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SCR蜂窝催化剂再生工艺探究

作者:user 来源:  日期:2019-11-24 20:57
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脱硝系统已成为燃煤电厂的重要组成部分,脱硝催化剂占脱硝工程投资比例较高,加大对失效催化剂的再生力度,成为降低燃煤电厂脱硝运行费用的重要突破口。同时脱硝催化剂再生具有显著的社会效益和环保效益。本文将结合本公司再生生产简单介绍脱硝催化剂的工厂再生工艺以及如何选择合适的化学清洗液。 
催化剂是SCR系统的核心部件,一般催化剂使用3年左右就会出现失活现象。造成失活的原因主要有催化剂的烧结、砷中毒、钙中毒、碱金属中毒、SO3 中毒以及催化剂空隙积灰堵塞等。对失活催化剂更换或是再生将直接影响SCR系统的运行成本[1-3]。因此,研究SCR催化剂的失活与再生,具有很重要的现实意义。我国催化剂研究已有好多年,目前比较成熟的有V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2 及V2O5-WO3-MoO3/TiO2,它们都是以TiO2为载体,V2O5、WO3、、MoO3、为活性物质负载在其上。具有较好的活性、高选择性以及强抗中毒性,在商业上已经投入生产。据统计,2012年新投运火电厂烟气脱硝机组容量约为9000kW,其中,采用SCR工艺的脱硝机组容量占当年投运脱硝机组总容量的98%。 
1 失活SCR催化剂的再生技术 
在实际应用领域,脱硝催化剂失效后主要采用现场再生及工厂再生两种方式。由于现场再生易对现场环境和水质造成污染,且现场再生的催化剂的质量和性能较差,所以工厂再生是发展方向。经过再生后的SCR催化剂,活性和使用寿命等能够达到运行要求,可以实现再利用,达到节省火电厂环保投入和运行成本的目的[4-6]。 
SCR催化剂工厂再生工艺首先使用超声水洗清除废旧催化剂表面的溶解性碱金属物质和堵塞在SCR催化剂孔道中的灰尘颗粒沉积物,超声水洗过程中使用渗透促进剂、表面活性剂等有机高分子清洗剂提高清洗能力,特别是对硫酸盐等污垢的去除,为了进一步提高SCR催化剂的活性,应用超声浸渍法在催化剂表面负载钒、钨、钼等活性组分,以满足提高脱硝催化活性的要求。 
1.1 催化剂失活原因诊断 
为了使失活催化剂得到有效再生,需首先对失活催化剂样品的组分含量、比表面积、孔隙率、强度、活性等各物理化学性能指标进行分析检测,通过对失活原因研究分析确定造成催化剂失活的具体原因,为接下来催化剂的再生提供支持。 
1.2 吹扫及去离子水清洗 
在负压状态下采用压缩空气进行吹扫,去除催化剂表面附着的及孔道内的大部分灰尘颗粒。然后用去离子水冲洗、清洗和溶解沉积在催化剂表面的可溶性物质和部分颗粒。水洗再生一般作为催化剂再生前的预处理阶段。水洗再生对催化剂的孔尺寸和孔结构、机械强度影响不大。通过对某电厂废旧催化剂水洗再生时发现,水洗可以溶剂反应过程中沉积在催化剂表面的飞灰、钾盐以及含硫物质,同时,对活性物质钒和钨的溶剂较弱。但水洗后的催化剂脱硝活性提高的也不多,分析认为催化剂表面含有的硫份较多,水洗除去了表面大量的硫,抵消了一部分因飞灰、钾的去除催化剂活性的提高。 
1.3 化学清洗液清洗及干燥 
失效催化剂表面及孔道沉积着金属、盐等有毒物质,而催化剂反应活性与其外表面积和孔道特性有很大程度上的关系,简单的吹扫及水冲洗无法完全去除催化剂孔道中的堵塞物。去离子水清洗完成之后,将失效催化剂放入混合清洗剂中,在超声、鼓泡的配合方式下催化剂进行清洗若干小时,可以去除催化剂孔道中物理方法无法去除的堵塞物,从而達到提高失效催化剂的孔隙率。将清洗后的失效催化剂用去离子水冲洗至pH接近7,采用热风干燥。 
