純活性炭粉末在布袋上脫汞的影響因素研究

陳振松

（湖南交通工程學院，湖南 衡陽 421009）

純活性炭粉末在布袋上脫汞的影響因素研究

陳振松

（湖南交通工程學院，湖南 衡陽 421009）

為解決基于布袋除塵器的活性炭噴射傳統脫汞技術中活性炭粉末利用率和脫汞效率低的問題，提出了布袋+純活性炭粉末脫汞新技術。在小型布袋脫汞試驗臺上采用純活性炭粉末為吸附劑進行了脫汞實驗，結果表明：摻雜飛灰影響很大，布袋+純活性炭粉末脫汞在脫汞效率和活性炭利用率方面有明顯優勢。

純活性炭粉末；布袋除塵器；吸附；汞

文章重點研究了純活性炭粉末在不同吸附溫度、活性炭粉末加入量、布袋的過濾速度、水蒸氣含量及飛灰對脫除氣態Hg0效率的影響。

1 實驗部分

（1）實驗材料。活性炭粉末（M767，上海活性炭廠有限公司，以優質木材和特種木屑為原料，經炭化、氯化鋅活化及多道工序精制加工而成的粉狀活性炭），粒徑為200目，比表面積1450m2/g，孔容積為1.05cm3/g，堆積密度為0.35g/ml。飛灰（寧波市北侖熱電廠燃煤產生的粉煤灰）粒徑為200目。汞源，由放置在U形管中的汞滲透管（137-022-0030-S56-C100，美國VICI）提供。

（2）實驗裝置。實驗裝置如圖1所示。汞滲透裝置由水浴鍋（DK-S28，上海精宏實驗設備有限公司）、U型石英管、汞滲透管（137-022-0030-S56-C100美國VICI）和固定架組成。恒定流量的空氣流入汞滲透裝置，經充分預熱后將汞蒸氣載出，形成以空氣為載氣、汞濃度均勻的含汞混合氣。布袋除塵器吸附裝置是由石英管法蘭中嵌入纖維氈濾布組成的自行設計的簡易布袋除塵器裝置。石英管內徑為25mm，高度為100mm。

圖1 汞吸附實驗裝置示意圖

（3）實驗方法。精確稱取活性炭粉末（精確到0.1mg）加入到布袋吸附裝置中，使其均勻附著在布袋上。打開汞滲透裝置的電熱恒溫水浴鍋加熱到一定溫度，使汞蒸氣以相應的濃度從滲透管中滲透，被恒定流量的載氣（潔凈空氣）攜帶出來，并與從另一管路出來的空氣混合，經恒溫鼓燥箱升溫后形成總流量為1.0L/min的混合氣。氣流穩定4h后，用兩個串聯的分別裝有5ml、0.32%KMnO4～10%H2SO4溶液的吸收瓶進行吸收取樣。每隔10min取樣一次，測定汞初始濃度，連續3次測定值基本相同時，表示汞初始濃度保持穩定，再開始吸附反應。實驗所選用濃度為52.11.5μg/m3。

（4）分析方法。經吸附劑吸附后尾氣中穿透的氣態Hg0由0.32%KMnO4-10%H2SO4溶液吸收。按照GBZ/T 160.14 -2004冷原子吸收光譜法測定吸收瓶內取樣液的汞含量，測汞儀為QM201熒光測汞儀。

2 結果與討論

（1）吸附溫度的影響。活性炭粉末在布袋除塵器上的吸附溫度對脫汞效率的影響如圖2所示。實驗分別以80℃、100℃、130℃、150℃、170℃為吸附溫度進行研究。活性炭粉末加入量為0.3g；壓降為1.25KPa；布袋過濾速度為2m/min；活性炭粉末的厚度約為1.7mm。由圖2可知，吸附溫度對汞的脫除效率影響很大，汞的脫除效率隨著吸附溫度的升高而降低。當溫度從80℃升高到100℃時，前65min的平均脫汞效率從99.6%下降到84.5%；溫度從100℃升高到130℃時，前65min的平均脫汞效率從84.5%下降到73.5%；吸附溫度從130℃升高到150℃的過程中，前65min的平均脫除效率從73.5%下降到61.1%；吸附溫度繼續升到170℃時，前65min的平均脫除效率驟降至43.2%。

圖2 吸附溫度對脫汞效率的影響

溫度是影響化學吸附和物理吸附的關鍵參數。根據活性炭吸附理論，活性炭表面的酸性含氧官能團和活性炭內含碳晶格是汞吸附的活性位。低溫時主要是物理吸附，隨著溫度的上升，因范德華力而吸附的氣體分子會發生解吸，物理吸附能力減弱，從而引起脫除效率的降低。當吸附溫度在160℃左右時，汞脫除效率降到最低點。活性炭粉末在80℃時吸附汞主要是物理吸附，當溫度上升到170℃時，物理吸附已經對汞的吸附作用已經喪失，此時活性炭粉末的脫汞效率主要依賴于化學吸附，所以圖2中80℃～170℃范圍內汞的脫除效率隨著吸附溫度的升高而降低。活性炭粉末在100℃、130℃、150℃吸附的第20～25分鐘時脫汞效率出現了低谷，具體原因有待進一步的研究。

