基于脱硝催化剂稀土改性脱除燃煤烟气单质汞的理论与方法

The rapid growth of the coal consumption leads to continuous increase of mercury emissions from coal-fired flue gas. The key to control mercury pollution from coal-fired flue gas is to promote the oxidation of elemental mercury in flue gas. This project expected to modify the flue gas denitration catalysts with rare earth, and oxidize the elemental mercury in the flue gas without affecting the denitration efficiency. In this project, the effects of the impact factors, such as the modification of the denitration catalysts with rare earth, chemical composition of the modified catalysts and the flue gas components, on the oxidation and removal of elemental mercury will be studied. The physical and chemical process of the elemental mercury on the surface and in the micro porous of the catalysts will also be researched; moreover, on the basis of the research on the chemical thermodynamics and chemical dynamics of elemental mercury oxidation, mercury removal and denitration process with rare earth modified denitration catalysts will be simulated; furthermore, the interaction of mercury removal and denitration by using the rare earth modified denitration catalysts will be studied and the mechanism of catalytic oxidation of elemental mercury with the rare earth modified denitration catalysts will be clarified, at the same time, the new theories and methods for simultaneous removal of mercury and nitrogen oxides will be built. Through this project, it will become a reality to efficiently remove mercury from flue gas in the denitration system. Additionally, the new theories, methods and approaches will be provided for coal-fired flue gas mercury pollution control technology and important theoretical guidance and practical basis will be provided to control the mercury pollution in the atmosphere economically and efficiently.

快速增长的煤炭消费导致燃煤烟气汞排放量的持续增加。控制燃煤烟气汞污染的关键是如何促进烟气中单质汞的氧化。本项目期望对烟气脱硝催化剂进行稀土改性，在不影响脱硝效果的条件下，氧化烟气中的单质汞。研究稀土对脱硝催化剂改性、改性催化剂化学组成、烟气成分等因素对单质汞氧化和去除的影响；研究单质汞在催化剂表面及微孔中的物理化学过程；在深入研究单质汞氧化的化学热力学和化学动力学的基础上，对稀土改性脱硝催化剂的烟气脱汞及脱硝过程进行数值模拟研究；研究稀土改性脱硝催化剂条件下脱汞和脱硝的相互影响，阐明稀土改性脱硝催化剂催化氧化单质汞的机制，建立燃煤烟气同时脱汞脱硝的新理论新方法。通过本项目的研究，将使在烟气脱硝系统中高效脱除烟气中的汞成为可能，为燃煤烟气汞污染控制技术提供新理论、新方法和新途径，为经济、高效地控制大气汞污染提供重要的理论指导和实践基础。

燃煤排放的大气污染物（SOx、NOx和Hg）是造成我国区域大气污染物问题的重要因素。如何有效控制燃煤烟气氮氧化物和汞，已经成为研究者广泛关注的课题。促进烟气中单质汞的氧化是控制燃煤烟气汞污染的关键。本项目期望对SCR脱硝催化剂进行改性，在不影响脱硝效果的条件下，氧化烟气中的单质汞。采用不同稀土金属前驱体及不同改性方法，制备高效改性SCR催化剂；在模拟实验台上研究改性方法、金属含量、反应温度、烟气条件对SCR系统Hg氧化和NO转化效率的影响；对催化反应前后的脱硝催化剂、稀土改性脱硝催化剂进行表征分析，研究其表面的物理化学特性、化学组成和金属形态，以此来分析单质汞在催化剂表面的物理化学过程，揭示SCR脱硝系统对Hg氧化的作用机制；研究稀土金属氧化物储存释放氧的机理和Hg氧化过程的促进作用和促进机理；研究氮氧化物和汞在催化剂表面的物理化学过程，揭示脱硝和脱汞之间的相互作用机制，并提出催化剂协同脱汞的作用机理，实现稀土改性SCR催化剂在促进Hg氧化的同时，避免或减少对脱硝的抑制作用；基于Fluent软件，进行了活性焦同时脱硝脱汞反应器的SCR脱硝喷氨混合区域的模拟与优化研究。发表相关论文27篇，其中SCI论文21篇、中文核心期刊论文6篇；获得授权发明专利3项、实用新型专利2项；申请发明专利2项、实用新型专利1项；培养毕业硕士研究生21人。本项目的研究，使在烟气脱硝系统中高效脱除烟气中的汞成为可能，为燃煤烟气汞污染控制技术提供新理论、新方法和新途径，为经济、高效地控制大气汞污染提供重要的理论指导和实践基础。