SCR脱销催化剂失活原因及其再生技术

于洋　栾九峰

Summary：SCR脱销催化剂被广泛应用于脱除燃煤火电厂等固定源所排放的氮氧化物。文章介绍了脱销催化剂失活原因及失活催化剂再生技术。催化剂再生技术可延长催化剂的使用寿命，减少废弃催化剂填埋所产生的二次污染，降低SCR系统的环保和运行成本。

Key：SCR脱销催化剂；失活原因；再生技术；燃煤火电厂；氮氧化物 ：A

：X701 ：1009-2374（2015）23-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.046

2011年环境保护部与国家质量监督检验检疫总局联合发布《火电厂大气污染物排放 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 》。为了符合当前和今后环境保护工作的需要，新标准大幅收紧了氮氧化物、二氧化硫和烟尘的排放限值，针对重点地区制定了更加严格的大气污染物特别排放限值。选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）对NOx的脱除率可以超过90%，是目前减少NOx排放最成熟、最有效的方法，并且已经在全球范围内得到大规模应用。催化剂的寿命直接决定着SCR系统的运行成本，为了延长催化剂的使用寿命，除了要求企业在运行、操作、维护上采取必要的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 外，还可以采用催化剂再生的方法来延长催化剂使用寿命，从而减少废弃催化剂填埋所带来的二次污染，同时降低SCR系统的运行成本。本文主要介绍了SCR系统催化剂失活的原因及失活催化剂再生过程等。

1 脱硝催化剂的分类及性能

脱硝催化剂一般由载体和活性组分两部分构成，从载体上可分为TiO2、Al2O3、活性炭或复合载体等，从活性成分上分有V2O5、WO3等，从催化剂加工的外观形状上可分为板式、波纹式和蜂窝状等。国内现行使用的SCR系统绝大部分是以TiO2为载体的催化剂模块，且催化剂总重量的80%左右为TiO2载体。

催化剂的性能包括活性、选择性、稳定性和再生性等，主要体现在活性温度、几何特性、机械强度、化学成分含量、工艺性能等，其中工艺性能包括脱硝效率、SO2/SO3转化率、NH3逃逸率、压降等。

2 催化剂失活的原因

2.1 催化剂的脱硝机理

采用NH3作为还原剂进行烟气脱硝催化反应共分四步进行：第一步，烟气中的氨气扩散到催化剂的活性位上，被催化剂吸附；第二步，烟气中的NOx与吸附了氨的催化剂发生反应；第三步，生成的N2和H2O从催化剂上脱附；第四步，烟气中O2扩散到催化剂活性位上，置换出氢，使催化剂复原，进行的反应主要有：

在多数的燃煤烟气中NO约占95%，所以SCR脱硝反应主要发生的反应是第一个。

2.2 催化剂的失活

2.2.1 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面覆盖与催化剂孔道堵塞：烟气中携带大量各种大小不同的飞灰颗粒，这些飞灰会造成催化剂有效活性表面被覆盖或孔道堵塞，致使NH3和NO无法接触活性组分，脱硝反应无法正常进行。烟气中的部分SO2会被O2氧化生成SO3，SO3不仅能与飞灰中的CaO反应生成CaSO4，还可以与参加脱硝反应的NH3生成（NH4）2SO4和NH4HSO4，这些CaSO4和硫酸铵盐极易在催化剂表面和催化剂孔道中的聚集，会降低催化剂的有效比表面，阻碍催化反应的进行。

2.2.2 碱金属及碱土金属中毒：碱金属的氧化物、硫酸盐和氯化物等可造成催化剂中毒失活。在烟气中（特别是生物质燃料电厂），一般K元素的含量较高，K元素造成的催化剂失活也就尤为显著。催化剂表面活性位点V-OH的H会被K替代，导致催化剂对NH3吸附能力下降，从而造成催化剂中毒。

2.2.3 磷、砷和铅中毒：锅炉燃烧烟气中携带者P2O5、As2O3、PbCl2和PbO等使SCR催化剂失活的有毒物质。随着有毒物质在催化剂上负载量的增加，有毒物质不仅会堵塞催化剂表面孔道、降低了催化剂的比表面积，同时P、As、Pb还会取代催化剂活性位点的H造成催化剂的中毒，这几种作用最终导致其脱硝活性的降低。

