吸附法去除電廠汞的研究進展

（東北電業(yè)管理局第二工程公司， 遼寧 大連 116086）

吸附法去除電廠汞的研究進展

王 立 坤

（東北電業(yè)管理局第二工程公司， 遼寧 大連 116086）

重金屬汞是電廠煙氣中的主要污染物。主要介紹了活性炭、飛灰、鈣基、礦物類及金屬、生物質(zhì)等吸附劑應(yīng)用于煙氣中脫汞的研究進展，評價了各種吸附劑的應(yīng)用特點，并對今后需要開展的工作提出建議，為我國燃燒電廠汞排放控制提供參考。

電廠煙氣；汞；吸附法

重金屬汞是燃煤電廠煙氣中的的主要污染物，我國煤中汞的平均含量為0.15 mg/kg，盡管汞在煙氣中的濃度較小，但熱電廠中燃煤量較大，因此汞的排放總量巨大，重金屬汞的排放對環(huán)境造成嚴重的危害，環(huán)境中的汞可被微生物作用轉(zhuǎn)化為有機態(tài)，如甲基汞等，并被生物富集，再通過食物鏈進入人體，是對人類健康威脅最大的途徑。汞在燃煤過程中的形態(tài)分布對煙氣中汞的毒性及減排方面有著直接的影響，燃煤過程中汞有三種存在形態(tài)，元素汞Hg0、二價汞Hg2+和顆粒態(tài)汞HgP。Hg0是煙氣中汞的主要存在形式，易揮發(fā)，難控制，不易除去；二價汞Hg2+較穩(wěn)定，易被吸附，高濃度時將以硫化物的形式脫除；顆粒態(tài)汞HgP易被荷電和吸附，可用電除塵器除去。

近年來，國內(nèi)外學者對熱電廠燃煤除汞技術(shù)進行了一系列的研究，目前，主要有吸附劑除汞和利用傳統(tǒng)工藝這兩種方法，其中吸附法除汞技術(shù)以其脫汞率高，操作方便等特點被廣泛使用，本文就吸附法在除汞技術(shù)中的應(yīng)用進行探討。

1 吸附法除汞技術(shù)的研究進展

在吸收單質(zhì)汞的過程中,吸附劑起到了決定性作用。從國內(nèi)外研究狀況來看,大部分研究集中在高效、經(jīng)濟的吸附劑的研制上。目前,用于煙氣脫汞的吸附劑有以下幾種。

1.1 活性炭吸附

活性炭吸附法除汞是應(yīng)用較早、較廣泛的技術(shù)，有兩種方法可實現(xiàn)脫汞，一是讓煙氣通過活性炭吸附床，二是在煙氣中噴入活性炭，后者技術(shù)較為成熟，應(yīng)用較廣，主要是活性炭在煙氣中與汞接觸，經(jīng)過一系列的物理吸附和化學吸附后被除塵裝置捕集[1]。

王軍輝[2]考察了活性炭對電廠煙氣中的Hg0的吸附效果，結(jié)果表明，活性炭加入量及其顆粒大小、反應(yīng)溫度、汞進氣濃度是影響汞去除的主要因素，當汞的進氣濃度較低，活性炭量較高的條件下，活性炭顆粒在0.5＜d＜0.8 mm時，汞的去除效果最佳，其他條件不變時，汞的去除率會隨著溫度的升高而降低。胡長興[3]研究了對模擬燃煤煙氣噴入活性炭/改性活性炭進行脫汞的過程，考察了活性炭汞吸附的穩(wěn)定性，結(jié)果表明，活性炭中的汞在水環(huán)境中較穩(wěn)定，活性炭經(jīng)改性后，雖然吸附容量有所增加，但其穩(wěn)定性呈下降趨勢。高洪亮[4]等在煙氣汞脫除試驗臺上考察活性炭對模擬煙氣中汞的吸附效果，結(jié)果表明，活性炭吸附汞的穿透率隨著反應(yīng)溫度的升高而增加，但對汞的吸附能力卻有所降低，同時，增加碳汞比值，脫汞率也隨之增加，此外，二氧化硫和氧的存在都影響著活性炭對汞的吸附效率。

一般而言，在煙氣中噴入活性炭，適當?shù)奶脊戎悼梢允姑摴蔬_到60%，但煙氣通過活性炭吸附床在不同條件下的脫汞率差異很大。雖然活性炭除汞效果較好，但其價格昂貴，大量應(yīng)用將增加電廠的成本， 因而活性炭除汞技術(shù)的推廣受到較大的限制。

1.2 飛灰吸附

飛灰是煤粉燃燒后產(chǎn)生的副產(chǎn)品，大量的飛灰是由單質(zhì)碳和無機礦物組成，小部分飛灰還含有少量的有機揮發(fā)成份和原煤，飛灰中的晶體主要是Fe2O3，石英和無水石膏，飛灰中的大部分金屬氧化物對元素態(tài)汞有不同程度的催化氧化作用。

