燃煤烟气中零价汞的催化氧化理论研究进展
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《MnCeTiOx催化剂用于烟气Hg0催化氧化和NH3选择性催化还原NO的研究》摘要随着工业化的快速发展,烟气污染问题日益严重。
MnCeTiOx催化剂因其优异的催化性能,被广泛应用于烟气处理中。
本文以MnCeTiOx催化剂为研究对象,探讨其在烟气中Hg0催化氧化和NH3选择性催化还原NO的应用,并分析其反应机理和性能特点。
一、引言烟气中的重金属元素和氮氧化物是造成大气污染的主要来源之一。
Hg0作为烟气中的重金属元素,其排放对环境和人体健康造成严重危害。
NO则是烟气中的主要氮氧化物之一,其排放会导致光化学烟雾、酸雨等环境问题。
因此,寻找一种有效的催化剂,以实现Hg0的催化氧化和NH3选择性催化还原NO,对于减少烟气污染、保护环境具有重要意义。
二、MnCeTiOx催化剂的制备与表征MnCeTiOx催化剂的制备方法主要包括共沉淀法、溶胶-凝胶法、浸渍法等。
本文采用共沉淀法,以Mn、Ce、Ti的硝酸盐为原料,通过控制反应条件,制备出具有高比表面积和良好结晶度的MnCeTiOx催化剂。
利用XRD、SEM、TEM等手段对催化剂进行表征,分析其晶体结构、形貌和元素分布。
三、MnCeTiOx催化剂在Hg0催化氧化中的应用MnCeTiOx催化剂具有较好的氧化性能,能够有效地催化Hg0氧化为Hg2+。
在烟气中,Hg0与O2在催化剂表面发生氧化反应,生成Hg2+和H2O。
通过实验研究,发现MnCeTiOx催化剂在较低温度下即可实现Hg0的有效氧化,且具有较高的催化活性。
此外,该催化剂还具有良好的稳定性和抗中毒性能,能够在复杂烟气条件下长期运行。
四、MnCeTiOx催化剂在NH3选择性催化还原NO中的应用NH3选择性催化还原NO是一种有效的烟气氮氧化物减排技术。
在MnCeTiOx催化剂的作用下,NH3与NO在较低温度下发生还原反应,生成N2和H2O。
实验研究表明,MnCeTiOx催化剂具有较高的NO转化率和N2选择性,能够在较低温度下实现NO的有效还原。
《MnCeTiOx催化剂用于烟气Hg0催化氧化和NH3选择性催化还原NO的研究》篇一一、引言随着工业化的快速推进,大气污染问题愈发严峻。
在各种大气污染物中,汞(Hg)和氮氧化物(NOx)是两大主要污染物。
烟气中汞的排放对环境和人类健康造成了极大的威胁,而氮氧化物的存在也是导致光化学烟雾和酸雨的重要原因。
因此,如何有效地控制和去除这两种污染物已成为环境科学研究的重要课题。
本文着重研究了MnCeTiOx催化剂在烟气中Hg0催化氧化和NH3选择性催化还原NO的应用。
二、MnCeTiOx催化剂的制备与表征MnCeTiOx催化剂的制备主要采用溶胶凝胶法,通过控制反应条件,得到具有特定结构和性质的催化剂。
通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对催化剂进行表征,分析其晶体结构、形貌和元素组成等。
结果表明,MnCeTiOx催化剂具有较高的比表面积和良好的孔结构,有利于反应物的吸附和反应的进行。
三、Hg0催化氧化研究在烟气中,Hg0是一种较为稳定的汞形态,难以直接去除。
本研究利用MnCeTiOx催化剂对Hg0进行催化氧化,将其转化为易去除的二价汞形态。
实验结果表明,在适当的反应条件下,MnCeTiOx催化剂能够有效地催化氧化Hg0,提高其去除效率。
同时,催化剂具有良好的稳定性和抗中毒性能,能够在长时间运行过程中保持较高的活性。
四、NH3选择性催化还原NO研究NH3选择性催化还原NO是一种有效的氮氧化物去除技术。
本研究利用MnCeTiOx催化剂进行NH3选择性催化还原NO的实验研究。
实验结果表明,在一定的温度和空速条件下,MnCeTiOx催化剂能够有效地将NO还原为N2和H2O。
同时,该催化剂具有良好的选择性,即优先还原NO而非其他含氮化合物。
此外,催化剂的活性随温度的升高而增大,但过高或过低的温度都不利于反应的进行。
五、结论本研究表明,MnCeTiOx催化剂在烟气Hg0催化氧化和NH3选择性催化还原NO方面具有优异的表现。
燃煤电厂烟气中汞排放分析及监测方法研究摘要:我国经济的日升月恒和重工业的稳步发展都需要燃煤来提供能量。
锅炉尾气主产物烟气成为了我国大气污染一大问题。
国家出台了一系列有关环保的政策来限制工厂尾气中一些元素的排放量,加强对有害成分排放的控制。
汞及其化合物会掺在燃烧煤炭的尾气中,污染上方大气且对生态环境造成不可逆直接伤害。
本文研究了国内外汞不同的采样分析和监测技术,提高汞排放监测准确和精确性,在其基础上提出改进建议,对汞排放控制的研究具有重要意义。
