Oxidation efficiency of elemental mercury in flue gas by SCR De-NOx catalysts

采用模拟实验方法,在氧化气氛工况和SCR(选择性催化还原法)工况下,对比研究新鲜的和运行40000h的SCR催化剂对零价汞(Hg0)的氧化效率,并结合N2吸/脱附、SEM-EDS、FT-IR、离子色谱法等手段对催化剂的组成及结构进行了表征.结果表明,在氧化气氛工况下(一定的HCl和O2浓度),40000h催化剂对零价汞的氧化效率比新鲜催化剂低5％～20％,但是,在SCR工况(氧化气氛下加入NH3和NO)下,氧化效率仅下降5％～10％.运行40000h催化剂出现表面颗粒的团聚现像,而且比表面积、活性物质V及V5+=O基团的含量均相对下降；然而,运行40000h催化剂的水溶性离子含量(特别是Na+、K+、NH4+、SO42-)要高于新鲜催化剂.这些因素都会影响催化剂表面活性位和内部孔道结构,从而影响到催化剂对于烟气中Hg0的氧化效率.     

改性SCR催化剂对单质汞氧化性能的研究

在模拟SCR反应器烟气组分下,考察了过渡金属改性掺杂对SCR催化剂单质汞(Hg0)氧化性能的影响。采用N2吸附-脱附和X射线衍射(XRD)对催化剂理化性能进行表征。结果表明,金属改性掺杂减小了催化剂的比表面积和总孔容,但对催化剂的孔径分布没有太大的影响。XRD谱图中出现了微弱的过渡金属氧化物衍射峰。8%Ce/SCR和8%Cu/SCR催化剂表现出了相对稳定和高效的Hg~0氧化效率,而8%Co/SCR催化剂Hg~0氧化效率受温度影响较大。金属改性掺杂的催化剂在低NH_3和NO烟气组分中表现出较好的Hg~0氧化效率,当烟气组分中存在HCl时,促进更加明显;而当催化剂在高NH3和NO烟气组分条件下,即使有HCl的存在对Hg~0氧化效率影响也不大。     

钙中毒商用SCR脱硝催化剂的再生特性研究

本研究分别选用络合剂氨基三甲叉膦酸(ATMP)、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)对钙中毒商用SCR脱硝催化剂(V₂O₅-WO₃/TiO₂)开展了再生方法研究,借助BET、NH₃-TPD、H₂-TPR和XPS等分析测试方法和实验探究考察了再生前后催化剂的理化特性及再生脱硝性能。结果表明,ATMP与PBTCA具有高效的再生性能,再生催化剂的脱硝效率在400℃下分别从25.8%恢复至89.8%与88.1%。与稀H₂SO₄再生相比,ATMP与PBTCA对催化剂的再生具有更高的除钙率与更低的钒损失率(不足5%)。使用ATMP与PBTCA对催化剂再生可有效恢复催化剂表面的Br?nsted酸性位;催化剂表面的活性钒物种V⁵⁺和表面化学吸附氧O_α明显增加,催化剂整体活性达到最优水平。因此,将络合剂ATMP与PBTCA用于失活SCR脱硝催化剂的再生具有广阔的应用前景。     

中温商业SCR催化剂碱和碱土中毒特性研究

在实验室条件下对选择性催化还原(SCR)商业催化剂的碱(K)和碱土(Ca)中毒进行了模拟,并采用液氮吸附、扫描电镜、能谱分析、NH_3-程序升温脱附、H_2-程序升温还原等方法对催化剂中毒前后的物理化学性质变化进行了表征。结果表明,K和Ca的中毒没有破坏商业中温SCR催化剂孔的基本结构,但K和Ca的中毒使催化剂的比表面积和孔容减小。K和Ca的中毒在一定程度上改变了催化剂表面钒的价态,导致了钒的还原能力减弱,同时降低催化剂表面化学吸附氧。钾中毒和钙中毒使催化剂的表面酸量降低。钾和钙中毒造成中温SCR催化剂的脱硝活性降低,并且Ca中毒造成的催化剂活性降低要明显高于K中毒。     

