改性生物质活性焦烟气喷射脱汞及协同脱硫、脱硝的机理研究

燃煤汞污染已成为继粉尘、SO2、NOx之后的第四大污染物。本项目提出对生物质焦进行卤化铵盐改性和担载催化剂的方法，使之成为生物质活性焦，首次提出生物质改性活性焦烟气喷射悬浮吸附、协同脱除燃煤烟气Hg/SO2/NOx的工艺路线。系统深入地研究生物质焦表面能够促进Hg吸附的含卤素原子官能团、能够促进SO2吸附的含氮官能团以及能够促进NO吸附的含氧官能团的产生条件、数量和分布，协同吸附Hg/SO2/NOx的机理。获得生物质焦改性高效吸附剂的制备方法。通过生物质焦在模拟烟气固定床吸附和管道喷射吸附实验、在小型已有CFB煤燃烧烟气中喷射悬浮吸附的试验研究，获得改性生物质活性焦协同吸附脱除燃煤烟气Hg/SO2/NOx的机理、影响因素和优化参数；形成生物质焦吸附脱除Hg/SO2/NOx的理论体系，孵化燃煤烟气生物质活性焦烟气喷射高效吸附协同脱除Hg/SO2/NOx的实用技术。

本项目首次提出以低碳能源生物质焦代替高碳能源活性炭作为燃煤烟气喷射脱汞的价廉高效吸附剂，首次提出生物质焦的卤化铵盐（NH4Cl和NH4Br）改性吸附剂烟气喷射脱汞协同脱硫脱硝的工艺路线。系统深入地研究了改性生物质焦表面能够促进Hg吸附的含卤素原子官能团、能够促进SO2吸附的含氮官能团以及能够促进NOx吸附的含氧官能团的产生条件、数量和分布，协同吸附脱除烟气中Hg/SO2/NOx的机理。首先，为提高生物质焦的汞吸附能力，进行了生物质焦卤化按改性和担载化学活性因子提高其化学吸附的基础性研究，并采用先进的测量技术对改性前后的生物质焦进行了物理化学特性和微观结构形貌等一系列表征，从微观机理方面充分论证了改性对提高生物质焦脱汞性能的作用机理，并优化出改性活化制备生物质焦脱汞吸附剂的最佳配方和工艺。其次，对改性生物质活性焦在固定床汞吸附实验装置上进行了大量的吸附剂性能评价与汞吸附机理的实验研究和理论分析，考察了模拟烟气成分对吸附剂脱汞性能的影响机理，在此基础上也开发出改性活性炭、磷酸活化改性生物质焦、改性高硫石油焦等多种新型高效的脱汞吸附剂，丰富和发展了碳基和非碳基脱汞吸附剂的实验和应用，获得了与商用活性炭的脱汞性能相当的能够用于工业烟气脱汞装置的改性生物质活性焦吸附剂，并探索出改性碳基和非碳基材料获得高效汞脱除效率吸附剂的实用技术路线和方法。第三，在获得了上述非常丰富的固定床汞吸附实验结果的基础上，运用颗粒内扩散模型、准一阶吸附动力学模型、准二阶吸附动力学模型和Elovich模型，获得了汞吸附过程的控制因素和控制步，对充分认识汞吸附过程的机理提供了理论指导。第四，在模拟烟气管道喷射吸附剂脱汞实验装置上，系统地研究了喷射条件下吸附剂脱汞的机理和影响因素，获得了喷射条件参数对喷射脱汞过程的影响规律和脱汞效率。最后，将本文研发的改性生物质活性焦脱汞吸附剂用于小型燃煤循环流化床燃烧装置的实际烟气中，进行了热态燃煤烟气喷射脱汞的验证试验研究，获得了改性生物质焦烟气喷射脱汞效率82.05%，协同脱硫脱硝的效率分别为36.07%和9.8%的试验结果。表明溴化铵改性生物质稻壳焦具有较高的脱汞效率及协同脱硫脱硝的效果，也预示着本项目开发的卤化铵盐改性生物质活性焦新型脱汞吸附剂可以用于燃煤锅炉烟气喷射脱汞技术和装备中。