CN102909104A - 一种scr脱硝催化剂的热处理再生方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SCR脱硝催化剂的热处理再生方法及装置,再生方法包括失活催化剂置的吹灰处理工序以及催化剂热处理再生工序,其中热处理再生工序为将吹灰处理后的催化剂装入再生反应炉中,通入NH3与N2的混合气体,在炉温为360~420℃的温度下热处理3~5h,进行催化剂热处理再生;再生装置包括前处理机构、再生反应机构和尾气吸收机构,再生反应机构包括氨气储罐、氮气储罐、混合预热炉、再生反应炉和冷凝器,再生反应炉设有加热器,炉膛内放置吹灰处理后的失活的催化剂,NH3与N2的混合气体经混合预热炉后进入再生反应炉,在炉膛内对失活的催化剂进行热处理再生。本发明可减少催化剂更换的费用,延长催化剂的使用寿命。

Description

—种SCR脱硝催化剂的热处理再生方法及装置
技术领域 [0001] 本发明涉及SCR脱硝催化剂的处理方法和设备,具体是一种SCR脱硝催化剂的热
处理再生方法及装置。
背景技术
[0002] 氮氧化物是主要的大气污染物之一,会带来酸雨、光化学烟雾等环境问题,而燃煤电厂的烟气排放是人为氮氧化物的主要来源。近几年来,我国燃煤电厂氮氧化物的排放量不断上升,环境保护形势日趋严峻,我国将加大力度严格控制氮氧化物的排放。依据最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的要求,自2012年I月I日起新建火力发电锅炉的氮氧化物排放将执行100mg/m3的排放限值。随着环境压力的不断增加和环保标准的日益严格,燃煤电厂烟气脱硝已成为继烟气脱硫之后又一个环保工作重点。
[0003] 选择性催化还原法(Selective Catalytic Redcution, SCR)是目前燃煤电厂的应用最广、最为成熟的烟气脱硝工艺,具有效率高、选择性好、运行稳定等优点。目前的新建燃煤电厂已配套建设SCR脱硝系统,部分现有燃煤电厂也根据环保的要求逐步开始SCR脱硝系统改造。据数据统计,2011年SCR脱硝工程合同容量达到57950MW,而目前已累计投运的SCR脱硝工程超过90000MW。
[0004] SCR脱硝催化剂是SCR脱硝系统的核心所在,由于催化剂原料价格高、生产尚未完全国产化等原因,导致催化剂的价格昂贵,初期投入中催化剂成本约占脱硝工程总成本的20°/Γ40%。随着燃煤电厂SCR脱硝工程的大规模建设,SCR催化剂的使用量大大增加,而目前SCR催化剂的使用寿命仅为2-3年,失活催化剂的再生处理可以节省催化剂更换的成本,同时避免失活催化剂带来的二次污染,具有良好的经济效益与环境效益。
[0005] 公开号为CN102266723A的发明专利提出了一种选择性催化还原脱硝催化剂的再生方法与装置,对实际工业应用过的中毒SCR脱硝催化剂依次经过超声波预处理、去离子水水洗、扩孔剂浸泡、高温高压蒸发、活性物质活化以及煅烧工艺,以使催化剂能够再生利用。
[0006] 公开号为CN102101060A的中国发明专利提出了一种用于烟气脱硝催化剂活性复苏的工艺和装置,该再生过程的装置包括有吹灰装置、超声清洗池、化学活化池、漂洗池、干燥装置等。以上两种方法可实现催化剂活性的恢复,但处理过程中活化液、再生液的使用量较大,再生成本较高,同时对催化剂进行湿法清洗,对催化剂的机械强度会有一定程度的影响。
[0007] 公开号为CN102133547A的中国发明专利则提供了一种钒钛基烟气脱硝催化剂的臭氧处理再生方法及装置,该方法用臭氧-空气混合气体对催化剂进行氧化处理,即完成烟气脱硝催化剂的再生过程。
