Mn、Ce改性γ--Al2O3催化剂脱除燃煤烟气汞及其抗硫特性实验研究

摘要

大气环境中汞污染是一个备受国际关注的问题，燃煤烟气中的汞作为第一人为汞排放源，成为国家汞污染治理的重点。在煤燃烧时，其中的汞会因为受热而成为汞蒸气成为烟气的一部分，主要以单质汞(Hg0)、二价汞(Hg2+)和颗粒态汞（Hg）的形式存在，其中单质汞占比较大且不容易被现有设备截留，是排向空气中燃煤烟气的汞的主要成分，因此如何将烟气中单质汞（Hg0）转化为易于去除的二价汞(Hg2+)是减少汞排放的主要思路。 单质汞的催化氧化技术因其较高的脱汞效率和较低的成本是目前的研究热点，因锰氧化物较强的催化性能以及铈氧化物强大的储氧能力，本研究采用共沉淀法将锰、铈复合氧化物负载在高比表面积的γ-Al2O3上，并在不同烟气条件下和一定低温范围内(50～250℃)考察其脱汞性能。具体研究了Mn-Ce/γ-Al2O3复合氧化物催化剂中Mn/Al摩尔比、Ce/Al摩尔比、制备焙烧温度、反应温度以及各烟气组分(O2、NO、SO2、H2O、NH3)对零价汞去除效率的影响，并对反应前后的Mn-Ce/γ-Al2O3催化剂进行了BET、SEM、XRD、XPS表征以分析样品的理化性质。根据实验以及表征分析结果，分析了该催化剂的脱汞机制。针对催化剂对于在SO2存在时催化效率降低的问题，使用金属Cu掺杂进行优化，并在同等条件下进行实验验证，结合XPS分析结果探讨催化剂抗硫能力提升的原理。 实验结果表明:γ-Al2O3负载金属Mn、Ce后，脱汞效率大大提升，Mn、Ce具有较好的低温协同脱汞能力，并且当Mn/Al摩尔比为0.1，Ce/Al摩尔比为0.02时，反应温度为150℃时，零价汞去除效率最高，为92％，并且在100～200℃温度窗口内，零价汞脱除率均在80％以上。烟气组分(O2、NO、SO2、H2O、NH3)对Mn-Ce/γ-Al2O3催化剂脱汞性能的影响实验研究表明，烟气中的O2可以极大程度促进单质汞的氧化，并且常规燃煤烟气中的O2浓度已能达到单质汞的氧化需求;NO对于零价汞的氧化有促进作用，但是轻度弱于O2;H2O和NH3会抑制零价汞的氧化;SO2会强烈抑制单质汞的去除。结合表征结果，活性金属在Mn-Ce/γ-Al2O3上的分散性较高。负载金属后，催化剂表面存在一些微小的颗粒，且颗粒呈絮状这对于催化剂的吸附能力的提高有一定促进作用。在SO2存在条件下，Cu的加入有助于保留更多的高价态活性金属。在无氯条件下，Mn-Ce/γ-Al2O3的脱汞过程可用Mars-Maessen机制阐释。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1汞的产生、排放现状和危害

1．1．1汞的产生

1．1．2汞的排放现状

1．1．3汞的危害

1．2燃煤烟气汞污染控制研究现状

1．2．1燃烧前脱汞

1．2．2燃烧中脱汞

1．2．3燃烧后脱汞

1．3本文的研究内容

2实验装置与方法

2．1实验试剂与仪器

2．1．1实验试剂

2．1．2实验仪器

2．2实验装置与实验流程

2．2．1实验装置

2．2．2实验流程

2．3实验效果评价指标

2．4催化剂制备

2．5催化剂表征

2．5．1比表面积和孔结构分析(BET)

2．5．4 X射线光电子能谱分析(XPS)

3Mn-Ce／γ-Al2O3脱除烟气中单质汞的实验研究

3．1制备条件对于催化剂脱汞特性影响的实验研究

3．1．1Mn负载量的影响

3．1．2Ce的负载量和反应温度的影响

3．1．3焙烧温度的影响

3．2反应条件对于催化剂脱汞特性影响的实验研究

3．2．1空速的影响

3．2．2 O2的影响

3．2．3 SO2的影响

3．2．4 NO的影响

3．2．5 H2O的影响

3．2．6 NH3的影响

3．3Cu改性Mn-Ce／γ-Al2O3催化剂抗硫特性的实验研究

3．3．1 CuO负载量的影响

3．3．2 Mn0．1Ce0．02Cu0．03Al催化剂抗硫特性研究

3．4本章小结

4Mn-Ce／γ-Al2O3以及改性催化剂脱汞机理分析

4．1催化剂表征结果分析

4．1．1BET分析

4．1．2XRD分析

4．1．3SEM分析

4．1．4 XPS分析

4．2汞氧化及脱除机理的探讨

4．3 Mn-Ce-Cu／γ-Al2O3抗硫机制初步探讨

4．4本章小结

5结论和建议

5．1结论

5．2研究创新点

5．3研究展望和建议

参考文献

作者硕士期间研究成果

致谢