一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法
2023-06-11 00:04:16 2
專利名稱：一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法
技術領域：
本發明屬於一種熱煤氣中重金屬汞的方法，具體地說涉及一種催化氧化脫除熱煤
氣中重金屬汞的方法。
背景技術：
煤在利用過程中排放的重金屬汙染物因其劇毒性對生態系統具有嚴重的危害性。 據統計，人類活動每年排放到大氣中的汞達4000t。煤的燃燒是大氣中汞的主要來源之一。 汞是煤中的痕量重金屬元素之一。不同地區、不同煤種的煤含汞量是不同的。研究表明煤 中汞的濃度約為0. 1 10mg/kg。自1978 1995年，我國燃煤工業累計向大氣排放汞達到 2493. 8t，汞排放量的年平均增長速度為4.8X。隨著經濟的發展，這一數字還將增長。控制 煤在利用過程的重金屬汙染物的排放對保護生態環境，實現資源、能源、環境整體優化與可 持續發展具有重要意義。 以煤氣化為基礎的先進發電技術(整體煤氣化聯合循環發電系統(IGCC)、燃料電 池(FC))，合成液體燃料，大規模製氫及多聯產系統技術，是解決我國燃煤汙染，石油短缺的 重要發展方向。當前，先進煤氣化技術普遍在高溫下進行，如Shell、GSP氣化技術的氣化溫 度達1500°C ， Texaco氣化技術的氣化溫度達1350°C ，流化床氣化技術的溫度也在IOO(TC以 上。氣化過程中，煤中的重金屬汙染元素，如Hg、 As、 Se、 Cr、 Pb等，會部分或全部轉移到氣 相中。其中，由於強揮發性和化學穩定性，汞汙染物最難以控制。對我國典型氣化煤種煤氣 中汞含量的檢測表明，煤氣中的汞主要以單質汞蒸氣的形式存在，含量達18. 5 40. 5ii g/ Nm3。如何實現這些汙染物經濟、高效的脫除是未來發展先進高效煤轉化利用技術急需解決 的關鍵問題之一。 目前，活性炭和分子篩吸附劑已用於控制燃煤過程中重金屬汙染物的排放，但這 些技術對於煤氣中汞汙染物的控制，還有很大的局限性。首先，煤氣為強還原氣氛，重金屬 汙染物大部分以還原態或單質的形態存在，與氧化態物質相比具有更高的揮發性，吸附脫 除效率低；其次，由於吸附汞仍然以單質汞的形式存在，二次汙染嚴重；另外，為提高系統 效率，先進的煤氣化發電技術，希望在較高的溫度200 30(TC以上，實現汙染物的脫除，但 一般的吸附脫除技術適用溫度範圍不超過150°C。 對於煤氣中汞脫除的研究，目前還處於起始階段，還缺乏有效的脫除方法。除塵 設備對汞的脫除效果，美國環境保護局信息收集申請中心(ICR)的統計結果表明，冷端靜 電除塵器(CS-ESP)、熱端靜電除塵器(HS-ESP)和袋式除塵器(FF)的平均脫汞效率分別為 27%、4%和58%。;溼法脫硫裝置(WFGD)對煙氣中全滎的脫除效率可以達到50%以上，他2+ 在全汞中所佔的比例是決定FGD全汞脫除效果的關鍵因素。其中少於8%的Hg"可以被還 原為他°，但他°不但不會被吸收，還略微有所增加。普通的吸附劑，無論活性炭、金屬氧化 物、金屬硫化物，對於還原氣氛中元素汞的脫除能力都非常有限。如直接應用活性炭的主要 障礙是運行成本高，若要達到90%的汞脫除效率，每處理一磅汞需要25000 70000美元。 美國能源部國家能源實驗室根據汞易於形成金屬合金的特點，對多種金屬的研究表明，金屬鈀、鉑具有脫除高溫煤氣中汞蒸氣的潛力。但吸附劑價格昂貴，脫除成本高，難以工業化 應用。(孟素麗，段鈺鋒，燃煤煙氣中汞脫除技術的研究進展.鍋爐技術，2008 (4) 77-90)
發明內容
本發明的目的是提供一種成本低，高效脫除和無害化處理的一種催化氧化脫除熱 煤氣中重金屬汞的方法。 熱煤氣中的汞主要以零價單質汞的形式存在，由於單質汞具有較強的揮發性和化
學穩定性，難以在吸附劑表面形成有效的化學吸附。硫化氫是煤氣中主要汙染物之一，與汞
共存於煤氣中，本發明是在煤氣氣氛中引入少量氧氣，用活性炭當吸附劑，採用催化氧化的
