火电厂脱硝催化剂的活性下降原因分析及再生工艺.pdf

1、火电厂脱硝催化剂的活性下降原因分析及再生工艺摘 要：选择性催化还原法（SCR）是目前控制氮氧化合物效率最高的方法，催化剂是SCR 的核心技术。分析了催化剂中毒，飞灰阻塞，机械的磨损等原因引起选择性催化还原体系中催化剂失活原因，并指出催化剂再生的方法。关键词：脱硝催化剂再生中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1674-7712（2013）10-0232-01随着我国国民经济的快速发展，对电力的需求不断增长，以燃煤为能源的火力机组逐渐成为我国电力工业的主力机组，而火力机组排放的烟气中含有大量氮氧化物（NOx）。如何有效控制氮氧化物对大气环境造成的污染已经成为一个日益关注的全球性问题。烟

2、气脱硝工艺主要包括选择性催化还原法、选择性非催化还原法、液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法及电子束法等。选择性催化还原法（SCR）是在特定催化剂作用下，用氨或其它还原剂选择性的将 NOx 还原为 N2 和 H20 的方法1。选择性催化还原的脱硝效率最高，在 90%以上，是目前应用最为有效的 NOx 脱除方法。SCR 法的发明权属于美国，但日本最先使其商业化。我国对于烟气脱硝的研究开展的比较慢，从 20 世纪 80 年代初才开始火电厂烟气脱硝的研究，2006 年正式建成拥有自主知识产权的 SCR 核心技术的脱硝工程。一、SCR 催化剂简介SCR 的重要组成部分是催化剂，在 SCR 设备投资中催化

3、剂的成本高达 50%。在 SCR 体系中催化剂应具有以下优点：活性高、选择性高、较强的抗中毒能力、较好的机械耐磨损性，同时应该还具备成本低，使用寿命长的优点。目前，性组分的不同 SCR 催化剂，可分为这几类：贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、分子筛催化剂、碳基催化剂等。另外，一些新型催化剂，如复合型催化剂、储存一还原催化剂等，由于具有较好的热稳定性、较宽的活性温度区间和优良的抗水抗硫性能，已经引起越来越多研究者的关注2。工业上应用较多的是以锐钛矿 TiO2 为载体，V2O5、V2O5-WO3、V2O5-MoO3 为活性组分的负载型催化剂，其最佳活性温度是 300左右。关于 SCR 脱硝催化剂的研

4、究国外开展较早，研究的比较深入。长期以来，由于缺乏对催化理论及其反应机理的研究，很难进一步完善该进该项技术。因此，选择性脱硝催化剂的研究一直在开拓中。近年来，在反应机理及反应动力学、抗毒性能、新型催化剂及载体的研究等方面又有了很大的发展3。国内对于此方面的研究较晚，目前尚没有具有自主知识产权的催化剂技术，工业上使用的 SCR 催化剂均来自于国外公司。二、催化剂活性降低原因分析SCR 催化剂失活主要原因有 4 种4，具体如下。（一）砷、碱金属等引起的催化剂中毒煤中砷含量与锅炉燃烧状况都会影响烟气中 As2O5 的含量，而 As2O5 在高温烟气中以气态的形势气扩散进入催化剂空隙中，同时与催化剂的

5、非活性点位及活性点位结合，在表面发生反应，阻碍了氮氧化合物在催化剂内的扩散，这种相变反应是不可逆的，因此砷中毒对 SCR 运行影响较大。有研究证明，当煤炭中的砷含量超过 310-6 时，SCR 催化剂寿命将降低 30%5。在干法排渣锅炉中，催化剂砷中毒不严重；但在液态排渣锅炉中，由于静电除尘器后的飞灰再循环，造成催化剂砷中毒比较严重。生物物质燃料的燃烧会产生 K 和 Na，在水溶性状态下，碱属离子具有较强的流动性，能进入到催化剂的内部。此类碱金属能够直接和催化剂的活性点位发生反应，致使催化剂钝化，同时依据碱金属的浓度可以判断催化剂的失活的程度。（二）反应器内催化剂的堵塞随着催化剂长期运行，烟气

6、中的飞灰冲刷催化剂，导致大量的铵盐及飞灰的小颗粒沉积在催化剂小孔之中，阻碍 NOx、NH3、O2 与催化剂活性表面活性点接触反应，从而引起催化剂活性降低。（三）高温引起烧结、活性组分挥发催化剂长时间处于 450以上的高温环境之中，会引起催化剂表面活性位置烧结，从而导致催化剂颗粒增大，表面积减小，一部分活性组分的挥发损失，因而使催化剂活性降低。（四）机械磨损催化剂在安装和更换的过程中，不可避免的会受到冲击。由于催化剂在 SCR 反应塔中主要是垂直布置，当空速大于 3000h-1 的条件下，烟气中含有较大颗粒物时（粒径大约为15-20gm），烟气从反应塔顶部垂直向下与平行催化剂接触，对催化剂造成较

7、大磨损。三、催化剂活性检测方法催化剂活性的下降，是由多种因素综合造成的。催化剂在脱硝费用中所占比重较大，为了保证电厂脱硝装置高效而又经济的运行，应当密切关注催化剂活性的变化。因此，对SCR 催化剂进行活性检测很有意义。由于 SCR 催化剂均来自国外，价格较高，且交货周期长，实时评判催化剂的最佳活性、确定催化剂的最佳更换时间能有效保障 SCR 脱硝工艺的运行。目前催化剂的活性评估或复活主要由国外催化剂厂家掌控，其活性评估的方法主要有以下几种：（1）美国Cormetech 公司的催化剂模块法；（2）德国曼海姆中心电厂开发的运行中催化剂活性测试法；（3）运行参数模拟法；（4）NH3 逃逸量测试法。四

8、、催化剂活性的再生由于催化剂高昂的价格以及催化剂废弃的处置的难度，一般性的催化剂失活如果能够进行再生处理，恢复催化剂活性，将有效地降低运行成本，保护环境。催化剂的再生目前主要通过这几个步骤来实施5，首先水洗再生、加热再生、加热还原再生、使用酸液处理和 SO2 酸化加热再生、多组分再生液清洗等。五、结论催化剂失活的原因有多种：砷、碱金属（主要是 K、Na）等引起的催化剂中毒，飞灰阻塞，高温引起的烧结、活性组分挥发以及机械的磨损为主要原因。催化剂的再生方法主要有：水洗再生、热再生、热还原再生、酸液处理和 SO2 酸化热再生、多组分再生液清洗等。参考文献：1韦正乐.烟气 NO 低温选择性催化还原催化剂研究进展化工进展，2007，26（3）：320-325.2于千.NOx 污染控制概述J.山东化工，2008，37：18-22.3刘晓霞.国外 SCR 催化剂研究进展J.广东化工，2008，35：65-68.4沈伯雄.选择性催化还原脱氮催化剂的再生及其应用评述J.化工进展，2008，27：64-67.5苏杭.SCR 系统中板式和蜂巢式催化剂的选取J.电力环境保护，2005，21：27-29.