載溴脫汞活性炭的制備研究

張志清 劉培成

摘要:文章論述了為提高活性炭對煙氣中汞的吸附作用,利用對原料進(jìn)行低溫絕氧干餾處理,改變原料的空隙結(jié)構(gòu),增加了活性炭的微孔容積;再通過溴素對活性炭的溴化處理,使活性炭對汞單質(zhì)的吸附能力顯著提高。

關(guān)鍵詞:載溴脫汞;活性炭;絕氧干餾

中圖分類號:TQ424文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0011-02

由于煤是能源結(jié)構(gòu)的主要組成部分,而煤的大量燃燒過程又會釋放出氣相單質(zhì)汞,氣相單質(zhì)汞對人類健康和環(huán)境的危害已經(jīng)引起了世界許多國家的關(guān)注。目前,美國正加緊脫汞技術(shù)的研究開發(fā),并取得了一定的進(jìn)展,其中活性炭載溴脫除汞的技術(shù)已逐步開始應(yīng)用。

我國載溴脫汞活性炭產(chǎn)品還處于開發(fā)生產(chǎn)的初期,產(chǎn)量小,和國外的產(chǎn)品性能相比還有一定的差距。近幾年,通過與國外客戶合作開展了以寧夏無煙煤為原料生產(chǎn)載溴脫汞活性炭的研究工作,制備出了脫汞性能較好的溴化活性炭樣品。

載溴脫汞活性炭產(chǎn)品的脫除汞的性能和常規(guī)活性炭生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的活性炭相比,載溴脫汞活性炭產(chǎn)品中適合吸附氣相單質(zhì)汞的微孔較多,并載入了易于和單質(zhì)汞反應(yīng)的溴素,脫除汞的效果明顯,是較優(yōu)良的煙氣脫汞活性炭,適用于燃煤電廠鍋爐脫汞等氣相領(lǐng)域。

一、載溴脫汞活性炭制備

(一)原料煤的主要成分

本試驗(yàn)研究工作選用的原料煤為寧夏太西無煙煤,原料煤的主要成分見表1。從表1可以看出,選用的原料煤各種組份含量接近,無明顯的差異。

(二)主要設(shè)備

在研究過程中,使用的主要設(shè)備有:制粉機(jī)、捏合機(jī)、油壓機(jī)、回轉(zhuǎn)炭化爐、管式活化爐和其他輔助設(shè)備等。

(三)制備工藝

原料煤→絕氧干餾處理→制粉→成型→炭化→活化→制粉→添加溴素→試驗(yàn)出的產(chǎn)品。

載溴脫汞活性炭試驗(yàn)過程中,將選用的原料煤先要在400℃溫度和隔絕氧氣的條件下進(jìn)行干餾處理30分鐘。處理后的原料磨制成200目(大于90%)的煤粉與一定比例的粘結(jié)劑混合成型,而后用油壓機(jī),在16～20MPa的壓力下成型。成型后的成型條經(jīng)550℃炭化45分鐘;在920℃條件下,每次裝入500g炭化料,水蒸氣通量為5g/min條件下活化6～12小時(shí),分別選擇活化后裝填密度為0.70g/cm3左右的樣品;再磨制為325目(大于90%)的活性炭粉載入適量溴素制備成樣品。

和常規(guī)柱狀制粉活性炭生產(chǎn)工藝相比,其主要區(qū)別是:原料煤進(jìn)行了絕氧干餾處理;活性炭粉中被載入了適量的溴素。其原料煤的制粉、炭化、活化及磨制活性炭粉和常規(guī)粉狀活性炭工藝相同。

(四)性能測試

碘值、裝填密度分別按國標(biāo)(GB/T7702.7 -1997)、(GB/T7702.4-1997)進(jìn)行檢測。

DYE吸附值測試:稱取0.4g的活性炭吸附一定濃度STC-DYE染料溶液,經(jīng)振蕩、過濾后利用分光光度計(jì)測定消光值在STC-DYE溶液的工作曲線得到溶液濃度,最后利用公式計(jì)算出DYE吸附值。