[0008]目前研究表明,造成SCR催化剂失活的原因主要有:机械磨损,飞灰、硫酸盐等引起的催化剂堵塞,催化剂碱金属、砷中毒等。SCR催化剂的失活原因与燃煤电厂的烟气成分及运行方式密切相关,根据燃煤电厂的实际运行情况,催化剂堵塞是目前造成SCR催化剂失活的主要原因。目前,SCR系统大部分采用高尘烟气段布置方式,即SCR反应器设置于空气预热器与省煤器之间,此段烟气中含尘量高,长时间运行后大量飞灰小颗粒会积累在催化剂表面,阻碍NH3等到达催化剂活性位,引起催化剂失活;另外,烟气中的S02、SO3等会和NH3发生反应生成硫酸铵化合物,如硫酸铵、硫酸氢铵等,此类物质会吸附在催化剂表面,将其活性位覆盖,影响正常反应的进行。主要的化学反应方程式有:
[0009] S02+l/202 — SO3
[0010] S03+2NH3+H20 — (NH4)2SO4[0011 ] S03+NH3+H20 — NH4HSO4
发明内容 [0012] 本发明的目的之一是提供一种SCR脱硝催化剂的热处理再生方法,该方法经济实用、易于操作,可应用于SCR脱硝催化剂的再生处理过程,尤其适用于催化剂堵塞而失活的类型,采用该方法可减少催化剂更换的费用,延长催化剂的使用寿命。
[0013] 本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的:一种SCR脱硝催化剂的热处理再生方法,包括如下步骤:
[0014] (I)将失活的催化剂置于吹扫池中,采用压缩空气对失活的催化剂进行吹灰处理,清除催化剂的表面积灰;
[0015] (2)将吹灰处理后的催化剂装入再生反应炉中,通入NH3与N2的混合气体,在炉温为360〜420°C的温度下热处理3〜5h,进行催化剂热处理再生;该温度范围为目前商业用的SCR脱硝催化剂的活性温度范围,可以根据实际处理的催化剂设计最佳温度进行调整,确保热处理再生过程中处于催化剂的正常工况下,同时在该温度范围内,催化剂表面累积的硫酸铵、硫酸氢按等物质会发生分解,从而使催化剂活性得以恢复。当温度高于此温度范围时,可能造成催化剂表面烧结,导致催化剂颗粒增大,表面积减小,部分活性组分挥发损失,造成催化剂失活。当温度低于此温度范围时,不利于催化剂表面堵塞物质的分解,再生效果差。
[0016] (3)经步骤(2)处理后的尾气,通入装有吸收液的尾气吸收机构中,吸收尾气中的SO2、NH3。
[0017] 本发明中,所述步骤(I)的吹灰处理中吹扫压力为O. 4〜O. 6MPa,吹灰时间为10〜20min ;所述步骤⑵中NH3与N2的混合气体的流量为5〜10L/min,其中,NH3所占的体积占整个混合气体体积的3〜5%。在再生反应炉内,附着在催化剂表面的硫酸铵、硫酸氢铵等会发生分解,从而使催化剂表面被堵塞的活性位得到恢复,使SCR脱硝反应活性提高,主要的化学反应方程式有:
[0018] (NH4) 2S04 — S03+2NH3+H20
[0019] NH4HSO4 — S03+NH3+H20
[0020] SO3 — S02+l/202
[0021] 本发明的目的之二是提供用于上述方法的SCR脱硝催化剂热处理再生装置。本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的:
