燃煤烟气中单质汞的催化氧化技术研究进展

概述了燃煤机组选择性催化还原法(SCR)催化剂对烟气中单质汞的催化氧化性能,分析了烟气组分如HCl、SO2、NO和NH3等及SCR系统运行操作条件对单质泵氧化的影响.同时,介绍了新型催化剂包括锰及其氧化物、氯化铜和氧化铜、贵金属类、稀土类、光催化剂等的研究进展,提出烟气中单质汞催化氧化进一步研究的方向应为SCR工艺对单质泵的氧化作用和机理,研发新型廉价催化剂,以及这些催化剂对汞的氧化效果.     

CaCl_2改性选择性催化还原催化剂氧化汞的实验与机理研究

基于选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂对单质汞的氧化受煤中氯含量的限制,提出利用氯化钙改性SCR催化剂促进单质汞的氧化。在固定床实验台上研究了不同氯化钙添加量下SCR催化剂对单质汞的氧化性能,进而利用基于密度泛函的理论方法计算了单质汞在催化剂以及改性后的催化剂表面的吸附行为。结果表明,单独的SCR催化剂对单质汞的氧化效果很小,氧化效率仅为7%,添加1%的氯化钙后氧化效率提高到79%。进一步的理论计算表明,氯化钙中的氯容易与V2O5表面的氧结合,起到改性SCR催化剂的作用,而Hg0在改性后的V2O5表面可以生成稳定的HgCl,其中HgCl一部分脱附到烟气中,一部分吸附在催化剂表面,有利于单质汞的氧化。     

改性碳纳米管对富氧燃烧烟气中单质汞的催化氧化特性

研究了一种钼改性载锰碳纳米管(Mn-Mo/CNT)低温汞氧化催化剂在富氧燃烧烟气中对单质汞的催化氧化效果。结果表明:由于CO_2会使催化剂表面的活性锰成分碳酸盐化,因此CO_2体积分数过高会强烈抑制该催化剂对汞的氧化;富氧烟气中SO_2体积分数过高则会促进催化剂对单质汞的氧化,但是SO_2的存在并没有完全消除CO_2的影响;H_2O体积分数较高不会对催化剂氧化汞的效果造成明显影响;由于催化剂对HCl比对CO_2的吸附能力更强,因此富氧燃烧烟气中仅存的少量HCl可完全消除CO_2对催化剂氧化汞造成的不利影响。     

低温等离子体促进烟气中单质汞氧化的特性分析

建立了实验室规模的低温等离子体氧化单质汞效能测定系统。实验研究了在介质阻挡放电所产生的低温等离子体条件下,烟气中主要成分对单质汞氧化的影响规律。实验结果表明:低温等离子体对烟气中单质汞均可达到较高的氧化效率;O2和H2O单组分可显著促进单质汞的氧化,1.5%的O2和4%的H2O分别可以获得97.4%和92.5%以上的单质汞氧化效率,电离产生的O、O3、OH等具有氧化性的活性粒子起到了重要作用;CO2的存在会增加烟气的还原性氛围,对单质汞的氧化具有不利影响;在Hg/N2/O2/CO2/H2O复杂烟气氛围下,由于活性基团相互之间的制约,单质汞的氧化率平均为75%,在烟气中添加少量的HCl会明显提高单质汞的氧化率。提出了在等离子体条件下HCl离解并氧化单质汞的机制。     

燃煤烟气脱硝喷卤素协同脱汞效果评估

为进一步降低现有燃煤机组烟气污染物排放质量浓度,实现大气污染物的协同深度治理,选取现役的选择性催化还原（SCR）催化剂作为研究对象,对不同条件下HCl/HBr等卤素成分对现役SCR催化剂脱硝协同汞氧化效果进行实验研究,并设计卤素溶液喷射系统,依据实验室研究结果,在现场脱硝过程中进行了不同浓度NH4Cl/NH4Br溶液喷射的工程应用与试验。结果表明:脱硝过程合理添加NH4Cl或NH4Br溶液均可有效提高现役SCR脱硝催化剂对单质汞氧化能力,HCl/HBr共同作用可以提高单一HCl在SCR催化剂表面对单质汞的氧化效果,进一步通过脱硝、下游脱硫、除尘等环保设施实现汞污染物的高效协同脱除。     

