王嘉慧

（廣東三新能源環(huán)保有限公司 廣東廣州 510620）

燃煤電廠脫硝催化劑再生的技術(shù)簡介及市場前瞻

王嘉慧

（廣東三新能源環(huán)保有限公司 廣東廣州 510620）

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人類對電力需求的不斷增大，燃煤發(fā)電所帶來的空氣污染日益嚴重。2011年3月十一屆全國人大四次會議明確提出“十二五”氮氧化物減排10%的約束性指標(biāo)，NOx排放的控制工作勢在必行。

催化劑；再生技術(shù)；市場

1 催化劑的失活中毒

催化劑在脫硝過程中并不參加化學(xué)反應(yīng)，但是在實際運行中，由于系統(tǒng)煙氣復(fù)雜的成分，運行條件的變動等因素，催化劑會隨著時間的延長逐漸老化，燃煤電廠釩基催化劑（五氧化二釩V2O5）一般設(shè)計壽命為三到五年，而更有研究顯示，低品質(zhì)煤或是生物質(zhì)煤混合燃料，則將使催化劑失活速率加快3～4倍。

脫硝催化劑老化失活主要分為物理失活和化學(xué)中毒兩大類。物理失活包括有催化劑端面及孔道堵塞、催化劑微孔堵塞、催化劑燒結(jié)等?；瘜W(xué)中毒主要有堿金屬及堿土金屬中毒（如K、Na、Ca元素）、磷元素中毒和砷元素中毒等。

1.1 催化劑中毒：催化劑中毒現(xiàn)象的發(fā)生主要是由于原煙氣中或多或少的有害化學(xué)成分作用于催化劑活性成分造成的，砷、堿金屬（主要是K、Na）是引起的催化劑中毒主要成分。這些物質(zhì)附著或直接和催化劑的活性位發(fā)生反應(yīng)使其鈍化、持久作用從而使催化劑中毒。

1.2 催化劑微孔堵塞催化劑微孔堵塞主要是由于銨鹽及飛灰的小顆粒沉積在催化劑微孔中，阻礙NOx、NH3、O2到達催化劑活性表面，從而引起催化劑鈍化。

1.3 高溫引起的燒結(jié)、活性組分揮發(fā)長時間暴露于450℃以上的高溫環(huán)境中可引起催化劑活性位置（表面）燒結(jié)，導(dǎo)致催化劑顆粒增大，比表面積減小，一部分活性組分揮發(fā)損失，因而使催化劑活性降低。

2 催化劑再生工藝簡介

針對以上不同的催化劑失活中毒情形，通過分析催化劑失活的原因，采取相應(yīng)的工藝手段消除催化劑失活因素，能使催化劑恢復(fù)到原來活性的90%以上，恢復(fù)了活性就意味著催化劑可以重新使用。

常用的再生工藝手段主要包括人工清灰、化學(xué)清洗、深度清洗，酸洗和活性添加等方式。失活SCR催化劑再生工藝如圖1所示。

圖1 催化劑再生工藝圖

2.1 催化劑失活原因診斷。失活催化劑在再生之前，首先需對其失活原因進行分析，通過對失活催化劑樣品組分含量、比表面積、晶型結(jié)構(gòu)、表面沉積物、強度、活性等物理性能及化學(xué)性能的檢測，揭示催化劑失活的本征原因并確定催化劑的再生方案。

2.2 吹掃。采用壓縮空氣、真空等物理作用松散催化劑表面以及孔道內(nèi)的飛灰，以將催化劑孔道內(nèi)外的飛灰吹掃干凈。

2.3 松散。通過外力場作用(超聲清洗、鼓泡清洗)來清洗催化劑表面和孔道內(nèi)的飛灰，從而對催化劑表面進行全面高強度的精密清洗。2.4復(fù)孔。復(fù)孔是指通過化學(xué)添加劑處理催化劑，以進一步去除催化劑微孔內(nèi)的中毒元素，以保證催化劑活性位恢復(fù)，使催化劑表面潔凈。

2.5 活化?；罨菍Υ呋瘎┲辛魇У幕钚越M分進行補充，通過合理的活化液配方保證活性組分均勻有效的負載在催化劑表面，以恢復(fù)催化劑的活性。

2.6 干燥、煅燒。干燥和煅燒可以去除催化劑的水分，同時在高溫下負載的活性組分會發(fā)生反應(yīng)，使負載的在催化劑表面的活性組分形成有活性的化合狀態(tài)，并均勻的分散在催化劑表面，從而保證失活催化劑恢復(fù)足夠的活性。

2.7 對于再生催化劑一般有下列的目標(biāo)要求：（1）再生后的催化劑物理堵塞小于5%。（2）修復(fù)受損的模塊單元體和外部包裝。（3）更換受損的催化劑單元體。（4）物理、化學(xué)性能恢復(fù)到接近新的催化劑的水平。（5）機械強度能夠承受運輸和催化劑能夠達到預(yù)期的使用壽命。（6）脫硝率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、氨逃逸率和壓降的性能保證。

3 催化劑生命周期分析及無害化處理

煙氣脫硝從目前國內(nèi)外大容量機組的工藝選擇來看，選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reduction),即SCR工藝具有技術(shù)成熟、脫硝率高、運行穩(wěn)定、維護簡單等優(yōu)勢，占有90%以上的份額。催化劑作為SCR技術(shù)的核心部分，決定了SCR系統(tǒng)的脫硝效率和經(jīng)濟性，其建設(shè)成本占煙氣脫硝工程成本的30%～40%，運行成本占30%以上。

