Aplicação de carvão ativado para remoção de mercúrio em usinas-movidas a carvão

A geração-de energia a carvão ainda ocupa uma posição importante na estrutura energética global. No entanto, as emissões associadas de mercúrio (Hg) representam uma séria ameaça ao ambiente ecológico e à saúde humana. Com a implementação doConvenção de Minamataem muitos países, especialmente na China, nos Estados Unidos, na União Europeia e em outras regiões, o controle das emissões de mercúrio em usinas-movidas a carvão deixou de ser uma "opção" para se tornar umarestrição obrigatória. Entre as várias tecnologias de remoção de mercúrio, a tecnologia de adsorção de mercúrio de gases de combustão baseada emACIé amplamente utilizado em-unidades em serviço devido ao seu processo maduro, modernização relativamente conveniente e forte adaptabilidade.Carvão ativado para purificação de ar e gástornou-se o principal adsorvente desta tecnologia graças à sua alta área superficial específica e rica estrutura de poros.

 

Ⅰ. Problemas de emissão de mercúrio em usinas-movidas a carvão

No atual padrão global de consumo de energia primária, o carvão ainda funciona como uma “pedra de lastro”. Embora a proporção de energia renovável esteja aumentando, as unidades-movidas a carvão ainda são difíceis de serem completamente substituídas por um longo período em termos de capacidade de expedição do sistema de energia e confiabilidade do fornecimento de energia. Entretanto, com a expansão da combustão do carvão, a libertação de vestígios de metais pesados ​​no carvão passou gradualmente da discussão académica para o foco regulamentar.

 

Mercúrio tem as seguintes características:

1. Alta toxicidade e neurotoxicidade: O mercúrio orgânico, como o metilmercúrio, pode acumular-se na cadeia alimentar e causar danos irreversíveis ao neurodesenvolvimento de fetos e crianças;

2. Capacidade de migração-de longa distância: Após ser emitido como mercúrio elementar gasoso (Hg⁰), pode migrar milhares de quilômetros na atmosfera, formando poluição global;

3. Persistência refratária e ambiental: depois de se estabelecer no solo e nos corpos d'água, ele pode{0}}reentrar no ciclo da biosfera por meio da metilação microbiana.

 

 

Portanto, as emissões de mercúrio têm externalidades trans{0}}regionais e intergeracionais típicas. A governação por um único país é muitas vezes insuficiente e o controlo global requer coordenação internacional. Desde a sua adoção em 2013, a Convenção de Minamata foi ratificada por mais de 100 partes contratantes, incluindo a China. Um de seus principais objetivos é limitar e reduzir as emissões de mercúrio de fontes industriais, como usinas-movidas a carvão.

 

Na prática de engenharia, os sistemas de purificação de gases de combustão de usinas-movidas a carvão são relativamente maduros, geralmente equipados com os seguintes dispositivos:

• Redução Catalítica Seletiva (SCR)ouRedução seletiva não{0}}catalítica (SNCR)para desnitrificação;
• Precipitadores Eletrostáticos (ESP)ouFiltros de tecido (FF)para controle de material particulado;
• Úmido ou semi{0}}secoDessulfurização de gases de combustão (FGD)sistemas para remoção de SO₂.

 

Esses dispositivos têm um efeito de “remoção sinérgica” de algumas formas de mercúrio. No entanto, para os gases mais difíceis-de{2}}controlarmercúrio elementar (Hg⁰), a cadeia convencional de tratamento de gases de combustão não pode garantir uma captura estável e eficiente. Neste contexto, a tecnologia de remoção de mercúrio centrada na injeção de carvão ativado é considerada um complemento importante aos caminhos tradicionais de tratamento de gases de combustão, e até se torna um elo fundamental para alcançar a conformidade das emissões de mercúrio em algumas condições de trabalho.carvão ativado com casca de coco para purificação de gás apresenta excelente desempenho neste campo devido à sua alta atividade de adsorção e resistência mecânica.

 

Ⅱ. Especiação de Mercúrio e Caminhos de Transformação em Gás de Combustão

 

Compreender a distribuição da especiação do mercúrio do ponto de vista da termodinâmica e da cinética é um pré-requisito para discutir o mecanismo de remoção do mercúrio pelo carvão ativado.

