燃煤燃气中汞的脱除现状综述

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【摘 要】 火力发电厂是我国最主要的烟气排放源，期间微量元素汞将以不同的形式排放到大气中，对环境造成很大的危害。本文总结了燃煤燃气中汞污染控制的技术原理、技术特点、研究现状及进展情况，对比了烟气中较难脱除的单质汞（HgO）污染控制技术的优缺点，概述了烟气中单质汞的脱除方法。

【关键词】 汞 燃煤燃气 脱除

1 引言

汞是煤中的一种有毒的重金属痕量元素，汞污染对人类及生物环境造成极大的危害。全球每年排放到大气中汞总量约为5000t，其中4000t是人为的结果，而造成汞环境污染的人为来源主要是矿石燃料的燃烧、汞矿和其他金属的冶炼、氯碱工业和电器工业中的使用汞等，其中份额最大的来源于燃烧。以美国为例，各类燃烧排汞量占87%，其中电站燃煤汞排放所占比例最大，达到33%，生活垃圾焚烧汞排放量占19%，工业锅炉汞排放占18%，医疗垃圾焚烧汞排放占10%。可见燃煤导致的汞污染是最为严重的。

2 现状分析

汞在室温下熔点为-38.87℃，沸点为356.90℃，汽化热58.6 kJ/mol，是室温下唯一液态金属。汞极易挥发，在工业生产中，单纯依靠降低冷凝温度使汞全部从废气或者其他气体中分离出来是十分困难的，甚至是不可能的，即使降到0℃，气体中汞的平衡浓度仍然有2174μg/m3。并且汞不易被空气氧化，加热至沸腾才慢慢与氧作用形成氧化汞。基于汞的这些特点以及当前燃煤汞的污染现状，研究者们提出了各种各样的汞的控制方法，其中较为广泛的就是吸附剂方面的研究，如活性炭类、飞灰、蛭石类等固体吸附剂。

2.1 活性炭类吸附剂

早在1920年代就有人开始利用活性炭来吸附汞蒸气了。用活性炭吸附烟气中的汞可以通过两种方式：一种在颗粒脱除装置前喷入粉末状活性炭（Powdered Activated Carbon，PAC）；另一种是将烟气通过活性炭吸附床（Granular Activated car-bon，GAC）。目前粉末状活性炭已经被用于焚烧炉烟气的汞脱除。采用活性炭对单质汞进行吸附，如果对活性炭进行改性，活化处理，那么活性炭的吸附能力将大大增强。常用来进行活性炭改性的元素有硫、碘、氯等，可增强活性炭对单质汞的吸附作用。目前用活性炭吸附烟气中的汞可以通过两种方式，一种是向烟气中喷入粉末状活性炭PAC，另一种是将烟气通过颗粒活性炭吸附床GAC。

比较上述的众多控制方法和此两种活性炭脱汞法， 目前被认为最接近于应用的技术是烟气中喷入活性炭颗粒脱汞，美国目前已将该技术用于垃圾焚烧炉汞污染的控制，在中等碳汞比时脱汞率>90%。但这项技术若应用燃煤电站还是有一些特殊问题需要考虑：（1）燃煤电站烟气量很大，汞浓度很低；（2）除尘器前活性炭颗粒的停留时间很短；（3）活性炭可吸附其它物质且易被灰污染。这些因素造成了该法活性炭消耗量很大，运行成本很高，电站难以接受美国EPA和DOE估算结果表明：燃煤电站如选择活性炭喷入方式，每脱除453.6g 汞需耗资$14200～70000；如果采用活性炭吸附床，每脱除453.6g 汞需耗资$17400～38600。这么大的脱汞成本不具有现实意义。

2.2 活性炭吸附再生法

为了寻找技术经济上切实可行的脱汞方案，研究者们还研究了活性炭的再生问题，期望通过吸汞活性炭的再生循环使用，减少活性炭的消耗量，大幅度地降低烟气脱汞成本。吸汞活性炭再生的基本原理是基于汞的低蒸气压和低脱附温度。但迄今为止有关吸汞活性炭热脱附再生的基础研究非常少。

Despina用内径为35mm的固定床反应器进行了活性炭的汞吸附和脱附试验。试验先以氮气为载体携带Hg0穿过床层，使吸附剂吸附饱和，然后关闭汞气，在保持床层温度与吸附时相同的情况下，使吸附剂脱附，直至达到脱附平衡。试验发现，在床温为120℃下吸附，汞与活性炭之比ω为0.06，同温下脱附ω变为0.048，脱附率为20%，在150℃下吸附，ω为0.018，同温下脱附为0.015，脱附率为16.67%。T.C.HO用内径为25.4mm 的固定床反应器进行了活性炭和钒土的汞吸附和脱附试验。吸附试验时吸附剂床层厚度为250mm，床层温度从底部的60℃渐变到床层上部的30℃，用空气携带Hg或HgCl2通过吸附床，使吸附剂达到汞吸附饱和，得到4种达到饱和的汞-吸附剂对：HgCl-钒土、Hg0-钒土、HgCl2-活性炭，Hg0-活性炭。在脱附试验中，对上述4个饱和的汞-吸附剂对分别在100℃、200℃、300℃下进行热脱附，经过不同脱附时间后，取出吸附剂，分析残留于吸附剂的汞含量。

结果表明，Hg0比HgCl2更易脱附，而在不同温度下脱附后，残留于吸附剂的Hg0汞量都较HgCl2少，且在较高温度下，残留于活性炭的汞量较残留于钒土的汞量低。Carey对5种经过汞吸附饱和的活性炭进行了热脱附试验，结果表明，活性炭脱附速率高峰时的温度比飞灰的低很多，活性炭类吸附剂在较高的温度（200℃和370℃）下热再生后，吸附的汞可以从活性炭表面溢出，脱附率低于初始吸附量的40%，再生后的活性炭重新进入吸附循环后汞吸附能力可30%～50%。

3 发展展望

目前我国在燃煤燃气中已经做到了对微量汞的去除，减少了大量的汞污染，而且随着人们生活水平的日益升高，人们对生活质量也提出了新的要求，国家通过强有力的强制措施制定了汞的排放标准，限制了国内大量工厂和冶金企业对环境的汞污染，而且人们的环保意识也无疑成了国家最有力的监督途径。据统计，我国已经加大了在环保方面的投入，重点发展环保人才，发展我们环保事业的后背力量，这使得我们看到了美好未来的前景。

4 结语

在我国，包含汞在内的各种痕量金属元素的燃煤污染防治理论及控制技术的研究，虽刚刚起步，但已迅速成为研究热点，受到各级政府的高度重视和重点资助。我们国家仍然要加大这方面的重视，确保环保事业在我国的发展。

参考文献：

[1]郭欣，郑楚光，贾小红等.300MW 煤粉锅炉烟气中汞形态分析的实验研究[J].中国电机工程学报，2004，24（6）：185-188.