催化劑在運行過程中會因為中毒、堵塞等原因失活，過去會在催化劑運行三年后將添加一層催化劑，添加量一般為催化劑初裝量的1/2；催化劑初裝6年后，需要將其中一層催化劑再生或更換，再隔2～3年后需要再生或更換另外一層催化劑。催化劑再生周期見附表一：

對于不可再生的催化劑要進行無害化處置，也可提取催化劑中主要有效成分釩、錳、鈦等，去除重金屬等有害物質(zhì)后，再進行循環(huán)利用。因此，催化劑的全壽命管理，除了失活中毒催化劑再生回收利用，還包括廢棄催化劑的無害化處理。

脫硝SCR工藝所采用的催化劑中，80%以上是二氧化鈦。鈦白粉的生產(chǎn)工業(yè)污染相當(dāng)嚴重，揮發(fā)刺激性氣味，在生產(chǎn)中排出大量廢棄物。催化劑每年消耗大量的鈦白粉，對環(huán)境造成相當(dāng)程度地污染。

再者，脫硝催化劑化學(xué)壽命基本上是按24000 h設(shè)計，運行3～4年后，其活性會出現(xiàn)衰減，造成脫硝效率下降，氨逃逸率上升。據(jù)統(tǒng)計，在催化劑的整個壽命中每年需要更換25%～30%的新催化劑材料以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，循環(huán)使用失活催化劑有利于節(jié)約原材料，實現(xiàn)中國有限資源的循環(huán)再利用。

2010年1 月27日頒布的《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》明確指出：“失效催化劑應(yīng)優(yōu)先進行再生處理，無法再生的應(yīng)進行無害化處理?！眹鴦?wù)院2013年8月11日發(fā)布的《關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》，特別指出要大力發(fā)展脫硝催化劑制備和再生，這是國家首次對脫硝催化劑制備及再生做出明確指示，按規(guī)劃一省一廠進行立項建設(shè)。

綜合目前行業(yè)運行情況及相關(guān)部門意見，廢脫硝催化劑即將被環(huán)保部列入危險廢物名錄。這意味著廢棄催化劑必須交由有資質(zhì)的處置單位進行無害化處理后再處置。

如不進行再生，脫硫脫硝部門還需投入資金進行廢棄催化劑的無害化處理，大大增加了電廠的運營費用。催化劑的全壽命管理會成為電力企業(yè)運行管理的一個不可或缺的環(huán)節(jié)，同時也是電廠清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟和危廢管理的一部分。

再生數(shù)次后失效的催化劑作為危險廢棄物，使用者一般都不具備自己處置的技術(shù)和資質(zhì)，必須交由掌握技術(shù)、具有資質(zhì)的、具備處理能力的專業(yè)企業(yè)來處理。由此可見，雖然催化劑再生在國內(nèi)是全新的業(yè)務(wù)，但中國的SCR脫硝裝置使用再生催化劑和廢棄催化劑無害化處理是必然趨勢。

從長遠看，鋼鐵廠、化工廠、垃圾焚燒爐等工業(yè)窯爐生產(chǎn)時也產(chǎn)生大量氮氧化物，這些領(lǐng)域的煙氣脫硝市場同樣廣闊。水泥、鋼鐵等行業(yè)的氮氧化物的排放指標(biāo)將會逐步納入監(jiān)管范圍，并在“十二五”期間陸續(xù)展開，此部分新增市場容量可能達到600億元以上。水泥、鋼鐵等行業(yè)未來的催化劑再生市場經(jīng)濟規(guī)模可達32億元。

4 催化劑再生在國內(nèi)外的成功案例

在歐美等發(fā)達國家，2000年以后開始使用催化劑再生技術(shù)。目前國際上的專業(yè)脫硝催化劑再生技術(shù)的公司為數(shù)不多，其中較為有名的有美國CoaLogix公司、德國Ebinger-Kat公司等。在美國，CoaLogix公司占有美國催化劑再生市場的80%，以為電力企業(yè)對催化劑做全壽命管理為核心，成為電力企業(yè)運行管理的一個不可或缺的環(huán)節(jié)，同時也是電廠清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟和危廢管理的一部分。

國內(nèi)脫硝催化劑再生是一個潛在的新興市場，正在啟動。國內(nèi)有龍凈環(huán)保與美國CoaLogix公司合資成立龍凈科杰環(huán)保公司、東方鍋爐旗下的東方凱德瑞等以國外技術(shù)為核心的再生企業(yè)，也有浙江大學(xué)、西安熱工院、重慶遠達、肯創(chuàng)、華南理工大學(xué)等國內(nèi)自主研發(fā)的技術(shù)。其中以龍凈科杰力度最大投資引進CoaLogix公司技術(shù)、在上海建立測試實驗中心、在江蘇鹽城建設(shè)再生工廠。目前他們采用將CoaLogix公司在美國已再生的催化劑賣給電廠客戶，2013年已在長沙華電電廠安裝使用。東方凱德瑞和肯創(chuàng)也已在華能集團下屬電廠做了實驗性再生。由浙江大學(xué)技術(shù)支持的江蘇華樂公司于2013年在佛山市五沙熱開始了現(xiàn)場再生試驗，現(xiàn)正式立項報建，計劃2015年投產(chǎn)。