不同烟气组分对粉状活性焦吸附汞的影响机理

在模拟燃煤热烟气为热源和介质条件下，以准东褐煤为原料，通过一维沉降炉进行炭化活化（一步法）制备粉状活性焦，考察了活性焦对Hg⁰的吸附能力，探索了SO₂、H₂O、O₂、CO₂、H₂O+O₂、SO₂+O₂及H₂O+SO₂+O₂气氛对活性焦吸附Hg⁰的影响机理。结果表明：一步法获得的活性焦对Hg⁰具有较高的吸附性能。N₂气氛作对比，H₂O、H₂O+O₂、CO₂和SO₂气氛下抑制活性焦对Hg⁰的吸附；O₂、SO₂+O₂和H₂O+SO₂+O₂促进活性焦对Hg⁰的吸附。通过Hg 4f的XPS分析证明了不同气氛组成对活性焦吸附Hg⁰的抑制和促进机理。H₂O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg⁰的吸附；SO₂与Hg⁰在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg⁰的吸附；CO₂ 吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg⁰的吸附；O₂气氛下主要形成了HgO, SO₂+O₂气氛下Hg⁰被氧化成HgSO₃，进一步氧化成HgSO₄； H₂O+SO₂+O₂气氛下，Hg⁰被氧化成HgO和HgSO₄。     

KBr和KI改性黏土脱除模拟烟气中的单质汞

黏土是一种非常廉价的天然矿物,为了考察溴和碘改性黏土（膨润土）脱除烟气中单质汞的特性,采用浸渍法分别制备了KBr和KI改性黏土（KBr-clay和KI-clay）。在固定床吸附实验台上进行了脱除Hg⁰的实验研究,考察不同的负载量、吸附温度以及烟气中SO₂和水蒸气等对KI-clay和KBr-clay脱除单质汞的影响。研究结果表明：改性后黏土的比表面积、孔隙结构未发生显著的改变,表面官能团也没有发生本质的变化。KI-clay和KBr-clay脱汞能力大大提高,在同等实验条件下,KI-clay脱汞性能优于KBr-clay。研究表明单质汞在改性黏土表面产生了化学吸附,烟气中低浓度SO₂的存在对汞脱除有一定的促进作用,在相同的实验条件下,SO₂ 对KBr-clay促进作用更加明显,但水蒸气在低温下对脱汞具有很强的抑制作用,提高吸附温度可以消弱水蒸气的负面影响。     

处理废气脱硝脱硫的活性碳改性技术研究进展

活性炭广泛应用在工业废气的吸附、脱硝脱硫中，然而，传统活性炭微孔结构较少、孔隙分布不均匀、孔道内灰分较多造成阻塞等，脱硝脱硫效率不理想；在应用前常常需要通过改性手段处理活性炭来扩大其比表面积，提升孔隙率，改善表面官能团与掺杂原子的种类和数量，以此来提升吸附性能。综述了活性炭脱除废气中SO₂和NO_x的机理，研究了物理改性、化学改性对活性炭比表面积、孔结构、表面官能团等理化性质的影响，以及改性方法对活性炭吸附、脱除烧结废气中NO_x/SO₂效率的影响规律，展望了用于处理废气脱硝脱硫的活性炭改性趋势。     

基于中温烟气多污染物控制的烟气脱硫实验

中温（200～400℃）烟气多污染物一体化脱除方法能够实现烟尘、NO_x、SO₂一体化脱除,在当前环境问题日趋严峻的背景下具有一定的发展前景。氢氧化钙作为该方法的一种潜力脱硫剂,在中温条件下进行烟气中SO₂脱除的实验研究较少,针对该情况,在自制实验系统上探究了不同因素对SO₂脱除效果的影响,研究表明,在实验室自制的固定床实验系统下,烟气成分中水蒸气、CO₂、NO_x、O₂等的存在会对脱硫产生抑制,升高温度对SO₂脱除有一定促进作用。对吸附产物进行了XRD、SEM等表征,验证了化学吸附机理,氢氧化钙在该温度区间会逐渐分解形成氧化钙,促进SO₂的吸附与内扩散,使得脱硫效果提高。研究结果为进一步提高脱硫效果,提高氢氧化钙活性,并为下一步实现中温下烟气多污染物一体化脱除奠定基础。     

