【摘 要】
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根据国家统计局统计数据,我国当前煤炭消费量仍占据主要地位,而煤炭烟气会产生各种大气污染物,其中Hg0和NOx作为重点关注污染物近年来受到了国内外广泛关注。当前较为常用的Hg0和NO联合控制技术为SCR技术,SCR技术的核心为催化剂,Ce基和Cu基催化剂具有良好的低温性能和抗硫抗水性能,γ-Al2O3作为载体具有较大的比表面积,且稳定性较好。因此,本文选择Ce-Cu/Al催化剂进行联合控制Hg0及N
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根据国家统计局统计数据,我国当前煤炭消费量仍占据主要地位,而煤炭烟气会产生各种大气污染物,其中Hg0和NOx作为重点关注污染物近年来受到了国内外广泛关注。当前较为常用的Hg0和NO联合控制技术为SCR技术,SCR技术的核心为催化剂,Ce基和Cu基催化剂具有良好的低温性能和抗硫抗水性能,γ-Al2O3作为载体具有较大的比表面积,且稳定性较好。因此,本文选择Ce-Cu/Al催化剂进行联合控制Hg0及NO性能研究。本文选择等体积浸渍法制备Ce-Cu/Al催化剂,其最佳焙烧温度和时间分别为500℃和5h。接着,通过对Ce-Cu/Al催化剂的汞控制实验研究,筛选出Ce、Cu最佳配方,并考察操作参数及烟气组分对Ce-Cu/Al催化剂汞控制性能的影响。结果表明,N2+6%O2气氛中,2Ce-4Cu/Al催化剂在150℃反应温度以及50000h-1空速条件下Hg0转化效率最高,为73.88%。O2、NO、SO2成分均对2Ce-4Cu/Al催化剂脱汞性能起到促进作用。其中NO在无氧环境下也可促进Hg0转化效率的提高,而O2的加入会使出口Hg0急速下降,转化效率达到90.23%。SO2对于2Ce-4Cu/Al催化剂脱汞性能的影响较为复杂。200~1000ppm SO2对催化剂脱汞性能都有一定的促进作用,其中SO2浓度为600ppm时Hg0转化效率最高达到85.82%。当SO2浓度小于600ppm时,生成的SO3和Cu SO4的促进作用大于其本身和硫酸盐带来的抑制作用,因此促进作用随着SO2浓度上升而增加。而随着SO2浓度继续上升大于600ppm时,SO2本身和硫酸盐带来的抑制作用愈发明显,直至超过SO3和Cu SO4的促进作用最终呈现抑制作用。H2O对催化剂汞控制性能起到抑制作用,但H2O造成的失活可逆。其抑制作用的强度与反应温度密切相关,当反应温度为150℃和200℃时,通入8%H2O后,Hg0转化效率下降至37.32%和60.31%。结合上述结果,本文进一步对NH3气氛下Ce-Cu/Al催化剂联合控制Hg0及NO性能及影响因素进行研究。结果表明,随着NSR(NH3/NO)的上升,Hg0转化效率下降,NO转化效率升高。综合考虑Hg0转化效率和NO转化效率,选择200℃作为联合控制Hg0及NO反应温度,NSR=1作为联合控制Hg0及NO反应条件,此时Hg0及NO转化效率分别为66.88%和74.24%。由于Hg0会与NO和NH3产生竞争吸附,因此Hg0对NH3-SCR反应有轻微的抑制作用,但是相比于500ppm的NO浓度,50μg/m3的Hg0浓度过低,因此Hg0对NO转化效率的影响作用几乎可以忽略。随着SO2浓度上升,Hg0及NO转化效率均先上升后下降。2Ce-4Cu/Al催化剂在600ppm SO2存在的情况下,6小时内都保持了70%以上的Hg0及NO转化效率。其中对NO转化的影响原因在于酸性SO42-离子的促进作用与(NH4)2SO4和NH4HSO4的抑制作用谁起主导作用。在200℃反应温度下,通入8%H2O,Hg0及NO效率下降10%以内,在8小时反应中较为稳定。结合实验结果和反应前后的2Ce-4Cu/Al催化剂XPS分析结果得到,Ce-Cu/Al催化剂在联合控制Hg0及NO反应中,不同价位的Ce和Cu离子之间的相互转换有利于表面晶格氧的生成,从而促进Hg0催化氧化反应与NH3-SCR反应的进行。
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