SCR脱硝催化剂的超声清洗工艺研究

2017-03-15甯桂彬付文升罗剑渝钟峥嵘廖兴静

绿色科技 2017年24期

甯桂彬，周琦，付文升，罗剑渝，徐华，钟峥嵘，廖兴静

(1. 重庆师范大学化学学院，重庆 401331；2．重庆明珠环保工程有限公司，重庆 400015)

1 引言

选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前燃煤电厂应用最为广泛的烟气脱硝方法，催化剂是SCR法的核心技术之一[1～3]。选择性催化还原脱硝催化剂是促使还原剂选择性地与烟气中的 NOx 在一定温度下发生化学反应的物质，具有高效脱硝率、良好的选择性、强耐久性、高可靠性、高反复利用率等特性[4]。而在实际运行过程中，而随着脱硝的进行SCR 脱硝催化剂会逐渐失活，从而导致成脱硝效率降低，烟气中的氮氧化物浓度达不到排放标准[5]。而催化剂再生可以提高失活SCR催化剂的活性，延长催化剂的使用寿命，降低更换催化剂的成本，同时减轻废弃催化剂对环境产生的不利影响[6,7]。随着SCR脱硝系统在我国的大规模应用，亟需开展关于失活SCR催化剂再生的研究。造成催化剂失活的原因比较复杂，但由于烟道气中的烟尘微粒(主要为硅铝酸盐)造成的催化剂微孔阻塞是失活催化剂中普遍存在的一点，而这种失活是可以通过再生清洗的方式恢复的。目前失活催化剂的再生方式主要包括水洗再生、热再生、酸碱液再生、活性盐溶液活化再生、氧化烧炭再生、补充活性成分再生和微波再生等，其中酸碱液再生因其工艺简单、再生效果好、所用时间短而成为目前所普遍采用的再生工艺[8～11]。在酸碱液再生中超声清洗是至关重要的一环，超声的功率、时间、温度等因素都会对再生效果产生影响。本文以失活的板式SCR脱硝催化剂为研究对象，运用BET比表面积测试法(BET)，X 射线荧光(XRF)进行表征，探讨超声的功率、频率、时间、温度等参数，并对碱液超声和碱液超声加鼓泡浸泡两种方式进行对比分析。

2 实验方法

将经过空气吹扫、并裁剪后的失活催化剂浸没于清洗液中进行超声清洗，之后用蒸馏水冲洗至表面呈中性或弱酸性，烘干焙烧。通过控制变量法实验探究超声清洗功率、时间、pH值、温度等因素对再生效果影响。实验所用超声清洗机的工作频率为80 Hz、超声功率为1200 W、加热功率2500 W、最大载重30 kg、工作温度范围0～40 ℃。

3 结果与讨论

3.1 超声功率输出

超声功率对再生效果有很大影响，输出功率太小则清洗效果不好，太大则会损伤催化剂。将吹灰预处理后的失活催化剂放入pH值为12的碱性溶液中在超声频率80 Hz，40 ℃条件下清洗100 min功率输出分别设定为40%、50%、60%、70%、80%，测试XRF结果如表1。在相同的条件下，输出功率越高催化剂中的硅铝去除效果越好，但输出功率60%和70%的去除效果已没有明显差异，而当输出功率达到80%时催化剂出现开裂剥落，因此输出功率定为60%。

表1 催化剂的XRF 表征结果 %

3.2 超声时间

吹灰预处理后的失活催化剂放入pH值为13的碱性溶液中在超声频率80 Hz,功率输出60%，40 ℃条件下分别清洗60 min、100 min，并测试XRF结果如表2，随清洗时间增长，催化剂表面SiO2、Al2O3含量逐渐降低。

表2 催化剂的XRF 表征结果

3.3 超声溶液pH值

通过控制清洗液中NaOH的量来调节pH值分别为10、11、12、12.5。将吹灰预处理后失活催化剂分别放入4种溶液中，在超声频率80 Hz，功率输出60%，40 ℃条件下清洗100 min，并测试XRF结果如表3，随pH值增高，催化剂表面SiO2、Al2O3含量逐渐降低，但pH值12与12.5的清洗效果已经比较接近，而过高的pH值会损伤催化剂基质因此再生时pH值应为12。

表3 催化剂的XRF 表征结果

3.4 超声温度

吹灰预处理后的失活催化剂放入pH值为12的碱性溶液中在超声频率80 Hz，功率输出60%，温度为25 ℃、40 ℃条件下清洗100 min，并测试XRF结果如表4，随温度增大，催化剂表面SiO2、Al2O3含量降低，可见适当增加清洗温度可以改善清洗效果。

表4 催化剂的XRF 表征结果

3.5 对比超声与超声加浸泡复合清洗

进行吹灰预处理后的催化剂，截取相同的两块催化剂分别进行碱液超声、先碱液超声再浸泡清洗记做A1、A2，并测试BET(图1)。碱液超声清洗(A1)：在超声频率80 Hz，功率输出60%，温度为40℃，pH值为12.5条件下清洗100 min。超声加浸泡复合清洗(A2)：在超声清洗后，用pH值为12.5的碱性溶液在40 ℃条件下再用压缩空气清洗12 h。

表5 催化剂的XRF表征结果

先碱液超声再浸泡复合清洗SiO2降低到2.28%，Al2O3降低到5.86%，比单纯超声去除硅铝的效果更好，再生后的比表面积为62.43 m2/g同样优于单纯超声(比表面积为56.25 m2/g)。可见多种再生方式联合使用可以达到单一再生方式不能达到的效果。

4 结论与展望

本文以失活的板式SCR脱硝催化剂为研究对象，运用BET比表面积测试法(BET)，X 射线荧光(XRF)进行表征，探讨超声的功率、频率、时间、温度等参数。实验表明在超声功率为60%、超声时间100 min、反应温度40 ℃、清洗液pH值为12时再生效果最好。另一方面，从硅铝的去除效果以及催化剂比表面积可以发现，运用超声加浸泡复合清洗的方式比单纯超声的再生效果更好。因为催化剂微孔的堵塞往往是多种原因造成的，单一的再生清洗方式由于其自身的工艺条件所限很难全部解决，因此需要多种方法联合使用才能达到最佳效果，这也之后的研究工作提供了方向。