SCR脫硝催化劑介紹

1、SCR 脫硝催化劑介紹1催化劑的化學(xué)組成商業(yè)SCR催化劑活性組分為V2O5,載體為銳鈦礦型的TQ2, WO3或MoO3作助催劑。SCR催化劑成分及比例，根據(jù)煙氣中成分含量以及脫硝 性能保證值的不同而不同。表2-2列出了典型催化劑的成分及比例。表2-2典型催化劑的成分及比例催化劑成分比例(%)主要原材料TiO278WO39MoO31活性劑V2O503纖維(機(jī)械穩(wěn)疋性)SiO2Al 2O3CaO1Na?O+ K2O活性組分是多元催化劑的主體，是必備的組分，沒(méi)有它就缺乏所需的 催化作用。助催化劑本身沒(méi)有活性或活性很小，但卻能顯著地改善催化劑 性能。研究發(fā)現(xiàn)WO3與MoO3均可提高催化劑的熱穩(wěn)定性，并

2、能改善V2O5 與TiO2之間的電子作用，提高催化劑的活性、選擇性和機(jī)械強(qiáng)度。除此以外，MoO3還可以增強(qiáng)催化劑的抗AS2O3中毒能力。載體主要起到支撐、分散、穩(wěn)定催化活性物質(zhì)的作用，同時(shí)TiO2本身 也有微弱的催化能力。選用銳鈦礦型的 TiO2作為SCR催化劑的載體，與 其他氧化物(如AI2O3、ZrO2)載體相比，TiO2抑制SO2氧化的能力強(qiáng)，能很 好的分散表面的釩物種和 TiO 2的半導(dǎo)體本質(zhì)。2. 對(duì)SCR催化劑的要求 理想的燃煤煙氣脫硝催化劑需要滿足以下條件：(1) 活性高為滿足國(guó)家嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，需要達(dá)到80%90%的脫硝率， 即要求催化劑有很高的SCR活性；(2) 選擇性強(qiáng)還原

3、劑NH3主要是被NOx氧化成N2和出0,而不是被02 氧化。催化劑的高選擇性有助于提高還原劑的利用率，降低運(yùn)行成本；(3) 機(jī)械性能好燃煤電廠大多采用高灰布置方式， SCR 催化劑需長(zhǎng)期受 大氣流和粉塵的沖刷磨損，并且安裝過(guò)程對(duì)催化劑的機(jī)械強(qiáng)度也有一定的 要求；(4) 抗毒性強(qiáng)煙氣和飛灰中含有較多的毒物， 催化劑需要耐毒物的長(zhǎng)期 侵蝕，長(zhǎng)久保持理想的活性；(5) 其他SCR催化劑對(duì)SO2的氧化率低，良好的化學(xué)、機(jī)械和熱穩(wěn)定 性，較大的比表面積和良好的孔結(jié)構(gòu)，壓降低、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)。此外， 還要求 SCR 催化劑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地省、易于拆卸或裝填。3. 催化劑類型電廠煙氣脫硝催化劑的主要類型有蜂窩

4、式、板式和波紋式，結(jié)構(gòu)如圖2-23 所示。蜂窩式催化劑表面積大、活性高、體積小，目前占據(jù)了80的市場(chǎng)份額，平板式催化劑比例其次，波紋板最少。蜂窩式板式波紋式圖 2-23 催化劑結(jié)構(gòu)表2-3列出了蜂窩式與板式、波紋式催化劑主要性能對(duì)比表2-3不同類型SCR催化劑的性能比較性能參數(shù)蜂窩式催化劑板式催化劑波紋式催化劑成型陶制擠壓，成型均 勻，整體均是活性成分金屬作為載體，表面涂層為活性成分波紋狀纖維作載 體，表面涂層為活性成 分特點(diǎn)比表面積大、活性 高、所需催化劑體積 ??；催化活性物質(zhì)比其 他類型多5070%;催 化劑再生后仍保持選 擇性表面積小、催化劑 體積大；生產(chǎn)簡(jiǎn)便，自 動(dòng)化程度咼；煙氣通過(guò)

5、性好，但上下模塊間易 堵塞；實(shí)際活性物質(zhì)比蜂窩式少50%表面積介于蜂窩式 與平板式之間，質(zhì)量 輕；生產(chǎn)自動(dòng)化程度 高；活性物質(zhì)比蜂窩式 少70%;煙氣流動(dòng)性很 敏感；上下模塊之間易 堵塞基材整體擠壓不銹鋼金屬板玻璃纖維板催化劑活性中低高SO2氧化率高高低壓力損失高中低抗中毒性(As)低低高堵塞可能性中低中模塊質(zhì)量中重輕耐熱性中中中適用范圍高塵及低塵均適用高塵及低塵均適用主要用于低塵，也 用于高塵4. 催化劑的失活催化劑的失活可分為物理失活和化學(xué)失活。 典型的SCR催化劑化學(xué)失 活主要是堿金屬、堿土金屬和 As等引起的催化劑中毒，物理失活主要是 指高溫?zé)Y(jié)、磨損和堵塞而引起的催化劑活性破壞。(1