[0022] 一种SCR脱硝催化剂的热处理再生装置,其特征在于:该再生装置包括依次放置的前处理机构、再生反应机构和尾气吸收机构,再生反应机构和尾气吸收机构相连接;所述的前处理机构包括压缩空气储罐、吹扫喷嘴以及吹扫池,吹扫池内放置失活的催化剂,所述的压缩空气储罐与吹扫喷嘴通过管路连接,吹扫喷嘴正对吹扫池的池口,用于对吹扫池内失活的催化剂进行吹灰处理,清除催化剂的表面积灰;所述的再生反应机构包括氨气储罐、氮气储罐、混合预热炉、再生反应炉和冷凝器,所述的氨气储罐、氮气储罐分别与混合预热炉通过管路连通,向混合预热炉中通入NH3与N2,所述的混合预热炉、再生反应炉和冷凝器依次连接,所述再生反应炉设有加热器,炉膛内放置吹灰处理后的失活的催化剂,NH3与N2的混合气体经混合预热炉后进入再生反应炉,在炉膛内对失活的催化剂进行热处理再生;所述的尾气吸收机构包括相连的二氧化硫吸收器和氨气吸收器,其中,冷凝器与二氧化硫吸收器连通,再生反应炉反应后的尾气经 冷凝器降温后进入尾气吸收机构以吸收尾气中的SO2 和 NH3。
[0023] 本发明中所述的再生反应机构为管式反应炉,将经过吹扫处理后的催化剂装入反应炉中,炉内设置有加热器,控制炉内温度保持在36(T420°C,再生反应所用的气体由3飞%NH3与N2混合气体组成,经混合预热后通入管式反应炉中,气体流量通过质量流量计调节,控制气体流量为5-10L/min进行热处理反应,连续反应3_5h。
[0024] 本发明中,所述的前处理机构还包括集灰槽,该集灰槽位于吹扫池的底部,用于收集吹扫池的积灰。该前处理机构上端接有压缩空气吹扫口,可进行移动和伸缩吹扫,吹扫介质为洁净干燥压缩空气,吹扫压力为O. 4-0. 6MPa ;机构底部设有集灰槽,用于收集吹扫下来的灰尘杂质等。
[0025] 本发明中,所述压缩空气储罐与吹扫喷嘴连接的管路上设置有减压阀和质量流量计,用于控制吹扫喷嘴的吹扫压力。
[0026] 本发明中,所述再生反应炉的外壁还包覆有一层隔热保温层。
[0027] 本发明中,所述氨气储罐与混合预热炉连通的管路上设置有减压阀和质量流量计,所述氮气储罐与混合预热炉连通的管路上也设置有减压阀和质量流量计。
[0028] 本发明中所述的尾气吸收机构由两个或两个以上串联的吸收瓶组成,用于吸收尾气中的NH3和SO2,其中,所述二氧化硫吸收器为吸收瓶,该吸收瓶内盛装质量份数为3%的氢氧化钙溶液,用于吸收尾气中的SO2以及溶解部分NH3 ;所述氨气吸收器为吸收瓶,该吸收瓶内盛装浓度为10%的硫酸溶液,用于吸收尾气中的NH3。
[0029] 与现有技术相比,本发明具有如下显著效果:
[0030] (I)本发明对积灰、硫酸盐堵塞严重的SCR脱硝催化剂再生处理效果明显,再生处理后的催化剂表面积灰情况明显改善,催化剂的活性较再生前得到较大的提高,再生后的催化剂满足实际工业运行的要求;
[0031] (2)本发明的再生过程中所需压缩空气与氨气均为燃煤电厂脱硝系统运行过程中常用气体,易于取得,大大降低了企业SCR脱硝催化剂的维护成本;
[0032] (3)本发明采用热处理再生方法对催化剂本体几乎无损坏,可以有效避免水洗再生或酸性再生等导致的催化剂机械强度下降和表面活性组分流失问题,再生成本低;
[0033] (4)本发明的尾气吸收机构可以吸收尾气中的册13、502等,不会对环境造成二次污染;
[0034] (5)本发明的再生方法与工艺简单,经济高效,具有良好的应用前景。附图说明
[0035] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0036] 图I是本发明SCR脱硝催化剂的热处理再生装置的整体结构示意图。
[0037] 附图标记说明
[0038] I、压缩空气储罐;2、减压阀;3、质量流量计;4、吹扫喷嘴;5、吹扫池;6、集灰槽;
7、排气口 ;8、氨气储罐;9、氮气储罐;10、温控仪;11、混合预热炉;12、再生反应炉;13、隔热保温层;14、加热器;15、冷凝器;16、二氧化硫吸收器I ;17、氨气吸收器
