CN103878034B - 一种砷和磷中毒选择性催化还原脱硝催化剂的再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砷和磷中毒选择性催化还原脱硝催化剂的再生方法，主要工艺流程包括机械清灰、碱性清洗液清洗、再生液浸渍和干燥；碱性清洗液是强碱弱酸盐和表面活性剂的混合溶液；酸性再生液由铵盐、弱酸、偏钒酸铵和钼酸铵组成。采用本发明的方法对砷和磷中毒的SCR脱硝催化剂再生后，基本可将砷和磷组分除去，并拥有一定的抗砷中毒能力，脱硝率达81～88%，同时能保持催化剂的抗压强度和磨损强度；另外，所使用的再生工艺流程也较为简单，处理效率高，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂领域，具体涉及了一种砷和磷中毒选择性催化还原脱硝催化剂的再生方法。
背景技术
氮氧化物是主要的大气污染物之一，而燃煤发电厂是氮氧化物的主要排放源之一。随着我国一系列环保政策的颁布与实施，SCR法烟气脱硝技术正逐步应用于我国燃煤电厂中。截至2012年底，已投运火电厂烟气脱硝机组总容量超过2.3亿kW，占全国现役火电机组容量的28％，比2011年提高了10％；在2013年，全国新增火电脱硝装机容量是“十二五”前两年总量的1.3倍。SCR脱硝催化剂在使用过程中活性会逐渐下降，当其活性下降至不能满足《火电厂大气污染物排放标准》的要求时，就需要更换，其更换周期一般为3年，更换费用约占SCR***总价的50％。对失活的SCR催化剂进行再生，能够提高或者恢复其活性，达到重新利用的目的。再生费用只占全部更换催化剂费用的30%，而且节省了处理废旧催化剂的成本，因此，SCR催化剂的再生具有十分重要的经济效益和环保效益。
砷和磷中毒是引起催化剂失活的常见原因之一。砷(As)中毒是由于燃烧温度高于1400℃，As会被氧化成气态的As2O3而存在于烟气中，这些As2O3分子进入到催化剂的微孔中，与O2和V2O5反应，在催化剂表面形成As2O5，导致催化剂活性组分的破坏。磷（P）中毒的主要原因是P取代了V-OH和W-OH中的V和W，生成了P-OH，其酸性不如V-OH和W-OH，只能提供较弱的酸性位，导致催化剂对NH3的吸附会减弱；另外，P也会和催化剂表面的V=O活性位发生反应，生成VOPO4等物质，从而减少了活性位的数量。
引起催化剂中毒的砷和磷的化合物一般呈现酸性，采用碱液预处理才能达到良好的效果。研究中发现公开号CN102814201A和公开号CN102026721A的中国发明专利中分别提到了针对砷中毒和磷中毒的处理方法。前者对砷的处理是采用强酸强碱交替作用，这将使再生后的催化剂强度受到损伤，降低了使用寿命；另外，其再生工艺比较复杂，增加了工业生产成本，同时会产生大量废液污染环境。后者在对磷中毒的催化剂处理时仅用了强碱，对酸化和活性物质补充缺乏研究，此方法虽然对磷的处理效果很好，但强度损伤也较大，而且难以获得较高的脱硝活性。
在此基础上，本专利提出了一种新的针对砷和磷中毒的SCR脱硝催化剂的再生方法。此方法可以简化工艺流程，降低生产成本和减小再生过程对环境的污染，也可以使再生后的催化剂仍有较高的强度和较长的使用寿命，因此更有利于大规模工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的砷和磷中毒的SCR脱硝催化剂再生方法，可以利用简洁高效的方式除去引起催化剂中毒的砷和磷组分，同时补充受损的活性成分，使催化剂恢复其较高的脱硝活性，同时拥有一定的抗砷中毒能力。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种砷和磷中毒的SCR脱硝催化剂的再生方法，包括以下步骤：
（一）用2～6Mpa、流量0.5～1.0m3/s的清洁干燥压缩空气吹扫失活的SCR脱硝催化剂，以除去表面的积灰，时间为10～20min；