关键词:燃煤电厂;烟气;汞排放1.汞的基础监测方法(1)冷原子吸收分光光度法一定质量浓度的酸性高锰酸钾溶液吸收了燃煤电厂排放的烟气尾气中的汞,汞被吸收后发生了氧化反应变为离子态,汞离子又和氧化亚锡发生还原反应变回原子型态,存在于溶液内部的汞蒸气被通入的载气吹出进入到测汞仪内部,最后由冷原子吸收分光光度法(CAAS)测出Hg2+的质量浓度。
根据GB/T 16157中的气态污染物化学法采样系统,吸收烟道中烟尾气。
气密性试验后给采样管打开辅热装置。
实验前要先做一组对照组,将空白样品进行CAAS分析并记录数据。
注意采样时间为30min,需要避光运输,盛放产物的容量瓶也需要被原液洗涤大于2次,样品采集后需要尽快分析,或在0~4℃的温度下密封保存不要超过5d。
(2)原子荧光分光光度法气态汞属于荧光物质,经一定波长光源照射处于临界激发态,又降低活性回到基态左右能带,快速产生相对能量的荧光,分析其强度来测得汞含量。
以等速采样的方式,将颗粒物提取至玻璃纤维材质的滤筒,并用混合酸/王水对其进行消解化。
加热得到二价汞(Hg2+),Hg2+后续又和硼氢化钾(KBH4)还原反应生成气态汞,后被气泵打到光度计内部操作得到含量。
按GB16297-1996要求与CAAS类似组装。
各个采样点采样时间大于0.5h,样品数量大于2个,最后将数据取平均值。
空白样品步骤同上。
采样时,在没有尘粒抖落的前提下剪碎并收集样品,加入王水加热轻微沸腾状态,约2h冷却,后用滤纸过滤。
燃煤电厂烟气汞排放控制研究现状及进展1燃煤电厂汞的排放煤作为一次能源的主要利用方式是燃烧,其燃烧产物会对环境造成严重的破坏。
全世界发电用煤量巨大,燃煤电厂是导致空气污染的最大污染源之一。
在煤燃烧造成的污染物中,除S02、NOx和CO2外,还有各种形态的汞排放。
汞是煤中的一种有毒的重金属痕量元素, 具有剧毒性、高挥发性、生物体内沉积性和迟滞性长等特点。
全球每年排放到大气中的汞总量约为5000吨,其中4000吨是人为的结果,而燃煤过程的汞排放量占30%以上。
由于我国一次性能源以煤炭为主,原煤中汞的含量变化范用在O.1^5.5mg/kg,煤中汞的平均含量为0.22mg/kg,是世界范用内煤中平均汞含量的1.69倍。
根据相关报道,预计2010年中国电煤总需求呈:为16亿t,以煤炭含汞疑为0. 22mg/kg,电厂平均脱汞效率为30%汁,2010年燃煤电厂汞排放量约为246. 4 J因此燃煤所造成的环境汞污染形势不容乐观,对其排放控制不容忽视。
2烟气中汞的存在形式及其影响因素2.1汞的存在形式烟气中汞的存在形式主要包括3种:单质汞(Hg。
)、化合态汞(Hg+和Hg2+)和颗粒态汞。
其中单质汞(Hg。
)是烟气中汞的主要存在形式。
烟气中汞的存在形态对汞的脱除有重要影响。
不同形态汞的物理、化学性质差异较大,如化合态汞易溶于水,并且易被烟气中的颗粒物吸附,因此易被湿法脱硫设备或除尘设备脱除。
颗粒态汞也易被除尘器脱除。
相反单质汞挥发性高、水溶性低,除尘或脱硫设备很难捕获,几乎全部释放到大气中,且在大气中的平均停留时间长达半年至两年,极易在大气中通过长距离大气输送形成广泛的汞污染,是最难控制的形态,也是堰煤烟气脱汞的难点。
2.2影响汞存在形态的主要因素2.2.1燃煤种类的影响燃烧所用煤种不同,烟气中汞的形态分布也不同。
烟煤燃烧时,烟气中Hg2+含量较髙, Hgu 含量偏低;而褐煤在燃烧时,烟气中Hg。
的含量却较高。
褐煤燃烧所产生烟气中Hg。
《煤气化渣脱除燃煤烟气中汞的性能研究》篇一一、引言随着燃煤工业的快速发展,燃煤烟气中的重金属污染物,尤其是汞(Hg)的排放问题日益受到关注。
汞是一种具有高度毒性的重金属元素,对环境和人体健康构成严重威胁。
因此,开发有效的燃煤烟气中汞的脱除技术,已成为当前环保领域的研究热点。
煤气化渣作为一种具有良好吸附性能的工业废弃物,其在燃煤烟气中汞的脱除方面具有巨大的应用潜力。
本文旨在研究煤气化渣脱除燃煤烟气中汞的性能,为煤气化渣在环保领域的应用提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验选用的煤气化渣来自于某大型煤气化企业,燃煤烟气来自某燃煤电厂。
实验所用药剂均为分析纯。
2. 实验方法(1)煤气化渣的预处理:将煤气化渣进行破碎、筛分、洗涤等处理,以去除杂质,提高其纯度。
(2)汞脱除实验:在一定的温度、压力和烟气流量条件下,将预处理后的煤气化渣与燃煤烟气进行接触反应,观察其脱汞性能。
(3)性能评价:通过测定反应前后烟气中汞的浓度,计算脱汞效率,评价煤气化渣的脱汞性能。
三、实验结果与分析1. 煤气化渣的脱汞性能实验结果表明,煤气化渣对燃煤烟气中的汞具有较好的脱除效果。
