【摘要】：汞是一種全球性污染物,嚴(yán)重危害人體健康和生態(tài)環(huán)境。燃煤電廠是我國汞污染物排放最重要的來源之一,燃煤煙氣中汞的脫除具有重要意義。氣態(tài)零價汞(Hg0)、氣態(tài)二價汞(Hg2+)以及顆粒態(tài)汞(Hgp)是燃煤煙氣中汞的主要存在形態(tài)。電廠的污染物控制設(shè)備能高效脫除Hg2+和Hgp,但對Hg0去除效率低,因此強(qiáng)化Hg0向Hg2+轉(zhuǎn)化是燃煤電廠汞排放控制的關(guān)鍵。研究表明:煙氣中Hg2+占比與燃煤中的鹵素含量呈正相關(guān),而我國燃煤中鹵素含量普遍低,造成煙氣中Hg0占比高,因此向燃煤中額外添加鹵素化合物是一種強(qiáng)化Hg0氧化的方法;此外,在燃煤電廠煙氣SCR脫硝過程中,Hg0能夠在SCR催化劑上發(fā)生催化氧化生成Hg2+,但是對于廣泛使用的V基SCR催化劑,其對Hg0的氧化作用有限,因此,通過對催化劑改性強(qiáng)化Hg0氧化的研究具有重要意義。在本文中,一方面,研究了燃煤中添加CaBr2對煙氣中Hg0的氧化作用,并對氧化機(jī)制進(jìn)行了推測。由于發(fā)現(xiàn)該方法會增加煙氣中HBr的濃度,因此進(jìn)一步研究了 HBr可能帶來的不利影響,從而為該方法的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用提供綜合評估;另一方面,通過理論分析,選取CeO2對傳統(tǒng)V基SCR催化劑改性,強(qiáng)化Hg0在SCR催化劑上氧化,通過活性評價以及反應(yīng)前后催化劑的表征,揭示了Hg0在催化劑表面的反應(yīng)機(jī)理,并且研究了工藝參數(shù)對催化劑性能的影響。本論文取得的主要成果如下:(1)對全國19個煤樣中的汞含量、氯含量進(jìn)行了分析,研究了煤中汞的析出規(guī)律,并篩選出褐煤樣品進(jìn)行了 CaBr2添加脫汞實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:CaBr2添加能有效加強(qiáng)Hg0氧化,當(dāng)添加量為200μg/g時,Hg0析出量減少了40.4%;CaBr2的添加會增加煙氣中HBr的濃度,HBr濃度與Hg0析出量之間存在強(qiáng)負(fù)相關(guān)性,推測HBr生成活性Br原子將Hg0氧化。(2)研究了CaBr2添加脫汞產(chǎn)生的HBr對V2O5-WO3/TiO2催化劑脫硝性能的影響,結(jié)果表明:在反應(yīng)溫度低于300℃時,HBr了抑制催化劑的脫硝活性,當(dāng)煙氣中HBr濃度為50 ppm,反應(yīng)溫度為200℃和250℃時,NO轉(zhuǎn)化率分別降低了 10%和20%。XPS和In-situ FTIR的研究結(jié)果表明:HBr會與SCR脫硝反應(yīng)中的氧化還原活性位點(diǎn)V=O發(fā)生反應(yīng):HBr+V5+=O→Br-V4+-OH,從而抑制了催化劑脫硝活性。(3)創(chuàng)新性的提出了加強(qiáng)NO在催化劑上的吸附將同時有利用提高催化劑脫硝活性和Hg0的催化氧化的改性思路,并選取CeO2對傳統(tǒng)的V2O5/TiO2催化劑進(jìn)行改性,通過浸漬法合成了V1Ti和V1Ce5Ti催化劑。活性評價結(jié)果表明:一方面,CeO2改性提高了V2O5/TiO2催化劑低溫區(qū)間脫硝活性,在最佳反應(yīng)溫度區(qū)間250-400 ℃內(nèi),NO轉(zhuǎn)化率均超過95%;另一方面,Hg0在催化劑上的氧化得到顯著提升。Hg-TPD實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了Hg(NO3)2是Hg0的氧化產(chǎn)物,HC1在反應(yīng)中起到了促進(jìn)Hg(NO3)2脫附的作用;綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了Hg0在催化劑上的硝酸鹽氧化路徑,NO和O2首先在催化劑表面吸附并反應(yīng)生成硝酸鹽物種,進(jìn)一步與Hg0反應(yīng)生成Hg(NO3)2,在HC1作用下Hg(NO3)2從催化劑上脫附完成催化循環(huán),催化劑表面生成的雙齒硝酸鹽物種在Hg0氧化過程中起到了重要作用。(4)探究了工藝參數(shù)對催化劑性能的影響,結(jié)果表明:SO2和H2O(g)對V1Ce5Ti催化劑SCR脫硝活性無明顯影響;在400 ℃時SO2會抑制Hg0在V1Ce5Ti催化劑上的氧化,XPS分析結(jié)果表明SO2會與催化劑表面活性組分CeO2發(fā)生反應(yīng);Hg0的氧化率隨空速的增加而降低,在空速遠(yuǎn)高于常規(guī)SCR操作空速的條件下(260000 h-1),在200-400℃溫度范圍內(nèi),Hg0氧化率均超過80%;催化劑在48h的穩(wěn)定性評價過程中活性無明顯下降,具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【圖文】：

