选择性催化还原脱硝催化剂失活及再生技术研究

汪凡

摘要：随大气污染物排放标准的日趋严格，选择性催化还原脱硝催（SCR）技术广泛应用于烟气脱硝，其中商业应用最多是钒铁系催化剂。五氧化二钒具有生物毒性，废弃后属于危险废物。同时随着钒铁等原材料价格直线上涨，SCR催化剂的再生有着巨大的环保及经济效益。

关键词：烟气脱硝；SCR催化剂；失活；再生

1绪论

我国对NOX治理的起步比较晚，在1992年才发布《燃煤电厂大气污染物排放标准》（GB13223-1992）。国家对环境的日益重视，自《电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）、《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）及多省地方标准的颁布实施，我国对NOX排放控制进入了新的阶段。SCR处理效率高，对原有锅炉系统匹配性和拓展性强，近年的到了大力发展。目前欧日等发达国家90%的烟气脱硝采用SCR法，我国已建成或拟建的烟气脱硝工程中SCR法约占96%[1,2]。但是商用SCR催化剂主要是钒铁系，V2O5具有毒性[3]，废弃后属于危险废物。并且钒铁价格近年直线上涨，SCR使用成本日益增加，研究催化剂再生的有着巨大的环保及经济效益。

2SCR催化剂主要的失活原因

2.1磨损

由于SCR催化脱硝工艺主要采用高尘布置，目前国内电厂排放的烟气中飞灰粒径分布的峰值大于100μm具有普遍性，有的电厂的飞灰粒径分布的峰值甚至超过200μm。大粒径烟气飞灰在高速撞击催化剂时，产生的切向力会对催化剂造成磨损，磨损主要发生在催化剂的端面和内壁[4-6]。

2.2烧结

TiO2具有良好的物理性能，并且可以增强催化剂的表明酸性，促进催化反应的进行，被广泛应用于商业SCR催化剂中。催化剂表面会发生烧结和结晶现象。活性组分以及载体晶粒增大，微晶结构发生变化，晶型由锐铁矿型转变为金红石型，其中金红石型TiO2并无脱硝活性[7]。

2.3化学中毒

在脱硝反应中，燃煤产生含有烟碱金属、碱土金属、重金属中毒、硫化物等的烟气会导致催化剂中毒，从而减少了反应效率，增加脱硝成本。

李超启[8]研究表明KCl会与SO2、O2和H2O等形成K2S2O7会与V2O5形成共熔物。共融物导致催化剂表面活性钒的减少的同时还降低了催化剂的氧化性能，从而导致催化剂失活。李泽英[9]研究表明Ca导致催化剂活性下降主要是由毒物引起的物理失活，即CaO在催化剂表面沉积和遮蔽活性位点。

2.4堵塞

催化剂堵塞主要成因是燃煤飞灰和烟气中存在SO2与脱硝剂NH3发生反应生成的NH4HSO4和(NH4)2SO4，即使定期采用超声波和高压蒸汽除灰，在长期使用中仍面临催化剂堵塞风险[10]。催化剂堵塞一方面减少了催化剂表面积，另一方面由于烟气流场改变增加了催化剂磨损几率，减少了反应时间。

3SCR催化剂再生技术

3.1SCR催化剂水洗再生技术

水洗再生技术可以有效去除催化剂表面颗粒物和可溶性盐类，并且水洗再生工艺简单，对催化剂活性的恢复有一定作用。水洗再生工艺如果将水洗改成超声波水洗，可以提高水洗对催化剂恢复的效果[11]。

3.2催化剂酸洗

SCR催化剂化中毒主要是因催化剂上Bronsted酸位和烟气中碱金属结合，致使Bronsted酸位活性降低。使用酸洗法再生可以有效去除催化剂表面碱金属，酸洗溶液pH越低，对催化剂表面活性位点的清洗效果越好。但是随着酸洗溶液pH的降低会造成主要活性物质和比表面积的损失。学者通过商用失活催化剂在不同浓度硫酸下再生清洗实验，发现0.5mol/l硫酸为最适清洗浓度[12]。如果采用超声波酸洗法，可以进一步提高再生效果[13]。

3.3SCR催化剂碱洗再生技术

采用碱性清洗液对催化剂进行清洗，可以恢复催化剂的比表面积。研究表明，采用pH=12的碱性清洗液侵泡12h，催化剂可以达到最佳清洗效果[11]。稀NaOH溶液可以将沉积在催化剂表面的Al2(SO4)3溶解，使催化剂活性在一定程度尚得到恢复[15]。

4SCR催化剂再生技术展望

SCR催化剂有着广泛的应用前景，目前商用钒铁系SCR催化剂存在使用寿命短和制造价格高等问题，在经济性更好的SCR催化剂出现前，如何延长钒铁系催化剂的使用寿命具有较高的环境和经济价值。目前对于SCR催化剂再生的研究仍停留在实验阶段，部分研究表明，经过再生后的催化剂活性高于新鲜催化剂。但是对于再生后催化剂的使用寿命方面缺乏研究。如何将SCR催化剂再生技术带入应用领域将是以后发展和研究的方向。

参考文献

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