载溴脱汞活性炭的制备研究

张志清 刘培成

摘要:文章论述了为提高活性炭对烟气中汞的吸附作用,利用对原料进行低温绝氧干馏处理,改变原料的空隙结构,增加了活性炭的微孔容积;再通过溴素对活性炭的溴化处理,使活性炭对汞单质的吸附能力显著提高。

关键词:载溴脱汞;活性炭;绝氧干馏

中图分类号:TQ424文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0011-02

由于煤是能源结构的主要组成部分,而煤的大量燃烧过程又会释放出气相单质汞,气相单质汞对人类健康和环境的危害已经引起了世界许多国家的关注。目前,美国正加紧脱汞技术的研究开发,并取得了一定的进展,其中活性炭载溴脱除汞的技术已逐步开始应用。

我国载溴脱汞活性炭产品还处于开发生产的初期,产量小,和国外的产品性能相比还有一定的差距。近几年,通过与国外客户合作开展了以宁夏无烟煤为原料生产载溴脱汞活性炭的研究工作,制备出了脱汞性能较好的溴化活性炭样品。

载溴脱汞活性炭产品的脱除汞的性能和常规活性炭生产工艺生产的活性炭相比,载溴脱汞活性炭产品中适合吸附气相单质汞的微孔较多,并载入了易于和单质汞反应的溴素,脱除汞的效果明显,是较优良的烟气脱汞活性炭,适用于燃煤电厂锅炉脱汞等气相领域。

一、载溴脱汞活性炭制备

(一)原料煤的主要成分

本试验研究工作选用的原料煤为宁夏太西无烟煤,原料煤的主要成分见表1。从表1可以看出,选用的原料煤各种组份含量接近,无明显的差异。

(二)主要设备

在研究过程中,使用的主要设备有:制粉机、捏合机、油压机、回转炭化炉、管式活化炉和其他辅助设备等。

(三)制备工艺

原料煤→绝氧干馏处理→制粉→成型→炭化→活化→制粉→添加溴素→试验出的产品。

载溴脱汞活性炭试验过程中,将选用的原料煤先要在400℃温度和隔绝氧气的条件下进行干馏处理30分钟。处理后的原料磨制成200目(大于90%)的煤粉与一定比例的粘结剂混合成型,而后用油压机,在16～20MPa的压力下成型。成型后的成型条经550℃炭化45分钟;在920℃条件下,每次装入500g炭化料,水蒸气通量为5g/min条件下活化6～12小时,分别选择活化后装填密度为0.70g/cm3左右的样品;再磨制为325目(大于90%)的活性炭粉载入适量溴素制备成样品。

和常规柱状制粉活性炭生产工艺相比,其主要区别是:原料煤进行了绝氧干馏处理;活性炭粉中被载入了适量的溴素。其原料煤的制粉、炭化、活化及磨制活性炭粉和常规粉状活性炭工艺相同。

(四)性能测试

碘值、装填密度分别按国标(GB/T7702.7 -1997)、(GB/T7702.4-1997)进行检测。

DYE吸附值测试:称取0.4g的活性炭吸附一定浓度STC-DYE染料溶液,经振荡、过滤后利用分光光度计测定消光值在STC-DYE溶液的工作曲线得到溶液浓度,最后利用公式计算出DYE吸附值。

汞吸附容量测试:在一个固定的吸附床上进行,温度=180℃,[汞]=67UG/m3,并且以空气作为气体载体,流速为625mL/分钟,吸附5小时。根据吸附后的数量计算吸附容量。

静吸附仪测试:以高纯氮气作吸附质来测试活性炭的比表面积和孔结构等参数。

三、结果与讨论

(一)绝氧干馏处理对活性炭性能的影响

表2中列出了宁夏无烟煤经绝氧干馏处理和未经绝氧干馏处理所制得的活性炭的性能参数。其中绝氧干馏处理数据HYX(1～5)为5次试验的平均值;无烟煤未经处理的结果数据HA(1～5)为5次试验的平均值。从表中的数据可以看出,试验选用的无烟煤经过绝氧干馏处理后的样品和未经处理的样品在相同碘值和装填密度的条件下,经过绝氧干馏处理的样品有利于提高活性炭的微孔容积,DYE吸附值也稳定的控制在10mg/g以下。

(二)绝氧干馏处理对活性炭脱汞性能的影响

表3中列出了无烟煤经绝氧干馏处理和未经绝氧干馏处理所制的活性炭脱除汞的性能参数。从中可以看出,无烟煤经过绝氧干馏处理制备的活性炭可以稍微提高一些对汞的吸附量,但是增加的数值不是很显著。

(三)溴素的加入及加入量对活性炭脱汞性能的影响

由于汞在一定的条件下可以和溴发生反应,使元素汞转化为二价汞,所以在活性炭中浸渍一定量的溴,使汞单质在活性炭孔隙内与溴进行反应,反应后的物质再被活性炭吸附,这样大大加强了载溴活性炭吸附汞单质的能力。

图1是经过绝氧干馏处理的活性炭(HYXJ)和未经过绝氧干馏处理的活性炭(HAJ)浸渍一定量的溴素后对汞单质的吸附能力数据。从图中的数据可以看出,经过绝氧干馏处理后的活性炭在添加了溴素后的溴化活性炭,明显的提高了活性炭对汞的吸附容量。添加的溴素达到一定量后,溴化活性炭对汞的吸附容量不再明显增加。

四、结论

本试验利用选用的无烟煤并经绝氧干馏处理并加入一定量的溴素添加剂等手段,对载溴脱汞活性炭制备工艺进行了初步的研究工作,得出如下结论:

1.无烟煤的绝氧干馏处理,有利于提高活性炭的微孔容量,改善活性炭对汞的吸附性能。

2.在制备过程中,通过添加一定比例的溴素,可以提高活性炭对汞的吸附性能。

参考文献

[1]高洪亮,等.燃煤烟气中汞在活性炭上的吸附特性[J].煤炭科学技术,2006,(5).

[2]熊银伍,等.煤基吸附剂脱除烟气中气态汞的研究现状[J].洁净煤技术,2007,(1).

作者简介:张志清(1969-),男,山西临汾人,宁夏华辉活性炭股份有限公司总工程师;刘培成(1974-),男,安徽灵壁人,宁夏华辉活性炭股份有限公司工程师。