有关我国SCR废催化剂回收产业的思考

曾 瑞

（攀枝花市晟天钛业有限公司，四川 攀枝花 617063）

1 概述

氮氧化物（NOx）是大气污染的主要成分之一，我国氮氧化物排放量中70%来自于煤炭的直接燃烧，而电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。电厂烟气中氮氧化物的排放控制是我国“十二五”的重点工作之一。工业上现行的干法烟气脱硝方法主要是选择性催化还原法（简称SCR，Selective Catalytic Redution）和选择性非催化还原法（简称SNCR）。SNCR无需催化剂，SCR工艺需要催化剂。SCR脱硝技术具有脱硝率高（最大可大于90%）、选择性好、成熟可靠等优点，广泛用于火电站，是燃煤机组脱硝工艺的主流。

SCR系统中最关键的部件是催化剂，其成本通常占脱硝装置总投资的30%～50%。该催化剂以TiO2为载体（简称：脱硝钛白），主要成分为V2O5-WO3（MoO3）等金属氧化物，每立方米催化剂干基质量0.5t，其中脱硝钛白占催化剂干基重量的80%左右。SCR催化剂按照加工成型与物理外观划分，主要分为蜂窝式、板式及波纹式三种，其中蜂窝式与板式是主流产品，蜂窝式催化剂是目前市场占有份额最高的催化剂形式，它是以Ti-W-V为主要活性材料，采用捏合方式将各种物料充分混合，再经模具挤出成型，最后经过干燥和煅烧而制成。

在理想状态下，脱硝催化剂可以长期使用，但在SCR装置实际运行中，各种原因都可能会导致催化剂活性降低，寿命缩短。随着催化剂使用时间的增长，催化剂发生热老化，因过热而导致活性组分晶粒的长大甚至发生烧结而使催化活性下降；也会因遭受某些毒物的毒害而部分或全部丧失活性；亦会因一些污染物诸如油污、焦炭等积聚在催化剂表面上或堵塞催化剂孔道而降低活性。

对于失效的催化剂，首先考虑的处理方式是催化剂的再生。催化剂的再生是把失去活性的催化剂通过浸泡洗涤，添加活性组分以及烘干的程序使催化剂恢复大部分活性。但也并不是所有的失效催化剂都能够通过再生方式回用，如果失效催化剂采用再生方式仍不能恢复活性，则需要对其进行废弃处理。

据统计，到2015年底前，全国完成的SCR实施工程总量将达到5.7亿kW，按照蜂窝式SCR催化剂“2+1”的安装使用方式，预计从2014年将开始产生SCR废催化剂1.2万t/a，并会持续增加，至2018年产生量将可达到3.8万t/a，以后的产生量将会维持该水平。3.8万tSCR废催化剂中约含有3万tTiO2、380tV2O5、1520tWO3。V2O5、WO3均是有毒金属氧化物，故SCR废催化剂属于危险固体废物，必须进行无害化处理。

SCR废催化剂中的这些金属氧化物具有很高的回收利用价值。根据现行金属氧化物的市场价格，对这些有用金属氧化物的回收将可产生上亿元的产值；更重要的是废催化剂回收所带来的社会效益及环保效益。钒、钨和钼都是稀缺的资源，若从SCR废催化剂中回收钒、钨、钼等金属氧化物并将其回用到新的SCR催化剂的制造流程中，将会使整个烟气脱硝产业中的催化剂链实现更好地循环利用，此举意义重大。

目前国内虽然还没有集中出现大量的SCR废催化剂，但在不远的未来，脱硝产业必将面临危险固废的处理问题。本文通过对废旧家电及电子产品回收产业的观察，思考顺利开展SCR废催化剂回收产业所需的条件，为政府及企业的决策者提供参考。

