[发明专利]使用碱性水溶液和抗氧剂从催化转化器去除铁材料的方法

说明书

技术领域

本公开的发明总体上涉及从催化转化器，特别是DeNO_x催化转化器去除铁的方法。

背景技术

高温热过程，例如为了在使用化石燃料和生物质或焚烧家庭废物的发电厂中生产电力而形成蒸汽，经常产生环境有害的副产物。这些尤其是飞灰、氮氧化物(NO_x–表示NO和NO₂)、以及二氧化硫(SO₂和SO₃)。这些化合物必须在排放到环境中之前从高温热过程的烟道气中去除。

烟道气的脱硫，例如SO₂的去除可以通过使用已知方法来进行，其中燃烧过程中产生的SO₂被氧化为SO₃。这在烟道气暴露于还原催化剂之前完成。然后SO₃可以被吸收到碱性溶液中并通常以石膏(硫酸钙)的形式从工艺中去除。

从烟道气中去除NO_x的标准为选择性催化还原(SCR)方法，其中还原剂，典型地为氨气，被注入混合进烟道气中，并输送通过催化反应室，在其中催化转化器促进NO_x被还原剂还原形成氮气和水。催化转化器典型地由基材和氮氧化物还原催化剂构成。基材通常可以由用于担载催化剂的任何合适的材料，例如金属或陶瓷构成。例如，在板型构造中，基材可以包含金属网(即金属基材)，其上担载二氧化钛(例如)以及其它化合物，并形成具有限定的多孔结构的陶瓷体或载体(carrier)材料。因此，板型构造包括金属和陶瓷基材两者。但是，蜂窝型-或波纹型构造并不使用金属基材。作为替代，蜂窝型-或波纹型构造使用二氧化钛(例如)和其它化合物一起形成被称为陶瓷基材的整体结构。但是，在两种情况下，氮气还原催化剂(例如五氧化二钒、氧化钨和氧化钼)嵌入二氧化钛中或沉积在二氧化钛上。此外，仅在初始生产工艺期间，催化剂嵌入基材或均匀地分布在整个基材之中。

催化相关的金属化合物在挤出该催化剂之前加入到捏塑体(dough)中。后续的煅烧过程期间，催化相关的物质转化成催化金属氧化物(例如五氧化二钒，氧化钨和氧化钼)。但是，在一些情况下，制造商可以选择不向捏塑体中添加催化相关的物质，而是将基材在催化相关的物质中浸渍/浸泡，随后煅烧。在一些情况下，制造商也可以增加浸渍步骤，以将氮气还原催化剂有选择地沉积在基材上。但是，在其它情况下，制造商可以省略向捏塑体中添加氮气还原催化剂，但是将氮气还原催化剂浸渍到基材上。

在整个催化剂的操作中，其由于来自烟道气的各种物质在催化剂上聚集而受到被污染。它们中大部分造成了催化剂活性降低，例如钠、钾、磷和砷。但是，已知其它，例如铁，是提高催化剂使用循环期间SO₂/SO₃转化率的主要因素。此类污染是由于化合物化学结合到催化剂上。铁污染物可以来自各种来源，包括发电厂中燃烧的燃料。例如，根据煤炭的来源和年代，天然铁含量可以为约5wt%至约8wt%，相对于煤炭中矿物成分的总量。

通常已知的是在SCR催化剂再生期间，无机酸，例如硫酸(H₂SO₄)和盐酸(HCl)可例如通过浸泡步骤和中和步骤，用来清洁和恢复催化剂。无机酸典型地是无味的，这是其用途的另一个优点。特别是硫酸较便宜，并且可商购。另外，已知硫酸对催化剂没有任何不利影响。但是，用硫酸处理催化剂具有一些缺点，因为稀释的H₂SO₄水溶液同样腐蚀催化剂的钢制外壳。催化剂外壳的腐蚀也可能导致释放水溶性铁化合物，其可以渗透SCR催化剂的孔隙，进一步增强不期望的SO₂向SO₃的转化过程。

从DeNO_x催化剂中去除铁污染物已经在US专利号7,569,506中描述，其中将催化剂放入包含无机或有机酸水溶液外加一种或多种抗氧剂的反应溶液中。描述了无机酸，即盐酸、亚磷酸、硝酸、和特别是硫酸。也使用了有机酸，例如较强的有机酸，包括草酸、柠檬酸、丙二酸、甲酸、氯乙酸和苯磺酸。虽然该参考文献中描述的方法在去除催化剂上的铁聚集物方面有效，但是该参考文献中描述的强酸同样从催化剂的钢制基材和钢制外壳中释放铁离子。这些铁离子然后可能渗透催化剂的孔隙，潜在地增强不期望的SO₂向SO₃转化。