《安全环境-环保技术》之SCR脱硝催化剂抗碱中毒和抗堵性能分析和探讨 VIP专享VIP免费

SCR脱硝催化剂抗碱中毒和抗堵性能分析和探讨选择性催化还原（SCR）技术具有高选择性、高稳定性、高脱硝率等特点，是目前最广泛使用的烟气脱硝技术，催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心，也是影响整个SCR系统脱硝效果和经济性的主要因素。目前SCR脱硝催化剂一般是以V2O5为活性成分、WO3（或MoO3）为助剂、TiO2为载体的V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂。烟气中碱金属（K、Na）和碱土金属（Ca、Mg）对SCR催化剂存在两个方面的不利影响：（1）可产生化学毒化作用，最终导致脱硝催化剂的失活。（2）碱或者碱土金属盐类在较低温度情况下（100-280℃），与水发生协同作用，容易粘附和板结在催化剂表面，造成脱硝催化剂的堵塞和板结。本文针对碱（土）金属对催化剂毒性和堵塞机理，根据不同行业的烟气特点和脱硝工艺，评估SCR脱硝催化剂碱金属中毒和堵塞的风险性，对今后的脱硝催化剂的正确选型提供一定的参考及借鉴意义。1脱硝催化剂的碱中毒和抗堵性1.1碱（土）金属中毒机理1.1.1碱金属（K、Na）对催化剂作用最严重的为K、Na两种碱金属，而其在烟尘中的存在形式中又以金属氯盐和氧化物的中毒效果最为严重。金属氯盐KCl可使钒基催化剂化学中毒，其机制主要是K在V或W的Brønsted酸位点形成V(W)-O-K键，导致Brønsted酸位点减少，影响NH3的吸附活化，此外，KCl可使钒基催化剂烧结从而导致催化剂活性下降。碱金属氧化物K2O碱性比金属氯盐强，其毒化作用强于金属氯盐。研究指出，钒基催化剂K2O中毒机理见图1，K2O与SCR催化剂表面的活性位点Brønsted酸位(V-OH)发生反应，生成V-OK，削弱了催化剂表面Brønsted酸位的酸性，使催化剂吸附NH3能力下降，抑制SCR反应活性中间体NH4+的生产，催化活性随之下降。研究发现当K2O负载量>1%时催化剂完全失活。图1SCR催化剂碱金属K+中毒机理碱金属钠盐的中毒机理与钾盐类似，可引起催化剂物理中毒和化学中毒，以化学中毒为主。物理中毒主要是引起催化剂表面颗粒的沉积和孔道的堵塞。而化学中毒主要是因为碱金属Na与催化剂表面的Brønsted酸性位点上的V-OH发生反应，生成V-ONa，使V2O5和WO3等金属氧化物的化学环境发生变化，从而影响其催化性能。1.1.2碱土金属（Ca、Mg）CaO是碱性物质，目前使用的V2O5/TiO2基催化剂的活性位是具有Lewis酸或Brønsted酸性质的物质，烟气中游离态CaO和催化剂表面的酸位中和，减少催化剂的活性位，从而降低催化剂的活性。当然CaO与催化剂表层酸性位物质之间的反应属于固固反应，反应速度较慢，所以单纯的CaO碱性使得催化剂酸性下降并不会造成催化剂活性的大幅下降。但沉积在催化剂表面的CaO还与烟气中的SO3反应生成致密的CaSO4盲层，造成催化剂微孔堵塞却是催化剂活性下降的主要原因。另外，CaO可以造成催化剂微孔堵塞，使得催化剂活性下降。可以通过提高吹灰频次缓建催化剂的堵塞。烟气中的水分会对碱（土）金属中毒产生协同作用。催化剂在干燥状态下，因为固固反应速度缓慢，碱（土）金属中毒不明显。催化剂失活的速度主要取决于催化剂表面的碱（土）金属的表面浓度，而碱（土）金属的表面浓度主要取决于飞灰在催化剂表面的沉积速度、停留时间和沉积量。当催化剂表面有液体水生成时，碱金属会在水中溶解，加速向催化剂内部扩散，并与活性位发生反应，导致催化剂活性位快速丧失。1.2脱硝催化剂的抗堵性抗堵性一般受三种因素影响：（1）灰的本身特性，如碱性灰，一般在较低的温度，有水参与的情况下，容易粘结和板结；如硫铵，一般具有较强的粘滞性，易和其他灰粘附一起，难以清除。（2）灰的含量，较高的灰含量导致灰不容易及时排除，造成大量的沉积和堵塞，一般需要选择合适的吹灰形式和加强吹灰频次；（3）脱硝催化剂的结构选型，平板式催化剂的抗堵性要比蜂窝催化剂优越的多。平板式催化剂比表面积比蜂窝式小，用量相对较多，但是不易堵灰。平板式催化剂相对于蜂窝催化剂具有节距大，孔道角落少，不易形成低流速区等特点，能有效避免飞灰的堆积、堵塞催化剂孔道，如图2所示。同时，平板式脱硝催化剂以金属钢网为基材，具有柔性结构，烟气流过平板式催化剂时，催化剂单板在烟气中不停振动，使飞灰难以附着于催化剂表面。图3为蜂窝催化...