CN105126935A - 一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液及再生工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液及再生工艺，再生工艺的流程主要包括吹灰-酸洗-水洗-一级干燥-浸渍-二级干燥-煅烧，其中采用本发明特别制备的再生浸渍液进行浸渍，经过此再生工艺处理后的失活催化剂的脱硝活性能达到新鲜催化剂的95％以上。同时，此再生工艺简便易行，对实践板式脱硝催化剂再生具有现实意义。

Description

一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液及再生工艺
技术领域
本发明涉及催化剂再生技术领域，具体涉及一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液及再生工艺。
背景技术
氮氧化物(NO、NO2、N2O等)作为燃煤锅炉或燃煤火电厂的主要污染物之一，对人们的身心健康产生极大危害。随着人们生活水平的提高，对环境质量的要求也越来越高。现今氮氧化物排放标准越来越严格，脱硝催化剂的使用使得氮氧化物的排放得以控制在排放标准以下。脱硝催化剂的工作原理是高温烟气中的氮氧化物在V2O5的催化下能被氨气还原为无污染的氮气。
脱硝催化剂包括三种形式的催化剂：蜂窝式、平板式和波纹板式。其中板式催化剂是多层钢网叠放而成，其催化剂层隙大，灰尘容易通过，适用于灰分较多的煤质烟气脱硝，但其脱硝效率较其余两种催化剂低。
一般电厂SCR脱硝反应器催化剂采用三层安装方式，开始时，先装第一层和第二层催化剂，预留最下层。当脱硝处理后的氮氧化物浓度不能满足排放要求时，在预留层装上第三层催化剂。由于烟气中含有灰尘，K，Na及重金属等有害物质，随着使用时间的延长，催化剂孔道被堵塞，甚至中毒，导致脱硝效率下降。当脱硝效率再不能满足要求时，更换第一层催化剂，之后依次更换第二、三层催化剂，以此类推。研究人员对催化剂传统替换方案和催化剂优选替换方案进行了成本分析，发现再生方案最能节省电厂成本。
现有专利虽然在一定程度上使脱硝催化剂得以再生，但对平板式催化剂的再生并没有针对性。平板式催化剂是将膏料涂敷在钢网上，然后多层钢网叠放在一起组成模块，几个模块一起组成模组。板式催化剂由于钢网单体之间缝隙较大，板块之间不易堵灰。但是随着使用时间的延长，催化剂模块角落处积灰严重，且活性物质被磨耗，导致板式脱硝催化剂脱硝效率下降。专利CN103816946A公开了一种SCR平板式脱硝催化剂的再生工艺，使得平板式催化剂的脱销活性得到一定程度的恢复。但是再生后板式催化剂的脱硝效率最高仅为72％，催化剂的再生效果并不理想。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液及再生工艺。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液，按重量百分比计，由以下成份组成：
其余为去离子水和酸；
所述再生浸渍液pH值为5-7。
在本发明中，渗透促进剂为JFC-1型脂肪醇聚氧乙烯醚、JFC型脂肪醇聚氧乙烯醚、JFC-2型脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种，其质量分数优选为3wt‰。
在本发明中，助溶剂为单乙醇胺、吐温、尿素中的一种或两种，其质量分数优选为1wt％。
在本发明中，活性组分为偏钒酸铵，其质量分数优选为1wt％。
在本发明中，四钼酸铵为助催化剂，防止砷中毒效果良好。其质量分数优选为1wt％。
在本发明中，浸渍液中所添加的酸为乳酸，醋酸，草酸中的一种，更优选为草酸。添加酸的目的是调节浸渍液的pH值，pH值优选为5。
