CN101856607A - 一种烟气脱汞吸附剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气脱汞吸附剂，其特点在于：采用如下重量份的组分：10-25％的粘土、聚乙烯2-5％、稻壳2-5％、5-10％的氧化钙、余量为粉煤灰；将所述组分物质混合后加水调匀，然后挤压造粒成型为粒径30-50mm的颗粒体，再在900-1100℃高温下烧结2-4小时得到。本发明公开了一种新型的烟气脱汞吸附剂，因为其主要原料为粉煤灰，其余配料也仅仅是简单的常规原料，制备方法也为造粒和烧结等常规方法。故制造成本相比于常规吸附剂极为低廉。故用于脱汞时可大大降低了脱汞成本。

Description

一种烟气脱汞吸附剂

技术领域

本发明涉及烟气脱汞技术领域，尤其是一种新型材料的烟气脱汞吸附剂。

背景技术

国内烟气脱汞技术研究主要集中在高效吸附剂的开发以及如何有效利用现有污染控制设备以提高汞的脱除效率，走复合式污染控制之路。

烟气脱硫装置和选择性催化还原设备能够很好地捕集汞。利用湿法脱硫装置可以将烟气中80％-95％的氧化态汞除去，但对于不溶于水的气态汞捕捉效果不显著，需要使用氧化剂先对单质汞进行氧化，具有二次污染及生产成本较高等问题。选择性催化还原(SCR)装置在还原NOx的同时，能够将Hg⁰氧化成Hg²⁺，Hg²⁺相对更易被湿式喷淋装置脱除。Hg⁰被SCR装置催化氧化的效率可达80％～90％，氧化效率的高低受催化反应器的空塔速度、反应的温度、氨的浓度、催化剂的寿命、气流中氯的浓度等因素影响。但该技术应用的主要障碍是运行成本相当高，据T.D.Brown等介绍，若要达到90％的处理效率，每处理一磅汞需要25000-70000美元。

目前，最接近生产应用的脱汞技术是向烟气中直接喷入活性炭颗粒脱除单质汞，或者利用活性炭吸附床脱除单质汞。向烟气中喷入粉末状活性炭(PAC)，粉末活性炭吸附汞后由其下游的除尘器(如静电除尘器、布袋除尘器)除去，但是活性炭与飞灰混合在一起，不能够再生。由于存在低容量、混合性差、低热力学稳定性的问题，而且活性炭的利用率低、耗量大，使直接采用活性炭吸附法成本过高。美国能源部估计，要达到脱汞率为90％，脱除0.45kg汞的成本为(2.5-7.0)×10⁴美元，燃煤电厂很难承受。

中国专利CN101497029(申请号为200910103024.9)曾公开了一种用于烟气脱汞的吸附剂及其制备方法，包括活性炭和均匀分布在活性炭表面的硫，所述活性炭的粒度为20～40目，所述硫的质量百分含量为1-17％，本发明采用成本低廉的硫磺作为活性炭的添加剂，通过热沉淀方法获得吸附剂，能够有效脱除烟气中的汞。但是其仍然存在吸附剂制备成本过高的缺陷。

而从燃煤电厂煤燃烧后的烟气中收捕下来的粉煤灰，一般是采用填埋等方式处理，容易造成环境污染。

故如何设计一种脱汞效率高，且成本便宜的脱汞技术，即成为本技术领域有待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种制备成本低、吸汞效果较好，并且能有效实现工业废物的重复利用的烟气脱汞吸附剂。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种烟气脱汞吸附剂，其特点在于：采用如下重量份的组分：10-25％的粘土、2-6％的溴化钠、5-10％的氧化钙、余量为粉煤灰；将所述组分物质混合后加水调匀，然后挤压造粒成型为粒径30-50mm的颗粒体，再在900-1100℃高温下烧结2-4小时得到。

上述技术方案中，所述粉煤灰是指，从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，其自身颗粒具备多孔型性。所述粘土可优选湖南粘土，湖南粘土指产至湖南的一种粘土产品，具备粘结性好的特点；当然，具体实施时也可替换为其他粘结性好的粘土。为了充分利用资源，实现工业废物的重复利用，技术方案中以电厂粉煤灰为原料，添加其它活性成分，在混匀成型后经过高温焙烧，生成疏松多孔，吸附能力很强的粉煤灰基吸附剂。由于电厂粉煤灰经过精选后，粘结性较差，在挤压成型过程中成型效果不好，所以我们考虑加入粘土(可购买的商业用粘土)改善其粘结性。加入氧化钙后，再加适量水成型中会发生水化反应激活粉煤灰的活性。在粉煤灰中加入溴化钠作为添加物质，在高温烧结中能产生一系列的活性点位，特别是卤族元素溴与烟气中的单质汞结合能力很强，能有针对性地把单质汞氧化吸附于吸附剂表面以及内部的孔隙中，达到进一步提高吸附剂对汞的吸附净化能力的目的。这样即可得到既成本便宜，又对烟气中汞元素吸附性较好的脱汞吸附剂。

