CN102114422B - 一种scr催化剂可实现脱硝反应与再生的装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的反应器装置，包括反应器、循环池，反应器的入口设有与烟气输入管路连接的第一三通转接阀，反应器与循环池间设有第二三通转接阀，循环池通过循环泵后与第三三通转接阀连通后与第一三通转接阀连通。本发明还公开了一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，SCR催化剂脱硝反应和SCR催化剂再生过程可在同一个反应装置中间隔进行。本发明将SCR催化剂再生反应装置与SCR催化剂脱硝反应装置融合为一个反应装置，有效降低设备投资成本，避免SCR催化剂拆卸与重新安装工序与费用，省时省力。同时实施本发明的工艺，大大减少了再生原料中酸溶液及主剂补充溶液的用量。

Description

一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的装置及工艺

技术领域

本发明涉及大气污染控制领域，具体是一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的装置及工艺。

背景技术

现有烟气脱硝技术中，最为成熟并得到商业化应用的是中高温(300～400℃)条件下，以固定床为反应器、氨气为还原剂的选择性催化还原法(NH₃-SCR)，该法可表示为反应式的气-固反应模式。众所周知，中高温NH₃-SCR技术，催化剂是最为重要的部分，其初期投资占SCR系统总投资的40～60％。典型商用SCR催化剂为含有毒重金属成分的V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂，在实际燃煤锅炉中，由于SCR催化剂长期处于高温高尘的环境下，灰尘中碱(土)金属钾K、钠Na、钙Ca的存在等原因可造成SCR催化剂中毒，使用寿命仅为2～3年，失活后的SCR催化剂若不加以适当处置将对人体和环境造成极强的毒害作用；若将失活后的SCR催化剂进行妥善的再生处理，则可有效延长SCR催化剂使用周期，降低经济成本与毒害作用。

中国发明专利CN101574671A公开了一种SCR脱硝催化剂再生液，该再生液由主剂补充液(偏钒酸铵+仲钨酸铵+仲钼酸铵)、非离子型表面活性剂(渗透促进剂JFC+表面活性剂OP～10+平平加)、酸(草酸、柠檬酸、醋酸其中一种)和去离子水组成，采用浸渍法对催化剂同步实现清洗与再生，再生后催化剂活性恢复达到90～105％，使用寿命达到新催化剂的95％以上。

韩国电力公社在中国发明专利CN1768953A及美国发明专利US7592283B2同时介绍了一种采用气泡流动装置的蜂窝型SCR催化剂的再生方法，该再生液由主剂补充液(钒酸铵+仲钨酸铵)、酸(硫酸)和去离子水组成，可实现催化剂清洗与再生，在优化条件下再生后催化剂脱硝率在95％以上。

上述专利已经取得了较好的SCR催化剂再生效果，但仍存在一些问题：中国发明专利CN101574671A需将SCR催化剂浸渍在再生液中，可以预见所需试剂的用量大，投资成本也较高；中国发明专利CN1768953A及美国发明专利US7592283B2需配置专门的再生反应装置，因此需要先将催化剂从脱硝反应器中拆卸下来，费时耗力，投资成本较高。为降低SCR催化剂再生成本，需要进一步开发相关技术。

发明内容

本发明提供了一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的装置，将SCR催化剂再生反应装置与SCR催化剂脱硝反应装置融合为一个反应装置，实现了SCR催化剂同时脱硝与再生。

一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的装置，包括反应器、循环池，反应器的入口与第一三通转接阀的B连接口连通，第一三通转接阀的A连接口与烟气输入管路连接；反应器与循环池间设有第二三通转接阀，反应器与第二三通转接阀的D连接口连接，第二三通转接阀的E连接口与烟气排放管路连接，第二三通转接阀的F连接口与循环池连通；循环池设有循环泵，循环泵的出口与第三三通转接阀的H连接口连接，第三三通转接阀的G连接口与再生原料输入管路连接，第三三通转接阀的J连接口与第一三通转接阀的C连接口连接。

