SCR蜂窝催化剂再生技术及工程分析
摘要：本文系统综述了脱硝催化剂的物理及化学中毒机制、再生方法及工艺，并结合 SCR 催化剂再生工程，详细介绍了失活催化剂的再生工艺流程在实际工程中的应用，其再生催化剂的相对活性恢复到原来的 98%，SO2氧化率为 2.3%，且各项指标均满足新鲜催化剂标准，有利于催化剂耐用性及废弃催化剂再生工艺发展。
关键词：脱硝催化剂；再生工艺；失活
本文结合SCR再生技术应用案例，介绍其应用经验，对现场再生过程中遇到的问题进行了进一步分析，且有针对性地提出解决方法。
通过我国环保部门于 2014 年 8 月出台的《关于加强废烟气脱硝催化剂监管工作的通知》和《废烟气脱硝催化剂危险废物经营许可证审查指南》守则得知，废烟气脱硝催化剂因早期随意丢弃的处理方式，导致环境受到了重大污染，且不符合现代资源再生的发展背景，所以被列为危险废物管理范畴。催化剂在现代研究中被认为是具备再生能力的物质，通过物理吹扫、水洗、微观超声波清洗和化学作用酸、碱等，对失去活性的催化剂进行处理，排除其中碱金属、积碳和积尘，再结合浸渍补充方法增加催化剂活性，干燥处理后即可再次应用。这即为催化剂再生原理（被称为SCR再生技术），在现代技术工艺水平上，可以恢复催化剂脱硝效率 85%以上。
因SCR再生技术起源于西方先进国家，所以我国对该项技术的研究起步较晚，很多应用企业都还不了解该项技术。本文为了推广 SCR 应用，将结合实践案例展开分析工作，对其中应用经验、应用问题进行分析，并提出针对性的解决方案。
1 催化剂失活机理
1.1 催化剂失活机理
催化剂失去活性的机理，在性质上可以分为两种，即物理失活与化学失活，其中物理失活通常是因为催化剂受高温烧结、严重磨损而形成，化学失活是催化剂受碱金属、碱土金属和 As影响，导致自身中毒而引起的。下文将对这两种失活机理进行分析。
1.1.1 碱金属催化剂失活
碱金属催化剂失活属于化学失活范畴，即碱金属是指可溶性碱金属，常存在于飞灰中，此类金属主要由 Na+、K+ 组成，待其大量与催化剂接触之后，会与催化剂中的活性颗粒发生反应，导致催化剂出现酸位中毒，随后催化剂的 NH3吸附量、吸附活性会不断下降。根据研究表明，当催化剂表面 K2O 不断累积，催化剂的 NO 转化率告诉下降，当 K2O 质量分数达到 1％，催化剂几乎不具备活性。
1.1.2 积炭催化剂失活
积炭催化剂失活属于物理失活范畴，即在催化剂应用当中，其表面会不断形成炭沉积物，沉积物的总量、厚度会不断增长，导致催化剂比表面积、孔容、表面酸度及活性中心数不断下降，待沉积物总量、厚度达到一定水平，则催化剂失活[5]。此外根据研究表明，积炭催化失活中，活性降低速度与积炭速度成正比。
1.1.3 砷催化剂失活
砷催化剂失活属于化学失活范畴，即当含有砷的烟气与催化剂接触，会导致催化剂中毒而失活，其原理与上述碱金属中毒一样。但砷对催化剂活性的影响，取决于烟气中的煤含量，即煤含量越高催化剂中毒情况越严重，失活速度越快。
1.2 SCR再生技术
在专业角度上，失活催化剂再生是可以实现的，但也要根据失活原因来进行判断，因为部分原因造成的催化剂失活是永久性的，此类催化剂不具备再生意义。具体来说，在现代SCR再生技术水平上，如果催化剂失活是因为积碳、积灰或金属沉淀物而引起的，则可以进行再生处理，技术实施难度并不大，而如果失活是因为高温烧结而引起的，则无法对此类催化剂进行再生，因为高温烧结的影响较大，对催化剂的整个结构都有巨大破坏。
SCR再生技术步骤如图 1 所示。
目前，失活催化剂再生技术主要采用脱硝原理，其具体步骤为：真空吸尘或压缩空气吹灰、清洗液浸泡或喷淋、超声清洗、活性组分再浸渍、煅烧。
2 工程案例分析
案例中针对失活催化剂，主要采用的再生流程为：吹灰、鼓泡 + 超声清洗、酸洗、活性浸渍、煅烧、干燥。再生处理中的原材料，主要选择皖能合肥发电有限公司的废旧催化剂。再通过上述工艺处理后，通过电镜扫描及活性检测方法得到结论。
2.1 电镜扫描实验结果分析
500 倍电镜扫描结果：
1000 倍电镜扫描结果：
3500 倍电镜扫描结果：
根据图中表现可见，在电镜分析条件下，再生前的催化剂表面存在严重的堵塞情况，而再生后则有了极大的改善，说明再生工艺可以处理堵塞现象。但此部分分析结果并不代表催化剂活性复苏，所以需要通过后续活性检测方法来做进一步测试。
2.2 活性检测
通过模拟电厂的烟气条件对催化剂进行活性检测，得出如下数据：
结合图 2、3 可见，再生后的催化剂活性比之再生前，显然有了较大提高，满足现代新催化剂标准的 98%，与同类催化剂指标比较，其 SO2/SO3转化率有一定优势。在这一基础上说明本文采用的催化剂再生工艺，可以有效实现催化剂的再生利用，符合国家守则规范。
3 结论
脱硝催化剂再生项目符合国家的环保政策，能为国家节约大量资源，减轻了对环境的二次污染，是国家鼓励发展的项目。催化剂再生具有环保意义，在现代国家政策与守则要求下，该工艺的应用应当得到推广，可以有效避免资源浪费、二次污染等问题。通过研究说明，本文再生工艺实际有效，且在国际上已经有了多年的实践应用表现，技术体系成熟。通过实验结果显示，本文再生工艺的功能主要为：使失活催化剂表面洁净，去除飞灰及有毒物质，且再生处理后的催化剂满足现代新标准。
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