專利名稱：一種用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種脫汞催化劑，具體涉及一種用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑，本發明還涉及了該催化劑的制備方法。
背景技術：
隨著我國電力行業對大氣污染物控制技術的不斷發展，燃煤煙氣中排放的汞造成的危害日益受到關注。由于我國燃煤中的汞含量較高，因此燃煤電廠排放的汞污染問題嚴重，我國所面臨的國際社會壓力也越來越大，對燃煤煙氣汞污染控制技術的研究成為必然。我國最新制定的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2011)明確規定，汞及其化合物的排放限值為0.03mg/m3。燃煤電廠產生的煙氣中，汞主要以三種形態存在:顆粒態(Hgp)、氧化態(Hg2+)以及元素態(Hg°)。前兩種形態的汞易于被除塵器以及脫硫裝置有效捕集脫除，但是元素態的汞因揮發性高、水溶性低很難被燃煤電廠現有的設備有效脫除，因此對Hg°的控制技術的研究成為燃煤煙氣中汞污染控制的關鍵所在，也是一個需要解決的難點問題。各國對汞控制研究的過程中發現，直接采用活性炭吸附法將煙氣中的Hg°脫除盡管有效，但脫除成本很高，不適于大規模推廣，若采取一些措施將Hg°氧化為Hg2+，再通過除塵器和濕法脫硫裝置加以去除是比較可行的煙氣脫汞方式。研究表明，選擇性催化還原催化劑(Selective Catalytic Reduction, SCR)能夠促進煙氣中的HCl對零價萊的氧化,但是對實際燃煤電廠的SCR反應器對汞脫除性能測試的結果表明，SCR反應器對零價汞的氧化效果不佳(平均低于40%)，難以滿足要求。
發明內容
本發明目的之一是提供一種用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑，該脫汞催化劑對零價汞的氧化具有催化作用，尤其在較低濃度的HCl的情況下，都具有較高零價汞去除率，能夠有效地將煙氣中不易去除的單質汞轉化為可被除塵器及脫硫裝置捕集的二價汞，適用于燃煤煙氣中汞及其化合物脫除。本發明目的之二是提供上述脫汞催化劑的制備方法。本發明的第一個目的是通過以下技術方案來實現的:一種用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑，包括作為載體的二氧化鈦以及負載在載體上的催化活性組分，所述催化活性組分包括主活性組分氧化錳(MnO2)和活性助劑鈮(Nb)。本發明所述主活性組分氧化錳(MnO2)的負載量為3 10wt%，所述活性助劑鈮(Nb)的負載量以五氧化二鈮(Nb2O5)計為I 5wt%。本發明中，活性組分MnO2對單質汞的催化氧化具有較高的活性，添加助劑Nb之后，Nb負載于二氧化鈦之上，可以有效地增強催化劑的酸性，使得主活性組分中的錳在載體二氧化鈦的活性位點增多，從而增強催化劑的活性。同時，Nb可以保持催化劑在高溫下的1 比表面積，提聞催化劑的熱穩定性。本發明的第二個目的是通過以下技術方案來實現的:一種用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑的制備方法，將主活性組分氧化錳(MnO2)的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后，加入五氧化二鈮(Nb2O5)的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C下水浴加熱并不斷攪拌，使氧化錳(MnO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)及載體充分混合反應4 6h，110°C干燥10 12h，研磨，在馬弗爐中程序升溫至350 500°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑。所述的復合浸潰液中MnO2與Nb2O5的質量比為1:1 10:1。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
本發明的催化劑對零價汞具有較好的催化作用，制備工藝簡單，無需增加專用的脫汞設備，經過加工成型后，可以放置于SCR反應器中脫硝催化劑的下層，實現零價汞的高效氧化，進而被下游的濕法煙氣脫硫系統捕集脫除，非常適合于燃煤電廠煙氣中汞的脫除應用推廣。
具體實施例方式實施例1
將主活性組分MnO2的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后得浸潰溶液，將載體二氧化鈦粉末浸入浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C水浴加熱并不斷攪拌，使活性組分及載體充分混合反應5h，110°C干燥10h，研磨，在馬弗爐`中程序升溫至400°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑，MnO2負載量為5wt%。實施例2
將主活性組分MnO2的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后，加入Nb2O5的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，復合浸潰液中MnO2與Nb2O5的質量比為3:1，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C水浴加熱并不斷攪拌，使Mn02、Nb2O5及載體充分混合反應5h，110°C干燥10h，研磨，在馬弗爐中程序升溫至400°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑，MnO2負載量為3wt%，Nb2O5的負載量為lwt%。實施例3
將主活性組分MnO2的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后，加入Nb2O5的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，復合浸潰液中MnO2與Nb2O5的質量比為5:1，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C水浴加熱并不斷攪拌，使Mn02、Nb2O5及載體充分混合反應5h，110°C干燥10h，研磨，在馬弗爐中程序升溫焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑，MnO2負載量為5wt%，Nb2O5的負載量為lwt%。實施例4
