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SCR脱硝催化剂再生工艺浅析

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SCR脱硝催化剂再生工艺浅析

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SCR脱硝催化剂再生工艺浅析

  为实现NOX的超低排放,选择性催化还原技术因其高效率、低费用的优点得到了广泛应用,现已成为电厂烟气脱硝中最为成熟的一种技术。其中,脱硝催化剂的活性是SCR脱硝工艺中最为关键的一环,其品质的优劣直接影响着脱硝的效率。通常SCR脱硝催化剂的设计化学寿命约为3年,且更换加装新鲜催化剂费用占脱硝工程总投资约40%的比例,另外SCR运行时催化剂经常会出现堵塞、磨蚀及中毒等现象。因此,若选择将废旧催化剂直接填埋,将会造成资源的极大浪费与环境污染。

  1、 SCR再生工艺

  1.1 催化剂失活机理

  催化剂失活可分为物理失活和化学失活,物理失活指的是催化剂在高温、高层的环境中,因催化剂表面飞灰沉积、孔结构阻塞以及热烧结等原因引起的失活;化学失活指的是SCR脱硝运行过程中,煤质或飞灰中的碱金属、碱土金属以及P、As等元素阻塞孔道或与催化剂活性位点结合引起的活性破坏。

  1.1.1 表面附着物和磨损

  表面附着物主要有两大来源:煤燃烧产生的飞灰及化学反应产生的硫酸盐类物质,它们会大量附着在催化剂表面,造成孔隙阻塞以及喷氨时液氨的浪费。对于这类情况,可通过定期的清灰或气流调整来改善。在SCR脱硝处理过程中,由于烟气会不断冲刷催化剂表面,而脱硝催化剂的机械强度、催化性质等各不相同,因此催化剂会有不同程度的磨损。适当改变气流分布,减缓烟气流速及冲刷角度,可减轻磨损状况。

  1.1.2 碱金属与碱土金属引起的中毒失活

  作为对催化剂中毒危害最大的一类金属—碱金属,其中毒机理是K和Na (烟气中,一般K元素含量较高) 与催化剂表面的活性位点V-OH酸位点发生反应,生成V-OK与V-ONa,从而使得催化剂吸收NH3的能力不断下降。据统计,不同碱金属毒性大小的顺序为:CS2O>Rb2O>K2O>Na2O>Li2O。碱土金属也可与催化剂表面酸位相互作用,导致其化学中毒,但因其碱性较弱故毒害影响较小。而碱土金属氧化物(如CaO)毒害催化剂最为常见的方式是通过与孔道中的SO3发生反应生成稳定的CaSO4,使得催化剂的孔道堵塞。

  1.1.3 P、As引起的中毒失活

  磷的一些化合物如H3PO4、P2O5和磷酸盐等在一定程度上可使得脱硝催化剂钝化。有学者认为是P取代了V-OH和W-OH生成了P-OH基团,而P-OH提供的Bronsted酸性较弱,远不如V-OH和W-OH,因此催化剂若负载较少的P,其中毒现象并不十分明显。另外,P也可与催化剂表面的V=O活性位发生反应生成VOPO4,以此减少了活性位的数量。

  我国燃煤中As元素平均含量为4.09 μg/g,而在煤燃烧过程中,近一半的含量可释放到烟气中。烟气中的As一般以气态的As2O3的形式存在,进入催化剂微孔后可与空气中的O2结合生成As3O5和As4O6,堵塞在催化剂微孔中,使得催化剂活性丧失。

  1.2 SCR再生技术工艺

 

  失活催化剂能否再生,与催化剂失活原因及再生的难易程度相关。较易再生的失活催化剂状况包括:磨损、积灰或金属氧化物等,而对于永久性的重度中毒或热烧结引起的失活则很难或根本无法再生。因此,对于入厂的废旧脱硝催化剂,应在前期进行失活诊断,判断其再生价值及可使用率。