專利名稱：一種scr脫硝催化劑的熱處理再生方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及SCR脫硝催化劑的處理方法和設備，具體是一種SCR脫硝催化劑的熱
處理再生方法及裝置。
背景技術：
氮氧化物是主要的大氣污染物之一，會帶來酸雨、光化學煙霧等環境問題，而燃煤電廠的煙氣排放是人為氮氧化物的主要來源。近幾年來，我國燃煤電廠氮氧化物的排放量不斷上升，環境保護形勢日趨嚴峻，我國將加大力度嚴格控制氮氧化物的排放。依據最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)的要求，自2012年I月I日起新建火力發電鍋爐的氮氧化物排放將執行100mg/m3的排放限值。隨著環境壓力的不斷增加和環保標準的日益嚴格，燃煤電廠煙氣脫硝已成為繼煙氣脫硫之后又一個環保工作重點。選擇性催化還原法(Selective Catalytic Redcution, SCR)是目前燃煤電廠的應用最廣、最為成熟的煙氣脫硝工藝，具有效率高、選擇性好、運行穩定等優點。目前的新建燃煤電廠已配套建設SCR脫硝系統，部分現有燃煤電廠也根據環保的要求逐步開始SCR脫硝系統改造。據數據統計，2011年SCR脫硝工程合同容量達到57950MW，而目前已累計投運的SCR脫硝工程超過90000MW。SCR脫硝催化劑是SCR脫硝系統的核心所在，由于催化劑原料價格高、生產尚未完全國產化等原因，導致催化劑的價格昂貴，初期投入中催化劑成本約占脫硝工程總成本的20°/Γ40%。隨著燃煤電廠SCR脫硝工程的大規模建設，SCR催化劑的使用量大大增加，而目前SCR催化劑的使用壽命僅為2-3年，失活催化劑的再生處理可以節省催化劑更換的成本，同時避免失活催化劑帶來的二次污染，具有良好的經濟效益與環境效益。公開號為CN102266723A的發明專利提出了一種選擇性催化還原脫硝催化劑的再生方法與裝置，對實際工業應用過的中毒SCR脫硝催化劑依次經過超聲波預處理、去離子水水洗、擴孔劑浸泡、高溫高壓蒸發、活性物質活化以及煅燒工藝，以使催化劑能夠再生利用。公開號為CN102101060A的中國發明專利提出了一種用于煙氣脫硝催化劑活性復蘇的工藝和裝置，該再生過程的裝置包括有吹灰裝置、超聲清洗池、化學活化池、漂洗池、干燥裝置等。以上兩種方法可實現催化劑活性的恢復，但處理過程中活化液、再生液的使用量較大，再生成本較高，同時對催化劑進行濕法清洗，對催化劑的機械強度會有一定程度的影響。公開號為CN102133547A的中國發明專利則提供了一種釩鈦基煙氣脫硝催化劑的臭氧處理再生方法及裝置，該方法用臭氧-空氣混合氣體對催化劑進行氧化處理，即完成煙氣脫硝催化劑的再生過程。目前研究表明，造成SCR催化劑失活的原因主要有機械磨損，飛灰、硫酸鹽等引起的催化劑堵塞，催化劑堿金屬、砷中毒等。SCR催化劑的失活原因與燃煤電廠的煙氣成分及運行方式密切相關，根據燃煤電廠的實際運行情況，催化劑堵塞是目前造成SCR催化劑失活的主要原因。目前，SCR系統大部分采用高塵煙氣段布置方式，即SCR反應器設置于空氣預熱器與省煤器之間，此段煙氣中含塵量高，長時間運行后大量飛灰小顆粒會積累在催化劑表面，阻礙NH3等到達催化劑活性位，引起催化劑失活；另外，煙氣中的S02、SO3等會和NH3發生反應生成硫酸銨化合物，如硫酸銨、硫酸氫銨等，此類物質會吸附在催化劑表面，將其活性位覆蓋，影響正常反應的進行。主要的化學反應方程式有S02+l/202 — SO3S03+2NH3+H20 — (NH4)2SO4
