强化SCR脱硝催化剂转化零价汞的初步研究

常规的选择性还原脱硝(SCR)催化剂对烟气中的零价汞具有一定的催化氧化作用,从而有利于提高下游的除汞效率。但在烟气HCl浓度较低时,SCR催化剂对燃煤烟气中的零价汞催化氧化效果较差。为了提高SCR催化剂对零价汞的催化氧化效果,在现有SCR催化剂基础上,通过负载其它金属元素的方法,对其进行改性掺杂。结果发现,负载锰氧化物的Mn/SCR催化剂,对零价汞的催化氧化作用明显提高,而将其再掺杂Mo后,其催化氧化性能得到更进一步提高。在反应温度350℃的条件下,加入7.5 mg/m3HCl,Mo-Mn/SCR对零价汞的催化氧化效率接近90%,而常规SCR催化剂只有35%左右。另外,Mo只有在与Mn结合使用,其促进作用才能较显著地体现出来。对改性后的SCR催化剂的脱硝性能研究表明,掺杂Mo-Mn元素对于SCR的脱硝性能无明显影响。     

SCR催化剂对汞的催化氧化研究进展

文章综述了目前国内外选择性催化还原(SCR)催化剂催化氧化燃煤烟气中汞的研究现状。介绍了钒基、铜基、铁基、锰基、铈基以及贵金属SCR催化剂对汞的催化氧化性能;分别分析了烟气温度、烟气组分(Cl2、HCl、SO2、NH3等)、空速等因素对各催化剂汞氧化性能的影响;最后运用文献对比方法综合概括了燃煤烟气条件对汞氧化的影响,并结合我国燃煤电厂现状,对SCR催化脱汞技术的发展方向提出建议:利用SCR催化剂实现燃煤烟气中汞的氧化,结合现有污染物控制设备实现汞的脱除,是一种经济、高效的燃煤烟气脱汞技术;当前应深入研究SCR催化剂对汞的催化氧化机理,开发能够实现NOx与汞协同控制的,稳定、高效、普适性强的低温SCR催化剂。     

Mn-Ce/分子筛的脱汞特性研究

采用浸渍法在分子筛载体上负载活性锰、铈组分得到一种复合催化剂,在小型实验台架上考察了催化剂的脱汞性能,并对改性前后的样品进行XPS表征以研究制备的催化剂的活性组分的变化.结果表明负载锰、铈组分的催化剂在300~450℃内有较高的氧化单质汞的能力,特别是在450℃时单质汞的氧化效率仍保持在80%以上.催化剂具有较多的利于单质汞氧化的官能团,其主要靠化学吸附脱汞.烟气中的SO2与NO对单质汞的氧化有一定的抑制作用.     

SCR气氛下Ce-W/TiO2催化剂的脱硝协同脱汞特性

在固定床反应器上研究了反应温度和烟气组分对Ce-W/TiO₂（物质的量比Ce：W=2：1）催化剂脱硝协同脱汞活性的影响.结果表明：反应温度对该催化剂的脱硝脱汞效率影响显著,在280~400℃温度区间,脱硝效率随温度升高而升高,而脱汞效率在温度为280℃与360℃的条件下较高,360℃时兼具最好的脱硝与脱汞效率.在SCR气氛中,HCl对Hg⁰的氧化脱除有极大的促进作用,低浓度的HCl也有利于脱硝效率的提高,但HCl浓度过高对NO的脱除有抑制作用;SO₂的存在对脱硝过程可起到促进作用,对Hg⁰的氧化有抑制作用.利用BET,XRD,SEM,TPD,XRF,NH3-TPD等分析手段对反应前后催化剂进行表征,结果表明：Ce-W/TiO₂无微孔结构,活性组分CeO₂和WO₃以高度分散的形式分布于载体表面.280℃条件下部分Hg以HgCl₂的形式吸附于反应后催化剂表面,随着反应温度的升高催化剂表面吸附态的汞急剧降低.SCR气氛中的HCl与SO₂会影响催化剂表面酸性,同时增加Cl和S元素含量,进而影响该催化剂的脱硝与脱汞效率.     

