CN110252283A - 一种改性scr催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性SCR催化剂的制备方法及其应用，该方法包括对废旧SCR催化剂的表面清洗、粉碎研磨、铁氧化物的负载、干燥，然后通过将铁氧化物负载到催化剂粉体表面，可得到磁性的改性SCR粉体状催化剂。该废旧SCR催化剂再处理后喷入SCR装置的前端进行Hg0的氧化，同时增加了NO的氧化能力，明显提升了后续SCR单元的处理效率，并延长了后续SCR设备的使用寿命，同时避免了SCR单元的注氨过程对Hg0的氧化产生不利影响。由于粉状的催化剂活性组分及氯的存在，大大提高了Hg0的脱除效率，并且催化剂带有磁性，在喷入烟道进行同步脱硝脱汞后可对该粉体催化剂进行磁回收循环利用。

Description

一种改性SCR催化剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及脱销催化剂再生技术领域，更具体的说是涉及一种改性SCR催化剂的制备方法及其应用。
背景技术
目前，选择性催化还原(SCR)脱硝技术已经广泛应用于燃煤电厂烟气脱硝系统，其中，SCR脱硝催化剂是该工艺的核心部分。随着我过燃煤电厂烟气控制标准的愈发严格，国内生产企业对于烟气脱硝催化剂的效率要求以及更换频率也会随着增加。然而，一方面SCR烟气脱硝催化剂组分中的钒、钨、钛这些贵金属成本昂贵，另一方面催化剂属于消耗物，随着国内火电厂氮氧化物排放标准的愈发严格，产生的废旧催化剂将会越来越多，而且由于SCR催化剂本身活性组分的毒性(V2O5)和碱金属、重金属中毒失活(Ca、K、As)等原因，废旧SCR催化剂已经被纳入危险废物条目进行管理。而现有的SCR脱硝催化剂再生技术条件有限，经酸洗碱洗等再生后的催化剂机械强度、脱硝效率等无法满足工艺要求。所以，资源化处理属于危废的废旧SCR催化剂，降低工厂频繁更换新鲜催化剂的成本，是一个具有很大潜力的研究方向。
另一方面，随着社会发展以及环境重视程度的提高，燃煤烟气汞污染问题成为大气环境问题中突出的部分，我国《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)中规定汞及其化合物的烟气排放阈值为0.03mg/m3。在燃煤烟气汞污染物在烟道中有三种存在形式，颗粒态的Hgp，Hg2+，这两种占比仅为6～30％左右，容易被裹挟在飞灰中被除尘器捕集或者在脱硫塔中得到净化，而元素态的Hg0具有较高的蒸气压而难溶于水，无法将其有效净化，该部分Hg0在烟道气中占比达到70～94％，Hg0在烟道气体中的脱除称为烟气脱汞的极为重要部分。目前，烟气中的Hg0的处理技术包括活性炭及改性活性炭、贵金属催化剂、过渡金属氧化物等。因为其物理吸附和化学吸附相结合的作用，改性活性炭具有较好的汞去除效果，包括S、卤素、金属氧化物修饰等。但是这类改性活性炭使用成本较高，而且会影响飞灰的品质，增加其处置难度。随后，研究者们在过渡金属氧改性活性炭的同时对其进行磁改性，便于活性炭的回收以及循环利用。其它各类方法目前也都处于研究阶段，各自都存在一定的适用范围及优缺点。
快速SCR反应(Fast SCR Reaction)在本世纪初就已经被提出，即在SCR单元上游设置催化氧化型催化剂使得烟气中的NO 50％转化为NO2来达到SCR过程NO与NO2大约为1:1的高效脱硝反应(2NO+O2→2NO2，
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O)。燃煤烟气中的NO含量在90％以上，因此通过空速调节等方式控制SCR入口处50％的NO转化为NO2将极大促进SCR效率的提升，从而可以减少SCR催化剂的使用量来降低成本。
因此，如何提供一种回收利用废旧SCR催化剂的方法且处理后的催化剂可以有效的对Hg0和NO氧化，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明针对要解决的问题提供了一种简单合理、安全处置废旧SCR催化剂的方法，并将该改性催化剂用于燃煤电厂烟气进行同时脱硝脱汞。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种改性SCR催化剂的制备方法，具体步骤如下：