SO2活化改性石油焦吸附剂的汞吸附特性

利用SO₂气体对石化工业副产物石油焦进行活化改性以制成富硫高活性脱汞吸附剂（SAPC）。在固定床实验装置上进行SAPC吸附脱除汞的实验研究,考察吸附温度、入口Hg⁰浓度、烟气成分以及热再生等因素对脱汞特性的影响规律,同时结合比表面积及孔隙度分析、元素分析和X射线光电子能谱（XPS）等表征手段深入分析SAPC的汞吸附机理。结果表明,SO₂活化改性石油焦的物理和化学特性得到极大改善,羰基、酯基以及非氧化态硫是Hg⁰的主要活性吸附位。吸附温度的升高会抑制对Hg⁰的吸附脱除,烟气中较高的Hg⁰浓度会降低汞脱除效率,但对其汞吸附速率有促进作用。SO₂对SAPC的脱汞性能影响较小,O₂易将Hg⁰氧化成为更容易与含氧、含硫官能团结合的氧化态汞,从而促进对Hg⁰的脱除。热再生时吸附态汞化合物受热分解的过程伴随着吸附剂表面化学活性位的损失,导致再生后汞吸附性能大幅下降。     

煤中黄铁矿对活性焦SO2和NO吸附性能的影响及机制

黄铁矿(FeS₂)是煤中主要含铁矿物质,且对煤利用具有重要影响,本研究以物理混合的方式在脱灰宁夏无烟煤上负载不同质量分数(0.5%,1%,2%,3%)的黄铁矿,通过水蒸气活化制备活性焦,分析黄铁矿对活性焦制备及污染物脱除性能的影响。结果表明:黄铁矿在活性焦制备过程中发生分解,在水蒸气的参与下最终转化为赤铁矿(Fe₂O₃),且对活性焦的孔结构、微晶结构和表面化学性质等理化结构的形成起调控作用;黄铁矿的加入进一步促进了活性焦微中孔的发育,过量的黄铁矿使煤焦碳结构的无序性增加、石墨化程度降低、孔结构坍塌,NX-1%FeS₂-AC(NX为宁夏酸洗煤,AC为活性焦)的比表面积最高,达到了771 m²/g;黄铁矿可以促进活性焦酸碱官能团的生成,随着黄铁矿含量的增加,活性焦硫容呈现先升高后下降趋势,NX-1%FeS₂-AC表现出最佳的脱硫能力,为68.49 mg/g;与SO₂吸附相比,NO的吸附效果较差,随着黄铁矿含量的增加,NO转化率降低;同时脱硫脱硝过程中,NO吸附迅速达到饱和,整体硫容升高。     

吸附NH3的活性焦脱除SO2的实验研究

对新鲜活性焦和吸附有NH3的活性焦脱除不同气氛中的SO2进行了实验研究。结果表明,当烟气中不含有H2O和O2时,SO2在新鲜活性焦表面的脱除主要是物理吸附。活性焦吸附NH3后,增加了焦表面的碱性,提高了活性焦对SO2的吸附能力。当烟气中含有H2O和O2时,SO2在新鲜活性焦表面的脱除包括吸附和表面反应。NH3吸附在焦表面,不仅与硫酸反应,而且焦表面碱性的增加对SO2的脱除有很大的促进作用。对活性焦样品X射线光电子能谱分析发现,NH3吸附在焦表面产生了含N官能团,此官能团增加了活性焦表面的碱性,对SO2的吸附及氧化具有促进作用。     

