Penggunaan Karbon Diaktifkan untuk Penyingkiran Merkuri dalam Loji Janakuasa arang batu-

Penjanaan kuasa arang batu-masih menduduki kedudukan penting dalam struktur tenaga global. Walau bagaimanapun, pelepasan merkuri (Hg) yang berkaitan menimbulkan ancaman serius kepada persekitaran ekologi dan kesihatan manusia. Dengan pelaksanaanKonvensyen Minamatadi banyak negara, terutamanya di China, Amerika Syarikat, Kesatuan Eropah dan kawasan lain, kawalan pelepasan merkuri dalam loji janakuasa arang batu-telah beralih daripada "pilihan" kepadakekangan wajib. Antara pelbagai teknologi penyingkiran merkuri, teknologi penjerapan merkuri gas serombong berasaskanACIdigunakan secara meluas dalam-unit perkhidmatan kerana prosesnya yang matang, pengubahsuaian yang agak mudah dan kebolehsuaian yang kukuh.Karbon Teraktif untuk Penulenan Udara dan Gastelah menjadi penjerap teras untuk teknologi ini berkat luas permukaan khusus yang tinggi dan struktur liang yang kaya.

 

Ⅰ. Isu Pelepasan Merkuri dalam Loji Kuasa-Arang Batu

Dalam corak penggunaan tenaga utama global semasa, arang batu masih bertindak sebagai "batu balast". Walaupun perkadaran tenaga boleh diperbaharui semakin meningkat,-unit pembakaran arang batu masih sukar untuk diganti sepenuhnya untuk masa yang lama dari segi kebolehhantaran sistem kuasa dan kebolehpercayaan bekalan kuasa. Sementara itu, dengan pengembangan pembakaran arang batu, pelepasan surih logam berat dalam arang batu telah beralih secara beransur-ansur daripada perbincangan akademik kepada fokus pengawalseliaan.

 

Merkuri mempunyai ciri-ciri berikut:

1. Ketoksikan tinggi dan neurotoksisiti: Merkuri organik seperti metilmerkuri boleh terkumpul melalui rantai makanan dan menyebabkan kerosakan tidak dapat dipulihkan kepada perkembangan saraf janin dan kanak-kanak;

2. Keupayaan penghijrahan-jarak jauh: Selepas dipancarkan sebagai merkuri unsur gas (Hg⁰), ia boleh berhijrah beribu-ribu kilometer di atmosfera, membentuk pencemaran global;

3. Kegigihan refraktori dan persekitaran: Selepas mendap ke dalam tanah dan badan air, ia mungkin-memasuki semula kitaran biosfera melalui metilasi mikrob.

 

 

Oleh itu, pelepasan merkuri mempunyai ciri luar-rantau dan antara generasi yang tipikal. Tadbir urus oleh satu negara selalunya tidak mencukupi, dan kawalan keseluruhan memerlukan penyelarasan antarabangsa. Sejak diterima pakai pada 2013, Konvensyen Minamata telah disahkan oleh lebih 100 pihak yang berkontrak termasuk China. Salah satu objektif terasnya ialah untuk mengehadkan dan mengurangkan pelepasan merkuri daripada sumber perindustrian seperti loji janakuasa arang batu-.

 

Dalam amalan kejuruteraan, sistem penulenan gas serombong bagi loji janakuasa arang batu-adalah agak matang, biasanya dilengkapi dengan peranti berikut:

• Pengurangan Katalitik Terpilih (SCR)atauSelektif Bukan{0}}Pengurangan Bermangkin (SNCR)untuk denitrifikasi;
• Precipitator Elektrostatik (ESP)atauPenapis Fabrik (FF)untuk kawalan bahan zarah;
• Basah atau separa-keringPenyahsulfuran Gas Serombong (FGD)sistem untuk penyingkiran SO₂.

 

Peranti ini mempunyai kesan "penyingkiran sinergistik" pada beberapa bentuk merkuri. Walau bagaimanapun, untuk yang paling sukar-untuk-mengawal gasunsur merkuri (Hg⁰), rantaian rawatan gas serombong konvensional tidak dapat menjamin tangkapan yang stabil dan cekap. Dalam konteks ini, teknologi penyingkiran merkuri yang berpusat pada suntikan karbon teraktif dianggap sebagai tambahan penting kepada laluan rawatan gas serombong tradisional, malah menjadi pautan utama untuk mencapai pematuhan pelepasan merkuri di bawah beberapa keadaan kerja.karbon teraktif tempurung kelapa untuk penulenan Gas menunjukkan prestasi cemerlang dalam bidang ini kerana aktiviti penjerapan yang tinggi dan kekuatan mekanikal.

 

Ⅱ. Laluan Spesiasi dan Transformasi Merkuri dalam Gas Serombong

 

Memahami taburan spesiasi merkuri dari perspektif termodinamik dan kinetik adalah prasyarat untuk membincangkan mekanisme penyingkiran merkuri oleh karbon teraktif.

