催化剂资料

2．1催化剂的化学组成

催化反应器中装填的催化剂是SCR工艺的核心。文献[6]详细列举了金属氧化物催化剂，如V，O，、

Fe203、CuO、Cr203、C0304、Ni0、Ce02、La203、Pr60ll、Nd203、Gd：0，、Yb：O，等，催化活性以V20，最高。V205同时也是硫酸生产中将So，氧化成S0，的催化剂．且催化活性很高，故SCR-F．艺中将V：O，的负载量减少到1．5％(重量百分比)以下。并加入WO，或MoO，作为助催化剂．在保持催化还原NO。活性的基础上尽可能减少对SO：的催化氧化。助催化剂的加入能提高水热稳定性．抵抗烟气中As等有毒物质。商业应用的催化剂是分散在TiO：上，以V：O，为主要活性组分，WO，或MoO，为助催化剂的钒钛体系，即V20，一wofri02或V205一MoOyTi02。

2．2催化反应原理

催化反应原理是NH，快速吸附在V：O，表面的B酸活性点．与N0按照Eley—Rideal机理反应．形成中间产物，分解成N：和H：O，在0：的存在下，催化剂的活性点很快得到恢复，继续下一个循环．其化学吸附与反应过程如图3所示…。反应步骤可分解为：(1)NH，扩散到催化剂表面；(2)NH3在V20，上发生化学吸附；(3)NO扩散到催化剂表面；(4)NO与吸附态的NH，反应，生成中间产物；(5)中间产物分解成最终产物N：和H：O；(6)N2和H：O离开催化剂表面向外扩散．

2．3催化剂的结构形式

由于SCR反应器布置在除尘器之前．大量飞灰的存在给催化剂的应用增加了难度．为防止堵塞、减少压力损失、增加机械强度．通常将催化剂同定在不锈钢板表面或制成蜂窝陶瓷状．形成了不锈钢波纹板式和蜂窝陶瓷的结构形式，如图4、5所示。板式催化剂的生产过程为，将催化剂原料(载体、活性成分与助催化刹)均匀地碾压在不锈钢板上．切割并压制成带有褶皱的单板．煅烧后组装成模块．便于安装和运输…。蜂窝式催化剂的主要生产步骤为．将3种化学原料与陶瓷辅料搅拌．混合均匀．通过挤出成型设备按所要求的孔径制成蜂窝状长方体．进行干燥和煅烧．再切割成一定长度的蜂窝式催化剂单体．组装成模块。板式与蜂窝式催化剂的综合比较如表1所示。

表1 板式与蜂窝式催化剂比较

板式和蜂窝式催化剂的主要成分与催化反应原理相同。只是结构形式有所区别。相比板式催化剂，蜂窝式催化剂可通过更换挤出机模具方便地调节蜂窝的孑L径，从而提高表面积，因此应用范围更宽，除燃煤锅炉外，还用于燃油、燃气锅炉，在很高的空速(GHSV)下获得较高的脱硝效率，其市场率占70％；板式催化剂在燃煤锅炉应用中有一定优势．发生堵塞的概率小。板式催化剂中的30％应用在燃煤电站。

2．4主要生产商

SCR下艺自1978年在日本成功地实现工业应用以后．工艺技术与催化剂的生产技术一直在不断地进步与完善．形成了由触媒化成与界化学为代表的蜂窝式和以Babcock—Hitachi为代表的板式2种主流结构与技

术．在本国的生产能力并没有太多扩大，可是技术已经向美国、欧洲及亚洲的韩国、中国台湾省及中国内地输出．目前各主要生产商生产的SCR催化剂及产量如表2所示．

表2国际上主要催化剂生产厂商

几大主要生产商各有特点．Babcock—Hitachi成立最早．自1970年成功开发了不锈钢板式催化剂．在燃煤电站的应用业绩居世界之首．在日本的安芸津工场共有5条生产线．日常运行3条生产线．在中国内地设有分公司．但暂未建生产基地。触媒化成公司生产蜂窝式催化剂．其触媒研究所20多年来一直对这一技术进行改进与完善。并先后向美国、德国及韩国进行技术转让．成为成功转让技术最多的公司。Argillon 公司从触媒化成引进了蜂窝式生产技术．又自主开发了板式催化剂技术．是唯一同时生产2种结构形式的催化剂公司。CoFinetech与日本三菱公司合作引进触媒化成蜂窝式技术．在美国北卡罗来纳州和田纳两州设有生产基地．其蜂窝式的生产能力居世界之首。Topsoe公司自主开发了区别于不锈钢板式的波纹板式催化剂，并在美国建有2条、丹麦建有l条生产线．

