SCR脫硝催化劑再生

NOx是主要的大氣污染物之一,是灰霾、酸雨污染及光化學煙霧的主要前驅物質,我國70%的氮氧化物排放來源于煤炭的燃燒。中國國家發布的數據顯示,2014年全年能源消費總量42.6億噸標準煤。據環保部預測,到2015年,需進行脫硝技術改造的現有機組和新增機組容量約為8.17億千瓦。

SCR脫硝催化劑通常采用“2+1"的安裝方式,脫硝催化劑的化學壽命約24000小時,運行三到四年后會失活。 2012年之前全國大約1.2億千瓦機組所安裝的SCR脫硝催化劑已經進入更換期,廢棄催化劑數量保守估算在10萬立方米左右,而從2016年開始,全部9.16億千瓦機組所產生的失活SCR脫硝催化劑的量將逐步增加,到2020年,每年可能達到33-39萬立方米,市場需求非常巨大。
廢棄SCR脫硝催化劑中有較高含量的重金屬(例如,V2O5、WO3、MoO3、TiO2等),其中V2O5是一種劇毒物質,如果將廢催化劑隨意丟棄會污染地下水資源,也是國家法律嚴令禁止并被刑法保護。當然,如此大量的危險廢物如不進行處理將會給國家土壤和水體帶來相當大的環境威脅。
V2O5、WO3、MoO3本身又是價格昂貴的戰略物質,通過技術手段提取廢催化劑中的這些物質進行無害化處理,本身既符合國家的環保政策,能得到環保部門的充分支持,同時在經濟效益上也非??捎^。更換下來的廢催化劑進行再生與無害化處理,具有顯著的社會效益和經濟效益??梢灶A見,催化劑再生與無害化回收處理,在國家“十三五"期間,將是環保工程領域的重中之重,且符合國家經濟戰略轉型的大趨勢。
廢煙氣脫硝催化劑除了V2O5、WO3、MoO3、TiO2外,還含有鉻、砷和汞等重金屬。據中國環境科學研究院對我國部分燃煤電廠產生的廢煙氣脫硝催化劑的危險特性分析結果表明,廢煙氣脫硝催化劑的主要危險特性為浸出毒性,其中鈹、銅、砷的浸出濃度普遍高于新脫硝催化劑的浸出濃度;部分企業廢煙氣脫硝催化劑中鈹、砷、汞的浸出濃度超過《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-2007)的有關要求。如不能妥善進行資源化、無害化回收處理,將造成土壤及水資源的性污染。
針對脫硝催化劑再生利用及無害化回收處理,我公司進行了積極的前期探索,成立了專門的研發小組,目前已掌握了關于失活脫硝催化劑再生利用的大量資料,積極與國外具有*催化劑再生技術的企業進行交流,對失活脫硝催化劑的再生技術及無害化回收處理有了更進一步的認識。
工廠化再生
科林佰德采取多元化發展模式,以*技術為基礎,通過不斷的創新研發,在鍋爐節能、顆粒物控制、煙氣脫硫、煙氣脫汞、污水處理等領域為客戶提供優質的解決方案與服務。
正在建設中的失活SCR脫硝催化劑再生及無害化處理工廠,建設用地為100畝,主要有辦公區、研發中心、技術檢測區、原料倉儲區、檢測分類區、產品再生修復區、成品倉儲區、失活催化劑的存放區、無害化處理區、廢水處理凈化區等。
由于失活催化劑含有砷、釩、鉬、鉻、鎳、汞等重金屬,再生過程中會產生大量的廢氣、廢水、廢渣,極易對電廠周邊環境和水質形成二次污染,對電廠及周圍人員產生較大的健康隱患。此外,再生需要提供及時的檢測儀器,控制準確的工藝參數,有效的控制再生效果。
工廠化再生是通過物理和化學方法的有機結合,可以有效的疏通催化劑孔道,并去除砷、磷和堿金屬等有害元素,通過嚴格的烘干煅燒工藝曲線及設備,保證化學活性物質負載過程的有效性,提高催化劑的脫硝效率,增加了去除鐵的工藝,減少了SO2 /SO3轉化率,是一個復雜的物理化學過程。并根據催化劑的失活情況,量身定制出不同的再生方案,可以使催化劑的活性系數恢復到新催化劑的90%以上,滿足催化劑再次使用要求。
工廠化再生能夠建立一套完整的廢水處理系統,實現廢水無害化處理,甚至污染近,減少了二次污染的風險,并在再生過程中及時提供檢測指導,提供理論支持。工廠化再生能夠及時無害化處理廢棄催化劑,保證危險固體的零庫存、近。對于再生的研究,我們對失活SCR脫硝催化劑再生主要由以下幾個環節步驟構成:

(1)再生分析
將從脫硝裝置中取得的失活催化劑模塊進行檢測分析,分析失活原因,針對失活狀況,設計再生工藝方案。
(2)失活SCR催化劑預清洗
①將失活催化劑表面的積灰通過物理方法除塵;
②將擬處理模塊送入自動清洗槽,通過高壓水自動噴淋,而后進入人工清洗池,進行第多次人工清洗,以去除催化劑孔道中堵灰;
③經過自動噴淋和人工清洗的模塊進行鑒定,根據催化劑模塊中催化劑單體是否可再生利用決定后續工序。
(3)深度清洗
① 對可再生利用模塊進行深度清潔,通過專用清洗液進行清洗,通過專用清洗液中表面活性劑、乳化劑、螯合劑、滲透劑等成分將堵灰從廢棄催化劑模塊中清洗出來,該部分灰分與清洗劑中有效成分結合形成沉淀,隨清洗液清洗廢水排出。而后再次進行人工清洗,以清除催化劑表面堵灰。
② 超聲波清洗,對廢棄催化劑孔道內的堵塞物進行深度清潔。
③ 酸液清洗,催化劑在脫硝系統中運行時需保持一定的酸位,才能使催化劑與氮氧化物更好的發生反應。而催化劑在使用過程中,會因為鉀,鈉等堿金屬發生中毒,因此需要采用一定濃度的酸液清洗催化劑,以去除催化劑孔道中堿性物質,確保催化劑酸位滿足活性要求。
(4)活性物質添加
經過深度清潔后催化劑清洗模塊可去除堵灰等雜質。通過添加活性組分溶液調節催化劑模塊中活性含量以滿足SCR脫硝系統要求。而后進入干燥房,干燥溫度控制在一定溫度條件下,清洗工序帶出水分以水蒸汽形式排出。
技術特點
(1)在溫和的條件下,實現對失活SCR催化劑的的化學深層清潔,清除催化劑中大部分的毒化離子;
(2)能夠在對催化劑細微孔結構清潔的前提下,極大的減少催化劑微孔結構的損傷或改變;
(3)根據脫硝催化劑失活原因的不同,通過相應的再生工藝,量身定制出合理的再生手段,使催化劑活性的達到新催化劑的90%以上。
創新點
(1)通過特制的化學溶液及超聲波技術的聯合使用,實現失活催化劑的清潔,同時保證再生過程中催化劑機械強度及磨損強度的保持再生前的水平,部分指標得到進一步的改善。
(2)通過嚴格控制再生工藝,有效的控制SO2/SO3轉化率小于1,氨逃逸小于3ppm,從而能有效的解決空氣預熱器堵塞的問題。
(3)通過再生,有效疏通了催化劑的孔道,減少了脫硝催化劑的壓差,從而間接性的減少可后續引風機的功率,從而減少了脫硝的運行成本。
經濟效益和社會效益
催化劑作為燃煤電廠SCR脫硝系統的重要組成部分,僅脫硝催化劑成本約占脫硝工程總投資的30-40%,而采用再生方式僅為整體更換新催化劑價格的1/2左右,再生效果可以接近原生催化劑的水平。廢催化劑進行再生處理,可以延長催化劑的使用時間,為電廠節約可觀的催化劑購置費用。
隨著我國對大氣、污水等排放標準的不斷提高,環保行業進入到快速發展時期。如能采用再生技術,將間接性的減少危險廢物排放量,減輕對國家土壤和水體的環境威脅,實現有限資源的循環利用,節約材料,降低能耗,有利于環境保護。
尤其是在2015年12月2日結束的常務會議,對于火力發電超低排放的硬性指標要求,使得在“十三五"期間,脫硝催化劑再生量將會大幅增加,催化劑的使用壽命較之前預期會縮短,催化劑進行無害化處理的數量也將會大幅增加。在新一輪火電機組改造中,給一直深耕于脫硫脫硝的環保企業帶來了巨大的市場機會。
無害化回收處理
經過多年研究,我們得出一條比較合理的回收處理工藝路線:
該回收處理工藝能夠有效的提取廢棄SCR脫硝催化劑中V2O5、WO3、MoO3、TiO2等組分,從而實現有限資源的重復利用,節約材料,降低能耗,有利于環境保護。廢催化劑的無害化回收處理,可以實現危廢固體近,達到資源循環使用的目的,并為企業和社會創造良好的經濟效益。
目前國內原生催化劑的產成品,由于受到技術、價格競爭及其他外在因素的影響,催化劑可再生的次數大大減少,這也就意味著多數催化劑在進行一次再生使用后將失活,無法再生。屆時,將產生數量非常龐大的催化劑模塊,這些催化劑都將直接進入無害化處理階段,數量非常巨大。
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