燃煤烟气脱汞处理技术

论述了燃煤烟气中汞的来源、存在形态、危害和脱除效率,综述了除尘装置、选择性催化还原(SCR)脱硝装置、脱硫装置对脱汞效率的作用,固体氧化物催化剂、卤素添加剂对单质汞的催化氧化的影响,探讨了单质汞催化氧化剂类型和脱硫中汞被还原的技术研究难点。燃煤电厂的监测数据表明脱汞中的重点问题有:如何提高SCR催化剂催化氧化单质汞的氧化效率,如何改进催化剂的抗硫性及稳定性,设备防腐蚀问题,如何改善湿法脱硫系统吸收效率以及吸收溶液中的汞沉淀分离技术:这些都是燃煤烟气汞污染控制技术的重点研究内容。     

Ce-Zr-Ox/ATS复合催化剂的制备及其催化氧化Hg0性能研究

采用等体积浸渍法制备了一系列的Ce-Zr-O_x/ATS复合催化剂,在模拟燃煤烟气中研究Ce-Zr-O_x/ATS复合催化剂催化氧化单质汞(Hg~0)的活性.结果表明,当空速小于7000 h~(-1)时,催化剂在200~350℃的温度区间内催化氧化活性能达到80%以上.当空速为3000 h~(-1),HCl浓度为20 mg·m~(-3),氧含量为6%(体积分数),350℃时催化剂活性最高为94.70%.催化剂表征结果表明,催化剂比表面积、孔容和孔径与汞脱除能力没有相关性.抗硫实验表明,SO_2会抑制Hg~0的脱除反应,原因是SO_2与HCl在催化剂表面活性位上的竞争吸附.300℃时,通入NH_3对催化活性有一定的抑制作用,原因是NH_3会与Hg~0和HCl在催化剂表面产生竞争吸附.     

MnOx/α-Al2O3催化氧化燃煤烟气中Hg0的试验研究

在模拟烟气中研究了MnOx/α-Al2O3催化剂对烟气零价汞(Hg0)的催化氧化效果,以及反应条件对Hg0氧化率的影响.结果表明,300℃时催化剂的活性最大,模拟烟气含有20mL/m2 HCI时Hg0的氧化率达到91%.在8000～32000h-1空速范围内,Hg0氧化率保持在90%以上;空速提高到96000h-1时,氧化率开始下降,并与空速成反比.烟气中的SO2与HCI竞争催化剂上的活性位,对催化氧化反应有一定抑制,500mL/m3 SO2使零价汞的氧化率下降约20%.此外,还对MnOx催化氧化零价汞的反应机制进行了探讨.     

MnOx/a-Al2O3催化氧化燃煤烟气中Hg0的试验研究

在模拟烟气中研究了MnOx/a-Al2O3催化剂对烟气零价汞(Hg0)的催化氧化效果,以及反应条件对Hg0氧化率的影响.结果表明,300℃时催化剂的活性最大,模拟烟气含有20mL/m3 HCl时Hg0的氧化率达到91%.在8000~32000h-1空速范围内,Hg0氧化率保持在90%以上;空速提高到96000h-1时,氧化率开始下降,并与空速成反比.烟气中的SO2与HCl竞争催化剂上的活性位,对催化氧化反应有一定抑制,500mL/m3 SO2使零价汞的氧化率下降约20%.此外,还对MnOx催化氧化零价汞的反应机制进行了探讨.     

零价汞在MnOx/α-Al2O3-氯气体系中的催化氧化

为强化烟气中零价汞向二价汞的转化,利用模拟含汞烟气研究了以MnOx/α-Al2O3作为催化剂、利用氯气作为氧化剂催化氧化零价汞的方法.着重考察了氯气浓度、温度、空速和SO2对催化氧化零价汞性能的影响,并与HCl作为氧化剂的结果进行了对比.同时,对催化剂进行表征,探讨了催化剂表面吸附态汞的形态.研究结果表明,Cl2较HCl更易活化且活性温度区间更广,在100～300℃范围内,Cl2体积分数为2.0×10-6时的催化氧化效率即可达80%以上;在1.6×104-6.4×104 h-1空速范围内,零价汞氧化率保持在90%以上.空速继续提高到1.92×105h-1时,零价汞氧化率呈现线性下降趋势;烟气中的SO2与Cl2:反应会消耗Cl2,Cl2体积分数低时对催化氧化反应抑制作用显著,但Cl2体积分数增至5.0×10-6时对催化氧化反应的抑制效果较弱,仅为10%左右.     

壳聚糖吸附剂脱除燃煤模拟烟气中汞的试验研究

采用在线检测法检测了纯氮气气氛下及模拟烟气气氛下高分子化合物壳聚糖吸附剂对单质汞的吸附特性,结果表明,温度升高有利于脱汞反应的进行,纯氮气氛下脱除汞单质效率不高,60℃时为28.85%, 120℃时升为38.46%;氮氧化物、硫氧化物对汞的脱除有一定的促进作用,在模拟烟气气氛下120℃时吸附剂出口平衡吸附率为48.05%,平均吸附率约68%.红外光谱分析揭示了壳聚糖吸附剂吸附烟气中汞的机理为2个游离氨基与2个羟基鳌合1个汞原子或汞离子.     