 

2.1 Liberação e Especiação Inicial de Mercúrio no Carvão

O mercúrio no carvão geralmente existe em pequenas quantidades, com um conteúdo geralmente variando de0,01–0,5 mg/kg, hospedado em matéria orgânica, pirita e argilominerais. Sob condições de combustão de forno-de alta temperatura (cerca de1300–1600 graus), essas espécies de mercúrio são quase completamente volatilizadas e convertidas em mercúrio gasoso. A maior parte do mercúrio inicialmente liberado existe comomercúrio elementar (Hg⁰), com apenas uma pequena quantidade oxidada na zona-de alta temperatura.

O Hg⁰ gasoso possui as seguintes características: Forte inércia química; insolúvel em água; interação limitada com dispositivos convencionais de captura de gases de combustão. Portanto, sem medidas especiais, o Hg⁰ pode ser facilmente descarregado na atmosfera com o gás de combustão purificado.Carvão ativado extrudado para purificação de gásé frequentemente usado em sistemas-de leito fixo para remoção profunda de Hg⁰ devido à sua estrutura uniforme e boa permeabilidade.

 

2.2 Transformação de Especiação de Mercúrio em Sistemas de Gases de Combustão

À medida que a temperatura dos gases de combustão diminui na saída do forno e passa pelo economizador, pré-aquecedor de ar, SCR, coletor de pó e dispositivo de dessulfurização em sequência, o mercúrio sofre uma série de reações homogêneas e heterogêneas em diferentes equipamentos e zonas de temperatura, formando três formas principais:

1. Mercúrio Elemental Hg⁰: Gasoso, eletricamente neutro, altamente volátil, de baixa reatividade química; não é facilmente absorvido pela dessulfurização úmida ou fisicamente adsorvido em superfícies de cinzas volantes; as mais difíceis de controlar e as principais espécies-alvo da tecnologia ACI.

2. Mercúrio Oxidado Hg²⁺: Geralmente existe como sais altamente solúveis, como HgCl₂ e HgSO4; Hg⁰ pode ser oxidado a Hg²⁺ na presença de HCl, O₂, NO₂ e superfícies catalíticas; facilmente solúvel em pasta de FGD ou capturado em superfícies de cinzas volantes, sendo parcialmente removido por dispositivos tradicionais de dessulfuração e remoção de poeira.

3. Mercúrio-ligado a partículas: Mercúrio combinado com minerais na superfície de partículas de cinzas volantes ou carbono não queimado para formar componentes de fase-sólida; pode ser capturado em alta proporção por coletores de pó de alta-eficiência, a forma de mercúrio mais fácil de controlar.

 

Em condições reais de trabalho, as proporções relativas das três formas dependem das características do carvão (especialmente teor de cloro, enxofre e metais alcalinos), da distribuição de temperatura no forno e da chaminé residual, da combustão e da atmosfera redutora, do estado de operação do SCR e das propriedades físicas e químicas das cinzas volantes. Geralmente, o carvão betuminoso com alto teor de cloro nos gases de combustão é mais propício para promover a oxidação de Hg⁰, aumentando assim a proporção de Hg²⁺ e permitindo que o dispositivo FGD realize mais funções de remoção de mercúrio; ao queimar carvão com baixo-cloro (como alguns tipos de linhita e carvão sub{2}}betuminoso), a proporção de Hg⁰ é significativamente maior, e essas condições de trabalho dependem mais de tecnologias especiais de remoção de mercúrio (como ACI).Carvão ativado para purificação de ar e gáscompensa rapidamente as deficiências do tratamento sinérgico em tais condições e garante a conformidade das emissões.

 

Ⅲ. Princípios básicos e propriedades materiais de carvão ativado para remoção de mercúrio

 

O carvão ativado é amplamente utilizado para remoção de mercúrio de gases de combustão em usinas-movidas a carvão devido à sua estrutura de poros exclusiva e propriedades químicas de superfície facilmente ajustáveis.

 

3.1 Estrutura de Poros e Adsorção Física

O carvão ativado geralmente é preparado a partir de fontes de carbono, como carvão, biomassa, casca de coco, madeira ou coque de petróleo, por meio de carbonização e ativação em alta-temperatura. O processo de ativação (ativação física ou química) produz um grande número demicroporos (<2 nm)**, **mesopores (2–50 nm)** and **macropores (>50nm)dentro do material, formando uma rede hierárquica de poros altamente conectada, fazendo com que sua área superficial específica atinja milhares de m²/g.Carvão ativado com casca de coco para purificação de gásé famoso por seus-microporos bem desenvolvidos e forte capacidade de captura de vapor de mercúrio-de baixa concentração.

