SCR失效催化剂及其处置与再利用技术

陈其颢，朱 林

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京 210044;2.国电环境保护研究院，江苏 南京 210031)

SCR失效催化剂及其处置与再利用技术

陈其颢1，朱 林2

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京 210044;2.国电环境保护研究院，江苏 南京 210031)

介绍了SCR催化剂失效的原因，主要是飞灰磨蚀和堵塞、碱金属和砷中毒以及温度过高引起的催化剂烧结等，分析了SCR失效催化剂的处置要求，并探讨了SCR失效催化剂的资源再利用技术。

脱硝;选择性催化还原;催化剂;失效;再利用

1 SCR技术及催化剂

SCR脱硝技术是指在催化剂的作用下，利用还原剂(如NH3或尿素)“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。与其他脱硝技术相比，SCR技术具有脱硝效率高，选择性好，运行稳定可靠，装置结构简单，便于维护，且没有副产品，不会造成二次污染等优点。

催化剂是SCR系统的核心，其组成、结构、寿命等相关参数直接影响SCR脱硝系统的脱硝效率及其运行情况。在SCR法中，催化剂的投资约占整个SCR投资的30% ～40%。催化剂以TiO2为载体，主要活性成分为V2O5－WO3(MoO3)等金属氧化物，寿命一般为3～5年。SCR催化剂主要分为蜂窝式、板式和波纹式三种［1－2］。蜂窝式和板式催化剂具有表比面积大、抗中毒能力强、持久性好等优点，是目前市场的主流产品。

2 催化剂的失效［3－5］

催化剂失效原因包括:飞灰磨蚀和堵塞、碱金属和砷中毒以及温度过高引起催化剂烧结等。

2.1 飞灰磨蚀和堵塞

飞灰磨蚀主要是由于飞灰撞击催化剂表面造成的侵蚀磨损，磨蚀强度与烟气流速、飞灰特性和催化剂的材料有关。这种情况引起的催化剂失效是不可逆的。为了减少飞灰磨蚀，可优化烟气流场分布，避免出现高流速区;硬化处理烟气进口侧催化剂的边缘层;选用耐磨蚀的催化剂等。而催化剂堵塞则主要是由于烟气流速过低或烟尘浓度过高，飞灰粘附在催化剂表面，覆盖催化剂活性部位，引起催化剂钝化。更为严重的是，粘附的飞灰可能与烟气中的硫分反应，形成固体颗粒，紧紧粘附在催化剂表面。因此，为了保证催化剂活性，在SCR运行过程中，吹灰器的投运应严格按照规程操作。

2.2 催化剂中毒

催化剂中毒主要是因为烟气中的有害化学成分作用于催化剂活性成分造成的，碱金属(K、Na等)、砷是引起催化剂中毒的主要成分。K+、Na+碱金属离子主要由生物质燃料燃烧产生，直接与催化剂的活性位反应使其钝化。水溶状态下，碱金属有很高的流动性，可进入催化剂材料内部，对催化剂造成持久的毒害作用。砷中毒主要是高温烟气中的气态As2O3引起的。As2O3扩散进入催化剂内部孔道，并在催化剂毛细孔中发生毛细凝结，或与催化剂活性位反应引起催化剂活性降低。

2.3 烧结

温度过高会引起催化剂结构和性能变化，进而导致催化剂烧结。V2O5/TiO2催化剂若长时间暴露于450℃以上的高温环境会使活性降低，因此需严格控制SCR入口烟温。实际运行中，除了烟温过高会造成催化剂烧结外，锅炉启动时粘附在催化剂表面的油雾也会引起催化剂烧结。

3 失效催化剂的处置要求

在《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中，危险废物是指列入《国家危险废物名录》或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物。《国家危险废物名录》的 HW06、HW13、HW38、HW39、HW45、HW46 等类别都涉及失效催化剂［6］。SCR失效催化剂中含有大量为催化剂提供活性的重金属，而且其表面会附着或沉积危险污染物，因此，SCR失效催化剂属于危险固体废物。

4 资源再利用

失效催化剂处理的方式包括:催化剂再生、再循环使用催化剂的组分、填埋处置［6－7］。

4.1 再生技术［8］

再生技术主要有水洗再生、热还原再生、SO2酸化热再生及酸、碱液处理再生。水洗再生是指通过压缩空气冲刷去除催化剂表面的浮尘，然后用去离子水冲洗以清洗和溶解与催化剂表面结合的尘土及盐分子，最后再用压缩空气干燥。该法简单有效，可将催化剂活性从50%恢复到83%左右。水洗再生对碱金属中毒的催化剂基本有效，但是仍有报道一些商业SCR催化剂碱金属中毒后采用水浸泡后溶液中检测不到碱金属。

