脱硝催化剂选择、失效原因及预防措施探讨交流

赵峰

摘要：现如今，我国经济发展迅速，燃煤电厂逐渐扩大建设规模。脱硝系统已成为燃煤电厂的重要组成部分，脱硝催化剂占脱硝工程投资比例高。介绍了燃煤电厂失效脱硝催化剂的现状以及催化剂失效的原因，并详细介绍了失效催化剂的处理思路和处理方式，主要是再生处理和回收处理，并展望了失效催化剂的处理新思路。

关键词：脱硝催化剂;选择;失效原因;预防措施

引言

随着脱硝催化剂使用时间的增长，催化剂的活性将逐渐不能满足脱硝要求，直至催化剂失活需要更换，但由于新催化剂的价格较高，处理废旧催化剂也需要一定的费用，大多数用户都会考虑对催化剂进行再生。相比更换新鲜催化剂，催化剂再生可延长催化剂的使用寿命、减少废弃催化剂填埋所产生的二次污染，且再生价格仅约为新鲜催化剂的1/2。因此，催化剂再生技术的产业化发展，可提高我国的节能环保水平，加快脱硝产业的形成和发展，也是减轻氮氧化物污染、提高和改善空气质量的有力措施，对保护生态环境和保障“十二五”节能减排战略的顺利实施具有重要意义，同时对提升区域经济实力将起到重要的推动作用。

1脱硝催化剂的失效原因

1.1催化剂的堵塞

燃煤烟气中含有大量的飞灰小颗粒，由于粒径较小，极易进入催化剂表面的微孔当中，进而造成催化反应的微孔道堵塞，无法使反应物到达反应活性位，而同时烟气中含有SO2，其在钒钛基催化剂作用下，容易被氧化为SO3，加之飞灰中有CaO、及烟气中NH3、H2O的存在，使得极易形成CaSO4和铵盐，粘附在催化剂外表面或者进入微孔道中，使得活性位与反应物相隔离，进而造成催化剂失效。

1.2催化剂中毒

烟气中的有害物质（如碱金属和砷等物质）与催化剂发生反应是造成催化剂中毒的主要原因。

1.3高温引起的烧结、活性组分损失

当脱硝催化剂长期暴露在450℃以上的高温时，容易引起催化剂表面烧结，比表面积减小，孔容减小，一部分活性组分挥发损失。

2催化剂处理方式

2.1脱硝催化剂再生工艺技术

脱硝催化剂失活后的再生处理有两种工艺，一是现场再生，二是工厂化再生。

现场再生可以把表面沉积物和附载物用物理化学方法简单清除，再负载一定量的化学活性物质。但是现场再生可能带来的危害：失活的催化剂含有砷及钒、钼、钨等重金属，现场再生清洗过程中会产生含有重金属的废水、废渣，加之现场没有无害化处理设备和系统，极易对电厂周边环境和水质形成二次污染，对电厂工作人员产生较大的健康风险。工厂化再生是通过物理和化学方法有机的结合，可以将催化剂表面和微孔堵塞物完全去除，更重要的是把化学中毒物砷、磷和堿金属也有效地去除。工厂化再生可以严格控制烘干、煅烧的环境，这对化学活性物的负载过程的有效性至关重要。真正的工厂再生工艺是一个复杂的物理化学过程，也是为每一个客户量身定做的再生方案，可以使催化剂的化学性能恢复到100%。工厂化再生配有污水处理设施，可以将再生过程中产生的废水处理到达标排放。

目前，国外脱硝催化剂再生企业主要有德国Ebinger（埃宾格），Steag（史迪格），美国Coalogix（科杰），等。Ebinger（埃宾格）公司是催化剂工厂再生技术鼻祖。Steag（史迪格）公司自主研发技术，部分技术来源于埃宾格，是世界上最大规模的催化剂再生厂家。Coalogix（科杰）技术来源于埃宾格和史迪格，是仅次于史迪格的第二大再生厂家。

各家公司的脱硝催化剂再生方法基本上都包含以下几个步骤：①真空吸尘或压缩空气吹灰;②清洗液浸泡或喷淋;③超声清洗;④活性组分再浸渍;⑤煅烧。

2.2失效催化剂的回收处理

失效催化剂的常用回收方法可分为间接回收法和直接回收法。其中直接回收法又可分为分离法和不分离法，间接回收法可分为干法、湿法和干湿结合法。受到各种因素的制约，以及回收效益的影响，一般失效催化剂的回收方法多采用间接回收法。间接回收法主要分为：

