[发明专利]一种用于汞氧化的催化剂、其制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于烟气控制领域，涉及催化氧化除汞的方法，具体地，本发明涉及一种用于氧化去除单质汞的催化剂、其制备方法及其用途。

背景技术

汞（Hg）的污染因其具有持久性、易迁移和高度的生物富集性等特点而成为大气污染控制领域中的重点。我国是一个燃煤大国，能源结构中煤的比例高达75%，同时中国原煤汞含量较高，氯含量低，燃煤技术普遍落后，导致汞污染尤为严重，2010年中国首次规定了火电厂大气汞污染物排放标准，规定燃煤烟气汞的浓度应小于30μg/m³。燃烧过程中扩散进入空气的汞主要以三种形态存在：单质汞（Hg⁰），氧化态汞（Hg²⁺）和颗粒态汞（Hg^p）。其中，Hg²⁺的化合物具有较高的水溶性，可以在脱硫装置中除去，而Hg^P可以被除尘器所捕获，Hg⁰具有较高的挥发性和较低的水溶性，不易被现有设备除去，因此，寻求合理有效的Hg⁰控制技术具有非常重要的现实意义及经济效益。

燃煤烟气汞的控制可分为燃烧前脱汞（包括洗煤技术，浮选法等），燃烧中脱汞（改进燃烧方式）以及燃烧后脱汞（即燃煤烟气除汞）。燃煤烟气除汞是主要的除汞方法，包括现有污染物控制设备除汞法，吸附剂法，等离子体除汞技术以及催化氧化法。其中催化氧化是在催化剂存在下利用烟气中的氧化剂（如HCl、O₂等）将Hg⁰催化氧化为Hg²⁺，氧化后的产物Hg²⁺易溶于水，可被其它污染物控制设备去除，在电站锅炉、工业锅炉、工业窑炉等燃煤烟气汞排放控制领域具有较好的实用前景。因此，近年来，Hg⁰催化氧化技术已受到广泛关注。

CN 102218266A公布了一种利用传统的钒钛催化剂（V₂O₅/TiO₂）催化氧化汞的方法，该催化剂可在200~400℃的温度范围内可将90%左右的Hg⁰氧化为Hg²⁺。

CN 101574660公布了一种掺杂复合金属氧化物除汞催化剂的制备方法，所述方法通过浸渍法将三种催化剂的活性组分（由主催化组分、复合组分以及掺杂改性组分的前驱体）混合并负载到载体表面，制备过程包括浸渍、干燥、煅烧。主催化组分是锰的氧化物和/或钴的氧化物；复合组分为铜、铁、锆、钛的氧化物中的一种或多种；掺杂改性组分为钼、钨、钒中的一种或多种。

CN 101602018公布了一种稀土元素掺杂复合金属氧化物除汞催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）将主催化组分前驱体加水搅拌配制成浸渍溶液，然后将复合组分前驱体与掺杂组分前驱体加入浸渍溶液搅拌均匀，制成复合浸渍溶液；（2）将除汞载体浸入复合浸渍溶液中进行搅拌混合处理后转置于马弗炉中进行焙烧处理，然后自然冷却至常温，制得稀土元素掺杂复合金属氧化物除汞催化剂。该种催化剂可以在较低的HCl浓度（15ppm）的条件下实现单质汞的氧化。

但是以上催化剂均存在一定的缺陷，首先其空速较低，实验室规模时其空速<10000h^-1，放大到工业应用时催化活性会有一定的降低；其次烟气中必须存在HCl等氧化剂前体，需要额外加入氧化剂才能发挥较好的催化效果，另外催化剂在150℃以下时催化效果较差，应用于工业应用可能会进一步降低，即很难在除尘之后实现汞的高效氧化。

现有氧化脱汞催化剂存在如下问题：低温（例如150℃以下）活性较差、允许空速低、能耗高、成本高以及对HCl依赖性强，需要额外加入氧化剂或氧化剂前体等。开发一种克服上述问题的汞氧化催化剂迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种汞氧化的催化剂，所述催化剂具有较高的允许空速，可利用烟气中存在的氧气及微量HCl，在较低温度（150℃以下）以及较宽的温度范围（50-300℃）下，实现零价汞（Hg⁰）到二价汞（Hg²⁺）的转化，甚至可以实现不含HCl的烟气中单质汞的氧化。