 

2.1 Pelepasan dan Penentuan Awal Merkuri dalam Arang Batu

Merkuri dalam arang batu biasanya wujud dalam jumlah surih, dengan kandungan secara amnya terdiri daripada0.01–0.5 mg/kg, dihoskan dalam bahan organik, pirit dan mineral tanah liat. Dalam keadaan pembakaran relau suhu tinggi-(kira-kira1300–1600 darjah), spesies merkuri ini hampir meruap sepenuhnya dan ditukar kepada merkuri gas. Kebanyakan merkuri yang dikeluarkan pada mulanya wujud sebagaiunsur merkuri (Hg⁰), dengan hanya sejumlah kecil teroksida dalam zon suhu-tinggi.

Gas Hg⁰ mempunyai ciri-ciri berikut: Kelalaian kimia yang kuat; tidak larut dalam air; interaksi terhad dengan peranti penangkapan konvensional dalam gas serombong. Oleh itu, tanpa langkah khas, Hg⁰ dengan mudah boleh dilepaskan ke atmosfera dengan gas serombong yang telah dimurnikan.Karbon teraktif tersemperit untuk penulenan gassering digunakan dalam sistem katil-tetap untuk penyingkiran Hg⁰ dalam kerana strukturnya yang seragam dan kebolehtelapan yang baik.

 

2.2 Transformasi Spesiasi Merkuri dalam Sistem Gas Serombong

Apabila suhu gas serombong berkurangan dari alur keluar relau dan melalui penjimatan, prapemanas udara, SCR, pengumpul habuk dan peranti penyahsulfurisasi dalam urutan, merkuri mengalami satu siri tindak balas homogen dan heterogen dalam peralatan dan zon suhu yang berbeza, membentuk tiga bentuk utama:

1. Unsur Merkuri Hg⁰: Gas, neutral elektrik, sangat meruap, kereaktifan kimia yang rendah; tidak mudah diserap oleh penyahsulfuran basah atau terserap secara fizikal pada permukaan abu terbang; yang paling sukar dikawal dan spesies sasaran utama teknologi ACI.

2. Merkuri Teroksida Hg²⁺: Biasanya wujud sebagai garam yang sangat larut seperti HgCl₂ dan HgSO₄; Hg⁰ boleh dioksidakan kepada Hg²⁺ dengan kehadiran HCl, O₂, NO₂ dan permukaan pemangkin; mudah larut dalam buburan FGD atau ditangkap pada permukaan abu terbang, oleh itu sebahagian dikeluarkan oleh penyahsulfurisasi tradisional dan peranti penyingkiran habuk.

3. Utarid-terikat zarah: Merkuri digabungkan dengan mineral pada permukaan zarah abu terbang atau karbon yang tidak terbakar untuk membentuk komponen-fasa pepejal; boleh ditangkap dalam perkadaran tinggi oleh-pengumpul habuk berkecekapan tinggi, bentuk merkuri yang paling mudah dikawal.

 

Dalam keadaan kerja sebenar, perkadaran relatif ketiga-tiga bentuk bergantung pada ciri arang batu (terutama kandungan klorin, sulfur dan logam alkali), taburan suhu dalam relau dan serombong ekor, pembakaran dan atmosfera pengurangan, status operasi SCR dan sifat fizikal dan kimia abu terbang. Secara amnya, arang batu bitumen dengan kandungan klorin yang tinggi dalam gas serombong lebih kondusif untuk menggalakkan pengoksidaan Hg⁰, dengan itu meningkatkan nisbah Hg²⁺ dan membolehkan peranti FGD menjalankan lebih banyak fungsi penyingkiran merkuri; apabila membakar arang batu berklorin-rendah (seperti beberapa lignit dan sub-arang batu bitumen), nisbah Hg⁰ jauh lebih tinggi dan keadaan kerja sedemikian lebih bergantung pada teknologi penyingkiran merkuri khas (seperti ACI).Karbon teraktif untuk penulenan udara dan gascepat menebus kekurangan rawatan sinergi dalam keadaan sedemikian dan memastikan pematuhan pelepasan.

 

Ⅲ. Prinsip Asas dan Sifat Bahan Karbon Teraktif untuk Penyingkiran Merkuri

 

Karbon teraktif digunakan secara meluas untuk penyingkiran merkuri gas serombong dalam loji janakuasa arang batu-disebabkan struktur liangnya yang unik dan sifat kimia permukaan yang mudah dilaraskan.

 

3.1 Struktur Liang dan Penyerapan Fizikal

Karbon teraktif biasanya disediakan daripada sumber karbon seperti arang batu, biojisim, tempurung kelapa, kayu atau kok petroleum melalui-pengkarbonan dan pengaktifan suhu tinggi. Proses pengaktifan (pengaktifan fizikal atau kimia) menghasilkan sejumlah besarliang mikro (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50 nm)di dalam bahan, membentuk rangkaian liang hierarki yang sangat bersambung, menjadikan luas permukaan khususnya mencecah ribuan m²/g.Karbon diaktifkan tempurung kelapa untuk penulenan gasterkenal dengan-liang mikro yang dibangunkan dengan baik dan keupayaan penangkapan yang kuat untuk wap merkuri-kepekatan rendah.

Penjerapan fizikal terutamanya bergantung pada daya van der Waals dan interaksi polarisasi yang lemah,bercirikanoleh:

• Proses penjerapan biasanya boleh diterbalikkan;
• Haba penjerapan rendah, hampir dengan haba pemeluwapan;
• Kapasiti penjerapan adalah sensitif kepada suhu, dan peningkatan suhu dengan ketara mengurangkan kapasiti penjerapan.

