燃煤电厂脱硝催化剂再生技术简介及市场分析

Posted 2023-01-12 催化剂

篇首语：行是知之始,知是行之成。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了燃煤电厂脱硝催化剂再生技术简介及市场分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

随着社会经济的不断发展，人类对电力需求的不断增大，燃煤发电所带来的空气污染日益严重。2011年3月十一届全国人大四次会议明确提出“十二五”氮氧化物减排10%的约束性指标，NOx排放的控制工作势在必行。
1、催化剂的失活中毒
催化剂在脱硝过程中并不参加化学反应，但是在实际运行中，由于系统烟气复杂的成分，运行条件的变动等因素，催化剂会随着时间的延长逐渐老化，燃煤电厂钒基催化剂(五氧化二钒V2O5)一般设计寿命为三到五年，而更有研究显示，低品质煤或是生物质煤混合燃料，则将使催化剂失活速率加快3～4倍。脱硝催化剂老化失活主要分为物理失活和化学中毒两大类。物理失活包括有催化剂端面及孔道堵塞、催化剂微孔堵塞、催化剂烧结等。化学中毒主要有碱金属及碱土金属中毒(如K、Na、Ca元素)、磷元素中毒和砷元素中毒等。
1.1催化剂中毒：催化剂中毒现象的发生主要是由于原烟气中或多或少的有害化学成分作用于催化剂活性成分造成的，砷、碱金属(主要是K、Na)是引起的催化剂中毒主要成分。这些物质附着或直接和催化剂的活性位发生反应使其钝化、持久作用从而使催化剂中毒。
1.2催化剂微孔堵塞催化剂微孔堵塞主要是由于铵盐及飞灰的小颗粒沉积在催化剂微孔中，阻碍NOx、NH3、O2到达催化剂活性表面，从而引起催化剂钝化。
1.3高温引起的烧结、活性组分挥发长时间暴露于450℃以上的高温环境中可引起催化剂活性位置(表面)烧结，导致催化剂颗粒增大，比表面积减小，一部分活性组分挥发损失，因而使催化剂活性降低。
2、催化剂再生工艺简介
针对以上不同的催化剂失活中毒情形，通过分析催化剂失活的原因，采取相应的工艺手段消除催化剂失活因素，能使催化剂恢复到原来活性的90%以上，恢复了活性就意味着催化剂可以重新使用。常用的再生工艺手段主要包括人工清灰、化学清洗、深度清洗，酸洗和活性添加等方式。失活SCR催化剂再生工艺如图1所示。

图1催化剂再生工艺图
2.1催化剂失活原因诊断。失活催化剂在再生之前，首先需对其失活原因进行分析，通过对失活催化剂样品组分含量、比表面积、晶型结构、表面沉积物、强度、活性等物理性能及化学性能的检测，揭示催化剂失活的本征原因并确定催化剂的再生方案。
2.2吹扫。采用压缩空气、真空等物理作用松散催化剂表面以及孔道内的飞灰，以将催化剂孔道内外的飞灰吹扫干净。
2.3松散。通过外力场作用(超声清洗、鼓泡清洗)来清洗催化剂表面和孔道内的飞灰，从而对催化剂表面进行全面高强度的精密清洗。
2.4复孔。复孔是指通过化学添加剂处理催化剂，以进一步去除催化剂微孔内的中毒元素，以保证催化剂活性位恢复，使催化剂表面洁净。2.5活化。活化是对催化剂中流失的活性组分进行补充，通过合理的活化液配方保证活性组分均匀有效的负载在催化剂表面，以恢复催化剂的活性。
2.6干燥、煅烧。干燥和煅烧可以去除催化剂的水分，同时在高温下负载的活性组分会发生反应，使负载的在催化剂表面的活性组分形成有活性的化合状态，并均匀的分散在催化剂表面，从而保证失活催化剂恢复足够的活性。
2.7对于再生催化剂一般有下列的目标要求：(1)再生后的催化剂物理堵塞小于5%。(2)修复受损的模块单元体和外部包装。(3)更换受损的催化剂单元体。(4)物理、化学性能恢复到接近新的催化剂的水平。(5)机械强度能够承受运输和催化剂能够达到预期的使用寿命。(6)脱硝率、SO2/SO3转化率、氨逃逸率和压降的性能保证。
3、催化剂生命周期分析及无害化处理
烟气脱硝从目前国内外大容量机组的工艺选择来看，选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction),即SCR工艺具有技术成熟、脱硝率高、运行稳定、维护简单等优势，占有90%以上的份额。催化剂作为SCR技术的核心部分，决定了SCR系统的脱硝效率和经济性，其建设成本占烟气脱硝工程成本的30%～40%，运行成本占30%以上。
催化剂在运行过程中会因为中毒、堵塞等原因失活，过去会在催化剂运行三年后将添加一层催化剂，添加量一般为催化剂初装量的1/2；催化剂初装6年后，需要将其中一层催化剂再生或更换，再隔2～3年后需要再生或更换另外一层催化剂。催化剂再生周期见附表一：