在一定的温度和压力条件下,随着煤气化渣用量的增加,烟气中汞的浓度逐渐降低,脱汞效率逐渐提高。
同时,我们发现烟气流量的变化也会影响煤气化渣的脱汞性能。
在一定的流量范围内,较低的烟气流量有利于提高脱汞效率。
2. 影响因素分析(1)温度:随着温度的升高,煤气化渣的脱汞性能呈现先升高后降低的趋势。
这可能是由于在一定温度范围内,煤气化渣的吸附性能随温度升高而增强,但过高的温度会导致其表面吸附的汞发生挥发,从而降低脱汞效率。
(2)压力:压力对煤气化渣脱汞性能的影响较小。
在常压条件下,煤气化渣即可实现较好的脱汞效果。
(3)烟气成分:烟气中的其他成分如硫氧化物、氮氧化物等也会影响煤气化渣的脱汞性能。
这些成分可能与汞发生化学反应,从而影响其脱除效果。
四、讨论与展望本实验研究了煤气化渣脱除燃煤烟气中汞的性能,发现其具有良好的脱汞效果。
燃煤电厂烟气脱汞技术探讨及适用性探讨燃煤电厂烟气中含有大量的汞元素,这是一种非常有害的有毒物质。
烟气中的汞元素在被排放出去后非常容易造成环境污染和人体健康危害,因此必须要采取有效的措施进行脱汞。
本文主要探讨燃煤电厂烟气脱汞技术的相关内容及其适用性。
1.1 活性炭吸附法活性炭吸附法是一种较为常见的烟气脱汞技术,其原理是通过活性炭表面的吸附作用,将烟气中的汞元素捕捉下来。
活性炭吸附法具有高效、简便、适用范围广等优点,因此在烟气脱汞领域得到了广泛应用。
1.2 选择性催化还原法选择性催化还原法是一种新型的烟气脱汞技术,其原理是利用催化剂将氧化态的汞元素还原为元素态,然后通过烟气排放出去。
选择性催化还原法具有高效、低成本等优点,但是其对氮氧化物等有害物质的处理能力相对较弱,需要进一步改进。
1.3 湿法喷雾法湿法喷雾法是一种通过喷淋液体将烟气中的汞元素溶解的技术。
该技术具有适用范围广、处理效率高等优点,但也存在喷液强度的控制难度较高、脱除效果受气流影响较大等问题。
2.1 燃煤电厂煤质及汞含量燃煤电厂的煤质及汞含量是决定烟气脱汞技术适用性的首要因素。
不同种类的燃煤其汞含量和化学性质不同,因此其适用的脱汞技术也不同。
比如,富含甲基汞的煤使用活性炭吸附法具有显著的效果,而选择性催化还原法的效果则不佳。
2.2 燃煤电厂的烟气成分燃煤电厂的烟气成分对脱汞技术的适用性也有一定的影响。
比如,湿法喷雾法对于烟气成分的要求较高,需要烟气中必须含有一定的水分才能有效实现脱汞。
2.3 燃煤电厂的处理能力与能源消耗不同的脱汞技术对于处理能力和能源消耗有着不同的要求,因此需要从综合成本、加工复杂度、废物排放等多个方面综合考虑,选用最适合自身的脱汞技术。
总之,燃煤电厂烟气脱汞技术的选择需要考虑多方面的因素,采用最为适合的技术可以更好地保障大气的环境质量和人体健康。
能源研究与管理2021(2)引言汞是一种挥发性强、生物累积效应明显的剧毒重金属,它在环境中的扩散及传播具有较强的持久性和生物聚积性,对生态环境和人类的健康会造成巨大的危害[1]。
通常情况下,汞主要有两种来源:一收稿日期:2021-03-01基金项目:河南省高校科技创新人才项目(19HASTIT045);河南理工大学创新型科研团队资助(T2020-3);河南省科技攻关项目(182102310810)第一作者:石磊(1987—),男,硕士研究生,主要从事燃煤烟气中污染物控制技术研究。
E-mail :shilei160709@*通信作者:张倩倩(1986—),女,讲师,硕士,主要从事燃煤烟气多种污染物控制技术研究。
E-mail :zhangqianqian@ 摘要:汞是一种剧毒重金属,由于其在环境中的扩散及传播具有持久性和生物聚积性,致使汞污染已成为当今全球性急需解决的问题。
针对燃煤电厂烟气Hg 0排放日益突出问题,综述了光催化技术脱除废气中Hg 0的研究现状,着重阐述了二氧化钛、卤氧化铋、金属掺杂半导体、非金属掺杂半导体等材料光催化脱除Hg 0的性能。
由于二氧化钛能带较宽,可以采用金属或非金属掺杂的方式,提高其光催化氧化能力。
由于卤氧化铋特殊的化学结构,它在可见光辐照下具有一定的光催化脱汞性能,采用贵金属、金属氧化物、非金属负载的方式可提高卤氧化铋的光催化脱汞性能。
