氣中噴入活性炭，適當(dāng)?shù)奶脊戎悼梢允姑摴蔬_(dá)到60%，但煙氣通過活性炭吸附床在不同條件下的脫汞率差異很大。雖然活性炭除汞效果較好，但其價(jià)格昂貴，大量應(yīng)用將增加電廠的成本， 因而活性炭除汞技術(shù)的推廣受到較大的限制。

1.2 飛灰吸附

飛灰是煤粉燃燒后產(chǎn)生的副產(chǎn)品，大量的飛灰是由單質(zhì)碳和無機(jī)礦物組成，小部分飛灰還含有少量的有機(jī)揮發(fā)成份和原煤，飛灰中的晶體主要是Fe2O3，石英和無水石膏，飛灰中的大部分金屬氧化物對(duì)元素態(tài)汞有不同程度的催化氧化作用。

潘雷[5]在自制的飛灰吸附劑實(shí)驗(yàn)臺(tái)上考察了燃煤飛灰吸附汞的影響因素，并研究了改性飛灰對(duì)脫汞率的影響，結(jié)果表明，改性后的飛灰對(duì)汞的去除率較高，可達(dá) 74.34%，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，顆粒較大的飛灰能夠提高汞的去除率，飛灰的來源、比表面積、粒徑分布等都是影響其對(duì)汞吸附效果的主要因素。趙永椿等人[6]考察了不同電廠燃煤飛灰對(duì)汞的吸附效果，結(jié)果表明，煙煤飛灰CTSR和CTL的富碳組分對(duì)汞的吸附能力分別為10.3和9.36 μg/g，吸附能力最強(qiáng)，影響飛灰除汞能力的主要因素是多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳含量，造成飛灰脫汞性能的主要原因是煤級(jí)的不同。王鵬等人[7]考察了不同燃煤電廠飛灰未燃盡碳對(duì)汞的吸附效果，結(jié)果表明，未燃盡碳的含量較高的飛灰對(duì)汞的去除率也較大，除此之外，尾礦也可吸附煙氣中的汞。

飛灰的粒徑細(xì)小，具有實(shí)用性，在汞濃度較低的條件下，脫汞率較高，尤其是未燃盡的碳可作為廉價(jià)的吸附劑，但飛灰的穩(wěn)定性是脫汞過程中的一個(gè)重要問題，飛灰中的汞能否造成二次污染也有待研究，目前實(shí)驗(yàn)的研究主要停留在飛灰吸附汞的影響因素上，而不同飛灰成分對(duì)脫汞的影響也可有待研究。

1.3 鈣基吸附劑

鈣基類物質(zhì)容易獲取，主要有CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4·2H2O 等，是煙氣脫硫的有效脫硫劑，近年來，用鈣基類吸附劑實(shí)現(xiàn)煙氣脫汞技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，主要方法有增加該積累物質(zhì)捕獲單質(zhì)汞的活性區(qū)域和向鈣基類物質(zhì)中加入氧化性物質(zhì)[8]。

任建莉等[9]在小型固定床試驗(yàn)臺(tái)上考察Ca(OH)2、CaO以及飛灰和Ca(OH)2混合物(MFC)對(duì)模擬煙氣汞的去除效果，結(jié)果表明，SO2的存在促進(jìn)了Ca(OH)2、CaO和MFC對(duì)單質(zhì)汞的吸附，且溫度越高，汞的去除效果越明顯，同時(shí)，由于MFC中混合了飛灰的緣故，其吸附能力高于鈣基吸附劑。一些學(xué)者對(duì)鈣基類物質(zhì)進(jìn)行改性以提高其對(duì)汞的吸附能力。黃治軍等人[10]考察了部分鈣基吸附劑對(duì)模擬煙氣汞的去除效果，結(jié)果表明，Ca(OH)2對(duì)汞的吸附隨溫度的升高而減小，而CaO對(duì)汞的吸附能力大于Ca(OH)2，最高可達(dá)40%，向鈣基吸附劑里加入SO2、HCl和高錳酸鉀，鈣基類物質(zhì)對(duì)煙氣中汞的去除能力增強(qiáng)。趙毅[11]等人在固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái)上研究Ca(OH)2、飛灰及由兩者混合物改性后的物質(zhì)作為吸附劑對(duì)模擬煙氣中單質(zhì)汞的去除效果，結(jié)果表明，通過對(duì)比，Ca(OH)2對(duì)單質(zhì)汞的吸附能力最差，經(jīng)粉煤灰、工業(yè)用石灰和少量添加劑改性的鈣基吸附劑的除汞率比普通高活性鈣基吸附劑提高約30%，其脫汞能力高于Ca(OH)2。