Dalam julat suhu gas serombong loji janakuasa arang batu -secara amnya100–200 darjah), kecekapan menangkap Hg⁰ semata-mata melalui penjerapan fizikal selalunya tidak mencukupi, terutamanya apabila kepekatan merkuri dalam gas serombong rendah (biasanya pada paras ug/m³). Pada masa ini, unsur merkuri tidak mempunyai kelebihan dalam penjerapan kompetitif berbanding dengan molekul gas lain, dan keseimbangan penjerapan cenderung kepada bahagian penyahjerapan di bawah keadaan suhu tinggi. Oleh itu, walaupun struktur liang adalah asas penjerapan, mekanisme penjerapan kimia yang lebih kuat mesti diperkenalkan untuk mencapai penyingkiran merkuri yang cekap.

 

3.2 Kumpulan Fungsi Permukaan dan Penjerapan Kimia

Terdapat sebilangan oksigen-yang mengandungi kumpulan berfungsi pada permukaan karbon teraktif, seperti kumpulan hidroksil (-OH), kumpulan karboksil (-COOH), kumpulan karbonil (C=O), struktur lakton, dsb. Kumpulan berfungsi ini boleh bertindak sebagai asid Lewis lemah atau pusat bes pada tahap tertentu dan bertindak balas dengan beberapa komponen dalam serombong. Bagi merkuri, kumpulan berfungsi pada karbon teraktif dara ini boleh menyediakan tapak penjerapan kimia yang terhad, menyebabkan pengoksidaan separa Hg⁰ atau pembentukan kompleks permukaan, tetapi keupayaan ini jauh daripada memenuhi keperluan kawalan pelepasan yang ketat.

Oleh itu, pengubahsuaian permukaan karbon teraktif biasanya diperlukan dalam aplikasi kejuruteraan. Dengan memperkenalkan unsur atau spesies kimia tertentu, pusat aktif dengan pertalian merkuri yang lebih tinggi dicipta, mengubah tangkapan merkuri daripada penjerapan fizikal-yang didominasi kepada penjerapan kimia dan tindak balas permukaan-yang didominasi.Karbon teraktif tersemperit untuk penulenan gasmudah untuk memuatkan bromin, sulfur dan pengubah suai lain, menunjukkan kestabilan yang lebih baik dalam penyingkiran merkuri gas serombong.

 

Ⅳ. Karbon Aktif Terubahsuai: Daripada Penjerapan Fizikal kepada Kawalan Tindak Balas

 

Teknologi pengubahsuaian karbon teraktif boleh difahami sebagai "membina permukaan berfungsi tertentu pada rangka karbon". Di antara banyak kaedah pengubahsuaian, pengubahsuaian halogen, terutamanyapengubahsuaian bromin, adalah yang paling banyak dikaji dan digunakan dalam bidang penyingkiran merkuri gas serombong arang batu-dibakar.

 

4.1 Mekanisme Teras Karbon Teraktif Bromin

Karbon Teraktif Berbrominbiasanya disediakan dengan memasukkan bromin dalam bentuk molekul atau ionik ke dalam liang dan permukaan karbon teraktif melalui impregnasi, penyemburan atau penjerapan fasa-gas. Bromin boleh membentuk ikatan C-Br pada permukaan karbon atau wujud sebagai garam bromida dan molekul bromin terjerap, membentuk tapak aktif permukaan baharu.Karbon teraktif untuk penulenan udara dan gasboleh menjadi beberapa kali lebih cekap selepas brominasi, menjadikannya pilihan arus perdana untuk loji kuasa.

 

Kajian sedia ada secara amnya percaya bahawa penangkapan merkuri pada karbon teraktif terbromin secara amnya menjalani langkah asas berikut:

1. Pemindahan jisim dan kemasukan fizikal Hg⁰ ke dalam liangHg⁰ mula-mula meresap ke permukaan zarah karbon teraktif secara perolakan, dan kemudian menghampiri lebih jauh tapak aktif melalui resapan molekul dalam struktur liang. Proses ini dikawal terutamanya oleh struktur liang dan keadaan aliran gas serombong.

2. Pengoksidaan heterogen Hg⁰ oleh tapak aktif brominApabila Hg⁰ mencapai sekitar tapak yang mengandungi bromin-, tindak balas pengoksidaan heterogen berlaku dengan penyertaan spesies bromin. Ungkapan yang dipermudahkan boleh ditulis sebagai:Hg⁰(g) + 2Br(s) → HgBr₂(iklan)Di mana Br mewakili spesies bromin aktif pada permukaan karbon teraktif. Sesetengah kajian menunjukkan bahawa proses pengoksidaan ini mungkin melalui keadaan valens pertengahan atau membentuk HgBr(iklan) sebelum penukaran selanjutnya kepada HgBr₂.

3. Penstabilan dan pengikatan kuat HgBr₂HgBr₂ yang dihasilkan boleh diserap oleh daya van der Waals di dalam dan di permukaan liang, dan seterusnya boleh membentuk struktur kompleks yang lebih stabil dengan kumpulan berfungsi permukaan, menjadikannya sukar untuk menyahserap pada suhu gas serombong120–180 darjah, dengan itu mencapai penetapan merkuri yang cekap.