关键词:光催化技术;二氧化钛;卤氧化铋;单质汞中图分类号:TK411+5文献标志码:A文章编号:2096-7705(2021)02-0030-06SHI Lei,ZHANG Xu,ZHANG Qianqian,ZHANG Anchao(School of Mechanical and Power Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,Henan,China)Mercury is a highly toxic heavy metal.Due to its persistence and biological accumulation in the environment,mercury pollution has become a global problem that needs to be solved urgently.In view of the increasingly prominent problems of Hg 0emissions in coal-fired power plants,the development and research of low-temperature plasma technology for Hg 0removal is summarized.The performance of photocatalytic removal of Hg 0by photocatalyst materials such as titanium dioxide,bismuth halide oxide,metal doped semiconductor and non-metal doped semiconductor was emphatically stated.The results showed that the photocatalytic oxidation ability of TiO 2can be improved by metal or non-metal doping because of its wide energy band.Due to the special chemical structure of bismuth halide oxide,it possessed photocatalytic performances of mercury removal under visible light irradiation.The photocatalytic performance of bismuth halide oxide can be improved by means of the doping of precious metals,metal oxides and non-metalsupports.photocatalytic technology;titanium dioxide;bismuth halide oxide;elemental mercuryDOI :10.16056/j.2096-7705.2021.02.007光催化技术在烟气脱汞领域的研究进展石磊,张旭,张倩倩,张安超(河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454003)综合论述30窑窑能源研究与管理2021(2)种为火山、地热等地质活动或水体挥发和土壤释放等,称之为自然来源;另一种来自于燃煤电厂、工业锅炉、有色金属冶炼和水泥生产等行业,称之为人为来源。
燃煤电厂烟气脱汞技术探讨及适用性探讨燃煤电厂是一种常见的发电方式,但由于燃煤在燃烧过程中会产生大量的汞排放,导致环境污染和健康风险。
燃煤电厂烟气脱汞技术的研究和应用具有重要意义。
本文将对燃煤电厂烟气脱汞技术进行探讨,并评估其适用性。
燃煤电厂烟气中的汞主要以元素汞(Hg0)和氧化汞(Hg2+)的形式存在。
元素汞主要是由燃烧煤炭中的有机汞以及煤矸石中的金属汞等产生的。
氧化汞则是燃煤过程中元素汞在氧气的作用下生成的。
这些汞的排放对环境和人体健康都具有潜在危害。
烟气脱汞技术可以分为化学吸收、湿式沉降、干式吸附和离子交换等方法。
化学吸收是一种基于汞化学物质吸附的技术,可以将氧化汞转化为易于捕集和去除的汞化合物。
湿式沉降则是通过利用氢氧化钙等物质吸附汞。
干式吸附可以通过使用活性炭等材料捕集汞。
离子交换则是通过离子交换树脂吸附汞。
这些技术各有优劣,其适用性受到多种因素的影响,包括燃料特性、煤种、燃烧设备和排放标准等。
适用性的评估主要从技术可行性和经济可行性两个方面进行。
技术可行性包括技术的成熟度、去除效率、操作稳定性和适应性等方面。
经济可行性则主要考虑技术的投资、运营和维护成本以及发电成本的增加等因素。
目前,燃煤电厂烟气脱汞技术已经取得了一定的研究和应用成果。
一些技术已经被应用于实际生产中,并且取得了良好效果。
由于燃煤电厂的规模和燃烧特性的复杂性,烟气脱汞技术的适用性仍然存在一定的挑战。
一些技术在小型电厂或低汞煤种上表现良好,但在大型电厂或高汞煤种上可能遇到问题。
在评估燃煤电厂烟气脱汞技术的适用性时,需要综合考虑多种因素,包括燃料特性、燃烧设备、排放标准以及投资和运营成本等。
还需要进行技术经济评估,确保技术的可行性和经济性。