潘雷[5]在自制的飛灰吸附劑實驗臺上考察了燃煤飛灰吸附汞的影響因素，并研究了改性飛灰對脫汞率的影響，結(jié)果表明，改性后的飛灰對汞的去除率較高，可達 74.34%，同時發(fā)現(xiàn)，顆粒較大的飛灰能夠提高汞的去除率，飛灰的來源、比表面積、粒徑分布等都是影響其對汞吸附效果的主要因素。趙永椿等人[6]考察了不同電廠燃煤飛灰對汞的吸附效果，結(jié)果表明，煙煤飛灰CTSR和CTL的富碳組分對汞的吸附能力分別為10.3和9.36 μg/g，吸附能力最強，影響飛灰除汞能力的主要因素是多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳含量，造成飛灰脫汞性能的主要原因是煤級的不同。王鵬等人[7]考察了不同燃煤電廠飛灰未燃盡碳對汞的吸附效果，結(jié)果表明，未燃盡碳的含量較高的飛灰對汞的去除率也較大，除此之外，尾礦也可吸附煙氣中的汞。

飛灰的粒徑細小，具有實用性，在汞濃度較低的條件下，脫汞率較高，尤其是未燃盡的碳可作為廉價的吸附劑，但飛灰的穩(wěn)定性是脫汞過程中的一個重要問題，飛灰中的汞能否造成二次污染也有待研究，目前實驗的研究主要停留在飛灰吸附汞的影響因素上，而不同飛灰成分對脫汞的影響也可有待研究。

1.3 鈣基吸附劑

鈣基類物質(zhì)容易獲取，主要有CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4·2H2O 等，是煙氣脫硫的有效脫硫劑，近年來，用鈣基類吸附劑實現(xiàn)煙氣脫汞技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點，主要方法有增加該積累物質(zhì)捕獲單質(zhì)汞的活性區(qū)域和向鈣基類物質(zhì)中加入氧化性物質(zhì)[8]。

任建莉等[9]在小型固定床試驗臺上考察Ca(OH)2、CaO以及飛灰和Ca(OH)2混合物(MFC)對模擬煙氣汞的去除效果，結(jié)果表明，SO2的存在促進了Ca(OH)2、CaO和MFC對單質(zhì)汞的吸附，且溫度越高，汞的去除效果越明顯，同時，由于MFC中混合了飛灰的緣故，其吸附能力高于鈣基吸附劑。一些學者對鈣基類物質(zhì)進行改性以提高其對汞的吸附能力。黃治軍等人[10]考察了部分鈣基吸附劑對模擬煙氣汞的去除效果，結(jié)果表明，Ca(OH)2對汞的吸附隨溫度的升高而減小，而CaO對汞的吸附能力大于Ca(OH)2，最高可達40%，向鈣基吸附劑里加入SO2、HCl和高錳酸鉀，鈣基類物質(zhì)對煙氣中汞的去除能力增強。趙毅[11]等人在固定床實驗臺上研究Ca(OH)2、飛灰及由兩者混合物改性后的物質(zhì)作為吸附劑對模擬煙氣中單質(zhì)汞的去除效果，結(jié)果表明，通過對比，Ca(OH)2對單質(zhì)汞的吸附能力最差，經(jīng)粉煤灰、工業(yè)用石灰和少量添加劑改性的鈣基吸附劑的除汞率比普通高活性鈣基吸附劑提高約30%，其脫汞能力高于Ca(OH)2。

鈣基類物質(zhì)價格低廉，其脫汞效率與煙氣中汞的存在形態(tài)有關(guān)，如Ca(OH)2，對 HgCl2的吸附效率可達到 85%，堿性吸收劑如CaO，同樣也可以很好地吸附HgCl2，但是對單質(zhì)汞的吸附率較低[11]，如何提高鈣基吸附劑對汞的去除效果有待進一步研究，同時，鈣基吸附劑去除煙氣中的汞還處于實驗階段，并未投入實踐。

1.4 礦物類吸附劑

礦物類吸附劑如：膨潤土、高嶺石、沸石等在我國儲量豐富，來源較廣，價格低廉且對環(huán)境污染較小，因此可應(yīng)用于電廠脫汞。

丁峰等[12]在固定床反應(yīng)器上考察了4種天然礦物材料對模擬煙氣中單質(zhì)汞的去除效果，結(jié)果表明，凹凸棒石、絲光沸石、膨潤土和蛭石4種吸附劑隨著溫度的升高，其對汞的吸附能力增強，在120 ℃時，絲光沸石對單質(zhì)汞不顯示吸附作用，而是將其氧化，熱活化并未提高礦物吸附劑的脫汞能力。在此基礎(chǔ)上，有學者[13]對礦物吸附劑進行改性，結(jié)果表明，銅-凹凸棒石和銅-膨潤土對汞的去除率受溫度影響，最高可達90%，氯-凹凸棒石是較好的吸附劑，平均脫汞率可達90%以上，而經(jīng)碘化鉀改性后的凹凸棒石、膨潤土和絲光沸石對汞的吸附效果都較好，可達80%。孫悅恒[14]采用膨潤土、高嶺土、蛭石、沸石4種礦物吸附劑并分別對其進行化學改性來考察對煙氣中汞的去除能力，結(jié)果表明，改性后的吸附劑對汞的吸附效率明顯高于未改性的吸附劑，其中，膨潤土對汞的去除效果與活性炭相當，最高可達70.9%。

