程序升温热解在煤中汞形态识别中的应用及其机理

汞在煤中的存在形态会影响其毒性、迁移性、挥发性和最终形态，影响其控制策略的选择和技术开发。目前进行汞形态识别的主要方法是连续化学提取，但这种方法因为存在选择性不够、再吸附和再分布等问题，一般只是用于汞浓度较大的环境样品。然而煤中汞浓度极低，所以有必要开发一种适用于煤中汞形态识别的新技术。基于不同形态的汞其在程序升温热解过程中释放速率等特性差别较大的原理，本课题将程序升温技术用于煤中汞形态的识别：优化设计一套装置，建立标准程序，使其能适用于获得燃煤程序升温热解过程中汞的释放曲线；建立热解过程中汞的释放模型，利用该模型能正确模拟汞的释放行为；根据模型和实验数据，能将重叠的峰形正确解离，得到特定形态汞的释放特性和定量数据。

首先研究了程序升温热解过程中在煤中汞的释放特性及形态识别。优化设计一套装置，建立标准程序，使其能适用于获得燃煤程序升温热解过程中汞的释放曲线，得到特定形态汞的释放特性和定量数据。通过与单一标准物质的释放峰相比较，结合密度分级、硝酸浸提、低温灰化和选择性连续化学浸提技术，确定了煤中不同形态汞释放的温度区间：<150℃是Hg0，150-250℃是HgCl2/有机结合态Hg，250-400℃是HgS/硅酸盐结合态汞，400-600℃ 是黄铁矿结合态汞。煤中汞的赋存形态影响各种煤燃前脱汞技术的效率。密度分级适合于脱除外在矿结合态汞。热解不适合脱除黄铁矿结合态汞。密度分级结合热解技术用于脱除黄铁矿结合态汞含量高的煤种可以获得较好的经济性。. 然后开发了连续测汞仪在程序升温热解中的使用的技术。煤热解气中芳香烃、二氧化硫等的干扰导致CVAAS测量汞结果偏大，甚至完全失真。利用化学链燃烧原理，对热解气进行预处理，在燃料反应器中，金属氧化物将热解气氧化成二氧化碳和水，同时将各种形态的汞转化为单质汞，通过CVAAS连续测量二氧化碳中的单质汞浓度；金属氧化物再次进入燃料反应器反应，即完成一个循环。利用该技术对燃煤进行热解时测量的结果，结果显示不用化学链技术热处理时测量值严重失真，应用该技术后测量精度得到了极大地提高。原理分析和初步试验都证明，该预处理技术具有应用到热解气之类的含有复杂干扰成分的可燃气体的汞连续测量中。. 最后将低温热解煤燃前脱汞技术在中试装置中应用成功。针对挥发份较高并含有高浓度重金属的褐煤或烟煤，提出燃前煤质改性和污染物脱除的同时并产焦油和煤气的思想，通过低温热解脱除燃煤Hg、As、Se、Cl等挥发性有害元素，脱除一部分S和燃料N，同时得到高附加值的焦油。结合实验，发展了程序升温热解识别煤中汞形态从而选择有效煤燃前污染物脱除手段的技术，建立和运行一套煤粉低温热解流化床中试装置。. 基于本研究，培养了青年科技人才，包括青年教师（项目负责人）与博士后2 名、博士研究生1 名（在读）、硕士研究生3名。项目负责人因为在项目资助下所获得的科研业绩荣获华中科技大学优秀博士后称号。发表或录用期刊学术论文5 篇（其中SCI 论文4 篇），申请国家发明专利4项（其中授权3项），申请实用新型2项，全部授权。参加国内会议多次，参加国际会议6次。