協(xié)同脫汞及氨多效SCR催化劑性能研究.pdf

1、汞屬于劇毒的重金屬污染物,其過量排放已對(duì)全球環(huán)境造成危害,有關(guān)汞污染控制的國(guó)際公約已正式出臺(tái)。由于我國(guó)燃煤使用量巨大,燃煤中含汞量偏高,使得我國(guó)燃煤煙氣汞污染問題十分嚴(yán)峻,所面臨履約減排壓力大。因此,如何對(duì)燃煤煙氣汞排放進(jìn)行有效控制成為近幾年國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。煙氣中以氣態(tài)零價(jià)汞形式存在的汞,由于其易揮發(fā)性和低水溶性,很難被現(xiàn)有煙氣凈化裝置去除。利用現(xiàn)有選擇性催化還原脫硝(SCR)裝置將煙氣中的零價(jià)汞催化轉(zhuǎn)化為二價(jià)汞是提高燃煤電廠煙氣除汞

2、的有效方法。但是現(xiàn)有常規(guī)SCR催化劑在低濃度HCl的煙氣中對(duì)零價(jià)汞的轉(zhuǎn)化效率較低,而且隨著催化劑活性的下降,NH3的逃逸問題比較突出,不僅對(duì)下游煙氣系統(tǒng)有很大影響,而且會(huì)基本降低SCR催化劑對(duì)零價(jià)汞的催化氧化效率。因此,如何在保證較高的SCR脫硝效率的同時(shí)控制氨的逃逸并提高零價(jià)汞的轉(zhuǎn)化,目前已成為SCR脫硝技術(shù)中的研發(fā)熱點(diǎn)。本研究提出了SCR-Plus的概念,即在SCR裝置末端增加SCR-Plus催化劑,使其兼具脫硝、除汞、逃逸氨控制的

3、多效催化活性,以實(shí)現(xiàn)多污染物協(xié)同控制。
　　本文首先分別考察了Cu及Ru等金屬元素對(duì)V/W/Ti型SCR催化劑的改性效果。結(jié)果表明,Cu、Ru兩種金屬元素改性后的催化劑對(duì)逃逸氨均有較好的脫硝效果及強(qiáng)化氨的催化分解作用。對(duì)氨分解產(chǎn)物分析表明,Cu改性催化劑對(duì)氨的分解產(chǎn)物中NO x轉(zhuǎn)化率較高,而Ru改性SCR催化劑不僅具有非常高的氨催化氧化活性,同時(shí)其分解產(chǎn)物對(duì)N2的選擇性能夠達(dá)到90％以上。另外還考察了溫度,SO2,NO等因素對(duì)逃逸

4、氨的分解作用的影響,催化劑在300-400 oC的范圍內(nèi)具有較好的活性,SO2對(duì)氨的分解作用具有抑制作用;1%Ru/SCR催化劑具有很好的耐硫性能,經(jīng)過預(yù)硫化處理后,在NO存在的條件下,NH3去除率能夠達(dá)到80%以上。另外,以Ru改性SCR催化劑為基礎(chǔ),對(duì)催化劑的性能進(jìn)一步優(yōu)化,考察其對(duì)氮氧化物、零價(jià)汞、逃逸氨的催化轉(zhuǎn)化活性。從經(jīng)濟(jì)性和脫硝性能考慮,為了將Ru的負(fù)載量降低到0.2%,Mo被用來與Ru對(duì)催化劑進(jìn)行復(fù)合改性。結(jié)果表明,Mo的

5、添加改性不僅能夠增強(qiáng)改性催化劑對(duì)零價(jià)汞的氧化效率和耐二氧化硫干擾能力,同時(shí)能夠強(qiáng)化其對(duì)逃逸氨的選擇性分解能力。另外,考察了NO、NH3、水蒸氣、溫度、預(yù)硫化、空速等因素對(duì)零價(jià)汞和逃逸氨轉(zhuǎn)化的影響。Mo-Ru/SCR催化劑在僅含有5 ppm HCl的模擬煙氣中對(duì)零價(jià)汞的去除效率能夠維持在99%以上,而對(duì)氨的去除效率也能夠達(dá)到95%。
　　本研究通過XRD、XPS、TEM、TPR等表征方法和宏觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)探討了催化劑改性和催化反應(yīng)可能的

6、機(jī)理。通過對(duì)Deacon反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究以及對(duì)零價(jià)汞、逃逸氨轉(zhuǎn)化機(jī)制的探討發(fā)現(xiàn),催化劑表面的未飽和Ru cus和因其形成的橋架氧O br是催化反應(yīng)的關(guān)鍵。零價(jià)汞的催化轉(zhuǎn)化不是由Deacon反應(yīng)產(chǎn)生的Cl2直接氧化,而是被HCl在橋架氧O br作用下發(fā)生脫氫反應(yīng)生成的Cl原子氧化。氨氧化也是通過脫氫反應(yīng)生成中間產(chǎn)物Ru cus-NH2*的途徑得到進(jìn)行的。通過本文的實(shí)驗(yàn)研究和機(jī)理分析,SCR-Plus催化劑(Mo-Ru/SCR)能夠在維持較高