A adsorção física depende principalmente de forças de van der Waals e interações de polarização fracas,caracterizadopor:

• O processo de adsorção é geralmente reversível;
• Baixo calor de adsorção, próximo ao calor de condensação;
• A capacidade de adsorção é sensível à temperatura e o aumento da temperatura reduz significativamente a capacidade de adsorção.

Dentro da faixa de temperatura dos gases de combustão de usinas-movidas a carvão (geralmente100–200 graus), a eficiência da captura de Hg⁰ apenas por adsorção física é muitas vezes insuficiente, especialmente quando a concentração de mercúrio nos gases de combustão é baixa (geralmente no nível de ug/m³). Neste momento, o mercúrio elementar não tem vantagem na adsorção competitiva em comparação com outras moléculas de gás, e o equilíbrio de adsorção tende para o lado da dessorção sob condições de alta temperatura. Portanto, embora a estrutura dos poros seja a base da adsorção, um mecanismo de adsorção química mais forte deve ser introduzido para obter uma remoção eficiente do mercúrio.

 

3.2 Grupos Funcionais de Superfície e Adsorção Química

Há um certo número de grupos funcionais-contendo oxigênio na superfície do carvão ativado, como grupos hidroxila (-OH), grupos carboxila (-COOH), grupos carbonila (C=O), estruturas de lactona, etc. Esses grupos funcionais podem atuar como ácidos de Lewis fracos ou centros de base até certo ponto e reagir com alguns componentes nos gases de combustão. Para o mercúrio, esses grupos funcionais no carvão ativado virgem podem fornecer locais de adsorção química limitados, causando oxidação parcial de Hg⁰ ou formação de complexos superficiais, mas essa capacidade está longe de atender aos rigorosos requisitos de controle de emissões.

Portanto, a modificação superficial do carvão ativado é geralmente necessária em aplicações de engenharia. Ao introduzir elementos específicos ou espécies químicas, são criados centros ativos com maior afinidade pelo mercúrio, transformando a captura de mercúrio da adsorção física-dominada para a adsorção química e reação de superfície-dominada.Carvão ativado extrudado para purificação de gásé fácil de carregar bromo, enxofre e outros modificadores, apresentando melhor estabilidade na remoção de mercúrio dos gases de combustão.

 

Ⅳ. Carvão Ativado Modificado: Da Adsorção Física ao Controle de Reação

 

A tecnologia de modificação de carbono ativado pode ser entendida como “construção de uma superfície funcional específica em um esqueleto de carbono”. Entre muitos métodos de modificação, a modificação por halogênio, especialmentemodificação de bromo, tem sido o mais amplamente estudado e aplicado no campo da remoção-de mercúrio de gases de combustão a carvão.

 

4.1 Mecanismo Central do Carvão Ativado Bromado

Carvão Ativado Bromadogeralmente é preparado pela introdução de bromo na forma molecular ou iônica nos poros e na superfície do carvão ativado por meio de impregnação, pulverização ou adsorção-em fase gasosa. O bromo pode formar ligações C-Br na superfície do carbono ou existir como sais de brometo e moléculas de bromo adsorvidas, formando novos sítios superficiais ativos.Carvão ativado para purificação de ar e gáspode ser várias vezes mais eficiente após a bromação, tornando-se a escolha principal para usinas de energia.

 

Os estudos existentes geralmente acreditam que a captura de mercúrio em carvão ativado bromado geralmente passa pelas seguintes etapas básicas:

1. Transferência de massa e entrada física de Hg⁰ nos porosO Hg⁰ primeiro se difunde para a superfície das partículas de carvão ativado por convecção e, em seguida, se aproxima dos sítios ativos por meio de difusão molecular na estrutura dos poros. Este processo é controlado principalmente pela estrutura dos poros e pelo estado do fluxo dos gases de combustão.

2. Oxidação heterogênea de Hg⁰ por sítios ativos de bromoQuando o Hg⁰ atinge a vizinhança de locais-contendo bromo, ocorre uma reação de oxidação heterogênea com a participação de espécies de bromo. Uma expressão simplificada pode ser escrita como:Hg⁰(g) + 2Br(s) → HgBr₂(anúncios)Onde Br representa as espécies ativas de bromo na superfície do carvão ativado. Alguns estudos mostram que este processo de oxidação pode passar por estados de valência intermediários ou formar HgBr(ads) antes de posterior conversão em HgBr₂.

