一种修复废脱硝催化剂机械性能的再生液及再生方法

摘要

本发明公开了一种修复废脱硝催化剂机械性能的再生液及再生方法，该方法是将废弃脱硝催化剂经吹灰、清洗等预处理后，浸泡到制备好的再生液中，利用超声或鼓泡方式扰动溶液，并控制溶液温度，浸泡后的催化剂先后在空气中和鼓风式干燥箱中干燥，随后将催化剂放入马弗炉内焙烧，焙烧后关闭马弗炉降温至室温后，取出催化剂。本发明将无机胶黏剂灌注入催化剂微裂纹中，经高温固化，填补了催化剂结构缺陷，强化了催化剂机械性能，延长了脱硝催化剂的使用寿命。本发明有效延长催化剂的机械寿命和再生催化剂的循环利用次数，不但可以大幅度减小催化剂的使用成本，而且能缩减脱硝催化剂废弃物的排放量，减少这种固废的环境危害。

说明书

技术领域

本发明涉及废脱硝催化剂再生技术领域，尤其涉及一种修复废脱硝催化剂裂纹的再生方法。

背景技术

选择性催化还原（SCR）脱硝技术是一种高效、可靠、成熟的烟气脱硝技术，广泛应用于我国燃煤电厂锅炉烟气脱硝系统中，SCR脱硝催化剂是该技术的核心，蜂窝式V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂是目前世界上应用最为广泛的一种催化剂。近来，燃煤电厂的烟气脱硝装置迅猛增加，导致了脱硝催化剂市场需求量和在线运行量出现爆发式增长。根据中国电力企业联合会的数据统计，预计“十二五”末，运行脱硝装置的火电机组将达到7亿千瓦，55～60万立方米脱硝催化剂在线运行；进入“十三五”以后，将有10亿千瓦火电装机容量安装脱硝装置，80～90万立方米脱硝催化剂在线运行。因脱硝催化剂的使用寿命一般为3年，按照脱硝催化剂的运行更换规律，预计从2015年底开始，失效脱硝催化剂将大量退役被淘汰，并且废弃数量逐年增加，预计在2020年以后废弃脱硝催化剂量稳定在25～30万立方米/年。

由于脱硝催化剂包含V₂O₅、WO₃等重金属成份，属于国家认定的危险废弃物，且目前国内尚无处理经验，因此，每年淘汰的如此大量的废弃催化剂如不进行妥善处置，势必对环境造成巨大的二次污染，同时也会造成催化剂中贵重金属资源的浪费。鉴于脱硝催化剂价格昂贵，是脱硝装置投资和运行成本的最大部分，为节约资源，降低成本，目前国内首先考虑将废弃催化剂进行再生处理，无法再生的催化剂将通过化学冶金或其他方法回收利用。采用有效的再生与回收方式处理废弃催化剂不但能解决废弃催化剂大量堆积带来的环境二次污染问题，而且将大幅度降低脱硝催化剂的生产成本，并带来巨大的社会经济效益。

判断废脱硝催化剂是否具有可再生价值的标准，一是催化剂本身结构的完整程度，二是催化剂中机械性能的残余程度。针对具有可再生价值的脱硝催化剂，再生后机械性能的恢复情况仍然是判断其应用寿命的重要参数。为了延长再生催化剂的使用寿命，提高催化剂本身的机械强度是一种必不可少的手段。催化剂块体中的微裂纹是导致催化剂机械强度降低、使用寿命减小的主要因素之一。因此，针对性地修复废催化剂中的微裂纹，可以有效增强催化剂的机械性能，延长再生催化剂的使用寿命。目前，国内外针对废脱硝催化剂的再生处理，主要集中在恢复催化剂的脱硝活性方面，而针对废脱硝催化剂机械性能的修复或再生，鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决废脱硝催化剂机械强度低、使用寿命短的问题，而提出一种修复脱硝催化剂表面和内部的微裂纹、减少脱硝催化剂结构缺陷、修复或再生废脱硝催化剂机械性能的再生液和再生方法。

本发明的修复废脱硝催化剂裂纹的再生方法包含如下具体步骤：

（1）预处理：采用压缩空气吹灰、高压水冲洗、超声清洗等手段，对废脱硝催化剂进行除灰、疏通孔道等预处理；

（2）浸泡：在一定温度下，将步骤（1）处理过的废脱硝催化剂浸泡在再生液中，并通过超声或鼓泡形式对再生液进行扰动；

（3）干燥：将步骤（2）处理过的催化剂在室温下放置一定时间，然后放入鼓风式干燥箱，分级干燥至全干；

（4）焙烧：将步骤（3）处理过的催化剂放入马弗炉，以4℃/min的速度升温至一定温度，进行焙烧，焙烧一定时间后，随炉降温至室温，然后取出催化剂。

步骤（1）中，所述的废脱硝催化剂可以是蜂窝式废弃脱硝催化剂。

步骤（1）中，经过所述的预处理，催化剂的孔道疏通率大于95%，携带的灰分质量小于催化剂质量的10%。

步骤（2）中，浸泡时的温度为20～60℃，浸泡时间为10～120min。

步骤（3）中，在室温下放置的时间为60～240min。

步骤（3）中，所述的分级干燥是将鼓风式干燥箱以4℃/min的升温速度从室温升至100℃，保温60min，然后以4℃/min的升温速度从100℃升至150℃，保温60～90min。

