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脱除烟气中气态汞的研究进展

高健”李春虎王林学

(中国海洋大学化学化工学院，山东青岛，266100)

摘要：汞是空气中最主要的金属污染物，其挥发性、持久性和生物富集性会对生物神经系统产

生严重危害，因而成为人们研究的热点。现阶段全球汞污染的主要原因是人为因素排放，其中又

以燃煤排放为主。许多研究者对气态汞在烟气中的分布和转化作了大量的工作，并发展了吸附

剂吸附法、WFGD脱硫法、SDA法等多项脱汞技术。本文介绍了影响脱汞效率的影响因子，包括

活性炭基材料改性、温度、二氧化硫、一氧化氮、水分、氧气、氯化氢等，其中重点阐述了活性炭基

材料改性对汞吸附的影响。

关键词：烟气；气态汞；有毒金属

汞是空气中最主要的有毒金属污染物。其挥发性、持久性和生物富集性会对生物神经系统产生严重危害，

因而成为人们研究的热点。2002年美国政府的“净化天空”计划书又把汞和二氧化硫、氮氧化物一并列为计划

消减的污染物uJ。

现阶段全球汞污染的主要原因是人为因素排放[2]，其中又以燃煤排放为主[3“]，占人为排放源总量的

500

70％。目前，全世界燃煤电厂每年排放汞约1t，其中尤以亚洲为甚，达860t。中国是世界第一煤炭消费大

国，能源结构中煤的比例高达75％，煤炭平均汞含量(0．15～0．2

中国燃煤技术普遍落后，由它所引起的汞污染尤其严重。据估算，2000年中国燃煤排放量约300t，大气排放

量在161～220

内汞污染最为严重的地区之一，大气中汞的平均值为5～22t／a，平均沉降值大于70

t-g／m3。目前我国正处在

工业化和城市化进程的快速发展阶段，能量消耗急剧增加，由此所致的汞污染危机将日趋严峻。尤其是

2002--2003年的涨幅最大，2003年燃煤电站向大气的汞排放量达到了86．8t[1…。

1汞在燃煤烟气中的形态分布及转化

1．1烟气中汞的形态分布

在燃煤烟气中分布的不同形态的汞对汞的去除、毒性以及迁移转化有较大的影响[1¨。燃煤烟气中至少存

质差异较大。例如气态氧化汞易溶于水，并且易被烟气中的颗粒物吸附，因此易被湿法脱硫除尘设备或静电除

尘设备分离，颗粒态汞也易被除尘器分离，相反原子态汞不溶于水，除尘或脱硫设备很难捕获，几乎全部释放到

大气中。为了有效控制汞尤其是气态汞的排放，各国科学家们都在对燃煤烟气中汞的形态分布进行研

究[13’14]，以期找出控制其排放的有效方法。

*作者简介：高健(1979一)，男，山东临汾，在读博士，E—mail：alternation@163．com

1．2烟气中汞的转化

在通常的温度范围内，元素汞是汞的热力学稳定形式，大部分汞的化合物分解成元素汞。所以在炉膛内煤

中的汞几乎都转变为元素汞进人烟气。当烟气流向烟囱出口，烟气的温度逐步降低，部分元素汞可以与氧、氯、

5|。

HCI反应生成二价汞化物，还有部分汞凝结在亚微米级飞灰颗粒表面或被飞灰里的残炭吸收[1

研究发现[16|，烟气中汞的氧化是不完全的，效率在5％到95％之间波动，其中最主要的氧化形式是

HgCl。，其他氧化形式可能为HgO、HgSO。和Hg(NO。)：·2H：O。

王泉海等[17’183发现在空气燃烧方式下，在温度高于900K的氧化性气氛的烟气中，99％以上的汞以单质

的形式存在，在燃烧的最高温度区域里，单质汞是汞的热力学稳定形式，并存在于气相中。在燃烧室的下游，随

着烟气的温度降低，在燃烧所产生的氧化性气氛中，汞反应而形成少量氧化汞，700～900K是氯化汞的形成区

域。随着烟气中温度的降低至623K，单质汞将发生化学反应，并基本上完全生成HgCl。，并证明随着HCl气

度范围越窄。

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最近的研究推测[20‘，在炉内燃烧温度(约1

当烟气逐渐冷却至800

K左右，氯原子会和