专利名称：一种用于催化氧化燃煤烟气中单质汞的方法
技术领域：
本发明属于大气污染控制技术领域，是一种对燃煤烟气中单质汞进行催化氧化的方法。
背景技术：
汞(Hg)是一种高毒性的、生物体内非必需的化学物质，也是唯一主要以气态形式存在于大气中的重金属污染物。汞污染物在大气中主要有3种形态气态单质汞(Hg°)、氧化汞(Hg2+)和颗粒态汞(pHg，与颗粒物相结合)，其中Hg°在大气总汞中的比例占绝对优势。 研究认为，大气中汞浓度较工业化革命前增加了 3倍左右，目前的背景值在1. 5 2. Ong/m3 之间，我国很多城区大气中汞浓度远高于全球背景值。我国煤中汞含量的平均值为0. 19mg/ kg,巨大的煤炭消耗量使得燃煤电站成为大气环境汞污染最大的人为源。因此，如何有效控制燃煤电站烟气汞污染已成为我国环境保护工作的一项挑战性任务。煤中各种形态的汞，在燃烧炉膛高温(约1300 1500°C )作用下转变成Hg°，并以气态形式进入烟气，在烟气排往烟囱的过程中，随着烟温逐步降低，Hg°与烟气中各种组份以及飞灰颗粒发生一系列物理化学反应，形成包括Hg°、Hg2+、pHg等3种形态为主的汞污染物。研究认为PHg在烟气总汞中的比例较小，可通过除尘设备去除。而Hgtl和Hg2+则是烟气中汞的主要成份，Hg°和Hg2+的浓度比例大约为7 3。Hg2+化合物大都易溶于水，可利用烟气湿法脱硫设备去除；而Hg°则具有较高的挥发性和很低的水溶性，难以被烟气净化设施捕集而排入大气，是汞在大气环境中的主要存在形式，极易通过长距离的大气输移成为全球件污染物。可见，燃煤电站烟气中汞污染控制的难易程度，强烈依赖于汞的形态分布，即与其在烟气中的形态特征密切相关。相对而言，Hg2+化合物的控制比Hg°容易得多。
发明内容
本发明的目的就是使在烟气总汞中比重很高的Hg°发生形态上的变化，催化氧化成易溶于水的Hg2+，从而为汞污染控制创造有利的条件。实验表明，气态单质汞(Hg°)在钒钛催化剂(主成份可表示为V205/Ti02)的作用下，在酸性的烟气介质与锅炉排烟温度条件下，容易与烟气中HC1、O2等组份发生氧化还原反应，化学表达式为Hg°+2HC1 — HgCl2+H2Hg°+2HCl+02 — HgCl2+H20因此，当烟气流经催化剂层后，Hg°的含量下降，Hg2+的含量上升。烟气中的HCl是 Hg°在SCR催化剂表面酸性中心发生非均相氧化反应的必要组分。在HCl及催化剂的共同作用下，气态Hg°被大比例氧化。由于气态Hg2+水溶性好，当烟气中气态汞的形态以Hg2+为主时，将非常有利于汞被后续的烟气湿法脱硫装置(Wet-FGD)所吸收，减少向大气排放的份额。
基于上述论证，结合燃煤烟气的主要化学成分、排烟温度等实际运行工况，本发明提出通过控制反应温度、催化剂使用量(即空间速率)等因素，来达到氧化气态Hg°的目的。 具体技术方案如下取一定体积的钒钛催化剂，置于模拟反应器中，反应温度控制在200 400°C;模拟烟气中S02、N0、HC1、02的浓度分别为500 1500,200 600、10 100、10000 100000mg/m3 ；反应空间速率控制在5000 δΟΟΟΟΙΓ1。气态Hg°随烟气进入模拟反应器，并被有效氧化。本发明的特点主要如下(1)本发明主要采用钒钛催化剂，利用酸性烟气氧化气态单质汞，氧化效率高，操作简单。(2)实际应用中可结合烟气选择性催化还原(SCR)脱硝与湿法脱硫(Wet-FGD)工艺去除单质汞，减少单独设置脱汞装置的成本。
具体实施例方式实施例1 取一定量的催化剂置于模拟反应器中，设置反应温度为200 400°C ；模拟烟气中 HC1、SO2, NO、O2 的浓度分别为 10 50、500 1500、200 600、10000 100000mg/m3 ；反应空间速率为5000 δΟΟΟΟΙΓ1，获得的气态单质汞(Hg°)氧化率为83. 7%。实施例2:取一定量的催化剂置于模拟反应器中。设置反应温度为200 400°C ；模拟烟气中 HC1、S02、N0、02 的浓度分别为 50 100、500 1500、200 600、10000 100000mg/m3 ； 反应空间速率为5000 δΟΟΟΟΙΓ1，获得的气态单质汞(Hg°)氧化率为91. 2%。
权利要求
1.一种对燃煤烟气中气态单质汞(Hg°)进行催化氧化的方法，其特征在于所述方法步骤为采用钒钛催化剂(主成份可表示为V205/Ti02)，模拟控制酸性的烟气组份、反应温度、 反应空间速率等参数，使Hg°发生形态上的转化，催化氧化成易溶于水的Hg2+，从而为汞污染控制创造有利的条件。
2.根据权利要求1所述的对燃煤烟气中气态单质汞(Hg°)进行催化氧化的方法，其特征在于所述的方法是是采用钒钛催化剂(主成份可表示为V205/Ti02)。
3.根据权利要求1所述的对燃煤烟气中气态单质汞(Hg°)进行催化氧化的方法，其特征在于模拟烟气中HC1、SO2, NO、O2的浓度分别为10 100、500 1500、200 600、 10000 100000mg/m3。
4.根据权利要求1所述的对燃煤烟气中气态单质汞(Hg°)进行催化氧化的方法，其特征在于反应空间速率为5000 δΟΟΟΟΙΓ1。
5.根据权利要求1所述的对燃煤烟气中气态单质汞(Hg°)进行催化氧化的方法，其特征在于反应温度为200 400°C。
全文摘要
一种对燃煤烟气中气态单质汞(Hg0)进行催化氧化的方法，属于大气污染控制技术领域。该方法采用钒钛催化剂(主成份可表示为V2O5/TiO2)，在模拟酸性的烟气介质与锅炉排烟温度条件下，利用烟气中HCl、O2等组份与气态单质汞(Hg0)发生氧化反应，Hg0发生形态上的转化，催化氧化成易溶于水的Hg2+，从而为汞污染控制创造有利的条件。本发明方法采用钒钛催化剂，利用酸性烟气氧化气态单质汞，氧化效率高，操作简单。在实际应用中可结合烟气选择性催化还原(SCR)脱硝与湿法脱硫(Wet-FGD)工艺去除单质汞，减少单独设置脱汞装置的成本。
文档编号B01D53/86GK102218266SQ20101014928
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者商雪松, 张福旺, 徐玲玲, 李建荣, 赵金平, 陈进生 申请人:中国科学院城市环境研究所