在本发明中，浸渍液的制备方法包含以下步骤：
1)将渗透促进剂，助溶剂加入去离子水中，并搅拌均匀，得到溶液A；
2)向溶液A中加入偏钒酸铵固体和四钼酸铵固体，并搅拌均匀，得到溶液B；
3)向溶液B中加入酸调节pH值至5-7，搅拌陈化，得到最终的再生浸渍液。
一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生工艺，采用上述再生浸渍液实现，具体包括以下步骤：
1)将需再生的的催化剂用压缩空气吹灰，吹扫时间为0.1-1h，优选为0.5h。
2)将除灰后的催化剂进行酸洗，酸洗时间为0.1-2h，优选为10-60min，更优选为30min。
3)将酸洗过的催化剂进行水洗，水洗时间为0.3-3h，优选为0.3-2h，更优选为1h。
4)将水洗后的催化剂进行一级干燥，恒温110-150℃干燥0.5-4h，优选为1-3h，更优选为2h。
5)将一级干燥后的催化剂进行浸渍，浸渍时间为0.5-6h，优选为1-4h，更优选为2h。
6)将浸渍后的催化剂进行二级干燥，恒温100-140℃干燥1-6h，优选为2-4h，更优选为3h。
7)将二级干燥后的催化剂进行煅烧，煅烧温度为300-500℃，优选为350-450℃，更优选为400℃。煅烧时间控制为2-8h，优选为3-6h，更优选为4h。
其中：
步骤1)中压缩空气压强为0.2-3MPa，优选为0.5-1.5MPa，更优选为1MPa。
步骤2)中酸洗时采用的酸洗液浓度为0.1-2mol/L，优选为0.3-1mol/L，更优选为0.5mol/L。酸洗液中的酸可以为硫酸，硝酸，醋酸，草酸中的一种或多种，所述酸洗液采用去离子水配制。
步骤3)中采用去离子水进行水洗。
步骤7)中煅烧使活性成分前驱物转化为活性成分。本发明中，所述煅烧能够本发明对所述煅烧采用的设备没有特殊限制，只要温度能达到所需温度并满足恒温时间即可。
本发明的技术效果如下：
经过此再生工艺处理后的失活催化剂的脱硝活性能达到新鲜催化剂的95％以上。此再生工艺简便易行，对实践板式脱硝催化剂再生具有现实意义。
附图说明
图1为本发明钒钛系平板式脱硝催化剂的再生工艺流程图。
具体实施方式
在本发明中，对处理前和处理后的催化剂用催化剂评价装置(SR--H10051)测定其脱硝效率，经过对比分析，明确本发明的处理效果。催化剂评价装置包括气瓶组、气体混合加热器、模拟反应器和烟气分析仪(350型、德国Testo公司)等部件。试样尺寸：截5片长宽为30cm×2.9cm的平板催化剂，填装在定制的尺寸为3cm×3cm×30cm的铁盒子中。实验条件的模拟烟气组成：烟气中H2O为9.21vol％；O2为2.53vol％(湿基)；CO2为14.68％(湿基)；SO2为2730mg/Nm3(；NO为350mg/Nm3；氨氮摩尔比1.0；温度为365℃；空速：2500h-1。用烟气分析仪检测反应器进口和出口的NO浓度。
脱硝效率计算公式如下所示：
脱硝效率＝([NO]入-[NO]出)/[NO]入×100％(1)
其中[NO]入表示脱硝评价装置入口处的NO浓度，[NO]出表示脱硝评价装置出口处的NO浓度。
本发明针对平板式脱硝催化剂的再生工艺流程主要包括吹灰-酸洗-水洗-一级干燥-浸渍-二级干燥-煅烧，如图1所示。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
选取某电厂已使用两年的失活钒钛系波纹板式催化剂，新鲜催化剂的活性为87％，失活催化剂脱硝活性降为39％。上述波纹板式催化剂孔道堵塞率达到31％。催化剂模块尺寸为45cm×45cm×65cm(长×宽×高)，截取若干尺寸为15cm×30cm的催化剂片，取20片叠放在尺寸为15cm×15cm×30cm的不锈钢盒中进行模拟再生实验。
