CN107999147A - 一种用废旧scr催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法 - Google Patents

一种用废旧scr催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法。该方法包括对废旧催化剂粉碎研磨、去离子水清洗、浸渍负载金属氧化物、干燥、焙烧。粉碎研磨催化剂的目的是将废旧催化剂砷饱和层以下的仍具有的新鲜活性组分暴露出来，可在一定程度上恢复催化剂活性，接下来的去离子水清洗主要目的是洗去可溶性杂质以便于金属氧化物均匀负载到催化剂粉体表面。通过该方法可以得到有效吸附气相砷的改性催化剂，并且这种催化剂同时具有一定的脱硝能力，实现了废旧SCR催化剂资源化利用、同时脱硝脱砷以及延长新鲜催化剂使用寿命的目的。

Description

一种用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法
技术领域
本发明涉及脱硝催化剂领域，具体为通过吹扫破碎、去离子水清洗、过量浸渍负载、干燥、焙烧等步骤，对废旧SCR催化剂进行改性得到同时脱硝脱砷催化剂的方法。
背景技术
目前，选择性催化还原(SCR)脱硝技术已经广泛应用于燃煤电厂烟气脱硝***，其中，SCR脱硝催化剂是该工艺的关键工作单元。随着我国火电行业的发展的脱硝项目的同步推进，国内生产企业对于烟气脱硝催化剂的研发与生产力度也会随之加强。然而一方面虽然目前SCR烟气脱硝催化剂已经国产化，但钒、钨、钛这些贵金属仍旧需要从国外进口，成本昂贵；另一方面催化剂属于消耗物，随着国内火电厂烟气脱硝催化剂的进一步应用，产生的废旧催化剂将会越来越多，而且由于SCR催化剂本身活性组分的毒性(V2O5)和碱金属、重金属中毒失活(Ca、K、As)等原因，废旧SCR催化剂已经被纳入危险废物条目进行管理。
由于我国燃煤条件复杂，容易造成SCR催化剂碱金属、砷等重金属中毒，但根据现有的酸洗碱洗等再生技术条件，得到的再生催化剂机械强度无法满足工艺要求，再生过程中需要额外添加活性组分浸渍的过程，这样使得再生成本增加，并且会有再生废液生成，容易造成二次污染，而且后续仍会有这些中毒情况产生。
所以，资源化处理属于危废的废旧SCR催化剂，降低工厂频繁更换新鲜催化剂的成本，是一个具有很大潜力的研究方向。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种工艺设计简单合理、实现安全处置废旧SCR催化剂，并得到一种可对燃煤电厂烟气进行同时脱硝脱砷的催化剂的方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案包括以下步骤：
一种用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法，该方法包括如下步骤：
步骤(1)，对废旧催化剂进行鼓风吹扫，并破碎至粒径为80-100目大小；
步骤(2)，将经过步骤(1)处理过的催化剂用去离子水清洗；
步骤(3)，将经过步骤(2)处理过的催化剂置于硝酸盐溶液中进行浸渍；
步骤(4)，将经过步骤(3)处理过的催化剂进行加热干燥；
步骤(5)，将经过步骤(4)处理过的催化剂置于高温烧结炉中进行焙烧。
优选地，步骤(1)中，用于鼓风吹扫的压缩空气的压力为0.6～0.8Mpa，流量为0.8～1.0m3/s，吹扫时间为10～30min。
优选地，步骤(2)中水洗时间为10～20min。
优选地，步骤(3)中，硝酸盐溶液浓度为0.5mol/L，浸渍时间为1h。
优选地，所述硝酸盐任选自硝酸铁、硝酸铝、硝酸钙。
优选地，步骤(4)中，干燥温度为100～110℃，干燥时间为10～12h。
优选地，步骤(5)中，焙烧温度为400～500℃，焙烧时间为3～5h。
气相As2O3会与活性位点反应生成五价砷，在表面形成一个砷的饱和层，这个饱和层会阻止气相As2O3继续向内部扩散，所以饱和层以下的催化剂部分仍旧会具有一定初始活性，破碎之后能够使之暴露出来。这样在后续的浸渍过程中，金属氧化物能够均匀负载到颗粒表面，而且能够与五氧化二钒同时提供活性位点，完成气相砷的化学吸附过程，达到脱除气相砷的目的，延长新鲜SCR催化剂的使用寿命。同时五氧化二钒的暴露也能使催化剂重新拥有一定的脱硝效果。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)能将属于危废产物的废旧SCR催化剂进行资源重复化利用，相比于普通的安全填埋处理有较大优势。
(2)相对于一般研究的预处理吸附剂，本发明的优势在于吸附剂载体为工厂无法继续使用的废旧SCR催化剂，处理过程简单，且处理后的催化剂能作为烟气脱砷预处理材料。
(3)本发明处理后的材料可以进行成型处理，成型后有优良的机械性能。通过置于催化剂“2+1”安装模式的第一层，可以节省一个额外的吸附剂预处理单元，降低了设备成本，而且对脱硝也有一定的处理效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。需要说明的是所用物料份数均为质量份；所用溶液浓度均为摩尔浓度。
实施例1
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.6MPa，流量0.8m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为15min；水洗结束后加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液600份进行浸渍，浸渍时间为1h；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，400℃温度条件下煅烧4h，得到改性催化剂粉体A。
实施例2
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.6Mpa，流量1.0m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为15min；水洗结束后加入0.75mol/L的Fe(NO3)3溶液600份进行浸渍，浸渍时间为1.5h；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，375℃温度条件下煅烧4h，得到改性催化剂粉体B。
实施例3