6、) 催化劑的燒結(jié)以鈦基催化劑為例，長(zhǎng)時(shí)間暴露在 450C以上的高溫 環(huán)境中，可引起催化劑活性表面的燒結(jié)，微晶聚集，導(dǎo)致催化劑顆粒增大、 表面積減小，使催化劑活性降低，如圖 2-24所示。圖2-24催化劑的燒結(jié)在鈦基釩類商用催化劑配方中加入鎢會(huì)最大限度地減少催化劑的燒 結(jié)，不同鎢含量所允許的最高運(yùn)行溫度是不同的， SCR 反應(yīng)器在正常運(yùn)行 溫度工作時(shí)，燒結(jié)現(xiàn)象可以忽略。因此， SCR 反應(yīng)器的運(yùn)行溫度必須嚴(yán)格 遵守廠家的指導(dǎo)要求。(2) 煙氣中飛灰 (煙塵)在所有導(dǎo)致 SCR 催化劑失活的因素當(dāng)中， 積灰是 最復(fù)雜、影響最大的一個(gè)。如果催化劑的微孔被煙塵顆粒堵塞，則催化劑 表面活性位逐漸喪失，導(dǎo)

7、致催化劑失活。有分析得出：催化劑表面沉積的 飛灰主要是一些粒徑小于5口的顆粒，與煙氣中的飛灰相比，硫酸鹽化的 顆粒數(shù)目明顯增加， As 和 Na 等元素更容易在小顆粒上富集，進(jìn)而對(duì)催化 劑造成嚴(yán)重毒害。為減少飛灰對(duì)催化劑的影響，可采取以下措施：在SCR工藝中，設(shè) 置預(yù)除塵裝置以及在省煤器出口設(shè)置大截面灰斗和除灰格柵；合理吹 灰，降低飛灰在催化劑表面的沉積；合適的煙氣均布措施；選擇合適 的催化劑類型及性能參數(shù)。如防止蜂窩狀催化劑堵塞應(yīng)選用合適的催化劑 節(jié)距和蜂窩尺寸；選擇合適的催化劑量，增加催化劑的體積和表面積； 通過(guò)適當(dāng)?shù)闹苽涔に?，增加催化劑表面的光滑度，減緩飛灰在催化劑表 面的沉積。(3)

8、煙塵中堿金屬、 堿土金屬、 As 飛灰中含有一定的堿金屬 (一般指 K、 Na)，其含量一般比Ca、Mg少得多。堿金屬可以直接與催化劑的活性位 反應(yīng)導(dǎo)致活性位喪失，主要是造成催化劑中 VOH 的氫鍵被替換，催化 劑的酸性下降，從而使催化劑失活。堿金屬與活性位的結(jié)合程度相對(duì)不是 很大，但如果在有冷凝水存在的情況下， 催化劑的失活性可能會(huì)成倍增加，因?yàn)檫@時(shí)它們更易于流動(dòng)并滲入到催化劑材料的內(nèi)部。對(duì)于蜂窩式催化劑 來(lái)說(shuō)，由于堿金屬離子的移動(dòng)性可以被整體式載體材料所稀釋，能夠?qū)⑹?活速率降低，使用壽命也就更長(zhǎng)。 SCR 脫硝反應(yīng)主要發(fā)生在催化劑的外表 面，因此，催化劑失活的程度取決于可以到達(dá)催化劑活性

9、位的飛灰上所含 有的堿金屬的濃度。為了避免催化劑的堿金屬中毒，催化劑應(yīng)該盡量避免 潮濕環(huán)境，并且應(yīng)使用蜂窩狀催化劑以減少堿金屬的影響。對(duì)于SCR脫硝系統(tǒng)，如果燃煤中CaO過(guò)高，催化劑活性將被削弱。 我國(guó)煤中CaO含量相對(duì)較高，如電廠廣泛使用的神華煤灰分為9%24%, 而灰中CaO含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%30%。一般認(rèn)為，CaO的堿性使催化劑 酸性下降,但并不會(huì)造成催化劑活性的大幅下降。催化劑性能下降的主要 原因是飛灰中的CaO與SO3反應(yīng)，在催化劑表面形成一層CaSO4，并覆蓋 住催化劑的活性位,阻止反應(yīng)物擴(kuò)散進(jìn)入催化劑進(jìn)行脫硝反應(yīng)。相對(duì)于板 式催化劑來(lái)講，蜂窩式催化劑受 CaO的影響較小，抗Ca

10、O中毒能力更強(qiáng)。砷是大多數(shù)煤種中都存在的成分，SCR催化劑的砷中毒是由氣態(tài)砷的 化合物不斷積聚,堵塞進(jìn)入催化劑活性位的通道造成的。煙氣中氣態(tài)砷的 主要形態(tài)為AS2O3,主要沉積并堵塞催化劑的中孔，即孔徑在g到1 g之間的孔。無(wú)論是應(yīng)用哪一種爐型,催化劑都會(huì)出現(xiàn)明顯的砷中毒現(xiàn)象。 當(dāng)煙氣中存在大量的CaO時(shí)，AS2O3會(huì)和CaO及煙氣中的O?發(fā)生反應(yīng)， 生成Ca3（AsO4）2, Ca3（AsO4）2是一種熱穩(wěn)定性非常高的化合物，并且不會(huì) 導(dǎo)致催化劑失活，所以當(dāng) CaO 和 AS2O3 同時(shí)存在時(shí)，兩種物質(zhì)對(duì)于催化劑 的影響會(huì)被大大削弱，但通常情況下，燃煤鍋爐排放的AS2O3濃度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 高于Ca

