[发明专利]一种脱除富氧燃烧烟气中汞的吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于燃煤烟气污染物控制和城市固体废弃物资源化处置领域，提供了一种脱除富氧燃烧烟气中汞的吸附剂及其制备方法与应用，包括：将生物质废弃物与橡胶混合均匀，得到生物质/橡胶混合物；将熔盐覆盖在所述生物质/橡胶混合物表面，进行热解反应，反应结束后，将熔盐与热解焦分离，即得；所述熔盐由碱金属或碱土金属与碳酸盐、硝酸盐、硅酸盐、卤化盐、磷酸盐中的一种或几种熔盐混合而成。与传统热解方式不同，熔盐可以强化热解过程中生物质与橡胶之间的交互作用，因此无需额外的活化造孔环节。以一步实现富氧燃烧烟气脱汞吸附剂的炭化、活化造孔和化学改性，产业化应用前景好。

技术领域

本发明属于燃煤烟气污染物控制和城市固体废弃物资源化处置领域，具体涉及一种脱除富氧燃烧烟气中汞的吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

煤燃烧过程会释放出大量的CO₂和污染性气体，导致全球气候变暖和环境污染。富氧燃烧(O₂/CO₂燃烧)是一种具有广阔应用前景的碳捕集、利用与封存(CCUS)技术，但是富氧燃烧烟气中的汞会与铝发生汞齐反应，造成铝制CO₂压缩设备和换热器脆化腐蚀，存在着严重的安全性问题。另一方面，汞是一种剧毒的重金属，无论是进入大气还是地下埋存，都将对生态环境和人类健康产生严重威胁。由于烟气再循环，富氧燃烧烟气中的汞浓度通常远高于空气燃烧(O₂/N₂燃烧)。因此，富氧燃烧烟气中的汞脱除近年来引起广泛关注。

汞在燃煤烟气中的存在形态有三种：单质汞(Hg⁰)、氧化态汞(Hg²⁺)和颗粒态汞(Hg^P)，其中Hg²⁺和Hg^P可分别被湿法脱硫装置(WFGD)和除尘装置(ESP/FF)捕获，Hg⁰不溶于水且极易挥发很难被协同脱除，因此燃煤烟气汞减排的重点在于控制Hg⁰排放。目前活性炭喷射(ACI)被认为是当前最有效的燃煤烟气脱汞技术，但是原始活性炭存在吸附容量小、吸附速率低和喷射用量大的问题。鉴于此，大量学者采用硫(S)或卤素(Cl/Br/I)对原始活性炭进行化学改性，以期提高其脱汞性能，降低活性炭的喷射用量。目前ACI技术的推广普及仍存在困难，主要原因有：(i)改性活性炭成本高：原始活性炭的生产原料为煤炭，生产过程包括炭化和活化，因此其自身成本较高；化学改性步骤繁琐耗时，导致改性活性炭的生产工艺复杂；用于改性活性炭的硫或卤素需要单独购买，导致成本增加。(ii)改性活性炭循环再生困难：高温加热是吸附剂循环再生的一种有效方法，但是加热过程容易造成改性活性炭表面的活性基团受热分解，导致其再生性能不佳。(iii)烟气再循环使得富氧燃烧烟气中的SO₂和H₂O浓度远高于空气燃烧，而传统化学改性活性炭的抗硫抗水性能不佳，因此将ACI技术应用于脱除富氧燃烧烟气中的汞仍面临较大挑战。由此可见，开发经济高效、抗硫抗水且可循环再生的脱汞吸附剂成为富氧燃烧烟气汞脱除的首要任务。

城市固体废弃物(MSW)产量呈逐年增长趋势，推进生活垃圾分类，加强垃圾处置设施建设，如何实现MSW减量化、无害化和资源化处置，已经成为全社会关注的热点问题。MSW按组分可分为有机废物和无机废物，有机废物主要包括生物质(如木料、纸张)、橡胶(如废旧轮胎)、塑料等含碳物质，无机废物主要包括玻璃、金属等不可燃物质。热解是一种环境友好型的有机废物资源化处置方法，相较于传统焚烧技术更为清洁，重金属、SO_X和NO_X排放量更低。不利的是，废旧轮胎中的硫含量较高，热解过程中主要以H₂S、COS等形式释放到气体中，存在腐蚀设备和污染环境的风险。