吸附法去除电厂汞的研究进展

（东北电业管理局第二工程公司， 辽宁 大连 116086）

吸附法去除电厂汞的研究进展

王 立 坤

（东北电业管理局第二工程公司， 辽宁 大连 116086）

重金属汞是电厂烟气中的主要污染物。主要介绍了活性炭、飞灰、钙基、矿物类及金属、生物质等吸附剂应用于烟气中脱汞的研究进展，评价了各种吸附剂的应用特点，并对今后需要开展的工作提出建议，为我国燃烧电厂汞排放控制提供参考。

电厂烟气；汞；吸附法

重金属汞是燃煤电厂烟气中的的主要污染物，我国煤中汞的平均含量为0.15 mg/kg，尽管汞在烟气中的浓度较小，但热电厂中燃煤量较大，因此汞的排放总量巨大，重金属汞的排放对环境造成严重的危害，环境中的汞可被微生物作用转化为有机态，如甲基汞等，并被生物富集，再通过食物链进入人体，是对人类健康威胁最大的途径。汞在燃煤过程中的形态分布对烟气中汞的毒性及减排方面有着直接的影响，燃煤过程中汞有三种存在形态，元素汞Hg0、二价汞Hg2+和颗粒态汞HgP。Hg0是烟气中汞的主要存在形式，易挥发，难控制，不易除去；二价汞Hg2+较稳定，易被吸附，高浓度时将以硫化物的形式脱除；颗粒态汞HgP易被荷电和吸附，可用电除尘器除去。

近年来，国内外学者对热电厂燃煤除汞技术进行了一系列的研究，目前，主要有吸附剂除汞和利用传统工艺这两种方法，其中吸附法除汞技术以其脱汞率高，操作方便等特点被广泛使用，本文就吸附法在除汞技术中的应用进行探讨。

1 吸附法除汞技术的研究进展

在吸收单质汞的过程中,吸附剂起到了决定性作用。从国内外研究状况来看,大部分研究集中在高效、经济的吸附剂的研制上。目前,用于烟气脱汞的吸附剂有以下几种。

1.1 活性炭吸附

活性炭吸附法除汞是应用较早、较广泛的技术，有两种方法可实现脱汞，一是让烟气通过活性炭吸附床，二是在烟气中喷入活性炭，后者技术较为成熟，应用较广，主要是活性炭在烟气中与汞接触，经过一系列的物理吸附和化学吸附后被除尘装置捕集[1]。

王军辉[2]考察了活性炭对电厂烟气中的Hg0的吸附效果，结果表明，活性炭加入量及其颗粒大小、反应温度、汞进气浓度是影响汞去除的主要因素，当汞的进气浓度较低，活性炭量较高的条件下，活性炭颗粒在0.5＜d＜0.8 mm时，汞的去除效果最佳，其他条件不变时，汞的去除率会随着温度的升高而降低。胡长兴[3]研究了对模拟燃煤烟气喷入活性炭/改性活性炭进行脱汞的过程，考察了活性炭汞吸附的稳定性，结果表明，活性炭中的汞在水环境中较稳定，活性炭经改性后，虽然吸附容量有所增加，但其稳定性呈下降趋势。高洪亮[4]等在烟气汞脱除试验台上考察活性炭对模拟烟气中汞的吸附效果，结果表明，活性炭吸附汞的穿透率随着反应温度的升高而增加，但对汞的吸附能力却有所降低，同时，增加碳汞比值，脱汞率也随之增加，此外，二氧化硫和氧的存在都影响着活性炭对汞的吸附效率。

一般而言，在烟气中喷入活性炭，适当的碳汞比值可以使脱汞率达到60%，但烟气通过活性炭吸附床在不同条件下的脱汞率差异很大。虽然活性炭除汞效果较好，但其价格昂贵，大量应用将增加电厂的成本， 因而活性炭除汞技术的推广受到较大的限制。

