硫氧化物对金属负载催化剂脱汞性能影响及机理研究

• 作 者: 刘俊
• 出 处: 华北电力大学(北京)
• 发表日期: 2021年06期
• 关键词: 汞去除 催化剂 耐硫 SO3 温度

汞(Hg)作为发电厂的主要污染物一直备受关注。因为它易受氧化和非活性化学反应,燃煤烟气中的汞很容易释放到大气中。发电厂排放的汞总量占所有汞排放量的一半。因此减少发电厂的汞排放是一项紧迫任务。本文利用金属负载催化剂的方法来脱除汞,并进一步研究烟气中其他污染成分对催化剂脱汞的影响。采用两种方法来制备催化剂,其中用浸渍法制备了一系列不同铈掺杂量的Mn-Ce/SAPO-34催化剂和采用离子交换法制备了 Cu/ZSM-5催化剂。应用多种表征手段 BET,XRD,SEM-Mapping,XPS,TGA,H2-TPR,Hg-TPD 和原位 DRIFT 对所研究催化剂进行物理、化学上的性能确定。并对其中机理进行了揭示。(1)本文首先利用Mn-Ce/SAPO-34催化剂,研究了元素汞(Hg0)的催化氧化反应。进一步研究了催化剂上的耐硫性和SO3形成机理。在添加Ce之后,Mn可以结合到氧化铈晶格中以形成封端氧和良好分散的高价锰离子,这有利于在低温下NO和Hg0的氧化脱除。由于Ce对SO2的高亲和力,添加铈后Mn基催化剂的耐硫性显着提高,并且在SO2存在下9Mn-9Ce催化剂上HgSO4的相对含量大于72%;与9Mn催化剂相比,9Mn-9Ce催化剂上的SO3形成减少了 17%。H2O不仅降低了可用的活性位点,而且降低了 SO2的氧化速率。活性位点优先被NH3而不是Hg0和SO2占据,产生NH4+占据的阳离子空位。因此,H2O和NH3都对Hg0转化和SO3形成具有抑制作用。(2)其次利用Cu/ZSM-5催化剂研究了 SO3对汞去除的影响。结果表明,在200℃时,SO2的加入降低了 Hg0转化效率,但SO3加入能使Hg0得转化效率从82%增加到95%.在400℃时,SO2的抑制作用减弱,SO3的促进作用显着增强。在SO3存在下,HgSO4是主要的汞化合物。原位DRIFT结果表明,在SOx(SO2和SO3)催化剂表面产生大量S-相关峰,SO2峰相对减弱,代表SO3抑制了 SO2的吸附。此外,吸附SO3的峰值最明显,然后在引入Hg0后逐渐消耗,同时,催化剂表面出现硫酸盐峰,表明SO3首先吸附在催化剂表面,提供了新的Hg0转换的活动站点。与200℃相比,400℃下SO3的吸附过程更强,这直接有助于提高400℃下的Hg0转化率。