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元琛科技脱硝催化剂系列 从化学角度分析催化剂失效及其应对策略

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SCR系统中,脱硝催化剂占据重要地位。然而,催化剂在使用2-3年后,便会因堵塞、中毒等原因导致失效,进而需要更换新的催化剂。

前篇说到脱硝催化剂失效原因有很多,主要针对物理因素进行分析并给出应对策略。今天来说一说化学因素对催化剂失效的影响。

化学因素即催化剂吸收、吸附烟气中的化学组分后,活性组分的化学活性被破坏或受到抑制,从而导致脱硝催化剂活性降低;主要包括:碱金属(Na、K)中毒、碱土金属(Ca)中毒、 砷(As)中毒、SO3中毒。

1、碱金属中毒(Na、K)

碱金属可直接与催化剂活性组分反应,使催化剂表面酸性下降,降低活性组分的可还原性,致使催化剂失去活性。

应对策略

飞灰中含有一定的碱金属或碱土金属元素,如K、Na、Mg等。碱金属主要是造成催化剂中V-OH的氢键被替换,使得催化剂的酸性活性位点被占据,从而使得催化剂的活性下降。碱金属与活性位的结合程度相对不是很大。可以通过配方调整,增加引入类似V2O5结构分子,构筑类似活性中心的副中心,增加抗碱中毒能力。此外增大活性中心电荷控制区域原子半径大的离子,可以排斥相同电荷的离子,阻止其他相同碱金属电荷离子的靠近。

2、碱土金属中毒(Ca)

飞灰中的游离CaO和催化剂表面吸附的SO3反应生成CaSO4,CaSO4在催化剂表面结垢,阻止了反应物质向催化剂表面的扩散和向催化剂内部扩散。

应对策略

通过调节脱硝反应的操作条件降低SO2/SO3转化率。

3、砷中毒(As)

砷(As)中毒是由于烟气中含有气态的As2O3引起的。As2O3分散到催化剂内并固化在活性、非活性区域,使反应气体在催化剂内的扩散受到限制,且毛细管遭到破坏。

应对策略

①为了缓解催化剂的As中毒,可以在烟气中喷入一定量的CaO与As结合,进行固化有害元素砷,减少催化剂的中毒情况。

②进行孔结构调整。气态As2O3在催化剂中的扩散和沉积受催化剂孔结构的影响比较大,生产催化剂时,通过控制造孔剂种类级均化程度控制孔分布形式,可减少氧化砷在毛细孔中的“毛细冷凝”现象。通过对载体TiO2形成的大、中、微孔处理。其中,中孔被认为可以有效容纳砷及其他有毒物质,即使部分孔产生毒化现象,反应物仍可以扩散至活性位点进行反应。通过此工艺,高砷工况下,其活性衰减为新鲜催化剂的90%左右,说明我司此工艺催化剂有较好的抗砷中毒能力。

③进行配方优化升级。在钒钛系催化剂中,Mo有助于提升砷中毒能力,合理添加MoO3可以提高催化剂抗砷中毒能力。

④催化剂表面SO42-的存在可以提高抗砷中毒能力。SO42-的存在可以降低As2O3对于催化剂表面酸性位点的不利影响,使NH3容易吸收附在催化剂表面并被活化,从而在As2O3沉积后仍保持较好的催化活性。

⑤TiO2与硅酸盐分子筛制作复合载体。分子筛具有丰富的孔道结构和表面强酸性,可以提升催化剂抗砷中毒能力。

⑥催化剂迎尘端增加吸附装置。通过此吸附装置可以对砷元素进行预先吸附,减少与催化剂接触的砷含量,间接提升SCR脱硝系统的抗砷中毒能力。

4、硫中毒(SO3)

由烟气中的SO2被氧化生成SO3引起的。SO3可与烟气中的CaO以及还原剂NH3反应,相应的生成物覆盖催化剂表面及堵孔。

应对策略

1)对催化剂进行掺杂,如过渡金属元素、稀土金属元素等的氧化物,控制SO2氧化率<1%;

2)提高脱硝反应温度;

3)降低钒的负载量。



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