矿物吸附剂对燃煤烟气中痕量元素硒的捕集研究

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近年来,燃煤释放的硒元素产生的危害逐渐引起广泛的关注。硒属于挥发性元素,在烟气中常以气相或富集于细颗粒的方式存在,难以被现有设备捕集,目前烟气中硒元素的固留已成为研究热点。本文首先针对Se元素随温度变化的形态分布进行了热力学平衡模拟计算,结果表明:Se在氧化性气氛下基本以SeO2(g)形式存在;S元素对Se元素分布形态没有明显影响。还原性气氛下Se的形态分布较为复杂,S元素可与Se元素结合形成Se S(g)。使用两段式立式管式炉进行了SeO2吸附实验,考察了金属氧化物Ca O、γ-Al2O3、Mg O和钙基矿物吸附剂方解石、白云石对SeO2的吸附性能和吸附产物浸出特性。结果表明:(1)金属氧化物对SeO2的吸附性能依次为:吸附效率Ca O>γ-Al2O3>Mg O,吸附产物浸出率γ-Al2O3>Mg O>Ca O。三种金属氧化物均在700℃达到最高吸附效率,吸附的硒均为Se(IV)状态,且不可浸出比例明显高于可浸出比例。(2)方解石和白云石均依靠分解产生的Ca O与SeO2反应。700℃以下二者吸附效率低于Ca O,500℃时以表面物理吸附为主,吸附产物中以可浸出硒为主,900℃时矿物快速分解导致孔隙结构发达,使得吸附效率高于Ca O。方解石吸附效率高于白云石。(3)方解石煅烧得到的F-Ca O形成均匀分散的单片状结构,吸附性能优于Ca O。吸附剂表面化学吸附了SeO2后,会物理吸附更多的SeO2分子,形成多层吸附。探究了不同温度、不同氛围、不同吸附时间内F-Ca O对SeO2吸附性能和浸出特性的变化规律,探索SO2与SeO2之间的竞争吸附机制及吸附优先级。结果表明:(1)在700-800℃下O2会提升F-Ca O吸附能力,但会提升产物浸出率。O2不会直接参与Ca O与SeO2的化学反应,吸附产物中的硒仍Se(IV)为主。(2)无氧氛围下SO2与Ca O结合形成Ca SO3,并逐渐转化为Ca SO4、以及Ca S或S~0;有氧气氛下生成Ca SO4。(3)SO2一方面会占据活性位点,破坏吸附剂表面孔隙结构,抑制SeO2吸附;另一方面其反应产生的致密产物层可阻碍吸附的SeO2分子再度脱离。(4)在SO2/SO2+O2气氛下SO2与SeO2顺序吸附的Se吸附量依次为:“先SeO2”>“同时SO2、SeO2”>“后SeO2”≈“纯N2”;产物浸出率依次为:“后SeO2”>“同时SO2、SeO2”>“先SeO2”>“纯N2”。SO2与SeO2均对另一方吸附产物无明显作用,SO2更易与F-Ca O发生反应。探究了CO2对不同温度、不同吸附时间F-Ca O对SeO2吸附效率和浸出特性的影响。探索CO2与SeO2之间的竞争吸附机制及反应优先级。结果表明:(1)在600-700℃温度内F-Ca O与CO2的碳酸反应形成块状结构,抑制其对SeO2吸附,产物热稳定性略微下降,浸出率升高。(2)在800℃以上碳酸反应难以发生,CO2对F-Ca O吸附SeO2的抑制作用较小。(3)在CO2气氛下CO2与SeO2顺序吸附的Se吸附量依次为:“先SeO2”≈“纯N2”>“同时CO2、SeO2”≈“后SeO2”。产物浸出率依次为:“同时CO2、SeO2”>“后SeO2”>“先SeO2”≈“纯N2”。SeO2可以将吸附的CO2再度置换出来。
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