一种气相二价汞催化还原剂效率检测系统及检测方法与流程

本发明涉及气相二价汞催化还原剂性能检测技术领域，尤其是涉及一种气相二价汞催化还原剂效率检测系统及检测方法。

背景技术：

汞及其化合物是一类有毒有害物质，微剂量的汞即可对人体健康和生态水土大气等自然环境造成巨大的危害且难以彻底消除，汞具有地区间迁徙、生物体内富集、食物链毒性传递、强潜伏性等特征，已经引起全球的广泛关注。除火山喷发、岩石风化、森林火灾等自然原因外，矿物燃料燃烧、金属冶炼、水泥生产、氯碱工业等人为活动已日渐成为大气中汞污染的重要来源。尽管煤中汞含量较低，但鉴于全球能源需求不断增长，煤炭资源在世界能源体系中占据重要地位，因此煤的燃烧利用已经成为大气人为汞排放的最主要来源之一。

目前，全球许多国家已经制定了专门针对燃煤火力发电厂汞排放限制的法律法规和行业标准。无论是建立汞排放清单，还是评估各种汞脱除技术的效率，实现汞形态的精确测量无疑是重要前提和基础。

汞在燃烧产物中的存在形态分为三种：气态元素汞hg⁰(g)，气态氧化态汞hg²⁺(g)以及吸附在固态产物上的颗粒吸附态汞hg^p。由于目前的汞浓度在线分析检测技术都是基于检测元素汞的方法，因此氧化态汞的测量须先将其转化为元素汞才能实现。湿化学转化法是采用液体转化单元将二价汞转化成元素态汞，但需要定期更换反应试剂，检测精度易受人工干扰，且操作复杂。高温热转化法是烟气在高温(800℃以上)情况下，将二价汞分解还原成元素汞，该方法对仪器设备要求很高，需要提供额外的热量，在温度降低过程中已被分解还原的元素汞有可能被再次氧化，从而降低转化效率和测量精度。固体催化还原法是利用固态催化还原剂在200℃～400℃的温度范围内，将二价汞催化还原成元素汞，该方法操作简单，无需外部提供能量，转换效率高，目前已成为烟气汞形态连续检测装置中先进的氧化态汞的催化还原剂。因此，设计一种固态催化还原剂的氧化态汞转换效率性能检测装置，对开发高效催化还原剂是十分必要的。

目前一些气相二价汞转化效率检测方法仍存在诸多问题。如在汞源的选择上，采用二价汞试剂(如氯化汞试剂)加热稀释法，但难以保障提供恒定流量、恒定浓度的二价汞，其不确定性和不连续性无法准确评价催化还原剂的转化效率。湿化学标定方法的反应条件非常复杂，转化过程和化学反应存在不确定性，转换效率低。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种气相二价汞催化还原剂效率检测系统，该系统能够解决现有二价汞催化还原剂效率检测过程中存在的稳定性低和准确性差的问题；

