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催化劑再生
催化劑再生

1、脫硝催化劑再生的背景
  NOX是主要大氣污染物之一,是灰霾、酸雨污染及光化學煙霧的主要前驅物質。我國70%的氮氧化物排放均來自于煤炭的燃燒,電廠是用煤大戶,如何有效控制燃煤電廠NOX的排放已成為了環境保護中的重要課題。
  在一系列政策、標準的驅動下,“十二五”期間,燃煤火電廠脫硝改造呈全面爆發增長趨勢。截至2013年底,已投運火電廠煙氣脫硝機組容量約4.3億千瓦,占全國現役火電機組容量的50%。預計到2014年底,已投運火電廠煙氣脫硝機組容量約6.8億千瓦,約占全國現役火電機組容量的75%。按中國每MW發電機組SCR脫硝催化劑初裝量(兩層)為0.80-1.1立方米(即0.80-1.1m3/MW),SCR占95%以上估算,預計到2014年底,脫硝催化劑保有量約60萬立方米。
  脫硝催化劑的化學壽命基本上是按24000小時設計的,意味著運行三到四年后,其催化劑活性會降低。按照脫硝催化劑的運行更換規律,預計從2016年開始,廢催化劑的產生量為每年10-24萬立方米(約5-12萬噸/年),呈每年遞增趨勢。
  環保部2014年8月正式發布《關于加強廢煙氣脫硝催化劑監管工作的通知》和《廢煙氣脫硝催化劑危險廢物經營許可證審查指南》,將廢煙氣脫硝催化劑納入危險廢物進行管理。更換下來的廢催化劑若隨意堆存或不當處置,將造成環境污染和資源浪費。廢催化劑的再生處理正是解決這些問題的最佳途徑,具有顯著的社會效益和經濟效益。
  作為燃煤電廠SCR脫硝系統的重要組成部分,脫硝催化劑成本約占脫硝工程總投資的35%左右。廢催化劑進行再生處理可為電廠節約可觀的催化劑購置費用,否則電廠除了需要投入大量的資金采購新催化劑外還需花費一定費用處理廢催化劑。廢催化劑進行再生,實現了中國有限資源的循環再利用,節約原材料,降低能耗,有利于環境保護。如果不進行再生,將造成資源的嚴重浪費,并對環境帶來二次污染。
  可以預見,脫硝催化劑再生雖然在國內是全新的業務,但中國的SCR脫硝裝置大量使用再生催化劑是大勢所趨。
2、脫硝催化劑的失活機理
  當催化劑運行一段時間后,不可避免地因為各種復雜的物理和化學作用而失活。再加上我國燃煤電廠多燃用劣質煤、運行煤種頻繁變化以及燃煤成分復雜的特點,使得SCR脫硝催化劑的使用壽命縮短,催化劑的更換速度加快。
(1)催化劑的堵塞
  煤燃燒后產生的飛灰隨煙氣進入SCR反應器,此時煙氣的流速較小,一般在6米/秒左右。細小的飛灰顆粒在層流狀態下聚積在SCR反應器的上游,當聚積到一定程度后掉落到催化劑表面。由此,聚集在催化劑表面的飛灰就會越來越多,最終形成搭橋,造成催化劑通道的堵塞。煙氣中除了細小的灰粒,也可能存在部分粒徑較大的“爆米花”灰。這種灰顆粒一般大于催化劑通道的尺寸,會直接造成催化劑通道的堵塞。
脫硝催化劑再生技術及應用
(2)催化劑的覆蓋
  飛灰中的游離CaO可能與由SO2氧化生成的SO3發生反應,在催化劑表面形成低孔隙度的 CaSO4層,遮蔽催化劑表面,阻止NOx、NH3、O2到達催化劑的活性位進行反應,導致催化劑的脫硝活性表現降低。
(3)熱燒結
  當SCR催化劑長時間暴露在450℃以上的高溫時,容易引起催化劑燒結,引起銳鈦礦TiO2平均晶粒尺寸增大,比表面積降低,孔容減小,孔徑增大。此外,催化劑表面孤立的單體釩氧物種會發生聚合,導致催化劑性能下降;當煙氣溫度超過500℃時,TiO2開始發生相變,從銳鈦礦向金紅石轉化。催化劑的燒結引起催化劑結構上的變化,是不可逆的,不能通過再生的方式使其恢復活性。
(4)催化劑的機械侵蝕
  SCR反應器在火電廠的安裝位置位于省煤器與空氣預熱器之間,該區域的煙氣中攜帶有大量的飛灰。煙氣中的飛灰撞擊催化劑表面會造成催化劑的磨蝕。而由于我國煤種的特性及發電成本的考慮,電廠往往會燃用高鈣煤、劣質煤,燃用這些煤種產生的煙塵顆粒大,硬度高,成分復雜,更加劇了催化劑的磨蝕。同樣,催化劑的機械侵蝕是不可逆的,不能通過再生的方式使其恢復活性。
(5)催化劑中毒
  研究表明,煙氣中的堿金屬(鈉和鉀)、堿土金屬(鈣和鎂)、砷、氯化氫、磷、鉛等可致釩系SCR脫硝催化劑中毒。中毒包括反應物、產物或者雜質通過與V2O5的活性酸性位發生強烈的化學吸附或者化學反應,減少了催化劑上有效活性位的數量,從而使得催化劑表面氨吸附量減少,導致催化劑脫硝活性下降。催化劑中毒是造成催化劑失活的主要原因。
3、廢煙氣脫硝催化劑的再生技術
3.1 再生工藝