3. Estabilização e forte ligação de HgBr₂O HgBr₂ gerado pode ser adsorvido por forças de van der Waals dentro e na superfície dos poros, e pode ainda formar uma estrutura complexa mais estável com grupos funcionais de superfície, tornando difícil a dessorção a uma temperatura do gás de combustão de120–180 graus, conseguindo assim uma fixação eficiente de mercúrio.

 

O carvão ativado bromado tem as seguintes vantagens significativas em relação ao carvão ativado clorado:

• O bromo é mais favorável para a cinética de oxidação do Hg⁰, e a taxa de reação é geralmente maior;
• O HgBr₂ gerado tem boa estabilidade térmica em altas temperaturas e é menos provável de se decompor ou reduzir do que o HgCl₂;
• Na presença de gases competitivos como SO₂ e H₂O, o grau de envenenamento dos locais ativos de bromo é relativamente leve e a capacidade de resistir às flutuações das condições de trabalho é mais forte.

Na prática de engenharia, para condições de combustão de carvão com baixo-cloro, a injeção de uma dose apropriada de carvão ativado bromado pode muitas vezes atingir uma taxa total de remoção de mercúrio demais de 80-90%antes do coletor de pó a jusante, atendendo aos atuais requisitos de limite de emissão na maioria das regiões.

 

4.2 Outros Caminhos de Modificação: Enxofre, Cloro e Modificação de Compostos

Além da modificação do bromo, várias outras ideias de modificação têm certo potencial de aplicação:

1. Carvão ativado modificado com enxofre-Com base na forte afinidade entre Hg e S (finalmente formando sulfeto de mercúrio HgS extremamente estável), os pesquisadores fortalecem a capacidade de adsorção química carregando espécies contendo-enxofre (como enxofre elementar, sulfetos) na superfície do carvão ativado. O carvão ativado-modificado com enxofre tem uma forte capacidade de captura de mercúrio oxidado e parte de Hg⁰, especialmente em baixas temperaturas (<150°C), but it is highly sensitive to working condition changes, and regeneration and stability problems remain to be solved.

2. Cloro-carvão ativado modificadoA modificação do cloro é semelhante à modificação do bromo no mecanismo, melhorando principalmente a eficiência da remoção do mercúrio, promovendo a oxidação de Hg⁰ em HgCl₂. Como o próprio gás de combustão geralmente contém uma certa concentração de HCl, complementada por reações de superfície, como catalisadores SCR, algumas usinas de energia não usam adicionalmente carvão ativado modificado com cloro, mas utilizam o efeito sinérgico dos sistemas existentes. Em comparação com o bromo, a modificação do cloro é geralmente ligeiramente inferior em eficiência e adaptabilidade à temperatura, mas tem certas vantagens em custo e corrosividade.

3. Modificação composta de vários-componentesNos últimos anos, alguns estudos tentaram introduzir múltiplos componentes funcionais (como bromo + enxofre, cloro + metais de transição, etc.) no carvão ativado ao mesmo tempo para obter captura sinérgica de mercúrio multi-forma em uma faixa de temperatura mais ampla. Esses materiais compósitos modificados apresentam boas perspectivas de aplicação em nível de laboratório, mas seu aumento de escala industrial,-aumento de escala, estabilidade-de longo prazo e impacto potencial em equipamentos posteriores ainda precisam de mais verificações de engenharia.Carvão ativado com casca de coco para purificação de gásmantém um desempenho estável de remoção de mercúrio mesmo em gases de combustão com alto-enxofre e{1}}alta umidade após a modificação do composto, expandindo seu escopo de aplicação.

 

Ⅴ. Principais fatores que afetam a eficiência de remoção de mercúrio do carvão ativado

 

Sob as mesmas condições de material de carvão ativado, a taxa de remoção de mercúrio nas condições reais de trabalho da usina ainda pode apresentar diferenças significativas, o que está enraizado no efeito de acoplamento de muitos fatores, como composição dos gases de combustão, temperatura, posição de injeção e equipamento a jusante.

 

5.1 Efeito de acoplamento dos componentes dos gases de combustão

1. SO₂ e SO₃A concentração de SO₂ costuma ser da ordem de milhares a dezenas de milhares de mg/m³, muito superior à concentração de mercúrio (nível ug/m³), e apresenta uma vantagem competitiva natural no processo de adsorção. Parte do SO₂ pode ser ainda oxidada em SO₃, que facilmente forma névoa de ácido sulfúrico com H₂O na seção de baixa-temperatura ou condensa nos poros de carvão ativado, bloqueando assim os poros e cobrindo os locais ativos, levando à desativação do carvão ativado. Sob condições de trabalho com alto teor de SO₃, muitas vezes é necessário aumentar a taxa de injeção de carvão ativado ou adotar esquemas de modificação resistentes ao envenenamento por enxofre.{3}}.

