SCR催化剂的砷中毒研究进展

SCR催化剂的砷中毒研究进展

【摘要】在烟气脱硝系统中，选择性催化还原催化剂的中毒和再生是广泛关注的问题。本文主要介绍了scr催化剂砷中毒的机理，及避免催化剂砷中毒的方法和催化剂砷中毒的催化剂再生。

【关键词】选择性催化还原；催化剂；砷中毒

0.前言

燃煤电厂排放的氮氧化物（nox）是主要大气污染物之一，也是形成光化学烟雾、酸雨污染及破坏臭氧层的主要物质。如何有效控制nox排放已成为当前环境保护中令人关注的重要课题。而选择性催化还原法（scr）将烟气中的氮氧化合物（ nox ）还原为n2，因其技术成熟、脱硝率高、无二次污染等特点，在众多脱硝技术中已成为现阶段世界上应用最为广泛的烟气脱硝技术。

采用scr 技术的关键问题是选择优良的催化剂，它的性能直接影响到scr系统的整体脱硝效果，所以研究催化剂中毒的原因，延长催化剂的使用寿命对降低scr系统的运行费用意义重大。在实际情况中，砷中毒是引起催化剂钝化的常见原因之一，如果煤中砷的质量分数超过3×10-6，scr 催化剂寿命将降低30%左右。

1.煤燃烧时砷的迁移

煤炭是一种复杂的天然矿物，各种煤中砷的含量变化很大，煤中的砷多数以硫化砷或硫砷铁矿（fes2·feas2）等形式存在，小部分为有机物形态。因as在煤中的赋存状态不同，燃煤过程中砷释放的难易程度也不同。as是在煤的燃烧过程中由于高温和强烈的

氧化作用释放出来的，若把燃煤产物分成底渣、除尘器飞灰和进入大气的烟气三个部分，有文献表明as在飞灰中富集的浓度明显高于底灰中的浓度。可见，煤燃烧后砷主要存在飞灰中。

2.催化剂砷中毒机理

煤在燃烧过程中由于高温和强烈的氧化作用，会释放出砷（as），引起催化剂中毒。scr催化剂的砷中毒是由气态砷的化合物（as2o3）扩散进入催化剂表面及堆积在催化剂小孔中，然后在催化剂的活性位置与o2发生反应生成as2o5。同时as2o3扩散进入催化剂，并固化在活性和非活性区域，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，形成一个砷的饱和层。砷饱和层几乎没有活性，这个饱和层阻挡反应物扩散到催化剂内部，这种阻碍能力的大小与砷饱和层的厚度成正比，所以催化剂表面活性被砷破坏，内部催化剂保持初始活性。也有研究显示as2o3浓缩在催化剂孔洞内物理堵塞催化剂，引起催化剂失活。

砷中毒机理

3.避免催化剂砷中毒的方法

对催化剂本身而言，可以通过改善催化剂的化学特性和物理特性两方面来避免催化剂砷中毒。

改善催化剂的化学特性，一是改变催化剂的表面酸位点，使催化剂对砷不具有活性，从而不吸附氧化砷；另一种方法是通过采用钒和钼的混合氧化物，经高温煅烧获得稳定的催化剂，使砷吸附的位置不影响scr的活性位。研究表明，以v9mo6o40作为前驱物制

得tio2-v2o5-moo3 催化剂具有较强的抗砷中毒能力。该催化剂吸收砷化物的容量明显增加，从而使得催化剂抗砷中毒的性能增强。

改善催化剂的物理特性，一方面可使用蜂窝式催化剂有效的降低表面砷的浓度；另一方面通过优化孔结构来防止催化剂砷中毒，有文献报道的托普索公司生产的dnx催化剂经过优化后具有微、中、大3种孔结构且具备高孔隙性，可有效克服毒物的沉积和聚积，是一种高效催化剂。

此外，在燃烧各阶段，采用一系列物理化学方法减少烟气中的砷含量可有效降低砷对催化剂的中毒作用。如煤燃烧前，采用物理化学方法在减少原煤灰分中的as元素量；燃烧和反应过程中加入添加剂（主要是通过钙抑制，如高岭土、石灰石、醋酸钙等）能够有效降低反应器入口气相中砷的浓度；尾部喷射添加剂（如活性炭、硅藻土等）粉末，使吸附后的as元素不易淋滤等。

另外，也可以通过改造锅炉来降低催化剂砷中毒，如在干法排渣锅炉中，催化剂砷中毒不严重；但在液态排渣锅炉中，由于静电除尘器后的飞灰再循环，造成催化剂砷中毒比较严重。

4.scr催化剂的再生技术

考虑到催化剂的运行成本和催化剂处置的难度，对采用scr 技术的燃煤电站而言，催化剂再生是处理催化剂的首选方法。目前，常用的再生方法有：水洗再生、热再生、热还原再生、酸液处理和so2 酸化热再生等，这些再生技术都可使催化剂恢复到较高的活性。

针对于催化剂砷中毒的再生，较好的方法是酸碱组合式处理催化剂再生。其过程为先将中毒的催化剂置于一定浓度的碱溶液中浸泡若干时间，随后过剩的的碱用无机或有机酸进行中和处理，将处理好的催化剂干燥后用活性元素的水溶性化合物进行浸渍。研究表明，利用酸碱组合式处理方法对as2o3中毒scr催化剂进行再生，能有效去除毒性物质，再生后的催化剂在scr反应中表现出很高的脱硝活性。而且在上述砷中毒的催化剂再生中，也在一定程度上也可以消除碱金属催化剂中毒。

另外，常州肯创环境公司发明了一种scr脱硝催化剂清洗再生液，该清洗—再生液的有益效果至少有以下两点：（1）清洗的同时又能同时补充活性成分，因此可以显著提高失活的催化剂活性，催化剂再生后活性可恢复到90%～105%；（2）经过再生后的催化剂完全能够被继续正常使用，使用寿命可以达到新催化剂的95%以上。

5.前景与展望

在我国烟气脱硝工程将是继烟气脱硫工程之后的第二个火电厂环保工程高峰，在环境问题日益严重的情况下，scr脱硝技术被更广泛的应用，所以提高scr催化剂的催化效果是一个重要的课题，降低催化剂的使用成本和避免其中毒具有极大意义。选择催化还原催化剂中毒是烟气脱硝过程中的关键问题，虽通过化学和物理特性避免中毒已在应用，但再生技术效果更好。

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