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生物质焦改性及其对烟气中汞吸附特性的实验研究

作　者: 树童
导　师: 卢平
学　校: 南京师范大学
专　业: 热能工程
关键词: 生物质汞生物质焦改性模拟烟气烟气脱汞吸附特性
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

燃煤汞排放控制技术是继SO2和NO污染物排放控制的又一研究热点。吸附剂喷射与常规大气污染控制设备结合是一种很有前景的燃煤电站汞污染控制技术,而如何获得高效、低廉的汞吸附剂是该技术成功应用的关键之一。由于生物质具有来源广泛、储量丰富、低硫、低氮、高灰焦活性以及零CO2净排放等特点,因此,开展生物质基吸附剂的制备及其对模拟烟气中汞吸附特性的研究,具有重要的理论价值和工程应用前景。在自建的固定床热解／活化实验装置上,以桑树枝(MT)、核桃壳(NS)、麦秆(WS)和稻秆(RS)等四种生物质为原料,首先在不同热解条件下对四种生物质进行热解处理得到生物质热解焦；然后对生物质热解焦进行水蒸气活化处理得到蒸气活化焦；最后用不同的改性试剂2NaCl和NaBr)对蒸气活化焦进行改性处理得到改性焦。采用热重分析仪、比表面积及孔隙结构分析仪、扫描电镜能谱分析仪(SEM-EDS)和傅里叶变换红外光谱分析仪(FTIR)等对生物质原料、热解焦、蒸气活化焦和改性焦进行了分析与表征。结果表明：1)在400～800℃热解温度下,随着热解温度升高,生物质焦比表面积呈现先升高后稍有下降的趋势,总体而言,600℃热解下所制得生物质焦的孔隙结构和表面化学结构最佳：对四种生物质焦而言,核桃壳焦的孔隙结构最佳,其次为桑树枝焦和麦秆焦,稻秆焦的孔隙结构最差。2)蒸气活化可以显著改善生物质焦的孔隙结构,同时生物质焦的含氧量也有所增加。3)经H2O2改性后生物质焦的比表面积和表面羟基官能团数量均有所增加；而经卤化物改性后生物质焦的孔隙结构变差,但表面卤族元素和含氯官能团数量均显著增加。在自建的固定床吸附试验台上,开展生物质热解焦对模拟烟气中汞吸附特性的实验研究,分析了反应温度、汞初始浓度、热解温度等对汞吸附效果的影响。结果表明：1)在吸附反应温度为60～120℃的实验范围内,吸附反应温度为60℃时单位生物质热解焦的汞吸附量最大,随着反应温度的升高,单位生物质热解焦汞吸附量明显降低。2)随着汞初始浓度的增加,单位热解焦的汞吸附量有所减小。3)对四种生物质热解焦而言,核桃壳焦的吸附效果最好,其次是桑树枝焦和麦秆焦,稻秆焦的吸附效果最差。4)在热解温度为400～800℃范围内,600℃热解下所得生物质焦的吸附效果最好,400℃热解焦吸附效果最差。在自建的固定床吸附试验台上,开展生物质蒸气活化焦和改性焦对模拟烟气中汞吸附特性的实验研究,分析了蒸气活化、改性剂和模拟烟气组分等因素对汞吸附效果的影响和规律。结果表明：1)蒸气活化可以显著提高蒸气活化焦对汞的吸附量。2)H202改性焦随着反应温度的升高,单位汞吸附量降低,汞吸附效率下降,最佳吸附温度为60℃; ZnCl2改性焦随着反应温度的增加呈先增大后减小的趋势,反应温度为90℃时汞吸附效果最好。3)经过H2O2、ZnCl2、NaCl和NaBr浸渍改性后所得生物质改性焦的汞吸附量明显上升；对不同的改性焦而言,负载ZnCl2的MT600-A-ZC(5%)焦对汞吸附性能最佳,其单位汞吸附量29.55μg/g,为活化焦的3.37倍。4)随着模拟烟气中8O2浓度增大,改性焦吸附效率下降；模拟烟气中NO组分对汞吸附特性影响并不明显,对MT600-A-HO型改性焦而言,其对汞吸附效果有一定的促进作用；模拟烟气中S02和NO同时存在时,其对汞吸附效率有一定的抑制作用。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题研究的背景  10-13
    1.1.1 我国能源形势与燃煤烟气污染现状  10
    1.1.2 汞的危害及其排放特性  10-12
    1.1.3 生物质资源及其利用技术概况  12-13
  1.2 燃煤汞排放控制技术研究现状  13-16
    1.2.1 燃烧前脱汞  13
    1.2.2 燃烧中脱汞  13
    1.2.3 燃烧后脱汞  13-16
  1.3 生物质焦制备的研究现状  16-18
    1.3.1 生物质种类的影响  16-17
