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SCR冠军国际cmpbetcmp冠军国际网址循环再利用的研究进展

【摘要】:
燃煤电厂排放的氮氧化物(NOx)是主要大气污染物之一,也是形成光化学烟雾、酸雨污染及破坏臭氧层的主要物质。如何有效控制NOx排放已成为当前环境保护中令人关注的重要课题[1]。而在众多的冠军国际cmp技术中,选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction,SCR)以其无副产物,装置简单并且脱除效率高(可达90%以上)、运行可靠、便于维护等优点,已成为现阶段世界上应用最为广泛的烟气冠军国际cmp
燃煤电厂排放的氮氧化物(NOx)是主要大气污染物之一,也是形成光化学烟雾、酸雨污染及破坏臭氧层的主要物质。如何有效控制NOx排放已成为当前环境保护中令人关注的重要课题[1]。而在众多的冠军国际cmp技术中,选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR)以其无副产物,装置简单并且脱除效率高(可达90%以上)、运行可靠、便于维护等优点,已成为现阶段世界上应用最为广泛的烟气冠军国际cmp技术。
采用SCR技术的关键问题是选择优良的betcmp冠军国际网址,它的性能直接影响到SCR系统的整体冠军国际cmp效果。经过多年的工业实践和验证,目前广泛使用的是以锐钛矿型二氧化钛为载体负载钒氧化物作为活性物质,辅以氧化钨或氧化钼为助betcmp冠军国际网址的金属氧化物betcmp冠军国际网址。
目前,用于燃煤电厂烟气冠军国际cmp的钒基betcmp冠军国际网址的工作温度范围为310~430 ℃,相当于锅炉省煤器出口的烟气温度。因此SCR冠军国际cmp反应器直接安装在锅炉省煤器与空气预热器之间,即所谓的高位布置方式[2]。尽管这种布置方式下betcmp冠军国际网址活性最大,有利于反应的进行,但该布置区间烟气中高浓度的粉尘会冲刷betcmp冠军国际网址并使其中毒,同时烟气温度过高使得betcmp冠军国际网址发生烧结、失活,使betcmp冠军国际网址的寿命缩短。
当betcmp冠军国际网址的活性下降致使其性能劣化到一定程度时,就要更换betcmp冠军国际网址,在运行费用中除了氨的消耗,betcmp冠军国际网址的更换更是占据了大部分费用。对于可逆性中毒的betcmp冠军国际网址和活性降低的betcmp冠军国际网址可以通过再生重新利用,再生费用只有全部更换费用的20~30%,而活性可恢复到原来的90%~100%,甚至更高[3]。
此外,不可再生的废弃SCR冠军国际cmpbetcmp冠军国际网址中含有钒等有价金属,直接丢弃会造成环境污染,其中钒是稀有金属,在自然界中分散而不集中,富集钒矿不多,提取和分离比较困难。近几年随着科技的发展,对钒需求量每年约增长5%,致使钒价不断上扬。因此,从废弃SCR冠军国际cmpbetcmp冠军国际网址中回收V2O5既能避免对环境的污染,又能节约宝贵的资源。
2 SCRbetcmp冠军国际网址的失活机理
在SCR系统运行过程中,导致SCRbetcmp冠军国际网址活性降低乃至失活的原因主要有以下几种[4,5]。
2.1 高温引起的烧结、活性组分挥发
温度对于SCRbetcmp冠军国际网址活性有较大的影响,对于V2O5-WO3/TiO2betcmp冠军国际网址的热力型失活也有相关的研究,长时间暴露于450 ℃以上的高温环境中可引起betcmp冠军国际网址活性位置(表面)烧结,直接导致betcmp冠军国际网址颗粒增大,表面积减小,一部分活性组分的挥发损失,进而使betcmp冠军国际网址活性降低。
Reiche等人[6]研究了V2O5 /TiO2在不同温度下的活性变化,结果发现当温度高于500℃时betcmp冠军国际网址将严重失活。Moradi等人[7]的研究结果表明,betcmp冠军国际网址失活过程中,外部环境温度是一个重要的参数。当外界环境温度升高时,亚微观粒子在betcmp冠军国际网址失活中的作用将被加强。
2.2 碱金属、碱土金属氧化物引起的betcmp冠军国际网址中毒
飞灰中的可溶性碱金属主要包括Na与K这两种物质,在水溶液离子状态下,它们能够渗透到betcmp冠军国际网址深层直接与betcmp冠军国际网址活性颗粒反应,使酸位中毒以降低其对NH3的吸附量和吸附活性,继而降低催化活性[8]。
碱金属元素被认为是对betcmp冠军国际网址毒性最大的一类元素,因此碱金属中毒本质成为探讨的焦点。Kamata等[9]通过冠军国际cmp活性实验证实,随着betcmp冠军国际网址表面K2O含量的增加,NO转化率急剧下降,当K2O质量分数达到1%时,betcmp冠军国际网址活性几乎完全丧失。
他们还利用DRFIT等方法分析得到了betcmp冠军国际网址钾中毒机理:K2O存在使得SCRbetcmp冠军国际网址活性位之一的Bronsted酸性活性位的数量大大减少,同时也削弱了Bronsted酸性位的酸性,但是随着SCRbetcmp冠军国际网址表面K2O含量的增加,另一种活性位Lewis酸性位的数量几乎不发生变化,这说明SCRbetcmp冠军国际网址钾中毒后,活性的下降是由Bronsted酸性位的变化引发的。
另外,碱金属物质的增加,会使载体氧化物的pH值增大,在高温的烧结下,会使betcmp冠军国际网址晶型改变而造成结构坍塌,堵塞内孔而导致活性降低。因此,若烟气中K2O、Na2O的含量增加,则betcmp冠军国际网址的失活现象就更严重[10]。朱崇兵等[11,12]利用模拟中毒法使得V2O5-WO3/TiO2betcmp冠军国际网址中毒,通过检测中毒后betcmp冠军国际网址的冠军国际cmp活性,比较了相同摩尔比的碱金属氧化物中毒条件下betcmp冠军国际网址的失活程度,得到如下结论:
碱金属氧化物与betcmp冠军国际网址表面V物种的结合生成部分碱金属盐(如KVO3、NaVO3),改变了betcmp冠军国际网址的表面结构,使betcmp冠军国际网址中有效活性位的数量大大降低,从而导致betcmp冠军国际网址活性降低。两种碱金属氧化物对betcmp冠军国际网址的毒性顺序为K2O>Na2O。 碱土金属元素(Ca、Mg)对于SCRbetcmp冠军国际网址的影响主要表现在氧化物在betcmp冠军国际网址表面的沉积并进一步发生反应而造成孔结构堵塞。
Benson等[13]对betcmp冠军国际网址表面XRD的检测结果表明,betcmp冠军国际网址表面沉积的碱土金属化合物主要为CaSO4,其余为Ca3Mg(SiO4)2和CaCO3,其中CaSO4和CaCO3是由CaO分别与SO3和CO2反应得到的。Nicosia等[14]通过NH3-TPD和DRFIT的测量证实,Ca也能够和K一样,影响Bronsted酸性位和V5+ O上NH3的吸附,而对于Lewis酸性位则几乎没有任何影响,但在同摩尔分数下Ca的影响比K小。