用0.2MPa的压缩空气吹扫催化剂60min；然后将除尘后的催化剂模块在盛有0.5M硫酸的酸洗池中清洗30min；之后将酸洗后的催化剂模块在水洗池中水洗1h；将水洗过的催化剂模块在烘箱中130℃恒温干燥2h；将一级干燥后的催化剂模块在浸渍池(浸渍液配比为JFC-1型脂肪醇聚氧乙烯醚2wt‰；单乙醇胺0.5wt％；偏钒酸铵1.5wt％；四钼酸铵1.5wt％；其余为去离子水和醋酸，pH＝5)中浸渍2h；将浸渍后的催化剂模块在烘箱中100℃恒温干燥6h，将二级干燥后的催化剂模块转移至马弗炉中进行煅烧，升温速率为5℃/min，500℃恒温煅烧4h。将煅烧后的催化剂冷却至室温。
截取5片长宽为30cm×2.9cm的平板催化剂，填装在定制的尺寸为3cm×3cm×30cm的铁盒子中进行脱硝性能检测。实验条件的模拟烟气组成：烟气中H2O为9.21vol％；O2为2.53vol％(湿基)；CO2为14.68％(湿基)；SO2为2730mg/Nm3(；NO为350mg/Nm3；氨氮摩尔比1.0；温度为365℃；空速：2500h-1。用烟气分析仪检测反应器进口、出口的NO浓度、SO2转化率以及氨气逃逸率。检测结果如下所示。
名称 NO转化率/％ SO2转化率/％ 氨气逃逸率/ppm
新鲜催化剂 87.0 0.7 1.9
失活催化剂 39.0 0.1 29.8
再生后催化剂 85.1 0.8 2.1
实施例2
选取某电厂已使用两年的失活钒钛系波纹板式催化剂，新鲜催化剂的活性为87％，失活催化剂脱硝活性降为39％。上述波纹板式催化剂孔道堵塞率达到31％。催化剂模块尺寸为45cm×45cm×65cm(长×宽×高)，截取若干尺寸为15cm×30cm的催化剂片，取20片叠放在尺寸为15cm×15cm×30cm的不锈钢盒中进行模拟再生实验。
用0.5MPa的压缩空气吹扫催化剂40min；然后将除尘后的催化剂模块在盛有0.1M硝酸的酸洗池中清洗2h；之后将酸洗后的催化剂模块在水洗池中水洗30min；将水洗过的催化剂模块在烘箱中120℃恒温干燥3h；将一级干燥后的催化剂模块在浸渍池(浸渍液配比为JFC-2型脂肪醇聚氧乙烯醚3wt‰；单乙醇胺1wt％；偏钒酸铵1wt％；四钼酸铵1wt％；其余为去离子水和草酸，pH＝6)中浸渍3h；将浸渍后的催化剂模块在烘箱中110℃恒温干燥4h，将二级干燥后的催化剂模块转移至马弗炉中进行煅烧，升温速率为5℃/min，400℃恒温煅烧8h。将煅烧后的催化剂冷却至室温。
截取5片长宽为30cm×2.9cm的平板催化剂，填装在定制的尺寸为3cm×3cm×30cm的铁盒子中进行脱硝性能检测。实验条件的模拟烟气组成：烟气中H2O为9.21vol％；O2为2.53vol％(湿基)；CO2为14.68％(湿基)；SO2为2730mg/Nm3(；NO为350mg/Nm3；氨氮摩尔比1.0；温度为365℃；空速：2500h-1。用烟气分析仪检测反应器进口、出口的NO浓度、SO2转化率以及氨气逃逸率。检测结果如下所示。
名称 NO转化率/％ SO2转化率/％ 氨气逃逸率/ppm
新鲜催化剂 87.0 0.7 1.9
失活催化剂 39.0 0.1 29.8
再生后催化剂 84.7 0.5 2.3
实施例3
选取某电厂已使用两年的失活钒钛系波纹板式催化剂，新鲜催化剂的活性为87％，失活催化剂脱硝活性降为39％。上述波纹板式催化剂孔道堵塞率达到31％。催化剂模块尺寸为45cm×45cm×65cm(长×宽×高)，截取若干尺寸为15cm×30cm的催化剂片，取20片叠放在尺寸为15cm×15cm×30cm的不锈钢盒中进行模拟再生实验。
用1MPa的压缩空气吹扫催化剂30min；然后将除尘后的催化剂模块在盛有1.0M醋酸的酸洗池中清洗60min；之后将酸洗后的催化剂模块在水洗池中水洗2h；将水洗过的催化剂模块在烘箱中110℃恒温干燥4h；将一级干燥后的催化剂模块在浸渍池(浸渍液配比为JFC型脂肪醇聚氧乙烯醚4wt‰；单乙醇胺1.5wt％；偏钒酸铵0.5wt％；四钼酸铵0.5wt％；其余为去离子水和草酸，pH＝7)中浸渍30min；将浸渍后的催化剂模块在烘箱中120℃恒温干燥3h，将二级干燥后的催化剂模块转移至马弗炉中进行煅烧，升温速率为5℃/min，450℃恒温煅烧6h。将煅烧后的催化剂冷却至室温。