燃煤电厂烟气脱汞技术的研究和应用对环境保护和健康风险的控制具有重要意义。
虽然目前已经有一些技术被应用于实际生产中,但其适用性仍需继续探索和改进。
未来的研究应重点关注技术的效率提升和成本降低,以促进燃煤电厂烟气脱汞技术的广泛应用。
第39卷第4期2008年7月 锅 炉 技 术BOIL ER TECHNOLO GYVol.39,No.4J ul.,2008收稿日期:2007-09-24基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2006CB200300)作者简介:孟素丽(1981-),女,硕士研究生,主要从事燃煤大气污染物控制研究。
文章编号: CN31-1508(2008)04-0077-04燃煤烟气中汞脱除技术的研究进展孟素丽,段钰锋,杨立国,王运军,黄治军(东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室,江苏南京210096)关键词: 燃煤烟气;汞;脱除技术;吸附剂;研究进展摘 要: 针对目前燃煤锅炉烟气中汞的排放状况,综述了燃煤电厂烟气中汞脱除技术的研究进展。
介绍了现有常规污染物控制设备对燃煤烟气中汞的脱除能力;探讨了活性炭、改性活性炭、飞灰、钙基吸附剂、矿物类吸附剂以及一些新型吸附剂对汞的脱除效果。
结合国内外研究经验,依靠现有污染物控制设备、改良常见吸附剂特性和开发高效廉价的吸附剂将成为今后我国脱除烟气汞的主要发展趋势。
中图分类号: T K 229.6 文献标识码: B1 前 言 汞是一种神经毒物,而且是一种生物积累物质,对人群健康威胁很大。
目前认为造成汞环境污染的来源主要是天然释放和人为因素。
2003年初,联合国环境规划署(UN EP )发表的一份调查报告指出,燃煤电厂是最大的人为汞污染源。
在燃煤过程中,汞主要是以气态形式排放,成为环境污染的主要来源之一。
烟气中汞主要以3种形态存在:元素汞(Hg 0)、氧化态汞(Hg 2+)和颗粒态汞(Hg P )。
不同形态的汞具有不同的物理和化学性质。
Hg 2+易溶于水且易附着在颗粒物上,故可用常规的污染物控制设备除去;Hg P 在大气中的停留时间很短,也可用除尘设备收集;而Hg 0易挥发且难溶于水,很难被除尘设备捕获,几乎全部排放到大气中,形态相对比较稳定且停留时间很长,平均可达1年左右,且易长距离输送而形成大范围的汞污染。
活性炭负载催化剂去除燃煤烟气中单质汞的研究
活性炭负载催化剂去除燃煤烟气中单质汞的研究
摘要:以贵州凯里褐煤进行燃烧实验,研究采用CoCl2(负载量20%)改性的活性炭去除烟气中的单质汞.颗粒态汞占烟气总汞的87%,而单质汞占气态汞的`80.4%.改性活性炭吸附了气态汞中97%的单质汞,而吸收液只吸收了3%的单质汞.可见改性活性炭也能有效地吸附煤燃烧实验中的烟气汞.实验结果表明,煤中汞的释放率为59.5%, 1kg的改性活性炭可以吸附208 t煤所产生的烟气中的气态单质汞.作者:申哲民马晶向飞 SHEN Zhe-min MA Jing XIANG Fei 作者单位:上海交通大学环境科学与工程学院,上海,200240 期刊:环境监控与预警 Journal:ENVIRONMENTAL MONITORING AND FOREWARNING 年,卷(期):2010, 02(2) 分类号:X506 关键词:汞活性炭吸收修正。
燃煤电厂烟气中汞处理技术探讨目前,二氧化硫、一氧化碳以及氮氧化物、碳氢化物等造成的污染已为人所熟知并警觉。
但废气处理厂家耀先环境这里警告大家,有一些不为我们注意的污染物,正在对我们造成现实的危害,俗称“水银”的汞,便是这样的“隐形杀手”之一。
日本汞污染受害“水俣病”汞是有剧毒性的微量元素,它具有挥发性和积累性。
作为重点控制的重金属之一,过量的汞排放不仅会污染空气,而且会通过各种环境界面的交换,向水、土壤迁移,对生态环境和人体健康产生危害。
如果汞直接或者通过大气沉降进入水体,它将以毒性更大的形态在鱼和动物组织中积累,人体接触汞主要通过食用被汞污染的鱼,高浓度的汞接触将对人体的神经系统和生长发育产生影响。
汞释放被人体吸收途径据有关资料,人为的活动中汞主要来源于燃煤,火电厂的重金属污染主要来自煤的燃烧。
煤燃烧过程中,部分易挥发的重金属如Hg、Pb、Zn、Ni、Cd、Cu等极易气化挥发进入烟气,然后随粉煤灰颗粒一起向烟囱移动并逐渐降温,被粉煤灰颗粒吸附,经冲灰渣水排至贮灰场。
在这一过程中灰渣中部分可溶的重金属微量元素转入水中,如果冲灰渣水外排至江河,则可能对环境水体造成污染。
秘鲁小镇非法采矿致汞污染变“鬼城”据统计,燃煤电厂的汞排放量占到大气汞排放总量的1/3,位居各行业之首。