 

Karbon teraktif terbromin mempunyai kelebihan ketara berikut berbanding karbon teraktif berklorin:

• Bromin adalah lebih baik untuk kinetik pengoksidaan Hg⁰, dan kadar tindak balas biasanya lebih tinggi;
• HgBr₂ yang dihasilkan mempunyai kestabilan terma yang baik pada suhu tinggi, dan kurang berkemungkinan terurai atau berkurang daripada HgCl₂;
• Dengan kehadiran gas kompetitif seperti SO₂ dan H₂O, tahap keracunan tapak bromin aktif adalah agak ringan, dan keupayaan untuk menahan turun naik keadaan kerja adalah lebih kuat.

Daripada amalan kejuruteraan, untuk-keadaan pembakaran arang batu berklorin yang rendah, menyuntik dos karbon teraktif bromin yang sesuai selalunya boleh mencapai jumlah kadar penyingkiran merkuri sebanyaklebih daripada 80–90%sebelum pengumpul habuk hiliran, memenuhi keperluan had pelepasan semasa di kebanyakan wilayah.

 

4.2 Laluan Pengubahsuaian Lain: Sulfur, Klorin dan Pengubahsuaian Komposit

Sebagai tambahan kepada pengubahsuaian bromin, beberapa idea pengubahsuaian lain mempunyai potensi aplikasi tertentu:

1. Sulfur-karbon teraktif yang diubah suaiBerdasarkan pertalian kuat antara Hg dan S (akhirnya membentuk merkuri sulfida HgS yang sangat stabil), penyelidik mengukuhkan kapasiti penjerapan kimia dengan memuatkan -spesies yang mengandungi sulfur (seperti unsur sulfur, sulfida) pada permukaan karbon diaktifkan. Sulfur-karbon teraktif yang diubah suai mempunyai keupayaan menangkap yang kuat untuk merkuri teroksida dan sebahagian daripada Hg⁰, terutamanya pada suhu rendah (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Klorin-karbon teraktif yang diubah suaiPengubahsuaian klorin adalah serupa dengan pengubahsuaian bromin dalam mekanisme, terutamanya meningkatkan kecekapan penyingkiran merkuri dengan menggalakkan pengoksidaan Hg⁰ kepada HgCl₂. Memandangkan gas serombong itu sendiri selalunya mengandungi kepekatan HCl tertentu, ditambah dengan tindak balas permukaan seperti pemangkin SCR, sesetengah loji janakuasa juga tidak menggunakan klorin-karbon teraktif yang diubah suai, tetapi menggunakan kesan sinergistik sistem sedia ada. Berbanding dengan bromin, pengubahsuaian klorin biasanya lebih rendah sedikit dalam kecekapan dan kebolehsuaian suhu, tetapi mempunyai kelebihan tertentu dalam kos dan kekakisan.

3. Pengubahsuaian komposit berbilang-komponenDalam beberapa tahun kebelakangan ini, beberapa kajian telah cuba memperkenalkan berbilang komponen berfungsi (seperti bromin + sulfur, klorin + logam peralihan, dsb.) pada karbon teraktif pada masa yang sama untuk mencapai penangkapan sinergistik pelbagai-merkuri dalam julat suhu yang lebih luas. Bahan komposit yang diubah suai sedemikian menunjukkan prospek aplikasi yang baik di peringkat makmal, tetapi skala industrinya-meningkat,-kestabilan jangka panjang dan potensi kesan pada peralatan hiliran masih memerlukan lebih banyak pengesahan kejuruteraan.Karbon diaktifkan tempurung kelapa untuk penulenan gasmengekalkan prestasi penyingkiran merkuri yang stabil walaupun dalam-sulfur dan gas serombong tinggi-kelembapan tinggi selepas pengubahsuaian komposit, mengembangkan skop penggunaannya.

 

Ⅴ. Faktor Utama Yang Mempengaruhi Kecekapan Penyingkiran Merkuri Karbon Teraktif

 

Di bawah keadaan bahan karbon teraktif yang sama, kadar penyingkiran merkuri dalam keadaan kerja loji kuasa sebenar mungkin masih menunjukkan perbezaan yang ketara, yang berakar umbi dalam kesan gandingan banyak faktor seperti komposisi gas serombong, suhu, kedudukan suntikan dan peralatan hiliran.

 

5.1 Kesan Gandingan Komponen Gas Serombong

1. SO₂ dan SO₃Kepekatan SO₂ biasanya dalam susunan ribuan hingga puluhan ribu mg/m³, jauh lebih tinggi daripada kepekatan merkuri (paras ug/m³), dan mempunyai kelebihan daya saing semula jadi dalam proses penjerapan. Sebahagian daripada SO₂ boleh terus dioksidakan kepada SO₃, yang dengan mudah membentuk kabus asid sulfurik dengan H₂O dalam bahagian suhu-rendah atau terpeluwap dalam liang karbon teraktif, dengan itu menyekat liang dan menutup tapak aktif, yang membawa kepada penyahaktifan karbon teraktif. Di bawah keadaan kerja SO₃ yang tinggi, selalunya perlu meningkatkan kadar suntikan karbon teraktif atau menggunakan skim pengubahsuaian tahan keracunan sulfur-.