S03+NH3+H20 — NH4HSO
發明內容
本發明的目的之一是提供一種SCR脫硝催化劑的熱處理再生方法，該方法經濟實用、易于操作，可應用于SCR脫硝催化劑的再生處理過程，尤其適用于催化劑堵塞而失活的類型，采用該方法可減少催化劑更換的費用，延長催化劑的使用壽命。本發明的這一目的通過如下的技術方案來實現的一種SCR脫硝催化劑的熱處理再生方法，包括如下步驟(I)將失活的催化劑置于吹掃池中，采用壓縮空氣對失活的催化劑進行吹灰處理，清除催化劑的表面積灰；(2)將吹灰處理后的催化劑裝入再生反應爐中，通入NH3與N2的混合氣體，在爐溫為360 420°C的溫度下熱處理3 5h，進行催化劑熱處理再生；該溫度范圍為目前商業用的SCR脫硝催化劑的活性溫度范圍，可以根據實際處理的催化劑設計最佳溫度進行調整，確保熱處理再生過程中處于催化劑的正常工況下，同時在該溫度范圍內，催化劑表面累積的硫酸銨、硫酸氫按等物質會發生分解，從而使催化劑活性得以恢復。當溫度高于此溫度范圍時，可能造成催化劑表面燒結，導致催化劑顆粒增大，表面積減小，部分活性組分揮發損失，造成催化劑失活。當溫度低于此溫度范圍時，不利于催化劑表面堵塞物質的分解，再生效果差。(3)經步驟(2)處理后的尾氣，通入裝有吸收液的尾氣吸收機構中，吸收尾氣中的SO2、NH3。本發明中，所述步驟(I)的吹灰處理中吹掃壓力為O. 4 O. 6MPa，吹灰時間為10 20min ;所述步驟⑵中NH3與N2的混合氣體的流量為5 10L/min，其中，NH3所占的體積占整個混合氣體體積的3 5%。在再生反應爐內，附著在催化劑表面的硫酸銨、硫酸氫銨等會發生分解，從而使催化劑表面被堵塞的活性位得到恢復，使SCR脫硝反應活性提高，主要的化學反應方程式有(NH4) 2S04 — S03+2NH3+H20NH4HSO4 — S03+NH3+H20SO3 — S02+l/202本發明的目的之二是提供用于上述方法的SCR脫硝催化劑熱處理再生裝置。本發明的這一目的通過如下的技術方案來實現的一種SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置，其特征在于該再生裝置包括依次放置的前處理機構、再生反應機構和尾氣吸收機構，再生反應機構和尾氣吸收機構相連接；所述的前處理機構包括壓縮空氣儲罐、吹掃噴嘴以及吹掃池，吹掃池內放置失活的催化劑，所述的壓縮空氣儲罐與吹掃噴嘴通過管路連接，吹掃噴嘴正對吹掃池的池口，用于對吹掃池內失活的催化劑進行吹灰處理，清除催化劑的表面積灰；所述的再生反應機構包括氨氣儲罐、氮氣儲罐、混合預熱爐、再生反應爐和冷凝器，所述的氨氣儲罐、氮氣儲罐分別與混合預熱爐通過管路連通，向混合預熱爐中通入NH3與N2,所述的混合預熱爐、再生反應爐和冷凝器依次連接，所述再生反應爐設有加熱器，爐膛內放置吹灰處理后的失活的催化劑，NH3與N2的混合氣體經混合預熱爐后進入再生反應爐，在爐膛內對失活的催化劑進行熱處理再生；所述的尾氣吸收機構包括相連的二氧化硫吸收器和氨氣吸收器，其中，冷凝器與二氧化硫吸收器連通，再生反應爐反應后的尾氣經 冷凝器降溫后進入尾氣吸收機構以吸收尾氣中的SO2 和 NH3。本發明中所述的再生反應機構為管式反應爐，將經過吹掃處理后的催化劑裝入反應爐中，爐內設置有加熱器，控制爐內溫度保持在36(T420°C，再生反應所用的氣體由3飛%NH3與N2混合氣體組成，經混合預熱后通入管式反應爐中，氣體流量通過質量流量計調節，控制氣體流量為5-10L/min進行熱處理反應，連續反應3_5h。