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SCR脫硝催化劑再生設備

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一、SCR脫硝催化劑的組成

SCR脫硝方案中,催化劑投資占整個系統投資的較大比例,催化劑在運轉一段時間后,活性及選擇性與新鮮催化劑相比會出現明顯地下降,此時就要安排恢復催化劑活性的再生過程

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二、SCR脫硝催化劑的型式

目前SCR商用催化劑基本都是以TiO2 為基材,以V2O5 為主要活性成份,以WO3 MoO3為抗氧化、抗毒化輔助成份。

催化劑型式可分為三種:板式、蜂窩式和波紋板式。

1、板式催化劑以不銹鋼金屬板壓成的金屬網為基材,將TiO2 V2O5 等的混合物黏附在不銹鋼網上,經過壓制、鍛燒后,將催化劑板組裝成催化劑模塊。

2、蜂窩式催化劑一般為均質催化劑。將TiO2 V2O5 WO3 等混合物通過一種陶瓷擠出設備,制成截面為150mmX150mm,長度不等的催化劑元件,然后組裝成為標準模塊。

3、波紋板式催化劑的制造工藝一般以用玻璃纖維加強的TiO2 為基材,將V2O5 WO3 等活性成份浸漬到催化劑的表面,以達到提高催化劑活性的目的。

催化劑失活原因

SCR脫硝催化劑裝置運行過程中,由于各種原因使SCR脫硝催化劑活性降低或中毒,壽命縮短。

催化劑失活是一個復雜的物理和化學過程,通常將失活過程分為三種類型:

①化劑中毒失活;

  ②催化劑的熱失活和燒結;

③催化劑積炭等堵塞失活。

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新鮮SCR脫硝催化劑                   堿金屬中毒

SCR脫硝催化劑堿金屬中毒原理

三、堿金屬引起的催化劑中毒失活

飛灰中的可溶性堿金屬主要包括NaK這兩種物質,在水溶液離子狀態下,它們能夠滲透到SCR脫硝催化劑深層直接與SCR脫硝催化劑活性顆粒反應,使酸位中毒以降低其對NH3的吸附量和吸附活性,繼而降低SCR脫硝催化劑活性。

隨著SCR脫硝催化劑表面K2O 含量的增加,NO轉化率急劇下降,當K2O 質量分數達到1%時,SCR脫硝催化劑活性幾乎完全喪失。

SCR脫硝催化劑的燒結和熱失活


    催化劑在高溫下反應一定時間后,活性組分的晶粒長大,比表面積縮小,這種現象稱為催化劑燒結。

因燒結引起的失活是工業催化劑、特別是負載型金屬催化劑失活的主要原因。

高溫除了引起催化劑燒結外,還會引起其他變化,主要有化學組成和相組成的變化、活性組分被載體包埋、活性組分由于生成揮發性物質或可升華的物質而損失等,這些變化稱為熱失活。

但燒結和熱失活之間有時難以區分,燒結引起的催化劑變化往往也包含熱失活的因素在內。通常溫度越高,催化劑燒結越嚴重。

作為SCR催化劑的載體和活性元素,必須在一定的溫度范圍內有良好的熱穩定性能。

四、在鈦基釩類商用催化劑中通常加入WO3 來最大限度地減少催化劑的燒結

催化劑的積碳失活

催化劑使用過程中,因表面逐漸形成炭的沉積物而使催化劑活性下降的過程稱為積炭失活。

隨著積炭量的增加,催化劑的比表面積、孔容、表面酸度及活性中心數均會相應下降,積炭量達到一定程度后將導致催化劑的失活。

與催化劑中毒相比,引起催化劑積炭失活的積炭物量比毒物量要多得多,積炭在一定程度上有延緩催化劑中毒作用,但催化劑的中毒會加劇積炭的發生。

積炭的同時往往伴隨金屬硫化物及金屬雜質的沉積,單純金屬硫化物或金屬雜質在催化劑表面的沉積也與單純的積炭一樣,會因覆蓋催化劑表面活性位或限制反應物的擴散而使催化劑失活。

故通常將積灰、積硫及金屬沉積物引起的失活,都歸屬于積炭失活。

五、催化劑失活與再生情況

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催化劑再生技術



催化劑再生目標要求

催化劑類型

項目

指標

所有類型

(化學性能)

脫硝活性K

相對活性:0.95~1.05

SO2/SO3轉化率

基本不變,一般應≤1%

蜂窩式,板式

磨損強度

保持

蜂窩式

抗壓強度

保持

板式

粘附強度

保持

所有類型

化學壽命(h

同樣運行條件下,再生催化劑失活速率與原始催化劑一致

對于再生催化劑一般有下列的目標要求:

(1)再生后的催化劑物理堵塞小于5%

(2) 修復受損的模塊單元體和外部包裝。

(3) 更換受損的催化劑單元體。

(4)物理、化學性能恢復到接近新的催化劑的水平。

(5)機械強度能夠承受運輸和催化劑能夠達到預期的使用壽命。

(6)脫硝率、SO2/SO3 轉化率、氨逃逸率和壓降的性能保證。

2催化劑再生流程

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                                       新催化劑                            失活催化劑                        再生催化劑


