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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種熱煤氣中重金屬汞的方法，具體地說(shuō)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(shù)：
煤在利用過(guò)程中排放的重金屬污染物因其劇毒性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)具有嚴(yán)重的危害性。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類活動(dòng)每年排放到大氣中的汞達(dá)4000t。煤的燃燒是大氣中汞的主要來(lái)源之一。 汞是煤中的痕量重金屬元素之一。不同地區(qū)、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(guó)燃煤工業(yè)累計(jì)向大氣排放汞達(dá)到 2493. 8t，汞排放量的年平均增長(zhǎng)速度為4.8X。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這一數(shù)字還將增長(zhǎng)?？刂?煤在利用過(guò)程的重金屬污染物的排放對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源、能源、環(huán)境整體優(yōu)化與可 持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 以煤氣化為基礎(chǔ)的先進(jìn)發(fā)電技術(shù)(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)、燃料電 池(FC))，合成液體燃料，大規(guī)模制氫及多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)，是解決我國(guó)燃煤污染，石油短缺的 重要發(fā)展方向。當(dāng)前，先進(jìn)煤氣化技術(shù)普遍在高溫下進(jìn)行，如Shell、GSP氣化技術(shù)的氣化溫 度達(dá)1500°C ， Texaco氣化技術(shù)的氣化溫度達(dá)1350°C ，流化床氣化技術(shù)的溫度也在IOO(TC以 上。氣化過(guò)程中，煤中的重金屬污染元素，如Hg、 As、 Se、 Cr、 Pb等，會(huì)部分或全部轉(zhuǎn)移到氣 相中。其中，由于強(qiáng)揮發(fā)性和化學(xué)穩(wěn)定性，汞污染物最難以控制。對(duì)我國(guó)典型氣化煤種煤氣 中汞含量的檢測(cè)表明，煤氣中的汞主要以單質(zhì)汞蒸氣的形式存在，含量達(dá)18. 5 40. 5ii g/ Nm3。如何實(shí)現(xiàn)這些污染物經(jīng)濟(jì)、高效的脫除是未來(lái)發(fā)展先進(jìn)高效煤轉(zhuǎn)化利用技術(shù)急需解決 的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 目前，活性炭和分子篩吸附劑已用于控制燃煤過(guò)程中重金屬污染物的排放，但這 些技術(shù)對(duì)于煤氣中汞污染物的控制，還有很大的局限性。首先，煤氣為強(qiáng)還原氣氛，重金屬 污染物大部分以還原態(tài)或單質(zhì)的形態(tài)存在，與氧化態(tài)物質(zhì)相比具有更高的揮發(fā)性，吸附脫 除效率低；其次，由于吸附汞仍然以單質(zhì)汞的形式存在，二次污染嚴(yán)重；另外，為提高系統(tǒng) 效率，先進(jìn)的煤氣化發(fā)電技術(shù)，希望在較高的溫度200 30(TC以上，實(shí)現(xiàn)污染物的脫除，但 一般的吸附脫除技術(shù)適用溫度范圍不超過(guò)150°C。 對(duì)于煤氣中汞脫除的研究，目前還處于起始階段，還缺乏有效的脫除方法。除塵 設(shè)備對(duì)汞的脫除效果，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局信息收集申請(qǐng)中心(ICR)的統(tǒng)計(jì)結(jié)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%。;濕法脫硫裝置(WFGD)對(duì)煙氣中全滎的脫除效率可以達(dá)到50%以上，他2+ 在全汞中所占的比例是決定FGD全汞脫除效果的關(guān)鍵因素。其中少于8%的Hg"可以被還 原為他°，但他°不但不會(huì)被吸收，還略微有所增加。普通的吸附劑，無(wú)論活性炭、金屬氧化 物、金屬硫化物，對(duì)于還原氣氛中元素汞的脫除能力都非常有限。如直接應(yīng)用活性炭的主要 障礙是運(yùn)行成本高，若要達(dá)到90%的汞脫除效率，每處理一磅汞需要25000 70000美元。 美國(guó)能源部國(guó)家能源實(shí)驗(yàn)室根據(jù)汞易于形成金屬合金的特點(diǎn)，對(duì)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(jià)格昂貴，脫除成本高，難以工業(yè)化 應(yīng)用。(孟素麗，段鈺鋒，燃煤煙氣中汞脫除技術(shù)的研究進(jìn)展.鍋爐技術(shù)，2008 (4) 77-90)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低，高效脫除和無(wú)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(jià)單質(zhì)汞的形式存在，由于單質(zhì)汞具有較強(qiáng)的揮發(fā)性和化
學(xué)穩(wěn)定性，難以在吸附劑表面形成有效的化學(xué)吸附。硫化氫是煤氣中主要污染物之一，與汞
共存于煤氣中，本發(fā)明是在煤氣氣氛中引入少量氧氣，用活性炭當(dāng)吸附劑，采用催化氧化的
方法，促進(jìn)煤氣中的單質(zhì)汞與硫化氫反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硫化汞，實(shí)現(xiàn)煤氣中汞的高效脫除和無(wú)害
化處理。反應(yīng)式為 Hg+H2S+02 — 2HgS+2H20 活性炭單獨(dú)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(fā)明創(chuàng)造適宜的反應(yīng)條件，使煤氣中汞與硫化氫在氧氣存在的氣氛下反應(yīng)生成 惰性的硫化汞，不僅實(shí)現(xiàn)汞的有效脫除，而且實(shí)現(xiàn)汞的穩(wěn)定化處理，克服吸附劑填埋過(guò)程造 成的二次污染。 本發(fā)明的具體操作方式如下 (1)、把裝有吸附劑的吸附器，在保護(hù)氣氛圍中升溫至50 300°C ; (2)、測(cè)定煤氣中硫化氫的濃度，通過(guò)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(jīng)吸附劑，吸附2. 5-3. 0小時(shí)。
如步驟(1)所述，吸附劑指的是活性炭，活性炭?jī)?yōu)選應(yīng)來(lái)自煤，木炭，椰殼，木材， 合成樹(shù)脂等的活性炭。作為吸附劑的活性炭規(guī)格，其微孔半徑為6-510埃，而比表面積高于 210m7g，粒度為30-60目。 如步驟(1)所述，保護(hù)氣氛指的是N2、Ar、He等惰性氣體。
