CN103638991A

CN103638991A - Scr脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置

Info

Publication number: CN103638991A
Application number: CN201310582947.3A
Authority: CN
Inventors: 赵宁; 李丽; 汤龙华; 盘思伟; 韦正乐
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: China Southern Power Grid Power Technology Co Ltd
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-11-18
Also published as: CN103638991B

Abstract

一种SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，包括活性测试系统和再生系统，活性测试系统和再生系统共用一立式反应炉1，立式反应炉1的进/出口各设有一套气体分析仪；再生系统的压缩空气储罐12的压缩空气、以及由循环泵13泵出循环池14的再生液分别输送至置于活性测试系统的反应炉1内腔的上方的清洗喷嘴17，隔灰板19布置于反应炉内腔的下方，集灰槽20布置于隔灰板的两侧，集灰槽20的出口通向循环池14。本装置有效地简化了催化剂的再生过程，便于对实际再生效果的验证与评价。

Description

SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置

技术领域

本发明涉及一种用于SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置。

背景技术

为了应对日益严峻的环境形势，近几年来国家加大了对燃煤电厂大气污染物排放的控制力度，烟气脱硝成为继除尘、脱硫之后又一排放控制重点。根据最新的国家标准GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的要求，自2014年7月1日起，大部分现有火力发电锅炉的氮氧化物排放浓度将执行100mg/Nm³的限值。为了满足新形势下的氮氧化物排放要求，近两年来大量燃煤机组开始了烟气脱硝工程的改造，其中大多数选用的是脱硝效率高、工艺更为成熟的选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）烟气脱硝技术。

SCR脱硝技术的核心在于SCR脱硝催化剂，在SCR脱硝系统实际运行过程中，催化剂的活性会下降，随着催化剂的活性下降，整个脱硝系统的性能也逐渐下降。当催化剂活性下降到一定阈值时，必须进行更换处理。对于失活的催化剂而言，最佳的处理方式是进行再生处理，再生后催化剂的活性可一定程度地恢复，从而实现了失活催化剂的再利用，而且避免了催化剂带来的二次污染，具有良好的经济效益与环境效益。

催化剂再生的一般过程为：首先，取样测试催化剂的活性，并通过化学分析表征手段确定催化剂失活的主要原因及再生的可行性；其次，根据催化剂失活原因，选择再生方法并配制催化剂再生液对其进行实际再生；最后，对再生后催化剂进行活性测试，验证再生是否达到预期效果。目前，SCR催化剂的再生方法主要有：水洗再生、酸洗再生、热处理再生等。根据催化剂的失活原因不同，所选用的再生方法也不同。一般情况下，由于催化剂的失活原因较为复杂，往往需要多种再生方法复合选用，以使实现催化剂活性的最大程度恢复。

公开号为CN102114422A的发明专利提出了一种SCR催化剂可实现脱硝反应与再生的装置及工艺，该发明将SCR催化剂再生反应装置与SCR催化剂脱硝反应装置融合为一个反应装置，实现了SCR催化剂同时脱硝与再生。再生过程包括空气吹扫、酸洗除碱、干燥焙烧、主剂补充等步骤，再生后催化剂可继续用于脱硝反应，但该发明专利对再生后催化剂的活性测试并未涉及。

公开号为CN102103047A的发明专利提出了一种用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法和装置，该方法精确控制模拟烟气的主要组份，模拟烟气进入装有待测催化剂的反应器后完成脱硝反应过程，通过烟气分析仪检测反应器前后烟气NO浓度变化情况，从而得到催化剂的活性。该装置系统简单，参数控制精确，但是该方案所测试催化剂模块要求小于500cm³，难以满足对SCR催化剂单体模块的测试需求。

现有技术中，尚未发现有能同时进行SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种用于SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，本装置有效地简化了催化剂的再生过程，便于对实际再生效果的验证与评价。

解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，包括活性测试系统和再生系统，其特征在于：所述的活性测试系统和再生系统共用一立式反应炉1；

所述的活性测试系统包括立式反应炉1，立式反应炉1的进/出口各设有一套气体分析仪；

所述的再生系统包括压缩空气储罐12、循环池14、循环泵13、三通转接阀11、清洗喷嘴17、隔灰板19、集灰槽20，所述的压缩空气储罐12的压缩空气、以及由循环泵13泵出循环池14的再生液分别输送至三通转接阀11后，再经布置于活性测试系统的反应炉1内腔的上方的清洗喷嘴17对反应炉内失活催化剂进行吹扫和喷淋清洗；隔灰板19布置于反应炉内腔的下方，用于吹扫过程对底部管路的隔断，防治管路堵塞，集灰槽20布置于隔灰板的两侧，用于收集吹扫过程产生的积灰，集灰槽20的出口通向循环池14。