2. NOₓ e seus derivadosO próprio NO tem propriedades oxidantes fracas e impacto limitado na adsorção de mercúrio; O NO₂ pode participar do processo de oxidação do Hg⁰ e atuar como oxidante auxiliar. Ao mesmo tempo, o NO₂ também pode interagir com locais de oxidação da superfície para alterar o ambiente químico da superfície. No geral, o impacto do NOₓ na remoção de mercúrio do ACI é menos significativo do que o do SOₓ, mas o mecanismo de interação sob condições de trabalho combinadas SCR+ACI merece uma pesquisa-mais aprofundada.

3. HCl e outros halogenetosHCl é um dos principais gases que promovem a conversão de Hg⁰ em HgCl₂. Em gases de combustão com alto teor de cloro, mesmo sem ACI, a remoção parcial de mercúrio só pode ser alcançada através da catálise SCR e da sinergia FGD. Para carvão com baixo teor de-cloro, muitas vezes é necessário compensar essa deficiência injetando carvão ativado bromado. Algumas usinas de energia adicionam cloro-contendo melhoradores de combustão antes da caldeira ou adicionam uma quantidade adequada de HCl ao gás de combustão como medidas auxiliares, mas o risco de corrosão causado por isso precisa ser vigilante.

4. Vapor de água e oxigênioO vapor de água compete até certo ponto com locais de adsorção, especialmente locais de adsorção fracos; mas uma quantidade apropriada de H₂O também pode participar de algumas reações de oxidação superficial. O oxigênio é um gás de fundo importante para manter as reações de oxidação do mercúrio, afetando especialmente o processo de re-oxidação envolvido nos mecanismos de oxidação em-etapas múltiplas.

 

5.2 Temperatura e Tempo de Residência

A temperatura é um dos parâmetros operacionais mais críticos no projeto e otimização do sistema ACI. Programas práticos:

When the flue gas temperature is too high (>200 graus), a capacidade de adsorção física diminui significativamente, e algum mercúrio quimicamente adsorvido pode começar a desestabilizar, levando à dessorção;

Quando a temperatura está muito baixa (<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.

Portanto, o projeto típico de ACI geralmente organiza o ponto de injeção após o pré-aquecedor de ar ou economizador, controlando-o dentro de uma janela de cerca de100–180 grauspara equilibrar a termodinâmica de adsorção e os riscos de corrosão do equipamento.

Além disso, o tempo de permanência das partículas de carvão ativado na chaminé também é um dos fatores-chave que determinam a eficiência da remoção de mercúrio. O tempo de residência muito curto levará à captura pelo coletor de pó antes do contato total com o mercúrio; prolongar adequadamente o tempo de residência conduz à conclusão dos processos de transferência de massa e reação entre o mercúrio e os sítios ativos. Ajustando a disposição do bocal, otimizando a estrutura da chaminé e a distribuição do campo de fluxo, o tempo de residência efetivo pode ser melhorado sem aumentar significativamente a perda de resistência.

 

5.3 Taxa de injeção, tamanho de partícula e uniformidade de mistura

A taxa de injeção de carvão ativado (expressa como mgAC/m³ de gás de combustão ou razão de massa C/Hg) afeta diretamente o número total de locais de adsorção disponíveis e é a variável mais intuitiva para controlar a taxa de remoção de mercúrio. Na engenharia real, ao queimar carvão com baixo teor de-cloro e buscar uma taxa de remoção de mercúrio de cerca de 90%, o carvão ativado em pó comum não modificado geralmente requer milhares a dezenas de milhares de vezes a proporção de massa C/Hg, resultando em alta pressão de custos; depois de usar carvão ativado bromado, a taxa de injeção pode ser bastante reduzida sob a mesma taxa de remoção de mercúrio.

O tamanho das partículas de carvão ativado afeta suas características de dispersão e transferência de massa nos gases de combustão. O tamanho de partícula menor conduz ao aumento da área de superfície específica e melhora a frequência de contato com moléculas de mercúrio, mas o tamanho de partícula muito pequeno pode aumentar a perda por voo e afetar o desempenho do coletor de pó. Geralmente, o tamanho das partículas de carvão ativado em pó usado para ACI está principalmente na faixa de10–30 μm.