2. NOₓ dan terbitannyaNO sendiri mempunyai sifat pengoksidaan yang lemah dan kesan terhad ke atas penjerapan merkuri; NO₂ boleh mengambil bahagian dalam proses pengoksidaan Hg⁰ dan bertindak sebagai pengoksida tambahan. Pada masa yang sama, NO₂ juga boleh berinteraksi dengan tapak pengoksidaan permukaan untuk mengubah persekitaran kimia permukaan. Secara keseluruhannya, kesan NOₓ pada penyingkiran merkuri ACI adalah kurang ketara berbanding SOₓ, tetapi mekanisme interaksi di bawah keadaan kerja gabungan SCR+ACI patut mendapat-penyelidikan yang lebih mendalam.

3. HCl dan halida lainHCl ialah salah satu gas utama yang menggalakkan penukaran Hg⁰ kepada HgCl₂. Dalam gas serombong dengan kandungan klorin yang tinggi, walaupun tanpa ACI, penyingkiran merkuri separa boleh dicapai hanya melalui pemangkinan SCR dan sinergi FGD. Untuk arang batu berklorin-rendah, selalunya perlu untuk mengimbangi kekurangan ini dengan menyuntik karbon teraktif terbromin. Sesetengah loji janakuasa menambah klorin-mengandungi pembaikan pembakaran sebelum dandang atau menambah jumlah HCl yang sesuai kepada gas serombong sebagai langkah tambahan, tetapi risiko kakisan yang disebabkan oleh ini perlu berwaspada.

4. Wap air dan oksigenWap air bersaing dengan tapak penjerapan pada tahap tertentu, terutamanya tapak penjerapan yang lemah; tetapi jumlah H₂O yang sesuai juga boleh mengambil bahagian dalam beberapa tindak balas pengoksidaan permukaan. Oksigen ialah gas latar yang penting untuk mengekalkan tindak balas pengoksidaan merkuri, terutamanya yang mempengaruhi-proses pengoksidaan semula yang terlibat dalam mekanisme pengoksidaan berbilang-langkah.

 

5.2 Suhu dan Masa Tinggal

Suhu ialah salah satu parameter operasi yang paling kritikal dalam reka bentuk dan pengoptimuman sistem ACI. Pertunjukan latihan:

When the flue gas temperature is too high (>200 darjah ), kapasiti penjerapan fizikal berkurangan dengan ketara, dan sesetengah merkuri yang terjerap secara kimia mungkin mula tidak stabil, membawa kepada penyahjerapan;

Apabila suhu terlalu rendah (<100°C), although physical adsorption is enhanced, the risk of SO₃/H₂O condensation increases, and flue gas condensation and corrosion problems worsen, which is not conducive to long-term stable operation.

Oleh itu, reka bentuk ACI tipikal biasanya menyusun titik suntikan selepas pemanas awal udara atau penjimat, mengawalnya dalam tetingkap kira-kira100–180 darjahuntuk mengimbangi termodinamik penjerapan dan risiko kakisan peralatan.

Selain itu, masa tinggal zarah karbon teraktif dalam serombong juga merupakan salah satu faktor utama yang menentukan kecekapan penyingkiran merkuri. Masa tinggal yang terlalu singkat akan menyebabkan penangkapan oleh pengumpul habuk sebelum sentuhan penuh dengan merkuri; memanjangkan masa kediaman dengan sewajarnya adalah kondusif untuk menyelesaikan pemindahan jisim dan proses tindak balas antara merkuri dan tapak aktif. Dengan melaraskan susunan muncung, mengoptimumkan struktur serombong dan pengagihan medan aliran, masa kediaman yang berkesan boleh dipertingkatkan tanpa meningkatkan kehilangan rintangan dengan ketara.

 

5.3 Kadar Suntikan, Saiz Zarah dan Keseragaman Campuran

Kadar suntikan karbon teraktif (dinyatakan sebagai gas serombong mgAC/m³ atau nisbah jisim C/Hg) secara langsung mempengaruhi jumlah tapak penjerapan yang tersedia, dan merupakan pembolehubah paling intuitif untuk mengawal kadar penyingkiran merkuri. Dalam kejuruteraan sebenar, apabila membakar arang batu berklorin-rendah dan mengejar kadar penyingkiran merkuri kira-kira 90%, karbon teraktif serbuk biasa yang tidak diubah suai selalunya memerlukan beribu hingga puluhan ribu kali nisbah jisim C/Hg, mengakibatkan tekanan kos yang tinggi; selepas menggunakan karbon teraktif brominated, kadar suntikan boleh dikurangkan dengan banyaknya di bawah kadar penyingkiran merkuri yang sama.

Saiz zarah karbon teraktif mempengaruhi ciri serakan dan pemindahan jisimnya dalam gas serombong. Saiz zarah yang lebih kecil adalah kondusif untuk meningkatkan luas permukaan tertentu dan meningkatkan kekerapan sentuhan dengan molekul merkuri, tetapi saiz zarah yang terlalu kecil boleh meningkatkan kehilangan terbang dan menjejaskan prestasi pengumpul habuk. Secara amnya, saiz zarah karbon teraktif serbuk yang digunakan untuk ACI kebanyakannya dalam julat10–30 μm.