所述的活性测试系统包括NH₃、N₂、O₂、SO₂、NO气瓶组3、水汽蒸发器9、混合预热炉8、反应炉1和冷凝吸收装置18；所述的NH₃气瓶通过管路直接连接至反应炉入口，所述的N₂、O₂、SO₂、NO气瓶与混合预热炉8通过管路连通，各气体通至混合预热炉内进行混合和预加热，所述的水汽蒸发器9通过管路连接至混合预热炉入口，产生的水蒸气通入混合预热炉内，所述的混合预热炉8、反应炉1和冷凝吸收装置18用管道依次连接，各气体经混合、预热、反应后，经冷凝吸收装置后处理排出；

在上述基础上，本发明还可以有如下的各种改进：

1、所述的反应炉炉内设置有加热器6和温度控制仪7，根据不同步骤调节相应的炉内温度；

2、所述的活性测试系统至反应炉、再生系统至反应炉的连接管路上均设置有开关阀，用于再生系统和活性测试系统的相互隔离；

3、所述的混合预热炉也设置有加热器和温度控制仪，控制活性测试时混合预热炉的温度为300℃；

4、所述的NH₃、N₂、O₂、SO₂、NO气瓶的连接管路上设置有减压阀4和质量流量计5，所述的水汽蒸发器和混合预热炉的连接管路上也设置有质量流量计，用于对各组分流量的精确控制；

5、所述压缩空气储罐与三通转接阀连接的管路上也设置有减压阀和质量流量计，用于控制吹扫过程的吹扫压力；

6、所述的循环池内可加入去离子水或再生液，循环泵出口也设置有质量流量计，用于控制调节清洗过程的清洗流量；

7、所述反应炉的外壁还包覆有一层隔热保温层21；

8、所述的循环池还设置有加药口15和排放口16，用于池内溶液的添加和更换。

本发明的工作过程：

(1)再生前活性测试：将失活的SCR催化剂装入反应炉中，对失活催化剂进行活性测试，活性测试过程采用气瓶组模拟实际烟气条件，通过混合预热后，各组分气体进入反应炉内完成脱硝反应，通过气体分析仪测试反应炉入口和出口的氮氧化物浓度，进而计算得到失活催化剂再生前的活性常数K值；

SCR催化剂的活性常数K₁值根据下式计算：

K(α)=-AVln(1-η)；

式中，K为催化剂的活性常数值，m/h；AV为空气流速，m³/H_stp,wet/m²；η为氮氧化物转化率，%，η=(C₀-C₁)/C₀，C₀、C₁分别为氮氧化物入口和出口浓度，mg/Nm³；

(2)催化剂的实际再生：再生过程主要包括如下步骤：

①吹扫清灰：采用无油压缩空气对失活催化剂进行吹扫处理，清除催化剂孔道及表面的积灰；

②溶液清洗：将催化剂再生液装入循环池内，通过循环泵将再生液输入反应炉中，对失活催化剂进行喷淋清洗；

③漂洗恢复：将去离子水装入循环池内，通过循环泵将去离子水输入反应炉中，对失活催化剂进行漂洗恢复处理；

④干燥焙烧：采用无油压缩空气在一定的温度条件下对反应炉内的失活催化剂进行干燥焙烧处理；

上述步骤还可根据催化剂的实际失活情况进行重复或增加;

(3)再生后活性测试：对再生处理后的催化剂进行活性测试，过程同步骤(1)，计算得到再生后的催化剂活性常数K₂值，再次（第一次，是首次引入这个概念）引入催化剂的再生恢复系数K_h，用于对催化剂的再生效果进行评价，再生恢复系数K_h计算公式如下：