  廢煙氣脫硝催化劑的再生處理工藝包括8大步驟,每個步驟采用獨特的物理化學解決方案對失活的催化劑進行處理。8大步驟如下:

脫硝催化劑再生技術及應用
  第一,經過實驗室周密檢驗分析,并與已有的強大數據庫進行比對,量身定制出再生的最佳工藝方案。
  第二,預處理:模塊進入負壓吸塵車間,去除催化劑表面松散的飛灰。
  第三,物理化學處理:去除覆蓋催化劑活性部位和堵塞催化劑微孔的化學物質。
  第四,中間熱處理:清洗干凈的模塊被放入熱處理設備中,經過嚴格的溫度控制,鞏固催化劑微孔結構。
  第五,經過中間熱處理后的催化劑模塊隨即被放入具有特定催化物質的活性植入裝置中,吸收活性物質,進一步恢復催化劑的活性。
  第六,最終熱處理:植入活性物質的催化劑模塊被放入特制的熱處理裝置中,經過特殊的升溫和降溫工藝,使活性物質均勻地分布在載體上并牢固粘附。
  第七,質量檢驗包括催化劑機械性能的測試(抗壓強度、磨損強度)和化學性能的測試(脫硝率,SO2/SO3轉化率,氨逃逸率,催化活性等)。
  第八,質檢達標后才能進行包裝、入庫。

3.2 催化劑再生前后性能比較
  圖2為波紋式、蜂窩式、平板式催化劑再生前后的外觀比較。可以看出催化劑再生后,通道中的堵塞物質得到有效的清除,外觀恢復到新催化劑的水平。

脫硝催化劑再生技術及應用


圖3 催化劑再生前后的化學性能比較

  圖3為新催化劑、失活催化劑和再生催化劑的化學性能比較。明顯可以看出,催化劑經過再生后,能使催化劑的化學性能達到甚至超過新催化劑的活性。

脫硝催化劑再生技術及應用

 


圖5 催化劑再生前后SO2/SO3轉化率的比較

  圖4、圖5為新催化劑、失活催化劑和再生催化劑的活性和SO2/SO3轉化率的比較。可以看出,催化劑再生后活性能夠恢復到原始水平而SO2/SO3轉化率不會顯著地增高。

圖6 催化劑再生前后失活速率的比較

  圖6為催化劑再生前后失活速率的變化,可以看出再生催化劑較新催化劑的失活速率幾乎一致。失活速率是考察再生催化劑性能好壞的重要指標之一。如果再生催化劑的中毒物質沒有被完全清除,那么該再生催化劑即使運行之初表現出與新催化劑相似的活性,但是運行一段時間后它的活性會很快地下降,即失活速率要明顯快于新催化劑。我司的再生工藝能有效徹底地清除催化劑上的化學中毒物質,從而能夠嚴格地控制再生催化劑的失活速率在一個較低的水平。

4、我們的優勢:
  (1)高素質團隊:高品位、高能力、高學歷、年富力強、愛崗敬業的賢士匯聚;
  (2)精良的設備:進口與國產相結合、自動化水平高、產品質量可靠;
  (3)最優的原料:原料選擇進口與國產的最優品,確保催化劑性能優越;
  (4)先進的技術:吸收國際精湛工藝、并與高校聯合開發,技術高諸先進;
  (5)一流的管理:先進的管理理念,拼搏奉獻的鐵軍作風;
  (6)供貨的能力:強大的生產規模,確保供貨及時高效;
  (7)完美的服務:提供咨詢、設計、安裝、運行、維護全方位的服務;
  (8)強大的技術支撐:與國外合作擁有成熟先進的催化劑再生技術。

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