截取5片长宽为30cm×2.9cm的平板催化剂，填装在定制的尺寸为3cm×3cm×30cm的铁盒子中进行脱硝性能检测。实验条件的模拟烟气组成：烟气中H2O为9.21vol％；O2为2.53vol％(湿基)；CO2为14.68％(湿基)；SO2为2730mg/Nm3(；NO为350mg/Nm3；氨氮摩尔比1.0；温度为365℃；空速：2500h-1。用烟气分析仪检测反应器进口、出口的NO浓度、SO2转化率以及氨气逃逸率。检测结果如下所示。
名称 NO转化率/％ SO2转化率/％ 氨气逃逸率/ppm
新鲜催化剂 87.0 0.7 1.9
失活催化剂 39.0 0.1 29.8
再生后催化剂 84.5 0.8 2.1
实施例4
选取某电厂已使用两年的失活钒钛系波纹板式催化剂，新鲜催化剂的活性为87％，失活催化剂脱硝活性降为39％。上述波纹板式催化剂孔道堵塞率达到31％。催化剂模块尺寸为45cm×45cm×65cm(长×宽×高)，截取若干尺寸为15cm×30cm的催化剂片，取20片叠放在尺寸为15cm×15cm×30cm的不锈钢盒中进行模拟再生实验。
用2MPa的压缩空气吹扫催化剂20min；然后将除尘后的催化剂模块在盛有2M草酸的酸洗池中清洗60min；之后将酸洗后的催化剂模块在水洗池中水洗2.5h；将水洗过的催化剂模块在烘箱中140℃恒温干燥1h；将一级干燥后的催化剂模块在浸渍池(浸渍液配比为JFC-1型脂肪醇聚氧乙烯醚3wt‰；尿素2wt％；偏钒酸铵2wt％；四钼酸铵2wt％；其余为去离子水和乳酸，pH＝5)中浸渍4h；将浸渍后的催化剂模块在烘箱中130℃恒温干燥2h，将二级干燥后的催化剂模块转移至马弗炉中进行煅烧，升温速率为5℃/min，550℃恒温煅烧3h。将煅烧后的催化剂冷却至室温。
截取5片长宽为30cm×2.9cm的平板催化剂，填装在定制的尺寸为3cm×3cm×30cm的铁盒子中进行脱硝性能检测。实验条件的模拟烟气组成：烟气中H2O为9.21vol％；O2为2.53vol％(湿基)；CO2为14.68％(湿基)；SO2为2730mg/Nm3(；NO为350mg/Nm3；氨氮摩尔比1.0；温度为365℃；空速：2500h-1。用烟气分析仪检测反应器进口、出口的NO浓度、SO2转化率以及氨气逃逸率。检测结果如下所示。
名称 NO转化率/％ SO2转化率/％ 氨气逃逸率/ppm
新鲜催化剂 87.0 0.7 1.9
失活催化剂 39.0 0.1 29.8
再生后催化剂 84.4 0.8 2.3
实施例5
选取某电厂已使用两年的失活钒钛系波纹板式催化剂，新鲜催化剂的活性为87％，失活催化剂脱硝活性降为39％。上述波纹板式催化剂孔道堵塞率达到31％。催化剂模块尺寸为45cm×45cm×65cm(长×宽×高)，截取若干尺寸为15cm×30cm的催化剂片，取20片叠放在尺寸为15cm×15cm×30cm的不锈钢盒中进行模拟再生实验。
用3MPa的压缩空气吹扫催化剂10min；然后将除尘后的催化剂模块在盛有1.0M硫酸的酸洗池中清洗10min；之后将酸洗后的催化剂模块在水洗池中水洗3h；将水洗过的催化剂模块在烘箱中150℃恒温干燥30min；将一级干燥后的催化剂模块在浸渍池(浸渍液配比为JFC-1型脂肪醇聚氧乙烯醚3wt‰；吐温1wt％；偏钒酸铵1wt％；四钼酸铵1wt％；其余为去离子水和乳酸，pH＝5)中浸渍6h；将浸渍后的催化剂模块在烘箱中140℃恒温干燥1h，将二级干燥后的催化剂模块转移至马弗炉中进行煅烧，升温速率为10℃/min，600℃恒温煅烧2h。将煅烧后的催化剂冷却至室温。
