專利名稱：一種用于催化氧化燃煤煙氣中單質汞的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于大氣污染控制技術領域，是一種對燃煤煙氣中單質汞進行催化氧化的方法。
背景技術：
汞(Hg)是一種高毒性的、生物體內非必需的化學物質，也是唯一主要以氣態(tài)形式存在于大氣中的重金屬污染物。汞污染物在大氣中主要有3種形態(tài)氣態(tài)單質汞(Hg°)、氧化汞(Hg2+)和顆粒態(tài)汞(pHg，與顆粒物相結合)，其中Hg°在大氣總汞中的比例占絕對優(yōu)勢。 研究認為，大氣中汞濃度較工業(yè)化革命前增加了 3倍左右，目前的背景值在1. 5 2. Ong/m3 之間，我國很多城區(qū)大氣中汞濃度遠高于全球背景值。我國煤中汞含量的平均值為0. 19mg/ kg,巨大的煤炭消耗量使得燃煤電站成為大氣環(huán)境汞污染最大的人為源。因此，如何有效控制燃煤電站煙氣汞污染已成為我國環(huán)境保護工作的一項挑戰(zhàn)性任務。煤中各種形態(tài)的汞，在燃燒爐膛高溫(約1300 1500°C )作用下轉變成Hg°，并以氣態(tài)形式進入煙氣，在煙氣排往煙囪的過程中，隨著煙溫逐步降低，Hg°與煙氣中各種組份以及飛灰顆粒發(fā)生一系列物理化學反應，形成包括Hg°、Hg2+、pHg等3種形態(tài)為主的汞污染物。研究認為PHg在煙氣總汞中的比例較小，可通過除塵設備去除。而Hgtl和Hg2+則是煙氣中汞的主要成份，Hg°和Hg2+的濃度比例大約為7 3。Hg2+化合物大都易溶于水，可利用煙氣濕法脫硫設備去除；而Hg°則具有較高的揮發(fā)性和很低的水溶性，難以被煙氣凈化設施捕集而排入大氣，是汞在大氣環(huán)境中的主要存在形式，極易通過長距離的大氣輸移成為全球件污染物。可見，燃煤電站煙氣中汞污染控制的難易程度，強烈依賴于汞的形態(tài)分布，即與其在煙氣中的形態(tài)特征密切相關。相對而言，Hg2+化合物的控制比Hg°容易得多。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是使在煙氣總汞中比重很高的Hg°發(fā)生形態(tài)上的變化，催化氧化成易溶于水的Hg2+，從而為汞污染控制創(chuàng)造有利的條件。實驗表明，氣態(tài)單質汞(Hg°)在釩鈦催化劑(主成份可表示為V205/Ti02)的作用下，在酸性的煙氣介質與鍋爐排煙溫度條件下，容易與煙氣中HC1、O2等組份發(fā)生氧化還原反應，化學表達式為Hg°+2HC1 — HgCl2+H2Hg°+2HCl+02 — HgCl2+H20因此，當煙氣流經催化劑層后，Hg°的含量下降，Hg2+的含量上升。煙氣中的HCl是 Hg°在SCR催化劑表面酸性中心發(fā)生非均相氧化反應的必要組分。在HCl及催化劑的共同作用下，氣態(tài)Hg°被大比例氧化。由于氣態(tài)Hg2+水溶性好，當煙氣中氣態(tài)汞的形態(tài)以Hg2+為主時，將非常有利于汞被后續(xù)的煙氣濕法脫硫裝置(Wet-FGD)所吸收，減少向大氣排放的份額。
