含钡SCR脱硝催化剂运行后的再生研究

北极星环保网讯:对失活SCR催化剂进行再生处理,有利于提高电厂经济效益和环境保护。以国内某电厂运行后活性下降的含钡SCR脱硝催化剂为研究对象,采用3种方法（氢氧化钠-柠檬酸联合清洗、稀硫酸清洗和硫酸铵溶液清洗）分别对该催化剂进行再生处理,测试了再生前后样品的活性,并采用各类表征方法分析该类型SCR催化剂活性下降的原因及其经过再生处理后的性能恢复情况,同时比较了不同方法的再生效果。

结果表明：硫酸钡和钾、钠等杂质在运行后催化剂表面的沉积,是引起催化剂活性下降的主要原因。3种再生方法能不同程度地去除催化剂表面的钠、钾等杂质元素,再生后的催化剂在不同氨氮摩尔比时脱硝效率均有明显提高,其中硫酸铵溶液清洗法对催化剂的再生效果最为理想。

关键词:烟气脱硝;选择性催化还原;催化剂;硫酸钡;再生;清洗

燃煤电厂SCR脱硝系统的催化剂在运行一定时间后,会出现活性下降致使排烟中NOx达不到排放标准的问题。催化剂活性下降的原因多种多样,例如飞灰、硫酸盐引起的催化剂堵塞[1],SO2、碱金属、碱土金属和重金属（砷和铅等）等引起的催化剂中毒[2,3,4,5,6,7,8,9,10],以及催化剂的烧结和磨损、积碳等[11]。

催化剂本身的组分也会对催化剂活性降低产生影响,例如文献[12]研究发现,催化剂中过量的Al2O3会与烟气中的SO2发生反应,生成Al2（SO4）3,造成催化剂比表面积下降。催化剂中添加钡成分,可以提高催化剂的稳定性[13],因此目前有部分商用催化剂中含有钡成分,但有关钡成分在催化剂运行中是否会对其活性造成影响的研究甚少。

催化剂再生作为一种增加催化剂使用寿命和节约运行成本的有效方法而被广泛关注。根据不同的失活原因,研究者尝试采用各种不同的方案对催化剂进行再生。目前常用的再生方法有超声波水洗再生、SO2酸化再生、酸碱液处理再生、热再生以及再生技术联用等[14]。

文献[15]采用稀硫酸法再生催化剂,在稀硫酸溶液中,SO42-可以在催化剂表面生成一种新的酸性位,从而提高催化剂的脱硝效率;文献[16]以0.5mol/L（NH4）2SO4为再生溶液,对不同程度钾中毒的催化剂进行再生处理,有效提高了催化剂的活性。目前研究的再生方法有许多种,效率也各不相同。由于SCR催化剂在电厂实际运行中活性降低原因错综复杂,对于实际运行后的催化剂,需要具体判断其活性降低的主要原因,之后进行不同再生方法的对比实验研究。

本文以某电厂运行后的含钡型SCR脱硝催化剂为研究对象,分析其活性下降的原因,采用氢氧化钠-柠檬酸联合清洗、稀硫酸清洗和硫酸铵溶液清洗3种不同的方法对运行后的催化剂进行再生,利用一系列的表征手段探究催化剂再生前后物理化学性质的改变情况,对比不同方法的再生效果,探究其再生机理,以期为SCR催化剂的活性恢复与循环使用提供参考。

1实验部分

1.1 SCR脱硝催化剂实验样品

实验样品为某电厂运行约14000h的V2O5-WO3/TiO2蜂窝型催化剂（下文称此催化剂为旧催化剂）。该催化剂单体长度为952mm,样品尺寸截面为15×15孔,外壁平均厚度1.25mm,内壁平均厚度0.82mm,平均孔径7.45mm;该样品被飞灰堵塞5孔,硬化端磨损明显且有破损现象,靠硬化端内有较细裂纹,裂纹宽度小于0.2mm,长度55~100mm,中心有色差,呈灰色。再生催化剂样品取自于旧催化剂非硬化端部分,被切割成4×4孔长方体,尺寸约为3.2cm×3.2cm×5cm。

1.2运行后催化剂的再生

催化剂再生装置由有机玻璃制成（见图1）,其主要包括曝气系统和清洗箱。

图1催化剂再生装置

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