含钡SCR脱硝催化剂运行后的再生研究

2.3 XRF分析

根据XRF分析结果得出的催化剂再生前后各元素含量如表2、3所示。商业用SCR脱硝催化剂除了含有Ti、V和W等重要活性元素外,还含有Al、Si等元素[17]。再生处理后Ti的含量变化不明显,说明再生对催化剂的载体影响较小。

经稀硫酸和硫酸铵溶液清洗的催化剂样品中,V和W的比例有明显提高,稀硫酸清洗后二者提高程度更大,说明稀硫酸清洗法可以有效去除催化剂表面的杂质,从而在一定程度上提高了活性物质的质量分数。但在氢氧化钠-柠檬酸联合法中,清洗后的催化剂中V含量明显减少,表明该方法可能引起了催化剂活性组分流失。

表2催化剂再生前后主要成分测试结果

表3催化剂再生前后微量元素测试结果

通过离子色谱测试,旧催化剂表面沉积有较大量的NH4+和SO42-,二者在催化剂中的质量分数分别为0.085×10-3和10×10-3,即二者质量比为0.008,而硫酸铵中NH4+和SO42-的质量比为0.375。这说明催化剂表面除沉积了硫酸铵外,还沉积了其他硫酸盐。

经再生清洗后,旧催化剂上沉积的K、Na、Ca、Al、Si和S等可能导致催化剂失活的元素呈现不同程度降低,而Fe元素的含量略有升高,这可能是因为再生处理对Fe元素的去除效果相对较差,所以Fe元素在样品中的相对含量增加。K、Na等元素在催化剂上的沉积会造成催化剂酸性位数量降低[7,18],而Ca、Al、Si、S和Ba等元素的含量较高,则会沉积堵塞催化剂的微孔,造成催化剂活性的下降[19,20,21,22,23]。

再生后,催化剂中Na和K的含量明显降低,Si、S、Ba、Ca、Al的含量则略有降低,说明再生处理对于这些杂质元素有一定的去除效果。尤其是硫酸铵清洗对这几种元素的综合去除效果最佳。

2.4物相分析

运行过程中SCR脱硝催化剂会长时间暴露在高温环境中,这会使催化剂发生不可逆烧结,导致TiO2的晶型由锐钛矿向金红石转化[17],从而引起催化剂的失活。催化剂再生前后XRD谱图对比结果如图3所示。由图3可知,旧催化剂中TiO2仍为锐钛矿相,在运行过程中没有发生高温烧结。

XRF检测表明,Ba元素在催化剂中含量较高,质量分数约2.7%,可以推测BaO应该是催化剂主要成分之一。XRD结果进一步证实活性降低的样品中含有硫酸钡（BaSO4）晶相,BaSO4可能是由于催化剂中的BaO与烟气中的SO2和O2反应所生成。BaSO4的溶解性很差,所以再生处理后催化剂中依然可以检测到归属于BaSO4的XRD衍射峰。在再生前后的样品中,除了TiO2和BaSO4之外没有检测到其他物质的峰,有可能是由于其含量太少未达到检测限。

图3催化剂再生前后XRD谱图对比

2.5表面物质形态分析

旧催化剂的SEM照片如图4所示。由图4可见,旧催化剂略有烧结,其经再生处理后,表面沉积物得到一定程度的去除,恢复到比较疏松的形貌,表明3种再生方法对表面的沉积物均有较好的去除效果,尤其是硫酸铵清洗效果最佳。根据比表面积分析仪检测结果,失活样品即旧催化剂比表面积为49.96m2/g;通过氢氧化钠-柠檬酸联合清洗、稀硫酸清洗、硫酸铵清洗后,催化剂比表面积分别为53.74、53.99、53.30m2/g,与再生前对比,经3种再生方案处理后的催化剂,比表面积均有一定幅度的提高。

图4催化剂再生前后SEM照片对比

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