鈣基類物質(zhì)價(jià)格低廉，其脫汞效率與煙氣中汞的存在形態(tài)有關(guān)，如Ca(OH)2，對(duì) HgCl2的吸附效率可達(dá)到 85%，堿性吸收劑如CaO，同樣也可以很好地吸附HgCl2，但是對(duì)單質(zhì)汞的吸附率較低[11]，如何提高鈣基吸附劑對(duì)汞的去除效果有待進(jìn)一步研究，同時(shí)，鈣基吸附劑去除煙氣中的汞還處于實(shí)驗(yàn)階段，并未投入實(shí)踐。

1.4 礦物類吸附劑

礦物類吸附劑如：膨潤土、高嶺石、沸石等在我國儲(chǔ)量豐富，來源較廣，價(jià)格低廉且對(duì)環(huán)境污染較小，因此可應(yīng)用于電廠脫汞。

丁峰等[12]在固定床反應(yīng)器上考察了4種天然礦物材料對(duì)模擬煙氣中單質(zhì)汞的去除效果，結(jié)果表明，凹凸棒石、絲光沸石、膨潤土和蛭石4種吸附劑隨著溫度的升高，其對(duì)汞的吸附能力增強(qiáng)，在120 ℃時(shí)，絲光沸石對(duì)單質(zhì)汞不顯示吸附作用，而是將其氧化，熱活化并未提高礦物吸附劑的脫汞能力。在此基礎(chǔ)上，有學(xué)者[13]對(duì)礦物吸附劑進(jìn)行改性，結(jié)果表明，銅-凹凸棒石和銅-膨潤土對(duì)汞的去除率受溫度影響，最高可達(dá)90%，氯-凹凸棒石是較好的吸附劑，平均脫汞率可達(dá)90%以上，而經(jīng)碘化鉀改性后的凹凸棒石、膨潤土和絲光沸石對(duì)汞的吸附效果都較好，可達(dá)80%。孫悅恒[14]采用膨潤土、高嶺土、蛭石、沸石4種礦物吸附劑并分別對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性來考察對(duì)煙氣中汞的去除能力，結(jié)果表明，改性后的吸附劑對(duì)汞的吸附效率明顯高于未改性的吸附劑，其中，膨潤土對(duì)汞的去除效果與活性炭相當(dāng)，最高可達(dá)70.9%。

礦物類吸附劑是一類較理想的吸附劑，若應(yīng)用于電廠脫汞，則可大大降低電廠的脫汞成本，但礦物類吸附劑種類繁多，理化性質(zhì)各不相同，在研發(fā)時(shí)，應(yīng)注意選擇適合吸附劑本身的活性劑對(duì)其改性。

1.5 其他吸附劑

由于金屬對(duì)汞的吸附不受汞的化學(xué)形態(tài)的影響，故可用金屬吸附劑實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠煙氣中汞的去除。金屬吸附劑是以鉑或金等特定的金屬與汞形成合金為方法，利用此種合金可在高溫下進(jìn)行可逆反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)汞的回收。Poulston等[15]考察了Pd和Pt負(fù)載氧化鋁對(duì)煙氣中汞的去除能力，結(jié)果表明，二者的脫汞能力都隨著負(fù)載金屬量的增加而增大，但與溫度成反比，溫度升高，可將汞回收，如此吸附劑邊可進(jìn)行再生。因此金屬吸附劑不僅可以減小對(duì)環(huán)境的污染，而且可以降低脫汞成本。Jason等[16]考察Au負(fù)載TiO2對(duì)煙氣中汞的去除能力，結(jié)果表明，金屬吸附劑脫汞是可行的，汞的氧化率在 40%～60%之間。由此看來，金屬吸附劑可使金屬回收再利用，但對(duì)汞的吸附效果不理想。