使用本发明装置进行SCR催化剂对烟气实现脱硝反应与再生时：

(1)当SCR催化剂具有较高的活性时，烟气由烟气输入管路进入第一三通转接阀，从第一三通转接阀的A连接口进入，切换至第一三通转接阀的B连接口进入装有SCR催化剂的电加热反应器中，发生脱硝反应，脱硝后烟气进入至第二三通转接阀，通过第二三通转接阀的D连接口切换至第二三通转接阀的E连接口，从烟气排放管路实现达标排放。

(2)当SCR催化剂失活后，可通过再生原料(空气、酸溶液、主剂补充溶液)实现催化剂复活。再生原料依次通过再生原料管路进入第三三通转接阀，从第三三通转接阀的G连接口切换后从第三三通转接阀的J连接口，然后进入第一三通转接阀，由第一三通转接阀的C连接口切换至第一三通转接阀的B连接口进入已失活的SCR催化剂反应器中，发生再生过程，尔后经第二三通转接阀的D连接口进入第二三通转接阀，空气或酸溶液切换至第二三通转接阀的E连接口通过烟气排放管路排空；主剂补充溶液通过第二三通转接阀的F连接口继续进入循环池中，再经循环泵通入第三三通转接阀中，完成一轮循环，如此往复，主剂补充溶液最后通过循环池底部的主剂补充溶液排放管路排放。

一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺为：

(1)SCR催化剂脱硝反应

烟气接入装有SCR催化剂的电加热反应器中，发生脱硝反应，脱硝后烟气达标排放；

所述的SCR催化剂脱硝反应条件为：NH₃/NO摩尔比为1.0～1.2，O₂浓度2～10％，反应温度300～400℃，气体空速4000～6000h^-1。

(2)SCR催化剂再生

SCR催化剂失活后，可通过SCR催化剂再生过程复活，所述的再生过程严格按如下工艺步骤操作进行：

(I)空气吹扫

将无油干燥压缩空气(0.5MPa)进入已失活的SCR催化剂反应器中，将催化剂表面灰尘吹扫干净，再生气体实现排空；

所述的空气吹扫时间控制在2～4h为宜。

(II)酸洗除碱

酸溶液进入已失活的SCR催化剂反应器中，对失活后SCR催化剂进行喷淋，将碱(土)金属脱除后实现排空。以ICP法检测酸洗后的溶液，直至无碱(土)金属检出。

所述的酸溶液，溶质为C₁～C₅的有机酸，优选为甲酸、乙酸、乙二酸、柠檬酸的一种或多种混合物，溶剂为去离子水。

所述的酸溶液，pH值控制在5～7为宜。

(III)干燥焙烧

将无油干燥压缩空气(0.1MPa)进入已经过(I)空气吹扫、(II)酸洗除碱的失活的SCR催化剂反应器中，对失活后SCR催化剂干燥焙烧处理。

所述的干燥焙烧条件为：200/350℃各2～4h。

(IV)主剂补充

主剂补充溶液进入装有失活的SCR催化剂反应器中，对失活后SCR催化剂进行主剂补充溶液喷淋，补充活性物质，循环进行，将SCR催化剂再生后排放。

所述的主剂补充溶液，溶质为SCR催化剂中活性物质(主剂)V₂O₅-WO₃(MoO₃)的前驱物，溶剂为去离子水。

其中，V₂O₅前驱物可选：钒酸铵(NH₄V₆O₁₆)或偏钒酸铵(NH₄VO₃)；WO₃前驱物可选：偏钨酸铵((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·xH₂O)或仲钨酸铵((NH₄)₁₀(H₂W₁₂O₄₂)·4H₂O)；MoO₃前驱物可选：二钼酸铵((NH₄)₂Mo₂O₇)、四钼酸铵((NH₄)₂Mo₄O₁₃·2H₂O)或七钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)。

所述的主剂补充溶液各组分质量百分比浓度(以金属氧化物计)分别为：1.0～6.5wt％V₂O₅-0.40～0.95wt％WO₃(或0.10～0.80wt MoO₃)，优选为：1.5～6.5wt％V₂O₅-0.45～0.90wt％WO₃(或0.25～0.75wt％MoO₃)。