1.4 活性负载 
催化剂在运行过程中,会因为高温挥发、水冲洗和机械磨损等原因导致活性组分的流失,另外在再生过程中也会造成活性组分的流失,因此清洗完成后需采用活性补充液(如偏钒酸铵、仲钨酸铵、仲钼酸铵等)浸泡的方法对催化剂进行活性物质再负载。再生过程使催化剂的活性恢复到90%以上。 
1.5 干燥及高温煅烧 
经活化后的催化剂需要进行干燥和焙烧,催化剂在热风中干燥,干燥完成后的催化剂放入炉窑中进行烧制。催化剂的焙烧温度与催化剂活性密切相关,焙烧很多过低,不利于催化剂活性相的形成;焙烧温度过高,催化剂又会产生烧结团聚现象,影响活性相在催化剂中的分散性,从而导致催化活性下降。本公司采用的煅烧温度模拟催化剂生产的温度控制,对催化剂的干燥、升温、煅烧、保温、冷却经过工艺计算曲线控制,实现催化剂的活性成分在催化剂基体的牢固负载。 
1.6 再生技术指标 
再生完成后,使用SEM、XRD、孔径分析仪等确认再生催化剂状态。催化剂再生指标有:再生后的催化剂的活性恢复到新鲜催化剂的90%以上;再生后催化剂的SO2/SO3转化率小于1%;再生后催化剂的机械强度寿命应大于5年,同样运行条件下再生催化剂失活速率与原始催化剂一致。 
2 再生清洗液选择 
化学清洗液是废弃SCR脱硝催化剂再生工艺中不可缺少的关键技术,该技术在国内外现有脱硝催化剂再生生产中被广泛应用。美国Coalogix公司、Steag公司的脱硝催化剂再生都将化学清洗作为一种主要的核心再生技术[7-8]。系统研究化学清洗再生技术,对于推动中国失活脱硝催化剂再生技术研究,丰富和优化国内再生技术具(下转第67页)(上接第65页)有重要意义。 
2.1 清洗原理 
催化剂灰垢清洗使用的清洗剂是由一些有机化合物在无机酸碱的催化作用下,经过缩合、加成等化学反应合成的表面活性剂、渗透剂、再复配一定的络合剂及其他助剂,形成了强渗透性、剥离性、水溶性良好的清洗剂[9-10]。该清洗剂通过一定的物理渗透,在催化剂孔径灰垢中,与SO3、Al2O3、CaO化合物等进行化学反应,产生微量的气体;同时,通过表面活性剂的作用,使得固态物质发生膨胀疏松,降低表面张力,使污垢在重力作用下从催化剂细孔中脱落,从而达到对催化剂灰垢清洗、清除的目的。
 2.2 清洗配方选择 
配方选择的主要依据是垢样成分与垢层分布形态。采用晶格畸变理论,通过渗透剂的作用带人一部分化学清洗药剂,在化学反应的作用下促使垢层分布状态发生变化,导致其坍塌,并在重力作用下自动脱落。 
2.3 清洗工艺条件 
清洗温度:常温;清洗时间:根据污垢严重程度确定[(2-4)h];清洗方式:“鼓泡+超声”;压力≦0.1MPa。 
2.4 清洗工艺步骤 
催化剂清洗工艺主要包括以下几个步骤:去离子水清洗--剥离除垢清洗--去离子水清洗--干燥。 
3 结束语 
脱硝催化剂再生项目符号国家的环保政策,可为国家节约大量资源,并避免了对环节的二次污染,是国家明确过来发展的项目。目前从美国的技术来看可以再生两次,最多再生4次,即需报废,再生周期为(4-5)年。再生成本约为生产制造成本的2/3,再生的利润空间大于生产制造产品的利润空间。但如果对催化剂的清洗无法彻底实现的话,再生质量也就大打折扣。通过对脱硝催化剂清洗配方的研究,可以有效的解决再生之前的清洗问题,减少固废排放,为催化剂制造及火力发电厂节约了生产成本。 

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