釩基催化劑對(duì)富氧燃燒煙氣中元素汞催化氧化研究.pdf

1、隨著全球變暖、溫室效應(yīng)問題的突出，煤富氧燃燒得到廣泛關(guān)注。富氧燃燒系統(tǒng)中煙氣循環(huán)燃燒導(dǎo)致汞濃度的增加是造成環(huán)境污染、腐蝕燃燒設(shè)備和CO2回收單元脆化的主要原因。因此，富氧燃燒煙氣中的汞必須在CO2回收儲(chǔ)存之前高效脫除。目前，對(duì)于富氧燃燒煙氣中汞脫除，主要是利用活性炭噴射技術(shù)，但是活性炭技術(shù)具有價(jià)格昂貴、選擇性差、且吸附Hg0后的活性炭需再次處理，造成成本大大增加。利用SCR催化劑具有的汞氧化能力進(jìn)行汞的氧化，使汞在后續(xù)系統(tǒng)中容易脫除，該

2、技術(shù)具有重要應(yīng)用潛力。目前，V2O5-WO3/TiO2催化劑因其具有高效率、抗中毒是工業(yè)應(yīng)用最廣的SCR脫硝催化劑。本文基于此，利用V2O5-WO3/TiO2SCR催化劑對(duì)富氧燃燒煙氣中元素汞進(jìn)行催化氧化研究。
　　對(duì)V2O5-WO3/TiO2催化劑在常規(guī)空氣燃燒和富氧燃燒煙氣下脫硝活性進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)富氧燃燒煙氣中高濃度的CO2略微抑制催化劑脫硝，主要原因是CO2氣氛減弱了NO和NH3在催化劑表面的擴(kuò)散。但是，整體上，兩種氣氛下催

3、化劑均具有較高的脫硝效率，達(dá)到90％以上，且具有良好的抗硫性，也表明了SCR系統(tǒng)在富氧燃燒煙氣中應(yīng)用的可能性。通過負(fù)載不同V、W活性成分和不同V負(fù)載量的催化劑的脫汞活性比較；并結(jié)合催化劑的理化性質(zhì)；發(fā)現(xiàn)催化劑表面的V5+是脫汞的主要活性成分；綜合考慮催化劑活性、成本和環(huán)保性，最優(yōu)的V負(fù)載量在1wt.%-2wt.%V2O5之間。
　　通過分析反應(yīng)前后催化劑表面活性成分種類、含量、表面官能團(tuán)和元素價(jià)態(tài)變化，富氧燃燒煙氣下，催化劑汞氧化

4、反應(yīng)主要涉及三種機(jī)制：（1）利用催化劑表面化學(xué)吸附氧來氧化汞；（2）利用催化劑的晶格氧和氣相O2發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成吸附態(tài)氧化汞(HgO(ad)-V2O4)；（3）高濃度的CO2吸附在催化劑表面生成活性氧化成分C=O等促進(jìn)汞氧化。其他煙氣組分對(duì)催化劑脫汞活性的影響表明，HCl和O2是催化劑脫汞反應(yīng)中重要的氧化劑；SO2起低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的作用；而NO則相反，低濃度抑制，高濃度促進(jìn)；SO2和NO對(duì)汞脫除的影響主要涉及SO2、NO在催

5、化劑表面的吸附、氧化速率及其濃度等。而NH3和H2O均由于與Hg0發(fā)生競爭吸附表面活性位而導(dǎo)致催化劑脫汞活性降低。
　　富氧燃燒煙氣下聯(lián)合脫硝脫汞實(shí)驗(yàn)表明，可以在250-350℃內(nèi)實(shí)現(xiàn)NOx和Hg0的一體化脫除，但汞的脫除率相對(duì)較低。通過利用含氧系統(tǒng)和含氯系統(tǒng)下的三種動(dòng)力學(xué)模型比較，表明含氧系統(tǒng)下Mars-Maessen機(jī)制的汞氧化反應(yīng)的活化能比含氯系統(tǒng)下汞氧化反應(yīng)活化能要大的多，而富氧燃燒煙氣下汞氧化反應(yīng)活化能比空氣燃燒煙氣下略

6、小，但差距不明顯；相比非均相汞氧化反應(yīng)Langmuir-Hinshelwood機(jī)制，Eley-Rideal機(jī)制中的吸附態(tài)Hg0和氣相HCl反應(yīng)更適合解釋本研究中的催化劑催化氧化汞反應(yīng)。
　　研究表明Ce改性的低釩基催化劑VWCe/TiO2，具有更強(qiáng)的氧化還原特性和更多的表面吸附氧以及Ce4+。在不存在HCl條件下，富氧燃燒煙氣下脫汞效率也能達(dá)到90%；并且能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定高效的脫硝脫汞一體化處理。聯(lián)合脫硝脫汞動(dòng)力學(xué)研究顯示，VWCe/