锈钢板式催化剂图5蜂窝式催化剂单元

SCR 催化剂应用中的影响因素

在理想状况下, 脱硝催化剂可以长期使用。但在SCR 装置实际运行中,各种原因可能会导致催化剂活性降低，寿命减少，如烟气中碱金属、砷造成的催化剂中毒，催化剂被烧结，催化剂孔堵塞，催化剂磨损，水蒸汽凝结和硫酸盐、硫铵盐沉积等。

催化剂堵塞和磨损是影响其机械寿命和活性的主要因素。因此，只有催化剂构造上具有防堵和抗磨损性能，才能保证催化剂具有较长的使用寿命和SCR设备的安全、稳定运行。

3. 1 催化剂孔径

对一定的反应器截面，在相同节距下，板式催化剂的通流面积85%以上，蜂窝式催化剂的流通面积一般在80%左右，在实际应用中，选用较大节距的蜂窝式催化剂，其防毒效果可以接近催化剂。

一般情况下，20 ～25 g /m 时，板式催化剂孔径不宜小于5mm ，蜂窝式催化剂的孔径不宜小于6mm。当烟气灰分在30 g /m 及以上时,应选用更大节距的催化剂。

3. 2 计算机模拟( CFD )和物理模型试验

板式催化剂流通面积大，不易堵灰; 蜂窝式催化剂流通面积一般,但每个催化剂壁面夹角都是90 ° , 不易积灰,即便积灰也较易清除。有关研究表明,磨损主要发生在催化剂迎灰面的端部, 其磨损程度与SCR 反应器入口烟气速度分布的均匀性、灰成分和颗粒大小及形状有关。可以根据CFD 流场和物理模型试验结果,调控第一层催化剂上游的烟气入射角,降低催化剂的磨损。

3. 3 提高催化剂的抗磨损能力

为了提高催化剂的抗磨损能力，应使用均质催化剂结构，不能使用表面涂层的催化剂结构。目前，在催化剂制造上有两种思路：

( 1 )顶端硬化。增加蜂窝式催化剂端部的硬，以抵御迎灰面的磨损。对于平板式催化剂，因其支撑架为金属网，端部被磨损后，其金属基材暴露在迎风面，可阻止烟气的进一步磨损,一般认为板式催化剂的抗磨损性能较好。

( 2 )增厚。增加整体催化剂的壁厚，提高磨损腐蚀裕量，以延长催化剂的机械寿命。此举还有利于催化剂的清洗和再生。在工程应用中，为延长催化剂的使用寿命，除了增加催化剂的厚度外，还应尽可能地除去烟气中磨损性较强的大颗粒飞灰，这是减缓催化剂磨损的根本途径。

3. 4 煤中CaO 对催化剂的影响

对于SCR脱硝系统, 如果燃煤中CaO 过高, 催化剂活性将被削弱。飞灰中的CaO 与SO3 反应，在催化剂表面形成一层CaSO4膜，从而影响NOx与NH3的脱硝反应。相对于板式催化剂来讲, 蜂窝式催化剂受CaO的影响较小,抗CaO中毒能力更强。

3. 5 再生和清洗对催化剂进行清洗和再生

能够延长催化剂的整体寿命。催化剂再生的成本约为新催化剂价格的40% ，化学寿命可达到新催化剂的80% 。由于蜂窝式催化剂是均质的，当其内壁厚合适( 0. 8 ～1. 1mm )，到达化学寿命时，仍具有一定的活性，而且物理形状基本完整，有利于清洗和再生。而当催化剂内壁过薄时(如0. 5mm )，即使催化剂单元顶部经过煅烧硬化，其内部孔通道仍然容易破裂。在此情况下,虽然催化剂仍具有残留活折断性，但由于物理形状不完整，不利于再生或清洗。板式催化剂由于其催化活性层较薄，尤其在支撑架金属暴露后，更不利于清洗和再生。

3. 6 催化剂的层高

一般来说, 每层催化剂的高度选择首先应满足烟气流场设计要求，方便催化剂的检修。每层维护催化剂的高度为催化剂模块高度、横梁高度、单轨高度、提升起吊挂钩(含葫芦等) 、催化剂模块专用提升设备(翻转装置)和空间裕量之和。

对催化剂层高的设计，欧美与日本的层高设计理念不同，欧美的典型设计标准为：催化剂模块高度最大约1 600mm ，横梁高度700mm ，单轨高度约3 00mm ，提升起吊挂钩约600mm，催化剂模块专用提升设备约250mm ，空间裕量250mm。对于反应器内部梁结构，欧美多采用方形梁，这种设计可有效避免烟气扰流和飞灰堆积; 而日本则采用工字钢梁, 梁高约为400mm。若采用工字钢梁,催化剂层高可降低300mm 左右。

4 结语

( 1 )通过对3 种形式催化剂性能参数的比较以及综合分析发现,蜂窝式催化剂在国内外应用较广