本發明中，所述的前處理機構還包括集灰槽，該集灰槽位于吹掃池的底部，用于收集吹掃池的積灰。該前處理機構上端接有壓縮空氣吹掃口，可進行移動和伸縮吹掃，吹掃介質為潔凈干燥壓縮空氣，吹掃壓力為O. 4-0. 6MPa ;機構底部設有集灰槽，用于收集吹掃下來的灰塵雜質等。本發明中，所述壓縮空氣儲罐與吹掃噴嘴連接的管路上設置有減壓閥和質量流量計，用于控制吹掃噴嘴的吹掃壓力。本發明中，所述再生反應爐的外壁還包覆有一層隔熱保溫層。本發明中，所述氨氣儲罐與混合預熱爐連通的管路上設置有減壓閥和質量流量計，所述氮氣儲罐與混合預熱爐連通的管路上也設置有減壓閥和質量流量計。本發明中所述的尾氣吸收機構由兩個或兩個以上串聯的吸收瓶組成，用于吸收尾氣中的NH3和SO2，其中，所述二氧化硫吸收器為吸收瓶，該吸收瓶內盛裝質量份數為3%的氫氧化鈣溶液，用于吸收尾氣中的SO2以及溶解部分NH3 ;所述氨氣吸收器為吸收瓶，該吸收瓶內盛裝濃度為10%的硫酸溶液，用于吸收尾氣中的NH3。與現有技術相比，本發明具有如下顯著效果(I)本發明對積灰、硫酸鹽堵塞嚴重的SCR脫硝催化劑再生處理效果明顯，再生處理后的催化劑表面積灰情況明顯改善，催化劑的活性較再生前得到較大的提高，再生后的催化劑滿足實際工業運行的要求；(2)本發明的再生過程中所需壓縮空氣與氨氣均為燃煤電廠脫硝系統運行過程中常用氣體，易于取得，大大降低了企業SCR脫硝催化劑的維護成本；(3)本發明采用熱處理再生方法對催化劑本體幾乎無損壞，可以有效避免水洗再生或酸性再生等導致的催化劑機械強度下降和表面活性組分流失問題，再生成本低；(4)本發明的尾氣吸收機構可以吸收尾氣中的冊13、502等，不會對環境造成二次污染；(5)本發明的再生方法與工藝簡單，經濟高效，具有良好的應用前景。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖I是本發明SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置的整體結構示意圖。附圖標記說明I、壓縮空氣儲罐；2、減壓閥；3、質量流量計；4、吹掃噴嘴；5、吹掃池；6、集灰槽；
7、排氣口 ；8、氨氣儲罐；9、氮氣儲罐；10、溫控儀；11、混合預熱爐；12、再生反應爐；13、隔熱保溫層；14、加熱器；15、冷凝器；16、二氧化硫吸收器I ;17、氨氣吸收器
具體實施例方式實施例I采用本發明的方法，對一條失活的蜂窩式SCR脫硝催化劑單體進行再生處理。所取催化劑A為150mmX 150mmX 850mm的蜂窩式脫硝催化劑單體,截面規格為16孔X 16孔。該SCR脫硝催化劑的熱處理再生方法，包括如下步驟(I)首先將失活的催化劑單體置于吹掃池中，開啟壓縮空氣，采用壓縮空氣對失活的催化劑進行吹灰處理，清除催化劑的表面積灰，保持吹掃壓力為O. 5MPa，持續吹掃IOmin ；(2)將吹灰處理后的催化劑單體取出裝入再生反應爐中，啟動再生反應裝置對催化劑進行熱再生處理，通入NH3與N2的混合氣體，通過質量流量計調節混合氣體NH3與N2的混合氣體的總流量為10L/min，其中，NH3所占的體積占整個混合氣體體積的為3%，，在爐溫為365°C的溫度下熱處理3h，完成催化劑熱再生處理過程；(3)經步驟(2)處理后的尾氣，通入裝有吸收液的尾氣吸收機構中，吸收尾氣中的SO2、NH3。