基于活性焦改性協(xié)同脫除二氧化硫和汞機(jī)理研究.pdf

1、在各種燃煤煙氣污染物排放控制技術(shù)中，采用多種污染物綜合控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)二氧化硫和汞排放協(xié)同控制是當(dāng)今污染物控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。但由于目前還未有一種完善的控制體系能達(dá)到SO2與汞同時(shí)高效脫除，究其原因是缺乏對(duì)相關(guān)機(jī)理的深入了解。本文結(jié)合相關(guān)國(guó)家項(xiàng)目的支持，對(duì)協(xié)同脫除SO2與汞的反應(yīng)特性及反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了深入系統(tǒng)的試驗(yàn)和機(jī)理研究。
　　本文從單種污染物脫除機(jī)理入手，以活性焦為研究對(duì)象，綜合采用固定床活性焦SO2與汞協(xié)同脫除機(jī)理試驗(yàn)臺(tái)及熱

2、重分析對(duì)活性焦對(duì)SO2與汞協(xié)同吸附及再生過程進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)研究表明，活性焦脫硫脫汞主要是通過活性焦表面帶有的含氧官能團(tuán)作為氧化吸附汞和SO2的活化中心，煙氣中的O吸附到活性焦表面形成化學(xué)吸附態(tài)?？梢允笻g0氧化成HgO，SO2氧化成SO3，在有水分的條件下形成硫酸而易被脫除。但SO2與汞會(huì)在活性焦表面產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，高濃度的SO2會(huì)導(dǎo)致脫汞效率的降低。
　　通過以上研究發(fā)現(xiàn)，O2是SO2與汞的吸附氧化過程中舉足輕重的

3、反應(yīng)組分，當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中氧氣濃度較低時(shí)，SO2與汞吸附效率較低。因此，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，SO2與汞的協(xié)同吸附效率受到煙氣中氧含量的限制，而煙氣中的氧含量較低，一般僅為4％～5％，因而十分有必要開發(fā)對(duì)O2依賴性較弱的新型吸附劑。同時(shí)，急需解決高濃度的SO2條件下低汞吸附性能問題。
　　采用浸漬法制備了改性活性焦吸附劑-CeO2/AC催化吸附劑，通過BET、XRD、SEM等吸附劑表征，發(fā)現(xiàn)制備的吸附劑具有較大的比表面積，其中負(fù)載5％Ce

4、O2的活性焦表面負(fù)載的Ce分散度較高，活性組分與載體之間相互作用較強(qiáng)。負(fù)載過程可以氧化AC表面，生成更多內(nèi)酯和羰基官能團(tuán)。改性后的活性焦即使在低濃度氧的情況下也能保有較高SO2和汞吸附效率，主要是因?yàn)镃eO2有著很強(qiáng)的儲(chǔ)存和釋放O的能力。同時(shí)，在SO2存在的條件下，CeO2可以很大地增強(qiáng)活性焦的汞吸附效率，SO2濃度為500 ppm時(shí)，CeO2/AC比新鮮活性焦的Hg0脫除效率提高了50％。這是因?yàn)镾O2在CeO2的催化氧化下生成了適宜

5、吸附零價(jià)汞的含硫官能團(tuán)，可以與部分吸附態(tài)的Hg生成HgSO4，增強(qiáng)了Hg的氧化吸附?；谝陨辖Y(jié)論，進(jìn)一步得出吸附劑表面發(fā)生的汞與SO2吸附氧化主要發(fā)生在吸附態(tài)的Hg0、吸附態(tài)的SO2和吸附態(tài)的O2之間。
　　基于試驗(yàn)研究結(jié)果，結(jié)合機(jī)理分析，針對(duì)固定床反應(yīng)器，運(yùn)用氣固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行分析研究，考慮多種污染物協(xié)同脫除的主要影響因素，根據(jù)吸附理論、擴(kuò)散傳質(zhì)、質(zhì)量平衡、吸附速率等方面的內(nèi)容建立了固定床吸附劑協(xié)同脫除SO2和Hg反應(yīng)器

6、內(nèi)濃度分布的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明，SO2和Hg吸附過程既包括化學(xué)吸附，也包括物理吸附。SO2和Hg協(xié)同吸附的關(guān)鍵步驟是吸附劑對(duì)煙氣中O的捕捉能力。SO2的反應(yīng)速率常數(shù)要比Hg的反應(yīng)速率常數(shù)大一個(gè)數(shù)量級(jí)，這也導(dǎo)致了SO2和汞在吸附劑表面形成競(jìng)爭(zhēng)吸附，而SO2更易被吸附劑捕捉。為了獲得較大的反應(yīng)速率，高效的汞和SO2協(xié)同脫除吸附劑對(duì)反應(yīng)組分應(yīng)具有較強(qiáng)的吸附能力，以減少吸附劑的使用量。
　　以負(fù)載CeO2的活性焦為研究對(duì)象，采用熱脫附為再