一种失活选择性催化还原脱硝催化剂的再生方法_3

文档序号:9360781阅读:来源:国知局
毒催化剂时,却意外发现当乙二酸浓 度降至0. 0001~0.0 lmol/L范围内时,再生催化剂的脱硝活性得到了明显提高。以浓度 为0.0 Olmol/L的乙二酸溶液再生碱金属中毒催化剂,并在250°C~400°C的温度范围内测 试再生催化剂的脱硝活性,结果表明,在此温度范围内再生催化剂的脱硝率为新催化剂的 96. 3%~99. 4%,同时测定了 V的溶出率仅为0. 13%。另外,本专利发明人实验对比测试了 水对碱金属中毒催化剂的再生效果,结果表明再生催化剂的活性较碱金属中毒催化剂的活 性略高,但显著低于浓度为0.0 Olmol/L的乙二酸溶液的再生效果。这说明利用水来再生碱 金属中毒催化剂能够去除催化剂表面未与催化剂化学键合的碱金属物质,而对与Breasted 酸(V-OH)结合的碱金属没有再生效果。从前期乙二酸再生碱金属中毒催化剂实验来看,专 利号为US 7501106 B2的美国专利提出采用质量百分比浓度为0.5%~25% (进一步优选 乙二酸浓度为4%~20% )的乙二酸溶液清洗并不能较好地恢复碱金属中毒催化剂的脱硝 活性。
[0047] (5)将步骤⑷中清洗后的催化剂在105°C下进行干燥处理,干燥时间为3h,即得 本实施例再生后的SCR脱硝催化剂。
[0048] 二、再生催化剂活性测试
[0049] 分别将本实施例中的失活催化剂和再生催化剂置于在lt/h燃煤锅炉上配套建 设的SCR脱硝催化剂活性测试系统中,在实际烟气中检验失活催化剂的再生效果。本发 明所采用的脱硝催化剂活性测试系统的进风管(q>150mm)通过法兰连接在锅炉排烟管 道上,液氨钢瓶中的氨气经减压阀后由质量流量计控制流量并加入到脱硝活性测试系统 的进风管中,氨气和NOx的摩尔比控制1:1,氨气和烟气在静态混合器中混合后进入脱硝 反应器进行脱硝反应,净烟气由反应器后的出风管排出。系统处理风量通过出风管路上 的变频风机调节,风量数值由管路上的流量计读取。脱硝反应器为不锈钢材质,尺寸为 160mmX 160mmX 1100mm,本脱硝测试系统可将3根尺寸为150mmX 150mmX 1000 mm的催化剂 串联进行活性测试,管道及反应器外壁采用硅酸铝纤维保温棉进行保温。本发明实验过程 中,取一根催化剂置于催化剂活性测试系统内测试催化剂的脱硝性能。
[0050] 实验条件如下:烟气量150m3/h,NOx*度440ppm,NH 3浓度为440ppm,0 2含量 3. 92%,S02含量 0. 04%,H20 含量 8. 75%,反应温度 350°C。烟气成分使用 MRU Vario-plus 型烟气分析仪进行测试。实验结果表明,经本实施例再生处理后催化剂的脱硝率可由失活 催化剂的83%升高至94. 5%,再生催化剂的脱硝活性恢复至新催化剂的97. 4% ;再生催化 剂脱硝过程中SO2的转化率约为0.73%,且再生催化剂的选择性与新催化剂几乎一致。本实 施例中再生后的催化剂与新催化剂和失活催化剂的BET测试结果如表1所示。从表1中可 以看出,失活催化剂的比表面积和总孔容较新催化剂均有明显的下降,说明失活催化剂表 面的微孔存在被堵塞的现象,这与平均孔径的测试结果相吻合。失活催化剂经再生处理后, 再生催化剂的比表面积、总孔容和平均孔径均得到了较高程度的恢复且数值略高于新催化 剂,说明失活催化剂表面的有害沉积物得到了有效清除,同时催化剂微孔内的粉末状物质 也被清洗去除。
[0051] 表1催化剂BET测试结果
[0053] 本实施例中还对新催化剂、失活催化剂和再生催化剂进行了 NH3-IR测试,结果如 图2所示。从图2中可以看出失活催化剂的Bwnstesd酸(B酸)和Lewis酸(L酸)强度较 新催化剂均有一定程度的下降,这主要是由于催化剂表面的一部分活性位点与碱金属、P等 发生了键合,同时一部分活性位点被表面的SiO 2沉积物所覆盖。失活催化剂经过再生处理 后,再生催化剂的B酸和L酸的强度得到了恢复,这是因为一方面再生过程中清除了失活催 化剂表面的沉积物,使得被覆盖的活性位点再次曝露;另一方面,与B酸结合的P和碱金属 分别在氨和乙二酸的作用下被清洗下来,催化剂表面的B酸得到了恢复。
[0054] 本实施例根据《水质-钒的测定钽试剂(BPHA)萃取分光光度法》(GB/T 15503-1995)和《钨矿石、钼矿石化学分析方法第1部分:钨量测定》(GB/T 14352. 1-2010) 中的方法,测试了失活SCR脱硝催化剂再生过程中钒和钨的浸出率,结果表明钒和钨的浸 出率分别为0. 15%和0. 26%。