2 火电厂烟气脱硝产业现状

2.1 现有脱硝产业的构成

烟气脱硝产业链是围绕脱硝催化剂展开的，这条产业链条上的环节为：SCR催化剂生产企业→脱硝工程公司→火电厂→催化剂再生服务企业→废催化剂回收处理企业。表1列举了国内目前所有脱硝催化剂的生产企业情况；表2列举了2011年度环保工程公司签订合同的脱硝工程容量。

从表1的统计数据可看出，与国内五大发电、三大动力有股权关系的脱硝催化剂生产企业的产能总量为10.9万m3/a，占国内脱硝催化剂总产能的36.7%；而其余的脱硝催化剂生产企业基本没有脱硝工程的实施资质，只能与有资质的环保工程公司相配套。从表2的统计数据分析，隶属于国内五大发电的环保工程公司和三大动力公司所签定的脱硝工程合同总量为37,490MW，占全部合同总容量的64.7%。

从上述分析可见，目前在整个脱硝产业链中，环保工程企业在脱硝工程的实施、运行、维护以及废催化剂的回收等环节都是最直接的参与者，特别是隶属于国内五大发电企业的环保工程公司和三大动力公司，在废催化剂的回收渠道上具有绝对的优势。

表1 国内脱硝催化剂生产企业情况（数据统计截止于2012年12月）

企业简称 采用技术 类型 规划年产能（m3/a）实际年产能（m3/a）与电力或动力公司的股权关系国内脱硝钛白生产企业的配套情况 备注山东三力 自主 蜂窝式 8000 8000 — 不详 —浙江海亮 自主 蜂窝式 10,000 10,000 — 不详 —浙江德创 自主 蜂窝式 10,000 10,000 — 不详 —山东众禾环保 自主 蜂窝式 30,000 10,000 — 不详 —河北天河 自主 蜂窝式 10,000 10,000 — 不详 —中科院过程所（鹤壁）能源环境研发中心自主 蜂窝式 10,000 10,000 — 不详 —浙江浙能催化剂技术有限公司不详 蜂窝式 6000 — — 不详 —江西中科凯瑞环保催化有限公司不详 蜂窝式 不详 — — 不详 —河北京天环保工程有限公司 不详 蜂窝式 不详 — — 不详 —其他主要供应冶金化工行业脱硝改造的小型催化剂厂——15,000 — — 不详 —合计 — —297,000178,000 — — —

表2 2011年度环保工程公司签订合同的脱硝工程容量

2.2 产业现状

2010年4月1日，环保部发布实施《火电厂烟气脱硝工程技术规范》（HJ562/563-2010）（含选择性催化还原和选择性非催化还原两部分），从工程技术和实施角度对脱硝工程进行了规范，为我国全面进入大气脱硝治理阶段奠定了技术基础。2012年1月1日开始执行的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）则推动烟气治理行业进入快速发展时期，主要现状可从以下几方面描述。

2.2.1 从SCR催化剂及脱硝钛白的供应规模看，可完全满足国内脱硝工程的需求

截至2011年底，累计已投运的脱硝工程总容量为97,277MW，其中SNCR仅占5.78%。根据相关预测，2015年底我国火电装机总容量将达到5.7亿kW左右。如果年均火电装机增速为4%，2010年30%、2011—2015年50%的新增机组完成脱硝改造，每年18%的原有机组完成脱硝改造，那么2015年底现役火电机组完成脱硝改造的目标能够基本实现。在上述条件的基础上，如果90%的脱硝机组采用SCR法，测算到2010—2015年脱硝催化剂的年均需求将在9.12万m3左右，目前国内SCR催化剂产能为29.7万m3/a，脱硝钛白产能8.2万t/a，完全可以满足市场需求。

2.2.2 随着各地脱硝电价的执行，将推动脱硝产业进入良性发展状态

2011年，江苏、广东、福建、上海、天津等地先后出台并试行了脱硝电价政策，脱硝电价标准均是在现行上网电价的基础上每kW·h加0.8分。脱硝电价是平衡电厂脱硝成本的关键因素，在当前国家解除电煤临时价格干预措施的背景下，脱硝电价的试行无疑是为发电厂顺利执行大气污染物排放标准提供了有力的支持。

