[发明专利]一种生物质碳基烟气脱汞吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质碳基烟气脱汞吸附剂及其制备方法，属于生物质资源综合利用与烟气脱汞技术领域。

背景技术

在人类活动造成的汞排放中，燃煤电站的汞排放占主要地位，已经成为全球最大的人为汞排放源。汞在燃烧产物中以气态单质汞(Hg⁰)、气态氧化态汞(Hg²⁺)和颗粒态汞(Hg^p)三种形态存在。由于单质汞（Hg⁰）具有高挥发性、不溶于水等特点，其在大气中停留时间长、毒性大，且具有生物累积作用，对人类健康威胁极大。王起超等认为我国煤炭的平均汞含量为0.22mg/kg，比其他国家煤的平均汞含量高。我国又是以煤为主的能源消耗大国，据估算我国每年汞排放量约为500吨，其中向大气排放量约为350吨，而且每年还以4.8%递增，这使得我国面临着比其他国家更严峻的汞污染。自2005年美国环保署（EPA）首次颁布汞排放控制标准(Clean Air Mercury Rule)以来，发达国家（如加拿大、澳大利亚和欧盟等）均制定了限制汞等重金属元素排放的标准。我国新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）也对燃煤电站汞排放限值做了明确规定。

汞污染控制技术主要包括煤炭洗选技术、燃烧改进技术、湿法洗涤技术以及吸附剂喷射技术等。煤炭洗选虽然简单有效，但其汞去除率低且洗选过程会造成挥发物的减少以及煤炭热值的降低；燃烧改进技术则需要使用特殊种类的煤炭且需对锅炉装置作必要的改造；湿法洗涤技术可脱除烟气中80%-95%的Hg²⁺，但对Hg⁰脱除效果不显著。吸附剂喷射技术是利用吸附剂对汞的吸附作用，将气态汞转化为颗粒态汞，从而使得其在除尘装置中得以脱除。由于该法具有工艺系统简单、吸附剂耗量少和汞脱除效率高等特点，被认为是一种很有应用前景的燃煤烟气汞污染控制技术。常用的汞吸附剂有碳基吸收剂（如活性炭、活性炭纤维、活性焦等）和非碳基吸收剂（如飞灰、钙基吸收剂等）两大类，其中研究最多与应用效果最好的吸附剂是活性炭。研究表明，活性炭具有非选择性吸附的特性，烟气中的SO₂等组分易于抢占活性中心，从而大大降低了活性炭对汞的吸附效率。为了提高汞吸附效率，需要喷入大量的活性炭，从而大大增加了脱汞成本。据美国能源部（DOE）估计，要控制90%的汞排放，脱除1磅（相当于0.4536kg）的汞需要25000-70000美元，其中60%-70%用于吸收剂消耗。由此可见，直接采用活性炭吸附脱汞的成本过高，燃煤电厂难以承受。许多研究者致力于采用卤族、硫等单质或者化合物以及酸碱处理等改性方法来提高活性炭的汞吸附能力，也形成了多项燃煤烟气脱汞吸附剂的专利。但由于活性炭自身成本昂贵，且改性工艺复杂，从而限制了大规模推广应用。因此，寻找与研发资源广泛、廉价、高效的脱汞吸附剂成为能源与环境领域的重要研究内容之一。

生物质资源丰富，来源广泛，且具有低硫、低氮、高灰焦活性以及零CO₂净排放等特点。我国生物质资源丰富，仅农作物秸秆（如稻草、麦秆、玉米秸秆、棉花秆等）年产量约为7亿吨。目前，关于生物质资源的利用，国内外研究者主要集中于生物质燃烧、气化和生物质油等方面，而对生物质热解焦综合利用的研究相对较少。生物质热解焦具有较高碳含量、发达的孔隙结构以及良好的表面官能团等，是良好的气体吸附材料。由于生物质热解焦直接用于脱汞的效率不高，专利201010553069.9提出了采用卤化铵盐改性生物质焦来制备脱汞吸附剂的方法，尽管该制备方法简单，但其脱汞效率还有待于进一步提高。本发明以生物质热解焦为基础，通过对其进行蒸气活化和浸渍改性处理，以进一步提升生物质碳基吸附剂的脱汞效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有脱汞吸附剂存在的制备成本高、脱汞效率低等缺陷，提供一种廉价、高效的生物质碳基烟气脱汞吸附剂及其制备方法。

本发明是以生物质为对象，首先将生物质经预处理后制成生物质颗粒；接着在热解温度为400-800℃且隔绝空气的条件下对生物质颗粒进行快速热解（热解时间为10-30 min），制得生物质热解焦；然后对生物质热解焦进行蒸汽活化，制得蒸汽活化焦；最后采用改性试剂（H₂O₂、ZnCl₂、NaCl或NaBr）对蒸汽活化焦进行浸渍处理，获得改性生物质焦。

本发明采用的技术方案为：