弱电离环境中卤硫化物对烟气零价汞的去除机制研究

为了实现对燃煤烟气中零价汞的同步氧化及其氧化产物的稳定化，并充分地发挥现有静电除尘器(ESP)的除汞功能，本项目提出采用ESP弱电离场与卤硫化物氧化协同作用的新方法对烟气中的零价汞进行氧化去除研究。分别考察不同卤硫化物在气相反应、表面反应中对零价汞的氧化去除效果和不同因素对零价汞氧化去除的影响，研究卤硫化物对零价汞的氧化去除机制及动力学模型；对卤硫化物在ESP弱电离场中的电离激发效应及ESP弱电离场-氧化协同除汞作用进行研究，揭示卤硫化物在ESP弱电离场中的激发过程及其激发活性产物对零价汞的氧化去除机制；研究不同气体组分对卤硫化物电离激发及氧化除汞的影响；调整电场结构和参数，优化实验条件，评估模拟ESP弱电离场-卤硫化物氧化体系在实际烟气除汞中的效果。通过上述研究，为充分地利用现有静电除尘器实现对燃煤烟气汞排放的控制提供理论依据和科学指导。

2012年，联合国政府间谈判委员会进行了第四轮的磋商，拟在2013年出台具有法律效力的国际汞公约。燃煤烟气是最主要的人为汞排放源之一，而我国在能源结构上过于依赖煤炭，因此燃煤烟气对我国造成的汞污染尤为严重。为了应对即将出台的国际汞公约，本项目以燃煤烟气为研究对象，研究了利用除汞促进剂对燃煤烟气汞，特别是难以去除的零价汞，进行有效去除的新技术。同时探索了利用现有的空气污染控制设备(静电除尘器)实现除汞促进剂强化除汞性能的研究。. 本项目首先探索了利用卤素间化合物(ICl)对零价汞的氧化去除方法。研究表明，氯化碘与零价汞在反应温度为100℃时的反应速率常数5.7×10-17 cm3mocules-1s-1，仅次于单质碘与零价汞的反应速率常数，远高于溴和氯与零价零价汞的反应速率常数。通过研究发现，当燃煤烟气有20g/m3飞灰，初始汞浓度为20微克/立方米时，向烟气注入0.2ppmICl可以去除90%的零价汞。在同样的零价汞氧化去除效率前提下，使用氯化碘可以节约30%碘的消耗量。因此，使用氯化碘既可实现零价汞的高效氧化，又能大大地节省碘的消耗量，从经济成本和环境风险考虑，都具有很高的实用价值。. 为了解决氧化后的汞在脱硫液中被还原成零价汞，或吸附在飞灰上的汞由于浸渍重新流入环境等问题，本项目探索了利用卤硫化物(S2Br2)对烟气零价汞进行氧化去除的方法。结果表明，溴硫化物与零价汞在100℃时的反应速率常数为1.2(+0.2)×10-17cm3mocules-1s-1，其与零价汞的反应产物主要为稳定的硫化汞。根据估算，当燃煤烟气有30g/m3飞灰，初始汞浓度为20微克/立方米，向烟气注入0.6ppmS2Br2可以去除90%的零价汞。利用溴硫化物不仅可以快速高效地氧化烟气中的零价汞，还能同步将其转化为稳定的硫化汞，从而显著降低了其重新流入环境的风险，具有很好的推广应用价值。. 为了进一步提高除汞促进剂的除汞效率，本项目还探索了利用静电除尘器强化除汞促进剂的新方法。研究表明，在静电除尘器的弱电离场中，无论是氯化氢还是溴硫化物均能激发生成许多活性物种，对于零价汞的氧化去除有显著的提升效果。在零价汞初始浓度为200微克/立方米的模拟烟气中加入5ppmS2Br2，并在模拟静电除尘器中施加9kv的电压，可以有效去除80%以上的零价汞。