贫氧制取生物焦连续脱汞的原理研究

The gaseous mercury is the aim of flue gas mercury removing in coal fired power plant. At present, the most effective mercury removing method is using adsorbent, for example, actived carbon. But this method is restricted due to its huge cost. Therefore, the low cost technical clue is proposed to remove gaseous mercury in this project, which is using bio-char prepared under the lean oxygen after coal combustion. The biomass particles is added into the flue gas duct corresponding optimal temperature. Moving along with the flue gas, the biomass particles are heated and pyrolysis take place under the condition of lean oxygen. Then the prepared bio-char adsorbs gaseous mercury in the appropriate temperature zone. After that, the spent bio-char are captured in ESP. So, the processes of bio-char preparation and mercury adsorption under the complex condition will be investigated by means of N2 Adsorber, XRD, FTIR, SEM and so on. The results will be abtained, which include the optimal condition of bio-char preparation and mercury adsorption, the principle of pyrolysis of biomass under the lean oxygen and no-isothermal complex conditions and the principle of bio-char mercury removing under the complex conditions . The results of this project will provide the key parameters and theory support to the technology of low cost bio-char preparation and high efficiency mercury removing.

对电站燃煤锅炉脱汞主要是针对烟气中的气态单质汞。目前，最有效的脱除气态汞的方法是采用高吸附活性的吸附剂，如活性炭。但是，使用活性炭存在的问题就是活性炭的消耗带来的巨大费用。因此，本课题提出了一种低费用的、在锅炉燃烧后贫氧条件下制备生物焦进而脱除烟气中气态汞的思路。针对这一思路，本课题通过在锅炉炉膛后的某一最佳温度区间，加入生物质颗粒，随着烟气的流动，在贫氧条件下，生物质颗粒热解，形成生物焦，在适宜的低温烟气区，吸附烟气中的气态汞。然后，在静电除尘器被分离、捕获。所以，本课题通过对复杂条件下制焦过程和汞吸附过程的研究，并借助氮吸附仪、FTIR、XRD、SEM等分析研究手段，将得出贫氧制备生物焦连续脱汞的最佳条件；获得贫氧、非等温等复杂条件下生物质的热解和复杂条件下生物焦对气态汞的吸附基本原理。通过本课题的研究，可为低费用制备生物焦高效脱除气态汞的工艺提供关键数据和理论基础。

本课题提出了一种低费用的、在锅炉燃烧后贫氧条件下制备生物焦进而脱除烟气中气态汞的思路。研究发现：在200min吸附时间内棉花秆的汞吸附性能最强，其次为核桃壳。在生物质热解过程中，Cl元素以HCl和碱金属氯化物的形式析出，而其他Cl以无机物的形式留存于生物焦中。随着粒径的减小，热解反应面积增大，传质传热对热解过程的影响减小，从而利于热解过程的进行。随着定温条件中热解温度和变温条件中热解终温的升高，生物焦的汞吸附能力先增强后减弱，其中600℃作为热解温度和热解终温时，其汞吸附能力远大于其他温度。随着升温速率的增加，生物焦的汞吸附能力先增强后减弱，升温速率为10℃/min时，生物焦的汞吸附性能较好；随着颗粒直径减小（58-270μm），汞吸附能力呈整体逐渐增强的趋势。不同热解气氛会影响生物质热解过程，造成生物焦微观特性的差异，进而影响其汞吸附特性，其中对于核桃壳生物质，在5%-7%O2浓度之间可能存在临界浓度；CO2可通过Boudouard反应在750℃以后与生物焦直接发生气化反应。单质汞在生物焦表面吸附的过程中，汞是以一种混合形式赋存在生物焦表面，其中生物焦通过化学吸附的主要产物为Hg-OM和HgO；在生物焦对汞的吸附过程中，小部分单质汞以化学吸附的方式直接被以羰基和羧基为主的官能团吸附在化学活性位点上，同时形成单层或多层的“次级吸附中心层”，其他单质汞可以进一步吸附在“次级吸附中心层”外。核桃壳生物焦主要由C、H、O和N元素构成，而且生物焦分子结构中芳香碳是主要组成部分，而脂肪碳则起到联结芳香结构单元的作用。生物焦分子结构模型以芳香结构为主，并含有1个甲基、4个羟基以及8个羰基，分子式为C55H37NO14，Mr=935；UFF、Dreiding和MM2，3种力场对三维模型的结构优化结果中，UFF力场下优化后的三维结构总势能最大；同时Dreiding力场下优化的结构更稳定。.本课题得出研究结果可为低费用制备生物焦高效脱除气态汞的工艺提供关键数据和理论基础。