CN201384908Y - 烟气汞吸附装置 - Google Patents

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罗誉娅
陈俊杰
张雪梅
徐璋
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Abstract

本实用新型涉及一种烟气汞吸附装置，由上玻璃管和下玻璃管相互扣合构成，所述的上玻璃管的进气口和下玻璃管的出气口都呈现束口状，所述的上玻璃管内设置有镂空的上挡板，所述的下玻璃管内设置有镂空的下挡板，所述的上挡板的下方和下挡板上方都设置有可拆卸的玻璃棉层，所述的上挡板和下挡板之间留有可放置固态吸附剂的空腔。本实用新型有益效果是：可以高效准确地检测吸附剂对烟气中有吸附物质的性能，尤其是检测对含汞烟气中汞的吸附性能。

Description

烟气汞吸附装置
(一)技术领域
本实用新型涉及一种烟气汞吸附装置，这种装置在放置吸附剂后能够高效地捕捉烟气中要吸附的物质，从而来检测这种吸附剂的吸附性能。本实用新型特别涉及一种能检测比较活性炭纤维材料吸附汞的性能的装置。
(二)背景技术
汞由于它的剧毒性，生物富积性和难于捕捉而倍受关注。较低浓度的汞使农业减产，而较高浓度的汞引起作物死亡。汞在微生物的作用下转变成甲基汞。甲基汞是一种毒性比汞更强的物质，其造成的危害更大。汞一旦排入大气，会久存于环境中并造成长期的污染问题。大气环境中的汞很大部分来自人为活动。其中煤燃烧和垃圾焚烧产生的汞占绝大部分。
目前，烟气污染控制装置能较好地脱除二价汞和固体颗粒态汞，但对零价汞其脱除效果不明显。活性炭喷射结合静电除尘器或布袋除尘器的方法作为最有前途的主动式汞排放控制措施已得到了广泛关注。现有的控制汞排放的技术：洗选煤除汞技术、吸附剂喷射技术、常规污染物控制除汞技术等，仍局限于研究阶段。这些技术中没有一种能从废气中完全脱除汞，特别是单质汞。现有技术中缺少一种能有效衡量吸附剂吸附性能高低的装置，在众多的吸附材料中，各吸附剂吸附性能优劣不等，尤其需要一种能将吸附剂对汞的吸附能力准确检测的装置。
(三)实用新型内容
本实用新型要克服已有技术的上述缺点，提供一种对烟气中的单质汞有良好吸附能力的烟气汞吸附装置。为实现本发明目的，本发明提供一种烟气汞吸附装置，由上玻璃管和下玻璃管相互啮合构成，所述的上玻璃管的进气口和下玻璃管的出气口都呈现束口状，所述的上玻璃管内设置有镂空的上挡板，所述的下玻璃管内设置有镂空的下挡板，所述的上挡板的下方和下挡板上方都设置有可拆卸的玻璃棉层，所述的上挡板和下挡板之间留有可放置固体吸附剂的空腔。由于吸附剂层处于上、下石棉层之间，石棉层能起到很好的支撑作用，选用的吸附剂可以是活性炭纤维，也可以是粉状或粒状活性炭，当然也可以是其他类型的固体吸附剂，如钙基类的吸附剂、沸石类吸附剂等。
进一步所述的上玻璃管和下玻璃管的外壁，都设置相互对应配合的固定挂钩。所述的挂钩供使用时上玻璃管和下玻璃管紧固之用，上下相互对应的挂钩，可用耐温绳索进行固定，以加强端口啮合。
再进一步，所述的上玻璃管的端口插入所述的下玻璃管的端口，上玻璃管与下玻璃管的接触面各自设有磨砂层。为使端口连接处啮合更加紧密，防止漏气，在端口表面处需做磨砂处理。这保证使用时下玻璃管与上玻璃管密封连接。试验过程中可拆分上、下玻璃管，更换玻璃棉层或填装吸附剂层，以构成固定吸附床。
更进一步，所述的挡板优选为石英玻璃材质。