11、O。通過(guò)改變催化劑的微孔結(jié)構(gòu)和微孔分布可以有效地預(yù)防砷中毒， 這一措施已經(jīng)被許多催化劑生產(chǎn)商采用。煙氣中SO3燃燒過(guò)程中將產(chǎn)生SO3。在催化劑中增加氧化釩的比例 可以提高催化劑的脫硝活性，但同時(shí)也增加了 SO2向SO3的轉(zhuǎn)化量，從而 增加了煙氣中SO3的濃度。溫度對(duì)SO2向SO3的轉(zhuǎn)化有很大的作用，即使 在低氧化釩含量甚至無(wú)氧化釩含量的催化劑中，仍然有部分SO2轉(zhuǎn)化成SO3。溫度較低時(shí)，煙氣中SO3與NH3反應(yīng)產(chǎn)生硫酸銨和硫酸氫銨。硫酸銨 和硫酸氫銨是細(xì)小的黏性顆粒，硫酸銨為白色固體；硫酸氫銨在160220 C時(shí)為黏性固體，在煙氣溫度過(guò)低時(shí)，易凝結(jié)吸附在催化劑表面和空 氣預(yù)熱器上，繼而沉積造成

12、催化劑的堵塞，使催化劑失活。另外，硫酸氫 銨具有腐蝕性，會(huì)造成空氣預(yù)熱器的腐蝕。防止銨鹽沉積采取的措施有：設(shè)計(jì)合理的催化劑配方，降低 SO2的 轉(zhuǎn)化率；減少氨氣的逃逸量。如選擇合適的 NH3/NOX摩爾比、合適的催 化劑體積，以及合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是混合裝置的設(shè)計(jì)，使催化劑表面 煙氣濃度達(dá)到均勻分布；在低負(fù)荷情況下，當(dāng)溫度達(dá)不到要求時(shí)停止噴 氨。銨鹽的沉積只有在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，溫度低于銨鹽的凝結(jié)溫度時(shí)才有 可能發(fā)生。銨鹽沉積引起的催化劑堵塞，可以通過(guò)加熱的方式分解硫酸銨，恢復(fù) 催化劑的部分活性，但長(zhǎng)期低于允許溫度會(huì)使催化劑活性發(fā)生不可逆的變 化。對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行沖洗可以清除銨鹽沉積。(5)催

13、化劑的磨損磨損主要是由飛灰對(duì)催化劑表面的沖擊引起的。 催化 劑的磨損是氣速、飛灰特性、沖擊角度及催化劑特性的函數(shù)，因此高的煙 氣流速和顆粒物濃度會(huì)加速這種磨損。除了高溫?zé)煔獾臎_刷， SCR 系統(tǒng)中 吹灰器的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生明顯的磨損現(xiàn)象。另外，對(duì)于蜂窩狀催化劑而言， 出現(xiàn)磨損的孔道在流經(jīng)煙氣時(shí)，流動(dòng)阻力和壓降都會(huì)減小，相比之下會(huì)有 更多的煙氣流過(guò)，從而進(jìn)一步加劇這種磨損效果，而那些表面和邊緣經(jīng)過(guò) 處理的催化劑，抗磨損的能力會(huì)高些。防止催化劑磨損采取的措施有：合理設(shè)計(jì)催化劑；選用合適的煙氣速 度；應(yīng)盡可能地除去煙氣中磨損性較強(qiáng)的大顆粒飛灰。在催化劑設(shè)計(jì)方面 主要采取的措施有：頂端硬化。增加蜂窩式催化劑端部的硬度，以抵御 迎灰面的磨損。 對(duì)于平板式催化劑， 因其支撐架為金屬網(wǎng)， 端部被磨損后， 其金屬基材暴露在迎風(fēng)面，可阻止煙氣的進(jìn)一步磨損，一般認(rèn)為板式催化 劑的抗磨損性能較好。增厚。增加整體催化劑的壁厚，提高磨損裕量， 以延長(zhǎng)催化劑的機(jī)械壽命。此舉還有利于催化劑的清洗和再生。使用均 質(zhì)催化劑結(jié)構(gòu)因?yàn)樵诟呋蚁?，催化劑的迎灰面以及?nèi)壁都會(huì)發(fā)生一定程度 的磨蝕，表面涂層的催化劑在表面發(fā)生磨損后，催化劑的活性會(huì)大幅度地 降低。燒結(jié)、磨損和積灰現(xiàn)象都會(huì)引發(fā)催化劑的失活，其中積灰對(duì)于催化劑 的影