Percampuran keseragaman juga merupakan faktor yang mudah diabaikan tetapi sangat kritikal. Walaupun kadar suntikan karbon diaktifkan adalah mencukupi, jika pencampuran-keratan rentas dengan gas serombong tidak sekata, akan terdapat penjerapan berlebihan setempat dan penyingkiran merkuri setempat yang tidak mencukupi. Mengoptimumkan kedudukan suntikan dan susun atur muncung melalui simulasi CFD, digabungkan dengan pemantauan kepekatan dalam talian untuk melaraskan keadaan suntikan, adalah cara yang berkesan untuk meningkatkan prestasi sistem keseluruhan.Karbon diaktifkan tempurung kelapa untuk penulenan gasmempunyai saiz zarah boleh laras dan kecairan yang baik, sesuai untuk-operasi stabil jangka panjang sistem suntikan pneumatik.

 

Ⅵ. Aplikasi Kejuruteraan, Ekonomi dan Pembangunan Pasaran Teknologi ACI

 

6.1 Status Terkini Permohonan Kejuruteraan

Sejak Amerika Syarikat secara beransur-ansur dilaksanakanPiawaian Merkuri dan Toksik Udara (MATS)pada tahun 2000-an, teknologi ACI telah menerajui aplikasi berskala besar-dalam industri kuasa Amerika Utara, secara beransur-ansur meliputi pelbagai unit yang membakar pelbagai jenis arang batu. Sesetengah negara Eropah juga telah menggunakan sistem ACI pada unit arang batu yang besar-untuk memenuhi keperluan pelepasan komprehensif yang lebih ketat. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan pengubahsuaian ultra-rendah pelepasan unit arang batu-China dan peningkatan perhatian terhadap pelepasan merkuri, ACI dan teknologi lain yang berkaitan-merkuri telah dimasukkan secara beransur-ansur dalam visi pemilihan teknikal, terutamanya pada unit yang mempunyai-klorin, rendah-aktiviti abu yang boleh dianggap sebagai jenis arang batu yang boleh dilaksanakan.

Sistem ACI biasanya mempunyai ciri-ciri kejuruteraan berikut:

• Struktur peranti yang agak ringkas, secara amnya termasuk tong penyimpanan, sistem pemeteran dan penyusuan, saluran paip penghantar pneumatik, tombak suntikan dan sistem kawalan;
• Keserasian yang baik dengan sistem rawatan gas serombong asal, tanpa -pembaharuan berskala besar bagi enjin utama dan struktur serombong;
• Kadar suntikan boleh dilaraskan secara fleksibel mengikut kepekatan pelepasan merkuri dan keperluan pengawalseliaan, dengan skalabiliti tertentu.

 

6.2 Kos Ekonomi dan-Isu Pelupusan Produk

Walaupun teknologi ACI mempunyai kelebihan yang jelas dalam kematangan teknikal, ekonomi dan luaran persekitarannya sentiasa menjadi faktor penting yang menyekat promosi meluasnya.

1. Kos karbon teraktifWalaupun harga serbuk karbon teraktif itu sendiri adalah rendah (pasaran domestik),-produk diubah suai berprestasi tinggi seperti karbon teraktif terbromin mempunyai harga seunit yang tinggi. Mengambil unit arang batu sederhana dan besar-sebagai contoh, untuk mencapai kadar penyingkiran merkuri yang tinggi, penggunaan karbon diaktifkan tahunan mungkin mencecah ratusan hingga ribuan tan, dengan kos operasi tahunan antara berjuta-juta RMB ke tahap yang lebih tinggi. Dengan pemampatan margin keuntungan dalam industri tenaga, kos operasi berterusan ini telah menjadi faktor yang mesti ditimbang dengan teliti dalam membuat keputusan-loji janakuasa.

2. Pelupusan merkuri-yang mengandungi abu terbangKarbon teraktif yang disuntik ke dalam gas serombong akhirnya akan ditangkap oleh sistem penyingkiran habuk bersama-sama dengan abu terbang, seterusnya mengubah sifat fizikal dan kimia abu terbang. Di satu pihak, peningkatan kandungan karbon tidak terbakar dan perubahan warna boleh menjejaskan nilai penggunaannya dalam industri simen dan konkrit; sebaliknya, abu terbang yang terjerap dengan logam toksik seperti merkuri sering diuruskan sebagaisisa berbahayamengikut piawaian undang-undang dan alam sekitar, meningkatkan kos pengangkutan, pelupusan dan-kawalan risiko alam sekitar jangka panjang. Pada masa ini, tapak pelupusan yang selamat dan rawatan pemejalan/penstabilan adalah pilihan utama, tetapi bagaimana untuk meningkatkan kadar penggunaan sumbernya di premis untuk memastikan keselamatan alam sekitar masih menjadi masalah yang tidak dapat diselesaikan.

