در فرآیند تصفیه گازهای دودکش صنعتی، فناوری کاهش کاتالیستی انتخابی (SCR) یک روش متداول نیترات زدایی است و کاتالیزور SCR DeNOx هسته اصلی این فناوری است. با این حال، با گذشت زمان، فعالیت از کاتالیزور DeNOx به تدریج کاهش می یابد و بر راندمان نیترات زدایی آن تأثیر می گذارد. بنابراین، دلیل کاهش فعالیت کاتالیست چیست؟

دلیل اصلی کاهش فعالیت کاتالیزور DeNOx
1. درجه حرارت بالا منجر به از دست دادن مواد فعال می شود
کاتالیزورهای DeNOx معمولا در محیط های با دمای بالا کار می کنند و محدوده دمای کلی واکنش SCR بین 300 تا 400 درجه سانتی گراد است. در شرایط دمای بالا برای مدت طولانی، مواد فعال موجود در کاتالیزور مانند دی اکسید تیتانیوم (TiO2) و اکسید وانادیوم (V2O5) به تدریج دچار تغییرات کریستالی یا تجزیه می شوند که در نتیجه باعث کاهش سطح کاتالیزور می شود. کاتالیزور، از دست دادن اجزای فعال و کاهش عملکرد کاتالیزوری. علاوه بر این، دمای بالا ممکن است باعث ایجاد تغییراتی در ساختار منافذ روی سطح کاتالیزور شود و تماس موثر واکنش‌دهنده‌ها در گاز دودکش را با مکان‌های فعال کاتالیزور دشوار کند.
2. مسمومیت با فلز قلیایی و فلز قلیایی خاکی
زیست توده، زغال سنگ و سایر سوخت ها حاوی مقدار مشخصی فلزات قلیایی (مانند سدیم و پتاسیم) و فلزات قلیایی خاکی (مانند کلسیم و منیزیم) هستند. این فلزات در دماهای بالا اکسیدهای قلیایی تشکیل می دهند، به سطح کاتالیزور می چسبند، از تماس بین گاز واکنش و کاتالیزور جلوگیری می کنند و در نتیجه باعث مسمومیت کاتالیست می شوند. فلزات قلیایی مستقیماً مکان‌های فعال کاتالیزور را می‌پوشانند، توانایی کاتالیزوری را تضعیف می‌کنند و در نهایت به فروپاشی فعالیت کاتالیزور سرعت می‌بخشند.
3. مسمومیت با سولفید و کلرید
عناصر گوگرد و کلر موجود در سوخت در طی فرآیند احتراق، ترکیبات حاوی گوگرد و کلر مانند SO2 و HCl تولید می کنند. این ترکیبات با آمونیاک (NH3) روی سطح کاتالیزور واکنش شیمیایی می دهند و رسوبات سولفات آمونیوم یا کلرید آمونیوم تولید می کنند. رسوبات منافذ کاتالیزور را مسدود می کنند یا مکان های فعال را می پوشانند و از تماس NOx در گاز دودکش با کاتالیزور جلوگیری می کنند و در نتیجه کارایی نیترات زدایی را به طور جدی تحت تاثیر قرار می دهند.
4. انسداد مکانیکی ذرات معلق و خاکستر بادی
گاز دودکش حاوی مقدار زیادی ذرات معلق و خاکستر بادی است. این ذرات جامد به سطح کاتالیزور می‌چسبند یا وارد منافذ کاتالیزور می‌شوند و باعث انسداد مکانیکی می‌شوند. به خصوص در نیروگاه های زغال سنگ یا نیروگاه های زیست توده، مقدار خاکستر بادی در گاز دودکش زیاد است و به راحتی می توان یک لایه خاکستر روی سطح کاتالیزور تشکیل داد. با گذشت زمان، این تجمع خاکستر به تدریج منافذ کاتالیزور را مسدود می کند و بر جریان پذیری گاز تأثیر می گذارد و در نتیجه فعالیت کاتالیزور را کاهش می دهد.

5. واکنش غیرفعال سازی کاتالیست
کاهش فعالیت کاتالیزور همچنین ممکن است ناشی از واکنش شیمیایی بین کاتالیزور و اجزای گاز دودکش باشد. به عنوان مثال، کاتالیزور با SO2 یا HCl واکنش می دهد و سولفات ها یا کلریدها را تشکیل می دهد که باعث ایجاد رسوب در سطح کاتالیزور می شود و مانع از تماس بین NOx در گاز دودکش و اجزای فعال کاتالیزور می شود و در نتیجه واکنش نیترات زدایی با شکست مواجه می شود. .