K_h=K₂/K₁；

本发明中，所述步骤(1)的气瓶组包括有N₂、O₂、NO、NH₃、SO₂，用于模拟实际烟气条件，还包括有水汽蒸发器，用来向反应炉内通入水蒸气，所述混合预热炉和反应炉都配置有加热器和温度控制仪，用于精确控制混合预热炉和反应炉的温度，混合预热温度设定为300℃，反应系统的温度设定为350～420℃，具体根据催化剂的最佳活性温度设定；所述步骤(2)的吹扫清灰过程，吹扫压力可设定为0.4～0.6MPa，所述的溶液清洗过程加入的再生液pH值控制范围为4～6，清洗时间为2～3h；所述的漂洗恢复过程，漂洗时间为1～2h；所述的干燥焙烧过程在压缩空气气氛下进行，压力设定为0.1MPa，干燥温度为300～360℃，，干燥时间为2～3h。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

(1)本发明的SCR催化剂活性测试与再生共用一套反应炉，实现了再生及再生前后活性测试功能的复合，催化剂再生后可直接进行活性测试，该系统经济高效，大大减少了催化剂的拆卸与重新填装的工作量，经济效益显著；

(2)本发明的循环池可添加去离子水、酸液、复合再生液等，可根据用户需求，实现SCR催化剂的水洗、酸洗及复合清洗等功能，结构简单，再生过程便捷，易于操作；

(3)本发明通过三通转接阀可实现对失活催化剂的吹扫、洗涤、漂洗、干燥等步骤，再生过程中不必拆装催化剂，简化了再生步骤，避免了多次拆装过程对催化剂的磨损；

(4)本发明的活性测试系统中NH3气路直接通入反应炉顶部，减少了NH₃与SO₂的副反应发生，避免了生成的硫酸盐和硫酸铵盐类物质对系统的堵塞；

(5)本发明的反应炉可填装催化剂小型测试模块或催化剂单体测试模块，满足不同用户的催化剂活性测试及再生效果评价需求，具有良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图是本发明SCR脱硝催化剂再生效果评价复合装置的整体结构示意图。

附图标记说明

1、反应炉；2、开关阀；3、气瓶组；4、减压阀；5、质量流量计；6、加热器；7、温度控制仪；8、混合预热炉；9、水汽蒸发器；10、气体分析仪；11、三通转接阀；12、压缩空气储罐；13、循环泵；14、循环池；15、加药口；16、排放口；17、清洗喷嘴；18、冷凝吸收装置；19、隔灰板；20、集灰槽；21、隔热保温层。

具体实施方式

如附图所示，本发明的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，包括共用一立式反应炉1的活性测试系统和再生系统，立式反应炉1的进/出口各设有一套气体分析仪。

活性测试系统包括NH₃、N₂、O₂、SO₂、NO气瓶3、水汽蒸发器9、混合预热炉8、反应炉1和冷凝吸收装置18；NH₃气瓶3通过管路连接至反应炉1入口，N₂、O₂、SO₂、NO气瓶3与混合预热炉8通过管路连通，各气体通至混合预热炉8内进行混合和预加热，水汽蒸发器9通过管路连接至混合预热炉8入口，产生的水蒸气通入混合预热炉8内，混合预热炉8、反应炉1和冷凝吸收装置18依次连接，各气体经混合、预热、反应后，经冷凝吸收装置18后处理排出。

再生系统包括压缩空气储罐12、循环池14、循环泵13、三通转接阀11、清洗喷嘴17、隔灰板19、集灰槽20；压缩空气储罐12通过管路连接至三通转接阀11，循环池14与循环泵13通过管路连接，循环泵13出口通过管路连接至三通转接阀11，三通转接阀11通过管路连接至清洗喷嘴17，清洗喷嘴17布置于反应炉1的上方，用于对反应炉1内失活催化剂的吹扫和喷淋清洗。隔灰板19布置于反应炉的下方，用于吹扫过程对底部管路的隔断，防治管路堵塞，所述的集灰槽20布置于隔灰板19的两侧，用于收集吹扫过程产生的积灰，集灰槽20的出口通向循环池14。

立式反应炉1可实现脱硝反应过程和催化剂的再生处理，炉内设置有加热器6和温度控制仪7，根据不同步骤调节相应的炉内温度。

活性测试系统至反应炉1、再生系统至反应炉1的连接管路上均设置有开关阀2，用于再生系统和活性测试系统的相互隔离；混合预热炉8也设置有加热器6和温度控制仪7，控制活性测试时混合预热炉的温度为300℃；NH₃、N₂、O₂、SO₂、NO气瓶3的连接管路上设置有减压阀4和质量流量计5，水汽蒸发器9和混合预热炉8的连接管路上也设置有质量流量计5，用于对各组分流量的精确控制；压缩空气储罐12与三通转接阀11连接的管路上也设置有减压阀4和质量流量计5，用于控制吹扫过程的吹扫压力；循环池14内可加入去离子水或再生液，循环泵13出口也设置有质量流量计5，用于控制调节清洗过程的清洗流量；反应炉1的外壁还包覆有一层隔热保温层21；循环池14还设置有加药口15和排放口16，用于池内溶液的添加和更换。

