[发明专利]一种失活选择性催化还原脱硝催化剂的再生方法

说明书

技术领域

本发明属于失活脱硝催化剂再生方法技术领域，更具体地，尤其涉及一种失活选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂的再生方法。

背景技术

燃煤排放的NO_x是造成酸雨、雾霾和光化学烟雾的主要大气污染物之一，它的排放会给自然环境和人类生活带来严重危害，全世界每年排入到大气中的氮氧化物总量达500万吨以上，其中NO_x中NO的含量最多，所占比例超过95％。因此，对燃煤排放的NO_x进行有效处理和控制对于保护人类的生活环境具有重要的意义。现有技术中主要采用选择性催化还原(简称SCR)脱硝技术对燃煤排放的NO_x进行控制，即在催化剂作用下，采用还原剂(通常选用NH₃或尿素)将NO_x还原为对大气环境影响较小的氮气和水。SCR工艺具有较高的脱硝效率和较低的NH₃逃逸率，工艺简便、自动化程度高，已在世界范围内成为大型燃煤锅炉烟气脱硝的首选工艺。

催化剂是SCR技术的核心，其性能的好坏直接关系到了整体脱硝效率的高低，其投资占到SCR脱硝系统初期建设成本的30％～40％。以锐钛型TiO₂为载体，V₂O₅为主要活性成分，WO₃为助剂的钒钛基催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂是目前普遍商业化应用的SCR脱硝催化剂，受催化剂活性温度窗口的影响，SCR脱硝反应器往往布置在锅炉省煤器和空气预热器之间的高温(300～400℃)、高尘段，催化剂容易发生堵塞和中毒现象从而导致活性下降，其使用寿命一般约3～5年。催化剂失活不仅降低了脱硝效率，增加了SCR系统的运行成本，同时也会带来不可忽视的环境问题。因此，研究SCR脱硝催化剂的失活机理，探索针对性的预防失活方法，发展相应的失活催化剂再生工艺对于燃煤电厂的脱硝就至关重要。

催化剂再生是指通过适当的处理使失活催化剂的活性和选择性得到一定程度的恢复，从而能够提高脱硝催化剂的循环利用率，延长催化剂的使用寿命，降低SCR系统的运行成本，且消除环境污染的隐患。因此，失活催化剂的再生就成为缓解上述问题的重要突破口，同时也是国内燃煤电厂、脱硝总包公司和催化剂生产厂家共同关注的焦点。在现有的催化剂再生工艺中，对催化剂的清洗是再生流程的关键步骤，关系到再生的催化剂活性等性能是否实现了再生目的。

二氧化硅(SiO₂)、砷(As)、磷(P)和碱金属(主要是K和Na)是造成SCR脱硝催化剂失活的几个主要因素。其中，含SiO₂的飞灰沉积在催化剂表面，SiO₂在高温环境下易固结在催化剂表面，堵塞催化剂孔道并覆盖其活性位点，从而引起催化剂脱硝活性的下降。As和P是引起催化剂失活的常见因素，燃料中的As一方面可以浓缩在催化剂的微孔中，物理堵塞催化剂，另一方面也会在燃料燃烧过程中转化为气态As₂O₃，在催化剂活性组分V₂O₅的作用下进一步和O₂反应生成As₂O₅，As₂O₅易附着在催化剂表面堵塞孔道并覆盖催化剂的活性位点，从而进一步抑制了催化剂的脱硝性能。而P则与催化剂表面的V-OH反应生成P-OH，P-OH的酸性与V-OH相比较弱，从而导致催化剂吸附NH₃的能力下降。碱金属(主要是K和Na)元素被认为是对催化剂中毒危害最大的一大类元素，不仅包含碱金属氧化物，还有碱金属的硫酸盐和氯化物等，K或Na易与催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂表面的V-OH结合，形成V-OK或V-ONa，降低了酸性位化学吸附NH₃的能力，从而导致催化剂中毒失活。