[发明专利]高效抗水热和抗硫性能的脱汞催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种新型催化剂，具体涉及一种高效抗水热和抗硫性能的脱汞催化剂及其制备方法与应用。本发明所述脱汞催化剂是以CH₄作为燃料与空气混合形成预混合气体，采用火焰合成的方式将有机试剂雾化燃烧制备而成的。该催化剂在N₂+6％O₂烟气组分下，催化剂氧化效率保持在90％以上；尤其在200‑400℃温度区间，催化剂氧化效率接近100％。100ppmSO₂添加对催化剂脱效率的抑制影响低于8％，水蒸气对催化剂汞氧化效率抑制作用低于5％，SO₂和H₂O对催化剂的汞氧化效率抑制作用低于13％；催化剂脱硝效率保持在75.3％‑92.6％，说明催化剂具有较好的抗硫抗水性。

技术领域

本发明涉及一种新型催化剂，具体涉及一种具有良好抗水热性和抗硫性能的脱汞催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

汞，俗称水银，是一种常温下可以以气态和液态形式存在重金属。汞可以长距离迁移性和生物富集性，并在自然界中能转化为剧毒的甲基汞，对环境和人体健康具有极大的危害。为了在全球范围内效遏制汞的使用、释放和排放，减少汞对环境和人类健康造成的损害，国际社会于2013年就具有法律约束力的汞文书达成一致，并生成《关于汞的水俣公约》,该公约于2017年8月16日生效，其中燃煤行业为公约的重点管控源。因此，研究燃煤行业的烟气脱汞具有重要意义。汞在燃煤烟气中主要存在三种形态：气态元素汞(Hg⁰)、气态活性汞(Hg²⁺)和颗粒态汞(Hg_p)。其中Hg²⁺和Hg_p可以分别燃煤行业的湿法脱硫和除尘设备去除，但是Hg⁰不易溶于水而难于被污控措施去除。在燃煤烟气中，Hg⁰大约占到了总汞(Hg^T)的20％左右，而在褐煤等低品位煤炭烟气中，Hg⁰含量可以占到总汞排放的80％以上(Guo X,et al.EnergyFuels,2007,21(2):898-902)。因此，Hg⁰的去除是解决燃煤烟气汞污染排放的重要内容。因此，燃煤行业烟气脱汞的关键在于将Hg⁰转化Hg²⁺，被后面面的湿法脱硫设备协同脱除。所以制备高效Hg⁰催化剂是有效控制烟气汞排放的主要问题。

调研国内外文献发现，水热性差和抗硫性能低是目前Hg⁰氧化催化剂面临的主要问题。由于传统催化剂的制备方式为焙烧，通常焙烧温度不高于500℃，因此该类催化剂的在温度高于500℃时，催化剂结构出现明显的崩塌造成催化剂活性降低。由于燃料成分不同以及热能需求的波动，烟气温度可能出现较大的变化，因此要求催化剂具有较宽的反应温度窗口和较好的抗水热性能。对于反应温度窗口研究已经比较全面，但是对催化剂的抗水热性能的研究相对比较少。SO₂与汞具有相似的吸附氧化位点，所以汞氧化催化剂普遍表现为抗硫性较差。采用适当的掺杂试剂改善催化剂汞氧化效率和抗硫性，提高催化剂表面活性氧含量，改善催化剂表面酸碱性，从而提高催化剂的抗硫性。因此，制备一种具有良好的抗水热性能和抗硫性能的催化剂对汞氧化脱除具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种高效抗水热和抗硫性能脱汞催化剂，该催化采用火焰法合成，其在SO₂存在条件下表现出优异的零价汞氧化能力，也具有良好的脱硝效率性能。

具体地说，本发明所述脱汞催化剂是以CH₄作为燃料与空气混合形成预混合气体，采用火焰合成的方式将有机试剂雾化燃烧制备而成的。

本发明首先提供一种高效脱汞催化剂的制备方法，包括：将催化剂前驱物通高压空气使其形成粒径200-500nm的气溶胶，然后进入火焰加热，燃烧，蒸发，溶质析出，团聚形成催化剂。