基于活性焦改性脫除煤氣中汞的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、煤氣化是重要的潔凈煤利用技術(shù)，具有清潔、高效等特點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。但煤氣化過(guò)程中，煤中的汞將釋放出來(lái)，以元素態(tài)的形式存在于屬于還原性氣氛的煤氣中，汞的催化氧化更為困難。目前，基于煤氣氣氛下汞的脫除研究相對(duì)較少。
　　還原性氣氛下，傳統(tǒng)吸附劑的汞脫除研究還處于基礎(chǔ)階段，仍存在一定的不足?；钚蕴俊⒀趸F和氧化鋅在溫度低于150℃時(shí)，脫汞效果優(yōu)異，但其表現(xiàn)受溫度影響大，高溫下脫汞不夠理想。部分貴金屬吸附劑，雖然具備優(yōu)秀的高溫脫汞能力

2、，但效果卻受酸性氣體影響，成本也較高?；钚越刮絼┑墓摮芰εc活性炭相差無(wú)幾，同時(shí)具有生產(chǎn)成本低、原料易得的優(yōu)勢(shì)，作為吸附劑和負(fù)載材料具有很大潛力。本文以褐煤為原料制備了活性焦，并利用等體積浸潰法進(jìn)行MnxOy改性，主要研究了模擬煤氣氣氛下活性焦改性前后的脫汞機(jī)理，探索了溫度和氣體成分對(duì)脫汞效果的影響，為提高吸附劑高溫脫汞能力提供理論指導(dǎo)。
　　首先，為了研究原始活性焦的脫汞表現(xiàn)，將其置于不同溫度下進(jìn)行脫汞實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原

3、始活性焦在氮?dú)鈿夥障旅摴晕锢砦綖橹?，脫除效率不高。添加H2S后，80℃時(shí)，脫汞效率能從46.6％提升至95.8％。借助XPS和FT-IR分析可得，脫汞后吸附劑表面C-O和吸附態(tài)活性氧減少，這些活性物質(zhì)能將H2S氧化為活性硫(Sad)，Sad再與Hg0結(jié)合實(shí)現(xiàn)高效脫汞。隨著吸附溫度的提高，C-O官能團(tuán)氧化能力的減弱和活性氧數(shù)量的不足，降低了汞吸附位Sad生成量，導(dǎo)致脫汞效率下降。
　　其次，為了提高吸附劑高溫脫汞能力，對(duì)活性焦進(jìn)

4、行MnxOy改性。改性后，吸附劑的脫汞效率顯著提高，在200℃模擬煤氣下，2小時(shí)平均脫汞率達(dá)到了84.3％。脫汞反應(yīng)后，XPS結(jié)果顯示:吸附劑表面生成了大量的S2-和S0，證明了脫汞反應(yīng)中Sad和HgS的形成。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和相關(guān)結(jié)論，改性使脫汞效率提高的主要原因是:Mn負(fù)載后，吸附劑表面的活性氧明顯增多，且負(fù)載后表面的晶格氧能在缺氧條件下向活性氧轉(zhuǎn)化，保證了脫汞活性位Sad穩(wěn)定的生成。
　　再次，為了探究煤氣成分對(duì)脫汞的影響，將吸附劑

5、在不同氣氛下的脫汞表現(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比，并通過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對(duì)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，H2、CO、NH3氣體都由于阻礙脫汞活性位Sad的形成，導(dǎo)致脫汞效率下降。HCl雖能在吸附劑表面形成活性氯原子，與汞結(jié)合實(shí)現(xiàn)汞的脫除，但其汞結(jié)合能力不如活性硫，且兩種活性位的形成均需消耗活性氧，具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，因此在H2S存在的條件下通入HCl反而會(huì)造成脫汞效率下降。
　　然后，為了分析高溫對(duì)汞脫除的影響機(jī)理，研究了不同溫度下改性活性焦的脫汞表現(xiàn)。結(jié)果顯示，汞

6、吸附效率隨溫度的升高而下降。結(jié)合熱力學(xué)機(jī)理和進(jìn)行的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，可得高溫抑制汞脫除的原因如下:1.硫和汞反應(yīng)放熱，平衡常數(shù)K隨著溫度升高而降低，高溫不利于反應(yīng)的正向進(jìn)行;2.在汞脫附實(shí)驗(yàn)中，300℃下，脫汞產(chǎn)物HgS和HgO基本完全分解，說(shuō)明脫汞產(chǎn)物在高溫下不穩(wěn)定;3.由H2-TPR圖譜可得，隨著溫度的升高，H2對(duì)吸附劑的還原作用增強(qiáng)，不利于Sad的形成。
　　最后，為了提高吸附劑的重復(fù)利用率，對(duì)吸附劑進(jìn)行熱再生研究。經(jīng)過(guò)熱脫附再生處