纯活性炭粉末在布袋上脱汞的影响因素研究

陈振松

（湖南交通工程学院，湖南 衡阳 421009）

纯活性炭粉末在布袋上脱汞的影响因素研究

陈振松

（湖南交通工程学院，湖南 衡阳 421009）

为解决基于布袋除尘器的活性炭喷射传统脱汞技术中活性炭粉末利用率和脱汞效率低的问题，提出了布袋+纯活性炭粉末脱汞新技术。在小型布袋脱汞试验台上采用纯活性炭粉末为吸附剂进行了脱汞实验，结果表明：掺杂飞灰影响很大，布袋+纯活性炭粉末脱汞在脱汞效率和活性炭利用率方面有明显优势。

纯活性炭粉末；布袋除尘器；吸附；汞

文章重点研究了纯活性炭粉末在不同吸附温度、活性炭粉末加入量、布袋的过滤速度、水蒸气含量及飞灰对脱除气态Hg0效率的影响。

1 实验部分

（1）实验材料。活性炭粉末（M767，上海活性炭厂有限公司，以优质木材和特种木屑为原料，经炭化、氯化锌活化及多道工序精制加工而成的粉状活性炭），粒径为200目，比表面积1450m2/g，孔容积为1.05cm3/g，堆积密度为0.35g/ml。飞灰（宁波市北仑热电厂燃煤产生的粉煤灰）粒径为200目。汞源，由放置在U形管中的汞渗透管（137-022-0030-S56-C100，美国VICI）提供。

（2）实验装置。实验装置如图1所示。汞渗透装置由水浴锅（DK-S28，上海精宏实验设备有限公司）、U型石英管、汞渗透管（137-022-0030-S56-C100美国VICI）和固定架组成。恒定流量的空气流入汞渗透装置，经充分预热后将汞蒸气载出，形成以空气为载气、汞浓度均匀的含汞混合气。布袋除尘器吸附装置是由石英管法兰中嵌入纤维毡滤布组成的自行设计的简易布袋除尘器装置。石英管内径为25mm，高度为100mm。

图1 汞吸附实验装置示意图

（3）实验方法。精确称取活性炭粉末（精确到0.1mg）加入到布袋吸附装置中，使其均匀附着在布袋上。打开汞渗透装置的电热恒温水浴锅加热到一定温度，使汞蒸气以相应的浓度从渗透管中渗透，被恒定流量的载气（洁净空气）携带出来，并与从另一管路出来的空气混合，经恒温鼓燥箱升温后形成总流量为1.0L/min的混合气。气流稳定4h后，用两个串联的分别装有5ml、0.32%KMnO4～10%H2SO4溶液的吸收瓶进行吸收取样。每隔10min取样一次，测定汞初始浓度，连续3次测定值基本相同时，表示汞初始浓度保持稳定，再开始吸附反应。实验所选用浓度为52.11.5μg/m3。

（4）分析方法。经吸附剂吸附后尾气中穿透的气态Hg0由0.32%KMnO4-10%H2SO4溶液吸收。按照GBZ/T 160.14 -2004冷原子吸收光谱法测定吸收瓶内取样液的汞含量，测汞仪为QM201荧光测汞仪。

2 结果与讨论

（1）吸附温度的影响。活性炭粉末在布袋除尘器上的吸附温度对脱汞效率的影响如图2所示。实验分别以80℃、100℃、130℃、150℃、170℃为吸附温度进行研究。活性炭粉末加入量为0.3g；压降为1.25KPa；布袋过滤速度为2m/min；活性炭粉末的厚度约为1.7mm。由图2可知，吸附温度对汞的脱除效率影响很大，汞的脱除效率随着吸附温度的升高而降低。当温度从80℃升高到100℃时，前65min的平均脱汞效率从99.6%下降到84.5%；温度从100℃升高到130℃时，前65min的平均脱汞效率从84.5%下降到73.5%；吸附温度从130℃升高到150℃的过程中，前65min的平均脱除效率从73.5%下降到61.1%；吸附温度继续升到170℃时，前65min的平均脱除效率骤降至43.2%。

图2 吸附温度对脱汞效率的影响

温度是影响化学吸附和物理吸附的关键参数。根据活性炭吸附理论，活性炭表面的酸性含氧官能团和活性炭内含碳晶格是汞吸附的活性位。低温时主要是物理吸附，随着温度的上升，因范德华力而吸附的气体分子会发生解吸，物理吸附能力减弱，从而引起脱除效率的降低。当吸附温度在160℃左右时，汞脱除效率降到最低点。活性炭粉末在80℃时吸附汞主要是物理吸附，当温度上升到170℃时，物理吸附已经对汞的吸附作用已经丧失，此时活性炭粉末的脱汞效率主要依赖于化学吸附，所以图2中80℃～170℃范围内汞的脱除效率随着吸附温度的升高而降低。活性炭粉末在100℃、130℃、150℃吸附的第20～25分钟时脱汞效率出现了低谷，具体原因有待进一步的研究。