2.2.3 SCR烟气脱硝系统的关键技术还不成熟，与之配套的脱硝钛白也没有完善的技术标准

SCR烟气脱硝系统虽然较为简单但涉及的关键技术或诀窍难以掌握，其关键技术是SCR工艺系统设计、SCR脱硝催化剂配方调整技术与物理流动模型/CFD流场模拟技术。我国SCR脱硝工程大多采用项目合作或技术引进的方式，主要停留在技术应用层面，其中项目合作的方式外方仍是技术的主导者，国内企业无法掌握关键技术；而对于引进方式，大多只是引进工艺系统设计技术，对核心技术和物理流动模型/CFD流场模拟等尚未完全掌握。除取决于工艺系统设计外，SCR系统性能在很大程度上还取决于SCR催化剂供应商提供的催化剂和流场公司对流场的计算与优化，如果流场设计不合理会使催化剂表面的气流、温度和氮浓度分布达不到要求，不仅会影响脱硝效果，而且会造成催化剂积灰、堵塞、压降上升；而SCR催化剂若不能根据所用煤种及燃烧特性来调整配方，也将会严重影响脱硝效果。目前国内仅有少数几家有实力的环保公司在对此开展研究，但尚处于经验积累期。

另一方面，国内从事脱硝钛白生产的企业虽然有9家，但前身都是从事颜料级钛白粉生产的企业，其中除重庆新华化工有限公司的技术来源于引进KWH的技术外，其余各家脱硝钛白的生产技术均为自主研发，研发是以仿制进口脱硝钛白的方式进行，而在制造技术上缺少与SCR脱硝应用的结合环节，这样的缺失使得脱硝钛白的生产技术缺乏相应的提升空间。

2.2.4 火电厂烟气脱硝工程技术规范中有关SCR废催化剂的无害化处理方式不完善，没有实现资源的再生循环利用

目前国外对SCR废催化剂均采取回收再利用的方法处理，从SCR废催化剂中回收金属氧化物V2O5、WO3、TiO2、MoO3，并将回收来的金属氧化物加以合理利用，这一对废催化剂的回收举措，使得脱硝产业能够得以良性循环。目前国内对SCR废催化剂的回收意识还没有形成，2010年4月1日公布执行的《火电厂烟气脱硝工程技术规范——选择性催化还原法》中对SCR废催化剂的处理方式为压碎后填埋，但SCR废催化剂因含有V2O5、WO3、MoO3等有毒金属及使用过程中聚集的其它重金属，属于危险固体废物。我国《固体废物污染环境防治法》对“危险废物污染环境防治的特别规定”条例中规定，对危险固体废物必须进行申报和处置，且由产生危险废物的单位负担处置费用。这说明火电厂（作为脱硝催化剂的使用单位）和脱硝工程公司（作为脱硝工程的实施和运行维护单位）必须承担废SCR催化剂的处置费用。若按填埋方式处置SCR废催化剂，不仅将产生大量的填埋场地需求，也不能有效解决有毒物质存在的环境污染风险，还将对电厂和工程公司造成经济负担。因此，填埋处置方式并不是最好的SCR废催化剂的处理方法。事实上，废SCR催化剂本身含有的WO3、MoO3、V2O5和TiO2都是宝贵的资源，若能采取分离提纯的方式将其回收，则不仅可产生新的利润增长点，也符合《中华人民共和国循环经济促进法》中有关再利用和资源化产业模式的要求，同时还可达到烟气脱硝产业链中各种物质形成闭路循环的良好效果。