راه حل هایی برای کاهش فعالیت کاتالیزور
1. مواد کاتالیست مقاوم در برابر درجه حرارت بالا را انتخاب کنید
برای مشکل کاهش فعالیت کاتالیزور ناشی از دمای بالا، انتخاب مواد کاتالیست مقاوم و پایدار در دمای بالا بسیار مهم است. به عنوان مثال، کاتالیزورهای مبتنی بر وانادیوم می توانند فعالیت کاتالیزوری خوبی را در دماهای بالا حفظ کنند و با افزودن مواد افزودنی مانند اکسید تنگستن و اکسید مولیبدن می توان توانایی ضد پوسیدگی آنها در دمای بالا را بیشتر بهبود بخشید. علاوه بر این، در عملیات واقعی، با کنترل منطقی دمای عملیاتی سیستم SCR برای جلوگیری از دمای بیش از حد یا نوسانات بیش از حد، می توان خرابی دمای بالای کاتالیست را نیز به تاخیر انداخت.
2. جلوگیری از مسمومیت با فلز قلیایی و فلز قلیایی خاکی
برای مشکل مسمومیت با فلز قلیایی و فلز قلیایی خاکی می توان اقدامات زیر را انجام داد:
پیش تصفیه سوخت: قبل از احتراق، با حذف ناخالصی های فلز قلیایی و فلز قلیایی خاکی در سوخت، خطر مسمومیت کاتالیزور را کاهش دهید.
انتخاب کاتالیزورهای ضد مسمومیت: مواد کاتالیزوری با تحمل بالاتر، مانند مواد حامل اکسید تیتانیوم که در برابر مسمومیت با فلزات قلیایی مقاوم هستند، تولید کنید یا با بهبود فرمول کاتالیست، ضد مسمومیت را بهبود بخشید.
3. محتوای گوگرد و کلر در گازهای دودکش را کنترل کنید
برای مشکل مسمومیت با سولفید و کلرید، کنترل ترکیب گاز دودکش کلید اصلی است. از طریق پیش تصفیه گوگردزدایی و کلر زدایی سوخت، می توان محتوای ناخالصی هایی مانند SO2 و HCl را به طور موثر کاهش داد و رسوب آنها را روی سطح کاتالیزور کاهش داد. در عین حال می توان از مواد کاتالیست با قابلیت ضد گوگرد و ضد کلر نیز استفاده کرد تا از خراب شدن کاتالیزور در اثر واکنش با ترکیبات گوگرد و کلر جلوگیری شود.

4. تمیز کردن و نگهداری منظم
به منظور جلوگیری از مسدود شدن ذرات معلق و خاکستر بادی سطح یا منافذ کاتالیست، تمیز کردن منظم کاتالیزور بسیار مهم است. معمولاً می توان از سیستم تمیز کردن مکانیکی یا شستشوی معکوس آنلاین برای حذف خاکستر روی سطح کاتالیزور برای حفظ باز بودن سطح کاتالیست استفاده کرد. علاوه بر این، بازرسی و نگهداری منظم از سیستم نیترات زدایی برای اطمینان از مناسب بودن نرخ جریان گاز دودکش و کاهش رسوب ذرات بر روی سطح کاتالیزور.

5. بازسازی و جایگزینی کاتالیزورها
برای کاتالیزورهایی که قبلاً کاهش فعالیت را تجربه کرده اند، درمان بازسازی یک راه موثر برای افزایش عمر است. بازسازی کاتالیزور معمولاً شامل تمیز کردن فیزیکی، تمیز کردن شیمیایی، عملیات حرارتی و سایر مراحل برای بازگرداندن فعالیت سطحی کاتالیزور است. در عین حال، برای کاتالیزورهای به شدت تخریب شده، آنها باید به موقع جایگزین شوند تا از عملکرد کارآمد سیستم نیترات زدایی اطمینان حاصل شود.
6. بهینه سازی شرایط عملیاتی سیستم SCR
بهینه سازی پارامترهای عملیاتی سیستم SCR نیز یکی از استراتژی های کلیدی برای به تاخیر انداختن کاهش فعالیت کاتالیست است. به عنوان مثال، نسبت نیتروژن آمونیاک (NH3/NOx) در گاز دودکش را می توان به طور منطقی کنترل کرد تا از آمونیاک بیش از حد از ایجاد واکنش های جانبی برای ایجاد رسوب جلوگیری شود. در عین حال، حفظ دما، فشار و دبی مناسب گاز دودکش می‌تواند تاثیر منفی روی کاتالیست را کاهش داده و عمر مفید آن را افزایش دهد.

خلاصه
کاهش فعالیت از کاتالیزور نیترات زدایی SCR با دمای فوق العاده بالا یکی از مسائل کلیدی موثر بر کارایی عملیاتی سیستم SCR است. دلایل اصلی عبارتند از افت دمای بالا، مسمومیت با فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاکی، رسوب سولفید و کلرید و انسداد ذرات معلق. با انتخاب مواد کاتالیست مقاوم و ضد مسمومیت در دمای بالا، کنترل ترکیب گازهای دودکش، تمیز کردن و نگهداری منظم، و بازسازی و جایگزینی به موقع کاتالیزور، کاهش فعالیت کاتالیزور را می توان به طور موثر به تاخیر انداخت تا از عملکرد پایدار دراز مدت نیترات زدایی اطمینان حاصل شود. سیستم