對于失活催化劑的處理,首先應判定失活催化劑的各項性能是否還有再生價值或再生價值高低。

如果再生潛力很小,再生后催化劑活性、選擇性、耐磨性等特性無法到達理想高度,經檢測后判定為無法再生或無再生價值,就要進行廢棄催化劑的處理

如果催化劑再生潛力較大,再生后催化劑特性能夠到達理想高度,再生應該是企業的首選考慮。


3催化劑再生技術

根據不同的催化劑失活原因,采用不同的催化劑再生方法,再生處理目的不

同其采用的方法也就不同,大致分類見下表。

催化劑的再生方法

再生目的

再生方法

再生目的

再生方法

消除積碳、積灰

氧化燒炭、吹掃

添補有效組分

浸漬、沉淀

消除機械粉塵及雜質

吹掃、抽吸

回復機械強度

重新成型

脫除表面沉淀的金屬及鹽類

酸堿洗滌、溶劑萃取、選擇絡合、水洗

表面重組

酸堿作用,氧化更新

洗滌法

對于因催化劑表面被沉積的金屬雜質、金屬鹽類或有機物覆蓋引起失活的催化劑,可采用洗滌法將表面沉積物去除。

通過壓縮空氣沖刷去除催化劑表面的浮塵及雜質,然后根據表面沉積物的性質,或用水洗、酸洗、堿洗、或采用有機溶劑進行萃取洗滌,洗滌后再用空氣干燥。

此方法簡單有效,可以沖洗溶解性物質以及沖刷掉催化劑表面部分顆粒物,對于失活程度較小的催化劑有明顯提高催化劑脫硝效率的效果,使用該方法處理后的催化劑活性有30%左右的提高。

氧化燒炭法

氧化炭燒法是催化劑表面微孔中積炭而失活后采用的比較多的一種再生方法。

通過將催化劑微孔中的含碳沉積物氧化為COCO2除去,即可恢復催化活性。

影響燒炭反應的主要因素是氧分壓。當催化劑上積炭量一定時,燒炭的最高溫度取決于輸入氧的濃度。燒炭的初始階段宜采用較低濃度氧氣 ,其后才能捉奸將其濃度提高到一定的范圍。

在燒炭再生時,為了控制氧氣的濃度,常用氮氣和水蒸氣作為稀釋氣。

隨著催化劑上的積炭氧化去除,其表面積及孔隙率都較失活催化劑有所提高。

酸、堿液處理再生法

一般是將中毒后的催化劑在一定濃度的酸溶液中浸泡若干時間,再用清水洗滌至pH接近7,將處理好的催化劑在低于100℃的溫度下干燥。

硫酸處理再生比單純的水洗再生更有效,酸洗再生后K2O得以完全清除。同時在催化劑表面引入了SO42-,使其再生后催化劑的脫硝活性在350~500℃內高于中毒前。

補充組分再生法

對于那些因組分流失而失活的催化劑,最適宜的再生方法是針對失活催化劑補充所流失的組分。

其補充的數量可以是過量補充,也可以是適量補充;補充的方式可以是連續補充或一次性補充;可以在反應器內補充,也可將失活催化劑卸出反應器進行補充。

在反應器外進行組分補充時,可以通過一次性浸漬上不同的組分;有時為了改善再生后催化劑的性能,甚至可以適量補充失活催化劑沒有損失的組分。

催化劑的回收

隨著SCR工藝的廣泛應用,廢棄催化劑的數量將越來越多。

如果不對廢棄催化劑進行回收,一方面會占用大量的土地資源;另一方面催化劑所吸附的一些毒害物質進入到自然環境,給環境帶來嚴重危害;第三方面,所含的有價金屬資源不能得到回收利用,造成資源的巨大浪費。

所以,開展廢催化劑的回收利用既可以變廢為寶,化害為益,還可以解決相應的一些列潛在的環境污染問題。

釩氧化物提取工藝

SCR脫硝催化劑經使用后,其中的釩主要以V2O5VOSO4形式存在,后者所占比例有時可達40%~60%

廢釩催化劑中的VOSO4可溶于水,而V2O5難溶于水,但卻易于強酸或強堿。

從廢釩催化劑中提取V2O5有多種方法,雖然其工藝流程和操作條件不盡相同,具有代表性的有以下幾種方法。

還原浸出— 氧化沉釩法

該法將廢釩催化劑加水加熱煮沸,并加入二氧化硫或亞硫酸鈉還原,使V2O5還原成四價釩呈硫酸釩酰形態進入溶液,然后加入氧化劑氯酸鉀氧化沉釩。

酸性浸出— 氧化沉釩法

用鹽酸或硫酸溶液升溫浸出,同時加入氧化劑氯酸鉀氧化四價釩為五價釩,

V2O5的浸出率可達95%~98%,再用堿溶液調節pH值,煮沸溶液得到V2O5沉淀。

堿性浸出— 沉釩法

由于V2O5為二性氧化物,可采用酸液浸取液可采取堿液加以浸取回收。

NaOH或碳酸鈉溶液在90℃下浸出,溶液過濾后調整pH1.6~1.8,煮沸得到V2O5沉淀。堿浸法V2O5的回收率與酸法相當,但通常堿法回收的V2O5純度不如酸法。

高溫活化法

將廢釩催化劑直接進行高溫活化,焙燒時不加任何添加劑,然后用碳酸氫鈉浸出。

同時加入少量氯酸鉀氧化溶液中四價釩為五價釩,過濾、濃縮浸出液,再加入氯化銨使釩以偏釩酸銨形式沉淀,干燥、煅燒得到五氧化二釩產品。


SCR脫硝催化劑現場清洗再生活化裝置

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