步骤(1)：对废旧SCR催化剂进行清灰、清洗、干燥后破碎至100-200目大小；
步骤(2)：将步骤(1)处理后的催化剂粉体置于含有Fe2+和Fe3+溶液中浸渍，然后加氨水调节pH为8-9.5；
步骤(3)：将步骤(2)处理后的催化剂过滤后加热干燥；
步骤(4)：将步骤(3)处理过的催化剂置于高温烧结炉中进行焙烧，即得改性SCR催化剂。
优选的，所述步骤(2)中的Fe2+盐溶液包括FeSO4、FeCl2中的一种或多种混合物。
优选的，所述步骤(2)中的Fe3+盐溶液为Fe2(SO4)3、FeCl3、Fe(NO3)3中的一种或多种混合物。
优选的，所述步骤(2)中Fe2+：Fe3+为1:1～1:3,混合溶液中总铁离子浓度为0.3-0.1mol/L且在使用时混合溶液必须包含Cl-。
优选的，所述步骤(2)中每100ml混合溶液中加入的步骤(1)处理后的废旧SCR催化剂粉体的量为10-20g。
优选的，所述步骤(4)中的煅烧为空气氛围，煅烧温度300-500℃,煅烧时间为1-3h。
进一步地，上述本发明制备的改性SCR催化剂应用于脱汞脱硝工艺中。将改性SCR催化剂粉末喷入SCR单元前端烟道中，进行同步脱硝脱汞的反应，在烟气进入SCR处理工序前进行磁回收循环利用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)废旧SCR催化剂的表面清洗是除掉表面有毒有害物质的吸附饱和层，经粉碎研磨后，原催化剂内部的活性组分暴露出来，有利于催化剂活性的增强；
(2)能将归于危险废物的废旧SCR催化剂进行资源化重复至脱硝系统中，但又避免了相比于普通的再生催化剂直接回用至SCR单元后，由于脱硝效率无法完全恢复造成脱硝效率下降的问题；
(3)本发明将改性废旧SCR催化剂粉末喷至SCR前端烟道中进行Hg0的脱除，避免了注氨过程对Hg0的催化影响；而生催化氧化NO可增加烟道中NO2的比例，促进Fast-SCR的发生，提高后续SCR效率并减轻SCR单元的处理负荷；
(4)本发明对废旧SCR催化剂进行磁改性喷入SCR单元前的烟道中并在SCR单元前运用磁场对其回收，保证了SCR单元的运行不受影响，同时实现了改性废旧SCR催化剂材料的重新回收利用。
(5)本发明不需额外增加工作单元，节省占地面积，有利于现行SCR脱硝工艺的改造。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为燃煤烟气污染控制基本流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是所用物料份数均为质量份；所用溶液浓度均为摩尔浓度。
实施例1
对某燃煤电厂失活后废旧钛基V2O5-WO3SCR脱硝催化剂进行改性制备，将废旧SCR催化剂以超声结合脉冲吹喷清灰的方式对其表面进行清灰。
具体操作为将废旧SCR催化剂在超声频率为100KHZ～130KHZ条件下超声3-5min分钟后进行一次脉冲吹喷，脉冲吹喷的空气压力为0.7-1MPa，流量为0.9-1.2m3/s，脉冲作用间隔时间为0.2-0.5秒，周期为2-3min；如此超声与脉冲完成一个清灰周期，整个清灰过程持续5-7个周期。
然后将清灰后的废旧SCR催化剂破碎成150-200目大小的粉体，对粉体进行去离子水清洗和烘干后，取20g的废旧SCR催化剂粉体置于100ml的去离子水中，加入Fe2+：Fe3+：1：2的FeSO4和FeCl3，使得总铁离子的浓度为0.7mol/L，使得废旧SCR催化剂粉体浸渍在溶液中1h，然后将装有催化剂粉末的容器放入干燥箱内进行干燥，干燥时间为12h；最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，400℃温度条件下煅烧2h，得到磁改性催化剂粉体。所述得到的磁改性粉体，用于同时脱硝脱汞的使用方法如图一所示：
