[發明專利]一種煤熱解氣單質汞取樣系統

在審

• 申請號: 201711236404.0
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107991144A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 馬晶晶;郭慶杰
• 申請（專利權）人: 寧夏大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于氣體單質汞檢測技術領域，具體涉及煤熱解利用過程中熱解氣中汞測量取樣系統，進一步涉及吸附管的設計對汞的吸附處理。

背景技術

向大氣排放汞的主要來源之一是燃煤，每年由于煤燃燒造成的汞污染物排放占人類活動所釋放汞的較大部分。對煤燃燒后排放的尾部氣體檢測治理是有效降低燃煤過程釋放汞量的措施，這就必須對尾部氣體進行采樣，檢測其中的汞濃度。根據不同的濃度選擇適當的治理措施。

在煙氣中汞主要有三種形式：元素汞、二價汞和顆粒物態汞。由于汞具有零價和二價等不同形態，其組態又會因溫度或催化劑等因素的不同而發生改變，因此對汞污染物的檢測是一件有難度的事情。目前針對煙氣中汞采樣的方法主要有安大略煙道氣體濕法取樣方法、吸附劑捕捉汞方法以及汞連續排放監測系統等幾種不同方法，其中吸附劑捕捉汞方法，特別是基于EPA Method30B標準的吸附管法（以下簡稱30B方法），因其操作方便、便于攜帶、精度高等優點，既可以作為參比方法對安裝在燃煤鍋爐的HgCEMS和HgSTMS的相對準確度進行檢測審核，也可作為標準方法對燃煤鍋爐排放的Hg進行常規檢測。

U．S.EPA Method30B是以適當的流量從煙道或管道通過插入煙道或管道的配對吸附管抽取已知體積的煙氣，將富集在吸附管上的汞與采樣體積作為排放氣體汞濃度的計算參數。目前參考30B方法的汞采樣系統，都是遵照30B流程將吸附管安裝在探桿前端，插入煙道或管道中，而吸附管一般采用玻璃材質，屬于易碎品，在插入煙道或管道中容易出現碰碎而導致采樣失敗；且每次采樣結束需要更換采樣探桿前端的吸附管，給現場采樣帶來較大的工作量，降低了采樣效率。同時，在現場復雜的環境中，煙氣汞采樣裝置要求操作簡單、成本低、體積小；準確反應高溫、高硫環境下煙氣中汞的存在狀態；準確采集煙氣中各種價態的汞；同時為了保證測量精度和數據有效性，每次測試時必須進行平行雙樣的采集，并完成現場回收測試。現有采樣儀器普遍存在采樣現場操作復雜，攜帶不方便，采樣成本高，采集效率低，測量精度低、偏差大，環境要求苛刻，不能準確反映汞的各種存在狀態下的濃度等問題。

發明內容

本發明中采用了固體吸附劑取樣分析法，由于其沒有化學清洗過程，也沒有對液體的吸收過程，因此操作起來比較簡單，成本較低。該法不但可以實現煙氣中氣態汞形態的分析，而且具有汞吸附管空白背景值低，采樣體積小，較短的采樣時間，操作簡便，成本低廉等優點，取樣設備的包裝運輸也更為便利。由于煤熱解氣中Hg的濃度要高出10-30倍，熱解氣中有H₂S等還原性氣體存在，這些均不利于吸附劑對Hg的吸附，汞的沸點很低，在熱解氣中絕大部分都以氣態形式存在，顆粒態汞所占比例很小，對大氣環境的影響也相對有限。本發明針對熱解氣取樣環境，探討了吸附劑的吸附特性，包括吸附劑的吸附效率與吸附時間和吸附溫度之間的關系，提出的采樣方法切實可行，效果良好。

本發明在現有干吸附測汞方法的基礎上，自行設計并建立了一套取樣系統，將OHM方法與Method 30B方法結合，取樣系統包括KCl溶液 (1mol/L)和吸附劑，分別對煙氣中的氣態二價汞和氣態零價汞進行吸附。本發明的吸附管具有良好的性能，并且其制作材料的汞背景值低，其次填充的吸附劑對汞的吸附性能優良，特別是吸附效率和吸附容量。熱解氣經石英棉過濾之通入裝有氯化鉀溶液的吸收瓶中，保證采樣系統的穩定性，并且選擇性的吸收二價汞。而氣態零價汞則進入吸收瓶而被裝有吸附劑的吸附管吸附。吸附管分三段。為了保證吸附管的測試精度和吸附效率，有較大的吸附劑的填充長度以及填充量。該法操作簡便，在保證測量精度的基礎上又可以檢測氣體中的汞形態。待采樣結束后，取出吸附管并在實驗室采用EPA747方法測定石英棉中和吸附管中活性炭的汞含量。

本發明的技術方案如下：

本發明是一種用于煤熱解氣單質汞取樣系統，該取樣系統包括采樣槍、吸附管、吸附劑、溶液吸收池；采樣槍與吸附管相連，吸附管入口裝有石英棉，吸附劑位于吸附管內部，溶液吸收池位于吸附管出口端；吸附管為石英管材質；吸附管為變徑管，采樣槍與吸附管連接入口直徑逐漸變小，內徑由10mm漸變為4mm；吸附管分三段，第一段為吸附段，內徑為10mm~6mm；第二段為穿透段，內徑為6mm；第三段為預加標段，內徑為6mm~4mm；吸附劑為活性炭，采用鹵素化合物進行改性，改進劑優選HCl、KI、NaBr、CaBr₂、CuCl₂、I₂的一種或數種；溶液吸收池裝有濃度為1mol/L的KCl溶液。