本發(fā)明與現(xiàn)有發(fā)明相比具有如下優(yōu)點(diǎn) (1)將煤氣中的硫化氫和滎協(xié)同除去，相對(duì)于分開(kāi)去除，硫化氫和滎的脫除效果更佳。
(2)按照本發(fā)明方法，熱煤氣中的汞都可以除去而達(dá)到痕量或極低含量的水平，平
均脫汞效率達(dá)到75%以上。
(3)工藝簡(jiǎn)潔，便于應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
(4)適用于更高的脫除溫度，降低工藝成本。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)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(shí)施例1
4
活性炭來(lái)自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-200埃，比表面積230m7g，保護(hù) 氣是N2。將活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(jīng)吸附器，吸附三小時(shí)后 煤氣中的汞的脫除率為77.9%。
實(shí)施例2 活性炭來(lái)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(hù)氣是Ar?；钚蕴堪惭b到固定床反應(yīng)器中，在氬氣保護(hù)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(shí)空指數(shù)流經(jīng)吸附器，吸附兩小 時(shí)半后煤氣中的汞的脫除率為70.4%。
實(shí)施例3 活性炭來(lái)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(hù)氣是He?；钚蕴堪惭b到固定床反應(yīng)器中，在氦氣保護(hù)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(jīng)吸附器，吸附兩小時(shí) 四十分后煤氣中的汞的脫除率為78.0%。
實(shí)施例4 活性炭來(lái)自合成樹(shù)脂，粒度為30-60目，其微孔半徑為60-500埃，比表面積230m2/ g，保護(hù)氣是N2?；钚蕴堪惭b到固定床反應(yīng)器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(jīng)吸附器，吸附兩小 時(shí)五十分后煤氣中的汞的脫除率為79.0%。
實(shí)施例5 活性炭來(lái)自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護(hù) 氣是N2?；钚蕴堪惭b到固定床反應(yīng)器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(jīng)吸附器，吸附三小時(shí)后煤 氣中的汞的脫除率為73.9%。
實(shí)施例6 活性炭來(lái)自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護(hù) 氣是N2?；钚蕴堪惭b到固定床反應(yīng)器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(jīng)吸附器，吸附三小時(shí)后煤 氣中的汞的脫除率為73.0%。
實(shí)施例7 活性炭來(lái)自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為10-500埃，比表面積220m7g，保護(hù) 氣是N2?；钚蕴堪惭b到固定床反應(yīng)器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(jīng)吸附器，吸附三小時(shí)后煤 氣中的汞的脫除率為62.3%。
實(shí)施例8 活性炭來(lái)自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護(hù) 氣是N2。活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(jīng)吸附器，吸附三小時(shí)后煤 氣中的汞的脫除率為67.5%。
實(shí)施例9 活性炭來(lái)自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護(hù) 氣是N2?；钚蕴堪惭b到固定床反應(yīng)器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(jīng)吸附器，吸附三小時(shí)后煤 氣中的汞的脫除率為76.2%。
實(shí)施例10 活性炭來(lái)自煤，粒度為30-60目，其微孔半徑為6-510埃，比表面積230m7g，保護(hù) 氣是N2。活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(jīng)吸附器，吸附三小時(shí)后 煤氣中的汞的脫除率為76.7%。
權(quán)利要求
一種催化氧化脫除熱煤氣中重金屬汞的方法，其特征在于包括如下步驟(1)、把裝有吸附劑的吸附器，在保護(hù)氣氛圍中升溫至50～300℃；(2)、測(cè)定煤氣中硫化氫的濃度，通過(guò)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(jīng)吸附劑，吸附2.5-3.0小時(shí)。
2. 如權(quán)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，其特征在于所述的 步驟(1)中吸附劑是活性炭。
3. 如權(quán)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，其特征在于所述的 活性炭是來(lái)自煤、木炭、椰殼、木材或合成樹(shù)脂的活性炭。
4. 如權(quán)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，其特征在于所述的 活性炭的微孔半徑為6-510埃，而比表面積高于210m7g，粒度為30-60目。
5. 如權(quán)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，其特征在于所述的 步驟(1)保護(hù)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(hù)氣氛圍中升溫至50～300℃；測(cè)定煤氣中硫化氫的濃度，通過(guò)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(jīng)吸附劑，吸附2.5-3.0小時(shí)。本發(fā)明具有成本低，高效脫除和無(wú)害化處理的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10K1/32GK101724473SQ20091017530
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者張永奇, 張郃, 房倚天, 方惠斌, 趙建濤, 黃戒介 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所