多壁碳纳米管负载FeS2的制备及脱汞性能分析

采用硝酸铁与硫脲在溶剂热反应条件下制备FeS₂,利用物理浸渍法将FeS₂负载至多壁碳纳米管（MWCNTs）上,借助扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X光电子能谱（XPS）等分析测试手段对制备样品的结构特性进行探究,通过固定床反应器研究模拟烟气氛围下吸附剂对烟气中单质汞的吸附特性。实验考察了不同FeS₂负载量、烟气初始汞浓度、床层温度以及O₂、NO和SO₂对吸附剂脱汞效率的影响。结果表明,制备出的FeS₂分散性较好,呈球状晶体,表面均匀覆盖着MWCNTs,成团簇状。当负载量为10%、反应温度为70℃时,FeS₂/MWCNTs的吸附效果最好,最高脱除效率能达到100%,60min后脱除效率仍有80.3%。TPD脱附曲线和XPS分析结果进一步表明烟气中的Hg⁰被氧化成Hg²⁺以HgS的形式附着在吸附剂表面,证实吸附剂以化学吸附为主。此外,汞脱除效率随初始汞浓度的增加而降低,汞吸附容量却随之增加,60min最高能达到5.1μg/g。酸性气体NO和SO₂的存在,占据了吸附剂表面的活性点位,不利于Hg⁰的吸附,但低浓度NO对吸附剂的整体效果影响不大,抗NO性能较好。     

等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO2/NO联合脱除特性

燃煤锅炉污染物超低排放标准对电厂脱硫和脱硝系统提出了更高的要求。CaO作为脱硫剂可以实现循环流化床锅炉烟气中SO₂的高效脱除,焦炭作为还原剂直接还原NO,同时CaO的存在对焦炭还原NO起催化作用,可以实现燃煤烟气中SO₂/NO的联合脱除。为了探究连续温度变化对CaO/生物质焦联合脱硫脱硝性能的影响,在钙循环捕集CO₂技术背景下,研究了等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO₂/NO联合脱除特性。探究了烟气中O₂和CO₂对CaO/椰壳焦脱除SO₂/NO的影响。结果表明,O₂通过对椰壳焦表面碳原子的活化作用降低了异相还原NO温度,在300~950℃等速升温过程中CaO/椰壳焦的NO脱除效率逐渐增加,780℃以上能实现100%脱硝。O₂也提高了CaO/椰壳焦的脱硫效率。CO₂与CaO的碳酸化反应以及与椰壳焦的气化反应对同时脱除SO₂/NO有明显抑制作用。O₂和CO₂共同作用下,在500~800℃内CaO/椰壳焦的脱硝效率随温度升高而增加,脱硫效率先降低后升高。NO促进了CaO/椰壳焦脱除SO₂,而SO₂对脱硝有抑制作用。800℃时CaO/椰壳焦同时脱除SO₂和NO的效率分别为97.7%和93.9%。     

富氧燃烧烟气压缩净化及高浓度CO2制备工艺研究

富氧燃烧技术是目前最有可能大规模推广和商业应用的碳捕集与封存技术之一,其中,烟气压缩净化及CO₂提纯对于整个富氧燃烧系统至关重要。然而,目前研究多聚焦于富氧燃烧后烟气压缩净化的工艺验证,而对烟气压缩纯化各单元运行特性的研究仍不深入,特别是烟气压缩净化过程杂质污染组分的迁移转化、系统运行参数与污染物脱除效率的关联仍不明确。且现有研究对净化后烟气的深度提纯及高浓度CO₂制备的关注也相对较少,直接关系到富氧燃烧系统运行经济性。因此,针对富氧燃烧烟气净化及CO₂提纯需求,系统探究了富氧燃烧烟气压缩纯化过程SO₂、NO_x吸收脱除以及CO₂深度提纯等各子系统的运行特性,其中SO₂与NO_x脱除采用压缩-酸液吸收,CO₂深度提纯采用低温精馏。结果表明:通过烟气净化可实现SO₂脱除效率达100%,NO脱除效率达99%,同时实现纯度为99.99%的食品级液态CO₂制备。烟气净化过程中,气相反应占据主导,提高压力可缩短反应时间;当SO₂吸收塔运行压力超过0.8 MPa时,SO₂脱除效率可达100%;当NO吸收塔运行压力超过3.0 MPa时,NO排放浓度可达超低排放标准。CO₂提纯过程中,提高压力会降低液体CO₂纯度。SO₂吸收塔运行压力为1.6 MPa、NO吸收塔运行压力为3.0 MPa、CO₂提纯塔运行压力为3.8 MPa时,系统整体功耗最低,为0.37 MJ/kg。     