新型SCR脱硝催化剂对汞的催化氧化研究

现有脱汞技术存在成本高、对设备有腐蚀的问题,通过对传统SCR催化剂进行改性,提高汞氧化性能,开发出同时脱硝脱汞新型催化剂,考察了NH3以及HCl等对脱汞性能的影响。结果表明:SCR催化剂改性后零价汞氧化率可达40%以上,NH3对零价汞的催化氧化有抑制作用;HCl对零价汞的催化氧化基本无影响。     

负载硫氯化合物的活性炭去除单质汞的研究

文章在模拟含汞气体条件下研究了高温下负载氯化硫的活性炭对单质汞的去除效果及反应条件对去除率的影响。实验发现,140℃时负载氯化硫的活性炭在接近实际烟气汞浓度条件下能在长时间内保持较高的单质汞去除率;单质汞去除率与氯化硫负载率成正比,与反应温度和模拟含汞气体进口汞浓度成反比。     

低温磁性铁基SCR烟气脱硝的实验研究

在流化床反应器中,以磁性铁氧化物(Fe3O4、γ-Fe2O3)颗粒为床料,氨为还原剂,进行了中低温SCR烟气脱硝实验研究,然后对反应辅加磁场,初步研究磁场对磁性γ-Fe2O3催化剂SCR脱硝的影响,并对床料进行了XRD分析.结果表明,Fe3O4的SCR活性较差,γ-Fe2O3的SCR活性较佳,在250℃其催化脱硝效率能达到90%,但在250℃以上Fe2O3会对氨的氧化起作用,因而在250℃及以下的邻近温度区间是最佳催化温度区间.此外,在150~290℃,外加磁场能促进γ-Fe2O3对NO的吸附,提高脱硝效率,使250℃时的脱硝效率达到95%左右,但在290℃以上,则会降低脱硝效率.为了抑制氨的氧化,发挥磁场对γ-Fe2O3脱硝的作用,适合在200~250℃低温区间内采用γ-Fe2O3催化剂进行SCR脱硝.     

钴-铁氧化物复合催化剂催化脱汞的试验研究

采用钴-铁氧化物制备复合催化剂,研究烟气中零价汞的催化氧化脱除性能。考察了催化剂制备的焙烧温度、不同活性组分及不同负载量、烟气温度、NH3/NO及SO2浓度对零价汞催化去除效率的影响规律。结果表明:以Co和Fe作为活性组分的复合催化剂脱汞效率明显高于单一金属催化剂,8%Co-2%Fe的催化剂活性最好,催化剂最佳活性温度为300℃,焙烧温度为400℃时活性最好,烟气中NH3/NO及SO2抑制催化剂的脱汞活性。温度为300℃时可获得86.7%的零价汞脱除效率。     

活性炭负载催化剂对模拟烟气中单质汞的吸附

通过浸渍法在活性炭上负载催化剂MgCl_2、CoCl_2、MnCl_2对活性炭进行改性,研究了催化剂负载量、吸附温度对活性炭吸附模拟烟气中单质汞的影响。在活性炭表面上添加无机盐MgCl_2、COCl_2、MnCl_2形成各种表面化学基团,从而加快了在炭表面对汞进行的化学吸附行为,提高活性炭的吸附能力和选择性。结果表明,在负载量为5%时,MnCl_2的改性效果最好,吸附效率提高了93%,其次是CoCl_2效率提高了90%。这在于Mn、Co这两种过渡元素价电子层结构为:(n-1)d~(1-10)ns~2,易形成杂化轨道,与单质汞发生氧化还原反应,也可以接受烟气中氧等配体的孤电子对,与活性炭表面的官能团易形成具有独特的催化性能的配合物,这种配合物作为中间产物可对汞的氧化-化学吸附起到配位催化作用,为模拟烟气中单质汞的吸附提供了适宜的反应表面。     

沿面放电氧活性物质注入协同SCR脱除烟气中NO_x

为了提高选择性催化还原(SCR)在低温区(200℃)的脱硝性能,提出利用插在烟道中的沿面放电反应器生成氧活性物质,部分氧化NO以实现低温快速SCR脱硝过程.同时,研究了氧活性物质注入实现快速SCR的脱硝性能,考察了氧活性物质注入降低二氧化硫和水蒸汽对SCR反应的影响.实验结果表明:在模拟烟气温度为150℃时,采用氧活性物质注入,部分氧化烟气中的NO以实现快速SCR反应条件下(NO/NO2浓度比为1),脱硝效率为51.9%,比标准SCR提升23%;当模拟烟气中存在SO2或H2O时,氧活性物质注入可有效降低SO2、H2O对SCR脱硝效率的影响.     