V2O5-WO3/TiO2催化剂氨法SCR脱硝反应动力学研究

In this work, a kinetic study of the selective catalytic reduction of NO with NH3 has been carried out. After proving the operating condition that the effect of intraphase diffusion and interphase mass-transfer processes can be ignored, the selective catalytic reduction of NO with NH3 on the catalytic activity of V2O5-WO3/TiO2 has been carried out with fixing the feed gas flow rate and composition （ NO, NH3, O2 ） while varying the catalyst loading. Based on the experimental results of NO removal efficiency, the empirical catalytic reaction rate equation of NO with NH3 has been obtained using differential analysis. The experimental result is further proved by the graphic integral method at the temperature from 320℃to 400 ℃ The reaction order is 1 to NO and zero to NH3. The reaction follows the Eley-Rideal mechanism model.     

改性SCR催化剂对Hg0催化氧化性能的研究

采用一系列金属氧化物对商用SCR催化剂进行掺杂改性,筛选出最优Ce掺杂SCR催化剂,模拟实际烟气组分,考察了Ce改性催化剂对烟气中Hg⁰氧化的影响。实验结果表明,Ce掺杂比例适当可显著提高其催化活性,Ce最佳负载量为9%时,Hg⁰的催化氧化效率比未掺杂SCR催化剂提高近40%,BET和XRD也显示,CeO₂在催化剂表面分散程度较好,未出现聚集现象。烟气工况对Hg⁰的催化氧化具有重要影响,其中,烟气组分HCl显著促进了Ce改性催化剂对Hg⁰的氧化,在一定温度范围内,Hg⁰的氧化效率随着温度升高而增加,在最佳空速、温度和烟气组分浓度时,Hg⁰的催化氧化效率可达95.11%。此外,掺杂CeO₂之后SCR催化剂的脱硝性能并未受到影响。     

SCR烟气脱硝对PM2.5排放特性的影响机制研究

采用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装置出口PM_2.5物性进行分析,考察SO₂氧化与PM_2.5形成的关系,并采用原位漫反射红外光谱(DRIFTS)对SCR脱硝过程中NH₄HSO₄的生成及SCR脱硝温度条件下的NH₄HSO₄热稳定性进行了分析研究。结果表明,经SCR脱硝后,亚微米级细颗粒数浓度明显升高,且形貌特征及元素组成发生变化,形成的细颗粒主要为NH₄HSO₄及少量(NH₄)₂SO₄;SCR烟气脱硝对PM_2.5排放特性的影响主要通过以下途径:一是SO₃与SCR烟气脱硝系统中的NH₃、H₂O反应形成;二是SO₃与逃逸的NH₃、H₂O在SCR脱硝装置后续系统发生反应形成硫酸氢铵与硫酸铵;此外还与SO₃和烟气中游离的CaO等碱土金属氧化物反应形成硫酸盐,随烟气携带出SCR脱硝装置有关。     

燃煤电厂SCR催化剂的失活及再生实验研究

对某燃煤电站脱硝系统已运行24000 h的SCR催化剂进行活性测试,利用XRD、BET、XRF、FT-IR和XPS等表征手段分析发现,催化剂出现微、中孔堵塞及活性物质氧化等问题,导致催化剂失活。采用水洗和酸洗方法清除催化剂孔道中的堵塞物,发现水洗能还原部分V物质而酸洗能恢复催化剂表面的活性位并均匀负载具有提高活性位酸性作用的硫物种。对水洗后的催化剂进行SO_2硫化处理,发现相比酸洗Br■nsted和Lewis酸性位强度提高的同时Lewis酸性位密度也提高。再生处理后,酸洗在250℃以上活性恢复到新鲜催化剂水平,450℃硫化催化剂活性在380℃达到新鲜催化剂活性的104.6%。     

Fe/Al-SiO_2复合金属氧化物用于燃煤烟气中汞的脱除

采用不同方法制备了Fe/Al-SiO_2复合金属氧化物以模拟赤泥成分,模拟烟气条件下考察其脱汞性能。结果表明,采用溶胶-凝胶法得到的复合金属氧化物在300-450℃具有优异的脱汞性能,其中,在350℃、3 h内平均脱汞率可达到94.8%。Fe_2O_3为Hg~0的氧化提供了晶格氧和化学吸附氧;SiO_2形成的硅溶胶则有利于活性组分Fe_2O_3的分散,增强了Hg~0与活性位的接触。基本模拟烟气中存在微量HCl和NO时,Hg~0脱除率接近100%;当烟气中存在0.2 mL/min、0.4 mL/min的SO_2时,吸附剂的平均脱汞率分别降至90.7%、53.4%,这主要是由于SO_2与Fe_2O_3反应生成Fe_2(SO_4)_3,导致了Fe_2O_3的失活并抑制汞的脱除。     