方法，促進煤氣中的單質汞與硫化氫反應，轉化為硫化汞，實現煤氣中汞的高效脫除和無害
化處理。反應式為 Hg+H2S+02 — 2HgS+2H20 活性炭單獨脫除汞效率不高，而且成本高。但活性炭在硫化氫和氧氣存在的條件 下，大大提高了汞去除效率。 本發明創造適宜的反應條件，使煤氣中汞與硫化氫在氧氣存在的氣氛下反應生成 惰性的硫化汞，不僅實現汞的有效脫除，而且實現汞的穩定化處理，克服吸附劑填埋過程造 成的二次汙染。 本發明的具體操作方式如下 (1)、把裝有吸附劑的吸附器，在保護氣氛圍中升溫至50 300°C ; (2)、測定煤氣中硫化氫的濃度，通過加入氧氣，使得煤氣中的氧氣的重量是硫化
氫重量的0. 8 1. 2倍； (3)、煤氣以1000 3000h—1的體積空速流經吸附劑，吸附2. 5-3. 0小時。
如步驟(1)所述，吸附劑指的是活性炭，活性炭優選應來自煤，木炭，椰殼，木材， 合成樹脂等的活性炭。作為吸附劑的活性炭規格，其微孔半徑為6-510埃，而比表面積高於 210m7g，粒度為30-60目。 如步驟(1)所述，保護氣氛指的是N2、Ar、He等惰性氣體。
本發明與現有發明相比具有如下優點 (1)將煤氣中的硫化氫和滎協同除去，相對於分開去除，硫化氫和滎的脫除效果更佳。
(2)按照本發明方法，熱煤氣中的汞都可以除去而達到痕量或極低含量的水平，平
均脫汞效率達到75%以上。
(3)工藝簡潔，便於應用於工業生產。
(4)適用於更高的脫除溫度，降低工藝成本。
具體實施例方式
本發明所用煤氣為兩種，其中 A煤氣滎 20iig/m3 硫化氫 2500mg/m3 B煤氣滎 50iig/m3 硫化氫 1500mg/m3
實施例1
4
活性炭來自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-200埃，比表面積230m7g，保護 氣是N2。將活性炭安裝到固定床反應器中，在氮氣保護氣氛圍中升溫至20(TC;在A煤氣中 通入氧氣，使得氧氣的含量為2000mg/m3 ;煤氣以lOOOh—1的空速流經吸附器，吸附三小時後 煤氣中的汞的脫除率為77.9%。
實施例2 活性炭來自椰殼，粒度為30-60目，其微孔半徑為80-300埃，比表面積220m7g，保 護氣是Ar。活性炭安裝到固定床反應器中，在氬氣保護氣氛圍中升溫至15(TC;在A煤氣中 通入氧氣，使得氧氣的含量為2500mg/m3 ;煤氣以3000h—1的時空指數流經吸附器，吸附兩小 時半後煤氣中的汞的脫除率為70.4%。
實施例3 活性炭來自木材，粒度為30-60目，其微孔半徑為100-510埃，比表面積210m7g， 保護氣是He。活性炭安裝到固定床反應器中，在氦氣保護氣氛圍中升溫至30(TC;在A煤氣 中通入氧氣，使得氧氣的含量為3000mg/m3 ;煤氣以1500h—1的空速流經吸附器，吸附兩小時 四十分後煤氣中的汞的脫除率為78.0%。
實施例4 活性炭來自合成樹脂，粒度為30-60目，其微孔半徑為60-500埃，比表面積230m2/ g，保護氣是N2。活性炭安裝到固定床反應器中，在氮氣保護氣氛圍中升溫至25(TC;在A煤 氣中通入氧氣，使得氧氣的含量為2600mg/m3 ;煤氣以1800h—1的空速流經吸附器，吸附兩小 時五十分後煤氣中的汞的脫除率為79.0%。
實施例5 活性炭來自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護 氣是N2。活性炭安裝到固定床反應器中，在氮氣保護氣氛圍中升溫至20(TC;在B煤氣中通 入氧氣，使得氧氣的含量為1500mg/m3 ;煤氣以2500h—1的空速流經吸附器，吸附三小時後煤 氣中的汞的脫除率為73.9%。
實施例6 活性炭來自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護 氣是N2。活性炭安裝到固定床反應器中，在氮氣保護氣氛圍中升溫至IO(TC;在B煤氣中通 入氧氣，使得氧氣的含量為1600mg/m3 ;煤氣以2000h—1的空速流經吸附器，吸附三小時後煤 氣中的汞的脫除率為73.0%。
