燃煤电厂SCR脱硝催化剂(V2O5-WO3/TiO2)的失活原因和再生实验研究

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氮氧化物(NOx)是大气中主要的污染物,燃煤电厂是大气中人为源排放NOx的主要来源之一。为了减少电厂排放烟气中的氮氧化物,电厂需要对排放的尾气进行脱硝处理。目前电厂脱硝主要采用选择性催化还原法(Selective CatalysisReduction,SCR),而SCR脱硝催化剂是SCR法的核心。电厂复杂的烟气条件会导致商用SCR脱硝催化剂在运行一段时间后出现活性下降的现象,致使电厂排放的烟气达不到排放标准(GB13223-2011),因此有必要对SCR催化剂的失活原因以及再生方法开展研究。对电厂实际运行后失活催化剂的再生可以在一定程度上延长催化剂的使用寿命,降低电厂更换催化剂的成本,同时,由于废弃的催化剂中含有大量有毒元素,作为固体废弃物会对环境产生不利影响。因此,催化剂再生技术作为一种节能环保的手段得到越来越广泛的关注。  本文选取了三种在燃煤电厂实际运行后不同失活类型的商用脱硝催化剂作为研究对象,利用N2吸附脱附、X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、离子色谱(IC)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段,研究了其失活原因以及不同再生方式处理后的再生效果。论文的主要工作和结论如下:  (1)使用氢氧化钠-柠檬酸联合清洗、稀硫酸清洗和硫酸铵清洗三种再生配方对失活的含钡型蜂窝式SCR催化剂进行再生。实验表明:由于催化剂本身的BaO含量较高,BaO与烟气中SO2和O2反应会生成BaSO4。BaSO4的形成在一定程度上导致含钡型催化剂表面酸性位数目降低和微孔堵塞,从而导致催化剂失活,再生后催化剂活性可达到90%以上。  (2)使用(NH4)2SO4清洗、碱液-草酸联合清洗和过氧化氢清洗三种不同配方对碱金属和砷中毒导致失活的蜂窝式SCR催化剂上进行再生,并负载V以补充催化剂活性物质。实验表明:对于碱金属-砷中毒的催化剂,采用过氧化氢清洗再生可以有效地去除催化剂表面沉积的砷元素以及碱金属元素,但再生过程容易引起V流失,弱化了再生的效果。但经过负载V后,催化剂脱硝效率得到较大提高,可达到97%。  (3)使用曝气水洗、超声水洗和化学清洗联合再生方法对运行后失活的波纹板式SCR催化剂进行再生。实验结果表明:波纹板式催化剂由于其构造原因,在运行过程中其孔道容易堵塞,引起催化剂的脱硝效率和活性系数下降。另外催化剂在电厂运行后存在严重的碱金属和碱土金属中毒,造成催化剂酸性位数目减少,催化剂通道堵塞严重,比表面积下降。经过一系列再生工艺再生后,催化剂上的碱金属和碱土金属元素中毒情况得到改善,比表面积提高了10%。同时,催化剂的酸性位数量也得到了增加,从而较好地恢复了催化剂的活性。再生后脱硝效率最高可达到95.6%。
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