1.2 飞灰吸附

飞灰是煤粉燃烧后产生的副产品，大量的飞灰是由单质碳和无机矿物组成，小部分飞灰还含有少量的有机挥发成份和原煤，飞灰中的晶体主要是Fe2O3，石英和无水石膏，飞灰中的大部分金属氧化物对元素态汞有不同程度的催化氧化作用。

潘雷[5]在自制的飞灰吸附剂实验台上考察了燃煤飞灰吸附汞的影响因素，并研究了改性飞灰对脱汞率的影响，结果表明，改性后的飞灰对汞的去除率较高，可达 74.34%，同时发现，颗粒较大的飞灰能够提高汞的去除率，飞灰的来源、比表面积、粒径分布等都是影响其对汞吸附效果的主要因素。赵永椿等人[6]考察了不同电厂燃煤飞灰对汞的吸附效果，结果表明，烟煤飞灰CTSR和CTL的富碳组分对汞的吸附能力分别为10.3和9.36 µg/g，吸附能力最强，影响飞灰除汞能力的主要因素是多孔网状结构的碳含量，造成飞灰脱汞性能的主要原因是煤级的不同。王鹏等人[7]考察了不同燃煤电厂飞灰未燃尽碳对汞的吸附效果，结果表明，未燃尽碳的含量较高的飞灰对汞的去除率也较大，除此之外，尾矿也可吸附烟气中的汞。

飞灰的粒径细小，具有实用性，在汞浓度较低的条件下，脱汞率较高，尤其是未燃尽的碳可作为廉价的吸附剂，但飞灰的稳定性是脱汞过程中的一个重要问题，飞灰中的汞能否造成二次污染也有待研究，目前实验的研究主要停留在飞灰吸附汞的影响因素上，而不同飞灰成分对脱汞的影响也可有待研究。

1.3 钙基吸附剂

钙基类物质容易获取，主要有CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4·2H2O 等，是烟气脱硫的有效脱硫剂，近年来，用钙基类吸附剂实现烟气脱汞技术已经成为研究热点，主要方法有增加该积累物质捕获单质汞的活性区域和向钙基类物质中加入氧化性物质[8]。

任建莉等[9]在小型固定床试验台上考察Ca(OH)2、CaO以及飞灰和Ca(OH)2混合物(MFC)对模拟烟气汞的去除效果，结果表明，SO2的存在促进了Ca(OH)2、CaO和MFC对单质汞的吸附，且温度越高，汞的去除效果越明显，同时，由于MFC中混合了飞灰的缘故，其吸附能力高于钙基吸附剂。一些学者对钙基类物质进行改性以提高其对汞的吸附能力。黄治军等人[10]考察了部分钙基吸附剂对模拟烟气汞的去除效果，结果表明，Ca(OH)2对汞的吸附随温度的升高而减小，而CaO对汞的吸附能力大于Ca(OH)2，最高可达40%，向钙基吸附剂里加入SO2、HCl和高锰酸钾，钙基类物质对烟气中汞的去除能力增强。赵毅[11]等人在固定床实验台上研究Ca(OH)2、飞灰及由两者混合物改性后的物质作为吸附剂对模拟烟气中单质汞的去除效果，结果表明，通过对比，Ca(OH)2对单质汞的吸附能力最差，经粉煤灰、工业用石灰和少量添加剂改性的钙基吸附剂的除汞率比普通高活性钙基吸附剂提高约30%，其脱汞能力高于Ca(OH)2。

钙基类物质价格低廉，其脱汞效率与烟气中汞的存在形态有关，如Ca(OH)2，对 HgCl2的吸附效率可达到 85%，碱性吸收剂如CaO，同样也可以很好地吸附HgCl2，但是对单质汞的吸附率较低[11]，如何提高钙基吸附剂对汞的去除效果有待进一步研究，同时，钙基吸附剂去除烟气中的汞还处于实验阶段，并未投入实践。