具体的，推荐所述的烟气汞吸附装置，上挡板或下挡板为3～8片厚度为3mm～4mm的扇形石英玻璃片，优选4片扇形石英玻璃片在上玻璃管或下玻璃管内放射状均匀布置。作为优选的方案所述的上挡板或下挡板固定在距离上玻璃管的最近的束口或下玻璃管的最近的束口15mm～20mm处。
所述的上玻璃管和下玻璃管的内径各自为：20～40mm，所述的上挡板到下挡板的距离是110～140mm。所述的上玻璃棉层和下玻璃棉层的厚度各自为20mm～30mm。
本实用新型特别推荐用以检测活性炭纤维吸附烟气中汞的性能，如原始活性炭纤维、MoO3-活性炭纤维及MoS2-活性炭纤维为吸附剂时吸附烟气汞的吸附性能。
上、下挡板分别设置在距离气流进出口15～20mm处，可起到气流缓冲的作用，也可对玻璃棉层起到支撑和阻挡作用，防止玻璃棉飞扬进入气体管道；上、下玻璃棉层均匀地铺在两挡板内侧，可稳定气流，防止吸附剂被气流夹带进入气体管道。将吸附剂层均匀铺放在下玻璃棉层上，用于捕捉烟气中的汞。吸附装置中采用的是高效MoS2-活性炭纤维汞吸附剂。
具体应用时将待测的活性炭纤维吸附剂置于所述的(一种)烟气汞吸附装置，通入含汞烟气，用连续汞分析仪(CEMs)在线检测并记录吸附前后烟气中的汞浓度，待活性炭纤维吸附剂充分吸附含汞烟气中的汞后，根据相关实验数据计算该活性炭纤维吸附剂的吸附性能。
所述MoS2-活性炭纤维吸附剂的制备包括两个主要步骤：
1)MoO3-活性炭纤维的制备。使用七钼酸铵溶液【(NH4)6Mo7O24·4H2O】浸渍活性炭纤维，活性炭纤维在七钼酸铵溶液中加热浸渍后，用去离子水反复冲洗，再将浸渍有七钼酸铵的活性炭纤维在管式炉450℃，Ar气氛下加热，使纤维表面的七钼酸铵氧化分解，制得表面负载有三氧化钼(MoO3)的活性炭纤维。
2)MoS2-活性炭纤维的制备。在Ar/H2S气氛下，800℃，硫化所述MoO3-活性炭纤维，制得表面负载二硫化钼(MoS2)的活性炭纤维吸附剂。
本实用新型的优点是：可以实现高效检测吸附剂的吸附性能，特别是能将吸附剂从含汞烟气中吸附汞的能力进行准确量化，便于实际应用和研究中选择有效的吸附剂，尤其那些从含汞烟气中吸附汞的吸附剂。
此外，该装置的上、下玻璃管是可拆分的，可通过更换其中的吸附剂来扩大所述吸附装置的应用范围，灵活性更强。也可以通过更换吸附剂层和上、下石棉层，重复使用该吸附装置。
(四)附图说明
图1是烟气汞吸附装置结构示意图
图2是挡板结构示意图
图3是MoS2-活性炭纤维的能谱分析图
图4是N2气氛下MoS2-活性炭纤维吸附装置的吸附曲线
图5是N2气氛下原始活性炭纤维吸附装置的吸附曲线
图6是N2气氛下MoO3-活性炭纤维吸附装置的吸附曲线
(五)具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例一：
本实用新型所述的烟气汞吸附装置，由上玻璃管1和下玻璃管2相互扣合构成，所述的上玻璃管1的进气口11和下玻璃管2的出气口21都呈现束口状，所述的上玻璃管1内设置有镂空上挡板3，所述的下玻璃管2内设置有镂空下挡板4，所述的上挡板3的下方和下挡板4上方都设置有可拆卸的玻璃棉层5，所述的上挡板3和下挡板4之间留有可放置活性炭纤维吸附剂的空腔6。
所述的上玻璃管1和下玻璃管2的外壁，都设置有突起的挂钩7。
所述的上玻璃管1的端口12插入所述的下玻璃管2的端口22，所述的端口接触表面有磨砂层。这样使端口连接处啮合更加紧密，防止漏气，试验过程中可拆分上、下玻璃管1、2，更换玻璃棉层5或填装吸附剂层，以构成固定吸附床。