步骤（4）中，所述的焙烧是从室温升至300～400℃，保温60min，然后升温至500～600℃，保温60～120min。

步骤（4）中，所述的随炉降温至室温是指关闭马弗炉加热电源，在关闭炉门的情况下，催化剂表面温度降低到室温。

本发明的修复废脱硝催化剂裂纹的再生液的具体特征如下：

所述的再生液是由无机胶黏剂和纯净水或蒸馏水按一定配比制成的水溶液。

所述的无机胶黏剂包含磷酸盐类胶黏剂、硅酸盐类胶黏剂、硫酸盐类絮凝剂中的一种或几种；

所述的无机胶黏剂和纯净水或蒸馏水的配比是无机胶黏剂与纯净水或蒸馏水的质量比为0.1～0.8:1。

本发明与现有技术相比，具有的优点和有益效果如下：

（1）本发明将无机胶黏剂灌注入催化剂微裂纹中，经高温固化，填补了催化剂结构缺陷，强化了催化剂机械性能，延长了脱硝催化剂的使用寿命。

（2）本发明中的再生液配制方法简单，成本低廉，效果突出，并且适用范围广泛。

（3）本发明有效延长催化剂的机械寿命和再生催化剂的循环利用次数，不但可以大幅度减小催化剂的使用成本，而且能缩减脱硝催化剂废弃物的排放量，减少这种固废的环境危害。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图。

图2为实施例1中修复前带有裂纹的脱硝催化剂的SEM图片。

图3为实施例1中修复后裂纹缺陷得到填补修复的脱硝催化剂的SEM图片。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述说明：

实施例1

取一根废弃蜂窝式SCR催化剂（尺寸：68cm×15cm×15cm；使用期限：21个月；整体结构完整；孔径堵塞率约30%），用压缩空气枪吹扫表面和孔道，然后用高压水枪，从进气端方向对准催化剂孔道进行扫喷，水压调为10MPa。当催化剂所有孔道被疏通后，将催化剂放入盛有再生液的超声池中，再生液中磷酸盐胶黏剂的质量浓度为0.5%。开启超声波，在22℃下，浸泡120min。

取出浸泡过的脱硝催化剂，在室温下放置240min，然后放入鼓风式干燥箱中，以4℃/min的升温速度升高至100℃，保温60min后，再以4℃/min的升温速度升高至150℃，保温90min；然后将催化剂放入马弗炉内，以4℃/min的升温速度升高至300℃，保温60min，再以同样的速度升温至600℃，保温60min。保温结束，关闭加热电源，当马弗炉内温度达到室温时，开炉取出催化剂，修复前带有裂纹的脱硝催化剂的SEM图片如图2所示，修复后裂纹缺陷得到填补修复的脱硝催化剂的SEM图片如图3所示，对比修复前后的电镜图片可以看出，修复后磷酸盐胶黏剂注入填充到废脱硝催化剂结构中（图3中标记的两条线为修复前废脱硝催化剂结构中的裂痕部分，图3中标记的箭头指向了修复后废脱硝催化剂裂痕缺陷得到修复的部分），与修复前的微裂痕充分粘合，使得脱硝催化剂的结构裂痕缺陷得到修复、机械性能显著提高。

实施例2

取一根废弃蜂窝式SCR催化剂（尺寸：68cm×15cm×15cm；使用期限：21个月；整体结构完整；孔径堵塞率约10%），用压缩空气枪吹扫表面和孔道，然后用高压水枪，从进气端方向对准催化剂孔道进行扫喷，水压调为10MPa。当催化剂所有孔道被疏通后，将催化剂放入盛有再生液的超声池中，再生液中硅酸盐胶黏剂的质量浓度为0.1%。开启超声波，并启动池底的曝气管开关，利用热空气鼓泡将溶液温度升高至40℃。

当催化剂浸泡90min时，将其取出，并在室温下放置120min。将催化剂放入鼓风式干燥箱中，以4℃/min的升温速度升高至100℃，保温60min后，再以4℃/min的升温速度升高至150℃，保温60min；然后将其放入马弗炉内，以4℃/min的升温速度升高至350℃，保温60min，再以同样的速度升温至500℃，保温120min。保温结束，关闭加热电源，当马弗炉内温度达到室温时，开炉取出催化剂，修复后硅酸盐胶黏剂注入填充到废脱硝催化剂结构中，与修复前的微裂痕充分粘合，使得脱硝催化剂的结构缺陷得到修复、机械性能显著提高。

实施例3

取一根废弃蜂窝式SCR催化剂（尺寸：68cm×15cm×15cm；使用期限：21个月；整体结构完整；孔径堵塞率约50%），用压缩空气枪吹扫表面和孔道，然后用高压水枪，从进气端方向对准催化剂孔道进行扫喷，水压调为10MPa。当催化剂所有孔道被疏通后，将催化剂放入盛有再生液的超声池中，再生液中硫酸盐胶黏剂的质量浓度为0.8%。开启超声波，并启动池底的曝气管开关，利用热空气鼓泡将溶液温度升高至60℃。

当催化剂浸泡10min时，将其取出，并在室温下放置60min。将催化剂放入鼓风式干燥箱中，以4℃/min的升温速度升高至100℃，保温60min后，再以4℃/min的升温速度升高至150℃，保温60min；然后将其放入马弗炉内，以4℃/min的升温速度升高至400℃，保温60min，再以同样的速度升温至550℃，保温90min。保温结束，关闭加热电源，当马弗炉内温度达到室温时，开炉取出催化剂，修复后硫酸盐胶黏剂注入填充到废脱硝催化剂结构中，与修复前的微裂痕充分粘合，使得脱硝催化剂的结构缺陷得到修复、机械性能显著提高。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些具体实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，这些不经创造性的设计出与本技术方案相同或相似的结构装置或产品及其使用方法，均应落在本发明的保护范围之内。