工作过程

实施例1

对一条失活的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体进行再生及再生效果评价。所取催化剂A为150mm×150mm×870mm的蜂窝式脱硝催化剂单体，主要组分为V₂O₅-WO₃/TiO₂。

实施过程包括如下步骤：

(1)再生前活性测试：将失活的SCR催化剂装入反应炉1中，关闭开关阀2C、2D，将再生系统隔离，开启开关阀2A、2B，对催化剂A进行活性测试，活性测试过程如下：

首先开启N₂气瓶3及减压阀4，调节质量流量计5，控制N₂流量为10L/min；开启加热器6，调节温度控制仪7，分别设定混合预热炉8和反应炉1的温度为300℃和350℃；待温度上升到设定温度并稳定后，开启其他气瓶3及水汽蒸发器9，按催化剂A的实际空速和烟气参数进行设定，通过质量流量计4调节入口烟气参数如下表：

项目	单位
		O₂	3.9（Vol%）
SO₂	0.06（Vol%）
		H₂O	9.6（Vol%）
NO	450（mg/Nm³）
		NH₃	450（mg/Nm³）
N₂	其他

分别开启开关阀2E、2F，开启气体分析仪10，对进出口NO浓度进行测量，当测量浓度稳定30min后，开始记录NO浓度，并计算再生前的催化剂A活性常数K₁值为14.71m/h，完成活性测试过程。

(2)催化剂的实际再生：本实施例的再生过程包括如下步骤：

①吹扫清灰：关闭开关阀2A，开启开关阀2C，调节三通转接阀11至压缩空气连通管路，开启压缩空气储罐12，采用无油压缩空气进行吹扫处理，清除催化剂孔道及表面的积灰；保持吹扫压力为0.5MPa，持续吹扫30min；

②溶液清洗：关闭开关阀2B，开启开关阀2D，调节三通转接阀11至循环泵13连通管路，由加药口15将再生液（本实施例选用硫酸溶液和去离子水配制）装入循环池14内，调节pH为5.0，通过循环泵13将循环池14内溶液由清洗喷嘴17输入反应炉1中，对催化剂A进行喷淋清洗，持续循环清洗3h，由排放口16将溶液排出；

③漂洗恢复：将去离子水装入循环池14内，通过循环泵13将去离子水输入反应炉1中，对催化剂A进行漂洗恢复处理，漂洗时间控制为1.5h；

④干燥焙烧：关闭开关阀2D，开启开关阀2B，调节三通转接阀11至压缩空气连通管路，开启反应炉加热器6，调节反应炉温度为320℃，采用无油压缩空气对反应炉1内的催化剂A进行干燥焙烧处理，干燥时间1h，完成再生过程。

(3)再生后活性测试：对再生处理后的催化剂进行活性测试，过程同步骤(1)，计算得到再生后的催化剂A活性常数K₂值为30.11m/h，进而计算得出催化剂的再生恢复系数K_h为2.05，再生效果明显。

实施例2

对一条失活的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体进行再生及再生效果评价。所取催化剂B为150mm×150mm×900mm的蜂窝式脱硝催化剂单体，主要组分为V₂O₅-WO₃/TiO₂。

实施过程包括如下步骤：

(1)再生前活性测试：将失活的SCR催化剂装入反应炉1中，关闭开关阀2C、2D，将再生系统隔离，开启开关阀2A、2B，对催化剂B进行活性测试，活性测试过程如下：

项目	单位
		O₂	4.1（Vol%）
SO₂	0.06（Vol%）

H₂O	9.6（Vol%）
		NO	408（mg/Nm³）
NH₃	408（mg/Nm³）
		N₂	其他

分别开启开关阀2E、2F，开启气体分析仪10，对进出口NO浓度进行测量，当测量浓度稳定30min后，开始记录NO浓度，并计算再生前的催化剂B活性常数K₁值为18.63m/h，完成活性测试过程。

