氯化鎂調(diào)質(zhì)煙氣促進汞催化氧化的試驗與機理研究.pdf

1、汞具有劇毒性、高揮發(fā)性和生物富集性，是一種全球性污染元素。燃煤汞排放被認為是大氣中汞污染的主要來源，對環(huán)境造成的污染問題越來越受到世界各國的廣泛關注。煙氣中的汞主要有3種形態(tài):單質(zhì)汞(Hg0)、氧化態(tài)汞（Hg2+）和顆粒態(tài)汞(Hgp)，Hg2+易溶于水，絕大部分可通過濕法脫硫設備得到脫除，Hgp易于被除塵設備所捕獲，單質(zhì)汞由于具有極大的化學穩(wěn)定性和較差的水溶性而不易被現(xiàn)有污染物控制設備所脫除。利用SCR催化劑對汞的催化氧化作用，結(jié)合濕法

2、脫硫設備聯(lián)合脫汞投資及運行成本低、適合現(xiàn)有電廠的改造，是一種經(jīng)濟可行且極具競爭力的燃煤電廠汞污染控制方法。利用常規(guī)污染物控制設備聯(lián)合脫汞的關鍵在于提高SCR催化劑對單質(zhì)汞的氧化效率。由于SCR催化劑對單質(zhì)汞的氧化效率受煙氣中氯含量的制約，煤中氯含量高，煙氣中HCl含量就越高，SCR催化劑對汞的氧化效率越高，因而對于低氯煤，SCR催化劑對汞的氧化受到限制。脫硫廢水中富含氯化鎂，氯化鎂在高溫下可分解產(chǎn)生氯化氫(HCl)氣體，本文提出將脫硫廢

3、水中的主要成分氯化鎂噴射在SCR脫硝裝置的前置煙道中，利用高溫煙氣促進氯化鎂分解，產(chǎn)生氯化氫，從而促進SCR催化劑對單質(zhì)汞的氧化。
　　首先，研究了商業(yè)釩鈦基SCR催化劑對單質(zhì)汞的氧化性能，進而對SCR催化劑氧化單質(zhì)汞的機理進行了探討。試驗結(jié)果表明，HCl可以明顯提高SCR催化劑對單質(zhì)汞的氧化作用，汞的氧化效率隨著溫度的升高而升高，350℃時氧化效率可達到80％左右，繼續(xù)升高溫度，氧化效率變化不大，可見催化劑對脫汞和脫硝的溫度窗口

4、相一致。O2可以顯著提高SCR催化劑對單質(zhì)汞的吸附能力，HCl和Hg0都可以吸附在催化劑表面，但HCl的吸附弱于單質(zhì)汞的吸附，SCR催化劑催化Hg0氧化的反應機理主要是Eley-Rideal機理，即催化劑表面吸附態(tài)的Hg與氣相中的HCl或弱吸附態(tài)的HCl反應，實現(xiàn)汞的氧化。
　　其次，在固定床試驗臺上研究了商業(yè)SCR催化劑添加氯化鎂對單質(zhì)汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響，主要考察氯化鎂添加量、溫度以及氣氛對汞形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。試驗結(jié)果表明，氯化鎂在

5、高溫下分解產(chǎn)生HCl和活性氯，可以促進單質(zhì)汞的均相氧化。用氯化鎂調(diào)質(zhì)SCR催化劑可以大幅度提高其對單質(zhì)汞的氧化效率，在350℃，基本煙氣條件下，氯化鎂添加量從0wt％到1wt％范圍內(nèi)，汞的氧化效率隨添加量增加從22.3％迅速提高至83.4％。溫度升高有利于單質(zhì)汞向氧化態(tài)汞轉(zhuǎn)化，其中在350℃達到峰值，是汞催化氧化的最佳溫度。O2和NO可以促進添加氯化鎂后催化劑對單質(zhì)汞的氧化，SO2和H2O抑制單質(zhì)汞的氧化，添加氯化鎂后對催化劑的脫硝效率

6、沒有明顯的影響。機理試驗表明氯化鎂分解產(chǎn)生HCl和活性氯，在催化劑的作用下可以達到對汞的高效氧化。
　　最后，量子化學密度泛函理論是計算晶體結(jié)構(gòu)和表面反應機理的精確方法，本文利用密度泛函理論結(jié)合周期性平板模型研究氯化鎂產(chǎn)生的活性氯促進SCR催化劑氧化單質(zhì)汞的機理。模擬結(jié)果表明，Cl在V2O5(001)表面為化學吸附，Cl與V2O5表面的O有強烈的成鍵作用，對V2O5起到改性的作用，增加了催化劑表面的活性位。Hg0在吸附Cl后的V2