（二）将吹灰处理后的催化剂置于碱性清洗液中超声辅助清洗，时间20～60min，超声功率100～500w；
（三）用去离子水漂洗干净；
（四）将催化剂浸渍于再生液中，清除残留的砷和磷成分，同时补充受损的活性组分，浸渍时间1～4h；
（五）将催化剂在100～150℃下干燥1～3h，然后在350～450℃下焙烧2～5h，即得到再生后的SCR脱硝催化剂。
其中，所述碱性清洗液为强碱弱酸盐和表面活性剂的混合溶液，强碱弱酸盐为碳酸钠、醋酸钠、亚硫酸钠或硅酸钠的一种或几种，浓度为0.1～2mol/L；表面活性剂为平平加O（脂肪醇聚氧乙烯醚）、微孔渗透剂JFC或烷基酚聚氧***（OP～(n)，n=10）的一种或几种，含量为0.2～1wt％；余量为去离子水。
其中，所述再生液的组成为铵盐、弱酸、偏钒酸铵和钼酸铵，铵盐为氯化铵或硝酸铵的一种或两种，浓度为0.1～2mol/L；弱酸为草酸、醋酸或柠檬酸的一种或几种，含量为0.1～1wt％；偏钒酸铵含量为0.5～4wt％；钼酸铵含量为1～6wt％；余量为去离子水。
进一步，优选所述清洗液由0.8mol/L碳酸钠、0.3wt％平平加O构成。
进一步，优选所述再生液由1mol/L氯化铵、0.6wt％草酸、2wt％偏钒酸铵、4wt％钼酸铵构成。
有益效果：
本发明的砷和磷中毒SCR脱硝催化剂的再生方法的有益效果在于：
（1）本发明所用的清洗液呈现弱碱性，可在除去砷和磷成分的同时，最大程度的保持催化剂的抗压强度、磨损强度和活性组分；清洗液中添加了表面活性剂，且采用超声辅助清洗，极大的提高了清洗效率；
（2）本发明的再生液中含有的铵盐和弱酸可以进一步除去残留的少量砷和磷组分，达到完全净化的目的；再生液也会为催化剂补充活性组分，使其脱硝活性得到进一步提高；添加的钼酸铵能使再生后的催化剂获得一定的抗砷中毒能力。
（3）对使用本方法再生后的SCR脱硝催化剂进行脱硝活性检测，发现其脱硝率可达81～88%。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
（一）溶液制备
清洗液：0.8mol/L碳酸钠，0.3wt％平平加O；
再生液：1mol/L氯化铵，0.6wt％草酸，2wt％偏钒酸铵，4wt％钼酸铵。
（二）工艺流程
所取样品为某电厂已经运行23000小时的钒钨钛系脱硝催化剂，经检测发现脱硝率为53%，失活原因为严重的砷中毒。首先，利用3Mpa、流量0.5m3/s的压缩气体对砷中毒的脱硝催化剂模块进行吹扫10min；其次，将吹扫完毕的催化剂置入清洗液中超声辅助清洗30min，利用去离子水进行漂洗；然后，将处理后的催化剂浸渍于再生液中3h；最后，利用120℃的热空气对催化剂进行干燥2h。SCR脱硝催化剂再生过程结束。
对再生后的催化剂进行脱硝活性测试，发现其脱硝率由53%恢复到88%。
实施例2
（一）溶液制备
清洗液：0.5mol/L碳酸钠，0.3wt％平平加O；
再生液：1mol/L氯化铵，0.6wt％草酸，2wt％偏钒酸铵，4wt％钼酸铵。
（二）工艺流程
所取样品为某电厂已经运行23000小时的钒钨钛系脱硝催化剂，经检测发现脱硝率为53%，失活原因为严重的砷中毒。首先，利用3Mpa、流量0.5m3/s的压缩气体对砷中毒的脱硝催化剂模块进行吹扫10min；其次，将吹扫完毕的催化剂置入清洗液中超声辅助清洗30min，利用去离子水进行漂洗；然后，将处理后的催化剂浸渍于再生液中3h；最后，利用120℃的热空气对催化剂进行干燥2h。SCR脱硝催化剂再生过程结束。
对再生后的催化剂进行脱硝活性测试，发现其脱硝率由53%恢复到82%。
实施例3
（一）溶液制备
清洗液：0.8mol/L醋酸钠，0.3wt％微孔渗透剂JFC；
再生液：1mol/L氯化铵，1wt％醋酸，2wt％偏钒酸铵，4wt％钼酸铵。
（二）工艺流程