截取5片长宽为30cm×2.9cm的平板催化剂，填装在定制的尺寸为3cm×3cm×30cm的铁盒子中进行脱硝性能检测。实验条件的模拟烟气组成：烟气中H2O为9.21vol％；O2为2.53vol％(湿基)；CO2为14.68％(湿基)；SO2为2730mg/Nm3(；NO为350mg/Nm3；氨氮摩尔比1.0；温度为365℃；空速：2500h-1。用烟气分析仪检测反应器进口、出口的NO浓度、SO2转化率以及氨气逃逸率。检测结果如下所示。
名称 NO转化率/％ SO2转化率/％ 氨气逃逸率/ppm
新鲜催化剂 87.0 0.7 1.9
失活催化剂 39.0 0.1 29.8
再生后催化剂 83.9 0.9 1.9

Claims (10)

1.一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液，按重量百分比计，由以下成份组成：
所述再生浸渍液pH值为5-7。
2.如权利要求1所述的钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液，其特征在于，所述渗透促进剂选自JFC-1型脂肪醇聚氧乙烯醚，JFC型脂肪醇聚氧乙烯醚，JFC-2型脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种，其质量分数为3wt‰。
3.如权利要求1所述的钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液，其特征在于，所述助溶剂选自单乙醇胺、吐温、尿素中的一种或两种，其质量分数为1wt％。
4.如权利要求1所述的钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液，其特征在于，偏钒酸铵的质量分数为1wt％，四钼酸铵的质量分数为1wt％。
5.如权利要求1所述的钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液，其特征在于，所述酸为乳酸，醋酸，草酸中的一种，所述再生浸渍液的pH值为5。
6.权利要求1-5任一所述的钒钛系平板式脱硝催化剂的再生浸渍液的制备方法，包含以下步骤：
1)将渗透促进剂，助溶剂加入去离子水中，并搅拌均匀，得到溶液A；
2)向溶液A中加入偏钒酸铵固体和四钼酸铵固体，并搅拌均匀，得到溶液B；
3)向溶液B中加入酸调节pH值至5-7，搅拌陈化，得到最终的再生浸渍液。
7.一种钒钛系平板式脱硝催化剂的再生工艺，采用权利要求1-5任一所述的再生浸渍液实现，具体包括以下步骤：
1)将需再生的的催化剂用压缩空气吹灰，吹扫时间为0.1-1h；
2)将除灰后的催化剂进行酸洗，酸洗时间为0.1-2h；
3)将酸洗过的催化剂进行水洗，水洗时间为0.3-3h；
4)将水洗后的催化剂进行一级干燥，恒温110-150℃干燥0.5-4h；
5)将一级干燥后的催化剂进行浸渍，浸渍时间为0.5-6h；
6)将浸渍后的催化剂进行二级干燥，恒温100-140℃干燥1-6h；
7)将二级干燥后的催化剂进行煅烧，煅烧温度为300-500℃，煅烧时间控制为2-8h。
8.如权利要求7所述的钒钛系平板式脱硝催化剂的再生工艺，其特征在于，步骤1)中压缩空气压强为0.2-3MPa。
9.如权利要求7所述的钒钛系平板式脱硝催化剂的再生工艺，其特征在于，步骤2)中酸洗时采用的酸洗液浓度为0.1-2mol/L，酸洗液中的酸为硫酸，硝酸，醋酸，草酸中的一种或多种，所述酸洗液采用去离子水配制。
10.如权利要求7所述的钒钛系平板式脱硝催化剂的再生工艺，其特征在于，步骤3)中采用去离子水进行水洗。
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