均相系统中汞的氧化实验与热平衡计算.pdf

中固T程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：064059 均相系统中汞的氧化实验 与热平衡计算木 罗光前1，姚洪1，徐明厚1，成濑一郎2 (1．华中科技人学煤燃烧国家重点实验室，湖北武汉430074； 2．f1本丰桥技术科学大学，．#桥，441—8580) 联系电话：027-Email-h—yao．囝一hust．ed—u．c—n 摘要：本文采用水、F管式电加热炉，使一定浓度的单质求蒸气和各种反应气体的混合气在石英管反应 器内发生氧化反应，研究了二价求的生成比例。实验结果表明HCl对汞的氧化能力在400K～1800K区 间很低，腼cl：对汞有很强的氧化能力。通过热平衡计算对生成的二价汞的具体种类进行推断，还考查 r气氛中H20的存在对求氧化的影响，计算结果和实验结果接奉相符。结果表明，在800K时C1：足求 化能力形成低的BCl，从而使汞氧化温度区域向低温转移。 关键词：汞；均相反应；热平衡计算． 1 引言 煤里面含有微量汞，在燃烧过程中汞大量排放进入到大气环境中。据报道，全世 界每年向大气中排放的总汞的排放量为4400--一7500吨／年。其中很大一部分是煤燃烧所 排放的。汞对动植物都会产生生理毒性，尤其是可能对神经系统产生不可逆的损害，严 重危害人体健康H喝1。所以汞污染控制越来越受到重视。汞在燃烧烟气中的形态分布直 接影响剑汞的控制方式的选择和脱除效率的高低。目前关于汞的化合物的生成反应机理 还不是很清楚，本文首先进行了均相反应体系中的汞化合物生成的基础实验，然后通过 热平衡计算进行了理论上的说明。 本文采用水平管式电加热炉，使单质汞蒸气和各种反应气体的混合气的在石英管 反应器内发生汞氧化反应，研究了二价汞(水溶性汞)的生成比例。实验中主要考虑了 Clz)，考奄每个因素对汞氧化影响力的人小。同时，对于反应中生成的二价汞，要从本 实验结果本身确定化合物的具体种类困难很大，所以接着选取和实验相同的条件作为输 入条什进行热平衡计算，尝试了对生成了的二价汞的具体种类进行推断，另外考奄了气 +固家自然科学堆合资助，编吁 751 氛中H20的存在对汞氧化的影响。 2单质汞蒸气的发生方法 大多数研究人员采用的单质汞Hgo蒸气的产生方法是利用汞渗透管，将渗透管内液 态H90保持在某～恒定温度，根据汞饱和蒸汽压连续性地使之发生某一质量流量的H矿 蒸气。这个方法是根据温度和载气流量来维持发生汞蒸气的浓度，汞浓度存在波动的可 能。本研究借鉴通常冷原子荧光测汞仪中所采用的还原气化法来发生Hgo蒸气。具体来 瓶。同时，以0．5L／min的流量向还原气化瓶内送入Nz，使之携带瓶内发生的Hg’蒸气。 瓶内反应(如下式)得以连续稳定的进行。本实验的H90蒸气生成量为1．5mg／m3。 SnCI?4’HKCI?。一砌甜，手秽(t) 3．微量给液象 4．还原气化瓶 5．恒温槽 6．流量计 7．兰通 1．搅拌器 2．HgCl2溶液 8．二价汞吸收瓶 9．单质汞吸收瓶10．冰浴槽11．反应管(石英管)12．电加热炉 13．温度控制装置14．硅整流控制器 图1实验装置示意图 3实验及计算条件 3．1 气相汞氧化反应实验 实验装置如图1所示。本装置由单质汞蒸气发生单元、反应气体发生单元、汞氧 化单元及汞蒸气吸收单元等部分构成。单质汞蒸气产生方法如上节所述。本实验实验条 752 生单元的流鼙为1L／min。实验中需要是两部分气流混合良好才能反应充分。为此，把 反应气体管道(外管)和单质汞蒸气管道(内管)做成两层套管，使两股气流流速相筹 较人，产生类似射流而使之充分混合，达到混合均匀且汞吸附量小的目的。同时测餐了 反应管内各点的温度场，将该结果用于计算反应气体在反应管内的停留时间。