纖維負(fù)載SCR催化劑脫除煙氣中HgO的試驗(yàn)研究.pdf

1、大氣環(huán)境中的汞污染是全球性問題，已在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。煤在燃燒過程中，汞受熱主要以汞蒸氣的形態(tài)存在，主要包括單質(zhì)汞(Hg0)，二價(jià)汞（Hg2+）和顆粒態(tài)汞（Hgp），其中單質(zhì)汞(Hg0)是汞的熱力穩(wěn)定形態(tài)。大部分汞的化合物在溫度為800℃時(shí)將受熱分解成單質(zhì)汞(Hg0)。而二價(jià)汞化合物比較穩(wěn)定，易被濕法洗滌系統(tǒng)所捕獲而脫除。
　　 隨著燃煤電廠逐步配備煙氣脫硫(FGD)、選擇性催化還原(SCR)脫硝系統(tǒng)，布袋除塵系統(tǒng)(FF

2、)，利用濾袋纖維結(jié)合SCR催化劑實(shí)現(xiàn)汞和顆粒物的高效脫除成為了一種極具競爭力的汞排放控制方法。SCR催化劑可以促進(jìn)煙氣中汞的氧化，從而有利于增強(qiáng)后續(xù)FF及FGD對(duì)汞的脫除。雖然釩基SCR催化劑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，但其仍存在一些缺陷，譬如比表面積較低、溫度窗口較窄等。因此，近年來研究者開發(fā)了一些新型的SCR催化劑，其中V2O5-WO3/TiO2催化劑克服了傳統(tǒng)SCR催化劑比表面積較小的缺點(diǎn)，在200-400℃溫度范圍內(nèi)比傳統(tǒng)SCR催化劑展現(xiàn)

3、出了更強(qiáng)的SCR脫硝性能及抗硫中毒能力。隨著溫度升高，濾料用纖維的物理吸附逐漸減弱，化學(xué)吸附逐漸增強(qiáng)，但化學(xué)吸附所需能量較大，高溫條件下吸附能力仍然較弱。纖維負(fù)載催化劑后，加快了Hg0的氧化，有利于高溫條件下Hg0的脫除。所以探索研究纖維負(fù)載V2O5-WO3/TiO2催化劑上汞的催化氧化具有重要的科學(xué)意義和實(shí)踐價(jià)值。
　　 對(duì)不同性能纖維和催化劑進(jìn)行了電鏡掃描，元素分析，比表面積和紅外光譜分析，觀察了負(fù)載催化劑纖維脫除汞前后的形

4、貌，纖維上負(fù)載催化劑的情況，負(fù)載催化劑后比表面增大，表面官能團(tuán)含量的變化，研究表明催化劑都能很好的負(fù)載到纖維上面，并且負(fù)載后的ACF+PPS摻炭纖維的比表面積會(huì)增大;經(jīng)負(fù)載催化劑后，會(huì)增加一些含氧基團(tuán)，這些基團(tuán)對(duì)零價(jià)汞的脫除有利。
　　 首先通過固定床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了濾袋常用的聚苯硫醚以及活性炭纖維在不同溫度、不同氣體組分下負(fù)載V2O5-WO3/TiO2催化劑，對(duì)模擬燃煤煙氣中零價(jià)汞(Hg0)的脫除效果。然后對(duì)比研究了活性炭纖維協(xié)

5、同濾袋常用纖維負(fù)載催化劑后，對(duì)模擬燃煤煙氣中Hg0的脫除性能。結(jié)果表明:當(dāng)溫度為25℃時(shí)，兩者脫除率均能達(dá)到99％，當(dāng)溫度為200℃，負(fù)載催化劑的活性炭纖維脫除率在30％左右，PPS纖維僅為10％左右。在200℃情況下，模擬煙氣的組分為N2+O2時(shí)，兩種纖維的Hg0脫除率提高了10％-20％，當(dāng)在混合氣體中添加10ppm HCl后，負(fù)載催化劑的PPS纖維Hg0脫除率能達(dá)到80％，活性炭纖維Hg0脫除率能達(dá)到98％。當(dāng)溫度為200℃，模擬

6、煙氣的組分為N2+O2+HCl時(shí)，不同性能摻炭纖維負(fù)載催化劑后Hg0脫除率在69％～95％范圍之間變化，其中PPS摻炭纖維對(duì)Hg0脫除效率最高達(dá)到95％，因此，負(fù)載V2O5-WO3/TiO2催化劑的PPS摻炭纖維能在高溫?zé)煔庵斜３州^高的Hg0脫除率。
　　 然后，實(shí)驗(yàn)研究了煙氣中O2、HCl、NO、SO2、H2O、NH3對(duì)負(fù)
　　 載V2O5-WO3/TiO2PPS纖維脫除Hg0的影響。在200℃下，負(fù)載V2O5-WO3

7、/TiO2催化劑的PPS纖維上汞的氧化遵循Eley-Rideal機(jī)制。無O2條件下，HCl極大地抑制了汞的物理吸附，有O2條件下，被吸附的HCl轉(zhuǎn)化成為活性Cl卻極大地促進(jìn)了汞的氧化;有O2條件下，SO2及NO均能促進(jìn)汞的氧化，但與HCl相比其促進(jìn)作用有限;H2O的存在抑制了汞的氧化與脫除。當(dāng)煙氣中存在NH3的條件下，汞的氧化效率略有降低。NH3抑制了Hg0的吸附，消耗了催化劑表面的活性氧，從而抑制了汞的氧化。然而，切斷NH3后催化劑對(duì)

8、汞的氧化能力可以得到迅速、完全的恢復(fù)SCR操作溫度下汞的催化氧化。負(fù)載V2O5-WO3/TiO2催化劑的PPS纖維仍可以吸附Hg2+，但吸附的Hg2+對(duì)后續(xù)的汞氧化過程基本無影響，催化劑的汞氧化性能可以長時(shí)間保持穩(wěn)定。
　　 實(shí)驗(yàn)及模擬研究結(jié)果表明，負(fù)載V2O5-WO3/TiO2催化劑的PPS纖維上汞的氧化遵循Langmuir-Hinshelwood機(jī)制。200℃時(shí)，催化劑上汞氧化反應(yīng)速率常數(shù)在80-130s-1之間，HCl的吸