（1）干法回收工艺

干法回收是用固体碱与废催化剂混合，在空气中灼烧熔融，使其中的V2O5转变为水溶性的钒酸盐。加水溶解K3VO4，分离TiO2和K3VO4，将溶液煮沸，钒酸盐水解析出V2O5。干法提钒一般燃料及碱消耗量大，回收钒成本高。同时，由于废催化剂中SiO2，Al2O3等杂质元素焙烧时，钒转化为不溶于水的含钒硅酸盐，钒氧化物从水浸出率降低，详细工艺需进一步研究。

（2）湿法回收工艺

催化剂经使用后，其中的钒主要以V2O5和VOSO4形式存在，后者所占比例有时可达40%～60%。催化剂中低价含钒盐易溶于酸而难溶于碱，而V2O5易溶于碱难溶于酸，因而可用酸液或碱液浸取，一些研究大都用酸浸取。

湿法回收催化剂成分的工艺为一般可分为：沉淀法、萃取法和离子交换法等物理化学方法。沉淀法主要是在一些介质中钒酸、钨酸和钼酸的溶解度不同，可以通过温度的升高，来实现钒钨钼的分离;萃取法主要通过萃取剂（如TBP、R2SO等）实现钒钨钼的可溶性盐溶液的分离;离子交换法是通过钨钼酸根在离子交换树脂吸附的差异，从而对钨钼进行分离。

废弃脱硝催化剂再生与回收技术是具有创新性和巨大的市场应用前景的技术，该项技术也成为各催化剂生产厂的研究热点。

3催化剂再生技术的发展趋势

截至2012年底，中国发电装机容量达到11.35亿千瓦，其中火电装机容量8.15亿千瓦，占71.8%。与2010年相比火电新增装机容量1.73亿千瓦，增长18%。据国家电网公司“能源基地建设及电力中长期发展规划深化研究”报告指出，在“十二五”期间，将新增装机规模2.87亿千瓦，预计2015年火电装机总容量将达到9亿千瓦;“十三五”期间将新增装机规模2.34亿千瓦，到2020年末期，火电装机总容量将达到10亿千瓦。由于催化剂每三年都要进行一次更换或者再生，因此催化剂再生市场将逐渐扩大，预计“十三五”期间催化剂的再生需求量将达到11万立方米/年，将形成30亿元/年的市场容量，催化剂再生市场需求量大。

2010年环保部发布《火电厂氮氧化物防治技术政策》，明确提出“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”，“鼓励低成本高性能催化剂原料、新型催化剂和失效催化剂的再生与安全处置技术的开发和应用”。2012年，科技部发布《蓝天科技工程“十二五”专项规划》，明确提出：“针对燃煤电站锅炉和工业锅炉污染物排放，研发脱硫脱硝脱汞协同控制技术，超细粉尘高效捕集技术，脱硝催化剂生产和再生技术等”。这就要求企业要加快技术研发步伐，开发出适合我国国情的具有自主知识产权的脱硝催化剂再生技术与设备，对已经失活的脱硝催化剂进行再生，使其可以重复使用，以延长催化剂的使用寿命，降低更换新鲜催化剂的成本。

随着催化剂再生市场需求量的增大和我国政府对火力发电厂燃煤烟气重视程度的提高，脱硝催化剂的使用及后期处理问题也开始备受关注，各火力发电厂对废旧催化剂的处理态度也由最初的到期便更换新催化剂，演变成到期进行催化剂再生。于是，各火电厂开始格外注重催化剂的日常维护工作，为后期的再生工作做好准备。催化剂再生技术作为我国环保产业的新兴技术，面临着更大的机遇与挑战，这需要国内的专家及企业不断创新，研发适合我国的脱硝催化剂再生技术和装备。

结语

随着国内烟气脱硝技术的应用，脱硝催化剂的再生已然成为环保产业。本文主要在脱硝催化剂基础上，结合催化剂的失活形式、再生技术及市场应用几个方面分析脱硝催化剂的再生，通过对脱硝催化剂再生技术及市场的分析，不仅可以帮助火电企业降低脱硝系统运营成本，减少废弃的催化剂对环境的污染，而且有助于推动我国火电行业脱硝技术的发展。

参考文献

[1]周菊华，孙海峰.火电厂燃煤机组脱硫脱硝技术[M].北京：北京纺织出版社，2010.

[2]孙锦直，刘惠青.废催化剂回收利用[M].北京：化工出版社，2001.