實現上述SCR脫硝催化劑的熱處理方法的再生裝置如圖I所示，該再生裝置包括依次放置的前處理機構、再生反應機構和尾氣吸收機構，再生反應機構和尾氣吸收機構相連接；前處理機構包括壓縮空氣儲罐I、吹掃噴嘴4以及吹掃池5，吹掃池5內放置失活的催化劑，壓縮空氣儲罐I與吹掃噴嘴4通過管路連接，壓縮空氣儲罐I與吹掃噴嘴4連接的管路上設置有減壓閥2和質量流量計3，吹掃噴嘴4正對吹掃池5的池口，用于對吹掃池5內失活的催化劑進行吹灰處理，清除催化劑的表面積灰；再生反應機構包括氨氣儲罐8、氮氣儲罐9、混合預熱爐11、再生反應爐12和冷凝器15，氨氣儲罐8、氮氣儲罐9分別與混合預熱爐11通過管路連通，向混合預熱爐11中通入NH3與N2，氨氣儲罐8與混合預熱爐11連通的管路上設置有減壓閥2和質量流量計3，氮氣儲罐9與混合預熱爐11連通的管路上也設置有減壓閥2和質量流量計3，混合預熱爐11、再生反應爐12和冷凝器15依次連接，再生反應爐12設有加熱器14，爐溫通過設置在爐膛內的溫控儀10顯示和控制，爐膛內放置吹灰處理后的失活的催化劑，再生反應爐12的外壁還包覆有一層隔熱保溫層13，NH3與N2的混合氣體經混合預熱爐11后進入再生反應爐12，在爐膛內對失活的催化劑進行熱處理再生；尾氣吸收機構包括相連的二氧化硫吸收器16和氨氣吸收器17，其中，冷凝器15與二氧化硫吸收器16連通，再生反應爐12反應后的尾氣經冷凝器15降溫后進入尾氣吸收機構以吸收尾氣中的SO2和NH3。·本發明中，前處理機構還包括集灰槽6，該集灰槽6位于吹掃池5的底部，用于收集吹掃池5的積灰雜質等，集灰槽6側邊還設有排氣口 7。本發明中，二氧化硫吸收器16為吸收瓶，該吸收瓶內盛裝質量份數為3%的氫氧化鈣溶液，用于吸收尾氣中的SO2以及溶解部分NH3 ;氨氣吸收器17為吸收瓶，該吸收瓶內盛裝濃度為10%的硫酸溶液，用于吸收尾氣中的NH3。所述的前處理機構為接有壓縮空氣吹入口的密封容器，所述的再生反應機構為設有加熱機構的管式反應爐，將經過吹掃處理后的催化劑裝入反應爐中，爐內設置有加熱器，氣體流量通過質量流量計調節，進行熱處理反應，所述的尾氣吸收機構由兩個或者兩個以上串聯的吸收器組成。在再生反應爐內，附著在催化劑表面的硫酸銨、硫酸氫銨等會發生分解，從而使催化劑表面被堵塞的活性位得到恢復，使SCR脫硝反應活性提高，主要的化學反應方程式有
(NH4) 2S04 — S03+2NH3+H20NH4HSO4 — S03+NH3+H20SO3 — S02+l/202SCR脫硝催化劑再生性能測試再生后的催化劑A截取催化劑測試單元裝入催化劑活性評價裝置進行測試，與再生前相比，催化劑A脫硝效率提高23% ;另取催化劑A樣品采用美國Micromeritics公司生產的TriStar II 3020型比表面積及孔隙分析儀進行BET比表面積測試，與再生前相比，催化劑A比表面積增加57. 1%。實施例2采用本發明的方法，對一條失活的蜂窩式脫硝催化劑單體進行再生處理。所取催化劑B為150mmX 150mmX 900mm的蜂窩式脫硝催化劑單體，截面規格為18孔X 18孔。該SCR脫硝催化劑的熱處理再生方法，包括如下步驟(I)首先將失活的催化劑單體置于吹掃池中，開啟壓縮空氣，采用壓縮空氣對失活的催化劑進行吹灰處理，清除催化劑的表面積灰，保持吹掃壓力為O. 5MPa，持續吹掃15min ；(2)將吹灰處理后的催化劑單體取出裝入再生反應爐中，啟動再生反應裝置對催化劑進行熱再生處理，通入NH3與N2的混合氣體，通過質量流量計調節混合氣體NH3與N2的混合氣體的總流量為10L/min，其中，NH3所占的體積占整個混合氣體體積的為5%，，在爐溫為380°C的溫度下熱處理3h，完成催化劑熱再生處理過程；(3)經步驟(2)處理后的尾氣，通入裝有吸收液的尾氣吸收機構中，吸收尾氣中的SO2、NH3。