燃煤煙氣中零價汞的催化氧化研究.pdf

1、燃煤已成為主要的人為汞排放源，各國正積極尋求燃煤汞排放控制的措施，并展開了深入研究。燃煤煙氣中的零價汞難以直接通過現(xiàn)有煙氣凈化裝置有效去除。我國燃煤中汞含量偏高而氯含量較低，致使我國燃煤煙氣中Hg0控制問題突出。采取適當(dāng)輔助措施實現(xiàn)Hg0向Hg2+的高效轉(zhuǎn)化，以充分利用脫硫裝置高效吸收Hg2+是目前Hg0控制中最經(jīng)濟實用的途徑，并逐漸成為研究熱點。本文采用金屬氧化物作為催化劑，并結(jié)合適當(dāng)?shù)难趸瘎崿F(xiàn)零價汞的高效氧化，并利用金屬元素摻雜技

2、術(shù)改性催化劑以提高其抗硫性能。主要研究內(nèi)容如下： ⑴考察了不同過渡金屬元素的氧化物對零價汞的吸附和催化氧化性能，并從中篩選出了性能優(yōu)異的活性組分進行深入研究?；钚越M分的篩選結(jié)果表明：五種金屬氧化物的吸附性能呈現(xiàn)以下趨勢：CoOx>MnOx>ZrOx>CuOx>FeOx；結(jié)合HCl作為氧化劑測得各活性組分的催化活性呈現(xiàn)以下趨勢：MnOx>CoOx>ZrOx>FeOx>CuOx。選取MnOx為催化劑，并對其作了深入研究。

3、 ⑵吸附試驗表明：汞的吸附屬于化學(xué)吸附，載體對MnOx的吸附性能影響很大，這是由于載體比表面積的影響，1 wt.％MnOx/?-Al2O3的吸附量達到75 ?g/g，而1 wt.％MnOx/α-Al2O3僅為1.1 ?g/g。吸附反應(yīng)的最適溫度是250℃～350℃；氧含量達到5％基本滿足吸附反應(yīng)的需要。吸附飽和的催化劑可通入HCl實現(xiàn)催化劑表面吸附態(tài)汞的解析、達到再生催化劑的目的，解析的汞以HgCl2進入煙氣。 ⑶以MnOx/

4、α-Al2O3作為催化劑、通過HCl和Cl2作為氧化劑進行催化氧化實驗，并考察了反應(yīng)條件對零價汞氧化率的影響。結(jié)果表明，300℃時催化劑的活性最大，模擬煙氣含有20ppm HCl時零價汞的氧化率達到91％。在8,000 h-1～32,000 h-1空速范圍內(nèi)，零價汞氧化率保持在90％以上；煙氣中的SO2與HCl競爭催化劑上的活性位，對催化反應(yīng)有一定程度抑制作用，500ppm SO2使零價汞的氧化率下降約20％。以Cl2作為氧化劑的結(jié)果表

5、明，Cl2較HCl更易活化且活性溫度區(qū)間更廣，在100℃～300℃范圍內(nèi)2 ppmCl2時催化氧化效率即可達80％以上。在16,000 h-1～64,000 h-1空速范圍內(nèi)，零價汞氧化率保持在90％以上；煙氣中的SO2與Cl2反應(yīng)消耗Cl2，使Cl2濃度低時對催化氧化反應(yīng)抑制作用顯著，但Cl2濃度增至5 ppm時抑制效果較弱，僅為10％左右。另外，結(jié)合XPS以及熱解析表征分析了汞在催化劑表面吸附和催化氧化后的形態(tài)變化，并對汞的吸附、催

6、化氧化機理進行了推測，該反應(yīng)可通過Mars-Maessen機理來描述，且該反應(yīng)受熱力學(xué)平衡和反應(yīng)動力學(xué)雙重因素的制約。 ⑷探討了金屬元素摻雜技術(shù)改性MnOx以提高其催化活性和抗硫性能。通過Ce、Sr、Mo、W四種元素摻雜發(fā)現(xiàn)：1％的鎢摻雜對催化活性有負面作用，另外三種元素摻雜后沒有SO2時催化活性無顯著變化。鉬摻雜能有效改善MnOx抗SO2的性能，在500 ppm SO2存在的情況下，摻雜鉬的催化劑其催化氧化效果比MnOx高出