CN106732331A - 飞灰吸附剂碘改性方法及碘改性飞灰吸附剂和燃煤烟气脱汞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了飞灰吸附剂碘改性方法及碘改性飞灰吸附剂和燃煤烟气脱汞的方法。本发明方法中，采用单质碘对飞灰进行改性，从而可以使得改性后的飞灰具有很强的脱汞能力，并能够有效吸附脱除单质汞，进而能够对燃煤烟气进行有效的净化；本发明方法中，无需对飞灰进行浸渍、晒干以及烘干等复杂的改性步骤，而这也使得本发明方法简便易行，且改性效果好。同时，本发明烟气脱汞方法中，通过使用本发明碘改性飞灰吸附剂作为脱汞试剂，因而能够有效的将燃煤烟气中的离子和单质状态的汞吸附脱除，并能够对燃煤烟气进行有效的净化。

Description

飞灰吸附剂碘改性方法及碘改性飞灰吸附剂和燃煤烟气脱汞 的方法

技术领域

本发明涉及燃煤烟气脱汞领域，具体而言，涉及飞灰吸附剂碘改性方法及碘改性飞灰吸附剂和燃煤烟气脱汞的方法。

背景技术

大量燃煤带来会带来严重的大气污染和温室气体排放。煤燃烧产生的烟气中不但含有酸性污染物SO₂、NO_x，而且还含有易挥发的重金属污染元素Hg、As等。据美国环保署推测，每年全球范围内排放的汞金属含量在4400吨至7500吨之间，其中53％来自于亚洲。我国多数煤中含汞量处于0.01～0.1mg/Kg之间，燃煤排放到大气中的汞，也由1995年的202吨增加到2003年的257吨。

汞是是唯一一种主要以气相形态存在于大气的重金属污染物，具有持久性、易迁移性、高度生物累积性和生物放大性的特点。排放到大气中的汞可以转化成甲基汞而进入人类和动物的食物链中。甲基汞可以穿过胎盘屏障侵害胎儿，使新生儿发生先天性疾病，出了神经系统受到损害之外，二通的免疫系统和循环系统也会受到侵害。

由于汞在大气中停留时间长，可随大气循环运动，以燃煤为主要污染源的大气汞污染问题已逐渐引起人们的重视。

煤是中国目前电站燃料的主体，煤粉燃烧在提供电力的同时，也会带来严重的汞污染。国内外也有很多科研机构对于燃煤烟气中汞排放控制技术进行了较多的研究，目前脱汞的方法主要有以下两种：

一是湿法洗涤技术，即使用金属氧化物作为催化剂把烟气中的单质汞转换成可溶性的氧化态汞之后，在湿法脱硫设备中与其他的痕量元素一起洗涤脱除。但是此技术所产生的氧化态汞具有剧毒，因此处理它的水溶液时必须加倍小心；

二是喷射吸附剂，主要脱汞方法是投入吸附剂，在静电除尘器的前部或者后部喷入吸附剂脱除含汞物质包括单质汞，氧化汞，颗粒汞等。

由于喷射吸附剂的安全性更高，而且操作也相对较为便捷，因而喷射吸附剂的方法也是目前脱汞的主要研究方向。

现有的吸附剂主要有活性炭吸附剂和飞灰吸附剂两种，但两种吸附剂各有短板：

活性炭脱汞效率高，也是现在的主流吸附剂，但是想要达到理想的脱汞效率，则需要大量使用活性炭，运行成本太高；

飞灰吸附剂是以锅炉燃烧后飞灰为吸附剂，相较于活性炭而言，飞灰吸附剂的成本要低很多。然而，飞灰吸附剂是一种极性吸附剂，虽然对离子态的汞有很好的吸附性，但是对单质态的汞吸附效果并不明显。此外，烟气中超过40％的汞都是单质汞，在脱硫之后单质汞的含有率更是接近甚至超过了90％，这种汞具有熔点低，平衡蒸汽压高，难溶于水等特点，是脱汞工艺中的难点和重点。

进一步的，常见的飞灰浸渍改性工艺需要对浸渍过的粉煤灰进行浸渍晒干烘干等处理，在工厂实际应用中需要较高的运行成本和较长的运行周期，这是该类飞灰改性方法的通病。

因此，开发一种新型改性飞灰吸附剂，并提高其对于单质汞的吸附脱除效率，是目前亟待解决的技术问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种飞灰吸附剂碘改性方法，本发明方法中，采用单质碘对飞灰吸附剂进行改性，从而可以使得改性后的飞灰吸附剂具有很强的脱汞能力，并能够有效吸附脱除单质汞，进而能够对燃煤烟气进行有效的净化；同时，本发明方法中，无需对飞灰进行浸渍、晒干以及烘干等复杂的改性步骤，而这也使得本发明方法简便易行，且改性效果好。

本发明的第二目的在于提供一种碘改性飞灰吸附剂，本发明碘改性飞灰吸附剂具有良好的脱汞能力，不仅能够有效脱除离子态的汞，还能够有效吸附脱除普通飞灰吸附剂无法脱除的单质汞。

