煤熱解氣氛下S、Hg協(xié)同反應的試驗研究.pdf

1、目前，我國燃煤主要污染物排放標準日趨嚴格，近年來國家大力推進實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雜。燃煤煙氣中汞含量少、濃度低，到目前為止我國尚沒有商業(yè)化并廣泛投入應用的燃煤電站經(jīng)濟、高效的脫汞技術(shù)。大氣污染控制已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，針對燃煤煙氣中控制汞排放技術(shù)，要從源頭和過程排放控制相結(jié)合出發(fā)，實現(xiàn)經(jīng)濟、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大大

2、提高，而且煙氣處理量大大減少。同時，在燃燒前熱處理過程中，對煤中的S也能得到一定程度上的脫除，實現(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程中的主要形態(tài)為Hg0，同時，煤熱解過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在適當條件下發(fā)生化學反應產(chǎn)生硫單質(zhì)，單質(zhì)硫與汞蒸氣發(fā)生反應生成穩(wěn)定的化合物HgS，

3、從而實現(xiàn)脫除汞的目的。
　　基于此，山東大學提出高硫煤熱解、燃燒過程中硫、汞協(xié)同脫除的方法。首先通過控制煤中硫元素的熱解和燃燒產(chǎn)物H2S、O2、SO2之間發(fā)生化學變化形成硫單質(zhì)，然后硫單質(zhì)與熱解出的Hg反應生成穩(wěn)定的化合物HgS，最后從熱解氣中排出，實現(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)反應試驗系統(tǒng)和模擬氣體H2S-SO2-Hg聯(lián)合反應試驗系統(tǒng)。首先試驗研究了非催化與催化條件下S、

4、Hg反應特征和溫度、氣氛種類對該反應進行程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)S與Hg在常溫下即可發(fā)生反應，但受到溫度的限制，汞的脫除效率較低。當溫度升高時，S與Hg的反應速度增大。催化條件下，反應溫度為100℃時，汞的脫除率為76.8％。添加鋁基催化劑可以顯著地促進S-Hg反應的進行，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數(shù)的增加S-Hg反應效率顯著提升。CO2氣體對S-Hg反應沒

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

6、度過高并不會提升聯(lián)合反應的進行程度。反應時間延長，聯(lián)合反應更加充分，但反應時間延長至3s時，聯(lián)合反應效率提升不明顯。聯(lián)合反應H2S-SO2反應率受摩爾比的影響比較大，汞的脫除效率也受到影響，但變化程度沒有H2S-SO2反應大。摩爾比為2時，聯(lián)合反應效率最高。CO2對聯(lián)合反應不存在影響。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反應率呈下降趨勢，在實際應用中要綜合考慮氧氣的體積分數(shù)對兩個分反應的影響。隨著聯(lián)合反