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SCR脱硝催化剂再生

       


NOx是主要的大气污染物之一,是灰霾、酸雨污染及光化学烟雾的主要前驱物质,我国70%的氮氧化物排放来源于煤炭的燃烧。中国国家统计局发布的数据显示,2014年全年能源消费总量42.6亿吨标准煤。据环保部预测,到2015年,需进行脱硝技术改造的现有机组和新增机组容量约为8.17亿千瓦。

SCR脱硝催化剂通常采用“2+1”的安装方式,脱硝催化剂的化学寿命约24000小时,运行三到四年后会失活。 2012年之前全国大约1.2亿千瓦机组所安装的SCR脱硝催化剂已经进入更换期,废弃催化剂数量保守估算在10万立方米左右,而从2016年开始,全部9.16亿千瓦机组所产生的失活SCR脱硝催化剂的量将逐步增加,到2020年,每年可能达到33-39万立方米,市场需求非常巨大。

废弃SCR脱硝催化剂中有较高含量的重金属(例如,V2O5、WO3、MoO3、TiO2等),其中V2O5是一种剧毒物质,如果将废催化剂随意丢弃会污染地下水资源,也是国家法律严令禁止并被刑法保护。当然,如此大量的危险废物如不进行处理将会给国家土壤和水体带来相当大的环境威胁。

V2O5、WO3、MoO3本身又是价格昂贵的战略物质,通过技术手段提取废催化剂中的这些物质进行无害化处理,本身既符合国家的环保政策,能得到环保部门的充分支持,同时在经济效益上也非常可观。更换下来的废催化剂进行再生与无害化处理,具有显著的社会效益和经济效益。可以预见,催化剂再生与无害化回收处理,在国家“十三五”期间,将是国家级环保工程领域的重中之重,且符合国家经济战略转型的大趋势。

废烟气脱硝催化剂除了V2O5、WO3、MoO3、TiO2外,还含有铬、砷和汞等重金属。据中国环境科学研究院对我国部分燃煤电厂产生的废烟气脱硝催化剂的危险特性分析结果表明,废烟气脱硝催化剂的主要危险特性为浸出毒性,其中铍、铜、砷的浸出浓度普遍高于新脱硝催化剂的浸出浓度;部分企业废烟气脱硝催化剂中铍、砷、汞的浸出浓度超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)的有关要求。如不能妥善进行资源化、无害化回收处理,将造成土壤及水资源的永久性污染。

针对脱硝催化剂再生利用及无害化回收处理,我公司进行了积极的前期探索,成立了专门的研发小组,目前已掌握了关于失活脱硝催化剂再生利用的大量资料,积极与国外具有先进催化剂再生技术的企业进行交流,对失活脱硝催化剂的再生技术及无害化回收处理有了更进一步的认识。

 

工厂化再生

科林佰德采取多元化发展模式,以先进技术为基础,通过不断的创新研发,在锅炉节能、颗粒物控制、烟气脱硫、烟气脱汞、污水处理等领域为客户提供优质的解决方案与服务。

正在建设中的失活SCR脱硝催化剂再生及无害化处理工厂,建设用地为100亩,主要有办公区、研发中心、技术检测区、原料仓储区、检测分类区、产品再生修复区、成品仓储区、失活催化剂的存放区、无害化处理区、废水处理净化区等。 

由于失活催化剂含有砷、钒、钼、铬、镍、汞等重金属,再生过程中会产生大量的废气、废水、废渣,极易对电厂周边环境和水质形成二次污染,对电厂及周围人员产生较大的健康隐患。此外,再生需要提供及时的检测仪器,控制准确的工艺参数,有效的控制再生效果。

工厂化再生是通过物理和化学方法的有机结合,可以有效的疏通催化剂孔道,并去除砷、磷和碱金属等有害元素,通过严格的烘干煅烧工艺曲线及设备,保证化学活性物质负载过程的有效性,提高催化剂的脱硝效率,增加了去除铁的工艺,减少了SO2 /SO3转化率,是一个复杂的物理化学过程。并根据催化剂的失活情况,量身定制出不同的再生方案,可以使催化剂的活性系数恢复到新催化剂的90%以上,满足催化剂再次使用要求。

工厂化再生能够建立一套完整的废水处理系统,实现废水无害化处理,甚至污染近零排放,减少了二次污染的风险,并在再生过程中及时提供检测指导,提供理论支持。工厂化再生能够及时无害化处理废弃催化剂,保证危险固体的零库存、近零排放。对于再生的研究,我们对失活SCR脱硝催化剂再生主要由以下几个环节步骤构成:

 

 

