痕量金属去除技术简析

6.3.3.1　碱金属

相较于煤，生物质原料中含有更多的碱金属和碱土金属。碱金属在生物质中以离子结合态与有机质的含氧官能团结合或以细微分散的矿物形式存在。生物质中几乎所有的钾和钠都具有很高的可移动性，倾向于在裂解过程中进入挥发相。虽然生物质中的碱金属对燃料热化学转换过程具有一定的催化作用，但挥发的碱金属会带来严重的碱金属问题，这主要由灰中的非金属成分硅（Si）及碱金属钾（K）引起。Si和K在低于900℃时发生反应，Si—O—Si键被打破而形成硅酸盐或者与硫反应产生硫酸盐。硅酸盐和硫酸盐的熔点均低于700℃，容易沉积在反应器受热面和换热面上，引起沾污、腐蚀、结焦或管道阀门堵塞。存在于气化气中的碱金属还会对后续制取液体燃料的合成设备造成腐蚀，引起合成催化剂中毒。燃气轮机一般要求燃气中碱金属含量小于50 ppb，制取液体燃料的费-托合成工艺一般要求合成气中碱金属和HC1含量小于10 ppb。

气化温度的提升会使气相中的碱金属含量增多，这主要是由于高温条件促进了水溶性碱金属的析出，较高比例的碱金属析出不利于气化气的后续利用。有研究表明可以通过添加特定的添加剂抑制碱金属的析出，SiO2、MgO、Al2O3等添加剂对气流床气化过程中碱金属的析出起到了明显的抑制作用，其中MgO对碱金属的固留效果最好。在高温气流床条件下，添加剂对碱金属的固留是由物理吸附和化学吸附共同作用实现的。Al2O3对挥发的可溶性碱金属物理吸附能力最强，MgO对碱金属的化学吸附能力最强，SiO2的物理和化学吸附能力介于二者之间。

碱金属盐在较高的气化温度下会蒸发释放，但在温度降至600℃以下就会凝结。碱金属盐在下游设备凝结会引起严重的腐蚀问题。如果气体在气化炉出口能被冷却到600℃以下，碱金属盐会凝并成细小的颗粒物（粒径小于5μm），这些颗粒物可以被旋风分离器、经典除尘器等过滤器捕集，就可以避免下游设备的腐蚀、沾污问题。但有些气化工艺不允许对气化炉出口气化气进行冷却，在这种工况限制情况下，热气化气可以考虑在650～725℃温度条件下添加活性铝土矿来吸附捕集挥发的碱金属。(www.xing528.com)

6.3.3.2　重金属

与硫、氯、氨和颗粒物的脱除相比，由于气化气中重金属（包括汞、铅、镉、铬、砷及其化合物）含量极低，因此重金属脱除目前不太受关注。但这些重金属元素有两个共同特点：剧毒性和生物体内累积性。它们会对人体的生理机能、新陈代谢、生物遗传等方面造成显著的负面影响。对于某些重金属含量较高的生物质燃料，如生活垃圾，应关注其气化过程中的重金属迁移和分配特性，以开发高效的重金属固化和脱除技术。

熔融固化法目前被认为是灰渣中重金属无害化处理的有效方法之一，气化熔融技术可有效固化有害重金属元素。在高温（1400℃）下，燃料中所含的沸点较低的重金属盐类，部分随物料气化进入气相，部分转移赋存于灰渣中。灰渣中SiO2在熔融处理中形成Si—O网状构造，将重金属包封固化，形成稳定的玻璃态熔渣，重金属溶出的可能性大大降低。经过气化熔融，灰渣全部形成玻璃体，使重金属封存不致溶出。随物料气化后进入气相的重金属，很容易被旋风分离器、静电除尘器等捕集下来，最终残留在气化气中的重金属含量极低，如需进一步脱除，可采取活性炭吸附等方法完全脱除。