本发明的第二目的在于提供一种气相二价汞催化还原剂效率检测方法，该方法采用如以上所述的气相二价汞催化还原剂效率检测系统进行二价汞催化还原剂效率检测。

本发明提供一种气相二价汞催化还原剂效率检测系统，其包括二价汞发生器、二价汞热解器、催化还原反应器和测汞仪器；

所述二价汞发生器的进口端与气源连通；

所述二价汞热解器的进口端和催化还原反应器的进口端分别通过一根进气管路与二价汞发生器的出口端连通，并且在每根进气管路上均设置有进气控制阀门；

所述二价汞热解器的出口端和催化还原反应器的出口端分别通过一根排气管路与测汞仪器连通，且每根排气管路上均设置有排气控制阀门。

优选的，所述二价汞发生器的进口端设置有质量流量计。

优选的，所述二价汞发生器的出口端设置有第一三通阀；

所述第一三通阀的第一阀口与二价汞发生器的出口端连通；

所述第一三通阀的第二阀口通过第一进气管路与二价汞热解器的进口端连通，且第一进气管路上设置有第一进气控制阀；

所述第一三通阀的第三阀口通过第二进气管路与催化还原反应器的进口端连通，且第二进气管路上设置有第二进气控制阀。

优选的，所述二价汞发生器包括二价汞渗透管、导热介质石英玻璃球、第一电加热元件和第一温控仪；

所述第一电加热元件与第一温控仪电连接，所述第一电加热元件具有加热腔；

所述导热介质石英玻璃球和二价汞渗透管设置在加热腔内，且导热介质石英玻璃球分布在二价汞渗透管的四周；

所述二价汞渗透管的进口端为二价汞发生器的进口端。

优选的，所述二价汞热解器包括热解反应管、第一石英棉、第一恒温介质石英玻璃球、除酸剂、第一热电偶、第二电加热元件、第二温控仪和第一保温壳体；

所述第二温控仪与第二电加热元件电连接，所述第二加热元件设置在第一保温壳体内，所述热解反应管插接在第二电加热元件内；

沿气流的流通方向，所述热解反应管内依次设置有第一恒温介质石英玻璃球和除酸剂；

所述第一恒温介质石英玻璃球和除酸剂之间，以及恒温介质石英球和除酸剂的外侧设置有第一石英棉；

所述第一热电偶与第二温控仪电连接，且第一热电偶插接在除酸剂外侧的第一石英棉内；

所述热解反应管的进口端为二价汞热解器的进口端，所述热解反应管的出口端为二价汞热解器的出口端。

优选的，所述催化还原剂反应器包括：催化还原反应管、第二石英棉、第二恒温介质石英玻璃球、第二热电偶、第三电加热元件、第三温控仪和第二保温壳体；

所述第三电加热元件与第三温控仪电连接，第三电加热元件设置在第二保温壳体内，催化还原反应管插接在第三电加热元件内；

所述第二恒温介质石英玻璃球设置在催化还原反应管内，且在第二恒温介质石英玻璃球的两端均设置有第二石英棉；

所述第二热电偶插接在靠近催化还原反应管出口端的第二石英棉上；

所述催化还原反应管的进口端为催化还原剂反应器的进口端，所述催化还原反应管的出口端为催化还原剂反应器的出口端。

优选的，所述二价汞热解器和催化还原反应器的出口端设置有第二三通阀；

所述第二三通阀的第一阀口通过第一排气管路与二价汞热解器的出口端连通，所述第一排气管路上设置有第一排气控制阀；

所述第二三通阀的第二阀口通过第二排气管路与催化还原反应器的出口端连通，所述第二排气管路上设置有第二排气控制阀；

所述第二三通阀的第三阀口与测汞仪器连通。

优选的，所述第二三通阀的第三阀口与测汞仪器之间的连通管路上设置有气体冷却器。

优选的，所述测汞仪器的出口端连通有活性炭净化器。

一种气相二价汞催化还原剂效率检测方法，其采用如以上所述的气相二价汞催化还原剂效率检测系统进行气相二价汞催化还原剂效率的检测，其包括以下步骤：

通过二价汞发生器产生浓度恒定、流量连续且稳定的二价汞标气气流；

将二价汞标气通入二价汞热解器，待二价汞热解器的温度达到设定温度后观察测汞仪所测量汞值，待汞值完全稳定后则视为系统稳定，并记录所标定初始汞浓度；

停止向二价汞热解器内输送二价汞标气，将二价汞标气通入催化还原剂反应器，观察经过转化后的汞浓度，待汞值稳定后，记录此时汞值，将此步骤中的汞值与初始汞浓度作比较得到催化还原剂转化效率。

有益效果：

通过二价汞发生器产生二价汞标气，并通过进气控制阀门和排气控制阀门控制二价汞标气分别进入二价汞热解器和催化还原反应器，所有价态的汞在二价汞热解器中完全高温裂解，二价汞在催化还原反应器中进行还原反应，最后通过检测二价汞热解器和催化还原反应器所排放气体的汞浓度，得出催化剂的催化反应效率。上述检测系统具有较高的稳定性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式提供的气相二价汞催化还原剂效率检测系统的结构示意图。

附图标记说明：

1：质量流量计；2：二价汞发生器；3：二价汞热解器；4：催化还原反应器；5：气体冷却器；6：测汞仪器；7：活性炭净化器；8：第一进气控制阀；9：第二进气控制阀；10：第一排气控制阀；11：第二排气控制阀；12：第一三通阀、13：第二三通阀；