所取样品为某电厂已经运行23000小时的钒钨钛系脱硝催化剂，经检测发现脱硝率为53%，失活原因为严重的砷中毒。首先，利用3Mpa、流量0.5m3/s的压缩气体对砷中毒的脱硝催化剂模块进行吹扫10min；其次，将吹扫完毕的催化剂置入清洗液中超声辅助清洗30min，利用去离子水进行漂洗；然后，将处理后的催化剂浸渍于再生液中3h；最后，利用120℃的热空气对催化剂进行干燥2h。SCR脱硝催化剂再生过程结束。
对再生后的催化剂进行脱硝活性测试，发现其脱硝率由53%恢复到85%。
实施例4
（一）溶液制备
清洗液：1mol/L亚硫酸钠，0.3wt％平平加O；
再生液：0.5mol/L硝酸铵，0.6wt％草酸，2wt％偏钒酸铵，4wt％钼酸铵。
（二）工艺流程
所取样品为某电厂已经运行23000小时的钒钨钛系脱硝催化剂，经检测发现脱硝率为53%，失活原因为严重的砷中毒。首先，利用3Mpa、流量0.5m3/s的压缩气体对砷中毒的脱硝催化剂模块进行吹扫10min；其次，将吹扫完毕的催化剂置入清洗液中超声辅助清洗30min，利用去离子水进行漂洗；然后，将处理后的催化剂浸渍于再生液中3h；最后，利用120℃的热空气对催化剂进行干燥2h。SCR脱硝催化剂再生过程结束。
对再生后的催化剂进行脱硝活性测试，发现其脱硝率由53%恢复到82%。
实施例5
（一）溶液制备
清洗液：0.8mol/L碳酸钠，0.5wt％OP～(n)，n=10；
再生液：0.2mol/L氯化铵，0.4wt％柠檬酸，2wt％偏钒酸铵，4wt％钼酸铵。
（二）工艺流程
所取样品为某电厂已经运行23000小时的钒钨钛系脱硝催化剂，经检测发现脱硝率为53%，失活原因为严重的砷中毒。首先，利用3Mpa、流量0.5m3/s的压缩气体对砷中毒的脱硝催化剂模块进行吹扫10min；其次，将吹扫完毕的催化剂置入清洗液中超声辅助清洗30min，利用去离子水进行漂洗；然后，将处理后的催化剂浸渍于再生液中3h；最后，利用120℃的热空气对催化剂进行干燥2h。SCR脱硝催化剂再生过程结束。
对再生后的催化剂进行脱硝活性测试，发现其脱硝率由53%恢复到81%。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种砷和磷中毒选择性催化还原脱硝催化剂的再生方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)用2～6Mpa、流量0.5～1.0m3/s的清洁干燥压缩空气吹扫失活的SCR脱硝催化剂，以除去表面的积灰，时间为10～20min；
(二)将吹灰处理后的催化剂置于碱性清洗液中超声辅助清洗，时间20～60min，超声功率100～500w；
(三)用去离子水漂洗干净；
(四)将催化剂浸渍于再生液中，清除残留的砷和磷成分，同时补充受损的活性组分，浸渍时间1～4h；
(五)将催化剂在100～150℃下干燥1～3h，然后在350～450℃下焙烧2～5h，即得到再生后的SCR脱硝催化剂，所述碱性清洗液为强碱弱酸盐和表面活性剂的混合溶液，强碱弱酸盐为碳酸钠、醋酸钠、亚硫酸钠或硅酸钠的一种或几种，浓度为0.1～2mol/L；表面活性剂为平平加O或微孔渗透剂JFC，含量为0.2～1wt％；所述再生液的组成为铵盐、弱酸、偏钒酸铵、钼酸铵和去离子水，铵盐为氯化铵或硝酸铵的一种或两种，浓度为0.1～2mol/L；弱酸为草酸、醋酸或柠檬酸的一种或几种，含量为0.1～1wt％；偏钒酸铵含量为0.5～4wt％；钼酸铵含量为1～6wt％；余量为去离子水。
2.根据权利要求书1所述的再生方法，其特征在于：所述碱性清洗液由0.8mol/L碳酸钠、0.3wt％平平加O构成。
3.根据权利要求书2所述的再生方法，其特征在于：所述再生液中，氯化铵浓度为1mol/L、草酸含量为0.6wt％、偏钒酸铵含量为2wt％、钼酸铵含量为4wt％。
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