目前,在现有的排放标准基础上,现行的污染控制技术已经大大减少火电厂烟尘、SO2和NOx的污染问题,相应的大气污染物处理设备也得到了广泛应用。
然而,烟气中汞排放的危害与控制技术研究相对滞后。
据统计,自1978年至2008年,我国燃煤工业累计向大气排放汞已达8000余吨,随着经济的发展,汞的排放量还将持续增加。
美国环保署于2005年3月颁布了汞排放控制标准,成为世界上首先针对燃煤电厂汞排放实施限制标准的国家。
然而,我国除对生活垃圾焚烧和危险废物焚烧出台相关的控制标准外,目前国家还没有制定针对火电厂燃煤过程汞排放的控制标准。
因此,一直以来对全国燃煤电厂的汞排放水平缺乏了解。
引言随着工业的飞速发展,工业锅炉燃烧产生的烟尘、NO x和SO2排放量与日俱增,对自然环境造成严重污染,尤其是火力发电厂为甚。
现阶段我国对治理燃煤产生的烟尘、SO2、NOx已取得一定的成效,由于汞等重金属在生物体内和食物链中具有长久累计性及破坏性。
国家对大气汞污染物排放设定了限制,规定自2015年1月1日起汞及其化合物的排放不超过0.03ug/m3。
目前,我国治理燃煤电厂氮氧化物污染主要采用SCR(选择催化还原)法,选取V、W、MO等做为催化剂的有效成份脱除NOx,该催化剂对烟气中的Hg0(零价汞)具有一定的氧化作用,其对Hg0的氧化脱除率根据燃烧煤种的不同维持在较低水平(20-45%),无法满足环保要求。
我国目前燃煤电厂多已建成脱硝装置,如单独建设脱汞设施对于现有燃煤电厂制约于场地面积的同时势必增加投资,因此急需开发一种既能脱除NOx,又能结合湿法脱硫脱除Hg0的脱硝脱汞催化剂,以便利用现有SCR脱硝设备,实现脱硝、脱汞同步净化消除的目的,达到满足环保要求的同时将环保成本降至最低。
目前我省使用的煤种主要以褐烟煤及褐烟亚煤为主,其汞含量为0.30-0.40ug/m3,其含量高于国内平均0.22 ug/m3,汞排放量每年约35-40千克,随着近年来我省部分地区出现的扬尘、雾霾天气的现状,控制和治理氮氧化物已成为我省环境治理的重点,未来2-3年内汞的污染排放控制势必也将提上日程。
1技术进展1.1 NOx的危害及SCR控制技术氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一,也是形成光化学烟雾的主要前驱物,依据火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物排放标准(GB13223-2011)中规定:氮氧化物排放上限由原来的450 mg/Nm3调整为100mg/Nm3、单机容量30万KW以上的燃煤机组要全部加装脱硝设施,力求2018年我国氮氧化物排放总量要比2017年减少10%,控制在2046.2万吨。
青海省2018年氮氧化物总排放量15.70万吨,其中火电排放量占总量的28%,约4.40万吨,省内现有氮氧化物控制指标为年排放增速不超过5%(7850吨)其主要措施为加大脱硝装置建设及维持现有脱硝装置的高效经济运行。
燃煤烟气中零价汞的催化氧化理论研究进展赵莉;刘宇;吴洋文;庄柯;陆强【摘要】汞是燃煤锅炉烟气重金属污染元素之一,主要存在形态为零价汞(Hg0)、氧化态汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hg.),其中Hg0难以去除,通常需将其氧化为较易脱除的Hg2+后再脱除;催化剂可以促进Hg0的氧化,按照催化剂来源与功能的不同,将其分为3类,即燃煤飞灰、常规Hg0氧化催化剂及联合脱硝脱汞催化剂,综述了Hg0在不同催化剂作用下发生氧化反应的密度泛函理论(DFT)研究现状;对各种催化剂表面Hg0的吸附以及氧化反应机理进行了总结并比较了一些相近研究的内容与结果;指出了现有研究的不足,提出了Hg0氧化剂DFT理论计算研究今后的发展趋势.%Mercury is one of the heavy metal element pollution in the flue gas of coal-fired power generation,with elemental mercury (Hg0),oxidized mercury (Hg2+) and particulate mercury (HgP) as its main existing forms.Since Hg0 is difficult to be removed,it is usually oxidized toHg2+,which can be removed easily with the help of catalysts.Hg0 oxidation catalyst can be divided into three major types according