3 国内废催化剂的回收利用情况

我国废催化剂回收工作起步较晚。1971年抚顺石化三厂开始从废催化剂中回收铂、铼等稀贵金属。近年来该厂和中国石化科技开发中心三吉公司、海南坤元贵金属有限公司合资兴建了国内最大的铂催化剂回收企业——抚顺石化三厂催化剂联营贵金属厂。年处理废催化剂150t，可产铂金属450kg，产值可达5000多万元。辽阳石油化纤公司从事废银催化剂的回收。扬子石化实业总公司于1995年底建成一套2000t/a的钴锰催化剂残渣回收装置，投产后年利润约200万元。上海石化总厂化工二厂则进行铂催化剂的回收。国内进行稀贵金属催化剂回收的企业还有江苏如皋稀贵金属冶炼厂、辽阳市宏伟贵金属加工厂、江苏太仓永恒稀金属提炼厂、南京紫金山乡冶炼厂、江苏江都华丽金属冶炼公司、成都西南金属化工厂、湖南彬州市永兴县黄泥乡有色金属冶化厂、浙江宁海越溪福利工厂、上海永胜金属冶炼厂、山西太原华贵金属有限公司等。

河南平顶山987厂是原化工部的定点废催化剂回收工厂。该厂每年从废催化剂中回收的金属铋、钼、镍、钴约有数十吨。1988年在我国颁布了环保法的影响下，该厂又兴建了两条4000t/a的废钒催化剂回收生产线，足以将国内的全部废钒催化剂消耗掉。河北辛集化工三厂也是定点催化剂回收单位，主要回收铜、镍等金属。

从统计情况看，目前国内尚没有专门从事SCR废催化剂回收的公司，虽然SCR废催化剂中含V2O5，但因含量较低（0.5%～1%），不能将其归并到废钒催化剂一类，而且在专业从事废钒催化剂回收企业的现有工艺下，也是无法实现对钒和钨的分离与提纯的，因此SCR废催化剂的回收在国内尚属新领域。

总的来说，在废催化剂的利用方面，我国已开创出了一条较符合本国国情的道路，并已取得一定业绩。但其中有些回收工艺落后，设备陈旧，回收率不理想，造成了资源的浪费，又有二次污染，需加以改进。由于国内催化剂使用技术总体水平不高，废催化剂更换频率和数量均高于国外。与国外相比，废催化剂总的回收利用率并不高，资金的投入较少，有些设备和技术也跟不上形势的发展。此外，国内对废催化剂尚缺乏系统的研究和相应的管理机构和法规，废催化剂的回收利用受金属价格波动的影响较大。

4 废旧家电及电子产品回收产业的启示

废旧家电及电子产品的回收是我国重要的废物资回收产业，可为烟气脱硝产业中废催化剂的回收利用提供参考。废旧家电回收产业是一个分布广泛、监管困难、数量庞大的产业，在我国国情下，它的特征决定了这是一个政策依赖性强的产业。国家于2008年颁布执行《家用和类似用途电器的安全使用年限和再生利用通则》（以下简称《通则》），2009年颁布执行《废旧家电及电子产品回收处理管理条例》（以下简称《条例》），2012年颁布执行《废弃电器电子产品处理基金征收使用管理办法》（以下简称《办法》），通过这三大法规从家电及电子产品的生产、流通、回收及处理四个流程给予该产业促进和规范，有利于对SCR废催化剂回收事业的发展。

4.1 对废旧家电及电子产品回收产业政策的解读

4.1.1 《通则》的意义

《通则》是《条例》重要的配套技术支撑，《通则》强制要求生产厂家在市场流通中的家用电器产品上标明安全的使用期限，不仅保障了报废家电及电子产品稳定的产生量，同时也保障了广大消费者的使用安全。《通则》的出台促使厂商加快了家电的回收利用，也使家电回收事业有望步入正轨。

4.1.2 《条例》的解读

在“家电生产企业—经销商—消费者—回收企业-拆解企业—资源再利用企业”这个特殊的产业链条中，《条例》规定废旧家电及电子产品是在地方政府负责制的基础上，实行多元化回收和集中处理，国家对废旧家电处理企业实行资格认定制度，鼓励家电生产企业或多元投资建设废旧家电处理企业；在监督和管理方面，《条例》规定了废旧家电处理企业需向省级资源综合利用主管部门定期报告回收处理情况，且回收企业和处理企业实行联单制度。省级资源综合利用主管部门对废旧家电处理企业实行年检制度，并向社会公布回收处理信息。

