في عملية معالجة غازات المداخن الصناعية، تعد تقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) طريقة إزالة النتروجين المستخدمة بشكل شائع، و محفز SCR DeNOx هو جوهر هذه التكنولوجيا. ومع ذلك، مع مرور الوقت، فإن نشاط سوف يتراجع نشاط محفز DeNOx تدريجيًا، مما يؤثر على كفاءة نزع النتروجين. إذن، ما هو سبب انخفاض نشاط المحفز؟

السبب الرئيسي لتراجع نشاط محفز دينوكس
1.ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى فقدان المواد الفعالة
تعمل محفزات DeNOx عادةً في بيئات ذات درجات حرارة عالية، ويتراوح نطاق درجة حرارة تفاعل SCR العام بين 300 درجة مئوية إلى 400 درجة مئوية. في ظل ظروف درجات الحرارة العالية لفترة طويلة، ستخضع المواد الفعالة في المحفز، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) وأكسيد الفاناديوم (V2O5)، تدريجيًا لتغيرات بلورية أو تحلل، مما يؤدي إلى انخفاض مساحة سطح المحفز وفقدان المكونات النشطة وانخفاض الأداء الحفزي. بالإضافة إلى ذلك، قد تتسبب درجات الحرارة المرتفعة أيضًا في حدوث تغييرات في بنية المسام على سطح المحفز، مما يجعل من الصعب على المتفاعلات في غاز المداخن الاتصال بشكل فعال بالمواقع النشطة للمحفز.
2. التسمم بالمعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية
تحتوي الكتلة الحيوية والفحم والوقود الآخر على كمية معينة من المعادن القلوية (مثل الصوديوم والبوتاسيوم) والمعادن القلوية الترابية (مثل الكالسيوم والمغنيسيوم). ستشكل هذه المعادن أكاسيد قلوية عند درجات حرارة عالية، وتلتصق بسطح المحفز، وتعيق الاتصال بين غاز التفاعل والمحفز، وبالتالي تسبب تسمم المحفز. ستغطي المعادن القلوية بشكل مباشر المواقع النشطة للمحفز، وتضعف القدرة التحفيزية، وفي النهاية تسرع من تحلل نشاط المحفز.
3. التسمم بالكبريتيد والكلوريد
إن عناصر الكبريت والكلور الموجودة في الوقود سوف تولد مركبات تحتوي على الكبريت والكلور مثل SO2 وHCl أثناء عملية الاحتراق. تتفاعل هذه المركبات كيميائيًا مع الأمونيا (NH3) على سطح المحفز لتوليد رواسب كبريتات الأمونيوم أو كلوريد الأمونيوم. تعمل الرواسب على سد مسام المحفز أو تغطية المواقع النشطة، مما يمنع أكاسيد النيتروجين في غاز المداخن من ملامسة المحفز، وبالتالي تؤثر بشكل خطير على كفاءة نزع النتروجين.
4. الانسداد الميكانيكي للجسيمات والرماد المتطاير
يحتوي غاز المداخن على كمية كبيرة من الجسيمات والرماد المتطاير. تلتصق هذه الجسيمات الصلبة بسطح المحفز أو تدخل مسام المحفز، مما يتسبب في انسداد ميكانيكي. وخاصة في محطات الطاقة التي تعمل بالفحم أو محطات الطاقة التي تعمل بالكتلة الحيوية، تكون كمية الرماد المتطاير في غاز المداخن كبيرة، ومن السهل تكوين طبقة من الرماد على سطح المحفز. بمرور الوقت، سيؤدي تراكم الرماد هذا إلى سد مسام المحفز تدريجيًا، مما يؤثر على قابلية تدفق الغاز، وبالتالي تقليل نشاط المحفز.

5. تفاعل إبطال مفعول المحفز
قد يكون سبب انخفاض نشاط المحفز أيضًا هو التفاعل الكيميائي بين المحفز والمكونات الموجودة في غاز المداخن. على سبيل المثال، يتفاعل المحفز مع ثاني أكسيد الكبريت أو حمض الهيدروكلوريك لتكوين كبريتات أو كلوريدات، والتي ستشكل رواسب على سطح المحفز، مما يعيق الاتصال بين أكاسيد النيتروجين في غاز المداخن والمكونات النشطة للمحفز، مما يؤدي إلى فشل تفاعل نزع النتروجين.