提升生物质焦液相吸附容量的焦改性方法研究进展

生物质焦是生物质热化学转化过程中的副产品,是一种潜在的物理吸附剂,能够用作水处理吸附多种污染物。通过不同的改性方式,能够改变生物质焦的物理结构和化学特性,从而改变其对污染物的吸附脱除能力。本文在详细分析液相溶液吸附影响因素的基础上,总结了针对不同种类污染物,提升其吸附容量的有效生物质焦改性方法,包含热处理、添加试剂扩孔、超声波处理以及化学修饰和生物辅助等手段,并认为除孔隙特性外,生物质焦表面含氧官能团的化学特性同样对吸附起重要作用,如酸处理可增加焦表面酸性含氧官能团,并因阳离子交换作用而利于吸附金属离子;碱处理的焦表面因离域π电子密度提高,色散力增强,从而有利于吸附脱除酚酞、染料等有机污染物;而负载原子和化合物的焦能同时提升其对有机和金属污染物的脱除能力。此外,发现微生物作用下的生物吸附有助于脱除难降解的苯酚。该文为提升生物质焦吸附容量的改性方法选择提供了有效思路。     

NH4Cl改性活性炭脱除气态Hg0的特性分析

制备了原始活性炭与NH₄Cl改性活性炭,对其进行了物化特性表征,在固定床汞吸附实验台上考察了N₂气氛下颗粒粒径、NH₄Cl溶液浓度、SO₂、CO₂等因素对活性炭脱除Hg⁰性能的影响。研究结果表明：NH₄Cl浸渍改性没有造成活性炭孔隙结构的明显变化,但使得Cl元素成功担载到活性炭表面;随着颗粒粒径增大,活性炭吸附Hg⁰的外部传质速率、内部扩散速率均降低,较小的颗粒粒径有利于活性炭脱汞;由NH₄Cl改性在活性炭表面所产生的卤素官能团（AC-Cl）能够有效地氧化烟气中的Hg⁰,增强了活性炭对于Hg⁰的氧化吸附作用;SO₂能有限地促进原始活性炭的脱汞性能,对NH₄Cl改性活性炭脱汞性能则表现出先促进后抑制并主要体现抑制作用的现象,并且抑制作用随SO₂浓度的增大而增加;CO₂由于能在活性炭表面极化,且能与氨基官能团反应生成有利于吸附汞的羰基,促进了活性炭的脱汞性能。     

富氧燃烧烟气压缩净化的研究进展

富氧燃烧技术具有大幅度降低单位燃料的NO_x和SO_x排放的优点,但酸性物质及汞等污染物的存在对CO₂的后续资源化利用和埋存造成极大影响。本文从富氧燃烧烟气净化技术角度出发,简述了CO₂压缩过程中NO_x和SO₂单独脱除、联合脱除的研究情况,以探寻协同脱除过程中NO_x、SO₂相互影响的规律以及具体N-S反应的路径;分析了压缩过程协同脱汞的研究进展,探讨压缩过程汞脱除的具体机制,观察NO_x、SO₂、H₂O的含量对汞脱除的影响;最后介绍了富氧燃烧烟气压缩净化技术的中试应用情况。分析表明,现有研究大多注重于孤立地分析各种工况参数对NO_x、SO₂、HgO吸收脱除的影响,因此难以从反应机理上揭示多种污染物脱除之间的内在联系与相互作用机制,只有实现NO_x、SO_x及HgO等多种污染物的联合脱除,才能实现富CO₂烟气的有效净化,从而大大减少富氧燃烧技术的设备投资和运行成本,有效促进该技术的大规模商业化应用。     

密集型燃煤烤房烟气净化系统设计及实验研究

针对密集型燃煤烤房烟气中SO₂和烟尘污染大,廉价高效的净化措施问题,本文以四川省凉山州烟区燃煤烤房运行为例研究了烤烟过程中燃煤烤房的烟气排放特征,设计并制造了卧式双层烟气净化系统,通过现场实验对该烟气净化系统的工艺参数和净化效果进行了研究。结果表明以碳酸氢铵为脱硫剂能够有效脱除烤房烟气中的SO₂,该烟气净化系统可以处理全工况下密集型烤房产生的烟气,SO₂脱除率达到95%以上,经处理后的烟气SO₂浓度低于300mg/m³,烟尘浓度低于50mg/m³,达到GB 13271-2014规定的锅炉大气污染物排放标准要求。     