將主活性組分MnO2的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后，加入Nb2O5的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，復合浸潰液中MnO2與Nb2O5的質量比為7: 1，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C水浴加熱并不斷攪拌，使Mn02、Nb2O5及載體充分混合反應5h，110°C干燥10h，研磨，在馬弗爐中程序升溫至400°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑，MnO2負載量為7wt%，Nb2O5的負載量為lwt%。實施例5將主活性組分MnO2的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后，加入Nb2O5的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，復合浸潰液中MnO2與Nb2O5的質量比為10: 1，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C水浴加熱并不斷攪拌，使Mn02、Nb2O5及載體充分混合反應5h，110°C干燥10h，研磨，在馬弗爐中程序升溫至400°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑，MnO2負載量為10wt%，Nb2O5的負載量為lwt%。實施例6
將主活性組分MnO2的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后，加入Nb2O5的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，復合浸潰液中MnO2與Nb2O5的質量比為5: 2，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C水浴加熱并不斷攪拌，使Mn02、Nb2O5及載體充分混合反應5h，110°C干燥10h，研磨，在馬弗爐中程序升溫至400°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑，MnO2負載量為5wt%，Nb2O5的負載量為2wt%。實施例7
將主活性組分MnO2的前驅體硝酸錳 加水攪拌溶解后，加入Nb2O5的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，復合浸潰液中MnO2與Nb2O5的質量比為5: 3，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C水浴加熱并不斷攪拌，使Mn02、Nb2O5及載體充分混合反應5h，110°C干燥10h，研磨，在馬弗爐中程序升溫至400°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑，MnO2負載量為5wt%，Nb2O5的負載量為3wt%。實施例8
將主活性組分MnO2的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后，加入Nb2O5的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，復合浸潰液中MnO2與Nb2O5的質量比為1: 1，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C水浴加熱并不斷攪拌，使Mn02、Nb2O5及載體充分混合反應5h，110°C干燥10h，研磨，在馬弗爐中程序升溫至400°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑，MnO2負載量為5wt%，Nb2O5的負載量為5wt%。實驗例:
以實施方式I至8制得的脫汞催化劑IOg裝入管式固定床石英反應器(Φ9_)中，通入模擬煙氣，具體成分為 O2 為 3%、Hg0 為 0.3mg/m3, HCl 為 5ppm，NO 300ppm、NH3 300ppm,其余為N2，溫度為350°C，控制氣體空速為4000(^1條件下考察催化劑對Hg°的氧化活性。結果見表I。
權利要求
1.一種用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑，其特征在于，包括作為載體的二氧化鈦以及負載在載體上的催化活性組分，所述催化活性組分包括主活性組分氧化錳和活性助劑鈮。
2.根據權利要求1所述的用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑，其特征在于，所述主活性組分氧化錳的負載量為3 10wt%，所述活性助劑鈮的負載量以五氧化二鈮計為I 5wt%。
3.一種權利要求1或2所述的用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑的制備方法，其特征在于，將主活性組分氧化錳的前驅體硝酸錳加水攪拌溶解后，加入五氧化二鈮的前驅體硝酸鈮攪拌均勻，制得復合浸潰溶液，將載體二氧化鈦粉末浸入復合浸潰溶液中，進行攪拌混合，在60°C下水浴加熱并不斷攪拌，使氧化錳、五氧化二鈮及載體充分混合反應4 6h，110°C干燥10 12h，研磨，在馬弗爐中程序升溫至350 500°C焙燒4 6h，然后自然冷卻至室溫，制得脫汞催化劑。
4.根據權利要求3所述的用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑的制備方法，其特征在于，所述的復合浸潰液中氧化錳與五氧化二鈮的質量比為1:1 10:1。
全文摘要
本發明公開了一種用于氧化燃煤煙氣中零價汞的脫汞催化劑，包括作為載體的二氧化鈦以及負載在載體上的催化活性組分，所述催化活性組分包括主活性組分氧化錳和活性助劑鈮。本發明還公開了該脫汞催化劑的制備方法。該脫汞催化劑對零價汞的氧化具有催化作用，尤其在較低濃度的HCl的情況下，都具有較高零價汞去除率，能夠有效地將煙氣中不易去除的單質汞轉化為可被除塵器及脫硫裝置捕集的二價汞，適用于燃煤煙氣中汞及其化合物脫除。
文檔編號B01D53/86GK103084165SQ20131002370
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者盤思偉, 唐念, 李麗, 葉凱, 胡將軍 申請人:廣東電網公司電力科學研究院