本发明的第三个目的在于提供一种燃煤烟气脱汞的方法，本发明方法中，通过使用本发明碘改性飞灰吸附剂作为脱汞试剂，因而能够有效的将燃煤烟气中的离子和单质状态的汞吸附脱除，并能够对燃煤烟气进行有效的净化。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种飞灰吸附剂碘改性方法，所述方法包括如下步骤：

1)取锅炉燃烧后飞灰，置于碘床上，然后加热碘床；

2)静置一段时间后，收集飞灰，即为碘改性飞灰吸附剂。

可选的，本发明中，所述锅炉为CFB锅炉。

可选的，本发明中，所述方法还进一步包括将飞灰筛分后，再置于碘床上的步骤。

可选的，本发明中，所述筛分为筛分粒径为100-500目的飞灰。

可选的，本发明中，所述置于碘床上，是将飞灰平铺于碘床上。

可选的，本发明中，所述加热碘床具体为对碘床下部进行加热，并控制碘床的加热温度高于飞灰的温度。

可选的，本发明中，所述碘床为装载有碘单质的反应床。

同时，本发明还提供了由本发明所述方法制备的碘改性飞灰吸附剂。

同样的，本发明还提供了一种燃煤烟气脱汞的方法，所述方法中使用本发明所述碘改性飞灰吸附剂为脱汞剂。

可选的，本发明中，所述方法包括将飞灰喷射至烟道中，以吸附烟道烟气中汞的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明飞灰改性步骤简单，无需进行浸渍、晒干以及烘干等复杂操作，能够简单、快捷的进行飞灰改性处理；

(2)本发明碘改性的飞灰吸附脱汞性能好，不仅能够有效脱除离子汞，对于单质汞也有良好的脱除效果。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明中，所用原料飞灰优选的为CFB锅炉(即循环流化床锅炉)飞灰；进一步的，所用原料飞灰更优选的为冷却后的CFB锅炉飞灰；

选用冷却后的飞灰作为原料，不仅便于进一步筛分，更重要的是有利于高温升华后的碘吸附沉积在飞灰的表面，从而对实现对飞灰的碘改性。然后，本发明进一步将原料飞灰进行筛选，而通过筛选，可以得到具有不同尺寸粒径的飞灰。飞灰粒径越小，其比表面积越大，越有利于其在改性后对于单质汞和离子汞的吸附和进一步脱除；但是，如果原料飞灰的粒径过小，其本身的汞含量又太高，不利于继续对汞的吸附和脱除，具体的粒径选择与所用飞灰的理化性质有关，需要经过多次实验之后才能确定。。

接着，就是飞灰与碘反应改性步骤。飞灰的反应改性是在碘床上进行的，所述碘床即为装载有单质碘的反应床。

优选的，单质碘可以平铺于反应床之上，这样也可以使得碘能够与飞灰充分接触；

同时，优选的，所述反应床可以为市售反应床，或者简易的玻璃板或者不锈钢板或者其他耐腐蚀板材。由于相较于玻璃板而言，不锈钢板的耐腐蚀性能稍差，因而，更加优选的，本发明中可以以玻璃板为反应床；

更进一步优选的，可以将碘单质平铺于玻璃板上，以形成碘床，然后将筛选后的飞灰置于平铺于碘床之上，并保证飞灰能够与碘床上的单质碘接触。

待上述步骤完成后，即对碘床进行加热，可以通过加热碘床下部进行加热操作，加热的温度要保证高于筛选后原料飞灰的温度，这样有利于改性的进行；

优选的，本发明筛选后飞灰的温度一般控制在30℃以下，低温有利于 改性的进行。，碘床加热的温度控制在45℃以上，180℃以下；优选的，加热的温度可以控制在80℃-120℃。

加热的目的是实现碘的缓慢又稳定的升华，加热温度过低时，升华缓慢，改性耗时久，得到的改性飞灰的碘浓度分布比较集中；加热温度过高时升华迅速，改性耗时短，得到的改性飞灰的碘浓度分布范围比较大。

上述步骤和条件控制完成后，就是碘对飞灰的改性了，改性过程中，如果飞灰的厚度较厚，可以适当对于飞灰进行翻动。

对于反应的时间(即静置的时间)，则可以根据实际情况进行调控，具体的，如果平铺的飞灰的厚度比较薄，就可以适当减少反应的时间；反之，如果飞灰的厚度比较厚，则适当增加反应的时间；同样的，如果碘床加热的温度比较低，则适当延长反应的时间，反过来，如果碘床加热的温度比较高，则可以适当缩短反应的时间。

