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SCR蜂窝催化剂再生技术及工程分析

更新时间:2020-01-14 11:28 来源:科学技术创新 作者: 阅读:942 网友评论0

摘要:本文系统综述了脱硝催化剂的物理及化学中毒机制、再生方法及工艺,并结合 SCR 催化剂再生工程,详细介绍了失活催化剂的再生工艺流程在实际工程中的应用,其再生催化剂的相对活性恢复到原来的 98%,SO2氧化率为 2.3%,且各项指标均满足新鲜催化剂标准,有利于催化剂耐用性及废弃催化剂再生工艺发展。

关键词:脱硝催化剂;再生工艺;失活

本文结合SCR再生技术应用案例,介绍其应用经验,对现场再生过程中遇到的问题进行了进一步分析,且有针对性地提出解决方法。

通过我国环保部门于 2014 年 8 月出台的《关于加强废烟气脱硝催化剂监管工作的通知》和《废烟气脱硝催化剂危险废物经营许可证审查指南》守则得知,废烟气脱硝催化剂因早期随意丢弃的处理方式,导致环境受到了重大污染,且不符合现代资源再生的发展背景,所以被列为危险废物管理范畴。催化剂在现代研究中被认为是具备再生能力的物质,通过物理吹扫、水洗、微观超声波清洗和化学作用酸、碱等,对失去活性的催化剂进行处理,排除其中碱金属、积碳和积尘,再结合浸渍补充方法增加催化剂活性,干燥处理后即可再次应用。这即为催化剂再生原理(被称为SCR再生技术),在现代技术工艺水平上,可以恢复催化剂脱硝效率 85%以上。

因SCR再生技术起源于西方先进国家,所以我国对该项技术的研究起步较晚,很多应用企业都还不了解该项技术。本文为了推广 SCR 应用,将结合实践案例展开分析工作,对其中应用经验、应用问题进行分析,并提出针对性的解决方案。

1 催化剂失活机理

1.1 催化剂失活机理

催化剂失去活性的机理,在性质上可以分为两种,即物理失活与化学失活,其中物理失活通常是因为催化剂受高温烧结、严重磨损而形成,化学失活是催化剂受碱金属、碱土金属和 As影响,导致自身中毒而引起的。下文将对这两种失活机理进行分析。

1.1.1 碱金属催化剂失活

碱金属催化剂失活属于化学失活范畴,即碱金属是指可溶性碱金属,常存在于飞灰中,此类金属主要由 Na+、K+ 组成,待其大量与催化剂接触之后,会与催化剂中的活性颗粒发生反应,导致催化剂出现酸位中毒,随后催化剂的 NH3吸附量、吸附活性会不断下降。根据研究表明,当催化剂表面 K2O 不断累积,催化剂的 NO 转化率告诉下降,当 K2O 质量分数达到 1%,催化剂几乎不具备活性。

1.1.2 积炭催化剂失活

积炭催化剂失活属于物理失活范畴,即在催化剂应用当中,其表面会不断形成炭沉积物,沉积物的总量、厚度会不断增长,导致催化剂比表面积、孔容、表面酸度及活性中心数不断下降,待沉积物总量、厚度达到一定水平,则催化剂失活[5]。此外根据研究表明,积炭催化失活中,活性降低速度与积炭速度成正比。

1.1.3 砷催化剂失活

砷催化剂失活属于化学失活范畴,即当含有砷的烟气与催化剂接触,会导致催化剂中毒而失活,其原理与上述碱金属中毒一样。但砷对催化剂活性的影响,取决于烟气中的煤含量,即煤含量越高催化剂中毒情况越严重,失活速度越快。

1.2 SCR再生技术

在专业角度上,失活催化剂再生是可以实现的,但也要根据失活原因来进行判断,因为部分原因造成的催化剂失活是永久性的,此类催化剂不具备再生意义。具体来说,在现代SCR再生技术水平上,如果催化剂失活是因为积碳、积灰或金属沉淀物而引起的,则可以进行再生处理,技术实施难度并不大,而如果失活是因为高温烧结而引起的,则无法对此类催化剂进行再生,因为高温烧结的影响较大,对催化剂的整个结构都有巨大破坏。

SCR再生技术步骤如图 1 所示。

目前,失活催化剂再生技术主要采用脱硝原理,其具体步骤为:真空吸尘或压缩空气吹灰、清洗液浸泡或喷淋、超声清洗、活性组分再浸渍、煅烧。

2 工程案例分析

案例中针对失活催化剂,主要采用的再生流程为:吹灰、鼓泡 + 超声清洗、酸洗、活性浸渍、煅烧、干燥。再生处理中的原材料,主要选择皖能合肥发电有限公司的废旧催化剂。再通过上述工艺处理后,通过电镜扫描及活性检测方法得到结论。

2.1 电镜扫描实验结果分析

500 倍电镜扫描结果:

1000 倍电镜扫描结果:

3500 倍电镜扫描结果:

根据图中表现可见,在电镜分析条件下,再生前的催化剂表面存在严重的堵塞情况,而再生后则有了极大的改善,说明再生工艺可以处理堵塞现象。但此部分分析结果并不代表催化剂活性复苏,所以需要通过后续活性检测方法来做进一步测试。

2.2 活性检测

通过模拟电厂的烟气条件对催化剂进行活性检测,得出如下数据:

结合图 2、3 可见,再生后的催化剂活性比之再生前,显然有了较大提高,满足现代新催化剂标准的 98%,与同类催化剂指标比较,其 SO2/SO3转化率有一定优势。在这一基础上说明本文采用的催化剂再生工艺,可以有效实现催化剂的再生利用,符合国家守则规范。

3 结论

脱硝催化剂再生项目符合国家的环保政策,能为国家节约大量资源,减轻了对环境的二次污染,是国家鼓励发展的项目。催化剂再生具有环保意义,在现代国家政策与守则要求下,该工艺的应用应当得到推广,可以有效避免资源浪费、二次污染等问题。通过研究说明,本文再生工艺实际有效,且在国际上已经有了多年的实践应用表现,技术体系成熟。通过实验结果显示,本文再生工艺的功能主要为:使失活催化剂表面洁净,去除飞灰及有毒物质,且再生处理后的催化剂满足现代新标准。

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