SCR脫硝催化劑再生技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:催化劑是SCR煙氣脫硝技術(shù)的核心，其成本占整個(gè)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)投資成本的40％甚至更多。催化劑的性能直接決定了SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的脫硝效率和氮氧化物排放量、氨逃逸量、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、系統(tǒng)壓力、電能消耗、還原劑消耗等，一般工業(yè)應(yīng)用的SCR催化劑的使用壽命為2.4萬(wàn)小時(shí)，逾期需要及時(shí)更換或進(jìn)行再生。文章介紹了SCR脫硝催化劑再生技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國(guó)內(nèi)SCR催化劑再生技術(shù)的發(fā)展前景，并列舉了催化劑再生技術(shù)的應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞:選擇性催化還原法（SCR）;催化劑再生;煙氣脫硝

我國(guó)一次能源消耗呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2050年，我國(guó)一次能源需求量將達(dá)到6657.4萬(wàn)噸[1]。據(jù)2012年BP統(tǒng)計(jì)，中國(guó)消耗了全球49.6%的煤炭，位于世界第一，且在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，中國(guó)以煤為主的能源供應(yīng)格局不會(huì)發(fā)生根本性改變，煤在總能源中比重很難低于50%。

中國(guó)80%以上的煤炭直接或間接用于燃燒，生成了大量SO2、NOx、Hg等多種煙氣污染物，造成嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題。就火電廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，二氧化硫和氮氧化物的排放量占了全國(guó)工業(yè)污染物總排放量約50%以上，其中又以氮氧化物排放比例最高[2]。

選擇性催化還原法（SelectiveCatalyticReduction，SCR）是目前控制NOx排放最成熟、最有效的方法[3]。該方法是SCR脫硝催化劑再生技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用在一定溫度和催化劑作用下，利用氨做還原劑可選擇性地將NOx還原為氮?dú)夂退姆椒╗4]，可使NOx脫除率達(dá)到90%以上，該法已在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[5]。

國(guó)內(nèi)首例SCR脫硝工程也于1999年投運(yùn)[6]。至今，我國(guó)火電機(jī)組SCR裝機(jī)容量達(dá)2.15億千瓦，SCR市場(chǎng)容量以1億千瓦/年的速度增長(zhǎng)。隨著SCR脫硝催化劑使用時(shí)間的增長(zhǎng)，催化劑的活性將逐漸不能滿(mǎn)足SCR脫硝要求，直至催化劑失活需要更換，但由于新催化劑的價(jià)格較高，處理廢舊催化劑也需要一定的費(fèi)用，大多數(shù)用戶(hù)都會(huì)考慮對(duì)催化劑進(jìn)行再生。

相比更換新鮮催化劑，催化劑再生可延長(zhǎng)催化劑的使用壽命、減少?gòu)U棄催化劑填埋所產(chǎn)生的二次污染，且再生價(jià)格僅約為新鮮催化劑的1/2。因此，催化劑再生技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，可提高我國(guó)的節(jié)能環(huán)保水平，加快脫硝產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，也是減輕氮氧化物污染、提高和改善空氣質(zhì)量的有力措施，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和保障“十二五”節(jié)能減排戰(zhàn)略的順利實(shí)施具有重要意義，同時(shí)對(duì)提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)實(shí)力將起到重要的推動(dòng)作用[7]。

1催化劑失活原因

催化劑是整個(gè)SCR脫硝系統(tǒng)的核心部分[8]，目前工業(yè)中應(yīng)用最多的催化劑大多以TiO2為載體，以V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3為活性成分[9]。隨著催化劑使用時(shí)間的增長(zhǎng)，催化劑會(huì)逐漸發(fā)生失活現(xiàn)象，其主要原因包括以下四種[10]：

（1）砷（As）、堿金屬（主要是K、Na）等引起的催化劑中毒

高溫?zé)煔庵械臍鈶B(tài)As2O5擴(kuò)散進(jìn)入催化劑的微孔結(jié)構(gòu)中，在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)，占據(jù)并破壞催化劑的活性位，從而導(dǎo)致催化劑失活[11-12]。堿金屬元素被認(rèn)為是對(duì)SCR催化劑毒性最大的一類(lèi)元素，不同堿金屬元素毒性由大到小的順序?yàn)閇13-14]：Cs2O>Rb2O>K2O>Na2O>Li2O，除堿金屬氧化物以外，堿金屬的硫酸鹽和氯化物也會(huì)導(dǎo)致催化劑的失活[15]。

（2）催化劑的堵塞

小顆粒的飛灰及反應(yīng)過(guò)程中形成的銨鹽沉積在催化劑表面的小孔中，造成催化劑堵塞，阻礙NOx、NH3、O2到達(dá)催化劑活性表面，從而引起催化劑失活。

（3）高溫引起的燒結(jié)、活性組分揮發(fā)

催化劑長(zhǎng)期暴露于其允許最高運(yùn)行溫度以上的高溫環(huán)境可引起催化劑活性位置燒結(jié)，導(dǎo)致催化劑顆粒增大，比表面積減小，一部分活性組分揮發(fā)損失，因而使催化劑活性降低。

（4）機(jī)械磨損

]在催化劑的安裝、更換過(guò)程中，催化劑受到?jīng)_擊作用進(jìn)而使得其表面活性物質(zhì)減少；此外，由于SCR反應(yīng)塔中的催化劑垂直布置，煙氣自反應(yīng)塔頂部垂直向下平行催化劑流動(dòng)[17]，在較大空速條件下，煙氣中的大顆粒物質(zhì)對(duì)催化劑的磨損作用也使得催化劑表面活性物質(zhì)減少。

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