具体实施方式
[0039] 实施例I
[0040] 采用本发明的方法,对一条失活的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体进行再生处理。所取催化剂A为150mmX 150mmX 850mm的蜂窝式脱硝催化剂单体,截面规格为16孔X 16孔。
[0041] 该SCR脱硝催化剂的热处理再生方法,包括如下步骤:
[0042] (I)首先将失活的催化剂单体置于吹扫池中,开启压缩空气,采用压缩空气对失活的催化剂进行吹灰处理,清除催化剂的表面积灰,保持吹扫压力为O. 5MPa,持续吹扫IOmin ;
[0043] (2)将吹灰处理后的催化剂单体取出装入再生反应炉中,启动再生反应装置对催化剂进行热再生处理,通入NH3与N2的混合气体,通过质量流量计调节混合气体NH3与N2的混合气体的总流量为10L/min,其中,NH3所占的体积占整个混合气体体积的为3%,,在炉温为365°C的温度下热处理3h,完成催化剂热再生处理过程;
[0044] (3)经步骤(2)处理后的尾气,通入装有吸收液的尾气吸收机构中,吸收尾气中的SO2、NH3。
[0045] 实现上述SCR脱硝催化剂的热处理方法的再生装置如图I所示,该再生装置包括依次放置的前处理机构、再生反应机构和尾气吸收机构,再生反应机构和尾气吸收机构相连接;前处理机构包括压缩空气储罐I、吹扫喷嘴4以及吹扫池5,吹扫池5内放置失活的催化剂,压缩空气储罐I与吹扫喷嘴4通过管路连接,压缩空气储罐I与吹扫喷嘴4连接的管路上设置有减压阀2和质量流量计3,吹扫喷嘴4正对吹扫池5的池口,用于对吹扫池5内失活的催化剂进行吹灰处理,清除催化剂的表面积灰;再生反应机构包括氨气储罐8、氮气储罐9、混合预热炉11、再生反应炉12和冷凝器15,氨气储罐8、氮气储罐9分别与混合预热炉11通过管路连通,向混合预热炉11中通入NH3与N2,氨气储罐8与混合预热炉11连通的管路上设置有减压阀2和质量流量计3,氮气储罐9与混合预热炉11连通的管路上也设置有减压阀2和质量流量计3,混合预热炉11、再生反应炉12和冷凝器15依次连接,再生反应炉12设有加热器14,炉温通过设置在炉膛内的温控仪10显示和控制,炉膛内放置吹灰处理后的失活的催化剂,再生反应炉12的外壁还包覆有一层隔热保温层13,NH3与N2的混合气体经混合预热炉11后进入再生反应炉12,在炉膛内对失活的催化剂进行热处理再生;尾气吸收机构包括相连的二氧化硫吸收器16和氨气吸收器17,其中,冷凝器15与二氧化硫吸收器16连通,再生反应炉12反应后的尾气经冷凝器15降温后进入尾气吸收机构以吸收尾气中的SO2和NH3。·
[0046] 本发明中,前处理机构还包括集灰槽6,该集灰槽6位于吹扫池5的底部,用于收集吹扫池5的积灰杂质等,集灰槽6侧边还设有排气口 7。
[0047] 本发明中,二氧化硫吸收器16为吸收瓶,该吸收瓶内盛装质量份数为3%的氢氧化钙溶液,用于吸收尾气中的SO2以及溶解部分NH3 ;氨气吸收器17为吸收瓶,该吸收瓶内盛装浓度为10%的硫酸溶液,用于吸收尾气中的NH3。
[0048] 所述的前处理机构为接有压缩空气吹入口的密封容器,所述的再生反应机构为设有加热机构的管式反应炉,将经过吹扫处理后的催化剂装入反应炉中,炉内设置有加热器,气体流量通过质量流量计调节,进行热处理反应,所述的尾气吸收机构由两个或者两个以上串联的吸收器组成。
[0049] 在再生反应炉内,附着在催化剂表面的硫酸铵、硫酸氢铵等会发生分解,从而使催化剂表面被堵塞的活性位得到恢复,使SCR脱硝反应活性提高,主要的化学反应方程式有: [0050] (NH4) 2S04 — S03+2NH3+H20