CuO-WO3/TiO2催化氧化燃煤烟气中Hg0试验研究

提高燃煤电厂现有选择性催化还原（SCR）催化剂催化氧化单质汞（Hg⁰）的性能,能够有效增强燃煤电厂利用现有烟气污染物控制装置协同脱汞效率。采用分步浸渍法制备了一系列CuO-WO₃/TiO₂（CuWTi）催化剂,在温度150~350 ℃时模拟燃煤烟气条件,考察了催化氧化Hg⁰性能,并与商用脱硝催化剂进行了比较。探究了烟气中O₂、SO₂和NO等气体对Hg⁰氧化性能的影响规律。发现商用脱硝催化剂和WTi催化剂在不含HCl的模拟烟气中对Hg⁰氧化率均在30%以下,而Cu₂W₈Ti催化剂具有较好的Hg⁰氧化性能。采用X射线光电子能谱分析仪（XPS）对催化剂进行了表征,结果表明,CuO与WO₃的相互作用在催化剂表面生成了丰富的化学吸附氧,促进了Hg⁰的氧化。Hg⁰在Cu₂W₈Ti催化剂表面的氧化过程遵循Mars-Maessen机制。     

烟气脱汞技术研究进展

烟气脱汞技术包括吸附剂法、化学氧化法和利用现有设备与技术控制汞排放法3种.吸附剂法是目前最成熟的一种烟气脱汞技术,常用的脱汞吸附剂有活性炭类吸附剂、飞灰、钙基吸附剂、矿物类吸附剂以及各种新型吸附剂;化学氧化法主要包括光催化氧化、金属及金属氧化物催化氧化和选择性催化还原法等,是利用氧化剂或催化剂将烟气中的Hg0氧化成Hg2+后,再进行脱除;利用现有的袋式除尘设备能除去烟气中的Hgp,静电除尘器不但能除去Hgp,还能有效氧化吸附Hg0;湿法脱硫技术可去除Hg2+.     

脱汞催化剂对燃煤电厂汞排放特性的试验研究

江西某电厂700 MW机组锅炉SCR加装了脱汞催化剂,为了比较加装脱汞催化剂前后对环保控制设备协同脱除烟气汞的效果,通过对该机组锅炉脱汞催化剂投入前后烟气中汞含量的测定,分析了脱汞催化剂投入前后汞排放的形态分布。结果表明:脱汞催化剂投入后,汞氧化率由49.64%上升为81.67%。WFGD对总汞的脱汞效率由63.52%上升为82.93%,机组汞排放含量由7.78μg/m~3下降为3.98μg/m~3,降幅达48.84%。脱汞催化剂投运对于烟气汞的脱除效率有明显效果。对比OHM法和30B法测试结果,发现两种方法对总汞的测试准确性较好,对氧化态汞和单质汞测试偏差不大。     

铜改性凹凸棒土催化剂汞氧化实验研究

针对燃煤电厂烟气脱硝系统中汞氧化效率不足的问题,制备了一系列铜改性凹凸棒土(copper modified attapulgite,Cu-ATP)催化剂,以期在脱硝设备尾部实现单质汞(Hg~0)的高效氧化。在150～400℃温度范围内测试了Cu-ATP的汞氧化活性,分别考察了HCl、O_2、SO_2、H_2O、NH_3等烟气成分的影响,并在模拟脱硝装置尾部烟气中探究了其汞氧化效果。结果表明,烟气中8.1mg/m~3 HCl的存在即可显著提升Cu-ATP催化剂的汞氧化活性,其中Cu_3-ATP在模拟烟气中的汞氧化效率高达94%。采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对催化剂进行表征,发现表面存在的Cu O可能在汞氧化反应中起重要作用。研究表明,当HCl和O_2存在时,Cu_3-ATP表面活性氯以及Cl_2的形成促进了Hg~0的高效氧化。SO_2的存在会抑制Cl_2的生成,因此,活性氯在Cu_3-ATP表面的汞氧化反应中起关键作用。     

静电除尘器对烟气汞脱除作用的实验研究

介绍了由电厂静电除尘器对燃煤烟气汞脱除作用的现场测试得到静电除尘器进出口位置烟气汞的形态分布及静电除尘器对烟气汞的脱除效率。结果表明,静电除尘器对烟气汞的脱除效率为27.9%,以脱除烟气中氧化态汞和颗粒汞为主,对单质汞脱除效果较弱。飞灰中细颗粒(25μm～60μm)占到58.5%,其对烟气汞的吸附能力较强,使静电除尘器对烟气汞,特别是氧化态汞具有良好的脱除效果。采取措施使元素汞转化为氧化态汞,提高飞灰吸附汞的能力,是提高静电除尘器对烟气汞脱除效率的技术方向。