基于失活商业脱硝催化剂制备的再生SCR催化剂性能研究

北极星环保网讯:摘要：为了解决燃煤电厂废弃商业SCR催化剂的处理以及充分利用锰基SCR催化剂的低温活性，提出了失活商业SCR催化剂再生的新方法：将失活的商业SCR催化剂作为载体，利用多步浸渍法，将锰氧化物(MnOx)负载于载体上，制备成新的脱硝催化剂。

利用XRF，XRD，SEM，XPS和N2等温吸附等测试技术对新鲜催化剂、失活催化剂以及再生催化剂进行表征，以探究再生方法制备的催化剂相比失活催化剂带来的变化。结果发现，针对采用的原始失活催化剂来说，MnO2负载质量分数为4.67%时，催化剂的综合理化性能和催化剂的脱硝活性最优。

另外，再生的催化剂在250℃条件下仍然可以保持较高的脱硝活性，说明再生的催化剂具有更宽的活性温度窗口。再生催化剂中起到催化作用的是未中毒的V2O5以及负载的MnOx。MnOx可能为催化剂带来了低温活性。同时，催化剂在高空速下依然可以保持较高的催化活性。该再生方法不仅可以实现废弃的SCR催化剂的再生，还可以提升催化剂的催化性能。

关键词：燃煤电厂；失活商业SCR催化剂；NO还原；MnOx；催化剂再生

煤燃烧是大气污染物的主要来源之一。由于能源禀赋的原因，我国的电力生产的主要方式是燃煤火力发电[1]。煤燃烧会带来大量的空气污染物，如细颗粒物、SO2、NOx以及挥发性重金属汞[2]等。其中，NOx的大量排放造成了越发严重的环境污染与破坏，例如光化学烟雾和温室效应等[3]。

最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准(GB13223—2011)》对燃煤电厂锅炉尾部烟气中NOx排放执行了更加严格的限制标准。因此，燃煤电厂采取了许多措施来降低煤燃烧过程中NOx的生成与排放。

在控制NOx排放的技术中，选择性催化还原(ivecatalyticreduction，SCR)脱硝技术被广泛认为是控制燃煤机组锅炉尾部烟气中NOx排放的最成熟有效的技术之一[4]。该方法利用还原剂(如NH3)将有害的NOx，在SCR催化剂的作用下还原成无害的N2和H2O。

该技术的核心是高效的SCR催化剂。目前被广泛利用的SCR催化剂是V2O5-WO3/TiO2，其最佳活性温度窗口是350℃左右，活性温度窗口较窄。为避免能源浪费，该催化剂一般直接布置在静电除尘器之前的省煤器附近。因此，该类型的催化剂一般较容易发生化学失活、物理堵塞磨损等现象[5]。

另外，由于实际的燃煤电厂负荷波动较为剧烈，SCR催化剂所处位置的温度、烟气流量波动剧烈，因此会造成负荷波动时催化剂的脱硝效率明显降低，NO排放很难达到排放标准[6]。然而，由于没有较好的替代品，V2O5-WO3/TiO2催化剂依然被广泛使用，尤其是在我国，近年来的装机容量逐年上升。

因此，催化剂的清洗再生技术就显得尤其关键。目前的催化剂再生工艺主要依赖于利用酸液对催化剂进行清洗，再辅以活性物质的再负载进行再生[7]。由于酸液不仅会降低催化剂的机械性能，而且大量清洗再生后的废酸以及含钒的废液的处理会带来二次污染[8]。

再次中毒的催化剂由于酸液的作用，强度降低难以重复使用，会变成含有毒物质的固体废弃物。另外，再生催化剂的主要活性成分依然是涂覆或浸渍的含钒盐溶液，其活性温度窗口依然很窄，无法解决负荷降低带来的催化效率降低的问题。因此，探索新的催化剂清洗再生技术和向低温拓宽催化剂活性温度窗口就显得尤为重要。

另一方面，为避免催化剂的机械磨损以及飞灰中碱(土)金属导致的催化剂中毒，低温SCR催化剂由于可以布置与除尘器之后而成为研究热点。在众多的低温SCR催化剂中，锰氧化物(MnOx)作为活性物质的低温SCR催化剂由于其高低温活性、低毒性得到了广泛的关注[9]。

因此，基于锰基低温SCR催化剂的在低温下的优越性、同时解决废弃商业钒基SCR催化剂的处理问题，本文提出以下的研究思路：将失活的SCR催化剂进行机械除灰，除灰后的样品作为“载体”，将活性的MnOx负载于“载体”，组合成新的SCR催化剂，试图实现催化剂的再生，同时拓宽催化剂的活性温度窗口。本文对失活催化剂以及再生的催化剂进行了一系列的表征，并对催化剂进行了活性测试。

1实验与方法

1.1新型低温催化剂的制备

实验中失活的催化剂(DSCR-raw)取自某电厂600MW燃煤机组锅炉。催化剂为蜂窝式，节距8mm，壁厚1.2mm，每个催化剂单体孔数为18×18孔。催化剂服役时间超过24000h。将催化剂单元切成50mm高的5×5孔的小模块，定义为一个催化剂单体。将催化剂单体浸没于1000mL去离子水中，在超声波下处理5min后将催化剂取出，整体放置于烘箱中，在105℃下干燥12h，得到新型催化剂的载体(DSCR)。

载锰催化剂制备采用多次浸渍法。将“载体”浸渍于1mol/LMn(NO3)2溶液中24h后取出，用去离子水淋洗后，在105℃下干燥12h，得到块状的新型再生催化剂(RSCR)。浸渍一次得到的新型催化剂记为RSCR-I。将RSCR-I浸渍于1mol/LMn(NO3)2溶液中24h后取出，用去离子水淋洗后，在105℃下干燥12h，得到块状的RSCR-II。

同样的，制备出RSCR-III和RSCR-IV。类似的，新鲜未失活的SCR催化剂记为FSCR。将块状样品进行研磨，筛分，其中40~60目的颗粒进行脱硝活性测试。

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