[发明专利]被烟道气中磷成分毒化的SCR催化剂的再生方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年3月11日提交的美国临时专利申请61/068,966的权益，所述申请通过引用结合到本文中。

发明领域

本发明涉及再生任何类型的选择性催化还原(SCR)催化剂的方法，更具体地讲，涉及被烟道气中的磷成分毒化的SCR催化剂(所述催化剂因此被失活)的再生方法。

发明背景

高温热过程，例如，在利用矿物燃料的发电厂产生电所用蒸汽的产生，通常产生环境有害的副产物。这些化合物，特别是氮氧化物(NOx)，必须在排到环境之前从高温热过程的烟道气去除，例如在离开发电厂和接触环境之前去除。从烟道气去除NOx的标准是选择性催化还原(SCR)方法，其中将还原剂(典型地为氨)注入、混入烟道气中，并送过催化反应室，在那里催化剂促进以还原剂将NOx还原形成元素氮和水。这样的催化剂，通常被称为DeNOx催化剂，有助于这些反应，并且一般由含过渡金属(例如，钒、钼和钨)的氧化物的二氧化钛构成，以作为催化活性组分。催化剂在板上、以蜂窝方式或作为波纹结构布置，并且以平行于烟道气流的方向放置。然而，在操作期间，由于灰的堵塞和来自烟道气中所含的对催化剂有毒的某些化合物的活性成分的去活化，催化剂经历活性和效率的损失。

在工业上也倾向于发现矿物燃料的替代燃料源。这样的一个实例是使用可用作燃料或用于工业生产的生物基燃料，例如生物残余物和生物质，其涉及活的和最近死亡的生物材料。作为替代燃料源的生物质的生产是一个发展中的产业。这些物质可包括可作为燃料燃烧的植物物质或动物物质和生物可降解的废物，并且一般不包括已通过地质过程转变成例如煤或石油的物质的有机物质。

然而，单独或与矿物燃料组合使用生物基燃料(例如生物质和骨粉)对于催化剂再生提出了新的挑战。除了对催化剂有毒的很多烟道气成分外(这些烟道气成分一般影响热过程烟道气净化，如燃烧传统的矿物燃料的发电厂中所用催化剂的活性)，也存在对催化剂有毒的其他化合物，它们对SCR催化剂再生提出了更大的挑战。例如，由于催化剂的去活化，磷毒化的催化剂的再生就提出了一个挑战。

根据J.Beck，S.Unterberger和K.Hein的标题为“Deactivation Mechanisms of SCR Catalysts During the Co-Combustion ofBio-Residues”(在生物残余物助燃期间SCR催化剂的去活化机制)的一篇文章，由生物残余物(如污泥、废木或肉骨粉)代替矿物燃料被作为因减少二氧化碳(CO₂)排放越来越受关注的问题得到讨论。根据此文章，在现有燃煤发电厂中这些燃料混合物的助燃期间，观察到SCR-DeNOx催化剂增加的去活化。在某些矿物燃料燃烧或暴露类似组合物的其他烟道气由SCR过程处理时可观察到相同结果。去活化催化剂样品的分析显示，高浓度磷和钠化合物作为生物残余物的成分对催化剂的去活化速率具有重要影响。该文章陈述，为了确定这些化合物的影响，用掺杂的合成烟道气进行实验室规模的试验，并且在工作台规模试验中，在煤和富磷二次燃料燃烧期间研究磷的性质。次烟煤(sub-bituminous)粉河盆地(Powder River Basin，PRB)煤的分析也表明存在有机结合的碱和磷物质。最近的操作经验显示，在德国实用锅炉中肉骨粉(MBM)助燃的情况下，4％重量MBM已经导致所装的SCR催化剂严重去活化。燃料中的磷和碱化合物被认为是主要去活化成分。

在表A中，显示了发电厂中使用的很多替代生物基燃料的一般元素破坏和浓度百分数。例如，表A列出包括木、玉米、污泥和肉骨粉(MBM)的一些源。如表A中所示，磷在此类燃料中表现出高浓度，并且占需要通过SCR催化剂再生从催化剂去除的高百分数。

表A

^＊包括木屑(pallet grinding)、木片、锯末(mill residue)和干净的木废料。

因此，需要一种再生特别由来自热过程的烟道气中的磷成分去活化的SCR催化剂的方法，这些热过程为如发电厂，尤其在助燃生物质只代替煤的情况下。

发明概述

本发明涉及一种用于净化来自热过程(如燃烧矿物燃料、生物基燃料或其组合的发电厂)的烟道气的SCR催化剂的再生方法，其中催化剂被烟道气中所含的磷成分毒化，并且用碱处理，优选用碱金属氢氧化物处理所述催化剂。

通过以下提供的详述，本发明适用性的进一步的范围将变得显而易见。应了解，虽然指出了本发明的优选实施方案，但详述和具体实施例仅意欲作为说明的目的，而不打算限制本发明的范围。