實施例7 活性炭來自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為10-500埃，比表面積220m7g，保護 氣是N2。活性炭安裝到固定床反應器中，在氮氣保護氣氛圍中升溫至5(TC ;在B煤氣中通 入氧氣，使得氧氣的含量為1800mg/m3 ;煤氣以lOOOh—1的空速流經吸附器，吸附三小時後煤 氣中的汞的脫除率為62.3%。
實施例8 活性炭來自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護 氣是N2。活性炭安裝到固定床反應器中，在氮氣保護氣氛圍中升溫至IO(TC;在B煤氣中通 入氧氣，使得氧氣的含量為1800mg/m3 ;煤氣以3000h—1的空速流經吸附器，吸附三小時後煤 氣中的汞的脫除率為67.5%。
實施例9 活性炭來自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護 氣是N2。活性炭安裝到固定床反應器中，在氮氣保護氣氛圍中升溫至15(TC;在B煤氣中通 入氧氣，使得氧氣的含量為1250mg/m3 ;煤氣以2500h—1的空速流經吸附器，吸附三小時後煤 氣中的汞的脫除率為76.2%。
實施例10 活性炭來自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護 氣是N2。活性炭安裝到固定床反應器中，在氮氣保護氣氛圍中升溫至20(TC ;在B煤氣中； 通入氧氣，使得氧氣的含量為1500mg/m3 ;煤氣以2000h—1的空速流經吸附器，吸附三小時後 煤氣中的汞的脫除率為76.7%。
權利要求
一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法，其特徵在於包括如下步驟(1)、把裝有吸附劑的吸附器，在保護氣氛圍中升溫至50～300℃；(2)、測定煤氣中硫化氫的濃度，通過加入氧氣，使得煤氣中的氧氣的重量是硫化氫重量的0.8～1.2倍；(3)、煤氣以1000～3000h-1的體積空速流經吸附劑，吸附2.5-3.0小時。
2. 如權利要求1所述一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法，其特徵在於所述的 步驟(1)中吸附劑是活性炭。
3. 如權利要求2所述一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法，其特徵在於所述的 活性炭是來自煤、木炭、椰殼、木材或合成樹脂的活性炭。
4. 如權利要求2所述一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法，其特徵在於所述的 活性炭的微孔半徑為6-510埃，而比表面積高於210m7g，粒度為30-60目。
5. 如權利要求1所述一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法，其特徵在於所述的 步驟(1)保護氣氛是^、Ar或He惰性氣體。
全文摘要
一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法是把裝有吸附劑的吸附器，在保護氣氛圍中升溫至50～300℃；測定煤氣中硫化氫的濃度，通過加入氧氣，使得煤氣中的氧氣的重量是硫化氫重量的0.8～1.2倍；煤氣以1000～3000h-1的體積空速流經吸附劑，吸附2.5-3.0小時。本發明具有成本低，高效脫除和無害化處理的優點。
文檔編號C10K1/32GK101724473SQ20091017530
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月7日 優先權日2009年12月7日
發明者張永奇, 張郃, 房倚天, 方惠斌, 趙建濤, 黃戒介 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所