所述的主剂补充溶液在系统中循环时间控制在6～8h为宜。

(V)干燥焙烧

将无油干燥压缩空气(0.1MPa)进入已经过(I)空气吹扫、(II)酸洗除碱的失活的SCR催化剂反应器中，对SCR催化剂干燥焙烧处理。

所述的干燥焙烧条件为：200/350℃各2～4h。

再生后的SCR催化剂可通过步骤(1)实现烟气脱硝。

本发明主要有以下特点：

(1)本发明通过三个转接阀将SCR催化剂再生反应装置与SCR催化剂脱硝反应装置融合为一个反应装置，与传统SCR催化剂再生装置相比，可有效降低设备投资成本，避免SCR催化剂拆卸与重新安装工序与费用，省时省力，具有显著的经济价值。

(2)本发明采用再生液体原料喷淋方式参与再生过程，与传统浸渍方式相比，减少了试剂用量，尤其是减少了价格昂贵、毒性极强的主剂补充溶液用量；同时，由于酸溶液用量也大为减少，降低了SCR催化剂活性组分溶出率与机械强度破坏影响。

(3)本发明所需酸溶液为C₁～C₅有机酸溶液，由于这些酸沸点都在200℃以下，经过后续的干燥焙烧步骤，在SCR催化剂中不会残留，避免酸残留对催化剂不利影响。

本发明的发应装置可同时实现SCR催化剂脱硝反应与再生过程，与其他反应器装置与使用方法相比，本发明具有显著的经济价值。

附图说明

图1为本发明装置的流程示意图。

其中，1-第一三通转接阀，10-烟气输入管路，11-第一三通转接阀的A连接口，12-第一三通转接阀的B连接口，13-第一三通转接阀的C连接口；2-反应器，3-第二三通转接阀，30-烟气排放管路，31-第二三通转接阀的D连接口，32-第二三通转接阀的E连接口，33-第二三通转接阀的F连接口；4-循环池，40-主机补充液排放管路；5-循环泵，6-第三三通转接阀，60-再生原料输入管路，61-第三三通转接阀的G连接口，62-第二三通转接阀的H连接口，63-第二三通转接阀的J连接口。

具体实施方式

如图1所示，当SCR催化剂具有较高的活性时，烟气由烟气输入管路10进入第一三通转接阀1，由第一三通转接阀的A连接口11进入，切换至第一三通转接阀的B连接口12进入装有SCR催化剂的电加热反应器2中，发生脱硝反应，脱硝后烟气通入第二三通转接阀3，由第二三通转接阀的E连接口31切换至第二三通转接阀的F连接口32，从烟气排放管路30实现达标排放。

当SCR催化剂失活后，可通过再生原料(空气、酸溶液、主剂补充溶液)实现催化剂复活。再生原料通过再生原料管路60进入第三三通转接阀6，由第三三通转接阀的H连接口62切换至第三三通转接阀的J连接口63进入第一三通转接阀1，由第一三通转接阀的C连接口13切换至第一三通转接阀的B连接口12进入已失活的SCR催化剂反应器3中，发生再生过程，尔后经第二三通转接阀的D连接口31进入第二三通转接阀3，空气或酸溶液切换至第二三通转接阀的E连接口32通过烟气排放管路30排空；主剂补充溶液通过第二三通转接阀的F连接口33继续进入循环池4中，再经循环泵5通入第三三通转接阀6中，完成一轮循环，如此往复，主剂补充液最后通过循环池底部的主剂补充液排放管路40排放。

下面结合附图，本发明的工艺在上述装置中进行，具体实施方式为：

实施例1：

(1)SCR催化剂脱硝反应

将烟气由烟气输入管路10引入，通过第一三通转接阀1引入到装有SCR催化剂(V₂O₅-WO₃/TiO₂)的反应器2中，发生脱硝反应，脱硝后烟气通入第三三通转接阀3中，通过烟气排放管路30实现达标排放。

SCR催化剂脱硝反应条件：NH₃/NO摩尔比1.0，O₂浓度5％，反应温度330℃，气体空速4000h^-1。

(2)SCR催化剂再生过程

SCR催化剂失活后，可通过SCR催化剂再生过程复活，所述的再生过程严格按如下工艺步骤操作进行：

(I)空气吹扫

将无油干燥压缩空气(0.5MPa)依次通过再生原料输入管路60、第三三通转接阀6、第一三通转接阀1，进入已失活的SCR催化剂反应器2中，将催化剂表面灰尘吹扫干净，尔后经第二三通转接阀3，再生气体在烟气排放管路30实现排空。

