SCR脫硝催化劑抗砷中毒改性優化與再生研究進展

穆世泉

華電青島環保技術有限公司 山東青島 266109

現有SCR脫硝催化劑的研究進展，較為全面地分析了SCR脫硝催化劑的砷中毒機理，總結了催化劑抗砷中毒優化改性方式以及中毒催化劑的再生技術，并對未來抗砷中毒SCR脫硝催化劑的發展趨勢進行了簡要討論。

1 催化劑砷中毒機理

1.1 砷的遷移機理

一般而言，砷在燃煤中主要以砷硫鐵礦的形式存在，少部分為有機砷。煤在燃燒的過程中，砷硫鐵礦在高溫下被氧化并以氣態 As2O3形式釋放到煙氣中，同時部分 As2O3會被進一步氧化形成 As2O5。

1.2 催化劑砷中毒機理

當氣態 As2O3隨煙氣流經 SCR 脫硝系統時，其會在催化劑表面冷凝、沉積，引起催化劑中毒失活，降低催化劑脫硝反應活性。目前，普遍認可的 SCR 催化劑砷中毒機理主要包括以下兩個方面：一是物理失活，即砷氧化物在催化劑表面形成致密層堵塞催化劑孔道，導致物理作用下的失活；另一方面是化學失活，即煙氣中砷與催化劑活性物質存在互相作用，破壞催化劑表面酸位點，削弱催化劑氧化還原能力，導致催化劑化學中毒失活。①物理失活 SCR 催化劑的砷中毒物理失活主要是由于砷氧化物在催化劑表面沉積、氧化、覆蓋、堵塞孔道所致。

對某燃煤電廠新鮮的、運行三個月、運行三年的催化劑進行了對比測試，結果表明運行三個月的催化劑比表面積從66.62m2/g 降低至56.04m2/g，其釩物種形態與新鮮催化劑沒有明顯區別，由此證實運行三個月的催化劑失活主要由物理堵塞所致；而運行三年的催化劑中砷含量與運行三個月的催化劑中砷含量接近，但相較于后者，前者中砷與 V2O5存在明顯相互作用，釩物種形態發生改變，由此證實運行三年的催化劑失活是由物理堵塞和化學中毒失活綜合所致。通過對某高砷煤電廠板式SCR 脫硝系統的首層和中層的砷中毒催化劑進行表征測試，發現不同床層的催化劑砷中毒機制同樣存在差異，首層催化劑中砷的形態主要為 As2O5，其失活主要是由物理堵塞及 As2O5致密層覆蓋活性位點所致；而中層催化劑中砷元素特征峰相較首層出現偏移，說明其失活主要和砷與催化劑活性位發生化學反應有關。

2 催化劑抗砷中毒措施

SCR 催化劑砷中毒后，催化活性減弱，脫硝效率大幅降低，如何提高催化劑的抗砷中毒能力、延長催化劑在高砷煙氣中的使用壽命，一直是 SCR 催化劑研究的重點。結合前述砷物種作用下催化劑物理與化學失活機理分析可知，提高 SCR 脫硝催化劑抗砷性能，可從催化劑本身物化性質改性以及煙氣側加入砷氧化物吸附添加劑兩方面采取相應措施。

2.1 抗砷中毒催化劑

2.1.1 催化劑孔隙結構調整催化劑

容納有毒物質且不受其影響的能力與催化劑的孔隙率及孔結構密切相關。Haldor Topsoe 公司通過對催化劑的生產工藝進行優化，制備出具有3種孔結構的 DNX 催化劑，其中，微孔和中孔由陶瓷催化劑載體 TiO2顆粒形成，大孔是在生產催化劑時通過熱處理工藝形成。

2.1.2 化學配方優化

除改善催化劑的物理結構外，優化催化劑的化學配方也可提高催化劑抗砷中毒能力，其具體思路為：通過調整催化劑活性組分，優選活性助劑，抑制砷對催化劑的破壞效果，在此基礎上，還可協同添加抗砷助劑，從而保護催化劑活性組分、增加催化劑酸位點數量，以提高催化劑的耐砷性能。

2.2 鈣基砷氧化物吸附添加劑

為了降低催化劑砷中毒的可能，除改善催化劑抗砷中毒性能外，還可通過煙氣側對氣態砷氧化物進行吸附、固化，以減輕砷物質對催化劑的毒害作用，其中鈣基吸附劑被認為是一種有效的砷氧化物吸附固化添加劑。

3 結語

目前，我國的能源結構依然以化石能源為主，化石燃料燃燒排放出大量的氮氧化物（NOx），對環境安全和人類生活造成巨大威脅。近年來，國家對 NOx的排放要求日趨嚴格，隨著GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》的實施，燃煤發電機組已經普遍進行脫硝改造。目前，主流燃煤發電機組脫硝技術主要包括燃燒前燃料脫硝、燃燒中改進燃燒方式脫硝以及燃燒后煙氣脫硝三種。在燃燒后煙氣脫硝技術中，選擇性催化還原脫硝技術憑借脫硝效率高、選擇性好、運行穩定可靠等優點，成為應用最廣泛、技術最成熟、效率最高的煙氣脫硝技術。催化劑是 SCR 脫硝技術的核心，催化劑的性能直接影響 SCR 脫硝系統的運行效率。在實際運行過程中，催化劑的脫硝性能和使用壽命受煙氣成分、飛灰沖刷磨損、催化劑孔道堵塞、化學中毒失活等綜合影響。其中，重金屬中毒是導致催化劑失活、脫硝性能下降的重要原因之一。