基于上述論證，結合燃煤煙氣的主要化學成分、排煙溫度等實際運行工況，本發(fā)明提出通過控制反應溫度、催化劑使用量(即空間速率)等因素，來達到氧化氣態(tài)Hg°的目的。 具體技術方案如下取一定體積的釩鈦催化劑，置于模擬反應器中，反應溫度控制在200 400°C;模擬煙氣中S02、N0、HC1、02的濃度分別為500 1500,200 600、10 100、10000 100000mg/m3 ；反應空間速率控制在5000 δΟΟΟΟΙΓ1。氣態(tài)Hg°隨煙氣進入模擬反應器，并被有效氧化。本發(fā)明的特點主要如下(1)本發(fā)明主要采用釩鈦催化劑，利用酸性煙氣氧化氣態(tài)單質汞，氧化效率高，操作簡單。(2)實際應用中可結合煙氣選擇性催化還原(SCR)脫硝與濕法脫硫(Wet-FGD)工藝去除單質汞，減少單獨設置脫汞裝置的成本。
具體實施例方式實施例1 取一定量的催化劑置于模擬反應器中，設置反應溫度為200 400°C ；模擬煙氣中 HC1、SO2, NO、O2 的濃度分別為 10 50、500 1500、200 600、10000 100000mg/m3 ；反應空間速率為5000 δΟΟΟΟΙΓ1，獲得的氣態(tài)單質汞(Hg°)氧化率為83. 7%。實施例2:取一定量的催化劑置于模擬反應器中。設置反應溫度為200 400°C ；模擬煙氣中 HC1、S02、N0、02 的濃度分別為 50 100、500 1500、200 600、10000 100000mg/m3 ； 反應空間速率為5000 δΟΟΟΟΙΓ1，獲得的氣態(tài)單質汞(Hg°)氧化率為91. 2%。
權利要求
1.一種對燃煤煙氣中氣態(tài)單質汞(Hg°)進行催化氧化的方法，其特征在于所述方法步驟為采用釩鈦催化劑(主成份可表示為V205/Ti02)，模擬控制酸性的煙氣組份、反應溫度、 反應空間速率等參數，使Hg°發(fā)生形態(tài)上的轉化，催化氧化成易溶于水的Hg2+，從而為汞污染控制創(chuàng)造有利的條件。
2.根據權利要求1所述的對燃煤煙氣中氣態(tài)單質汞(Hg°)進行催化氧化的方法，其特征在于所述的方法是是采用釩鈦催化劑(主成份可表示為V205/Ti02)。
3.根據權利要求1所述的對燃煤煙氣中氣態(tài)單質汞(Hg°)進行催化氧化的方法，其特征在于模擬煙氣中HC1、SO2, NO、O2的濃度分別為10 100、500 1500、200 600、 10000 100000mg/m3。
4.根據權利要求1所述的對燃煤煙氣中氣態(tài)單質汞(Hg°)進行催化氧化的方法，其特征在于反應空間速率為5000 δΟΟΟΟΙΓ1。
5.根據權利要求1所述的對燃煤煙氣中氣態(tài)單質汞(Hg°)進行催化氧化的方法，其特征在于反應溫度為200 400°C。
全文摘要
一種對燃煤煙氣中氣態(tài)單質汞(Hg0)進行催化氧化的方法，屬于大氣污染控制技術領域。該方法采用釩鈦催化劑(主成份可表示為V2O5/TiO2)，在模擬酸性的煙氣介質與鍋爐排煙溫度條件下，利用煙氣中HCl、O2等組份與氣態(tài)單質汞(Hg0)發(fā)生氧化反應，Hg0發(fā)生形態(tài)上的轉化，催化氧化成易溶于水的Hg2+，從而為汞污染控制創(chuàng)造有利的條件。本發(fā)明方法采用釩鈦催化劑，利用酸性煙氣氧化氣態(tài)單質汞，氧化效率高，操作簡單。在實際應用中可結合煙氣選擇性催化還原(SCR)脫硝與濕法脫硫(Wet-FGD)工藝去除單質汞，減少單獨設置脫汞裝置的成本。
文檔編號B01D53/86GK102218266SQ20101014928
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權日2010年4月15日
發(fā)明者商雪松, 張福旺, 徐玲玲, 李建榮, 趙金平, 陳進生 申請人:中國科學院城市環(huán)境研究所