1.4 矿物类吸附剂

矿物类吸附剂如：膨润土、高岭石、沸石等在我国储量丰富，来源较广，价格低廉且对环境污染较小，因此可应用于电厂脱汞。

丁峰等[12]在固定床反应器上考察了4种天然矿物材料对模拟烟气中单质汞的去除效果，结果表明，凹凸棒石、丝光沸石、膨润土和蛭石4种吸附剂随着温度的升高，其对汞的吸附能力增强，在120 ℃时，丝光沸石对单质汞不显示吸附作用，而是将其氧化，热活化并未提高矿物吸附剂的脱汞能力。在此基础上，有学者[13]对矿物吸附剂进行改性，结果表明，铜-凹凸棒石和铜-膨润土对汞的去除率受温度影响，最高可达90%，氯-凹凸棒石是较好的吸附剂，平均脱汞率可达90%以上，而经碘化钾改性后的凹凸棒石、膨润土和丝光沸石对汞的吸附效果都较好，可达80%。孙悦恒[14]采用膨润土、高岭土、蛭石、沸石4种矿物吸附剂并分别对其进行化学改性来考察对烟气中汞的去除能力，结果表明，改性后的吸附剂对汞的吸附效率明显高于未改性的吸附剂，其中，膨润土对汞的去除效果与活性炭相当，最高可达70.9%。

矿物类吸附剂是一类较理想的吸附剂，若应用于电厂脱汞，则可大大降低电厂的脱汞成本，但矿物类吸附剂种类繁多，理化性质各不相同，在研发时，应注意选择适合吸附剂本身的活性剂对其改性。

1.5 其他吸附剂

由于金属对汞的吸附不受汞的化学形态的影响，故可用金属吸附剂实现对电厂烟气中汞的去除。金属吸附剂是以铂或金等特定的金属与汞形成合金为方法，利用此种合金可在高温下进行可逆反应，以实现汞的回收。Poulston等[15]考察了Pd和Pt负载氧化铝对烟气中汞的去除能力，结果表明，二者的脱汞能力都随着负载金属量的增加而增大，但与温度成反比，温度升高，可将汞回收，如此吸附剂边可进行再生。因此金属吸附剂不仅可以减小对环境的污染，而且可以降低脱汞成本。Jason等[16]考察Au负载TiO2对烟气中汞的去除能力，结果表明，金属吸附剂脱汞是可行的，汞的氧化率在 40%～60%之间。由此看来，金属吸附剂可使金属回收再利用，但对汞的吸附效果不理想。

此外，生物质类来源广泛，具有废物利用的特点，可作为脱除烟气中汞的吸附剂。高鹏等人[17]考察壳聚糖吸附剂对模拟烟气中汞的吸附特性，结果表明，壳聚糖对汞的平均吸附效率约 68%，在120℃时，对单质汞的平衡吸附效率为48.05%。王磊等人[18]考察生物质与煤燃烧后的灰对烟气中汞的吸附作用，结果表明，稻壳灰对汞的吸附效率达95%以上，吸附效果较好，但高粱杆灰及麦秸灰对汞的吸附效率只有25%。总的来说，生物质类吸附剂有着广阔的应用前景。

2 展 望

吸附法可有效去除电厂烟气中的汞，本文对近年来吸附法处理电厂烟气中汞的研究进行了综述，笔者建议今后需要围绕以下几个方面开展工作：首先，拓展研究价格低廉、吸附容量较大的汞吸附剂，其次，研究吸附法脱除汞的过程中实现汞的资源再利用问题，最后，活性炭应用于烟气中汞脱除的研究较多，今后应将活性炭的再生作为重点研究方面。随着人们对吸附法脱除烟气中汞的深入研究，以及对吸附剂的改性技术的不断开发，期待吸附法在脱汞方面有重大突破。

［1］ 丁建东. 活性炭在袋式除尘器内脱除元素汞的实验研究与数值模拟[D]. 上海：东华大学, 2011.

［2］ 王军辉. 活性炭吸附脱除燃煤烟气中汞的研究[D]. 杭州：浙江大学, 2006.

［3］ 胡长兴. 燃煤电站汞排放及活性炭稳定吸附机理研究[D]. 杭州：浙江大学,2007．

［4］ 高洪亮, 周劲松, 骆仲泱, 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, 34(5):49-52.

