SCR脱硝催化剂失活原因分析及再生研究.docx

SCR脱硝催化剂失活原因分析及再生研究以运转后失活的蜂窝状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%。2022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2022年1月1日起现有机组从2022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2022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系统运转的过程当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期限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转后的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%而通常催化剂运转3~5年就需要更换。这将导致SCR系统的运转成本大大增加。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转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SEMXRDFT-IRXRF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1.1SCR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-WO3/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2.6cmX2.6cmX(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。图1SCR脱硝催化剂活性评价装置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quadrasorbSI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Nicolct6700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ZSXPrimusII型荧光光谱仪测定催化剂样品的元素含量。2、结论与探讨2.1失活原因分析2.1.1脱硝效率新、旧催化剂脱硝效率的测量结果见表表1催化剂的脱硝效率新催化剂在10000h-18000h-16000h-13种空速下的脱硝效率分别为88.32%.92.10%97.13%旧催化剂在这三种空速下的脱硝效率分别降低为72.34%77.59%84.08%。旧催化剂的脱硝效率明显低于新催化剂已达不到SCR脱硝的要求。为了分析催化剂的失活原因结合多种仪器分析手段对新、旧催化剂的物理化学性质进行了表征。2.1.2SEM图2和图3分别为新催化剂和旧催化剂在放大5000倍和10000倍下的电