to their different sources and functions,i.e.,coal-fired fly ash,conventional Hg0 oxidation catalyst,and cooperative de-NOx and Hg-removal catalyst.In this paper,the present status of the density functional theory (DFT) study of oxidation reaction of Hg0 under different catalysts is reviewed.Then the mechanisms of adsorption and oxidation reaction of Hg0 on various catalysts are summarized and the contents and results of some similar studies are compared.In addition,the deficiency of the current research is pointed outand the future development trend of DFT calculation study of Hg0 oxidation catalyst is put forward.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2018(051)003【总页数】7页(P170-176)【关键词】燃煤电站;汞排放;汞脱除;零价汞,汞催化氧化;密度泛函理论【作者】赵莉;刘宇;吴洋文;庄柯;陆强【作者单位】生物质发电成套设备国家工程实验室(华北电力大学)北京 102206;生物质发电成套设备国家工程实验室(华北电力大学)北京 102206;生物质发电成套设备国家工程实验室(华北电力大学)北京 102206;国电环境保护研究院,江苏南京210031;生物质发电成套设备国家工程实验室(华北电力大学)北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TK621;X5010 引言汞(Hg),俗称水银,是常温下唯一以液态形式存在的金属。
汞具有剧毒性、易迁移性、生物富集性,进入生物体后难以排出,对健康危害极大。
煤炭等化石燃料的燃烧是汞的主要排放源之一。
现阶段在我国的能源消耗中,煤炭仍占主要地位。
在燃煤锅炉产生的烟气中,Hg主要以3 种形态存在,即 Hg0、Hg2+ 和 HgP[1]。
Hg2+ 易溶于水,可通过湿法(例如燃煤电厂湿法脱硫系统)去除;HgP可随飞灰在除尘设备中去除;而Hg0利用燃煤锅炉现有的污染物控制设备很难除去,几乎全部释放到大气中,且停留久、易迁移,造成全球性污染。
目前,燃煤锅炉汞污染物控制技术主要包括燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后脱汞3类[2-3]。
其中,燃烧前脱汞和燃烧中脱汞在效率和经济性方面都有很大的局限性,而燃烧后添加催化剂脱汞技术效率较高,是当前燃煤电厂汞污染控制技术的研究重点和热点[4-5]。
1 Hg0氧化反应机理假设Hg0氧化催化剂的结构和化学特性直接决定了其对Hg0的氧化性能,Hg0氧化反应机理主要涉及催化剂与烟气中Hg0及其化合物的相互作用。
目前Hg0氧化催化剂的研究还处在实验室阶段,因此在实验的基础上,深入研究Hg0氧化反应的机理,对指导开发高效Hg0氧化催化剂具有重要意义。
关于Hg0的非均相氧化反应,迄今有许多学者基于初步的实验研究给出了多种机理假设,包括Deacon过程、Mars-Maessen机理、Eley-Rideal机理以及Langmuir-Hinshelvood机理等[6]。
尽管上述机理都存在一定的合理性,但是没有一种机理可以解释不同催化剂、不同条件下Hg0的非均相氧化过程。
现有的实验和表征手段难以在微观尺度全面揭示Hg0氧化催化剂的结构特性及反应机理,而量子化学密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)计算方法能够模拟催化剂表面上分子及原子之间的相互作用,为突破这一瓶颈创造了条件。
本文将对现有的关于Hg0氧化催化剂的DFT理论研究进行综述。
2 Hg0氧化催化剂的DFT理论研究进展2.1 燃煤飞灰诸多研究证明,燃煤飞灰中Fe2O3、CuO等成分对Hg0的氧化有显著促进作用[7-8]。
飞灰的主要化学成分包括CaO、MgO、Fe2O3、CuO、MnO2、Al2O3以及SiO2等,其中的金属氧化物对Hg0都有一定的脱除能力[9]。