作为优化：所述组分中还加入有2-5％的聚乙烯和/或2-5％的稻壳。所述稻壳在烧结过程中经高温炭化后，在吸附剂表面与内部形成大量对吸附能力起重要作用的中孔与微孔；所述聚乙烯在烧结过程中挥发后也会留下大量微孔；这样可以进一步增强制得的吸附剂的吸附能力。

作为进一步优化：所述组分比例为：72％的粉煤灰、7％的氧化钙、3％的溴化钠、12％的湖南粘土、3％的聚乙烯、3％的稻壳。各组分按照该比例优化后，可具备最优的脱汞吸附效果。该比例为申请人经过大量对比实验后得到，具体实验过程及数据在具体实施方式中介绍。

作为上述技术方案再一步优化，所述颗粒体粒径为40mm，烧结温度为1100℃，烧结保温时间为(指从升温到烧结温度后)4h。在高温条件下，随保温时间延长，炉膛内部温度均匀性更好，从而进一步促进粉煤灰内部材料以及添加物质结晶析出，使其内部分布更加均匀，制得的吸附剂颗粒孔隙结构更发达。当烧结保温时间达到4小时后，可使其得到的吸附剂孔隙结构达到一定程度，提高吸附性能。如果不考虑烧结成本，还可尽量延长烧结时间。对各参数最优化后得到的烟气脱汞吸附剂进行性能检测：碘吸附质≥800mg/g；强度≥95％；BET Surface Area(BET比表面积)296m²/g。故可知其已经具备良好的吸附性。

综上所述，相比于现有技术，本发明公开了一种新方法制得的烟气脱汞吸附剂，因为其主要原料为粉煤灰，其余配料也仅仅是简单的常规原料，制备工艺也为造粒和烧结等常规方法的结合。故制造成本相比于常规吸附剂极为低廉。故用于脱汞时可大大降低了脱汞成本。同时，本吸附剂填料主体原料为粉煤灰，粉煤灰原本为电厂产生的废弃污染物，故本发明还具有变废为宝，有利于环保的优点。另外，经过试验验证，本烟气脱汞吸附剂的吸附效果，与常规吸附剂中吸附性能较好的活性炭吸附剂基本接近，故本发明的烟气脱汞吸附剂还具备脱汞吸附效果较好的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施实例和试验对本发明作进一步的详细说明。

一种烟气脱汞吸附剂，其采用如下方法制得：采用如下重量份的组分，2-6％的溴化钠、聚乙烯2-5％、稻壳2-5％、5-10％的氧化钙、10-25％的湖南粘土、余量为粉煤灰，将各组分混合后加水调匀，然后挤压造粒成型为粒径30一50mm的颗粒体，再在900-1100℃高温下烧结2-4小时，得到所需烟气脱汞吸附剂。

申请人首先采用系列试验对各组分进行实验，得出各组分的最优比例。实验时，对制备方法中粒径、烧结温度和烧结时间三个参数分别取40mm、1000℃、3小时的固定值。在上述制备方法中对各组分取不同重量比例得到不同序号的烟气脱汞吸附剂。再对所述不同序号的烟气脱汞吸附剂采用相同模拟条件下进行脱汞实验验证。所述模拟条件为：首先采用汞蒸汽渗透管(渗透率175ng/min，美国VICI Metronics公司)产生汞蒸气，并用16.8L/min N₂作为载气，再混合0.6L/min SO₂、0.2L/min HCl、2.4L/min CO₂、在气体混合室形成模拟实际成分的模拟含汞烟气，气体混合室内设置有加热装置使烟气温度加热到实际烟气温度范围。再控制该模拟烟气以稳定流速20L/min，进入到一常规结构的脱汞器入口内，该脱汞器结构为一带入口和出口的容置体，容置体内腔中具有一直径150mm的吸附床，吸附床上装入厚度150mm吸附剂填料，模拟烟气从脱汞器入口进入后穿过吸附床并从出口涌出，检测该脱汞器出口处烟气中汞含量除以脱汞器入口处烟气汞含量，即计算出汞去除率。

这样，申请人采用不同序号的烟气脱汞吸附剂经上述模拟试验得到的部分数据表格如下：10-25％的湖南粘土、聚乙烯2-5％、稻壳2-5％、5-10％的氧化钙、2-6％的溴化钠、余量为粉煤灰，

序号	湖南粘土(％)	聚乙烯(％)	稻壳(％)	氧化钙(％)	溴化钠(％)	粉煤灰(％)	汞去除率(％)
								1	10	2	2	5	2	余量	65.3
2	11	2	2	6	2	余量	67.5
								3	11	3	2	7	2	余量	69.3
4	12	3	3	8	2	余量	72.4.
								5	12	4	3	8	3	余量	73.2
6	13	4	3	7	2	余量	74.3
								7	12	3	3	7	3	余量	80.5
8	13	4	4	7	3	余量	77.6
								9	15	4	3	8	4	余量	76.8
10	17	5	4	8	5	余量	74.9
								11	20	4	5	9	5	余量	73.3