A uniformidade da mistura também é um fator facilmente esquecido, mas muito crítico. Mesmo que a taxa de injeção de carvão ativado seja suficiente, se a mistura-secional transversal com o gás de combustão for irregular, haverá adsorção local excessiva e remoção local insuficiente de mercúrio. A otimização da posição de injeção e do layout dos bicos por meio de simulação CFD, combinada com o monitoramento on-line da concentração para ajustar as condições de injeção, é um meio eficaz de melhorar o desempenho geral do sistema.Carvão ativado com casca de coco para purificação de gástem tamanho de partícula ajustável e boa fluidez, adequado para operação estável-de longo prazo de sistemas de injeção pneumática.

 

Ⅵ. Aplicação de Engenharia, Economia e Desenvolvimento de Mercado da Tecnologia ACI

 

6.1 Situação Atual da Aplicação de Engenharia

Desde que os Estados Unidos implementaram gradualmentePadrões de Mercúrio e Tóxicos do Ar (MATS)na década de 2000, a tecnologia ACI assumiu a liderança em aplicações em-grande escala no setor de energia norte-americano, abrangendo gradualmente diversas unidades que queimam diferentes tipos de carvão. Alguns países europeus também implantaram sistemas ACI em grandes unidades-movidas a carvão para atender a requisitos de emissões mais rigorosos e abrangentes. Nos últimos anos, com a modernização de unidades movidas a carvão-de emissões ultrabaixas da China e a maior atenção às emissões de mercúrio, o ACI e outras tecnologias{7}}relacionadas ao mercúrio foram gradualmente incluídas na visão de seleção técnica, especialmente em unidades com tipos de carvão com baixo-cloro e baixa{9}}atividade de cinzas, o ACI é considerado um dos caminhos técnicos viáveis.

Os sistemas ACI geralmente possuem as seguintes características de engenharia:

• Estrutura de dispositivo relativamente simples, geralmente incluindo caixas de armazenamento, sistemas de medição e alimentação, tubulações de transporte pneumático, lanças de injeção e sistemas de controle;
• Boa compatibilidade com o sistema de tratamento de gases de combustão original, sem-retrofit em grande escala do motor principal e da estrutura de combustão;
• A taxa de injeção pode ser ajustada de forma flexível de acordo com a concentração de emissão de mercúrio e requisitos regulatórios, com certa escalabilidade.

 

6.2 Custo econômico e problemas de descarte de-produtos

Embora a tecnologia ACI tenha vantagens óbvias em termos de maturidade técnica, a sua economia e a externalidade ambiental sempre foram factores importantes que restringem a sua ampla promoção.

1. Custo do carvão ativadoEmbora o preço do carvão ativado em pó seja baixo (mercado interno), produtos modificados de alto-desempenho, como carvão ativado bromado, têm um preço unitário alto. Tomando como exemplo unidades médias e grandes- alimentadas a carvão, para alcançar uma alta taxa de remoção de mercúrio, o consumo anual de carvão ativado pode atingir centenas a milhares de toneladas, com um custo operacional anual que varia de milhões de RMB a um nível mais elevado. Com a compressão das margens de lucro no setor de energia, esse custo operacional contínuo tornou-se um fator que deve ser cuidadosamente ponderado na tomada de decisões-de usinas de energia.

2. Descarte de mercúrio-contendo cinzas volantesO carvão ativado injetado no gás de combustão será eventualmente capturado pelo sistema de remoção de poeira junto com as cinzas volantes, alterando assim as propriedades físicas e químicas das cinzas volantes. Por um lado, o aumento do teor de carbono não queimado e a mudança de cor podem afetar o seu valor de utilização nas indústrias de cimento e concreto; por outro lado, as cinzas volantes adsorvidas com metais tóxicos, como o mercúrio, são frequentemente tratadas comoresíduos perigososde acordo com os padrões legais e ambientais, aumentando o custo de transporte, descarte e controle-de riscos ambientais a longo prazo. Actualmente, o aterro seguro e o tratamento de solidificação/estabilização são as principais opções, mas como melhorar a sua taxa de utilização de recursos com a premissa de garantir a segurança ambiental ainda é um problema não resolvido.