ｔ；邋Ｚｈａｎｇ等人［６］建立了一種概率排放因子模型，并且估算了我國２０１０年燃煤汞逡逑排放量為２５４邋ｔ，其中工業(yè)鍋爐、燃煤電廠和住宅鍋爐分別占排放量的４７％、３９％逡逑和８％邋Ｊｈａｎｇ等人［７］總結(jié)了從２０００－２０１０年我國各行業(yè)歷年汞排放數(shù)據(jù)（圖１．２），逡逑結(jié)果表明，燃煤行業(yè)汞排放是我國最主要的大氣汞排放源，其次是有色金屬冶煉逡逑行業(yè)。２０００年到２０１０年，，我國汞排放量以平均每年４．２％的年增長率從３５６邋ｔ增逡逑長至５３８邋ｔ。逡逑３逡逑

ｎ邋Ｉ邐ｌ／ｌ邐Ｍ邐ｍ邐ｍ邐Ｍ邐Ｈ邐ｌ／ｉ邐ｉｊ邐Ｍ邐Ｍ邐ＩＪ逡逑２００８邐２００９邐２０１０邐２０１１邐２０１２邐２０１３邐２０１４邐２０１５邐２０１６邐２０１７邐２０１８逡逑圖１．１邋２００８－２０１８年我國歷年煤炭消費(fèi)量逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｃｏａｌ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ邋ｆｒｏｍ邋２００８邋ｔｏ邋２０１８．逡逑Ｗｕ等人［３］計算了我國歷年來人為源汞排放的歷史數(shù)據(jù)，結(jié)果表明從１９９５年逡逑到２００３年，我國人為源汞排放量以年平均增長率２．９％的速度遞增，２００３年，其逡逑排放量己經(jīng)達(dá)到６９６士３０７邋ｔ，其中有色金屬冶煉和行業(yè)和燃煤行業(yè)的汞排放分別逡逑占４６％和３７％。Ｊｉａｎｇ等人［５］提出了一種詳細(xì)的燃煤行業(yè)的排放清單，根據(jù)燃煤逡逑種類、鍋爐類型、污染物控制技術(shù)將我國燃煤行業(yè)汞排放分為６５類，用兩組不逡逑同的煤中汞含量數(shù)據(jù)估算出２０００年我國燃煤行業(yè)的汞排放量分別為１６２邋ｔ和２２０逡逑ｔ；邋Ｚｈａｎｇ等人［６］建立了一種概率排放因子模型，并且估算了我國２０１０年燃煤汞逡逑排放量為２５４邋ｔ，其中工業(yè)鍋爐、燃煤電廠和住宅鍋爐分別占排放量的４７％、３９％逡逑和８％邋Ｊｈａｎｇ等人［７］總結(jié)了從２０００－２０１０年我國各行業(yè)歷年汞排放數(shù)據(jù)（圖１．２）
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X773

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2595500