γ-Fe2O3和α-Fe2O3都具有吸附Hg0的能力,HgCl和HgCl2在α-Fe2O3(001)表面发生解离吸附(见图1)[10-11]。
而在α-Fe2O3(0001)表面,HCl被氧化为Cl2后参与了Hg0的均相氧化反应,且烟气中H2S和O2的存在可促进这一过程[12]。
飞灰中的CuO对Hg0的氧化为多相催化反应。
在CuO(110)的两种不同终端(O 终端和Cu终端)表面上,Cu终端表面对Hg及其化合物表现出更强的吸附能力;烟气组分中的HCl能够促进CuO(110)表面上Hg0的氧化,而NO、NH3和SO2则对氧化反应有不同程度的抑制作用[13]。
在CuO(111)表面,Hg0的氧化反应有两种方式,(1)Cl2分子分解为2个Cl原子氧化气相中的Hg0,遵循Eley-Rideal机理;(2)HCl在表面解离,Cl原子与Hg0在表面结合,遵循Langmuir-Hinshelwood机理(见图2)[14]。
其中第2条路径的能垒较低,因此在Hg0氧化反应中占主导地位。
γ-Al2O3虽然本身对Hg0的催化氧化性能较弱,但具有较高的比表面积,良好的粒度、分散度,以及低廉的价格,因而广泛应用于化学工业领域。
γ-Al2O3作为催化剂时,依靠其表面Al位和O位有较好的吸附性能,能活化许多键,如H—H 键、C—H键、O—H键和C—C键,因此能在一系列反应中显示出良好的活性。
但是,已有的研究发现,γ-Al2O3各个表面对Hg0的吸附能力很弱,均表现为物理吸附[15],这说明γ-Al2O3并不能直接作为Hg0氧化的催化剂,但可作为载体用于制备高效Hg0氧化催化剂[16],不仅可以减少活性组分的用量,而且可以通过成型技术使催化剂有一定的形状,增加催化剂的机械强度。
如Pd、Pt、Cu等常作为Hg0催化氧化剂的活性成分,可负载于γ-Al2O3等载体上制备高效的Hg0催化氧化剂[15]。
图2 文献[14]提出的CuO(111)表面Hg0的氧化反应最优路径示意Fig. 2 Optimal pathway of oxidation reaction of Hg0 on the CuO(111) surface proposed in ref [14]2.2 常规Hg0催化氧化剂飞灰对Hg0的氧化还远达不到污染物排放控制的要求,因此一般还需要引入高效的Hg0氧化催化剂来脱除烟气中的Hg0。
以下对几种常规Hg0催化氧化剂进行介绍。
2.2.1 MnO2基Hg0催化氧化剂前人的实验研究已证实以MnO2为活性成分,负载于ZrO2、Al2O3以及TiO2等载体上制备的MnO2基Hg0氧化催化剂,均表现出良好的Hg0氧化性能[17-19]。
由于MnO2具有独特的氧化还原电子对Mn3+/Mn4+,在低温下(低于300 ℃)对Hg0的氧化具有很好的催化活性[17]。
对MnO2(110)表面Hg0吸附的研究表明,Hg0在该表面为强化学吸附[20],这是由于Hg的s轨道和d轨道与表面上Mn—O—Mn桥位O原子的p轨道以及五配位Mn原子的p轨道和d 轨道发生了杂化,同时也说明Hg原子更倾向于吸附在MnO2(110)表面上的这2种位点上。
HgCl和HgCl2则倾向于吸附在MnO2(110)表面的O原子位点上。
HgCl和HgCl2的脱附与分解都是很强的吸热反应,因此两者都能在MnO2(110)表面稳定存在,但也存在HgCl分解后导致Hg脱附的可能性。
在低温下Hg0更易在MnO2(110)表面吸附,但当温度升高到一定程度,HgCl2将比Hg0更容易被吸附。
对MnO2(110)表面的热力学计算表明,氯化的MnO2(110)表面能够在低HCl浓度下稳定存在。
基于此,进一步的研究表明,HCl在MnO2(110)表面会发生解离吸附并形成—OH以及Mn—Cl结构,Hg0在MnO2(110)表面的氧化遵循Langmuir-Hinshelwood机理,即吸附于表面的Hg0与来自HCl解离的Cl发生反应形成HgCl,然后HgCl再与已经吸附于表面的Cl发生反应生成HgCl2[21]。
因为这2步反应的能垒都远低于由Hg0直接生成HgCl2的能垒,因此Hg0在MnO2(110)表面的氧化反应路径为Hg0→HgCl→HgCl2,其中HgCl→HgCl2是速控步骤(见图3)。
图3 文献[21]提出的MnO2(110)表面Hg0的氧化反应路径示意Fig. 3 Reaction pathway of oxidation of Hg0 on the MnO2(110) surface proposed in ref [21]2.2.2 CeO2基Hg0催化氧化剂CeO2是一种成本低、无毒性以及低温下(200~250℃)催化活性高的Hg0氧化活性成分[22-23]。