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燃煤电厂SCR脱硝催化剂失活再生浅析

北极星环保网来源:电力化学技术创新战略联盟2016/12/22 10:39:37我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝 SCR 脱硝催化剂

北极星环保网讯:文章介绍了火电机组SCR脱硝催化剂在运行过程中失活的原因,以及再生的技术方法,包括水洗再生、化学清洗再生以及活性液浸渍再生。再生时应根据催化剂失活的原因采取具体的再生方案进行再生。国内外已经有多家再生公司开展了催化剂再生业务,技术成熟可靠。国内电厂应合理再生失活催化剂,可以节约成本,避免浪费。

1概述

氮氧化物是火电厂的主要排放污染物之一,在我国,70%的氮氧化物的排放均来自煤炭的燃烧,而火电厂是燃煤大户,因此如何有效控制火电机组的氮氧化物排放是火电行业乃至全国关注的焦点。自首台SCR脱硝反应器于1999年在福建后石电厂投入运行以来,我国已经在全国范围内进行了火电机组脱硝改造。

面对更为严苛的排放要求,火电厂必须投入前期改造预留的第三层催化剂填装层,这也就意味着催化剂的使用量将大大增加。由于催化剂绝大部分均采用高尘布置方式,运行环境为高温高灰甚至高硫的特性,所以容易出现催化剂堵塞、中毒、老化甚至失活等现象,脱硝效率、氨逃逸、SO2/SO3三个指标均不能保证的时候,就表明SCR催化剂已经超出其化学使用寿命。

因此每隔3年左右需要更换活性下降严重的催化剂,脱硝系统的运行成本也会随之增加。在火电厂脱硝运行成本中,除了氨的消耗,催化剂的更换成本更是占据了大部分费用。对于可逆性中毒的催化剂和活性降低的催化剂,可以通过再生后重新利用,再生费用只有全部更换费用的20%-30%,活性可恢复至原性能的90%-100%。

此外,2014年8月,环保部发布《废烟气脱硝催化剂危险废物经营许可证审查指南》,正式将SCR催化剂列为危废。大量闲置的失活催化剂不仅会生态环境造成威胁,也会浪费大量宝贵的钒(V)资源。因此,对失活的催化剂进行再生处理,不仅可以降低电厂脱硝的运行费用,也可以减少废弃催化剂的排放量,降低资源浪费,减轻环境污染。

2催化剂失活

催化剂失活是一个复杂的物理和化学过程,通常的失活状态可分为三种类型:

(1)催化剂的热失活和烧结失活。催化剂在高温下运行一段时间之后,活性组分的晶粒长大,比表面积缩小,这种现象称为催化剂烧结。因烧结引起的失活是工业催化剂,特别是负载型金属催化剂失活的重要原因。烧结主要发生在TiO2颗粒之间,长时间在高温烟气下运行,多个TiO2颗粒会发生聚并,催化剂表面的孔隙率和比表面积下降,从而造成了脱硝效率的下降。

高温除了会引起催化剂烧结外,还会引起化学组成和相组成的变化,活性组分被载体包埋,活性组分由于生成挥发性物质或可升华的物质而损失等,这些变化称为热失活。有时难以区分烧结和热失活。烧结引起的催化剂变化往往也包含热失活的因素在内,通常温度越高,催化剂烧结越严重。

(2)催化剂的中毒失活。飞灰中可溶性碱金属Na与K这两种物质,在水溶液离子状态下能渗透到催化剂深层,直接与催化剂活性颗粒反应,使酸位中毒以降低,其对NH3的吸附量和吸附活性,从而使催化剂活性降低。常见的由积灰引发的催化剂中毒现象还包括钙的化合物沉积造成的催化剂孔结构的堵塞,还有As和P等元素及化合物的积聚等。

(3)催化剂的积炭等堵塞失活。催化剂使用过程中,表面会逐渐形成炭的沉积物从而使催化剂活性下降。随着积炭量的增加,催化剂的比表面积、孔容、表面酸度及活性中心数均会相应下降,积炭量达到一定程度后将会导致催化剂失活。

积炭的同时往往伴随金属硫化物及金属杂质的沉积,单纯金属硫化物或金属杂质在催化剂表面的沉积也与单纯的积炭一样,会因覆盖催化剂表面活性位或限制反应物的扩散而使催化剂失活,故通常积灰、积硫及金属沉积物引起的失活,都属于积炭失活。

3催化剂再生

判断失活后的催化剂是否需要进行再生处理,要根据催化剂的失活原因以及催化剂的再生难易程度决定。因积炭、可逆性中毒造成的活性降低可进行再生,但是不可逆性中毒以及高温烧结造成的失活,因再生难度大、成本高,则应该进行废弃处理。因此,在催化剂运行一段时间之后,有必要对催化剂进行抽样检测,判断活性的高低,分析失活的原因,评价再生的价值,然后再依据检测评价,有针对性地对失活的催化剂进行再生。

催化剂再生方法有很多种,再生处理的目的不同,采用的方法也不尽相同。常见的再生方法见表1。

表1常见催化剂再生方法

脱硝

目前工程上通常采用催化剂再生的工艺流程为:负压吸尘→去离子水清洗→超声波化学清洗→干燥→活性液浸渍→干燥。

延伸阅读:

失活脱硝催化剂再生技术之300MW机组SCR脱硝催化剂再生工程

砷中毒平板式脱硝催化剂的氢还原再生

【燃煤电厂】不可再生钒系SCR脱硝催化剂资源化利用研究进展

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