本实施例上玻璃管与下上玻璃管各自的内径均为20mm，长度均为70mm，所述的上挡板或下挡板为4片厚度为3～4mm的扇形石英玻璃片，放射状均匀布置在玻璃管内，所述的上挡板到下挡板的距离是110mm。所述的上挡板或下挡板固定在距离上玻璃管的最近的束口或下玻璃管的最近的束口15mm～20mm处。
使用时上挡板的下方或下挡板的上方布置新的上玻璃棉层和下玻璃棉层，厚度各自为25mm。
本实用新型用以检测应用例1、应用例2、应用例3所述的活性炭纤维吸附剂，首先将待测的活性炭纤维吸附剂置于所述的(一种)烟气汞吸附装置，啮合上玻璃管和下玻璃管，密封连接。再从进口通入含汞烟气，用连续汞分析仪(CEMs)在线检测并记录吸附前后烟气中的汞浓度，待活性炭纤维吸附剂充分吸附含汞烟气中的汞后，根据相关实验数据计算该活性炭纤维吸附剂的吸附性能。
应用例1：
该装置用于检测时，吸附装置中分别装入MoS2-活性炭纤维汞、MoO3-活性炭纤维、原始活性炭纤维吸附剂。
所述MoS2-活性炭纤维吸附剂的制备步骤为：称取1g七钼酸铵置于烧杯中，加入去离子水搅拌使其溶解。将七钼酸铵溶液移入250ml容量瓶，定容，即制得浓度为4mg/ml的七钼酸铵溶液。取4g活性炭纤维(比表面积为1000m2/g的粘胶基活性炭纤维)置于250ml棕色广口瓶中，加入250ml七钼酸铵溶液。在50℃水浴条件下，搅拌浸渍24小时后，用去离子水反复冲洗活性炭纤维。然后将其置于瓷舟内，在管式炉450℃，Ar气氛下(气流速度200ml/min)，加热分解3小时，即制得表面负载三氧化钼(MoO3)的活性炭纤维。在加热分解过程中，需配置稀盐酸溶液以吸收分解时产生的尾气(NH3废气)。
取0.5g MoO3-活性炭纤维置于瓷舟内，在管式炉800℃，Ar/H2S(Ar∶H2S＝98∶2)气氛下(气流速度200ml/min)，加热硫化1.5小时，即制得MoS2-活性炭纤维。硫化过程中，采用稀氢氧化钠溶液来吸收尾部的H2S废气。
图3为MoS2-活性炭纤维的扫描电镜图，可知MoS2主要以颗粒状附着在活性炭纤维表面上，颗粒分布比较均匀。图4为MoS2-活性炭纤维的能谱分析图，表1为MoS2-活性炭纤维的元素分析含量表，可知Mo元素和S元素含量较高，说明活性炭纤维表面负载了一定量的MoS2。
表1MoS2-活性炭纤维的元素含量表
  元素   C   N   O   S   Mo   其他
  含量(％)   56.97   4.53   11.51   9.20   17.78   0.01
称取0.015g所述MoS2-活性炭纤维，将其放入所述烟气汞吸附装置内，进行汞吸附试验。N2气氛下，烟气流量为1L/min，初始Hg0浓度为67.3ug/m3，吸附温度130℃，进行Hg0吸附实验。吸附曲线如图5所示，在吸附初始阶段，Hg0浓度从67.3ug/m3迅速下降至0ug/m3，随后在0ug/m3浓度水平上下振荡。在41小时吸附过程中，Hg0浓度缓慢上升至5ug/m3附近，MoS2-活性炭纤维固定吸附床的吸附量仍未达到饱和，还具有很强的汞吸附性能。由下面的表2中的数据计算得出所述MoS2-活性炭纤维饱和吸附量可达上万数量级(ug Hg0/g吸附剂)，是脱除烟气中单质汞的一种高效吸附剂。
应用例2