حلول لمشكلة انخفاض نشاط المحفز
1. اختيار مواد حفازة مقاومة لدرجات الحرارة العالية
بالنسبة لمشكلة انخفاض نشاط المحفز بسبب ارتفاع درجة الحرارة، من المهم بشكل خاص اختيار مواد محفزة مقاومة لدرجات الحرارة العالية ومستقرة. على سبيل المثال، يمكن للمحفزات القائمة على الفاناديوم الحفاظ على نشاط تحفيزي جيد في درجات الحرارة العالية، ومن خلال إضافة مواد مضافة مثل أكسيد التنغستن وأكسيد الموليبدينوم، يمكن تحسين قدرتها على مقاومة التحلل في درجات الحرارة العالية بشكل أكبر. بالإضافة إلى ذلك، في التشغيل الفعلي، من خلال التحكم بشكل معقول في درجة حرارة تشغيل نظام SCR لتجنب درجات الحرارة الزائدة أو التقلبات المفرطة، يمكن أيضًا تأخير فشل المحفز في درجات الحرارة العالية.
2. منع التسمم بالمعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية
بالنسبة لمشكلة التسمم بالمعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية يمكن اتخاذ الإجراءات التالية:
المعالجة المسبقة للوقود: قبل الاحتراق، يتم تقليل خطر تسمم المحفز عن طريق إزالة شوائب المعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية الموجودة في الوقود.
اختيار المحفزات المضادة للتسمم: تطوير مواد محفزة ذات قدرة تحمل أعلى، مثل مواد حاملة أكسيد التيتانيوم المقاومة للتسمم بالمعادن القلوية أو تحسين مقاومة التسمم عن طريق تحسين تركيبة المحفز.
3. التحكم في محتوى الكبريت والكلور في غازات الاحتراق
بالنسبة لمشكلة التسمم بالكبريتيد والكلوريد، فإن التحكم في تركيبة غازات الاحتراق هو المفتاح. من خلال المعالجة المسبقة لإزالة الكبريت والكلور من الوقود، يمكن تقليل محتوى الشوائب مثل ثاني أكسيد الكبريت وحمض الهيدروكلوريك بشكل فعال، ويمكن تقليل ترسبها على سطح المحفز. في الوقت نفسه، يمكن أيضًا استخدام مواد المحفز ذات القدرات المضادة للكبريت والكلور لتجنب فشل المحفز بسبب التفاعل مع مركبات الكبريت والكلور.

4. التنظيف والصيانة الدورية
من أجل منع الجسيمات الدقيقة والرماد المتطاير من انسداد سطح المحفز أو المسام، من المهم جدًا تنظيف المحفز بانتظام. عادةً، يمكن استخدام التنظيف الميكانيكي أو نظام الغسيل العكسي عبر الإنترنت لإزالة الرماد على سطح المحفز للحفاظ على سلاسة سطح المحفز. بالإضافة إلى ذلك، الفحص والصيانة المنتظمة لنظام نزع النتروجين لضمان أن معدل تدفق غاز المداخن مناسب وتقليل ترسب الجسيمات الدقيقة على سطح المحفز.

5. تجديد واستبدال المحفزات
بالنسبة للمحفزات التي شهدت بالفعل انخفاضًا في النشاط، فإن معالجة التجديد هي طريقة فعالة لإطالة العمر. عادةً ما تتضمن عملية تجديد المحفز التنظيف الفيزيائي والتنظيف الكيميائي والمعالجة الحرارية وخطوات أخرى لاستعادة نشاط سطح المحفز. في الوقت نفسه، بالنسبة للمحفزات المتدهورة بشدة، يجب استبدالها في الوقت المناسب لضمان التشغيل الفعال لنظام نزع النتروجين.
6. تحسين ظروف تشغيل نظام SCR
إن تحسين معايير تشغيل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي هو أيضًا أحد الاستراتيجيات الرئيسية لتأخير انخفاض نشاط المحفز. على سبيل المثال، يمكن التحكم بشكل معقول في نسبة النيتروجين الأمونيا (NH3/NOx) في غاز المداخن لتجنب الأمونيا الزائدة من تحفيز التفاعلات الجانبية لتكوين الرواسب. في الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي الحفاظ على درجة حرارة غاز المداخن وضغطه ومعدل تدفقه المناسبين إلى تقليل التأثير السلبي على المحفز وإطالة عمره الافتراضي.

ملخص
انخفاض النشاط محفز نزع النتروجين SCR ذو درجة الحرارة العالية للغاية يعد انخفاض نشاط المحفز أحد القضايا الرئيسية التي تؤثر على كفاءة تشغيل نظام الاختزال الانتقائي الحفزي. وتشمل الأسباب الرئيسية فقدان درجات الحرارة المرتفعة، والتسمم بالمعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية، وترسب الكبريتيد والكلوريد، وانسداد الجسيمات. من خلال اختيار مواد المحفز المقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة والمضادة للتسمم، والتحكم في تركيبة غازات المداخن، والتنظيف والصيانة المنتظمة، وتجديد المحفز واستبداله في الوقت المناسب، يمكن تأخير انخفاض نشاط المحفز بشكل فعال لضمان التشغيل المستقر طويل الأمد لنظام نزع النتروجين.