（2）活性炭粉末加入量的影响。吸附温度为150℃；布袋过滤速度为2m/min；活性炭粉末加入量为0.5g时，压降为3.6 KPa，活性炭粉末的厚度约为2.8mm；活性炭粉末加入量为0.06g时，压降为0.22KPa，活性炭粉末的厚度约为0.34mm；活性炭粉末加入量为0.05g时，压降为0.17KPa，活性炭粉末厚度约为0.28mm。

（3）布袋过滤速度的影响。布袋过滤速度分别为2m/min、1m/min；吸附温度为150℃；粉末加入量为0.05g，布袋过滤速度为2m/min时，压降为0.18KPa，布袋过滤速度为1m/min时，压降为0.09KPa。

（4）H2O（g）的影响。空气流中的H2O（g）对汞脱除效率的影响如图3所示。活性炭粉末加入量为0.05g，吸附温度为100℃，布袋过滤速度为2m/min，压降为0.18KPa。

图3 H2O（g）对汞脱除效率的影响

从图3可以看到，H2O（g）对单质汞的脱除有一定促进作用。添加体积分数为8%H2O（g）时，前65min的脱汞效率从无H2O（g）时的75.5%升高到84.6%。这是因为气流中添加的水蒸气易被活性炭表面吸附，水可以和活性炭表面的碳氧官能团发生相互作用形成新的活性位或二次活化中心，从而改变活性炭表面的吸附条件，有利于汞的吸附脱除。然而当水蒸气的含量进一步升高到12%时，活性炭粉末的脱除效率反而降低。这说明水汽含量过高时，水汽被活性炭粉末吸附，占据了活性炭粉末表面的大部分活性点，使Hg0与活性炭粉末的结合活性点减少，从而使汞脱除效率降低。

（5）飞灰的影响。目前垃圾焚烧厂脱汞采用活性炭喷射+布袋除尘技术，活性炭的喷射量约占飞灰与活性炭混合物总量的5%。由于附着在布袋除尘器上的大量飞灰会造成较大的压降，所以每隔一段时间需要清灰一次，活性炭随着飞灰被清理，利用率低。与目前采用的活性炭喷射（活性炭粉末只占飞灰总量的5%）+布袋除尘脱汞传统工艺相比，布袋+纯活性炭粉末脱汞新技术不但具有较高的脱汞效率（纯活性炭粉末脱汞效率为99.1%，活性炭粉末只占飞灰总量的5%的混合物脱汞效率仅为59.6%），而且活性炭粉末的利用率大大提高（纯活性炭粉末的利用率为纯活性炭粉末掺杂95%飞灰混合物的9倍）。

3 结语

（1）在80℃～170℃温度范围内，活性炭粉末在布袋除尘器上脱汞效率随着温度的升高而逐渐降低。当吸附温度从80℃上升到170℃时，前65min的平均脱汞效率由99.6%下降到43.2%。

（2）吸附温度为150℃时，活性炭粉末加入量由0.05g增加到0.5g时，前65min的平均脱汞效率由31.3%上升到82.3%；布袋的过滤速度由2m/min降低到1m/min时，前65min的平均脱汞效率由27.4%增加至46.8%。

（3）吸附温度为100℃、添加体积分数为8%H2O（g）时，前65min的脱汞效率从无H2O（g）时的75.5%升高到84.6%。但水蒸气含量进一步升高（12%）活性炭粉末的脱汞效率反而降低。

（4）80℃的吸附温度下，纯活性炭粉末和活性炭粉末中掺杂95%飞灰，前85min的平均脱汞效率分别为99.1%和59.6%，脱汞效率在75%以上的累积汞吸附量分别为196.1和21.7μgHg/gAC，可见，与目前采用的活性炭喷射+布袋除尘传统脱汞技术相比，布袋+纯活性炭脱汞新技术能够显著提高脱汞效率和活性炭利用率。

Research on Factors Influencing Taking off the Mercury on the Cloth Bag with Pure Activated Carbon Powder

CHEN Zhen-song
（Hunan Traffic Engineering College，Hengyang，Hunan 421009，China）

To solve the problem of low utilization rate of activated carbon powder and in low efficiency of taking off mercury in traditionalmercury technologybased on activated carbon injection，the paper puts forward the new technology of taking off mercury with bag+pure activated carbon powder.On the small mercury taking off tests platform，taking off mercury experiment was carried out with pure powder active carbon served as adsorbent.The results show that bag+pure activated carbon powder has obvious advantages in mercury taking off efficiency and utilization rate of activated carbon.

pure activated carbon powder；bag filter；adsorption；mercury

X701.2

A

2095-980X（2016）10-0033-02

2016-09-17

陈振松（1984-），男，河南商丘人，硕士，助教，主要从事能源利用与环境保护研究工作。