燃煤电厂脱硝催化剂再生周期
对于不可再生的催化剂要进行无害化处置，也可提取催化剂中主要有效成分钒、锰、钛等，去除重金属等有害物质后，再进行循环利用。因此，催化剂的全寿命管理，除了失活中毒催化剂再生回收利用，还包括废弃催化剂的无害化处理。脱硝SCR工艺所采用的催化剂中，80%以上是二氧化钛。钛白粉的生产工业污染相当严重，挥发刺激性气味，在生产中排出大量废弃物。催化剂每年消耗大量的钛白粉，对环境造成相当程度地污染。
再者，脱硝催化剂化学寿命基本上是按24000h设计，运行3～4年后，其活性会出现衰减，造成脱硝效率下降，氨逃逸率上升。据统计，在催化剂的整个寿命中每年需要更换25%～30%的
新催化剂材料以满足排放标准。因此，循环使用失活催化剂有利于节约原材料，实现中国有限资源的循环再利用。
2010年1月27日颁布的《火电厂氮氧化物防治技术政策》明确指出：“失效催化剂应优先进行再生处理，无法再生的应进行无害化处理。”国务院2013年8月11日发布的《关于加快发展节能环保产业的意见》，特别指出要大力发展脱硝催化剂制备和再生，这是国家首次对脱硝催化剂制备及再生做出明确指示，按规划一省一厂进行立项建设。
综合目前行业运行情况及相关部门意见，废脱硝催化剂即将被环保部列入危险废物名录。这意味着废弃催化剂必须交由有资质的处置单位进行无害化处理后再处置。
如不进行再生，脱硫脱硝部门还需投入资金进行废弃催化剂的无害化处理，大大增加了电厂的运营费用。催化剂的全寿命管理会成为电力企业运行管理的一个不可或缺的环节，同时也是电厂清洁生产、循环经济和危废管理的一部分。
再生数次后失效的催化剂作为危险废弃物，使用者一般都不具备自己处置的技术和资质，必须交由掌握技术、具有资质的、具备处理能力的专业企业来处理。由此可见，虽然催化剂再生在国内是全新的业务，但中国的SCR脱硝装置使用再生催化剂和废弃催化剂无害化处理是必然趋势。
从长远看，钢铁厂、化工厂、垃圾焚烧炉等工业窑炉生产时也产生大量氮氧化物，这些领域的烟气脱硝市场同样广阔。水泥、钢铁等行业的氮氧化物的排放指标将会逐步纳入监管范围，并在“十二五”期间陆续展开，此部分新增市场容量可能达到600亿元以上。水泥、钢铁等行业未来的催化剂再生市场经济规模可达32亿元。
4、催化剂再生在国内外的成功案例
在欧美等发达国家，2000年以后开始使用催化剂再生技术。目前国际上的专业脱硝催化剂再生技术的公司为数不多，其中较为有名的有美国CoaLogix公司、德国Ebinger-Kat公司等。在美国，CoaLogix公司占有美国催化剂再生市场的80%，以为电力企业对催化剂做全寿命管理为核心，成为电力企业运行管理的一个不可或缺的环节，同时也是电厂清洁生产、循环经济和危废管理的一部分。
国内脱硝催化剂再生是一个潜在的新兴市场，正在启动。国内有龙净环保与美国CoaLogix公司合资成立龙净科杰环保公司、东-方-锅-炉旗下的东方凯德瑞等以国外技术为核心的再生企业，也有浙江大学、西安热工院、重庆远达、肯创、华南理工大学等国内自主研发的技术。其中以龙净科杰力度最大投资引进CoaLogix公司技术、在上海建立测试实验中心、在江苏盐城建设再生工厂。目前他们采用将CoaLogix公司在美国已再生的催化剂卖给电厂客户，2013年已在长沙华电电厂安装使用。东方凯德瑞和肯创也已在华能集团下属电厂做了实验性再生。由浙江大学技术支持的江苏华乐公司于2013年在佛山市五沙热开始了现场再生试验，现正式立项报建，计划2015年投产。