[0051] NH4HSO4 — S03+NH3+H20
[0052] SO3 — S02+l/202
[0053] SCR脱硝催化剂再生性能测试:再生后的催化剂A截取催化剂测试单元装入催化剂活性评价装置进行测试,与再生前相比,催化剂A脱硝效率提高23% ;另取催化剂A样品采用美国Micromeritics公司生产的TriStar II 3020型比表面积及孔隙分析仪进行BET比表面积测试,与再生前相比,催化剂A比表面积增加57. 1%。
[0054] 实施例2
[0055] 采用本发明的方法,对一条失活的蜂窝式脱硝催化剂单体进行再生处理。所取催化剂B为150mmX 150mmX 900mm的蜂窝式脱硝催化剂单体,截面规格为18孔X 18孔。
[0056] 该SCR脱硝催化剂的热处理再生方法,包括如下步骤:
[0057] (I)首先将失活的催化剂单体置于吹扫池中,开启压缩空气,采用压缩空气对失活的催化剂进行吹灰处理,清除催化剂的表面积灰,保持吹扫压力为O. 5MPa,持续吹扫15min ;
[0058] (2)将吹灰处理后的催化剂单体取出装入再生反应炉中,启动再生反应装置对催化剂进行热再生处理,通入NH3与N2的混合气体,通过质量流量计调节混合气体NH3与N2的混合气体的总流量为10L/min,其中,NH3所占的体积占整个混合气体体积的为5%,,在炉温为380°C的温度下热处理3h,完成催化剂热再生处理过程;
[0059] (3)经步骤(2)处理后的尾气,通入装有吸收液的尾气吸收机构中,吸收尾气中的SO2、NH3。
[0060] 实现上述SCR脱硝催化剂的热处理方法的再生装置和实施例I相同,在此不再重复叙述。
[0061] SCR脱硝催化剂再生性能测试:再生后的催化剂B截取催化剂测试单元装入催化剂活性评价装置进行测试,与再生前相比,催化剂B脱硝效率提高19% ;另取催化剂B样品采用美国Micromeritics公司生产的TriStar II 3020型比表面积及孔隙分析仪进行BET比表面积测试,与再生前相比,催化剂B比表面积增加36. 3%。
[0062] 实施例3
[0063] 采用本发明所述方法,对一条失活的蜂窝式脱硝催化剂单体进行再生处理。所取催化剂C为150mmX150mmX900mm的蜂窝式脱硝催化剂单体,截面规格为20孔X 20孔。首先将催化剂单体装入吹扫池中,开启压缩空气进行吹扫,保持吹扫压力为O. 5MPa,持续吹扫20min;将吹扫后的催化剂单体取出装入再生反应炉中,启动再生反应装置对催化剂进行热再生处理,通过质量流量计调节混合气体为5%NH3-95%N2,总流量为10L/min,设置反应炉温度为385°C,连续进行热处理5h,完成热再生处理过程。
[0064] SCR脱硝催化剂再生性能测试:再生后的催化剂C截取催化剂测试单元装入催化剂活性评价装置进行测试,与再生前相比,催化剂C脱硝效率提高17% ;另取催化剂C样品采用美国Micromeritics公司生产的TriStar II 3020型比表面积及孔隙分析仪进行BET比表面积测试,与再生前相比,催化剂C比表面积增加31. 0%。
[0065] 本发明的再生方法中,还可以做如下变换:
[0066] 所述步骤(I)的吹灰处理中吹扫压力可以在O. 4〜O. 6MPa之间取值,吹灰时间可以在10〜20min之间取值。 [0067] 所述步骤⑵中进入再生反应炉的NH3与N2的混合气体的流量可以在5〜IOL/min之间取值,其中,NH3所占的体积占整个混合气体体积的3〜5% ;再生反应炉的炉温可以在360〜420°C之间取值,热处理时间可以在3〜5h之间取值。
