[发明专利]一种用于同时脱硝脱汞脱碳的核壳结构催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于同时脱硝脱汞脱碳的核壳结构催化剂及其制备方法。该同时脱硝脱汞脱碳的催化剂具有如下通式：Mg_aAl_bCu_cNi_dSi_eTi_fO_x，其中，a、b、c、d、e、f和x分别表示Mg、Al、Cu、Ni、Si、Ti和O的原子数，a：b：c：d：e：f＝(20～25)：(0～10)：(15～30)：(5～10)：(10～15)：(10～50)，x由各金属元素的化合价确定。本发明的同时脱硝脱汞脱碳的核壳结构催化剂在200～350℃范围内，氮氧化物和一氧化碳的转化效率达60‑85％；汞的氧化率为80‑99％。本发明催化剂具有良好的抗二氧化硫中毒性能。

技术领域

本发明属于废弃处理技术领域，尤其涉及一种用于同时脱硝脱汞脱碳的层状核壳结构催化剂及其制备方法。

背景技术

煤炭、石油等化石燃料是我国的主要能源形式，大量化石燃料消耗导致排放到大气中的氮氧化物(NO_x)、汞(Hg⁰)和一氧化碳(CO)等污染物排放量迅速增加。这些污染物是我国重要的大气污染物，它们不仅造成酸雨、细颗粒物生成、重金属污染等环境问题，而且对人体健康有极大危害。因此，有必要对NO_x、Hg⁰和CO等排放进行严格控制。

目前，选择性催化还原技术(SCR)是较为成熟且被广泛应用的脱硝技术。然而，该技术应用于我国燃煤烟气，特别是工业锅炉烟气脱硝时面临很大问题：一是该技术适用烟气温度窗口窄，难以适应较大的烟气温度波动，尤其难以应用于烟气温度很低的工况(<250℃)；二是催化剂的主要活性组分钒对人体和生物有毒性，并且能使烟气中的SO₂氧化生成SO₃，腐蚀烟气管道和后续设备；三是常用的还原剂氨(NH₃)易于与SO₂反应生成ABS等，不仅能使催化剂失活，严重时还能造成催化剂床层堵塞，影响生产正常进行。

燃煤烟气脱汞技术种类较多，包括现有装置(除尘、脱硫、脱硝)协同脱汞、吸附剂吸附脱汞、氧化脱汞、入炉煤添加剂脱汞和锅炉运行参数优化脱汞等燃煤烟气脱汞技术。其中吸附剂吸附脱汞、氧化脱汞效率较高，但运行成本昂贵。入炉煤添加剂脱汞主要通过向煤中添加溴化钙将汞氧化为二价汞，利用湿法脱硫实现高效除汞。该技术存在的问题是飞灰和废水中含溴物质的增加对后续治理设施和环境造成的影响仍不确定。循环流化床锅炉烟气停留时间较长，飞灰孔隙结构丰富，其表面结构和组成均有利于汞的吸附，而较低的燃烧温度则有利于氧化态汞的生成。因此，通过锅炉运行参数优化(合适的燃烧方式及适当增加烟气中Cl含量)可以在一定程度上实现汞的控制。存在的不足是脱汞效率受到很大限制。

利用现有脱硝装置将烟气中的零价汞氧化为二价汞，接着通过除尘和脱硫装置将二价汞协同脱除被认为是一种经济有效的脱汞技术途径。该技术具有脱汞效率高，经济性好的优点，越来越受到工业界和研究人员的重视。但该方法仍存在明显的不足：(1)Hg⁰氧化效率受SCR装置中添加氨的影响较大，氨的存在对Hg⁰氧化具有明显抑制作用；(2)该技术操作温度区间有限，对烟气温度波动大的工况适应性差。这些缺点的存在限制了该技术在烟气治理领域的推广应用。

此外，燃煤电厂、炼油厂烟气中常含有CO等还原性气体。CO和NOx、Hg⁰等污染物协同控制技术相对缺乏。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于同时脱硝脱汞脱碳的核壳结构催化剂及其制备方法，该催化剂在400℃以下具有良好的催化氧化NO和Hg⁰的性能，同时能够利用烟气中的CO与NO_x发生选择性催化还原反应生成N₂和CO₂，实现NO_x、Hg⁰和CO的同时脱除，能够显著降低烟气治理成本，提高大气污染控制技术的综合效益。