图1为燃煤烟气污染控制基本流程图，包括：燃煤锅炉1、磁改性催化剂粉体喷入口2、磁改性粉体磁回收装置3、电除尘器4、SCR脱硝系统5、湿法烟气脱硫系统6、烟囱7。在燃煤烟气污染物进入烟道系统后，喷入废旧SCR磁改性催化剂，在烟道中进行Hg0的氧化同时，氧化部分NO；随后部分废旧SCR磁改性催化剂在磁场作用下被回收重新返回至前端烟道，烟气进入后续工序继续进行污染物的脱除。
实施例2
取同实施例1所述预处理方式相同的废旧SCR催化剂粉末20g，置于100ml的去离子水中，加Fe2+：Fe3+：2：3的FeCl2和FeCl3，使得总铁离子浓度为0.6mol/L，加氨水调节溶液pH在8.5左右，在加入氨水的同时充分搅拌，随后将SCR催化剂粉体在溶液中静置1h后过滤出SCR催化剂粉末，然后转入干燥箱干燥12h，最后将催化剂粉末放入KSL系列箱式高温烧结炉中，400℃温度条件下煅烧2h，亦得到磁改性催化剂粉体。其运行使用过程与实施事例1表述相似。
综上，本发明在SCR前端烟道中喷入磁改性的废旧SCR催化剂粉末，在烟道中与烟气混合的同时进行Hg0和NO的氧化，将Hg0转化为能被湿法脱硫系统捕捉的可溶态Hg2+，而此过程中部分NO被氧化为NO2可加快后续SCR反应，可节省SCR工艺单元中的催化剂用量以及烟气在SCR单元中的停留时间，磁改性的催化剂在烟道中参与脱硝脱汞反应，不需要额外增加工作单元，节省占地面积，有利于现行SCR脱硝工艺的改造。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种改性SCR催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤(1)：对废旧SCR催化剂进行清灰、清洗、干燥后破碎至100-200目大小；
步骤(2)：将步骤(1)处理后的催化剂粉体置于含有Fe2+和Fe3+溶液中浸渍，然后加氨水调节pH为8-9.5；
步骤(3)：将步骤(2)处理后的催化剂过滤后加热干燥；
步骤(4)：将步骤(3)处理过的催化剂置于高温烧结炉中进行焙烧，即得改性SCR催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种改性SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的Fe2+盐溶液包括FeSO4、FeCl2中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种改性SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的Fe3+盐溶液为Fe2(SO4)3、FeCl3、Fe(NO3)3中的一种或多种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种改性SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中Fe2+：Fe3+为1:1～1:3,混合溶液中总铁离子浓度为0.3-0.1mol/L且在使用时混合溶液必须包含Cl-。
5.根据权利要求1所述的一种改性SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中每100ml混合溶液中加入的步骤(1)处理后的废旧SCR催化剂粉体的量为10-20g。
6.根据权利要求1所述的一种改性SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的煅烧为空气氛围，煅烧温度300-500℃,煅烧时间为1-3h。
7.一种由权利要求1-6任一项所述的改性SCR催化剂应用于脱汞脱硝工艺中，将改性SCR催化剂粉末喷入SCR单元前端烟道中，进行同步脱硝脱汞的反应，在烟气进入SCR处理工序前进行磁回收循环利用。
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