由于废旧家电及电子产品回收量大、分布广泛，以省级地方政府作为主管单位，可有效实现对当地回收企业的规划布局和监督管理；对废旧家电处理企业实行资格认定制度不仅考量了企业的资质、保证了处理技术的先进性，也对企业的安全生产、质量管理和环境保护等环节提出了严格的准入要求，避免了鱼龙混杂的现象；鼓励家电生产企业或多元投资进入废家电处理行业，则是对多元化回收渠道的又一补充。

4.1.3 《办法》的实施促进我国家电企业开启了循环经济的模式

《办法》是国家为促进废弃电器电子产品回收处理而设立的政府性基金，基本模式是“从生产企业处征收，补贴拆解企业”，基金的征收依据是在保持拆解企业有盈利的情况下，根据成本倒推而得。据中国家电协会的预计，《办法》的出台可能会使家电行业的利润率整体降低3%～4%。为了获得补贴，一些大型家电企业也开始进入拆解领域。长虹公司于2010年6月成立了长虹格润再生资源有限责任公司，从而实现了 “动脉”经营与 “静脉”再生的同步，推动代表“动脉”的“产品市场流”和代表“静脉”的“资源再生流”形成有机地结合，打造出了长虹独特的大循环经济，同时也开创了我国家电企业布局废旧家电回收业务的新模式。

4.2 对SCR废催化剂回收产业的启示

通过对废旧家电及电子产品回收产业政策的解读，提示我们可以通过以下工作来促进SCR废催化剂回收产业的发展。

4.2.1 建立SCR催化剂使用报废的技术标准

现行的《火电厂烟气脱硝工程技术规范——选择性催化还原法》，未对SCR催化剂的使用报废期限或报废指标进行规定，建议有关部门尽快形成SCR催化剂使用报废的技术标准，并进一步对催化剂的使用管理，特别是报废管理及上报程序做出规定，使催化剂的报废情况能够得到实时的监控，为确保烟气的脱硝效果和后续废催化剂的回收处理工作做准备；同时建议新的SCR催化剂报废标准补充原有技术规范中有关废催化剂的无害化处理方式，即将SCR废催化剂作为新的可再生资源加以利用。该项技术标准的实施对推动废催化剂回收处理事业的启动具有重要意义。

4.2.2 SCR废催化剂回收处理技术应以国内自主知识产权技术为主，避免盲目引进技术

针对SCR废催化剂的回收处理技术，国内已有不少公司和研究院所都在积极地进行产业化研究，并已展现出很多成果。总体来说，SCR废催化剂的回收处理技术是以湿法冶金技术为基础，与之相配套的是氯碱工业，国内从技术角度已完全突破，设备的国产配套也没有问题，因此建议今后产业化的SCR废催化剂处理技术应以国内自主知识产权技术为主，避免盲目地引进技术。

4.2.3 尽快建立脱硝特许经营模式，防范SCR废催化剂从源头上外流至非专业的处理企业

国内目前虽然还没有专门针对SCR废催化剂回收处理的生产企业，但存在一些能单独回收废催化剂中钒或钨的小型企业，SCR废催化剂在这些非专业的回收企业进行处理，将会产生大量的二次污染和巨大的浪费。为保证SCR废催化剂的处理能在专门设置的处理企业中进行，我们需要防范SCR废催化剂通过其他被收购转移的方式流入非专业的处理企业，从源头上杜绝SCR废催化剂的无控外流。