[0068] 本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定,本发明的实施方式不限于此,凡此种种根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更,均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种SCR脱硝催化剂的热处理再生方法,包括如下步骤: (1)将失活的催化剂置于吹扫池中,采用压缩空气对失活的催化剂进行吹灰处理,清除催化剂的表面积灰; (2)将吹灰处理后的催化剂装入再生反应炉中,通入NH3与N2的混合气体,在炉温为360〜420°C的温度下热处理3〜5h,进行催化剂热处理再生; (3)经步骤(2)处理后的尾气,通入装有吸收液的尾气吸收机构中,吸收尾气中的S02、NH3。
2.根据权利要求I所述的SCR脱硝催化剂的热处理再生方法,其特征在于:所述步骤(1)的吹灰处理中吹扫压力为O. 4〜O. 6MPa,吹灰时间为10〜20min。
3.根据权利要求I所述的SCR脱硝催化剂的热处理再生方法,其特征在于:所述步骤(2)中NH3与N2的混合气体的流量为5〜10L/min,其中,NH3所占的体积占整个混合气体体积的3〜5%。
4. 一种SCR脱硝催化剂的热处理再生装置,其特征在于:该再生装置包括依次放置的前处理机构、再生反应机构和尾气吸收机构,再生反应机构和尾气吸收机构相连接;所述的前处理机构包括压缩空气储罐、吹扫喷嘴以及吹扫池,吹扫池内放置失活的催化剂,所述的压缩空气储罐与吹扫喷嘴通过管路连接,吹扫喷嘴正对吹扫池的池口,用于对吹扫池内失活的催化剂进行吹灰处理,清除催化剂的表面积灰;所述的再生反应机构包括氨气储罐、氮气储罐、混合预热炉、再生反应炉和冷凝器,所述的氨气储罐、氮气储罐分别与混合预热炉通过管路连通,向混合预热炉中通入NH3与N2,所述的混合预热炉、再生反应炉和冷凝器依次连接,所述再生反应炉设有加热器,炉膛内放置吹灰处理后的失活的催化剂,NH3与N2的混合气体经混合预热炉后进入再生反应炉,在炉膛内对失活的催化剂进行热处理再生;所述的尾气吸收机构包括相连的二氧化硫吸收器和氨气吸收器,其中,冷凝器与二氧化硫吸收器连通,再生反应炉反应后的尾气经冷凝器降温后进入尾气吸收机构以吸收尾气中的SO2 和 NH3。
5.根据权利要求4所述的SCR脱硝催化剂的热处理再生装置,其特征在于:所述的前处理机构还包括集灰槽,该集灰槽位于吹扫池的底部,用于收集吹扫池的积灰。
6.根据权利要求4所述的SCR脱硝催化剂的热处理再生装置,其特征在于:所述压缩空气储罐与吹扫喷嘴连接的管路上设置有减压阀和质量流量计。
7.根据权利要求4所述的SCR脱硝催化剂的热处理再生装置,其特征在于:所述再生反应炉的外壁还包覆有一层隔热保温层。
8.根据权利要求4所述的SCR脱硝催化剂的热处理再生装置,其特征在于:所述氨气储罐与混合预热炉连通的管路上设置有减压阀和质量流量计,所述氮气储罐与混合预热炉连通的管路上也设置有减压阀和质量流量计。
9.根据权利要求4所述的SCR脱硝催化剂的热处理再生装置,其特征在于:所述二氧化硫吸收器为吸收瓶,该吸收瓶内盛装质量份数为3%的氢氧化钙溶液,用于吸收尾气中的SO2以及溶解部分NH3。
10.根据权利要求4所述的SCR脱硝催化剂的热处理再生装置,其特征在于:所述氨气吸收器为吸收瓶,该吸收瓶内盛装浓度为10%的硫酸溶液,用于吸收尾气中的nh3。
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