煤熱解氣氛下S、Hg協(xié)同反應(yīng)的試驗(yàn)研究.pdf

1、目前，我國(guó)燃煤主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，近年來(lái)國(guó)家大力推進(jìn)實(shí)施超低排放控制技術(shù)，致使主要污染物末端治理工藝更加復(fù)雜。燃煤煙氣中汞含量少、濃度低，到目前為止我國(guó)尚沒(méi)有商業(yè)化并廣泛投入應(yīng)用的燃煤電站經(jīng)濟(jì)、高效的脫汞技術(shù)。大氣污染控制已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，針對(duì)燃煤煙氣中控制汞排放技術(shù)，要從源頭和過(guò)程排放控制相結(jié)合出發(fā)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效、協(xié)同控制。
　　研究表明，煤熱解脫汞工藝是燃燒前期脫汞的可行方案。燃燒前熱處理生成的煙氣中的汞濃度會(huì)大大

2、提高，而且煙氣處理量大大減少。同時(shí)，在燃燒前熱處理過(guò)程中，對(duì)煤中的S也能得到一定程度上的脫除，實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制。另一方面，前期研究發(fā)現(xiàn)，高硫煤中硫、汞賦存形態(tài)存在正相關(guān)關(guān)系，并且脫汞技術(shù)中中硫、汞存在相關(guān)關(guān)系。煤中汞在熱解或燃燒過(guò)程中的主要形態(tài)為Hg0，同時(shí)，煤熱解過(guò)程中含硫的主要形式為H2S，而煤燃燒后的煙氣中硫元素的絕大部分存在形式為SO2。H2S與SO2在適當(dāng)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生硫單質(zhì)，單質(zhì)硫與汞蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物HgS，

3、從而實(shí)現(xiàn)脫除汞的目的。
　　基于此，山東大學(xué)提出高硫煤熱解、燃燒過(guò)程中硫、汞協(xié)同脫除的方法。首先通過(guò)控制煤中硫元素的熱解和燃燒產(chǎn)物H2S、O2、SO2之間發(fā)生化學(xué)變化形成硫單質(zhì)，然后硫單質(zhì)與熱解出的Hg反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物HgS，最后從熱解氣中排出，實(shí)現(xiàn)煤中硫、汞元素在燃燒前期的協(xié)同脫除。
　　本文搭建了單質(zhì)硫與汞蒸氣(S-Hg)反應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)和模擬氣體H2S-SO2-Hg聯(lián)合反應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)。首先試驗(yàn)研究了非催化與催化條件下S、

4、Hg反應(yīng)特征和溫度、氣氛種類對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)S與Hg在常溫下即可發(fā)生反應(yīng)，但受到溫度的限制，汞的脫除效率較低。當(dāng)溫度升高時(shí)，S與Hg的反應(yīng)速度增大。催化條件下，反應(yīng)溫度為100℃時(shí)，汞的脫除率為76.8％。添加鋁基催化劑可以顯著地促進(jìn)S-Hg反應(yīng)的進(jìn)行，大幅提升汞的脫除率。在非催化條件下，氧氣能夠提升氣相單質(zhì)汞的脫除效果，但提升比例不大。催化條件下隨著氧氣體積分?jǐn)?shù)的增加S-Hg反應(yīng)效率顯著提升。CO2氣體對(duì)S-Hg反應(yīng)沒(méi)

5、有影響。SO2作為硫化氫與二氧化硫歸中反應(yīng)重要的反應(yīng)物對(duì)S-Hg反應(yīng)作用甚微，在實(shí)際中不作為主要影響因素來(lái)考慮。
　　其次試驗(yàn)研究了非催化條件下H2S-SO2-Hg聯(lián)合反應(yīng)的脫汞效果和催化條件下H2S-SO2-Hg聯(lián)合反應(yīng)特征及多因素對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，非催化條件下聯(lián)合反應(yīng)中單質(zhì)汞脫除率整體較低，脫汞效果差，在實(shí)際生產(chǎn)中不宜應(yīng)用。催化條件下反應(yīng)溫度為200℃時(shí)，汞的脫除效率為82％，H2S-SO2反應(yīng)率達(dá)到80％，溫

6、度過(guò)高并不會(huì)提升聯(lián)合反應(yīng)的進(jìn)行程度。反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，聯(lián)合反應(yīng)更加充分，但反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至3s時(shí)，聯(lián)合反應(yīng)效率提升不明顯。聯(lián)合反應(yīng)H2S-SO2反應(yīng)率受摩爾比的影響比較大，汞的脫除效率也受到影響，但變化程度沒(méi)有H2S-SO2反應(yīng)大。摩爾比為2時(shí)，聯(lián)合反應(yīng)效率最高。CO2對(duì)聯(lián)合反應(yīng)不存在影響。隨著模擬氣氛中O2濃度的提升，汞的去除效率呈現(xiàn)上升趨向，H2S-SO2反應(yīng)率呈下降趨勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中要綜合考慮氧氣的體積分?jǐn)?shù)對(duì)兩個(gè)分反應(yīng)的影響。隨著聯(lián)合反