3. Kakisan dan kebolehpercayaan sistemWalaupun karbon teraktif bromin mempunyai kapasiti penyingkiran merkuri berkecekapan tinggi-, terdapat juga risiko bahawa bromida boleh menyebabkan kakisan kepada sistem FGD hiliran, bahan asap dan cerobong. Terutamanya dalam penyahsulfuran basah, peningkatan kepekatan halogen dalam fasa cecair boleh menjejaskan lapisan getah dan komponen aloi, meningkatkan kekerapan penyelenggaraan dan kos penggantian alat ganti. Apabila mereka bentuk sistem ACI, mekanisme kakisan, pemilihan bahan dan strategi anti-anti kakisan mesti dipertimbangkan secara menyeluruh.

 

6.3 Skala Pasaran dan Trend Pembangunan

Menurut laporan penyelidikan pasaran global dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pasaran karbon teraktif untuk rawatan gas serombong industri (termasuk loji janakuasa arang batu, pembakaran sisa, peleburan logam, dll.) telah mencapai skala berbilion dolar AS, antaranya karbon teraktif serbuk khas untuk penyingkiran merkuri merupakan salah satu segmen-yang berkembang pesat.Karbon diaktifkan tempurung kelapa untuk penulenan gasmenduduki bahagian penting dalam kuasa, pembakaran sisa, dan penulenan gas metalurgi. Ramalan menunjukkan bahawa segmen itu akan mengekalkan pertumbuhan positif dalam beberapa tahun akan datang, dengan daya penggerak utama termasuk:

• Mengetatkan piawaian pelepasan merkuri untuk unit arang batu-yang baharu dan dipasang semula di negara membangun;
• Kawal selia kawalan logam berat yang lebih ketat dalam industri pembakaran sisa dan pembakaran sisa berbahaya;
• Peluasan aplikasi yang dibawa oleh promosi komersial produk karbon teraktif yang diubah suai berprestasi tinggi-baru.

 

Ⅶ. Hala Tuju Teknikal Masa Depan dan Idea Tadbir Urus Komprehensif

 

Dengan penghalusan lanjut penyeliaan alam sekitar dan kemajuan berterusan transformasi tenaga, model tadbir urus "rawatan gejala" bagi satu teknologi secara beransur-ansur digantikan dengan pelan komprehensif kawalan sinergistik berbilang{0}}pencemar yang sistematik. Dalam konteks ini, teknologi ACI sendiri juga menghadapi keperluan peningkatan berulang dan penyepaduan fungsi.

 

7.1 Kos Rendah-Baharu dan Penjerap Boleh Diperbaharui

Dari perspektif sumber dan kos, bahan penjerapan yang disediakan daripada biojisim atau sisa pepejal industri (seperti jerami tanaman, kulit buah, enap cemar, abu terbang, dll.) semakin mendapat perhatian. Melalui pengaktifan dan pengubahsuaian kimia yang sesuai, bahan ini boleh mencapai prestasi penyingkiran merkuri hampir atau melebihi karbon teraktif berasaskan arang batu tradisional-di bawah beberapa keadaan kerja, di samping mengurangkan kos bahan mentah dan jejak karbon dengan banyak. Selain itu, membangunkan penjerap yang boleh dikitar semula dan digunakan semula di-tapak di loji janakuasa atau kemudahan berpusat akan membantu mengurangkan penjanaan sisa pepejal berbahaya dan meningkatkan kemampanan alam sekitar secara keseluruhan.

 

7.2 Penyepaduan Kawalan Sinergis Pelbagai-pencemar

Salah satu hala tuju pembangunan penting teknologi rawatan gas serombong masa hadapan ialah menggandingkan secara mendalam fungsi penyingkiran merkuri dengan sistem denitrifikasi, penyahsulfuran atau penyingkiran habuk sedia ada untuk membina platform kawalan sinergistik "semua-dalam-satu". Contohnya:

• Membangunkan pemangkin SCR dengan dwi fungsi pengurangan NOₓ dan pengoksidaan Hg⁰ untuk mengurangkan pergantungan pada sistem ACI bebas;
• Memperkenalkan serbuk berbilang-fungsi dengan fungsi penjerapan merkuri dalam proses penyahsulfuran separa-kering atau suntikan kering untuk mencapai kawalan sinergistik SO₂, HCl dan Hg;
• Gabungkan dengan pengelasan abu terbang dan teknologi pengumpulan untuk mengasingkan-karbon teraktif yang dimuatkan merkuri daripada abu terbang yang boleh digunakan, mengurangkan kesan terhadap penggunaan bahan binaan.

Penyelesaian bersepadu ini dijangka dapat mengurangkan keseluruhan pelaburan dan kos operasi sambil mengurangkan kerumitan sistem dan beban penyelenggaraan.

 

7.3 Pendigitalan dan Kawalan Pintar

Dengan perkembangan teknologi pemantauan merkuri dalam talian, semakin banyak loji kuasa telah mula digunakanSistem Pemantauan Pelepasan Berterusan Merkuri (HgCEMS)untuk mendapatkan data masa-sebenar tentang kepekatan merkuri gas serombong dan perubahan spesiasi. Digabungkan dengan simulasi CFD,-pemodelan dipacu data dan algoritma pengoptimuman, kawalan optimum dinamik bagi kadar suntikan karbon diaktifkan, kedudukan suntikan dan juga formula pengubah suai boleh direalisasikan, membentuk-sistem peraturan gelung tertutup untuk meminimumkan penggunaan karbon diaktifkan atas premis memastikan pematuhan pelepasan.Karbon diaktifkan tempurung kelapa untuk penulenan gasbertindak balas dengan cepat dan sesuai untuk dos yang tepat dalam sistem peraturan pintar.