3. Corrosão e confiabilidade do sistemaEmbora o carvão ativado bromado exerça uma capacidade de remoção de mercúrio de alta{0}}eficiência, também existe o risco de que os brometos possam causar corrosão nos sistemas FGD a jusante, na chaminé e nos materiais da chaminé. Especialmente na dessulfuração úmida, o aumento da concentração de halogênio na fase líquida pode afetar adversamente os revestimentos de borracha e os componentes de liga, aumentando a frequência de manutenção e os custos de substituição de peças sobressalentes. Ao projetar um sistema ACI, o mecanismo de corrosão, a seleção de materiais e as estratégias anti{3}}corrosão devem ser considerados de forma abrangente.

 

6.3 Escala de Mercado e Tendências de Desenvolvimento

De acordo com relatórios de pesquisa de mercado global nos últimos anos, o mercado de carvão ativado para tratamento de gases de combustão industriais (incluindo usinas-movidas a carvão, incineração de resíduos, fundição de metais etc.) atingiu uma escala de bilhões de dólares americanos, entre os quais o carvão ativado em pó especial para remoção de mercúrio é um dos segmentos-de rápido crescimento.Carvão ativado com casca de coco para purificação de gásocupa uma participação importante em energia, incineração de resíduos e purificação de gases metalúrgicos. As previsões mostram que o segmento manterá um crescimento positivo nos próximos anos, com as principais forças motrizes incluindo:

• Apertar os padrões de emissão de mercúrio para unidades movidas a carvão novas e modernizadas-em países em desenvolvimento;
• Regulamentação mais rigorosa do controlo de metais pesados ​​nas indústrias de incineração de resíduos e de incineração de resíduos perigosos;
• Expansão de aplicativos trazida pela promoção comercial de novos-produtos de carvão ativado modificado de alto desempenho.

 

Ⅶ. Orientações Técnicas Futuras e Ideias Abrangentes de Governança

 

Com o refinamento da supervisão ambiental e o avanço contínuo da transformação energética, o modelo de governança de "tratamento sintomático" de uma única tecnologia está sendo gradualmente substituído por um plano abrangente de controle sinérgico sistemático e multi{0}poluente. Neste contexto, a própria tecnologia ACI também enfrenta as necessidades de atualização iterativa e integração funcional.

 

7.1 Novos-adsorventes renováveis ​​e de baixo custo

Do ponto de vista dos recursos e custos, os materiais de adsorção preparados a partir de biomassa ou resíduos sólidos industriais (tais como palha de culturas, cascas de frutas, lamas, cinzas volantes, etc.) estão a receber cada vez mais atenção. Por meio de ativação adequada e modificação química, esses materiais podem alcançar um desempenho de remoção de mercúrio próximo ou até mesmo superior ao carvão ativado tradicional-à base de carvão sob algumas condições de trabalho, ao mesmo tempo em que reduzem significativamente os custos de matéria-prima e a pegada de carbono. Além disso, o desenvolvimento de adsorventes que possam ser reciclados e reutilizados-no local, em usinas de energia ou instalações centralizadas, ajudará a reduzir a geração de resíduos sólidos perigosos e a melhorar a sustentabilidade ambiental geral.

 

7.2 Integração de controle sinérgico de multi-poluentes

Uma das importantes direções de desenvolvimento da futura tecnologia de tratamento de gases de combustão é acoplar profundamente as funções de remoção de mercúrio aos sistemas existentes de desnitrificação, dessulfurização ou remoção de poeira para construir uma plataforma de controle sinérgico "tudo-em-um". Por exemplo:

• Desenvolver catalisadores SCR com funções duplas de redução de NOₓ e oxidação de Hg⁰ para reduzir a dependência de sistemas ACI independentes;
• Introduzir pós multi-funcionais com função de adsorção de mercúrio em processos de dessulfurização semi-seca ou injeção a seco para obter controle sinérgico de SO₂, HCl e Hg;
• Combine com a tecnologia de classificação e coleta de cinzas volantes para separar o carvão ativado-carregado de mercúrio das cinzas volantes utilizáveis, reduzindo o impacto na utilização de materiais de construção.

Espera-se que esta solução integrada reduza o investimento geral e os custos operacionais, ao mesmo tempo que reduz a complexidade do sistema e a carga de manutenção.

 

7.3 Digitalização e Controle Inteligente

Com o desenvolvimento da tecnologia de monitoramento online de mercúrio, mais e mais usinas começaram a implantarSistemas de monitoramento contínuo de emissões de mercúrio (HgCEMS)para obter dados{0}}em tempo real sobre a concentração de mercúrio nos gases de combustão e alterações de especiação. Combinado com simulação de CFD, modelagem-orientada por dados e algoritmos de otimização, o controle dinâmico ideal da taxa de injeção de carvão ativado, posição de injeção e até mesmo fórmula modificadora pode ser realizado, formando um sistema de regulação-de circuito fechado para minimizar o consumo de carbono ativado com a premissa de garantir a conformidade de emissões.Carvão ativado com casca de coco para purificação de gásresponde rapidamente e é adequado para dosagem precisa em sistemas de regulação inteligentes.