称取0.015g原始活性炭纤维(未经化学浸渍)，将其放入所述烟气汞吸附装置内进行对比试验，在N2气氛下，烟气流量为1L/min，初始Hg0浓度为114ug/m3，吸附曲线如图6所示。吸附初始阶段，Hg0浓度从114ug/m3迅速下降，接近0ug/m3，随后再缓慢上升，经过大约1小时的吸附，原始活性炭纤维被穿透，可见其对单质汞具有一定的吸附性能。从表2各烟气汞吸附装置的单位吸附量表中可知，MoS2-活性炭纤维吸附装置与原始活性炭纤维吸附装置相比，其汞吸附性能获得很大程度的提升。因此，所述MoS2-活性炭纤维烟气汞吸附装置是一种高效汞吸附装置。
表2各烟气汞吸附装置的单位吸附量表
烟气汞吸附装置   烟气成分   单位吸附量(μg/g)   折算单位吸附量(μg/g)
  原始活性炭纤维吸附装置   N2   197.38   178.55
  MoS2-活性炭纤维吸附装置   N2   9899.86   16883.48
  MoO3-活性炭纤维吸附装置   N2   299.60   427.43
应用例3
称取0.015g所述MoO3-活性炭纤维，将其放入烟气汞吸附装置内进行对比试验，N2气氛下，烟气流量1L/min，初始Hg0浓度为76.1ug/m3，吸附曲线如图7所示。吸附开始后，Hg0浓度从76.1ug/m3下降到0ug/m3，随后逐渐上升，开始阶段上升较快，在Hg0浓度四十～五十几ug/m3范围维持较长时间，经过约2.5小时的吸附后，Hg0浓度呈明显加快上升趋势，逼近Hg0入口浓度。MoO3-活性炭纤维吸附持续时间较原始活性炭纤维长，单位吸附量也相应增加(如表2)。因而，填充MoO3-活性炭纤维的吸附装置对汞的吸附性能较原始活性炭纤维有所提升，但与硫化后MoS2-活性炭纤维吸附装置相比还有很大差距。
本实用新型用以检测不同吸附剂对烟气中的汞吸附性能，为吸附剂的选择应用和研究提供了可靠的装置。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1、一种烟气汞吸附装置，其特征在于：由上玻璃管和下玻璃管相互啮合构成，所述的上玻璃管的进气口和下玻璃管的出气口都呈现束口状，所述的上玻璃管内设置有镂空的上挡板，所述的下玻璃管内设置有镂空的下挡板，所述的上挡板的下方和下挡板上方都设置有可拆卸的玻璃棉层，所述的上挡板和下挡板之间留有可放置固体吸附剂的空腔。
2、如权利要求1所述的烟气汞吸附装置，其特征在于：所述的上玻璃管和下玻璃管的外壁，都设置相互对应配合的固定挂钩。
3、如权利要求2所述的烟气汞吸附装置，其特征在于：所述的上玻璃管的端口插入所述的下玻璃管的端口，上玻璃管与下玻璃管的接触面各自设有磨砂层。
4、如权利要求3所述的烟气汞吸附装置，其特征在于所述的挡板为石英玻璃材质。
5、如权利要求4所述的烟气汞吸附装置，其特征在于所述的上挡板或下挡板为3～8片厚度为3mm～4mm的扇形石英玻璃片，放射状均匀布置在玻璃管内。
6、如权利要求5所述的烟气汞吸附装置，其特征在于所述的上挡板或下挡板固定在距离上玻璃管的束口或下玻璃管的束口15mm～20mm处。
7、如权利要求6所述的烟气汞吸附装置，其特征在于所述的上挡板或下挡板为4片扇形石英玻璃片。
8、如权利要求7所述的烟气汞吸附装置，其特征在于所述的上玻璃管和下玻璃管的内径各自为：20～40mm，所述的上挡板到下挡板的距离是110～140mm。
9、如权利要求8所述的烟气汞吸附装置，其特征在于：所述的玻璃棉层的厚度为20mm～30mm。
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