《煤气/天然气中汞污染物的常温脱除技术及应用》

汞作为一种全球性污染物,其脱除技术已引起广泛关注。中国2017年8月16日正式执行《关于汞的水俣公约》的决定,将汞污染防治列为工作重点。燃煤烟气脱汞技术已相对成熟,能够满足30μg/m3的排放限值。

然而,常用的燃煤烟气脱汞剂仅适用于140-200℃的氧化性气氛且无法再生,对常温条件下还原性气体中汞的脱除性能差。在煤气/天然气处理过程中,汞会对多种金属进行腐蚀,降低容器的承压能力,造成管线泄漏,引起各种爆炸事故。因此,研发可用于还原性气氛的常温可再生脱汞剂具有重要意义。在国家自然科学基金和潞安集团科技研发项目支持下,采用理论研究、量子化学计算、实验探索和中试及工业应用相结合的方法,从煤气/天然气高效脱汞剂的研发、脱汞剂成型及放大技术、脱汞剂再生工艺及环境安全评价三个方面展开研究。

(1)针对天然气预处理工艺,通过在纳米尺度上对银的粒径分布和负载形态进行调控,研发了基于分子筛的天然气常温脱汞剂。

研发的Ag/4A脱汞剂用于低含水操作工况,常温脱汞精度和汞容分别达到了0.01μg/m3和6mg/g;研发的基于介孔限域效应的超疏水Ag/MCM-41脱汞剂用于高含水操作工况,常温脱汞效率达到100%,汞容高达7mg/g。与美国UOP公司HgSIV脱汞剂相比,脱汞精度和汞容相当,处理能力提高1.5倍,成本降低24%以上。

(2)针对高硫煤热解/气化煤气净化工艺,研发了基于碳气凝胶的煤气常温脱汞剂,阐明了煤气中杂质气体对单质汞吸附性能的影响机制,首次开发出可应用于高浓度H2S气氛下的高效脱汞剂。

研发的SnO2/气凝胶脱汞剂在高空速下能够同时脱除Hg0和H2S,效率高达100%,汞容和硫容分别达到10mg/g和390mg/g以上。与国内的载硫活性炭脱汞剂相比,成本相当,脱汞精度提高10倍以上,汞容和处理能力分别提高1.7倍和4倍,且实现了H2S的协同脱除。

(3)研发了高强度、低压降多孔蜂窝状分子筛和碳气凝胶脱汞剂成型及放大技术。

采用混炼、挤出成型、炭化、活化工艺,制备出了高强度多孔蜂窝状碳气凝胶,宏观孔径规格150sq.in.,抗压强度大于1.6MPa,压降仅为颗粒状碳材料的25%;以高性能无机纤维纸为基材,通过瓦楞成型、浸渍涂覆、高温烧结工艺制备了多孔蜂窝状分子筛,孔径规格210sq.in.,体孔道长度400mm,涂覆率40%以上,压降仅为颗粒状分子筛的20%。解决了传统颗粒状吸附剂气固传质效果差、气体流动阻力高的难题。

(4)开发了失活脱汞剂的再生工艺,明确了废弃脱汞剂的环境安全性。

基于汞在不同吸附剂表面的吸脱附机理,采用热再生手段,实现了脱汞剂的高效再生。经50次循环后,三种再生脱汞剂的汞容均达到新鲜脱汞剂的90%以上。废弃脱汞剂毒性浸滤浸出液中汞的浓度<0.18ppb,低于美国EPA汞的安全浓度阈值。

项目授权发明专利14项,发表学术论文58余篇,培养博士2名,硕士6名,研发的脱汞剂已在多家企业成功应用,新增销售额2.9亿,利润1亿元。打破了国外技术垄断,解决了汞腐蚀导致的安全事故,减少了汞污染物的排放,对改善生态环境和人类健康具有重要意义。

成果说明

项目成果在煤气脱汞、天然气脱汞行业等获得广泛应用,累计效益超过2.9亿元,有效促进了国内环保材料、大气污染物治理装备等技术水平的提高,相关产品市场占有率不断提高,经济和社会效益显著。比较典型的应用包括: (1)煤气脱汞 项目开发的蜂窝状碳气凝胶脱汞剂针对高硫煤热解/气化煤气净化工艺中的单质汞能够进行有效的脱除,已在山西潞安祥瑞焦化、中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司、润电能源科学技术有限公司等企业应用,市场份额还在不断扩大。经过现场实验证实,使用本项目研发的整体式蜂窝状脱汞剂,可使汞的浓度降

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