固体吸附材料脱除SO2研究进展

SO₂由于对人类健康和生态环境的有害影响,成为当前人们关注和研究的焦点。吸附法脱除SO₂无含硫废水产生且能实现硫资源的回收利用,是SO₂治理的有效方法,其中吸附材料的选择是吸附系统设计和开发的关键。本文对近年来固体吸附材料脱除SO₂的研究现状进行了综述,重点梳理和分析了不同类型固体材料对SO₂的吸附性能及吸附机理,并进一步指出了不同类型固体材料在SO₂吸附脱除过程中所存在的问题。最后结合固体材料吸附脱除SO₂研究现状提出吸附法脱硫领域目前有待解决的主要问题,以期为吸附法脱硫技术的开发提供参考,并建议未来吸附法烟气治理领域向着一体化脱除多种烟气杂质的方向发展。     

富氧燃烧烟气净化工艺研究进展

随着工业的快速发展,化石燃料消耗与日俱增,造成了大量温室气体CO₂的排放,全球气候变化形势不容乐观。为了减少CO₂排放,需要对高浓度CO₂进行捕获、利用与封存,而富氧燃烧技术能有效实现碳捕集,是目前最具潜力的碳减排技术之一。富氧燃烧过程中,SO_x、NO_x、Hg等污染物以及惰性气体的存在不利于碳的捕集与封存。烟气中各成分浓度会对管道运输、地质储存和提高采收率(EOR)产生影响,介绍了烟气中CO₂及各种杂质浓度的不同标准,系统综述了国内外脱硫、脱硝、脱汞和惰性气体脱除以及联合脱除技术的研究进展。脱硫部分除介绍传统脱硫技术外,重点描述了富氧燃烧烟气中CO₂气氛对SO_x脱除的影响以及加压条件下SO₂的转化与去除。发现CO₂气氛下SO₂的吸收速率相比N2气氛有所降低,且SO₂吸收过程中临界pH发生变化。脱硝部分重点描述了氧化吸收法脱硝技术以及加压条件下NO的氧化机理,并对高压下NO的氧化动力学进行阐述。随着压力的增加,NO氧化速率常数呈先下降后上升的趋势,且证明了反应器压力对液体夹带率的影响比较显著。总结了Hg脱除技术中不同烟气成分对Hg氧化的影响,HCl与Cl2起到了明显的促进作用。对活性炭进行改性,增加孔结构比表面积以及吸附剂表面的活性位点,提高Hg的脱除效率。介绍了惰性气体的净化技术,主要采用变压吸附方法来吸附和解吸附,降低了CO₂气流中惰性气体去除的成本,实现一部分惰性气体再次循环回到锅炉中,提高CO₂的捕获。重点讨论了在烟气压缩液化系统中的联合脱除技术,有效利用压缩过程条件将SO_x、NO_x、Hg分别以硫酸、硝酸、Hg(NO₃)₂形式协同去除,随着压力的增加,SO_x与NO_x去除效率提高,有利于SO₄^-2、NO₃^-、HADS和HAMS(N-S化合物)的生成,同时也导致了N2O生成量增多。证明了Hg与NO₂是气相反应,提出了高压下NO₂与Hg反应产物的不确定性。简单介绍了低温碳捕集技术,有潜力取代洗涤器和其他烟气处理方法,但目前还缺乏可行性的研究。未来需对不同压力下NO氧化速率常数的变化趋势进行解释,高压下NO_x与SO_x联合脱除的产物以及NO₂与Hg的反应产物进行分析。     