［5］ 潘雷. 燃煤飞灰与烟气汞作用机理的研究[D]. 上海：上海电力学院, 2011.

［6］ 赵永椿, 张军营, 刘晶, 等. 燃煤飞灰吸附脱汞能力的实验研究[J].中国科学, 2010, 40(4):385-391 .

［7］ 王鹏, 吴江,任建兴,等.飞灰未燃尽碳对吸附烟气汞影响的试验研究[J]. 动力工程学报, 2012, 32(4):332-337.

［8］ 边蔚,任爱玲.燃煤电厂汞排放控制技术的研究进展[J]. 河北工业科技, 2008, 25(6):401-404.

［9］ 任建莉, 周劲松, 骆仲泱,等. 钙基类吸附剂脱除烟气中气态汞的试验研究[J]. 燃料化学学报, 2006, 34(5):557-561.

［10］黄治军, 段钰锋, 王运军,等. 钙基吸附剂固定床吸附烟气中Hg0的试验研究[J]. 锅炉技术 , 2011, 42(5):65-69.［

［11］赵毅, 刘松涛, 马宵颖, 等. 改性钙基吸附剂的汞吸附特性实验研究[J]. 中国电机工程学报, 2009, 29(8):50-54.

［12］丁峰, 张军营, 赵永椿, 等. 天然矿物材料吸附剂脱除烟气中单质汞的实验研究[J]. 中国电机工程学报, 2009, 29(35):65-70.

［13］丁峰. 矿物吸附剂对燃煤烟气中汞的脱除机制的研[D]. 武汉：华中科技大学, 2012.

［14］孙悦恒. 改性无机矿物吸附剂对气态汞的吸附试验研究[D]. 济南：山东大学, 2012.

［15］Poulston S，Granite E J，Pennline H W，et al . Metal sorbents for high temperature mercury capture from fuel gas[J]. Fuel，2007，86：2201-2203.

［16］ Jason A H，Wayne S S，Michel D M，et al. Mercury oxidation in fluegas using gold and palladium catalysts on fabric filters[J]. Environ.Sci. Technol.，2008，42，6677-6682.

［17］高鹏,向军,张安超.壳聚糖吸附剂脱除燃煤模拟烟气中汞的试验研究[J]. 中国环境科学, 2010, 30(6):733-737.

［18］王磊,等.三种生物质灰对汞的吸附实验研究[J]. 工业炉, 2008, 30(2):7.

攀钢钛渣冶炼技术获2项发明专利

近日，攀钢集团有限公司牵头承担的国家“863”项目“大型电炉钛渣冶炼技术研究”课题顺利通过四川省科技厅组织的技术鉴定。作为国内首家建设运行大型钛渣电炉的企业，攀钢坚持以解决攀枝花钛精矿冶炼难度大、大型钛渣电炉作业率低等关键性问题为重点，积极开展联合技术攻关，开发形成一系列高效冶炼钛渣成套技术，实现了大型钛渣电炉高效稳定运行，获得国家发明专利2项、实用新型专利1项。目前，该课题研究成果已在攀钢3台大型钛渣电炉成功应用，其生产的钛渣可满足高品质海绵钛生产需求，经济效益和社会效益较为显著。

Research Progress in Adsorption of Mercury in Power Plant Fuel Gas

WANG Li-kun
（Northeast NO.2 Electric Power Construction Company, Liaoning Dalian 116086，China)

Heavy metal Hg is the main pollutant in the flue gas of power plant. In this paper，research progress of adsorbents used in removing mercury in flue gas was introduced, such as activated carbon, fly ash, calcium base, minerals and metals, biomass and so on. The application characteristics of various kinds of adsorbents were evaluated. And the development trend of these adsorbents in the future was discussed, which can provide some references for mercury controlling in power plants in China．

Power plant flue gas; Mercury; Adsorption

TQ 546

A

1671-0460（2014）02-0213-03

2013-08-26

王立坤（1981-），男，辽宁大连人，工程师，2005年毕业于沈阳工业大学热能与动力专业，研究方向：热力发电。E-mail：ddegswlk@163.com。