實現上述SCR脫硝催化劑的熱處理方法的再生裝置和實施例I相同，在此不再重復敘述。SCR脫硝催化劑再生性能測試再生后的催化劑B截取催化劑測試單元裝入催化劑活性評價裝置進行測試，與再生前相比，催化劑B脫硝效率提高19% ;另取催化劑B樣品采用美國Micromeritics公司生產的TriStar II 3020型比表面積及孔隙分析儀進行BET比表面積測試，與再生前相比，催化劑B比表面積增加36. 3%。實施例3采用本發明所述方法，對一條失活的蜂窩式脫硝催化劑單體進行再生處理。所取催化劑C為150mmX150mmX900mm的蜂窩式脫硝催化劑單體，截面規格為20孔X 20孔。首先將催化劑單體裝入吹掃池中，開啟壓縮空氣進行吹掃，保持吹掃壓力為O. 5MPa，持續吹掃20min;將吹掃后的催化劑單體取出裝入再生反應爐中，啟動再生反應裝置對催化劑進行熱再生處理，通過質量流量計調節混合氣體為5%NH3-95%N2，總流量為10L/min，設置反應爐溫度為385°C，連續進行熱處理5h，完成熱再生處理過程。SCR脫硝催化劑再生性能測試再生后的催化劑C截取催化劑測試單元裝入催化劑活性評價裝置進行測試，與再生前相比，催化劑C脫硝效率提高17% ;另取催化劑C樣品采用美國Micromeritics公司生產的TriStar II 3020型比表面積及孔隙分析儀進行BET比表面積測試，與再生前相比，催化劑C比表面積增加31. 0%。本發明的再生方法中，還可以做如下變換所述步驟(I)的吹灰處理中吹掃壓力可以在O. 4 O. 6MPa之間取值，吹灰時間可以在10 20min之間取值。
所述步驟⑵中進入再生反應爐的NH3與N2的混合氣體的流量可以在5 IOL/min之間取值，其中，NH3所占的體積占整個混合氣體體積的3 5% ;再生反應爐的爐溫可以在360 420°C之間取值，熱處理時間可以在3 5h之間取值。本發明的上述實施例并不是對本發明保護范圍的限定，本發明的實施方式不限于此，凡此種種根據本發明的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，對本發明上述結構做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應落在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種SCR脫硝催化劑的熱處理再生方法，包括如下步驟 (1)將失活的催化劑置于吹掃池中，采用壓縮空氣對失活的催化劑進行吹灰處理，清除催化劑的表面積灰； (2)將吹灰處理后的催化劑裝入再生反應爐中，通入NH3與N2的混合氣體，在爐溫為360 420°C的溫度下熱處理3 5h，進行催化劑熱處理再生； (3)經步驟(2)處理后的尾氣，通入裝有吸收液的尾氣吸收機構中，吸收尾氣中的S02、NH3。
2.根據權利要求I所述的SCR脫硝催化劑的熱處理再生方法，其特征在于所述步驟(1)的吹灰處理中吹掃壓力為O.4 O. 6MPa,吹灰時間為10 20min。
3.根據權利要求I所述的SCR脫硝催化劑的熱處理再生方法，其特征在于所述步驟(2)中NH3與N2的混合氣體的流量為5 10L/min，其中，NH3所占的體積占整個混合氣體體積的3 5%。