Com o avanço da transformação digital e inteligente das usinas de energia, os sistemas ACI também podem ser vinculados ao ajuste de carga unitária, troca de combustível, ajuste das condições de trabalho de dessulfuração e desnitrificação para obter um controle sinérgico mais preciso e econômico.

 

7.4 Da simulação do mecanismo ao projeto direcionado ao material

Métodos de cálculo químico quântico representados porTeoria do Funcional da Densidade (DFT)tornaram-se gradualmente ferramentas importantes para estudar os mecanismos de adsorção e reação do mercúrio na superfície de diferentes materiais de adsorção. Ao investigar sistematicamente as interações da estrutura eletrônica entre o mercúrio e diferentes elementos e estruturas de superfície em nível teórico, ele pode fornecer uma base científica para o "projeto direcionado" de novos materiais de adsorção, reduzindo o tempo e os recursos necessários para pesquisa e desenvolvimento experimental tradicional de tentativa-e-erro. Com base nos antecessores, espera-se que uma combinação mais extensa de tais simulações com experimentos de alto{4}}rendimento e algoritmos de aprendizado de máquina promova a pesquisa e o desenvolvimento de carvão ativado e materiais alternativos em um novo estágio "orientado ao design".

 

7,5 tecnologia de remoção de mercúrio de cama fixa de carbono ativado granular

Carvão Ativado Granular a tecnologia de leito fixo representa outra ideia para o controle da poluição por mercúrio em usinas-movidas a carvão. Diferente da tecnologia ACI convencional, oCarvão Ativado Granularo leito fixo é colocado a jusante do dispositivo de dessulfuração úmida (FGD), e a temperatura do gás de combustão cai para cerca de 50 graus, servindo como meio de purificação final para obter a remoção profunda do mercúrio. Essa estratégia de layout tem vantagens significativas: o ambiente de baixa-temperatura é propício ao efeito sinérgico da adsorção física e da adsorção química, rompendo o gargalo da capacidade limitada de adsorção do ACI na seção de alta-temperatura (100-180 graus); ao mesmo tempo, a forma granular deCarvão Ativado Granularevita o problema de mistura com cinzas volantes afetando sua utilização de recursos.

 

 

Com base em-pesquisas aprofundadas sobre o mecanismo de adsorção de mercúrio, o projeto doCarvão Ativado Granularo leito fixo pode aprender totalmente com a estratégia de modificação do carvão ativado bromado. Estudos mostram que o mercúrio segue oLangmuir-Hinshelwoodmecanismo de oxidação-adsorção na superfície do carvão ativado e, finalmente, forma compostos estáveis ​​com halogênios de superfície na forma de Hg²⁺. Carregando pré-bromadoCarvão Ativado Granularem um leito fixo pode alcançar oxidação e fixação eficientes de Hg⁰ em baixas temperaturas e evitar a interferência competitiva de adsorção de SO₂ - porque os sulfatos foram removidos no sistema FGD. Além disso, a estrutura modular do leito fixo facilita a substituição e a regeneração do adsorvente, fornecendo um caminho viável para a aplicação de engenharia de materiais de alto-desempenho, como carvão ativado modificado com metais preciosos-e promovendo o controle do mercúrio em usinas elétricas-a carvão com o objetivo dequase{0}}emissão zero.

Considerando o cenário realista de que a transformação global da energia limpa ainda leva tempo, a implementação de um alto-controle de poluição em unidades movidas a carvão-existentes ainda é uma tarefa de transição necessária. A melhoria contínua e a inovação da tecnologia de remoção de mercúrio com carvão activado não estão apenas relacionadas com a escolha técnica de uma única indústria, mas também com a melhoria da qualidade ambiental e a protecção da saúde pública, e ainda desempenhará um papel importante na prática da engenharia nas próximas décadas.Carvão ativado extrudado para purificação de gás, carvão ativado com casca de coco para purificação de gás, ecarvão ativado para purificação de ar e gáscada um tem vantagens únicas e continuará a desempenhar papéis importantes na remoção de mercúrio dos gases de combustão e na purificação de gases, apoiando a melhoria ambiental e a proteção da saúde pública.