(1)再生分析

将从脱硝装置中取得的失活催化剂模块进行检测分析,分析失活原因,针对失活状况,设计再生工艺方案。

(2)失活SCR催化剂预清洗 
        ①将失活催化剂表面的积灰通过物理方法除尘;

②将拟处理模块送入自动清洗槽,通过高压水自动喷淋,而后进入人工清洗池,进行第多次人工清洗,以去除催化剂孔道中堵灰;

③经过自动喷淋和人工清洗的模块进行鉴定,根据催化剂模块中催化剂单体是否可再生利用决定后续工序。
(3)深度清洗

 ① 对可再生利用模块进行深度清洁,通过专用清洗液进行清洗,通过专用清洗液中表面活性剂、乳化剂、螯合剂、渗透剂等成分将堵灰从废弃催化剂模块中清洗出来,该部分灰分与清洗剂中有效成分结合形成沉淀,随清洗液清洗废水排出。而后再次进行人工清洗,以完全清除催化剂表面堵灰。

② 超声波清洗,对废弃催化剂孔道内的堵塞物进行深度清洁。

③ 酸液清洗,催化剂在脱硝系统中运行时需保持一定的酸位,才能使催化剂与氮氧化物更好的发生反应。而催化剂在使用过程中,会因为钾,钠等碱金属发生中毒,因此需要采用一定浓度的酸液清洗催化剂,以完全去除催化剂孔道中碱性物质,确保催化剂酸位满足活性要求。 

(4)活性物质添加

经过深度清洁后催化剂清洗模块可完全去除堵灰等杂质。通过添加活性组分溶液调节催化剂模块中活性含量以满足SCR脱硝系统要求。而后进入干燥房,干燥温度控制在一定温度条件下,清洗工序带出水分以水蒸汽形式排出。


 

技术特点  

(1)在温和的条件下,实现对失活SCR催化剂的彻底的化学深层清洁,彻底清除催化剂中大部分的毒化离子;
(2)能够在对催化剂细微孔结构彻底清洁的前提下,极大的减少催化剂微孔结构的损伤或改变;
(3)根据脱硝催化剂失活原因的不同,通过相应的再生工艺,量身定制出合理的再生手段,使催化剂活性的达到新催化剂的90%以上。

创新点
(1)通过特制的化学溶液及超声波技术的联合使用,实现失活催化剂的彻底清洁,同时保证再生过程中催化剂机械强度及磨损强度的保持再生前的水平,部分指标得到进一步的改善。
(2)通过严格控制再生工艺,有效的控制SO
2/SO3转化率小于1,氨逃逸小于3ppm,从而能有效的解决空气预热器堵塞的问题。

(3)通过再生,有效疏通了催化剂的孔道,减少了脱硝催化剂的压差,从而间接性的减少可后续引风机的功率,从而减少了脱硝的运行成本。

经济效益和社会效益

催化剂作为燃煤电厂SCR脱硝系统的重要组成部分,仅脱硝催化剂成本约占脱硝工程总投资的30-40%,而采用再生方式仅为整体更换新催化剂价格的1/2左右,再生效果可以接近原生催化剂的水平。废催化剂进行再生处理,可以延长催化剂的使用时间,为电厂节约可观的催化剂购置费用。

随着我国对大气、污水等排放标准的不断提高,环保行业进入到快速发展时期。如能采用再生技术,将间接性的减少危险废物排放量,减轻对国家土壤和水体的环境威胁,实现有限资源的循环利用,节约材料,降低能耗,有利于环境保护。

尤其是在2015年12月2日结束的国务院常务会议,对于火力发电超低排放的硬性指标要求,使得在“十三五”期间,脱硝催化剂再生量将会大幅增加,催化剂的使用寿命较之前预期会缩短,催化剂进行无害化处理的数量也将会大幅增加。在新一轮火电机组改造中,给一直深耕于脱硫脱硝的环保企业带来了巨大的市场机会。

无害化回收处理

经过多年研究,我们得出一条比较合理的回收处理工艺路线:

 

该回收处理工艺能够有效的提取废弃SCR脱硝催化剂中V2O5、WO3、MoO3、TiO2等组分,从而实现有限资源的重复利用,节约材料,降低能耗,有利于环境保护。废催化剂的无害化回收处理,可以实现危废固体近零排放,达到资源循环使用的目的,并为企业和社会创造良好的经济效益。

 

目前国内原生催化剂的产成品,由于受到技术、价格竞争及其他外在因素的影响,催化剂可再生的次数大大减少,这也就意味着多数催化剂在进行一次再生使用后将永久失活,无法再生。届时,将产生数量非常庞大的不可再生催化剂模块,这些催化剂都将直接进入无害化处理阶段,数量非常巨大。

 

 

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