SCR系统中烟气组分对零价汞氧化效率的影响研究

通过模拟选择性催化还原(SCR)系统,研究烟气组分中HCl、SO2、NO以及O2对于烟气中零价汞(Hg0)氧化效率的影响。实验结果表明:HCl会明显促进Hg0的氧化效率,随着HCl浓度的增大,Hg0的氧化效率呈大幅度上升的趋势,但会逐渐趋于一个常量;SO2的存在会明显抑制Hg0的氧化,当SO2的浓度由105.0 mg/m3升高到525.0 mg/m3时,Hg0的氧化率由93.3%下降到86.7%;NO对于Hg0的氧化有一定的促进作用,当NO浓度由149.2 mg/m3升高到298.4 mg/m3时,Hg0的氧化率由86.7%升高到93.3%;O2是提高Hg0氧化率必不可少的条件,O2含量的增加可以明显促进Hg0的氧化。正交实验表明:4种主要烟气成分对Hg0氧化效率的影响作用排序为:HClO2SO2NO,获得汞的最大氧化效率实验方案为:HCl、O2、SO2、NO的浓度分别为4.8 mg/m3、5%、105.0 mg/m3和186.5 mg/m3。     

添加CaCl2对烟气净化装置联合脱汞的规律分析

煤炭燃烧向大气中排放了大量汞。为了探究经济有效的汞排放控制方法,在管式炉中进行了CaCl₂晶体的水解实验,CaCl₂在一定温度和气氛下会水解产生HCl,HCl有利于烟气中Hg0的氧化。且随着反应温度的增加,水解率呈上升趋势。在流化床炉中进行了CaCl₂溶液蒸发协同脱汞实验。CaCl₂溶液喷洒在燃煤中可显著提高SCR脱销装置对Hg0的氧化率;煤中喷洒CaCl₂溶液可提高烟气中Hg2+的浓度和占比,从而提高湿法烟气脱硫装置（WFGD）对气态Hg的脱除效果。相比于喷洒在原煤中,将CaCl₂溶液喷洒在布袋除尘器（FF）前的蒸发干燥塔中,可显著提高FF脱除Hg的效果。整体上看,当温度越高,氯添加比越高时,烟气净化装置协同脱汞的效率也越高。     

过渡金属元素掺杂改性SCR对零价汞的催化氧化性能

为提高商用SCR催化剂对Hg0(零价汞)的催化氧化活性,研究了过渡金属对其进行掺杂改性的方法,并利用固定床反应平台考察了不同试验条件下改性催化剂对Hg0的氧化效率. 结果表明:Y、Zn、Ni和Zr等过渡金属的掺杂可明显抑制SCR催化剂的催化活性,而Fe、Cu掺杂改性SCR催化剂对Hg0的催化氧化性能有显著提升. 在反应温度为350 ℃、空速比为370 000 h-1、φ(HCl)为1×10-5的条件下,Fe、Cu掺杂改性的SCR催化剂对Hg0的氧化效率均能达到90%以上,并且Fe掺杂改性后的SCR催化剂的脱硝性能也未受到明显影响. 借助XRD和XPS等表征手段,对反应前后Fe掺杂改性SCR催化剂进行了研究,表明Fe改性SCR催化剂遵循Mars-Maessen和Langmuir-Hinshelwood机制,可明显提高对Hg0的催化氧化效率,因此,应用前景较好.      

CeCl3/活性炭纤维去除模拟烟气中单质汞的实验研究

运用等量浸渍法制备了一系列CeCl3/ACF去除剂,研究了不同负载量、不同温度和不同烟气成分对其脱汞效果的影响,并采用BET和XRD 等手段对去除剂的理化性质进行了表征.结果表明,负载CeCl3后显著改善了活性碳纤维的脱汞能力,在本实验条件下,CeCl3的最佳负载量为5%(质量分数);当反应温度低于140°C时,去除剂的脱汞效率随着温度的升高而升高,当反应温度超过140°C后,去除效率随温度的升高而下降; 通过考察NO、SO2和水蒸气对ACF脱汞效果的影响发现,NO对单质汞脱除具有一定的促进作用,不同浓度的NO与单质汞的脱除效率之间存在正相关关系;SO2对单质汞的脱除具有抑制作用,且脱除效率随着SO2浓度的增加而下降;水蒸气对单质汞的脱除具有阻碍作用.