前面,我們對蜂窩式脫硝催化劑的應(yīng)用情況進行了闡述,接下來,我們重點了解下蜂窩式脫硝催化劑的失活原因分析。
蜂窩式脫硝催化劑的失活。造成釩鈦脫硝催化劑失活的原因主要有:物理覆蓋、化學(xué)中毒(堿金屬、堿土金屬、砷、磷等)、燒結(jié)、磨損、活性成分流失等。
物理覆蓋發(fā)生在粉煤灰通過脫硝催化劑床層時,細小的粉煤灰顆粒進入脫硝催化劑床層,覆蓋在催化劑表面或進入孔道形成堵塞,造成脫硝催化劑部分活性位被覆蓋而失活。這種催化劑失活是短暫的,通過高壓水清洗,催化劑活性是可以恢復(fù)的。由于高溫氣體在通過脫硝催化劑床層時,截面中心與邊緣存在的壓差導(dǎo)致粉煤灰顆粒最先沉積在截面中心的催化劑外表面與孔道內(nèi)表面,使得催化劑的截面中心因顆粒物理覆蓋而失活得相對嚴重。內(nèi)表面覆蓋主要是由于較小顆粒的粉煤灰直接進入催化劑孔內(nèi)造成堵塞,外表面覆蓋是由于粉煤灰顆粒進入催化劑床層時吸附在表面形成的。
化學(xué)中毒分為堿金屬(如K、Na)中毒、堿土金屬中毒(Ca、Mg)、非金屬(P、Si、As)中毒等。堿金屬中毒是因為鉀離子和鈉離子均能與催化劑的酸性活性位發(fā)生中和反應(yīng),導(dǎo)致固體酸活性位數(shù)量減少,使得吸附在催化劑活性位上的NH3分子數(shù)量減少,降低催化劑的脫硝效率。堿土金屬中毒機理與堿金屬中毒機理類似。As中毒時,由于氣態(tài)砷氧化物As2O3直接吸附于催化劑表面,然后被催化劑氧化成As2O5,從而形成As覆蓋層,使得催化劑比表面積減小和活性位數(shù)量減少,催化劑活性降低。P中毒時,一方面,由于P取代催化劑中的W和V,生成P-OH,使得催化劑只能提供較弱的酸活性位,使得催化劑對NH3的吸附能力下降;另一方面,P與催化劑上的活性物質(zhì)V發(fā)生反應(yīng)生成VOPO4,占據(jù)部分活性位后,引起催化劑活性降低。在低溫SCR反應(yīng)中,SO2與反應(yīng)物(NH3和O2)發(fā)生反應(yīng)會生成硫酸銨[如NH4HSO4、(NH4)2SO4]和其它硫酸鹽,這些硫酸鹽會吸附在活性位上,加劇催化劑失活現(xiàn)象。
脫硝催化劑晶粒在長期的高溫下使用會燒結(jié)長大,引起催化劑燒結(jié)失活,使用溫度越高,燒結(jié)失活越嚴重。燒結(jié)可分為載體TiO2和活性組分V2O5的燒結(jié),釩鈦系SCR催化劑高溫運行時,載體TiO2顆粒之間發(fā)生聚集,導(dǎo)致TiO2晶體粒徑增大,嚴重時TiO2的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從銳鈦礦型轉(zhuǎn)變成金紅石型。載體燒結(jié)使催化劑的比表面積降低,從而降低催化活性。純V2O5的熔點為670 ℃,高溫操作也會引起V2O5顆粒燒結(jié),最終降低催化活性。
磨損也是脫硝催化劑失活的原因之一。當煙氣中的粉煤灰隨煙氣快速通過催化床層時,形成對催化劑表面的沖刷,久而久之造成磨損,部分活性組分損失而造成催化劑活性降低。由于煙氣在通過催化床層徑向方向存在壓力分布,中心部位的催化劑表面要較邊緣部位磨損嚴重。磨損不僅造成催化劑活性降低,還會造成催化劑蜂窩元件機械強度下降,最終降低脫硝效率。