（2）活性炭粉末加入量的影響。吸附溫度為150℃；布袋過濾速度為2m/min；活性炭粉末加入量為0.5g時，壓降為3.6 KPa，活性炭粉末的厚度約為2.8mm；活性炭粉末加入量為0.06g時，壓降為0.22KPa，活性炭粉末的厚度約為0.34mm；活性炭粉末加入量為0.05g時，壓降為0.17KPa，活性炭粉末厚度約為0.28mm。

（3）布袋過濾速度的影響。布袋過濾速度分別為2m/min、1m/min；吸附溫度為150℃；粉末加入量為0.05g，布袋過濾速度為2m/min時，壓降為0.18KPa，布袋過濾速度為1m/min時，壓降為0.09KPa。

（4）H2O（g）的影響。空氣流中的H2O（g）對汞脫除效率的影響如圖3所示。活性炭粉末加入量為0.05g，吸附溫度為100℃，布袋過濾速度為2m/min，壓降為0.18KPa。

圖3 H2O（g）對汞脫除效率的影響

從圖3可以看到，H2O（g）對單質汞的脫除有一定促進作用。添加體積分數為8%H2O（g）時，前65min的脫汞效率從無H2O（g）時的75.5%升高到84.6%。這是因為氣流中添加的水蒸氣易被活性炭表面吸附，水可以和活性炭表面的碳氧官能團發生相互作用形成新的活性位或二次活化中心，從而改變活性炭表面的吸附條件，有利于汞的吸附脫除。然而當水蒸氣的含量進一步升高到12%時，活性炭粉末的脫除效率反而降低。這說明水汽含量過高時，水汽被活性炭粉末吸附，占據了活性炭粉末表面的大部分活性點，使Hg0與活性炭粉末的結合活性點減少，從而使汞脫除效率降低。

（5）飛灰的影響。目前垃圾焚燒廠脫汞采用活性炭噴射+布袋除塵技術，活性炭的噴射量約占飛灰與活性炭混合物總量的5%。由于附著在布袋除塵器上的大量飛灰會造成較大的壓降，所以每隔一段時間需要清灰一次，活性炭隨著飛灰被清理，利用率低。與目前采用的活性炭噴射（活性炭粉末只占飛灰總量的5%）+布袋除塵脫汞傳統工藝相比，布袋+純活性炭粉末脫汞新技術不但具有較高的脫汞效率（純活性炭粉末脫汞效率為99.1%，活性炭粉末只占飛灰總量的5%的混合物脫汞效率僅為59.6%），而且活性炭粉末的利用率大大提高（純活性炭粉末的利用率為純活性炭粉末摻雜95%飛灰混合物的9倍）。

3 結語

（1）在80℃～170℃溫度范圍內，活性炭粉末在布袋除塵器上脫汞效率隨著溫度的升高而逐漸降低。當吸附溫度從80℃上升到170℃時，前65min的平均脫汞效率由99.6%下降到43.2%。

（2）吸附溫度為150℃時，活性炭粉末加入量由0.05g增加到0.5g時，前65min的平均脫汞效率由31.3%上升到82.3%；布袋的過濾速度由2m/min降低到1m/min時，前65min的平均脫汞效率由27.4%增加至46.8%。

（3）吸附溫度為100℃、添加體積分數為8%H2O（g）時，前65min的脫汞效率從無H2O（g）時的75.5%升高到84.6%。但水蒸氣含量進一步升高（12%）活性炭粉末的脫汞效率反而降低。

（4）80℃的吸附溫度下，純活性炭粉末和活性炭粉末中摻雜95%飛灰，前85min的平均脫汞效率分別為99.1%和59.6%，脫汞效率在75%以上的累積汞吸附量分別為196.1和21.7μgHg/gAC，可見，與目前采用的活性炭噴射+布袋除塵傳統脫汞技術相比，布袋+純活性炭脫汞新技術能夠顯著提高脫汞效率和活性炭利用率。

Research on Factors Influencing Taking off the Mercury on the Cloth Bag with Pure Activated Carbon Powder

CHEN Zhen-song
（Hunan Traffic Engineering College，Hengyang，Hunan 421009，China）

To solve the problem of low utilization rate of activated carbon powder and in low efficiency of taking off mercury in traditionalmercury technologybased on activated carbon injection，the paper puts forward the new technology of taking off mercury with bag+pure activated carbon powder.On the small mercury taking off tests platform，taking off mercury experiment was carried out with pure powder active carbon served as adsorbent.The results show that bag+pure activated carbon powder has obvious advantages in mercury taking off efficiency and utilization rate of activated carbon.

pure activated carbon powder；bag filter；adsorption；mercury

X701.2

A

2095-980X（2016）10-0033-02

2016-09-17

陳振松（1984-），男，河南商丘人，碩士，助教，主要從事能源利用與環境保護研究工作。