CuCl2改性失活SCR催化剂同时脱硝脱汞及抗硫性能研究

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近年来,人们对于大气污染问题日益关注,燃煤烟气排放标准也不断提高。SCR作为目前燃煤电厂应用规模最大的烟气脱硝技术,其核心催化剂由于运行工况的复杂性而会逐渐失活,每3~5年就需进行更换,并由此产生大量的废弃SCR催化剂,引发环境问题和造成资源浪费。研究表明通过对催化剂进行再生,不仅能有效恢复其活性还能实现资源再利用,节约设备运行成本。此外,燃煤电厂汞排放对于人体健康的威胁问题也逐渐引起人们重视,世界各国为此纷纷出台相应排放控制标准,利用SCR技术实现同时脱硝脱汞被认为是一种经济可行的研究方向。但目前的催化剂脱汞效率受烟气中HCl含量影响很大,而中国煤炭氯含量普遍较低,因此开发一种在无氯或低氯环境中也能高效脱汞的催化剂将成为未来工业化应用的主要发展方向。利用过渡金属对失活SCR催化剂进行改性,可以通过SCR设备实现燃煤烟气同时脱硝脱汞。此外,失活催化剂改性再生不仅可以实现失活催化剂再利用,延长催化剂使用寿命,降低SCR装置运行成本;同时燃煤电厂无需新建汞污染控制装置,可以节省占地面积和建设费用,从而达到经济效益和环境效益的协调统一。本研究对失活SCR催化剂改性再生制得CuCl2/RSC用以同时脱硝脱汞。首先研究了再生处理对于失活催化剂性能的影响,并结合XPS、BET、XRD对催化剂失活因素及再生效果进行了分析。其次,针对于改性再生催化剂CuCl2/RSC,研究了CuCl2负载量、反应温度对于催化剂脱硝、脱汞效率的影响以及不同烟气组分(O2、NH3、NO)对于催化剂脱汞效率的影响,同时结合多种表征分析手段对CuCl2/RSC脱汞机理进行了分析。最后,针对于SO2会对催化剂性能造成较大影响的问题,对7%CuCl2/RSC进行酸化并对酸化前后抗硫性能进行了活性测试,同时结合相应表征分析手段对抗硫性能提升原理进行了阐述。实验结果表明:碱金属中毒和硫中毒是导致商业催化剂失活的主要因素。经过稀硫酸洗清洗以后,催化剂表面的碱金属和S元素得到有效恢复,催化剂脱硝性能最高可达83.1%,脱汞性能也略有提升,表明酸洗对于失活催化剂具有良好的再生效果,失活催化剂可再生性能良好。经过再生及CuCl2改性以后,催化剂脱硝脱汞的性能显著改善,V、Cu具有较好的协同脱汞性能。研究表明当CuCl2负载量为7%时,温度为300℃时,CuCl2/RSC具有最佳的同时脱硝脱汞性能,此时脱硝效率为78.3%,脱汞效率为80.4%,此外,当温度区间为250℃~350℃时,催化剂脱硝、脱汞效率均可以保持在70%以上。O2和NO均有利于脱汞反应的进行,并且O2对于催化剂脱汞效率提升更大。NH3由于会与Hg~0竞争活性位点而会造成催化剂脱汞效率降低。表征分析结果,7%CuCl2/RSC表面CuCl2高度分散,经过脱汞反应以后,部分高价态Cu、V被还原。有氯条件下,7%CuCl2/RSC脱汞机理为Mars-Maessen机理。催化剂抗硫性能研究表明,7%CuCl2/RSC经过酸化以后,脱硝性能轻微增加,脱汞效率小幅降低,抗SO2中毒性能表现优异。XRD、BET、TG、XPS、NH3-TPD等表征分析结果,经过酸化以后催化剂中部分CuCl2转化为Cu SO4,此时二者均在酸化7%CuCl2/RSC表面高度分散,并且经过酸化以后催化剂酸度增加,这也有利于脱硝、脱汞反应的进行,此外,CuCl2更容易与SO2反应,从而提升了催化剂抗硫性能。
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