对废催化剂回收处理的干扰可能来自于一些长期从事废品收购的个体或企业，也可能来自于提供催化剂再生服务的企业。要解决这一问题，可以从两方面进行工作：1）尽快建立脱硝特许经营模式，使脱硝装置内的催化剂处置权始终掌握在特许经营的企业手中，有效地巩固SCR废催化剂回收渠道的基础；2）尽快成立专业的SCR废催化剂的回收处理企业，通过回收处理公司与脱硝特许经营企业签定SCR废催化剂的回收处理协议，最终构建起完整的废催化剂回收渠道。

4.2.4 由中电联牵头组建合资的股份制废催化剂回收处理企业

电力行业是我国国有经济占控制地位的关系国民经济命脉和国家安全的行业，鉴于脱硝废催化剂的产生总量较小，又属于危险固废必须要进行处理的状况，若能在脱硝产业链中选择合适的处理方式将是最佳的选择。考虑到目前五大发电公司都拥有自己下属的脱硝工程公司和配套的SCR催化剂生产企业，三大动力公司也都具备脱硝工程安装资质，他们掌握了国内65%的脱硝工程总量，拥有最有利的SCR废催化剂回收渠道，因此建议由中电联牵头组织行业内的企业共同组建废催化剂回收处理的合资公司，在当前尚未形成脱硝特许经营模式的情况下，以合资公司的名义与各发电厂（即废催化剂的所有者）签订废催化剂的回收及处理协议，这样不仅可保证废催化剂的来源，使各发电厂解决了废催化剂处理的后顾之忧，还有利于保障合资公司及时得到废催化剂的治污费，以实现收支平衡，更好地生存与发展下去。电力企业参与脱硝产业的废催化剂回收处理，有利于构建新型脱硝产业链的循环经济模式，为进一步降低电价构成因素的环保成本，促进我国经济发展具有意义重大。

目前我国的火电项目主要集中在华东、华北、华南和华中地区，西南和西北仅有少数。根据SCR废催化剂的产生总量偏小及处理工艺需要与氯碱工业紧密结合的特点，不宜在多地广泛建设，而应按照火电厂的分布情况，在最有利于缩短废催化剂运距且有氯碱工业配套的地方建设数量不超过三家的技术先进的SCR废催化剂处理企业，将周边的废催化剂汇集后统一处理。由这样的SCR废催化剂处理企业回收得到的V2O5、WO3和MoO3，可直接作为原料返回到SCR催化剂生产企业用于制造新的催化剂，回收得到的TiO2也可作为高档的陶瓷色料而直接销售，回收过程产生的副产物如：硅镁渣（MgSiO3含量60%～70%）、盐泥（CaCO3含量95%～99%）和硫酸钡渣（BaSO4含量96%～99%）均是有价值的产品，可直接销售给下游用户。

4.2.5 有关废催化剂治污费的问题

通过对SCR废催化剂回收处理项目的经济分析，得出的项目最低赢利模型中必须增加SCR废催化剂的治污费为2600元/t（相当于1724元/m3催化剂，该成本为SCR催化剂售价的5.3%）。依照法律，这是应该由SCR催化剂生产及使用群体必须负担的费用，也是烟气脱硝总费用中的一个子项，这笔费用对平衡废SCR催化剂回收项目本身的经济指标具有重要作用。

在实际操作中，废催化剂的治污费应该由催化剂的使用者和生产者负担，具体体现在脱硝工程款中，由脱硝特许经营者收取，待催化剂使用达到报废标准时，由脱硝特许经营者负责收集后送入废催化剂处理企业，并向其支付废催化剂的治污费用。

4.2.6 环保部门应加强对SCR废催化剂回收处理的监管力度

目前各地政府及环保部门为监督火电厂的烟气脱硝效果，已将烟气排放指标的考核与脱硝电价挂钩，从而有效保障了脱硝装置的正常运行，因此建议环保部门加强对催化剂使用过程的监督上报制度，以随时掌握催化剂的使用状态及报废催化剂的去向和处置情况，以彻底消除因SCR废催化剂的处置不当而带来的环境污染风险。

（略）