礦物類吸附劑是一類較理想的吸附劑，若應(yīng)用于電廠脫汞，則可大大降低電廠的脫汞成本，但礦物類吸附劑種類繁多，理化性質(zhì)各不相同，在研發(fā)時，應(yīng)注意選擇適合吸附劑本身的活性劑對其改性。

1.5 其他吸附劑

由于金屬對汞的吸附不受汞的化學形態(tài)的影響，故可用金屬吸附劑實現(xiàn)對電廠煙氣中汞的去除。金屬吸附劑是以鉑或金等特定的金屬與汞形成合金為方法，利用此種合金可在高溫下進行可逆反應(yīng)，以實現(xiàn)汞的回收。Poulston等[15]考察了Pd和Pt負載氧化鋁對煙氣中汞的去除能力，結(jié)果表明，二者的脫汞能力都隨著負載金屬量的增加而增大，但與溫度成反比，溫度升高，可將汞回收，如此吸附劑邊可進行再生。因此金屬吸附劑不僅可以減小對環(huán)境的污染，而且可以降低脫汞成本。Jason等[16]考察Au負載TiO2對煙氣中汞的去除能力，結(jié)果表明，金屬吸附劑脫汞是可行的，汞的氧化率在 40%～60%之間。由此看來，金屬吸附劑可使金屬回收再利用，但對汞的吸附效果不理想。

此外，生物質(zhì)類來源廣泛，具有廢物利用的特點，可作為脫除煙氣中汞的吸附劑。高鵬等人[17]考察殼聚糖吸附劑對模擬煙氣中汞的吸附特性，結(jié)果表明，殼聚糖對汞的平均吸附效率約 68%，在120℃時，對單質(zhì)汞的平衡吸附效率為48.05%。王磊等人[18]考察生物質(zhì)與煤燃燒后的灰對煙氣中汞的吸附作用，結(jié)果表明，稻殼灰對汞的吸附效率達95%以上，吸附效果較好，但高粱桿灰及麥秸灰對汞的吸附效率只有25%。總的來說，生物質(zhì)類吸附劑有著廣闊的應(yīng)用前景。

2 展 望

吸附法可有效去除電廠煙氣中的汞，本文對近年來吸附法處理電廠煙氣中汞的研究進行了綜述，筆者建議今后需要圍繞以下幾個方面開展工作：首先，拓展研究價格低廉、吸附容量較大的汞吸附劑，其次，研究吸附法脫除汞的過程中實現(xiàn)汞的資源再利用問題，最后，活性炭應(yīng)用于煙氣中汞脫除的研究較多，今后應(yīng)將活性炭的再生作為重點研究方面。隨著人們對吸附法脫除煙氣中汞的深入研究，以及對吸附劑的改性技術(shù)的不斷開發(fā)，期待吸附法在脫汞方面有重大突破。

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攀鋼鈦渣冶煉技術(shù)獲2項發(fā)明專利

近日，攀鋼集團有限公司牽頭承擔的國家“863”項目“大型電爐鈦渣冶煉技術(shù)研究”課題順利通過四川省科技廳組織的技術(shù)鑒定。作為國內(nèi)首家建設(shè)運行大型鈦渣電爐的企業(yè)，攀鋼堅持以解決攀枝花鈦精礦冶煉難度大、大型鈦渣電爐作業(yè)率低等關(guān)鍵性問題為重點，積極開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)形成一系列高效冶煉鈦渣成套技術(shù)，實現(xiàn)了大型鈦渣電爐高效穩(wěn)定運行，獲得國家發(fā)明專利2項、實用新型專利1項。目前，該課題研究成果已在攀鋼3臺大型鈦渣電爐成功應(yīng)用，其生產(chǎn)的鈦渣可滿足高品質(zhì)海綿鈦生產(chǎn)需求，經(jīng)濟效益和社會效益較為顯著。

Research Progress in Adsorption of Mercury in Power Plant Fuel Gas

WANG Li-kun
（Northeast NO.2 Electric Power Construction Company, Liaoning Dalian 116086，China)

Heavy metal Hg is the main pollutant in the flue gas of power plant. In this paper，research progress of adsorbents used in removing mercury in flue gas was introduced, such as activated carbon, fly ash, calcium base, minerals and metals, biomass and so on. The application characteristics of various kinds of adsorbents were evaluated. And the development trend of these adsorbents in the future was discussed, which can provide some references for mercury controlling in power plants in China．

Power plant flue gas; Mercury; Adsorption

TQ 546

A

1671-0460（2014）02-0213-03

2013-08-26

王立坤（1981-），男，遼寧大連人，工程師，2005年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學熱能與動力專業(yè)，研究方向：熱力發(fā)電。E-mail：ddegswlk@163.com。