21：二价汞渗透管；22：导热介质石英玻璃球；23：第一加热元件；24：第一温控仪；

31：热解反应管；32：第一石英棉；33：第一恒温介质石英玻璃球；34：除酸剂；35：第一热电偶；36：第二电加热元件；37：第二温控仪；38：第一保温壳体；

41：催化还原反应管；42：第二石英棉；43：第二恒温介质石英玻璃球；44：第二热电偶；45：第三电加热元件；46：第三温控仪；47：第二保温壳体。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，在本实施方式中，提供了一种气相二价汞催化还原剂效率检测系统，其包括二价汞发生器2、二价汞热解器3、催化还原反应器4和测汞仪器6。

二价汞发生器2的进口端与气源连通，二价汞热解器3的进口端和催化还原反应器4的进口端分别通过一根进气管路与二价汞发生器2的出口端连通，并且在每根进气管路上均设置有进气控制阀门。

二价汞热解器2的出口端和催化还原反应器4的出口端分别通过一根排气管路与测汞仪器6连通，且每根排气管路上均设置有排气控制阀门。

在本实施方式中，通过二价汞发生器2产生二价汞标气，并通过进气控制阀门和排气控制阀门控制二价汞标气分别进入二价汞热解器2和催化还原反应器4，所有价态的汞在二价汞热解器2中完全高温裂解，二价汞在催化还原反应器4中进行还原反应，最后通过检测二价汞热解器2和催化还原反应器4所排放气体的汞浓度，得出催化剂的催化反应效率。上述检测系统具有较高的稳定性和准确性。