空气吹扫时间：2h。

(II)酸洗除碱

将酸溶液依次通过再生原料输入管路60、第三三通转接阀6、第一三通转接阀1，进入已失活的SCR催化剂反应器2中，进行喷淋，将碱(土)金属脱除，尔后经第二三通转接阀3，再生气体在烟气排放管路30实现排空。以ICP法检测酸洗后的溶液，直至无碱(土)金属检出。

酸溶液：溶质为乙酸，溶剂为去离子水；pH值5.5。

(III)干燥焙烧

将无油干燥压缩空气(0.1MPa)依次通过再生原料输入管路60、第三三通转接阀6、第一三通转接阀1，进入SCR催化剂反应器2中，对失活后SCR催化剂干燥焙烧处理。

干燥焙烧条件：200/350℃各2h。

(IV)主剂补充

将主剂补充溶液依次通过再生原料输入管路60、第三三通转接阀6、第一三通转接阀1，进入已失活的SCR催化剂反应器2中进行喷淋，对失活后SCR催化剂进行主剂补充溶液喷淋，补充活性物质，尔后经第二三通转接阀3进入循环池4中，再经循环泵5通入第三三通转接阀6中，完成一轮循环，如此往复，活性物质补充剂最后在循环池4底部的主剂补充液排放管路40排放。

主剂补充溶液：溶质为SCR催化剂中活性物质(主剂)V₂O₅-WO₃的前驱物，溶剂为去离子水。其中，V₂O₅前驱物：钒酸铵(NH₄V₆O₁₆)；WO₃前驱物：仲钨酸铵((NH₄)₁₀(H₂W₁₂O₄₂)·4H₂O)。

主剂补充溶液各组分质量百分比浓度(以金属氧化物计)分别为：2.5wt％V₂O₅-0.55wt％WO₃。

主剂补充溶液在系统中循环时间：6h。

(V)干燥焙烧

将无油干燥压缩空气(0.1MPa)依次通过再生原料输入管路60、第三三通转接阀6、第一三通转接阀1，进入SCR催化剂反应器2中，对失活后SCR催化剂干燥焙烧处理。

干燥焙烧条件：200/350℃各2h。

再生后的SCR催化剂可通过步骤(1)实现烟气脱硝。

实施例2：

(1)SCR催化剂脱硝反应

将烟气通过烟气输入管路10、第一三通转接阀1引入到装有SCR催化剂(V₂O₅-MoO₃/TiO₂)的反应器中，发生脱硝反应，脱硝后烟气通入第二三通转接阀3中，通过烟气排放管路30实现达标排放。

SCR催化剂脱硝反应条件：NH₃/NO摩尔比1.2，O₂浓度8％，反应温度380℃，气体空速6000h^-1。

(2)SCR催化剂再生过程

SCR催化剂失活后，可通过SCR催化剂再生过程复活，所述的再生过程严格按如下工艺步骤操作进行：

(I)空气吹扫

同实施例1，空气吹扫时间：4h。

(II)酸洗除碱

同实施例1，所述的酸溶液：溶质为乙二酸和柠檬酸混合物，溶剂为去离子水；pH值6.5。

(III)干燥焙烧

同实施例1，干燥焙烧条件：200/350℃各4h。

(IV)主剂补充

同实施例1。

主剂补充溶液：溶质为SCR催化剂中活性物质(主剂)V₂O₅-MoO₃的前驱物，溶剂为去离子水。其中，V₂O₅前驱物：偏钒酸铵(NH₄VO₃)；MoO₃前驱物：七钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)。

主剂补充溶液各组分质量百分比浓度(以金属氧化物计)分别为：5.5wt％V₂O₅-0.50wt％MoO₃。

主剂补充溶液在系统中循环时间：8h。

(V)干燥焙烧

同实施例1，再生后的SCR催化剂可通过步骤(1)实现烟气脱硝。

Claims (10)