    1.3.2 热解温度的影响  17
    1.3.3 水蒸气活化的影响  17
    1.3.4 改性试剂的影响  17-18
  1.4 碳基吸附剂对汞吸附性能的研究现状  18-20
    1.4.1 吸附温度的影响  18
    1.4.2 汞初始浓度的影响  18-19
    1.4.3 烟气气氛的影响  19-20
  1.5 研究内容  20
  1.6 本章小结  20-21
第2章实验装置和方法  21-36
  2.1 生物质热解焦的制备  21-23
    2.1.1 实验装置  21-22
    2.1.2 实验方法与步骤  22-23
  2.2 生物质蒸气活化焦的制备  23-24
    2.2.1 实验装置  23-24
    2.2.2 实验方法与步骤  24
  2.3 生物质改性焦的制备  24-27
    2.3.1 实验试剂及仪器  24-25
    2.3.2 实验方法与步骤  25-27
  2.4 固定床汞吸附的实验装置与方法  27-32
    2.4.1 实验装置  27-30
    2.4.2 实验方法与步骤  30-31
    2.4.3 汞吸附性能的评价  31-32
  2.5 主要分析测试仪器和方法  32-35
    2.5.1 汞分析仪  32-33
    2.5.2 烟气分析仪  33
    2.5.3 热重分析仪  33-34
    2.5.4 比表面积及孔隙结构分析仪  34
    2.5.5 扫描电镜与能谱(SEM-EDS)分析仪  34-35
    2.5.6 红外光谱(FTIR)分析仪  35
  2.6 本章小结  35-36
第3章生物质与生物质焦的分析与表征  36-51
  3.1 生物质焦的制备方法和命名规则  36-37
  3.2 生物质原料的特性分析  37-40
    3.2.1 工业分析和元素分析  37
    3.2.2 热重分析  37-38
    3.2.3 比表面积及孔隙结构分析  38-39
    3.2.4 扫描电镜(SEM)分析  39-40
  3.3 生物质热解焦的特性分析  40-44
    3.3.1 比表面积及孔隙结构分析  40-41
    3.3.2 扫描电镜与能谱(SEM-EDS)分析  41-43
    3.3.3 红外光谱(FTIR)分析  43-44
  3.4 生物质活化焦的特性分析  44-46
    3.4.1 比表面积及孔隙结构分析  44
    3.4.2 扫描电镜与能谱(SEM-EDS)分析  44-45
    3.4.3 红外光谱(FTIR)分析  45-46
  3.5 生物质改性焦的特性分析  46-49
    3.5.1 比表面积及孔隙结构分析  46-47
    3.5.2 扫描电镜与能谱(SEM-EDS)分析  47-49
    3.5.3 红外光谱(FTIR)分析  49
  3.6 本章小结  49-51
第4章热解焦汞吸附性能的实验研究  51-57
  4.1 引言  51
  4.2 实验条件  51
  4.3 生物质热解焦对汞吸附特性影响  51-56
    4.3.1 反应温度的影响  51-53
    4.3.2 汞初始浓度的影响  53-54
    4.3.3 生物质种类的影响  54-55
    4.3.4 生物质热解温度的影响  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章改性焦汞吸附性能的实验研究  57-71
  5.1 引言  57
  5.2 实验条件  57
  5.3 蒸气活化对汞吸附特性的影响  57-59
  5.4 改性焦对汞吸附特性的影响  59-69
    5.4.1 改性试剂的影响  59-62
    5.4.2 反应温度的影响  62-64
    5.4.3 烟气组分的影响  64-69
  5.5 本章小结  69-71
第6章全文总结与建议  71-74
  6.1 全文总结  71-72
  6.2 建议  72-74
参考文献  74-79
在读期间发表的学术论文及研究成果  79-80
致谢  80

生物质焦改性及其对烟气中汞吸附特性的实验研究

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