2.2.4 活性组分流失与磨损：在高温下催化剂的活性成分V2O5会挥发，用水冲洗催化剂模块时活性成分会溶解于水，并随冲洗水流失，进而引起催化剂的脱硝活性降低。当烟气中颗粒物与催化剂表面发生碰撞时会引起催化剂的磨损，飞灰含量、烟气流速、运行周期和催化剂强度等都会对磨损程度造成影响。

2.2.5 催化剂高温烧结：为达到期望的催化剂活性要求，使得目前被广泛应用的钒钛基催化剂需要的运行温度较高。当锅炉排烟温度出现意外波动上升时，脱硝反应器内的温度就有可能会超过活性成分的承受温度，进而造成催化剂的烧结失活。催化剂的烧结是一个不可逆的过程，它导致活性成分V2O5的颗粒长大，载体TiO2的孔道数量和比表面变小，直接减少了催化反应活性位的数量。

由于炉型、煤质等因素的不同，造成SCR催化剂的失活原因多种多样，除上述因素之外，水蒸气、二氧化硫及汞中毒等诸多因素会造成催化剂的失活。

3 失效SCR催化剂的再生技术

3.1 催化剂失活原因诊断

为了使失活催化剂得到有效再生，需首先对失活催化剂样品的组分含量、比表面积、孔隙率、强度、活性等各项物理化学性能指标进行分析检测，通过对失活原因研究分析确定造成催化剂失活的具体原因，为接下来催化剂的再生提供支持。

3.2 吹扫及去离子水清洗

在负压状态下采用压缩空气进行吹扫，这样可以去除催化剂表面附着的及孔道内的大部分灰尘颗粒。催化剂孔道内外的灰尘颗粒吹扫干净后，放入去离子水中，配合以超声、鼓泡的方式对失效催化剂进行更加深入的清洗。

3.3 酸洗及干燥

失效催化剂表面及孔道沉积着金属、盐等有毒物质，而催化剂反应活性与其外表面积和孔道特性有很大程度上的关系，简单的吹扫及水冲洗无法完全去除催化剂孔道中的堵塞物。去离子水清洗完成后，将失效催化剂放入酸溶液（如稀硫酸溶液）中，在超声、鼓泡的配合方式下催化剂进行酸洗若干小时，可以去除催化剂孔道中物理方法无法去除堵塞物，从而大大提高失效催化剂的孔隙率。将酸洗结束后的失效催化剂用去离子水冲洗至pH值接近7，采用热风干燥。endprint

3.4 活化

催化剂模块在运行过程中，会因为高温挥发、水冲洗和机械磨损等原因导致活性组分的流失，另外在再生过程中也会造成活性组分的流失，因此清洗完成后需采用活性补充液（如偏钒酸铵、仲钨酸铵、仲钼酸铵等）浸泡的方法对催化剂进行活性物质再负载。

3.5 干燥及高温激活

经活化后的催化剂需要进行干燥和焙烧，催化剂在热风中干燥，干燥完成后的催化剂放入炉窑中进行烧制。催化剂的焙烧温度与催化活性密切相关，焙烧温度过低，不利于催化剂活性相的形成；焙烧温度过高，催化剂又会产生烧结团聚现象，影响活性相在催化剂中的分散性，从而导致催化活性下降。

3.6 再生技术指标

再生完成后，使用SEM、XRB及红外分析等确认再生催化剂状态。催化剂再生指标有：（1）再生后催化剂的活性恢复到新鲜催化剂的90%以上；（2）再生后催化剂的SO2/SO3转化率小于1%；（3）再生后催化剂的机械寿命应大于5年，同样运行条件下再生催化剂失活速率与原始催化剂一致。

4 结语

在实际的应用领域，脱硝催化剂失效后主要采用现场再生及工厂化再生两种方式。由于现场再生易对现场环境和水质造成污染，且现场再生的催化剂的质量和性能较差，所以工厂化再生是发展方向。经过再生后的SCR催化剂，活性和使用寿命等能够达到运行要求，可以实现再利用，达到节省火电厂环保投入和运行成本的目的。

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