脫硝催化劑選擇、失效原因及預防措施探討交流

趙峰

摘要：現如今，我國經濟發展迅速，燃煤電廠逐漸擴大建設規模。脫硝系統已成為燃煤電廠的重要組成部分，脫硝催化劑占脫硝工程投資比例高。介紹了燃煤電廠失效脫硝催化劑的現狀以及催化劑失效的原因，并詳細介紹了失效催化劑的處理思路和處理方式，主要是再生處理和回收處理，并展望了失效催化劑的處理新思路。

關鍵詞：脫硝催化劑;選擇;失效原因;預防措施

引言

隨著脫硝催化劑使用時間的增長，催化劑的活性將逐漸不能滿足脫硝要求，直至催化劑失活需要更換，但由于新催化劑的價格較高，處理廢舊催化劑也需要一定的費用，大多數用戶都會考慮對催化劑進行再生。相比更換新鮮催化劑，催化劑再生可延長催化劑的使用壽命、減少廢棄催化劑填埋所產生的二次污染，且再生價格僅約為新鮮催化劑的1/2。因此，催化劑再生技術的產業化發展，可提高我國的節能環保水平，加快脫硝產業的形成和發展，也是減輕氮氧化物污染、提高和改善空氣質量的有力措施，對保護生態環境和保障“十二五”節能減排戰略的順利實施具有重要意義，同時對提升區域經濟實力將起到重要的推動作用。

1脫硝催化劑的失效原因

1.1催化劑的堵塞

燃煤煙氣中含有大量的飛灰小顆粒，由于粒徑較小，極易進入催化劑表面的微孔當中，進而造成催化反應的微孔道堵塞，無法使反應物到達反應活性位，而同時煙氣中含有SO2，其在釩鈦基催化劑作用下，容易被氧化為SO3，加之飛灰中有CaO、及煙氣中NH3、H2O的存在，使得極易形成CaSO4和銨鹽，粘附在催化劑外表面或者進入微孔道中，使得活性位與反應物相隔離，進而造成催化劑失效。

1.2催化劑中毒

煙氣中的有害物質（如堿金屬和砷等物質）與催化劑發生反應是造成催化劑中毒的主要原因。

1.3高溫引起的燒結、活性組分損失

當脫硝催化劑長期暴露在450℃以上的高溫時，容易引起催化劑表面燒結，比表面積減小，孔容減小，一部分活性組分揮發損失。

2催化劑處理方式

2.1脫硝催化劑再生工藝技術

脫硝催化劑失活后的再生處理有兩種工藝，一是現場再生，二是工廠化再生。

現場再生可以把表面沉積物和附載物用物理化學方法簡單清除，再負載一定量的化學活性物質。但是現場再生可能帶來的危害：失活的催化劑含有砷及釩、鉬、鎢等重金屬，現場再生清洗過程中會產生含有重金屬的廢水、廢渣，加之現場沒有無害化處理設備和系統，極易對電廠周邊環境和水質形成二次污染，對電廠工作人員產生較大的健康風險。工廠化再生是通過物理和化學方法有機的結合，可以將催化劑表面和微孔堵塞物完全去除，更重要的是把化學中毒物砷、磷和堿金屬也有效地去除。工廠化再生可以嚴格控制烘干、煅燒的環境，這對化學活性物的負載過程的有效性至關重要。真正的工廠再生工藝是一個復雜的物理化學過程，也是為每一個客戶量身定做的再生方案，可以使催化劑的化學性能恢復到100%。工廠化再生配有污水處理設施，可以將再生過程中產生的廢水處理到達標排放。

目前，國外脫硝催化劑再生企業主要有德國Ebinger（埃賓格），Steag（史迪格），美國Coalogix（科杰），等。Ebinger（埃賓格）公司是催化劑工廠再生技術鼻祖。Steag（史迪格）公司自主研發技術，部分技術來源于埃賓格，是世界上最大規模的催化劑再生廠家。Coalogix（科杰）技術來源于埃賓格和史迪格，是僅次于史迪格的第二大再生廠家。

各家公司的脫硝催化劑再生方法基本上都包含以下幾個步驟：①真空吸塵或壓縮空氣吹灰;②清洗液浸泡或噴淋;③超聲清洗;④活性組分再浸漬;⑤煅燒。

2.2失效催化劑的回收處理

失效催化劑的常用回收方法可分為間接回收法和直接回收法。其中直接回收法又可分為分離法和不分離法，間接回收法可分為干法、濕法和干濕結合法。受到各種因素的制約，以及回收效益的影響，一般失效催化劑的回收方法多采用間接回收法。間接回收法主要分為：