此外，生物質(zhì)類來源廣泛，具有廢物利用的特點(diǎn)，可作為脫除煙氣中汞的吸附劑。高鵬等人[17]考察殼聚糖吸附劑對(duì)模擬煙氣中汞的吸附特性，結(jié)果表明，殼聚糖對(duì)汞的平均吸附效率約 68%，在120℃時(shí)，對(duì)單質(zhì)汞的平衡吸附效率為48.05%。王磊等人[18]考察生物質(zhì)與煤燃燒后的灰對(duì)煙氣中汞的吸附作用，結(jié)果表明，稻殼灰對(duì)汞的吸附效率達(dá)95%以上，吸附效果較好，但高粱桿灰及麥秸灰對(duì)汞的吸附效率只有25%?？偟膩碚f，生物質(zhì)類吸附劑有著廣闊的應(yīng)用前景。

2 展 望

吸附法可有效去除電廠煙氣中的汞，本文對(duì)近年來吸附法處理電廠煙氣中汞的研究進(jìn)行了綜述，筆者建議今后需要圍繞以下幾個(gè)方面開展工作：首先，拓展研究價(jià)格低廉、吸附容量較大的汞吸附劑，其次，研究吸附法脫除汞的過程中實(shí)現(xiàn)汞的資源再利用問題，最后，活性炭應(yīng)用于煙氣中汞脫除的研究較多，今后應(yīng)將活性炭的再生作為重點(diǎn)研究方面。隨著人們對(duì)吸附法脫除煙氣中汞的深入研究，以及對(duì)吸附劑的改性技術(shù)的不斷開發(fā)，期待吸附法在脫汞方面有重大突破。

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攀鋼鈦渣冶煉技術(shù)獲2項(xiàng)發(fā)明專利

近日，攀鋼集團(tuán)有限公司牽頭承擔(dān)的國家“863”項(xiàng)目“大型電爐鈦渣冶煉技術(shù)研究”課題順利通過四川省科技廳組織的技術(shù)鑒定。作為國內(nèi)首家建設(shè)運(yùn)行大型鈦渣電爐的企業(yè)，攀鋼堅(jiān)持以解決攀枝花鈦精礦冶煉難度大、大型鈦渣電爐作業(yè)率低等關(guān)鍵性問題為重點(diǎn)，積極開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)形成一系列高效冶煉鈦渣成套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大型鈦渣電爐高效穩(wěn)定運(yùn)行，獲得國家發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)用新型專利1項(xiàng)。目前，該課題研究成果已在攀鋼3臺(tái)大型鈦渣電爐成功應(yīng)用，其生產(chǎn)的鈦渣可滿足高品質(zhì)海綿鈦生產(chǎn)需求，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益較為顯著。

Research Progress in Adsorption of Mercury in Power Plant Fuel Gas

WANG Li-kun
（Northeast NO.2 Electric Power Construction Company, Liaoning Dalian 116086，China)

Heavy metal Hg is the main pollutant in the flue gas of power plant. In this paper，research progress of adsorbents used in removing mercury in flue gas was introduced, such as activated carbon, fly ash, calcium base, minerals and metals, biomass and so on. The application characteristics of various kinds of adsorbents were evaluated. And the development trend of these adsorbents in the future was discussed, which can provide some references for mercury controlling in power plants in China．

Power plant flue gas; Mercury; Adsorption

TQ 546

A

1671-0460（2014）02-0213-03

2013-08-26

王立坤（1981-），男，遼寧大連人，工程師，2005年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)熱能與動(dòng)力專業(yè)，研究方向：熱力發(fā)電。E-mail：ddegswlk@163.com。