[0055] R. Khodayari (Applied Catalysis B:Enviromental,2001,30 (1-2) : 87-99)研究 指出利用0. 5mol/L的稀硫酸再生可使钾中毒催化剂的活性恢复至新催化剂的92% ;沈伯 雄等(燃料化学学报,2010, 38 (I) :85-90)采用0.5mol/L的稀硫酸对钾中毒催化剂进行再 生,结果表明再生催化剂在350°C时的脱硝率为新催化剂的约78% ;段竞芳等(功能材料, 2012,43 (16) :2191-2195)研究采用HF再生失活SCR脱硝催化剂,结果表明0.0 lmol/L的HF 具有最好的效果,再生催化剂的脱硝率在240°C和390°C温度下分别为20%和72%,较失活 催化剂分别上升了 20%和30% ;专利号为US 6395655 B2的美国专利采用碱(NaOH,K0H, Na2CO^ )洗加酸(H 2S04、HN03、HCl和HF)洗的方式分别去除失活SCR脱硝催化剂表面的 As和碱金属,结果表明再生催化剂的脱硝率最高可达80. 1 %;专利号为CN 10387834 A的 中国专利采用强碱弱酸盐去除失活SCR脱硝催化剂表面的As和P,结果表明失活SCR脱硝 催化剂的活性最高可恢复至88 %。
[0056] 因此,相对于上述研究中报道的再生方法,本实施例能够对Si02、As、P和碱金属等 多种有害物质共同作用下的失活催化剂进行有效再生,再生后催化剂的活性恢复程度高, 且能够避免再生过程中催化剂活性组分的大量溶出、催化剂机械强度和选择性的降低,对 环境污染较小。
[0057] 实施例2
[0058] 一、失活SCR脱硝催化剂的再生处理
[0059] 本实施例的一种失活选择性催化还原脱硝催化剂的再生方法,其工艺流程如图1 所示,该再生方法的具体步骤为:
[0060] (1)取一根国内某燃煤锅炉配套建设脱硝装置中运行时间超过24000小 时的失活SCR脱硝催化剂(V 2O5-WO3AiO2,壁厚:1. 1臟,节距:8. 2臟,催化剂尺寸: 150mmX 150mmX800mm),用清洁干燥的压缩空气吹扫失活SCR脱硝催化剂,以去除催化剂 表面沉积的飞灰;其中,压缩空气的工作气压为0. 8MPa,气体流量为I. 0m3/s,吹扫时间为 18min〇
[0061] (2)将吹灰处理后的催化剂置于100L第一清洗液中,在室温23°C下进行超声辅 助清洗80min,以去除催化剂表面沉积的SiO 2,本实施例中的第一清洗液选用摩尔浓度为 0· OOlmol/L的NH4F溶液,超声功率为400W。
[0062] (3)向步骤⑵中的NH4F溶液中添加氨水,调节溶液的pH值为9,同时向溶液中 加入吐温20作为表面活性剂以得到碱性清洗液,该碱性清洗液中吐温20的质量百分比浓 度为1.0%。将步骤(2)中去除了 SiO2的催化剂置于上述碱性清洗液中于90°C下进行浸 渍清洗50min,以去除引起催化剂中毒的As和P。
[0063] (4)将步骤(3)中清洗后的催化剂置于100L酸性清洗液中,同时加入吐温20和 L-抗坏血酸,控制溶液中吐温20的质量百分比浓度为0. 7%,L-抗坏血酸的质量百分比浓 度为0. 05%,在80°C温度下对催化剂进行浸渍清洗45min,以去除引起催化剂中毒的碱金 属。本实施例中的酸性清洗液选用摩尔浓度为〇. OOOlmol/L的乙二酸溶液。
[0064] (5)将步骤(4)中清洗后的催化剂在100°C下进行干燥处理,干燥时间为4h,即得 本实施例再生后的SCR脱硝催化剂。
[0065] 二、再生催化剂的活性测试
[0066] 分别将本实施例中的失活催化剂和再生催化剂置于在lt/h燃煤锅炉上配套建 设的SCR脱硝催化剂活性测试系统中,在实际烟气中检验本实施例中失活催化剂的再生 效果。上述脱硝催化剂活性测试系统的进风管(φ15〇ηπη )通过法兰连接在锅炉排烟管 道上,液氨钢瓶中的氨气经减压阀后由质量流量计控制流量并加入到脱硝活性测试系统 的进风管中,氨气和摩尔比控制为1:1,氨气和烟气在静态混合器中混合后进入脱 硝反应器进行脱硝反应,净烟气由反应器后的出风管排出。系统处理风量通过出风管路 上的变频风机调节,风量数值由管路上的流量计读取。脱硝反应器为不锈钢材质,尺寸为 160mmX 160mmX 1100mm,本脱硝测试系统可将3根尺寸为150mmX 150mmX 1000 mm的催化剂 串联进行活性测试,管道及反应器外壁采用硅酸铝纤维保温棉进行保温。本实施例实验过 程中,取一根催化剂置于催化剂活性测试系统内测试催化剂的脱硝性能。
[0067] 实验条件如下:烟气量150m3/h,NOx*度440ppm,NH 3浓度为440ppm,0 2含量 3. 92%,S02含量 0. 04%,H20 含量 8. 75%,反应温度 350°C。烟气成分使用 MRU Vario-plus 型烟气分析仪进行测试。实验结果表明,本实施例中再生处理后催化剂的脱硝率可由失活 催化剂的83%升高至88%,再生催化剂的脱硝活性恢复至新催化剂的90. 7% ;再生催化剂 脱硝过程中SO2的转化率约为0. 90%,再生催化剂的选择性与新催化剂几乎一致。根据《水 质-钒的测定钽试剂(BPHA)萃取分光光度法》(GB/T 15503-1995)和《钨矿石、钼矿石化学 分析方法第1部分:钨量测定》(
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