序号	湖南粘土(％)	聚乙烯(％)	稻壳(％)	氧化钙(％)	溴化钠(％)	粉煤灰(％)	汞去除率(％)
								12	22	4	4	9	5	余量	70.1
13	22	5	5	9	5	余量	69.4
								14	24	4	5	8	4	余量	66.2
15	24	5	5	9	6	余量	66.3
								16	25	5	4	10	5	余量	63.7

经过上述系列试验，可知，当制备方法中粒径、烧结温度和烧结时间三个参数分别取40mm、1000℃、3小时的固定值时，得到的序号7的脱汞吸附剂的汞去除率最高。故可知，制备方法中，各组分比例的最优比例为：72％的粉煤灰、7％的氧化钙、3％的溴化钠、12％的湖南粘土、3％的聚乙烯、3％的稻壳。

另外，申请人再次进行了系列试验，对上述吸附剂的制备过程中的成型粒径、烧结温度、烧结时保温时间等三参数再次进行优化。实验时，在上述吸附剂制备方法中，组分取最优组分，且其余条件相同情况下，分别取不同的成型粒径、烧结温度和烧结保温时间，得到不同的序号的烟气脱汞吸附剂。再对所述不同序号的烟气脱汞吸附剂采用相同模拟条件下进行脱汞实验验证。所述模拟条件为：首先采用汞蒸汽渗透管(渗透率175ng/min，美国VICIMetronics公司)产生汞蒸气，并用16.8L/min N₂作为载气，再混合0.6L/min SO₂、0.2L/min HCl、2.4L/min CO₂、在气体混合室形成模拟实际成分的模拟含汞烟气，气体混合室内设置有加热装置使烟气温度加热到实际烟气温度范围。再控制该模拟烟气以稳定流速20L/min，进入到一常规结构的脱汞器入口内，该脱汞器结构为一带入口和出口的容置体，容置体内腔中具有一直径150mm的吸附床，吸附床上装入厚度150mm吸附剂填料，模拟烟气从脱汞器入口进入后穿过吸附床并从出口涌出，检测该脱汞器出口处烟气中汞含量除以脱汞器入口处烟气汞含量，即计算出汞去除率。

这样，申请人采用不同序号的烟气脱汞吸附剂经上述模拟试验得到的部分数据表格如下：

序号	成型粒径(mm)	烧结温度(℃)	保温时间(h)	汞去除率(％)
					1	30	900	2	56.3
2	30	900	3	60.5
					3	30	1100	4	69.4
4	35	900	2	54.8

序号	成型粒径(mm)	烧结温度(℃)	保温时间(h)	汞去除率(％)
					5	35	900	3	61.7
6	35	1000	4	73.4
					7	35	1100	4	77.2
8	40	900	2	58.7
					9	40	900	3	62.4
10	40	950	4	70.5
					11	40	1000	2	61.4
12	40	1000	3	68.9
					13	40	1100	4	85.5
14	45	900	2	57.9
					15	45	900	3	60.8
16	45	950	4	71.7
					17	45	1050	3	67.9
18	45	1050	2	59.6
					19	50	1000	4	65.1
20	50	1000	3	63.5
					21	50	1100	4	72.8

从上述试验表格中可看出，序号为13的吸附剂，即粒径为40mm，烧结温度为1100℃，烧结保温时间为4h条件下制得的吸附剂，吸附效果最好，汞去除率可达到85.5％。

同时，为了进一步验证本发明脱汞吸附剂的脱汞效果，申请人在上述相同实验条件的基础上，采用现有技术中脱汞效果优良的活性炭，作为吸附剂置于吸附床上形成厚度150mm吸附剂填料层，在相同条件下进行验证，得到结果如下表。

实验对象	汞去除率
		活性炭	95.0％
序号13的吸附剂	85.5％

从上述表格可看出，本发明中优化参数后得到的烟气脱汞吸附剂，虽然成本极为便宜，但其吸附效果已经接近或者基本达到了活性炭的吸附水平，具备较好的脱汞效果。

Claims (4)

1.一种烟气脱汞吸附剂，其特征在于：采用如下重量份的组分：溴化钠2-6％、氧化钙5-10％、粘土10-25％，余量为粉煤灰；将所述组分物质混合后加水调匀，然后挤压造粒成型为粒径30-50mm的颗粒体，再在900-1100℃高温下烧结2-4小时得到。

2.如权利要求1所述的烟气脱汞吸附剂，其特征在于：所述组分中还加入有重量份2-5％的聚乙烯和/或2-5％的稻壳。

3.如权利要求2所述的烟气脱汞吸附剂，其特征在于：所述组分比例为：粉煤灰72％、氧化钙7％、溴化钠3％、湖南粘土12％、聚乙烯3％、稻壳3％。

4.如权利要求3所述的烟气脱汞吸附剂，其特征在于：所述颗粒体粒径为40mm，烧结温度为1100℃，烧结保温时间为4小时。