Enhanced activity and SO2 resistance of Co-modified CeO2-TiO2 catalyst prepared by facile co-precipitation for elemental mercury removal in flue gas

The Co-modified CeO₂-TiO₂ catalyst prepared by facile co-precipitation was used for efficient elemental mercury oxidation in flue gas. Results indicated that Co doping greatly enhanced the activity and SO₂ resistance of the CeO₂-TiO₂ catalyst. In the presence of 5% O₂, 500 ppm NO, 800 ppm SO₂ and 3% H₂O at 200 °C, the Hg⁰ removal efficiency of CeCo₃/Ti could maintain at about 87% for a relatively long time. Characterizations of catalysts (BET, XRD, Raman spectroscopy, TEM, H₂-TPR, O₂-TPD, XPS, TG-MS and SO₂-DRIFTS) were carried out to reveal the mechanism of Co modification on the redox ability, SO₂ resistance and resultant mercury oxidation removal performance of catalyst. It was found that an interaction of Ce with Co promoted the dispersion of CeO₂, increased chemisorbed oxygen concentration, and improved the oxygen storage capacity and the reducibility of catalyst, which was beneficial to the improvement of Hg⁰ oxidation removal. Hg⁰ would adsorb onto the catalyst and react with surface active oxygen species replenished by gas-phase O₂ to be oxidized via Mars-Maessen mechanism. SO₂ consumed the surface active oxygen species and resulted in the reduction of Ce⁴⁺ to Ce³⁺, which induced the deactivation of catalyst. The introduced Co in CeO₂-TiO₂ catalyst exerted the function of protecting Ce⁴⁺ from being poisoned by SO₂ and thus promoted the sulfur resistance and Hg⁰ removal performance of the catalyst in the presence of SO₂.     

活性炭催化氧化脱除单质汞的研究

模拟煤气的气氛,在硫化氢（H₂S）和氧气（O₂）存在条件下,对活性炭催化氧化吸附单质汞（Hg⁰）的性能进行了研究。结果表明,H₂S和O₂存在条件下,活性炭对Hg⁰的吸附能力明显提高。在180min内,H₂S和O₂共存气氛下,脱汞效率约为78%;只有H₂S存在下,脱汞效率约为69%;没有H₂S和O₂气氛下活性炭脱汞效率快速下降为28%。随着吸附温度的升高,入口汞浓度的提高和吸附剂粒径的增大,活性炭的脱汞效率会随着下降。通过XRD表征表明,Hg⁰的吸附反应机理是Hg⁰在活性炭催化氧化下与H₂S形成硫化汞（HgS）,从而实现了Hg⁰的稳定化脱除。     

膨润土-壳聚糖及其改性吸附剂脱除燃烧烟气中Hg0的性能研究

应用VM3000在线测汞仪作为检测手段,在固定床实验台架上,以改性膨润土 壳聚糖为吸附剂进行脱汞(Hg⁰)实验研究。采用N₂吸附/脱附、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等分析仪对吸附剂进行表征。分析发现改性后吸附剂的孔隙和比表面积降低;碘离子进入了膨润土的内部,碘、硫酸和壳聚糖中的氨基发生了化学反应。脱汞实验表明,负载壳聚糖的膨润土吸附剂表现出较膨润土差的脱汞效果,证明膨润土负载壳聚糖脱除气态中单质汞的机理和液相中二价汞的机理不同。经碘改性后,各吸附剂均可不同程度地提高其脱汞效率,且以碘改性膨润土的脱汞效果最好;碘改性吸附剂中添加适量的硫酸后,膨润土负载壳聚糖吸附剂的脱汞效率从85%提高至100%,因与膨润土负载壳聚糖不同的物理化学特性,碘和硫酸改性的膨润土的脱汞效率则降低。     

