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SCR脱硝催化剂失活原因分析及再生研究

北极星环保网来源:电力行业节能环保公众服务平台 余智勇2019/1/28 9:07:48我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:SCR 脱硝催化剂 脱硝技术

北极星环保网讯:以运行后失活的蜂窝状SCR脱硝催化剂和新鲜催化剂为研究对象,测试了两者的脱硝效率;并且通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD),氮气吸附脱附,傅里叶红外光谱(FTIR),X射线荧光光谱(XRF)等手段对2种催化剂的表面形貌、晶体结构、孔隙分布、物质组成进行了表征,分析了其失活原因。结果表明:碱金属中毒、活性成分流失和孔道堵塞是造成催化剂活性下降的主要因素。在此基础上对失活催化剂进行了再生活化处理,其脱硝效率恢复到新催化剂的约95%。

2011年,我国颁布实施了新的《火电厂污染物排放标准(GB13223—2011),要求新建机组从2012年1月1日起,现有机组从2014年7月1日起,NCX排放限值为100mg/m3。新的政策法规对火电厂脱硝技术提出了更高的要求。截至2015年底,已投运火电厂烟气脱硝机组容量约8.5亿千瓦,占全国火电机组容量的85.9%,占全国煤电机组容量的95%。目前脱硝技术上主要采用SCR(选择性催化还原法),而采用SNCR(选择性非催化还原法)和SNCR+SCR(选择性催化还原法与选择性非催化还原法联合)的机组所占比例较小。

SCR是指利用适当的催化剂,以NH3作为还原剂,在一定的温度下,有选择的与烟气中的NCX发生反应生成无污染的N2和H2O。主要的化学反应式为:

催化剂作为SCR系统的核心,其性能直接影响整体脱硝效果。目前主要的商用催化剂是V2O5-WO3/TiO2型金属氧化物催化剂。我国火电厂的SCR脱硝装置主要采用高尘布置,反应器位于省煤器与空气预热器之间,该区域的烟气携带有大量的飞灰。因此,在SCR系统运行的过程中,催化剂不可避免地因为各种物理化学作用而失活,导致其使用寿命缩短,催化剂的更换速度加快,这对SCR系统的脱硝效果和经济成本造成巨大的影响。

造成催化剂失活的原因有很多种,主要包括烧结、堵塞、中毒(碱金属、碱土金属、砷、磷等)、活性成分流失、磨损等Navo等研究发现,烧结引起锐钛矿TiO2平均晶粒尺寸增大,比表面积降低,孔体积减小,平均孔径增大。陈进生等对厦门某电厂运行后的SCR催化剂进行了分析,结果表明燃煤烟气中的细微粉尘造成了催化剂的孔道发生堵塞。zheng等从酸性位点降低的角度研究了碱金属对SCR催化剂的影响,发现催化剂酸性位点下降和活性下降成正比关系,因此他们认为碱金属中毒的主要原因是中和了催化剂的酸性位点。

催化剂成本占到SCR脱硝系统初期建设成本的30%~40%,而通常催化剂运行3~5年就需要更换。这将导致SCR系统的运行成本大大增加。对于可逆中毒的催化剂,若开发出合理的再生工艺,可使再生费用降低为全部更换费用的20%~30%,活性恢复至初始性能的90%~100%.

由于我国燃煤电厂燃用煤种的多样性,造成催化剂失活的原因更加复杂。本文以某燃煤电厂运行后失活的催化剂和新鲜催化剂为研究对象,在自行搭建的固定床模拟反应器中测定其脱硝效率,并结合SEM, XRD, FT-IR,XRF等手段分析其失活的原因。有针对性地对失活催化剂进行了再生处理,以恢复其脱硝活性。

1、试验材料与方法

1.1 SCR脱硝催化剂

试验所用催化剂来自某燃煤电厂,催化剂为蜂窝状SCR脱硝催化剂,主要成分为V2O5-W O3/ TiO2。样品分为新鲜催化剂和失活催化剂2块,下文分别简称新催化剂、旧催化剂,2块催化剂均为18孔X18孔按照多点取样原则分别从2块催化剂中部截取2. 6 cmX2.6 cmX (7~13)cm。样品若干,进行物理化学检测。

1.2催化剂活性评价

催化剂活性评价实验在自行搭建的评价装置中进行,评价装置见图1。

QQ截图20190128090325.jpg

图1 SCR脱硝催化剂活性评价装置

QQ截图20190128090305.jpg

催化剂表征

采用日本电子株式会社JSM-6510型扫描电子显微镜对催化剂的微观形貌进行观察,分析催化剂失活前后表面物理性质的差异。

采用日本理学公司UltmalV型全自动X射线衍射仪测定新、旧催化剂样品的晶体结构。

采用美国康塔公司quadrasorb SI型比表面积和孔径测定仪测定2种催化剂的比表面积、孔容和孔径等参数。

采用美国赛默飞公司Nicolct 6700型傅里叶红外光谱仪对催化剂进行红外表征,催化剂采用嗅化钾压片法进行压片。

采用日本理学公司ZSX Primus II型荧光光谱仪测定催化剂样品的元素含量。

延伸阅读:

燃煤电厂烟气SCR脱硝催化剂性能及失活研究

SCR脱硝催化剂硫酸钙失活及再生试验

燃煤电厂SCR脱硝催化剂失活处理

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