汞吸附容量測試:在一個(gè)固定的吸附床上進(jìn)行,溫度=180℃,[汞]=67UG/m3,并且以空氣作為氣體載體,流速為625mL/分鐘,吸附5小時(shí)。根據(jù)吸附后的數(shù)量計(jì)算吸附容量。

靜吸附儀測試:以高純氮?dú)庾魑劫|(zhì)來測試活性炭的比表面積和孔結(jié)構(gòu)等參數(shù)。

三、結(jié)果與討論

(一)絕氧干餾處理對活性炭性能的影響

表2中列出了寧夏無煙煤經(jīng)絕氧干餾處理和未經(jīng)絕氧干餾處理所制得的活性炭的性能參數(shù)。其中絕氧干餾處理數(shù)據(jù)HYX(1～5)為5次試驗(yàn)的平均值;無煙煤未經(jīng)處理的結(jié)果數(shù)據(jù)HA(1～5)為5次試驗(yàn)的平均值。從表中的數(shù)據(jù)可以看出,試驗(yàn)選用的無煙煤經(jīng)過絕氧干餾處理后的樣品和未經(jīng)處理的樣品在相同碘值和裝填密度的條件下,經(jīng)過絕氧干餾處理的樣品有利于提高活性炭的微孔容積,DYE吸附值也穩(wěn)定的控制在10mg/g以下。

(二)絕氧干餾處理對活性炭脫汞性能的影響

表3中列出了無煙煤經(jīng)絕氧干餾處理和未經(jīng)絕氧干餾處理所制的活性炭脫除汞的性能參數(shù)。從中可以看出,無煙煤經(jīng)過絕氧干餾處理制備的活性炭可以稍微提高一些對汞的吸附量,但是增加的數(shù)值不是很顯著。

(三)溴素的加入及加入量對活性炭脫汞性能的影響

由于汞在一定的條件下可以和溴發(fā)生反應(yīng),使元素汞轉(zhuǎn)化為二價(jià)汞,所以在活性炭中浸漬一定量的溴,使汞單質(zhì)在活性炭孔隙內(nèi)與溴進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)后的物質(zhì)再被活性炭吸附,這樣大大加強(qiáng)了載溴活性炭吸附汞單質(zhì)的能力。

圖1是經(jīng)過絕氧干餾處理的活性炭(HYXJ)和未經(jīng)過絕氧干餾處理的活性炭(HAJ)浸漬一定量的溴素后對汞單質(zhì)的吸附能力數(shù)據(jù)。從圖中的數(shù)據(jù)可以看出,經(jīng)過絕氧干餾處理后的活性炭在添加了溴素后的溴化活性炭,明顯的提高了活性炭對汞的吸附容量。添加的溴素達(dá)到一定量后,溴化活性炭對汞的吸附容量不再明顯增加。

四、結(jié)論

本試驗(yàn)利用選用的無煙煤并經(jīng)絕氧干餾處理并加入一定量的溴素添加劑等手段,對載溴脫汞活性炭制備工藝進(jìn)行了初步的研究工作,得出如下結(jié)論:

1.無煙煤的絕氧干餾處理,有利于提高活性炭的微孔容量,改善活性炭對汞的吸附性能。

2.在制備過程中,通過添加一定比例的溴素,可以提高活性炭對汞的吸附性能。

參考文獻(xiàn)

[1]高洪亮,等.燃煤煙氣中汞在活性炭上的吸附特性[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006,(5).

[2]熊銀伍,等.煤基吸附劑脫除煙氣中氣態(tài)汞的研究現(xiàn)狀[J].潔凈煤技術(shù),2007,(1).

作者簡介:張志清(1969-),男,山西臨汾人,寧夏華輝活性炭股份有限公司總工程師;劉培成(1974-),男,安徽靈壁人,寧夏華輝活性炭股份有限公司工程師。