基于活性焦改性協(xié)同脫除二氧化硫和汞機理研究.pdf

1、在各種燃煤煙氣污染物排放控制技術中，采用多種污染物綜合控制技術實現(xiàn)二氧化硫和汞排放協(xié)同控制是當今污染物控制領域的重要發(fā)展方向。但由于目前還未有一種完善的控制體系能達到SO2與汞同時高效脫除，究其原因是缺乏對相關機理的深入了解。本文結合相關國家項目的支持，對協(xié)同脫除SO2與汞的反應特性及反應機理進行了深入系統(tǒng)的試驗和機理研究。
　　本文從單種污染物脫除機理入手，以活性焦為研究對象，綜合采用固定床活性焦SO2與汞協(xié)同脫除機理試驗臺及熱

2、重分析對活性焦對SO2與汞協(xié)同吸附及再生過程進行了系統(tǒng)的實驗研究。通過試驗研究表明，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與汞會在活性焦表面產(chǎn)生競爭吸附，高濃度的SO2會導致脫汞效率的降低。
　　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、反應組分，當反應系統(tǒng)中氧氣濃度較低時，SO2與汞吸附效率較低。因此，在實際工業(yè)應用中，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O2依賴性較弱的新型吸附劑。同時，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，其中負載5％Ce

4、O2的活性焦表面負載的Ce分散度較高，活性組分與載體之間相互作用較強。負載過程可以氧化AC表面，生成更多內(nèi)酯和羰基官能團。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，主要是因為CeO2有著很強的儲存和釋放O的能力。同時，在SO2存在的條件下，CeO2可以很大地增強活性焦的汞吸附效率，SO2濃度為500 ppm時，CeO2/AC比新鮮活性焦的Hg0脫除效率提高了50％。這是因為SO2在CeO2的催化氧化下生成了適宜

5、吸附零價汞的含硫官能團，可以與部分吸附態(tài)的Hg生成HgSO4，增強了Hg的氧化吸附?；谝陨辖Y論，進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。
　　基于試驗研究結果，結合機理分析，針對固定床反應器，運用氣固催化反應動力學方法進行分析研究，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反應器

6、內(nèi)濃度分布的數(shù)學模型。結果表明，SO2和Hg吸附過程既包括化學吸附，也包括物理吸附。SO2和Hg協(xié)同吸附的關鍵步驟是吸附劑對煙氣中O的捕捉能力。SO2的反應速率常數(shù)要比Hg的反應速率常數(shù)大一個數(shù)量級，這也導致了SO2和汞在吸附劑表面形成競爭吸附，而SO2更易被吸附劑捕捉。為了獲得較大的反應速率，高效的汞和SO2協(xié)同脫除吸附劑對反應組分應具有較強的吸附能力，以減少吸附劑的使用量。
　　以負載CeO2的活性焦為研究對象，采用熱脫附為再