SCR系統(tǒng)中,脫硝催化劑占據(jù)重要地位。然而,催化劑在使用2-3年后,便會因堵塞、中毒等原因?qū)е率ВM(jìn)而需要更換新的催化劑。
前篇說到脫硝催化劑失效原因有很多,主要針對物理因素進(jìn)行分析并給出應(yīng)對策略。今天來說一說化學(xué)因素對催化劑失效的影響。
化學(xué)因素即催化劑吸收、吸附煙氣中的化學(xué)組分后,活性組分的化學(xué)活性被破壞或受到抑制,從而導(dǎo)致脫硝催化劑活性降低;主要包括:堿金屬(Na、K)中毒、堿土金屬(Ca)中毒、 砷(As)中毒、SO3中毒。
1、堿金屬中毒(Na、K)
堿金屬可直接與催化劑活性組分反應(yīng),使催化劑表面酸性下降,降低活性組分的可還原性,致使催化劑失去活性。
應(yīng)對策略
飛灰中含有一定的堿金屬或堿土金屬元素,如K、Na、Mg等。堿金屬主要是造成催化劑中V-OH的氫鍵被替換,使得催化劑的酸性活性位點(diǎn)被占據(jù),從而使得催化劑的活性下降。堿金屬與活性位的結(jié)合程度相對不是很大。可以通過配方調(diào)整,增加引入類似V2O5結(jié)構(gòu)分子,構(gòu)筑類似活性中心的副中心,增加抗堿中毒能力。此外增大活性中心電荷控制區(qū)域原子半徑大的離子,可以排斥相同電荷的離子,阻止其他相同堿金屬電荷離子的靠近。
2、堿土金屬中毒(Ca)
飛灰中的游離CaO和催化劑表面吸附的SO3反應(yīng)生成CaSO4,CaSO4在催化劑表面結(jié)垢,阻止了反應(yīng)物質(zhì)向催化劑表面的擴(kuò)散和向催化劑內(nèi)部擴(kuò)散。
應(yīng)對策略
通過調(diào)節(jié)脫硝反應(yīng)的操作條件降低SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。
3、砷中毒(As)
砷(As)中毒是由于煙氣中含有氣態(tài)的As2O3引起的。As2O3分散到催化劑內(nèi)并固化在活性、非活性區(qū)域,使反應(yīng)氣體在催化劑內(nèi)的擴(kuò)散受到限制,且毛細(xì)管遭到破壞。
應(yīng)對策略
①為了緩解催化劑的As中毒,可以在煙氣中噴入一定量的CaO與As結(jié)合,進(jìn)行固化有害元素砷,減少催化劑的中毒情況。
②進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)調(diào)整。氣態(tài)As2O3在催化劑中的擴(kuò)散和沉積受催化劑孔結(jié)構(gòu)的影響比較大,生產(chǎn)催化劑時(shí),通過控制造孔劑種類級均化程度控制孔分布形式,可減少氧化砷在毛細(xì)孔中的“毛細(xì)冷凝”現(xiàn)象。通過對載體TiO2形成的大、中、微孔處理。其中,中孔被認(rèn)為可以有效容納砷及其他有毒物質(zhì),即使部分孔產(chǎn)生毒化現(xiàn)象,反應(yīng)物仍可以擴(kuò)散至活性位點(diǎn)進(jìn)行反應(yīng)。通過此工藝,高砷工況下,其活性衰減為新鮮催化劑的90%左右,說明我司此工藝催化劑有較好的抗砷中毒能力。
③進(jìn)行配方優(yōu)化升級。在釩鈦系催化劑中,Mo有助于提升砷中毒能力,合理添加MoO3可以提高催化劑抗砷中毒能力。
④催化劑表面SO42-的存在可以提高抗砷中毒能力。SO42-的存在可以降低As2O3對于催化劑表面酸性位點(diǎn)的不利影響,使NH3容易吸收附在催化劑表面并被活化,從而在As2O3沉積后仍保持較好的催化活性。
⑤TiO2與硅酸鹽分子篩制作復(fù)合載體。分子篩具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)和表面強(qiáng)酸性,可以提升催化劑抗砷中毒能力。
⑥催化劑迎塵端增加吸附裝置。通過此吸附裝置可以對砷元素進(jìn)行預(yù)先吸附,減少與催化劑接觸的砷含量,間接提升SCR脫硝系統(tǒng)的抗砷中毒能力。
4、硫中毒(SO3)
由煙氣中的SO2被氧化生成SO3引起的。SO3可與煙氣中的CaO以及還原劑NH3反應(yīng),相應(yīng)的生成物覆蓋催化劑表面及堵孔。
應(yīng)對策略
1)對催化劑進(jìn)行摻雜,如過渡金屬元素、稀土金屬元素等的氧化物,控制SO2氧化率<1%;
2)提高脫硝反應(yīng)溫度;
3)降低釩的負(fù)載量。