1.一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的装置，包括反应器、循环池，其特征在于：

反应器的入口与第一三通转接阀的B连接口连通，第一三通转接阀的A连接口与烟气输入管路连接；反应器与循环池间设有第二三通转接阀，反应器与第二三通转接阀的D连接口连接，第二三通转接阀的E连接口与烟气排放管路连接，第二三通转接阀的F连接口与循环池连通；循环池设有循环泵，循环泵的出口与第三三通转接阀的H连接口连接，第三三通转接阀的G连接口与再生原料输入管路连接，第三三通转接阀的J连接口与第一三通转接阀的C连接口连接。

2.一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：

(1)SCR催化剂脱硝反应

烟气接入装有SCR催化剂的反应器中，发生脱硝反应，脱硝后烟气达标排放；

(2)SCR催化剂再生

SCR催化剂失活后，通过SCR催化剂再生过程复活，所述的再生过程包括：

(I)空气吹扫

将无油干燥压缩空气进入已失活的SCR催化剂反应器中，将催化剂表面灰尘吹扫干净，再生气体实现排空；

(II)酸洗除碱

酸溶液进入已失活的SCR催化剂反应器中，对失活后SCR催化剂进行碱金属或碱土金属脱除后实现排空，以ICP法检测酸洗后的溶液，直至无碱金属或碱土金属检出；

所述的酸溶液，溶质为甲酸、乙酸、乙二酸、柠檬酸的一种或多种混合物，溶剂为去离子水；

(III)第一次干燥焙烧

将无油干燥压缩空气进入已经过(I)空气吹扫、(II)酸洗除碱的失活的SCR催化剂反应器中，对失活后SCR催化剂干燥焙烧处理；

(IV)主剂补充

主剂补充溶液进入装有失活的SCR催化剂反应器中，对失活后SCR催化剂进行活性物质补充，循环进行，将SCR催化剂再生后排放；

(V)第二次干燥焙烧

将无油干燥压缩空气进入已经过(I)空气吹扫、(II)酸洗除碱的失活的SCR催化剂反应器中，对补充活性物质后的SCR催化剂干燥焙烧处理；

再生后的SCR催化剂再通过步骤(1)实现烟气脱硝。

3.如权利要求2所述的SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：所述的步骤(1)中SCR催化剂脱硝反应条件为：NH₃/NO摩尔比为1.0～1.2，O₂浓度2～10％，反应温度300～400℃，气体空速4000～6000h^-1。

4.如权利要求2所述的SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：所述的步骤(2)SCR催化剂再生中(I)空气吹扫过程中空气吹扫时间：2～4h。

5.如权利要求2所述的SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：所述的步骤(2)SCR催化剂再生中(II)酸洗除碱过程中，所述的酸溶液：溶质为C₁～C₅的有机酸，溶剂为去离子水，pH值5～7。

6.如权利要求5所述的SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：所述的酸溶液的溶质为甲酸、乙酸、乙二酸、柠檬酸的一种或多种混合物。

7.如权利要求2所述的SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：所述的步骤(2)SCR催化剂再生中(III)干燥焙烧过程中，干燥焙烧条件：200/350℃下各2～4h。

8.如权利要求2所述的SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：所述的步骤(2)SCR催化剂再生中(IV)主剂补充过程中，主剂补充溶液：溶质为SCR催化剂中活性物质V₂O₅-WO₃或V₂O₅-MoO₃的前驱物，溶剂为去离子水。

9.如权利要求8所述的SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：所述的V₂O₅前驱物为钒酸铵或偏钒酸铵；WO₃前驱物为偏钨酸铵或仲钨酸铵；MoO₃前驱物为二钼酸铵或四钼酸铵或七钼酸铵，所述的主剂补充溶液各组分质量百分比浓度，以金属氧化物的质量百分比计为：1.0～6.5％V₂O₅-0.40～0.95％WO₃或1.0～6.5％V₂O₅-0.10～0.80％MoO₃，主剂补充溶液在系统中循环时间：6～8h。

10.如权利要求9所述的SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的工艺，其特征在于：所述的主剂补充溶液各组分质量百分比浓度，以金属氧化物的质量百分比计，为：1.5～6.5％V₂O₅-0.45～0.90％WO₃或1.5～6.5％V₂O₅-0.25～0.75％MoO₃。

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