4.一種SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置，其特征在于該再生裝置包括依次放置的前處理機構、再生反應機構和尾氣吸收機構，再生反應機構和尾氣吸收機構相連接；所述的前處理機構包括壓縮空氣儲罐、吹掃噴嘴以及吹掃池，吹掃池內放置失活的催化劑，所述的壓縮空氣儲罐與吹掃噴嘴通過管路連接，吹掃噴嘴正對吹掃池的池口，用于對吹掃池內失活的催化劑進行吹灰處理，清除催化劑的表面積灰；所述的再生反應機構包括氨氣儲罐、氮氣儲罐、混合預熱爐、再生反應爐和冷凝器，所述的氨氣儲罐、氮氣儲罐分別與混合預熱爐通過管路連通，向混合預熱爐中通入NH3與N2，所述的混合預熱爐、再生反應爐和冷凝器依次連接，所述再生反應爐設有加熱器，爐膛內放置吹灰處理后的失活的催化劑，NH3與N2的混合氣體經混合預熱爐后進入再生反應爐，在爐膛內對失活的催化劑進行熱處理再生；所述的尾氣吸收機構包括相連的二氧化硫吸收器和氨氣吸收器，其中，冷凝器與二氧化硫吸收器連通，再生反應爐反應后的尾氣經冷凝器降溫后進入尾氣吸收機構以吸收尾氣中的SO2 和 NH3。
5.根據權利要求4所述的SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置，其特征在于所述的前處理機構還包括集灰槽,該集灰槽位于吹掃池的底部,用于收集吹掃池的積灰。
6.根據權利要求4所述的SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置，其特征在于所述壓縮空氣儲罐與吹掃噴嘴連接的管路上設置有減壓閥和質量流量計。
7.根據權利要求4所述的SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置，其特征在于所述再生反應爐的外壁還包覆有一層隔熱保溫層。
8.根據權利要求4所述的SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置，其特征在于所述氨氣儲罐與混合預熱爐連通的管路上設置有減壓閥和質量流量計，所述氮氣儲罐與混合預熱爐連通的管路上也設置有減壓閥和質量流量計。
9.根據權利要求4所述的SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置，其特征在于所述二氧化硫吸收器為吸收瓶，該吸收瓶內盛裝質量份數為3%的氫氧化鈣溶液，用于吸收尾氣中的SO2以及溶解部分NH3。
10.根據權利要求4所述的SCR脫硝催化劑的熱處理再生裝置，其特征在于所述氨氣吸收器為吸收瓶，該吸收瓶內盛裝濃度為10%的硫酸溶液，用于吸收尾氣中的nh3。
全文摘要
本發明公開了一種SCR脫硝催化劑的熱處理再生方法及裝置，再生方法包括失活催化劑置的吹灰處理工序以及催化劑熱處理再生工序，其中熱處理再生工序為將吹灰處理后的催化劑裝入再生反應爐中，通入NH3與N2的混合氣體，在爐溫為360～420℃的溫度下熱處理3～5h，進行催化劑熱處理再生；再生裝置包括前處理機構、再生反應機構和尾氣吸收機構，再生反應機構包括氨氣儲罐、氮氣儲罐、混合預熱爐、再生反應爐和冷凝器，再生反應爐設有加熱器，爐膛內放置吹灰處理后的失活的催化劑，NH3與N2的混合氣體經混合預熱爐后進入再生反應爐，在爐膛內對失活的催化劑進行熱處理再生。本發明可減少催化劑更換的費用，延長催化劑的使用壽命。
文檔編號B01J38/08GK102909104SQ201210362590
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者盤思偉, 李麗, 趙寧, 湯龍華, 韋正樂, 唐念 申請人:廣東電網公司電力科學研究院