二价汞发生器2的进口端设置有质量流量计1。通过质量流量计1的设置，可以控制进入二价汞发生器2的含汞载气的量。

具体的，二价汞发生器2的出口端设置有第一三通阀12，第一三通阀12的第一阀口与二价汞发生器2的出口端连通。

第一三通阀12的第二阀口通过第一进气管路与二价汞热解器3的进口端连通，且第一进气管路上设置有第一进气控制阀8。

第一三通阀12的第三阀口通过第二进气管路与催化还原反应器4的进口端连通，且第二进气管路上设置有第二进气控制阀9。

二价汞发生器2

二价汞发生器2包括二价汞渗透管21、导热介质石英玻璃球22、第一电加热元件23和第一温控仪24。

第一电加热元件23与第一温控仪24电连接，第一电加热元件23具有加热腔。

导热介质石英玻璃球22和二价汞渗透管21设置在加热腔内，且导热介质石英玻璃球22分布在二价汞渗透管21的四周。

二价汞渗透管的21进口端为二价汞发生器21的进口端。

采用了二价汞渗透管21作为二价汞源，可以提供持续且稳定的二价汞，以满足长时间测评催化还原剂转化效果的要求。

通过第一温控仪24精准控制加热层温度，且二价汞渗透管21与第一加热元件23之间填充的石英玻璃球能够使汞渗透管受热均匀，从而保证二价汞稳定释放，减少实验误差。

二价汞热解器3

二价汞热解器3包括热解反应管31、第一石英棉32、第一恒温介质石英玻璃球33、除酸剂34、第一热电偶35、第二电加热元件36、第二温控仪37和第一保温壳体38。

第二温控仪37与第二电加热元件36电连接，第二加热元件36设置在第一保温壳体38内，热解反应管31插接在第二电加热元件36内。

沿气流的流通方向，热解反应管31内依次设置有第一恒温介质石英玻璃球33和除酸剂34。

第一恒温介质石英玻璃球33和除酸剂34之间，以及第一恒温介质石英球33和除酸剂34的外侧设置有第一石英棉32。

第一热电偶35与第二温控仪37电连接，且第一热电偶35插接在除酸剂34外侧的第一石英棉内。

热解反应管31的进口端为二价汞热解器3的进口端，热解反应管31的出口端为二价汞热解器3的出口端。

高温裂解段填充的石英玻璃球能更好地保证二价汞完全裂解，填充的除酸剂可吸收裂解产生的酸性气体，防止酸性气体与元素汞二次复合，影响标定结果。

催化还原剂反应器4

催化还原剂反应器4包括：催化还原反应管41、第二石英棉42、第二恒温介质石英玻璃球43、第二热电偶44、第三电加热元件45、第三温控仪46和第二保温壳体47。

第三电加热元件45与第三温控仪46电连接，第三电加热元件45设置在第二保温壳体47内，催化还原反应管41插接在第三电加热元件45内。

第二恒温介质石英玻璃球43设置在催化还原反应管41内，且在第二恒温介质石英玻璃球43的两端均设置有第二石英棉42。

第二热电偶44插接在靠近催化还原反应管41出口端的第二石英棉42上。

催化还原反应管41的进口端为催化还原剂反应器4的进口端，催化还原反应管41的出口端为催化还原剂反应器4的出口端。

在热解段和催化还原反应段的石英棉中，设置有插入式测温热电偶，可以实时监测反应温度，从而确保二价汞能够完全分解，并可对催化还原剂的反应过程进行监控，得到合理结果。

二价汞热解器3和催化还原反应器4的出口端设置有第二三通阀13。

第二三通阀13的第一阀口通过第一排气管路与二价汞热解器3的出口端连通，第一排气管路上设置有第一排气控制阀10。

第二三通阀13的第二阀口通过第二排气管路与催化还原反应器4的出口端连通，第二排气管路上设置有第二排气控制阀11。

第二三通阀13的第三阀口与测汞仪器6连通。

第二三通阀13的第三阀口与测汞仪器6之间的连通管路上设置有气体冷却器5。气体冷却器5能保证汞分析仪在合理温度区间运行。

测汞仪器6的出口端连通有活性炭净化器7。活性炭净化器7对尾气进行回收。

本实施方式中所用的气路管均采用内部有聚四氟乙烯材料涂层的不锈钢管，连接件及阀门采用聚四氟乙烯件，二价汞热解反应管和催化还原反应管采用石英玻璃材料，最大程度上消除系统本身对汞的吸附影响。

在本实施方式中，还提供了一种气相二价汞催化还原剂效率检测方法，其采用如以上所述的气相二价汞催化还原剂效率检测系统进行气相二价汞催化还原剂效率的检测，其包括以下步骤：

通过二价汞发生器2产生浓度恒定、流量连续且稳定的二价汞标气气流。

将二价汞标气通入二价汞热解器3，待二价汞热解器3的温度达到设定温度后观察测汞仪所测量汞值，待汞值完全稳定后则视为系统稳定，并记录所标定初始汞浓度。

停止向二价汞热解器3内输送二价汞标气，将二价汞标气通入催化还原剂反应器4，观察经过转化后的汞浓度，待汞值稳定后，记录此时汞值，将此步骤中的汞值与初始汞浓度作比较得到催化还原剂转化效率。

为了对上述方法进行进一步的说明，本实施方式，还提供了上述方法具体的实施方式。

使用时，通过第一温控仪24将第一加热元件23调节到温度t℃，载气通过质量流量计1控制，通入二价汞发生器2，二价汞发生器2内填充的导热介质石英玻璃球22使汞发生器内保持均匀的温度，从而均匀加热二价汞渗透管21，保证二价汞持续稳定发生并输入到系统中。

打开热解段阀门(第一进气控制阀8)，通过第二温控仪37设置第二电加热元件36温度，使其温度处于800℃(800℃时，所有价态汞均会高温裂解)，当炉温达到所设定温度后观察测汞仪器6测量出的汞值，待汞值完全稳定后则视为系统稳定，此时的汞值即是温度t℃时二价汞渗透管所释放的二价汞浓度，初始汞浓度由此标定，记录值为a；

催化还原反应段4装填并安装完毕后，关闭热解段阀门，打开催化还原反应段阀门(第二进气控制阀9)，使载有已标定浓度的二价汞的气体通入催化还原剂反应段4，观察经过转化后的汞浓度，待汞值稳定后，记录此时汞值位b。汞值b与汞值a作比较后得到催化还原剂转化效率。

需要注意的是，气体从二价汞热解段或催化还原反应段出来后，经气体冷却段5冷却至100℃以下，进入汞检测仪器6，最后经活性炭吸收段7吸收汞后排出。

每次测量使用本实施方式提供的检测系统后，均需更换热解反应管31，以及热解反应管31内填充的第一恒温介质石英玻璃球33和除酸剂34，并定期更新活性炭净化器7内的吸附剂。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。