(2)催化剂的实际再生：本实施例的再生过程包括如下步骤：

①吹扫清灰：关闭开关阀2A，开启开关阀2C，调节三通转接阀11至压缩空气连通管路，开启压缩空气储罐12，采用无油压缩空气进行吹扫处理，清除催化剂孔道及表面的积灰；保持吹扫压力为0.6MPa，持续吹扫45min；

②溶液清洗：关闭开关阀2B，开启开关阀2D，调节三通转接阀11至循环泵13连通管路，由加药口15将再生液（本实施例选用醋酸溶液和去离子水配制）装入循环池14内，调节pH为5.0，通过循环泵13将循环池14内溶液由清洗喷嘴17输入反应炉1中，对催化剂A进行喷淋清洗，持续循环清洗2h，由排放口16将溶液排出；

③漂洗恢复：将去离子水装入循环池14内，通过循环泵13将去离子水输入反应炉1中，对催化剂A进行漂洗恢复处理，漂洗时间控制为1h；

④干燥焙烧：关闭开关阀2D，开启开关阀2B，调节三通转接阀11至压缩空气连通管路，开启反应炉加热器6，调节反应炉温度为320℃，采用无油压缩空气对反应炉1内的催化剂B进行干燥焙烧处理，干燥时间1h，完成再生过程。

(3)再生后活性测试：对再生处理后的催化剂进行活性测试，过程同步骤(1)，计算得到再生后的催化剂B活性常数K₂值为33.87m/h，进而计算得出催化剂的再生恢复系数K_h为1.82，再生效果明显。

Claims

1.一种SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，包括活性测试系统和再生系统，其特征在于：所述的活性测试系统包括立式反应炉（1），立式反应炉的进/出口各设有一套气体分析仪；所述的再生系统包括压缩空气储罐（12）、循环池（14）、循环泵（13）、三通转接阀（11）、清洗喷嘴（17）、隔灰板（19）、集灰槽（20），所述的压缩空气储罐（12）的压缩空气、以及由循环泵（13）泵出循环池（14）的再生液分别输送至三通转接阀（11）后，再经布置于活性测试系统的反应炉（1）内腔的上方的清洗喷嘴（17）对反应炉内失活催化剂进行吹扫和喷淋清洗；隔灰板（19）布置于反应炉内腔的下方，用于吹扫过程对底部管路的隔断，防治管路堵塞，集灰槽（20）布置于隔灰板的两侧，用于收集吹扫过程产生的积灰，集灰槽（20）的出口通向循环池（14）。

2.根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述的活性测试系统包括NH3、N2、O2、SO2、NO气瓶组（3）、水汽蒸发器（9）、混合预热炉（8）、反应炉（1）和冷凝吸收装置（18）；所述的NH3气瓶通过管路直接连接至反应炉入口，所述的N2、O2、SO2、NO气瓶与混合预热炉（8）通过管路连通，各气体通至混合预热炉内进行混合和预加热，所述的水汽蒸发器（9）通过管路连接至混合预热炉入口，产生的水蒸气通入混合预热炉内，所述的混合预热炉（8）、反应炉（1）和冷凝吸收装置（18）用管道依次连接，各气体经混合、预热、反应后，经冷凝吸收装置后处理排出。

3.根据权利要求2所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述的反应炉炉内设置有加热器（6）和温度控制仪（7），根据不同步骤调节相应的炉内温度。

4.根据权利要求3所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述的活性测试系统至反应炉、再生系统至反应炉的连接管路上均设置有开关阀，用于再生系统和活性测试系统的相互隔离。

5.根据权利要求4所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述的混合预热炉也设置有加热器和温度控制仪，控制活性测试时混合预热炉的温度为300℃。

6.根据权利要求5所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述的NH₃、N₂、O₂、SO₂、NO气瓶的连接管路上设置有减压阀（4）和质量流量计（5），所述的水汽蒸发器和混合预热炉的连接管路上也设置有质量流量计，用于对各组分流量的精确控制。

7.根据权利要求6所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述压缩空气储罐与三通转接阀连接的管路上也设置有减压阀和质量流量计，用于控制吹扫过程的吹扫压力。

8.根据权利要求7所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述的循环池内可加入去离子水或再生液，循环泵出口也设置有质量流量计，用于控制调节清洗过程的清洗流量。

9.根据权利要求8所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述反应炉的外壁还包覆有一层隔热保温层（21）。

10.根据权利要求9所述的SCR脱硝催化剂再生及再生前后活性测试的复合装置，其特征在于：所述的循环池还设置有加药口（15）和排放口（16），用于池内溶液的添加和更换。