脱汞综述

脱汞技术综述

摘要：中国式全球范围内汞污染最为严重的地区之一，汞在烟气及大气中的存在方式有三种：元素态汞（Hg0），氧化态汞（Hg+、Hg2+）可颗粒态汞（Hg（p）），汞的存在形式影响其去除效率，本文综述了各种汞的去除方法，详细介绍了燃烧后脱汞的方法及研究现状。

关键词：脱汞；颗粒态汞；氧化态汞；元素态汞；

1.前言

汞是煤中一种痕量元素，在煤燃烧过程中会排入大气，对环境、人体产生极大的危害。有关汞对环境及人体的影响有相当多的文献记载，燃煤锅炉作为造成环境汞污染的主要人为排放源，已经在世界范围引起广泛关注。世界范围内煤中汞含量一般在0.012-0.33mg/kg，平均汞含量约为0.13mg/kg，我国煤中汞的平均含量为0.22mg/kg，我国是一个产煤大国。

2.1汞在煤中的存在形式

煤中汞的存在形式是影响汞排放的重要因素。对于煤中汞的存在形式,许多学者都进行了研究。煤中汞的形态可分为无机汞和有机汞，煤在地质化学中被归为亲硫元素,因而煤中汞主要存在于黄铁矿(FeS2)和朱砂(HgS)中,煤中的汞主要存在于无机矿物质中。

2.2汞在烟气中的存在形式

汞脱除的有效性取决于汞的形态分布，目前认为，在煤燃烧烟气中，汞存在3中基本形态：元素态汞（Hg0），氧化态汞（Hg+、Hg2+）可颗粒态汞（Hg（p））。Hg+烟气及大气中极不稳定，极易转化为二价汞，而Hg2+易溶于水可以被湿式烟气脱硫装置脱除，Hg（p）可以通过常规的污染物控制设备去除，所以氧化态及颗粒态汞比较容易被去除。由于Hg0的高挥发性及在水中的难溶性，在大气中的平均停留时间长达半年至两年，现有的烟气净化设备很难将其去除。因此，燃煤烟气脱汞的关键就是Hg0的脱除。

1.燃烧过程的脱汞

目前燃煤烟气脱汞技术主要分为燃烧前脱汞、燃烧后脱汞以及燃烧后尾部烟气脱汞，其中燃烧后脱汞技术的研究最为广泛。

3.1燃烧前脱汞

燃烧前脱汞属于对源的控制，大大减少了汞进入燃烧过程的量，主要包括洗煤和热解技术。洗煤技术是一种简单而低成本的降低汞排放的方法，采用先进的物理化学洗煤技术，汞的脱除率可达64.5%。目前，发达国家的原煤入洗率已经达40%~100%，而我国只有22%[1]，因此，我国应尽快提高原煤入洗率。热解法脱汞则是利用汞的高挥发性，在不损失碳素的温度条件下，使烟煤温和热解把汞挥发出来。比较这两种工艺，洗煤脱汞工艺相对成熟，热解脱汞工艺尚处于实验室研究阶段，有待进一步研究。

3.2燃烧中脱汞

关于燃烧中脱汞技术的研究很少，但针对其他污染物采用的一些燃烧控制技术队汞的除具有积极的作用。主要包括：流化床燃烧、低氮燃烧和炉膛喷入吸附剂法。

流化床燃烧有较长的炉内停留时间，使得微颗粒吸附汞的机会增加，更有利于气态汞的沉降。另外，流化床燃烧操作温度相对较低，导致氧化态汞含量增加，又抑制了氧化态汞重新转化成Hg0，在后续净化设备中更易被去除。低氮燃烧法同样是由于其操作温度较低，增加了烟气中氧化态汞的含量。炉膛喷入吸附剂法则是针对Hg2+容易被吸附去除的机理，不同气体和碳以不同比例存在时对汞的去除率的影响，研制某种催化剂，促使Hg0氧化成Hg2 +.从而控制汞污染[2，3]。

3.3燃烧后脱汞

对于燃煤烟气汞的排放控制,研究者们提出了各种各样的控制方法。目前,尾部烟气脱汞技术的研究主要包括以下几种方法:一种是以活性炭吸附为代表的吸附法,另一种是利用现有脱硫除尘装置的脱汞法,再者就是电晕放电等离子体脱汞法[10、11]、电催化氧化联合处理脱汞法等。

4.吸附剂法脱汞

利用吸附剂进行汞的脱除, 对于燃煤电厂汞的控制具有重要作用。最典型的吸附剂为活性炭、飞灰、钙基吸附剂。

4.1活性炭

活性炭是研究最多的吸附剂, 具有很高的汞吸附能力。He Zhang等4在包含CO、H2、CO2、H2O、H2S的模拟烟气中进行活性炭脱汞实验, 发现在H2S和O2存在条件下, Hg0移除效率呈直线上升。

改性活性炭提高汞吸附性能的研究越来越多,常用的改性元素为硫、碘、氯, 同时研究发现金属元素改性的活性炭也具有很好的烟气脱汞性能。Sh-itang Tong5等对活性炭进行硫、溴化学改性, 发现Br-、SO-2对于烟气中汞捕捉的稳定性有正面影响。Changxing Hu[6]等发现在N2环境中, 载氯改性后的活性炭对气态汞吸附能力有很大提高。JorgeRodrŠguez- Prez等[7]等制备了金纳米颗粒掺杂的活性炭吸附剂, 观察到在O2和N2条件下, 其脱汞效率可达到80%。

由于活性炭存在低容量、混合性差、低热力学稳定性、注入技术费用昂贵等问题, 限制了活性炭在燃煤烟气脱汞中的应用。

4.2飞灰

2. 2 飞灰类物质

飞灰对汞的吸附也与飞灰粒径大小有关, 王启超等人[8]和朱珍锦等人9的研

究表明, 飞灰中汞的含量随着粒径的减小而增大, 由于飞灰粒径越小, 比表面积越大, 这一规律表明汞在飞灰中呈表面富集状态。

王立刚等[10]研究了飞灰残炭对零价汞蒸气的吸附特性, 发现在低汞平衡浓

度下( < 250 ug/ m3),飞灰残炭吸附汞的能力与商业活性炭差距不显著, 商业活

性炭在高汞浓度端的汞吸附量则明显升高。而燃煤烟气中汞浓度较低, 从经济效益的角度考虑, 飞灰在脱除燃煤烟气中汞污染物方面应该比商业活性炭更具有优越性。并且含碳量高的飞灰对汞的吸附是很有利的, 但高含碳量的飞灰电阻率低, 这样会降低静电除尘器( ESP) 的除尘效率。

燃煤产生的飞灰能捕获一定数量的汞, 影响烟气中汞的形态。M. Antonia Lopez- Anton等[11]研究了不同温度下飞灰中汞的形态分布。当元素态汞被飞灰捕获后, 所形成汞化合物主要的存在形态是HgCl2。飞灰对于烟气中汞的吸附主要是飞灰残炭的作用和煤燃烧中各种无机化合物的催化作用[12]。目前飞灰的吸附效率仍不能满足烟气汞控制的需求, 对飞灰进行改性研究, 提高其脱汞效率显得尤为迫切。