窒素酸化物（NOx）排出量を削減するための重要な手段として、 脱窒触媒 工業生産において重要な役割を果たしている触媒。使用時間が長くなるにつれて、触媒の活性は徐々に低下します。これはいわゆる触媒失活現象です。失活は脱窒効率に影響を与えるだけでなく、企業の排出量が基準を満たさなくなる原因にもなり、環境と経済の二重の圧力をもたらします。

 

1. 高温が触媒に与える影響
温度は脱硝触媒の活性に影響を与える重要な要素の1つです。SCR（選択接触還元）反応プロセス中、触媒は通常、反応の円滑な進行を確保するために高温で機能します。しかし、触媒表面の活性成分は 超高温SCR脱硝触媒バナジウム（V）、タングステン（W）などの金属元素が移動したり失われたりして、触媒活性が低下する可能性があります。

また、高温は触媒表面の細孔の焼結を促進し、触媒の比表面積を減少させ、活性部位の数を減らします。この場合、触媒の活性が大幅に低下し、不活性化プロセスが加速されます。触媒の耐用年数を延ばすために、企業は反応温度を厳密に制御し、長期間の過負荷操作を避ける必要があります。

 

2. 重金属汚染の危険性
重金属汚染は、脱硝触媒の不活性化を加速させるもう 1 つの主な原因です。鉛 (Pb)、水銀 (Hg)、ヒ素 (As) などの重金属は、産業廃ガスによく含まれています。これらの金属イオンが触媒と接触すると、触媒表面の活性中心と反応し、触媒を汚染する可能性があります。

この被毒効果は通常、触媒表面の活性成分が重金属に占有され、NOxと還元剤の接触を妨げ、反応効率の低下を引き起こすことで現れます。重金属汚染を防ぐために、企業は、排ガスが脱窒反応器に入る前に、濾過装置や化学吸着剤を使用して重金属を除去するなど、効果的な排ガス前処理措置を講じる必要があります。

 

3. 効果など 硫化物の

硫化物、特に二酸化硫黄（SO2）は、高温で触媒の活性成分と容易に反応して硫酸塩または硫酸を形成し、それが触媒表面を覆い、表面活性部位を見えにくくします。この状況により、触媒の活性が大幅に低下し、触媒能力が失われます。

また、硫酸塩の生成は触媒の細孔構造の変化を引き起こし、ガス透過性に影響を与え、触媒の不活性化を加速させる可能性があります。そのため、脱硝触媒を使用するプロセスでは、硫化物濃度を制御することが重要です。企業は定期的に排ガス中の硫化物含有量を監視し、必要に応じて脱硝プロセスのパラメータを調整する必要があります。

4. 塵粒子の堆積
産業廃ガスには、多くの場合、大量の粉塵粒子が含まれています。これらの粒子が触媒の表面に堆積すると、触媒の細孔を塞ぎ、反応物と触媒の接触に影響を与え、触媒効率を低下させます。粉塵が長期間蓄積すると、固体堆積物を形成し、触媒の不活性化をさらに加速させる可能性があります。

触媒への粉塵の影響を防ぐために、企業は排ガス処理システムに電気集塵機やバッグ式集塵機などの前処理粉塵除去装置を追加して、触媒反応器に入る粉塵の濃度を最小限に抑えることができます。また、触媒の定期的な洗浄や交換も、触媒の活性を維持するための効果的な対策です。

5. 酸化物の影響
アルカリ金属酸化物（Na2O、K2O など）やアルカリ土類金属酸化物（CaO、MgO など）などの特定の酸化物は、触媒の活性成分と不可逆的に反応して安定した化合物を形成します。これらの化合物は不活性であることが多く、脱硝反応に関与し続けることができないため、触媒の活性が低下します。

これらの酸化物は、多くの場合、燃料中の不純物や反応中に生成される副産物に由来します。触媒に対する酸化物の影響を軽減するために、企業はより純度の高い燃料を選択し、脱硝システムに適切な濾過装置または吸着装置を設置して有害な酸化物を除去する必要があります。

 

6. 触媒被毒の総合的要因
触媒被毒は脱硝触媒の不活性化を引き起こす複雑な問題です。前述の重金属、硫化物などの要因に加えて、塩化物やリン化物などの有毒物質も含まれます。これらの物質が脱硝システムに入ると、触媒の活性中心と強く結合して安定した被毒物質を形成し、触媒の活性を失わせる可能性があります。

触媒被毒の問題に対して、企業は発生源での有毒物質の発生を減らし、排ガス前処理を強化し、優れた耐毒性を持つ触媒材料を選択するなど、さまざまな技術的手段を採用して総合的に対応する必要があります。また、定期的な触媒活性テストと被毒問題のタイムリーな検出と処理も、触媒の耐用年数を延ばすのに役立ちます。

 

7. 触媒の使用期間が長すぎる
最も理想的な条件下でも、触媒の活性は時間の経過とともに徐々に低下します。これは、触媒が長期運転中に熱老化、機械的摩耗、化学的腐食など、多くの要因の累積的な影響を受けるためです。

したがって、企業は触媒の耐用年数に基づいて適切な期間内に触媒を交換または再生する必要があります。再生された触媒は、熱処理、化学洗浄などの方法により活性の一部を回復できるため、耐用年数が延長され、企業の運営コストが削減されます。

 

結論
脱硝触媒の失活は避けられないが、制御可能なプロセスです。触媒の失活に影響を与えるさまざまな要因を理解して制御することで、企業は触媒の耐用年数を効果的に延ばし、脱硝効率を向上させ、生産プロセスの環境コンプライアンスを確保できます。実際の運用では、企業はさまざまな影響要因を総合的に考慮し、多レベルかつ多次元の技術的対策を採用して、脱硝システムの最良の運用状態を実現する必要があります。

この記事が、脱硝触媒の使用とメンテナンスに携わる技術者にとって貴重な参考資料となり、触媒の失活によって引き起こされる課題への対処に役立ち、環境保護に貢献することを願っています。