热再生的过程为:在惰性保护气体氛围下，以一定速率升高催化剂温度，保持一段时间，然后降温，惰性气体在整个过程中可以防止发生氧化等反应。热还原再生过程与热再生过程类似，在惰性气体中混合一定比例的还原性气体，在高温环境中利用还原性气体与催化剂表面与金属结合的硫酸盐发生反应，实现催化剂的脱硫再生。

SO2酸化热再生可用于金属氧化物中毒的SCR催化剂，其过程是:将已钝化的催化剂在去离子水中清洗，然后在100℃条件下烘干1h，在置于SO2气体中于350℃ ～420℃条件下煅烧，从而恢复催化剂活性。该法与酸液再生原理相同，都是在于提高催化剂表面的酸位点。酸液处理催化剂再生一般用于催化剂金属氧化物碱中毒后的再生，通常先将中毒后的催化剂置于一定浓度的酸溶液中浸泡若干时间，再用清水洗涤至pH接近7，最后将处理好的催化剂在低于100℃的温度干燥。酸碱组合式处理催化剂再生用于催化剂非金属氧化物中毒后的再生，其过程与酸洗再生过程类似，先将中毒的催化剂在一定浓度的碱溶液中浸泡若干时间，过剩的碱再用无机或有机酸中和处理，处理好的催化剂干燥后用活性元素的水溶性化合物浸渍。

4.2 回收催化剂组分及再利用［9］

SCR失效催化剂中含有可以回收利用的有价金属 V2O5、WO3、MoO3、TiO2，将这些有价金属回收并加以合理利用，不仅可以减少二次污染，又能避免资源浪费，是脱硝产业得以良性循环的重要举措。

失效的SCR催化剂可以用作水泥原料或混凝土及其他筑路材料的混凝料。若是允许，使用CaO对金属钒处置后，失效催化剂可以作为填料物料处理。或者将失效催化剂研磨后与燃煤混合，喂入燃煤电厂锅炉进行燃烧。经热解后的催化剂材料与粉煤灰一起进行处置。经研磨的催化剂材料也可被用作水泥或制砖行业。

4.3 填埋处置

对不能再生和资源再利用的失效SCR催化剂可采取填埋，由于其属于危险固体废物，必须在获得许可的危险废弃物填埋处理厂进行处理。

［1］GB 13223－2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［2］王义兵，孙叶柱，陈 丰，等.SCR烟气脱硝催化剂特性及其应用［J］.电力环境保护，2009，25(4):13－15.

［3］陈崇明，宋国升，邹斯诣.SCR催化剂在火电厂的应用［J］.电站辅机，2010，31(4):14 －17.

［4］强华松，刘清才.燃煤电厂SCR脱硝催化剂的失活与再生［J］.材料导报，2008，(22):285 －287.

［5］刘 慷，张 强，虞 宏，等.火电厂脱NOx用SCR催化剂种类及工程应用［J］.电力环境保护，2009，25(4):10 －12.

［6］李金惠，杨连威.危险废物处理技术［M］.北京:中国环境科学出版社，2006.

［7］胡华龙，温雪峰，罗庆明.废物处理:综合污染预防与控制最佳可行技术［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［8］徐晓亮，黄丽娜，廖明烽.SCR脱硝催化剂循环再利用的研究进展［J］.绿色科技，2011，(6):6 －9.

［9］徐芙蓉，周立荣.燃煤电厂SCR脱硝装置失效催化剂处理方案探讨［J］.中国环保产业，2010，(11):25－27.

Disposal and recycling technologies of disabled SCR catalysts

The reasons that caused the SCR catalysts deactivation mainly including fly ash abrasion and blockage，alkali metal and arsenic poisoning and catalyst sintering with high temperature.The disposal requirements of disabled SCR catalysts are introduced.The recycling technologies of disabled SCR catalysts are discussed.

de－NOx;SCR;catalysts;deactivation;reuse

X701.7

B

1674－8069(2012)03－027－02

2012-02-29;

2012-05-17

陈其颢(1988-)，男，江苏南通人，硕士研究生，研究方向为环境污染控制机理与技术。E－mail:cqhssd@gmail.com