Dengan kemajuan transformasi digital dan pintar loji janakuasa, sistem ACI juga boleh dikaitkan dengan pelarasan beban unit, pensuisan bahan api, penyahsulfuran dan pelarasan keadaan kerja denitrifikasi untuk mencapai kawalan sinergistik yang lebih tepat dan menjimatkan.

 

7.4 Daripada Simulasi Mekanisme kepada Reka Bentuk Sasaran Bahan

Kaedah pengiraan kimia kuantum diwakili olehTeori Fungsian Ketumpatan (DFT)telah beransur-ansur menjadi alat penting untuk mengkaji mekanisme penjerapan dan tindak balas merkuri pada permukaan bahan penjerapan yang berbeza. Dengan menyiasat secara sistematik interaksi struktur elektronik antara merkuri dan unsur dan struktur permukaan yang berbeza pada peringkat teori, ia boleh menyediakan asas saintifik untuk "reka bentuk yang disasarkan" bahan penjerapan baharu, mengurangkan masa dan sumber yang diperlukan untuk percubaan tradisional-dan-penyelidikan dan pembangunan eksperimen ralat. Berdasarkan pendahulu, gabungan lebih meluas simulasi sedemikian dengan-percubaan pemprosesan tinggi dan algoritma pembelajaran mesin dijangka menggalakkan penyelidikan dan pembangunan karbon teraktif dan bahan alternatif ke peringkat "reka bentuk-didorong" baharu.

 

7.5 Katil Tetap Karbon Teraktif Butiran Teknologi Penyingkiran Merkuri

Karbon Teraktif Berbutir teknologi katil tetap mewakili idea lain untuk kawalan pencemaran merkuri dalam loji janakuasa arang batu-. Berbeza dengan teknologi ACI arus perdana, yangKarbon Teraktif Berbutirkatil tetap diletakkan di hilir peranti penyahsulfurisasi basah (FGD), dan suhu gas serombong turun kepada kira-kira 50 darjah, berfungsi sebagai cara penulenan akhir untuk mencapai penyingkiran merkuri dalam. Strategi reka letak ini mempunyai kelebihan ketara: persekitaran suhu-rendah adalah kondusif kepada kesan sinergistik penjerapan fizikal dan penjerapan kimia, menembusi kesesakan kapasiti penjerapan terhad ACI dalam bahagian suhu-tinggi (100-180 darjah ); pada masa yang sama, bentuk butiranKarbon Teraktif Berbutirmengelakkan masalah percampuran dengan abu terbang yang menjejaskan penggunaan sumbernya.

 

 

Berdasarkan-penyelidikan mendalam tentang mekanisme penjerapan merkuri, reka bentukKarbon Teraktif Berbutirkatil tetap boleh belajar sepenuhnya daripada strategi pengubahsuaian karbon teraktif terbromin. Kajian menunjukkan bahawa merkuri mengikutLangmuir-Hinshelwoodpengoksidaan-mekanisme penjerapan pada permukaan karbon teraktif, dan akhirnya membentuk sebatian stabil dengan halogen permukaan dalam bentuk Hg²⁺. Memuatkan pra-brominedKarbon Teraktif Berbutirdalam katil tetap boleh mencapai pengoksidaan dan penetapan Hg⁰ yang cekap pada suhu rendah, dan mengelakkan gangguan penjerapan kompetitif SO₂ – kerana sulfat telah dikeluarkan dalam sistem FGD. Selain itu, struktur modular katil tetap memudahkan penggantian dan penjanaan semula penjerap, menyediakan laluan yang boleh dilaksanakan untuk aplikasi kejuruteraan bagi-bahan berprestasi tinggi seperti logam berharga-karbon teraktif diubah suai dan menggalakkan kawalan merkuri dalam loji janakuasa arang batu-ke arah matlamatmenghampiri-pelepasan sifar.

Dengan latar belakang realistik bahawa transformasi tenaga bersih global masih memerlukan masa, melaksanakan-kawalan pencemaran tahap tinggi pada unit arang batu-yang sedia ada masih merupakan tugas peralihan yang perlu. Penambahbaikan dan inovasi berterusan teknologi penyingkiran merkuri karbon aktif bukan sahaja berkaitan dengan pilihan teknikal satu industri, tetapi juga kepada peningkatan kualiti alam sekitar dan perlindungan kesihatan awam, dan ia masih akan memainkan peranan penting dalam amalan kejuruteraan dalam beberapa dekad akan datang.Karbon teraktif tersemperit untuk penulenan gas, karbon aktif tempurung kelapa untuk penulenan gas, dankarbon teraktif untuk penulenan udara dan gasmasing-masing mempunyai kelebihan unik dan akan terus memainkan peranan penting dalam penyingkiran merkuri gas serombong dan penulenan gas, menyokong penambahbaikan alam sekitar dan perlindungan kesihatan awam.