Co掺杂铁基氧化物吸附剂燃煤烟气脱汞实验研究

使用柠檬酸法制备了Co掺杂的铁基氧化物(FeCo)吸附剂,通过固定床脱汞实验装置系统考察了FeCo吸附剂的脱汞性能,并利用比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、H₂-程序升温还原(H₂-TPR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段分析吸附剂的物理化学特性。结果表明,α-Fe₂O₃中掺入Co后,比表面积、孔结构特性均得到改善,且氧化还原性能也相应提升;FeCo吸附剂在200-250℃获得最高约97%的脱汞效率;烟气中O₂和NO的存在有助于FeCo吸附剂对Hg⁰的脱除,而SO₂和H₂O则抑制FeCo吸附剂对Hg⁰的脱除,同时NO能削弱SO₂对FeCo脱汞的抑制作用。在脱汞过程中,FeCo吸附剂表面的活性组分Fe³⁺、Co³⁺和O^*均消耗,参与了Hg⁰氧...     

MnOx-TiO2吸附剂对燃煤烟气中汞的脱除

以锐钛矿型TiO_2为载体,采用浸渍法对其进行MnO_x改性制备脱汞吸附剂,探究了负载量、焙烧温度、反应温度及烟气组分等参数对吸附剂脱汞性能的影响。利用N_2吸附-脱附、TG/DTG、XRD、FT-IR、Hg-TPD、XPS等方法对吸附剂的理化性质进行了表征。结果表明,Mn的最佳负载量为12%,最佳焙烧温度和反应温度分别为450和300℃,在实验条件下MnO_x-TiO_2吸附剂可达到的最佳脱汞效率为98.46%。烟气中少量的O_2及微量的HCl对吸附剂的脱汞有较强的促进作用;SO_2对吸附剂的脱汞有较强的抑制作用,SO_2与Hg~0存在的竞争吸附作用以及脱汞反应中产生的硫酸盐覆盖活性位点表面,是导致脱汞效率下降的主要原因。烟气中的CO_2和NO也会对汞的脱除产生轻微的抑制作用。负载在吸附剂上的MnO_x存在Mn~(4+)、Mn~(3+)两种价态,其中,Mn~(4+)将Hg~0氧化为Hg~(2+),自身被还原为Mn~(3+)。结合实验和分析结果发现,Hg~0的吸附和氧化基本遵循Mars-Maessen和Langmuir-Hinshelwood机理。     

纳米氧化锌在模拟煤气下吸附单质汞的实验研究

采用均匀沉淀法制备纳米氧化锌吸附剂,并采用BET、XRD、XPS等分析手段对其进行表征。在固定床吸附实验台上,研究了吸附剂在N₂和模拟煤气气氛下对单质汞的吸附特性,分析气体成分对纳米氧化锌脱汞性能的影响。结果表明,纳米氧化锌在纯N₂气氛下的脱汞效率较低,以物理吸附为主;H₂S的加入可以显著提高纳米氧化锌对汞的吸附,停止通入H₂S后,脱汞效率仍能维持较长时间;CO和H₂通过促进纳米氧化锌脱硫进而促进对汞的脱除。随着温度的提高,纳米氧化锌表面形成的单质硫逐渐减少,抑制了吸附剂对单质汞的吸附脱除。     

复杂烟气条件下太西活性焦脱除Hg0的实验研究

为了解复杂烟气条件下活性焦吸附剂的脱汞特性,利用汞渗透管和主要气体成分模拟复杂烟气,在实验室规模的固态吸附剂汞吸附效能测定系统上,进行了太西活性焦吸附单质汞的实验研究,并采用FT-IR对活性焦表面进行了光谱表征。结果表明,在活性焦表面存在各种含氧官能团;在CO₂/N₂/O₂/SO₂/Hg⁰烟气体系中,当SO₂加入量为400、855、1 520 mL/m³时,出口汞浓度分别为36、43、48 μg/m³,SO₂对系统吸附Hg⁰的能力有抑制作用;在CO₂/N₂/O₂/NO/Hg⁰烟气体系中,较低浓度的NO对Hg⁰脱除有抑制作用,而高浓度值的NO抑制作用减弱;在CO₂/N₂/O₂/NO/SO₂/Hg⁰烟气体系下,提高NO浓度对Hg⁰脱除有一定的促进作用,而提高SO₂浓度初期促进汞的脱除,后期则表现为抑制作用。