H2S对煤气中汞形态分布及氧化铁.doc

中国工程热物理学会 燃学学术会议论文 编号 H2S对煤气中汞形态分布及氧化铁 脱汞的影响 侯文慧 周劲松 张义 高翔 骆仲泱 （） （Tel E-mail：） H2S对汞形态和分布的影响。结果表明：煤气中各气体成分，除HCl和H2S外对汞没有均相氧化作用；还原性气氛下，HCl的存在对汞基本没有氧化作用；Hg与H2S在较低的温度下能生成HgS；还原性气氛下Hg0是汞的热力学稳定形式 0 前言 整体煤气化联合循环发电（integration gasification combination cycle，IGCC）是21世纪很有发展前途的一项高效率、低污染的燃煤发电技术[1]。汞是易挥发的痕量元素，在煤的燃烧和气化过程中，煤中汞将发生迁移转化，以不同的形态分布于各类产物中[4-5]。目前，国内外大部分的研究者侧重于煤燃烧过程中汞的形态转化和吸附的研究，而对气化过程中汞的相关研究还比较缺乏[6]。若能通过深入探索气还原性气氛下汞形态转化规律，从中寻求高温下H2S和汞的协同脱除途径，这将有利于IGCC技术的发展和推广使用。本文 实验及热力学计算方法 1.1 热力平衡分析方法 了解合成气中汞的形态分布、价态转化规律及其影响因素，对于汞污染的机理研究和排放控制技术的都具有极为重要的意义。虽然基于系统的总吉布斯自由能最小化原理的平衡分析方法不能准确地给出汞元素在吸附产物的赋存状态，但是对目前缺乏痕量元素在还原性气氛下反应的动力学数据的现状而言，要对汞的行为进行预测，平衡分析仍不失为一种有效的研究手段[11],也为后续研究汞的吸附提供必要的理论支持。 这里利用热力学平衡计算软件包FactSage5.2[12]来进行气汞形态转化的预测。FactSage 由F*A*C*T/FACT-Win和ChemSage两个热化学软件包整合而成，其数据库中存储了约6000 种物质的标准焓和标准熵以及热容计算的经验系数。Equilib是FactSage中的模拟计算模块之一，主要基于吉布斯自由能最小化原理，借助ChemSage的热化学功能，模拟复杂多元多相反应体系的热力学平衡组成[13-14]。 1.2 热力学平衡模型 为尽量接近工业气流床煤气净化工艺条件，且能在更宽范围内探讨汞的形态转化，温度选择 400~1000 K，压力为 1atm。模拟烟气组分如表1所示，表中所列出的气体的数据皆为该气体在混合气体中的摩尔分数 为了简化计算，突出主要规律，本模型的计算做了如下假设[2]： 1）反应产物为理想气体或纯固体； 2）反应时间足够长，即计算可达到化学热力学平衡； 3）忽略气固相接触的传质动力学阻碍。 模拟计算采用FactSage的Equilib模块，选取Normal算法，在选定温度区间内以一定温度间隔进行连续计算，获得同一体系在不同温度下的平衡组成数据。 在本模型的平衡计算中，所考虑的汞的生成物及其相，如表2所示。 2 结果与讨论 2.1 汞-单组分煤气系统 还原性气氛下汞的形态转化还不清楚，为深入分析汞的氧化机制，首先进行了汞的均相氧化计算，系统评价各种主要煤气组分对 Hg0的均相氧化作用(Ⅰ：Ⅱ：Ⅲ：30% H2，Ⅳ，Ⅴ8% H2O，Ⅵ00~1000K时，除HCl外，各种主要煤气组分对 Hg0并无明显的均相氧化作用。温度在500K以内，HCl对汞有较高的氧化效果，随着温度的升高，HCl氧化汞的效果减弱。因此，本实验系统的各种气氛下，除HCl和H2S外，不存在汞均相氧化作用。煤气中汞化合物浓度比煤燃烧后烟气中的高，而且汞化和物中Hg0含量也比煤燃烧后烟气中Hg0的含量高，大约93%-99%为Hg0[15-16]。因此，成功地脱除煤气中的Hg0，是提高汞脱除效率的重要环节。 2.1 Hg-H2S系统(汞-硫) 为了搞清楚煤气中影响 Hg形态转化的因素，首先设计了一种最简单气氛，即 Hg-H2S体系，在00~1000K温度范围下，Ⅰ：400ppm H2SⅡ：800 ppm H2S，Ⅲ2000ppm H2S，图中温度低于400K的部分做了省略)。当分别加入400ppm，800 ppm，2000ppm H2S时，温度分别对应于520K、515K、485K时是单质汞和硫化汞竞争的温度区域。煤气不同硫含量下，汞的形态分布规律相同，即在低温时以比较稳定的硫化汞形式出现，高温下以单质汞形式出现；这说明Hg是一种能与H2S发生化学反应的元素，在较低的温度下能生成HgS。HgS是汞化合物