SCR蜂窩催化劑再生技術及工程分析
摘要：本文系統綜述了脫硝催化劑的物理及化學中毒機制、再生方法及工藝，并結合 SCR 催化劑再生工程，詳細介紹了失活催化劑的再生工藝流程在實際工程中的應用，其再生催化劑的相對活性恢復到原來的 98%，SO2氧化率為 2.3%，且各項指標均滿足新鮮催化劑標準，有利于催化劑耐用性及廢棄催化劑再生工藝發展。
關鍵詞：脫硝催化劑；再生工藝；失活
本文結合SCR再生技術應用案例，介紹其應用經驗，對現場再生過程中遇到的問題進行了進一步分析，且有針對性地提出解決方法。
通過我國環保部門于 2014 年 8 月出臺的《關于加強廢煙氣脫硝催化劑監管工作的通知》和《廢煙氣脫硝催化劑危險廢物經營許可證審查指南》守則得知，廢煙氣脫硝催化劑因早期隨意丟棄的處理方式，導致環境受到了重大污染，且不符合現代資源再生的發展背景，所以被列為危險廢物管理范疇。催化劑在現代研究中被認為是具備再生能力的物質，通過物理吹掃、水洗、微觀超聲波清洗和化學作用酸、堿等，對失去活性的催化劑進行處理，排除其中堿金屬、積碳和積塵，再結合浸漬補充方法增加催化劑活性，干燥處理后即可再次應用。這即為催化劑再生原理（被稱為SCR再生技術），在現代技術工藝水平上，可以恢復催化劑脫硝效率 85%以上。
因SCR再生技術起源于西方先進國家，所以我國對該項技術的研究起步較晚，很多應用企業都還不了解該項技術。本文為了推廣 SCR 應用，將結合實踐案例展開分析工作，對其中應用經驗、應用問題進行分析，并提出針對性的解決方案。
1 催化劑失活機理
1.1 催化劑失活機理
催化劑失去活性的機理，在性質上可以分為兩種，即物理失活與化學失活，其中物理失活通常是因為催化劑受高溫燒結、嚴重磨損而形成，化學失活是催化劑受堿金屬、堿土金屬和 As影響，導致自身中毒而引起的。下文將對這兩種失活機理進行分析。
1.1.1 堿金屬催化劑失活
堿金屬催化劑失活屬于化學失活范疇，即堿金屬是指可溶性堿金屬，常存在于飛灰中，此類金屬主要由 Na+、K+ 組成，待其大量與催化劑接觸之后，會與催化劑中的活性顆粒發生反應，導致催化劑出現酸位中毒，隨后催化劑的 NH3吸附量、吸附活性會不斷下降。根據研究表明，當催化劑表面 K2O 不斷累積，催化劑的 NO 轉化率告訴下降，當 K2O 質量分數達到 1％，催化劑幾乎不具備活性。
1.1.2 積炭催化劑失活
積炭催化劑失活屬于物理失活范疇，即在催化劑應用當中，其表面會不斷形成炭沉積物，沉積物的總量、厚度會不斷增長，導致催化劑比表面積、孔容、表面酸度及活性中心數不斷下降，待沉積物總量、厚度達到一定水平，則催化劑失活[5]。此外根據研究表明，積炭催化失活中，活性降低速度與積炭速度成正比。
1.1.3 砷催化劑失活
砷催化劑失活屬于化學失活范疇，即當含有砷的煙氣與催化劑接觸，會導致催化劑中毒而失活，其原理與上述堿金屬中毒一樣。但砷對催化劑活性的影響，取決于煙氣中的煤含量，即煤含量越高催化劑中毒情況越嚴重，失活速度越快。
1.2 SCR再生技術
在專業角度上，失活催化劑再生是可以實現的，但也要根據失活原因來進行判斷，因為部分原因造成的催化劑失活是永久性的，此類催化劑不具備再生意義。具體來說，在現代SCR再生技術水平上，如果催化劑失活是因為積碳、積灰或金屬沉淀物而引起的，則可以進行再生處理，技術實施難度并不大，而如果失活是因為高溫燒結而引起的，則無法對此類催化劑進行再生，因為高溫燒結的影響較大，對催化劑的整個結構都有巨大破壞。
SCR再生技術步驟如圖 1 所示。
目前，失活催化劑再生技術主要采用脫硝原理，其具體步驟為：真空吸塵或壓縮空氣吹灰、清洗液浸泡或噴淋、超聲清洗、活性組分再浸漬、煅燒。
2 工程案例分析
案例中針對失活催化劑，主要采用的再生流程為：吹灰、鼓泡 + 超聲清洗、酸洗、活性浸漬、煅燒、干燥。再生處理中的原材料，主要選擇皖能合肥發電有限公司的廢舊催化劑。再通過上述工藝處理后，通過電鏡掃描及活性檢測方法得到結論。
2.1 電鏡掃描實驗結果分析
500 倍電鏡掃描結果：
1000 倍電鏡掃描結果：
3500 倍電鏡掃描結果：
根據圖中表現可見，在電鏡分析條件下，再生前的催化劑表面存在嚴重的堵塞情況，而再生后則有了極大的改善，說明再生工藝可以處理堵塞現象。但此部分分析結果并不代表催化劑活性復蘇，所以需要通過后續活性檢測方法來做進一步測試。
2.2 活性檢測
通過模擬電廠的煙氣條件對催化劑進行活性檢測，得出如下數據：
結合圖 2、3 可見，再生后的催化劑活性比之再生前，顯然有了較大提高，滿足現代新催化劑標準的 98%，與同類催化劑指標比較，其 SO2/SO3轉化率有一定優勢。在這一基礎上說明本文采用的催化劑再生工藝，可以有效實現催化劑的再生利用，符合國家守則規范。
3 結論
脫硝催化劑再生項目符合國家的環保政策，能為國家節約大量資源，減輕了對環境的二次污染，是國家鼓勵發展的項目。催化劑再生具有環保意義，在現代國家政策與守則要求下，該工藝的應用應當得到推廣，可以有效避免資源浪費、二次污染等問題。通過研究說明，本文再生工藝實際有效，且在國際上已經有了多年的實踐應用表現，技術體系成熟。通過實驗結果顯示，本文再生工藝的功能主要為：使失活催化劑表面潔凈，去除飛灰及有毒物質，且再生處理后的催化劑滿足現代新標準。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