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.7MPa，流量1.0m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为20min；水洗结束后加入1.0mol/L的Fe(NO3)3溶液600份进行浸渍，浸渍时间为1.5h；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，400℃温度条件下煅烧3.5h，得到改性催化剂粉体C。
实施例4
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.7MPa，流量0.9m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为15min；水洗结束后加入1.25mol/L的Fe(NO3)3溶液600份进行浸渍，浸渍时间为2h；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，350℃温度条件下煅烧4h，得到改性催化剂粉体D。
实施例5
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.8MPa，流量0.9m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为15min；水洗结束后加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液500份进行浸渍，浸渍时间为1h；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，375℃温度条件下煅烧3.5h，得到改性催化剂粉体E。
实施例6
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.8MPa，流量1.0m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为15min；水洗结束后加入0.75mol/L的Fe(NO3)3溶液500份进行浸渍，浸渍时间为1.5h；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，350℃温度条件下煅烧4h，得到改性催化剂粉体F。
实施例7
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.6MPa，流量0.9m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为15min；水洗结束后加入1.0mol/L的Fe(NO3)3溶液500份进行浸渍，浸渍时间为1.5h；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，400℃温度条件下煅烧4h，得到改性催化剂粉体G。
实施例8
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.7MPa，流量0.8m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为15min；水洗结束后加入1.25mol/L的Fe(NO3)3溶液500份进行浸渍，浸渍时间为1h；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，350℃温度条件下煅烧4h，得到改性催化剂粉体H。
对比例1
本对比例为普通的新鲜商用SCR催化剂I。
对比例2
对某燃煤电厂失活SCR脱硝催化剂进行改性制备，将催化剂的标准试样块用0.7MPa，流量0.8m3/s干燥压缩空气对失效的SCR脱硝催化剂吹扫15min，并破碎至粒径为80～100目的粉末样品，接着将100份催化剂粉末置于容器内进行去离子水洗，水洗时间为15min；然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，400℃温度条件下煅烧4h，得到对比催化剂粉体J。
为了考察本发明提供的改性催化剂粉体的脱硝效率和吸附砷的效果等性能，，本发明按以下步骤进行了测试，所得结果见附表：
所制备使用的催化剂粉末质量为200mg，反应混合气流量为200ml/min，成分为[NO]＝[NH3]＝600ppm，[O2]＝5％，[SO2]＝500ppm，气相As2O3采用5ml的1000μg/mL的砷标液来进行加热分解，跟随混合气进入反应装置，N2作为平衡气，反应温度为400℃，气体组分采用烟气分析仪检测，砷的吸附量采用ICP检测。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤(1)，对废旧催化剂进行鼓风吹扫，并破碎至粒径为80-100目大小；
步骤(2)，将经过步骤(1)处理过的催化剂用去离子水清洗；
步骤(3)，将经过步骤(2)处理过的催化剂置于硝酸盐溶液中进行浸渍；
步骤(4)，将经过步骤(3)处理过的催化剂进行加热干燥；
步骤(5)，将经过步骤(4)处理过的催化剂置于高温烧结炉中进行焙烧。
2.根据权利要求书1所述的用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法，其特征在于，步骤(1)中，用于鼓风吹扫的压缩空气的压力为0.6～0.8Mpa，流量为0.8～1.0m3/s，吹扫时间为10～30min。
3.根据权利要求书1所述的用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法，其特征在于，步骤(2)中水洗时间为10～20min。
4.根据权利要求书1所述的用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法，其特征在于，步骤(3)中，硝酸盐溶液浓度为0.5mol/L，浸渍时间为1h。
5.根据权利要求书1所述的用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法，其特征在于，所述硝酸盐任选自硝酸铁、硝酸铝、硝酸钙。
6.根据权利要求书1所述的用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法，其特征在于，步骤(4)中，干燥温度为100～110℃，干燥时间为10～12h。
7.根据权利要求书1所述的用废旧SCR催化剂改性制备同时脱硝脱砷催化剂的方法，其特征在于，步骤(5)中，焙烧温度为400～500℃，焙烧时间为3～5h。
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