SCR脫硝催化劑的超聲清洗工藝研究

甯桂彬，周 琦，付文升，羅劍渝，徐 華，鐘崢嶸，廖興靜

(1. 重慶師范大學 化學學院， 重慶 401331；2．重慶明珠環保工程有限公司， 重慶 400015)

1 引言

選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前燃煤電廠應用最為廣泛的煙氣脫硝方法，催化劑是SCR法的核心技術之一[1～3]。選擇性催化還原脫硝催化劑是促使還原劑選擇性地與煙氣中的 NOx 在一定溫度下發生化學反應的物質，具有高效脫硝率、良好的選擇性、強耐久性、高可靠性、高反復利用率等特性[4]。而在實際運行過程中，而隨著脫硝的進行SCR 脫硝催化劑會逐漸失活，從而導致成脫硝效率降低，煙氣中的氮氧化物濃度達不到排放標準[5]。而催化劑再生可以提高失活SCR催化劑的活性，延長催化劑的使用壽命，降低更換催化劑的成本，同時減輕廢棄催化劑對環境產生的不利影響[6,7]。隨著SCR脫硝系統在我國的大規模應用，亟需開展關于失活SCR催化劑再生的研究。造成催化劑失活的原因比較復雜，但由于煙道氣中的煙塵微粒(主要為硅鋁酸鹽)造成的催化劑微孔阻塞是失活催化劑中普遍存在的一點，而這種失活是可以通過再生清洗的方式恢復的。目前失活催化劑的再生方式主要包括水洗再生、熱再生、酸堿液再生、活性鹽溶液活化再生、氧化燒炭再生、補充活性成分再生和微波再生等，其中酸堿液再生因其工藝簡單、再生效果好、所用時間短而成為目前所普遍采用的再生工藝[8～11]。在酸堿液再生中超聲清洗是至關重要的一環，超聲的功率、時間、溫度等因素都會對再生效果產生影響。本文以失活的板式SCR脫硝催化劑為研究對象，運用BET比表面積測試法(BET)，X 射線熒光(XRF)進行表征，探討超聲的功率、頻率、時間、溫度等參數，并對堿液超聲和堿液超聲加鼓泡浸泡兩種方式進行對比分析。

2 實驗方法

將經過空氣吹掃、并裁剪后的失活催化劑浸沒于清洗液中進行超聲清洗，之后用蒸餾水沖洗至表面呈中性或弱酸性，烘干焙燒。通過控制變量法實驗探究超聲清洗功率、時間、pH值、溫度等因素對再生效果影響。實驗所用超聲清洗機的工作頻率為80 Hz、超聲功率為1200 W、加熱功率2500 W、最大載重30 kg、工作溫度范圍0～40 ℃。

3 結果與討論

3.1 超聲功率輸出

超聲功率對再生效果有很大影響，輸出功率太小則清洗效果不好，太大則會損傷催化劑。將吹灰預處理后的失活催化劑放入pH值為12的堿性溶液中在超聲頻率80 Hz，40 ℃條件下清洗100 min功率輸出分別設定為40%、50%、60%、70%、80%，測試XRF結果如表1。在相同的條件下，輸出功率越高催化劑中的硅鋁去除效果越好，但輸出功率60%和70%的去除效果已沒有明顯差異，而當輸出功率達到80%時催化劑出現開裂剝落，因此輸出功率定為60%。

表1 催化劑的XRF 表征結果 %

3.2 超聲時間

吹灰預處理后的失活催化劑放入pH值為13的堿性溶液中在超聲頻率80 Hz,功率輸出60%，40 ℃條件下分別清洗60 min、100 min，并測試XRF結果如表2，隨清洗時間增長，催化劑表面SiO2、Al2O3含量逐漸降低。

表2 催化劑的XRF 表征結果

3.3 超聲溶液pH值

通過控制清洗液中NaOH的量來調節pH值分別為10、11、12、12.5。將吹灰預處理后失活催化劑分別放入4種溶液中，在超聲頻率80 Hz，功率輸出60%，40 ℃條件下清洗100 min，并測試XRF結果如表3，隨pH值增高，催化劑表面SiO2、Al2O3含量逐漸降低，但pH值12與12.5的清洗效果已經比較接近，而過高的pH值會損傷催化劑基質因此再生時pH值應為12。

表3 催化劑的XRF 表征結果

3.4 超聲溫度

吹灰預處理后的失活催化劑放入pH值為12的堿性溶液中在超聲頻率80 Hz，功率輸出60%，溫度為25 ℃、40 ℃條件下清洗100 min，并測試XRF結果如表4，隨溫度增大，催化劑表面SiO2、Al2O3含量降低，可見適當增加清洗溫度可以改善清洗效果。

表4 催化劑的XRF 表征結果

3.5 對比超聲與超聲加浸泡復合清洗

進行吹灰預處理后的催化劑，截取相同的兩塊催化劑分別進行堿液超聲、先堿液超聲再浸泡清洗記做A1、A2，并測試BET(圖1)。堿液超聲清洗(A1)：在超聲頻率80 Hz，功率輸出60%，溫度為40℃，pH值為12.5條件下清洗100 min。超聲加浸泡復合清洗(A2)：在超聲清洗后，用pH值為12.5的堿性溶液在40 ℃條件下再用壓縮空氣清洗12 h。

表5 催化劑的XRF表征結果

先堿液超聲再浸泡復合清洗SiO2降低到2.28%，Al2O3降低到5.86%，比單純超聲去除硅鋁的效果更好，再生后的比表面積為62.43 m2/g同樣優于單純超聲(比表面積為56.25 m2/g)。可見多種再生方式聯合使用可以達到單一再生方式不能達到的效果。

4 結論與展望

本文以失活的板式SCR脫硝催化劑為研究對象，運用BET比表面積測試法(BET)，X 射線熒光(XRF)進行表征，探討超聲的功率、頻率、時間、溫度等參數。實驗表明在超聲功率為60%、超聲時間100 min、反應溫度40 ℃、清洗液pH值為12時再生效果最好。另一方面，從硅鋁的去除效果以及催化劑比表面積可以發現，運用超聲加浸泡復合清洗的方式比單純超聲的再生效果更好。因為催化劑微孔的堵塞往往是多種原因造成的，單一的再生清洗方式由于其自身的工藝條件所限很難全部解決，因此需要多種方法聯合使用才能達到最佳效果，這也之后的研究工作提供了方向。

圖1 催化劑的BET

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