反应后，将飞灰收集，所得到的，即为碘改性飞灰吸附剂。

进一步的，本发明飞灰改性的具体步骤如下：

1)取CFB锅炉飞灰，作为飞灰基吸附剂；

2)将飞灰基吸附剂过筛筛分后，平铺于装载有单质碘的反应床上，并对反应床下部加热，并控制反应床的加热温度高于飞灰的温度；

3)将飞灰基吸附剂静置于加热的反应床上一段时间后，收集飞灰，即得到碘改性飞灰吸附剂。

所制得的碘改性飞灰基吸附剂可以进一步作为脱汞剂而用于燃煤烟气脱汞中。例如可以将飞灰喷射至烟道中，以吸附烟道烟气中的汞(单质汞和离子汞)。

同时，烟道中吸附剂的喷射方向，优选的应当与烟气流动方向一致；喷射的速度也应该根据烟道尺寸结构以及烟气的运行参数进行数值优化设计，保证气固非均相反应的传质效果。

进一步的，吸附剂可以由喷射泵喷入烟道中，可以在烟道中的单一点位进行喷射，喷射可以为单出口喷射或者多出口喷射，即吸附剂进入同一喷射泵中，但由不同的连接于喷射泵的喷射管喷出，还可以通过调节喷射管阀门流量而控制吸附剂的喷射量。这样就可以在实现大范围喷射脱汞的同时，还能够根据烟气实际流动方向的不同，进行有针对性调整；

如果烟道的长度较长，则可以选择在不同的点位进行吸附剂的喷射，从而提高汞脱除率。

实施例1

按照如下所述方法进行飞灰吸附剂碘改性：

1)取锅炉飞灰，作为飞灰基吸附剂；

首先，对原料CFB锅炉飞灰进行成分检测，锅炉飞灰中所含元素及其含量如下表1所示：

表1 CFB锅炉飞灰中所含元素及其含量

2)在玻璃板上平铺适量单质碘，作为碘床；

然后，将CFB锅炉飞灰经300目筛分后，取20g筛分后的CFB锅炉飞灰，并平铺于碘床上，同时使得CFB锅炉飞灰与碘充分接触；

接着，对碘床进行加热，并将碘床加热至80℃；

3)待静置反应4h后，收集平铺于碘床上的飞灰，即为本发明实施例1的碘改性飞灰吸附剂。

实施例2

1)取实施例1中相同的锅炉飞灰，作为飞灰基吸附剂；

2)在不锈钢板上平铺适量单质碘，作为碘床；

然后，将CFB锅炉飞灰经100目筛分后，取20g筛分后的CFB锅炉飞灰，并平铺于碘床上，同时使得CFB锅炉飞灰与碘充分接触；

接着，对碘床进行加热，并将碘床加热至60℃；

3)待静置反应6h后，收集平铺于碘床上的飞灰，即为本发明实施例2的碘改性飞灰吸附剂。

实施例3

1)取实施例1中相同的锅炉飞灰，作为飞灰基吸附剂；

2)在市售反应床上平铺适量单质碘，作为碘床；

然后，将CFB锅炉飞灰经200目筛分后，取20g筛分后的CFB锅炉飞灰，并平铺于碘床上，同时使得CFB锅炉飞灰与碘充分接触；

接着，对碘床进行加热，并将碘床加热至45℃；

3)待静置反应8h后，收集平铺于碘床上的飞灰，即为本发明实施例3的碘改性飞灰吸附剂。

效果例1

分别对实施例1、实施例2以及实施例3的碘改性飞灰吸附剂进行汞吸附测试，测试使用浓度为10ug/m3的稳定汞源，将0.2g飞灰吸附剂与1.8g石英砂均匀混合，在其上方铺上15g石英砂形成固定床，设定温度为50℃，汞浓度的变化用CEM(连续排放检测仪)进行检测。结果发现，实施例1碘改性飞灰吸附剂对于单质汞的吸附量能够达到60000ng/g；实施例2碘改性飞灰吸附剂对于单质汞的吸附量能够达到55000ng/g；实施例3碘改性飞灰吸附剂对于单质汞的吸附量能够达到40000ng/g。

进一步的，出于工业化推广的目的，对吸附单质汞后的碘改性飞灰吸附剂的热稳定性进行考察后发现，当温度低于250℃时，碘改性飞灰吸附剂可以稳定存在，从250℃继续升温，开始有碘蒸汽溢出，使淀粉碘化钾试剂变蓝。

由此可见，本发明所制得的碘改性飞灰吸附剂能够有效吸附单质汞，并且具有良好的热稳定性。

本发明通过将单质碘与锅炉燃烧后飞灰加热反应而对其进行改性，从而可以以简单、便捷的方法制备碘改性飞灰吸附剂，同时，所制得的碘改性飞灰吸附剂能够有效吸附单质汞。而这也是现有的传统飞灰吸附剂所无法实现的。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种飞灰吸附剂碘改性方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)取锅炉燃烧后飞灰，置于碘床上，然后加热碘床；

2)静置一段时间后，收集飞灰，即为碘改性飞灰吸附剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锅炉为CFB锅炉。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括将飞灰筛分后，再置于碘床上的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述筛分为筛分粒径为100-500目的飞灰。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述置于碘床上，是将飞灰平铺于碘床上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热碘床具体为对碘床下部进行加热，并控制碘床的温度高于飞灰的温度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碘床为装载有碘单质的反应床。

8.根据权利要求1-7中任一项所述方法制备的碘改性飞灰吸附剂。

9.一种燃煤烟气脱汞的方法，其特征在于，所述方法中使用权利要求7所述碘改性飞灰吸附剂为脱汞剂。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括将飞灰喷射至烟道中，以吸附烟道烟气中汞的步骤。