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SCR脱硝催化剂再生技术的发展及应用

北极星环保网来源:中国环保产业 王春兰2017/8/18 10:14:38我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:SCR脱硝 脱硝技术 催化剂再生

北极星环保网讯:催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心,其成本占整个SCR烟气脱硝系统投资成本的40%甚至更多。催化剂的性能直接决定了SCR烟气脱硝系统的脱硝效率和氮氧化物排放量、氨逃逸量、SO2/SO3转化率、系统压力、电能消耗、还原剂消耗等,一般工业应用的SCR催化剂的使用寿命为2.4万小时,逾期需要及时更换或进行再生。文章介绍了SCR脱硝催化剂再生技术的发展现状,分析了国内SCR催化剂再生技术的发展前景,并列举了催化剂再生技术的应用案例。

关键词:选择性催化还原法(SCR);催化剂再生;烟气脱硝

我国一次能源消耗呈现逐年递增的趋势,预计到2050年,我国一次能源需求量将达到6657.4万吨[1]。据2012年BP统计,中国消耗了全球49.6%的煤炭,位于世界第一,且在未来相当长时期内,中国以煤为主的能源供应格局不会发生根本性改变,煤在总能源中比重很难低于50%。

中国80%以上的煤炭直接或间接用于燃烧,生成了大量SO2、NOx、Hg等多种烟气污染物,造成严重的大气污染问题。就火电厂来说,二氧化硫和氮氧化物的排放量占了全国工业污染物总排放量约50%以上,其中又以氮氧化物排放比例最高[2]。

选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction,SCR)是目前控制NOx排放最成熟、最有效的方法[3]。该方法是SCR脱硝催化剂再生技术的发展及应用在一定温度和催化剂作用下,利用氨做还原剂可选择性地将NOx还原为氮气和水的方法[4],可使NOx脱除率达到90%以上,该法已在全球范围内得到广泛应用[5]。

国内首例SCR脱硝工程也于1999年投运[6]。至今,我国火电机组SCR装机容量达2.15亿千瓦,SCR市场容量以1亿千瓦/年的速度增长。随着SCR脱硝催化剂使用时间的增长,催化剂的活性将逐渐不能满足SCR脱硝要求,直至催化剂失活需要更换,但由于新催化剂的价格较高,处理废旧催化剂也需要一定的费用,大多数用户都会考虑对催化剂进行再生。

相比更换新鲜催化剂,催化剂再生可延长催化剂的使用寿命、减少废弃催化剂填埋所产生的二次污染,且再生价格仅约为新鲜催化剂的1/2。因此,催化剂再生技术的产业化发展,可提高我国的节能环保水平,加快脱硝产业的形成和发展,也是减轻氮氧化物污染、提高和改善空气质量的有力措施,对保护生态环境和保障“十二五”节能减排战略的顺利实施具有重要意义,同时对提升区域经济实力将起到重要的推动作用[7]。

1催化剂失活原因

催化剂是整个SCR脱硝系统的核心部分[8],目前工业中应用最多的催化剂大多以TiO2为载体,以V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3为活性成分[9]。随着催化剂使用时间的增长,催化剂会逐渐发生失活现象,其主要原因包括以下四种[10]:

(1)砷(As)、碱金属(主要是K、Na)等引起的催化剂中毒

高温烟气中的气态As2O5扩散进入催化剂的微孔结构中,在催化剂表面发生反应,占据并破坏催化剂的活性位,从而导致催化剂失活[11-12]。碱金属元素被认为是对SCR催化剂毒性最大的一类元素,不同碱金属元素毒性由大到小的顺序为[13-14]:Cs2O>Rb2O>K2O>Na2O>Li2O,除碱金属氧化物以外,碱金属的硫酸盐和氯化物也会导致催化剂的失活[15]。

(2)催化剂的堵塞

小颗粒的飞灰及反应过程中形成的铵盐沉积在催化剂表面的小孔中,造成催化剂堵塞,阻碍NOx、NH3、O2到达催化剂活性表面,从而引起催化剂失活。

(3)高温引起的烧结、活性组分挥发

催化剂长期暴露于其允许最高运行温度以上的高温环境可引起催化剂活性位置烧结,导致催化剂颗粒增大,比表面积减小,一部分活性组分挥发损失,因而使催化剂活性降低。

(4)机械磨损

]在催化剂的安装、更换过程中,催化剂受到冲击作用进而使得其表面活性物质减少;此外,由于SCR反应塔中的催化剂垂直布置,烟气自反应塔顶部垂直向下平行催化剂流动[17],在较大空速条件下,烟气中的大颗粒物质对催化剂的磨损作用也使得催化剂表面活性物质减少。

延伸阅读:

SCR烟气脱硝催化剂再生过程中的环境问题及处理措施

脱硝催化剂再生技术对砷中毒现象的有效解决

脱硝催化剂的再生及回收技术全解析

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