（1）干法回收工藝

干法回收是用固體堿與廢催化劑混合，在空氣中灼燒熔融，使其中的V2O5轉變為水溶性的釩酸鹽。加水溶解K3VO4，分離TiO2和K3VO4，將溶液煮沸，釩酸鹽水解析出V2O5。干法提釩一般燃料及堿消耗量大，回收釩成本高。同時，由于廢催化劑中SiO2，Al2O3等雜質元素焙燒時，釩轉化為不溶于水的含釩硅酸鹽，釩氧化物從水浸出率降低，詳細工藝需進一步研究。

（2）濕法回收工藝

催化劑經使用后，其中的釩主要以V2O5和VOSO4形式存在，后者所占比例有時可達40%～60%。催化劑中低價含釩鹽易溶于酸而難溶于堿，而V2O5易溶于堿難溶于酸，因而可用酸液或堿液浸取，一些研究大都用酸浸取。

濕法回收催化劑成分的工藝為一般可分為：沉淀法、萃取法和離子交換法等物理化學方法。沉淀法主要是在一些介質中釩酸、鎢酸和鉬酸的溶解度不同，可以通過溫度的升高，來實現釩鎢鉬的分離;萃取法主要通過萃取劑（如TBP、R2SO等）實現釩鎢鉬的可溶性鹽溶液的分離;離子交換法是通過鎢鉬酸根在離子交換樹脂吸附的差異，從而對鎢鉬進行分離。

廢棄脫硝催化劑再生與回收技術是具有創新性和巨大的市場應用前景的技術，該項技術也成為各催化劑生產廠的研究熱點。

3催化劑再生技術的發展趨勢

截至2012年底，中國發電裝機容量達到11.35億千瓦，其中火電裝機容量8.15億千瓦，占71.8%。與2010年相比火電新增裝機容量1.73億千瓦，增長18%。據國家電網公司“能源基地建設及電力中長期發展規劃深化研究”報告指出，在“十二五”期間，將新增裝機規模2.87億千瓦，預計2015年火電裝機總容量將達到9億千瓦;“十三五”期間將新增裝機規模2.34億千瓦，到2020年末期，火電裝機總容量將達到10億千瓦。由于催化劑每三年都要進行一次更換或者再生，因此催化劑再生市場將逐漸擴大，預計“十三五”期間催化劑的再生需求量將達到11萬立方米/年，將形成30億元/年的市場容量，催化劑再生市場需求量大。

2010年環保部發布《火電廠氮氧化物防治技術政策》，明確提出“失效催化劑應優先進行再生處理，無法再生的應進行無害化處理”，“鼓勵低成本高性能催化劑原料、新型催化劑和失效催化劑的再生與安全處置技術的開發和應用”。2012年，科技部發布《藍天科技工程“十二五”專項規劃》，明確提出：“針對燃煤電站鍋爐和工業鍋爐污染物排放，研發脫硫脫硝脫汞協同控制技術，超細粉塵高效捕集技術，脫硝催化劑生產和再生技術等”。這就要求企業要加快技術研發步伐，開發出適合我國國情的具有自主知識產權的脫硝催化劑再生技術與設備，對已經失活的脫硝催化劑進行再生，使其可以重復使用，以延長催化劑的使用壽命，降低更換新鮮催化劑的成本。

隨著催化劑再生市場需求量的增大和我國政府對火力發電廠燃煤煙氣重視程度的提高，脫硝催化劑的使用及后期處理問題也開始備受關注，各火力發電廠對廢舊催化劑的處理態度也由最初的到期便更換新催化劑，演變成到期進行催化劑再生。于是，各火電廠開始格外注重催化劑的日常維護工作，為后期的再生工作做好準備。催化劑再生技術作為我國環保產業的新興技術，面臨著更大的機遇與挑戰，這需要國內的專家及企業不斷創新，研發適合我國的脫硝催化劑再生技術和裝備。

結語

隨著國內煙氣脫硝技術的應用，脫硝催化劑的再生已然成為環保產業。本文主要在脫硝催化劑基礎上，結合催化劑的失活形式、再生技術及市場應用幾個方面分析脫硝催化劑的再生，通過對脫硝催化劑再生技術及市場的分析，不僅可以幫助火電企業降低脫硝系統運營成本，減少廢棄的催化劑對環境的污染，而且有助于推動我國火電行業脫硝技術的發展。

參考文獻

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