燃煤烟气条件下锰铈基催化剂对邻二甲苯催化氧化

燃煤烟气中有机污染物的排放逐渐引起重视。锰铈（MnCe）基催化剂被认为是一种低温高效、低成本的可应用于燃煤烟气污染物脱除的催化剂。本文通过浸渍法制备了MnCe基催化剂,通过物理化学表征和烟气模拟台架实验,研究了MnCe基催化剂配比、反应工况、烟气复杂组分（H₂O、SO₂、NH₃、NO）以及典型污染物脱除过程（Hg⁰和NO催化转化）对催化脱除烟气中邻二甲苯行为的影响和规律。实验结果表明,Mn和Ce摩尔比为6∶4时催化剂脱除邻二甲苯效率良好。反应空速和MnCe负载量在低温下对催化脱除效率影响显著。烟气中H₂O、SO₂、NH₃、NO等组分对催化产生抑制作用,但抑制程度与作用机理具有显著差异。MnCe基催化剂对烟气SCR脱硝与Hg⁰催化氧化皆具有较高效率,且受烟气中邻二甲苯影响较小;但受SCR气氛与Hg⁰抑制,邻二甲苯催化脱除反应效率明显降低。     

用于SO2高效脱除的富氮有机多孔聚合物合成与表征

为合成用于高效脱除烟道气SO₂的有机多孔聚合物席夫碱-1(SNW-1)，提出使用环丁砜和二甲基砜混合溶剂，并通过调节其比例实现对SNW-1孔径大小与其吸附性能的调控。实验结果表明，溶剂配比调节不改变SNW-1的化学组成和连接结构，但影响吸附剂孔径大小，进而影响SO₂的吸附容量和选择性。所合成的4种SNW-1中，孔径小且比表面积大的SNW-1-3的SO₂吸附量最大，且SO₂/CO₂的选择性高达124.8～159.9，优于大多数有机多孔聚合物材料。此外，物理吸附的过程属性，使SNW-1具有稳定的重复使用性。密度泛函理论(DFT)计算表明，SO₂的吸附位点为SNW-1中的三嗪环N原子和亚氨基上的氢原子，而CO₂的吸附位点仅为亚氨基上的氢原子。N原子和S(SO₂)原子之间的偶极-偶极相互作用以及O(SO₂)和H(─NH─)之间氢键相互协同作用使得SO₂与SNW-1相互作用的结合...     

低温等离子体改性烟草焦脱除烟气中汞的实验研究

以废次烟草为原料,用盐酸溶液对800℃焦进行酸洗,然后采用低温等离子体对酸洗后的焦进行改性,研究低温等离子体改性时间对焦孔隙结构和表面化学特性的影响,以及对烟气中Hg⁰的脱除影响特性。利用氮气吸附/脱附、FTIR等方法对烟草焦改性前后的微观理化特性进行表征,在固定床上测试改性焦的脱汞率。结果表明：低温等离子体改性使烟草焦表面的孔隙结构减少,使有利于脱汞的酸性含氧官能团COOH和C=O的活性位含量随改性时间延长先增加后减小,改性作用使焦表面活性位的密度随改性时间逐渐增加。烟草焦改性后对汞的脱除率显著增加,且随改性时间的增加先增加后减小,改性5 min焦脱汞量最大,在2 h内为126.4μg/g。改性焦表面孔径偏大的微孔和中孔通道内的含氧官能团活性位对脱汞起到主要作用,而极微孔仅在吸附初期起作用,并被快速堵塞。     

钙镁氧化物及氢氧化物脱除SO3协同防治催化剂低温失活

在实验室中试台架上,开展了Ca(OH)₂、CaO、Mg(OH)₂和MgO四种碱基吸附剂粉体喷射脱除烟气SO₃的实验,研究了碱基吸附剂脱除烟气SO₃的影响因素,探究了碱基吸附剂脱除SO₃技术对选择性催化还原（SCR）催化剂硫酸氢铵失活温度的影响。采用比表面积法（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）等手段对吸附剂进行表征,以判断吸附产物和吸附机理。结果显示：碱基氢氧化物吸附剂的SO₃脱除效果优于碱基氧化物吸附剂;Mg基吸附剂优于Ca基吸附剂;当烟气中SO₃浓度为35μL/L时,Mg(OH)₂含量为600mg/m³时具有最高的SO₃脱除效率,达到95%左右。对低温失活后的SCR催化剂进行FTIR表征证实了催化剂表面硫酸氢铵的生成。此外,通过碱基吸附剂降低烟气中SO₃浓度后,SCR催化剂在低温时的失活得到了显著缓解,可明显降低SCR催化剂的硫酸氢铵失活温度约20℃,有助于挖掘机组调峰深度。