废工业烟气催化剂回收利用现状及发展趋势

龙净科杰环保技术（上海）有限公司 孙璐璐，任英杰

一、工业烟气的严重危害和废脱硝催化剂回收利用需求

工业烟气中以氮氧化物为主要污染源的废气大量排放是酸雨的主要形成原因，也会对大气臭氧层造成严重的破坏。随着国家相关环境保护政策趋于严格，我国民众对工业烟气污染物排放的有效控制提出了越来越高的要求。以燃煤电厂为例，我国相关环境保护标准对燃煤电厂烟气排放提出了明确的控制指标，目的是降低雾霾等恶劣天气对人民生命健康安全和生态环境造成的严重影响。

在实际的工业烟气脱硝技术中，选择性催化还原脱硝技术得到了最为广泛的应用，以达到脱除烟气中氮氧化物的目的，这种脱除氮氧化物的催化剂也叫脱硝催化剂。催化剂中的还原性物质可与烟气中的氮氧化物发生快速的化学反应，生成对环境无污染的氮气和水。从实际的工程实践可以得出，选择性催化还原技术具有脱硝效率高、选择性好等突出优势。通常脱硝催化剂一般设计运行寿命为3年，为了更好地实现催化剂的深度梯次利用，相关施工人员使用了“2+1”的催化剂层次搭建结构，每年对1层催化剂进行换新。虽然对工业烟气有着较好的催化效果，但新催化剂的总体成本较高，几乎占据烟气处理设备总造价的3成。所以采用合理的方式对造价高昂、吸附了大量有毒物质的废催化剂进行回收处理及再利用，不但可以有效降低工业烟气处理系统的总体运行成本，还可以进一步实现了对有害物质的可靠处理。

二、脱硝催化剂失活的原因分析

催化剂是通过加快化学反应速率的方式，实现短时间内对废气中相关物质的化学无害化处理。为了显著提升催化剂与工业烟气的接触面积提升催化效率，通常催化剂结构需要依照实际工程需要进行特殊的设计，其结构较为复杂。由于催化剂结构和催化剂化学物质对催化效果有着明显的影响，因此对于催化剂的失活原因分析也主要通过这两个角度开展。

（一）物理失活原因分析

催化剂结构变形。由于催化剂结构强度不高，在运输、安装和长时间使用条件下可能出现结构塌陷、缺失等结构变形现象。积灰堵塞。在煤炭燃烧的过程中，烟气中夹杂的杂质颗粒会逐渐沉积在催化剂结构表面，导致催化剂孔洞结构堵塞等现象。以上两种原因都会造成烟气与催化剂的有效接触面积显著降低，影响有害气体的处理效果。催化剂烧结。在实际的工程中，如果燃烧过程中难以做到对温度的可靠控制，锅炉燃烧中局部废气温度较高将会导致催化剂结构中的部分成分烧结，将催化剂表面的相关化学物质包裹在内，甚至会导致参与催化过程的化学物质发生化学性质的变化，从而影响催化剂的催化效果。

（二）化学失活原因分析

催化活性物质流失。一方面，在高温环境中催化剂中的活性物质与烟气中的污染物反应，导致活性物质减少，进而导致整个催化剂失活；另一方面，工业烟气中的大粒径颗粒物与催化剂发生冲击的过程中，对催化物结构的摩擦效果较为严重，也会导致催化活性物质的流失。沉积物质覆盖。高温工业烟气中的硫酸盐、金属氧化物等物质堆积在催化剂表面，阻挡氮氢化物、氮氧化物的扩散，降低催化剂与工业烟气的充分接触，影响催化效果，导致催化剂失活。化学毒素。由于工业废气中含有的成分较为复杂，以含钠氧化物、钾氧化物、钙氧化物等为代表的碱金属或碱土金属以及含砷氧化物等会与催化剂中活性酸物质发生反应，破坏催化剂中起主要净化吸附作用的活性中心，降低催化剂的实际应用效果，严重者导致催化剂迅速失活。

三、废脱硝催化剂的再利用

（一）物理属性的恢复

对于催化剂而言，表面沉积的灰尘和金属盐等成分是影响催化剂催化效果的重要影响因子。通常催化剂活性降低到一定程度就无法满足工业烟气脱硝处理的要求，这种状态的催化剂也是我们所说的废脱硝催化剂。相关从业人员可通过用水等介质对废催化剂进行冲洗，除去催化剂表面的非顽固型沉积物，恢复催化剂与工业烟气的有效接触面积。水洗再生法的原理是先将空气压缩，吹除旧催化剂表面的灰尘，然后再使用水进行整体冲洗作业。某些废催化剂清洗企业也采用超声波水洗的方式对沉积在废催化剂结构表面的金属硫酸盐进行处理，实现更为深层的清洗效果。虽然这种方法的应用条件较为简单，成本低廉，但在清洗的过程中难免也会造成催化剂中活性成分的流失，从而影响催化剂的实际效果。

（二）化学属性的恢复

为了有效去除废脱硝催化剂表面沉积的顽固性金属盐，相关人员提出酸性溶液浸泡法对废催化剂进行清洗。国内外研究人员的实验结果显示，硫酸对部分催化剂的碱金属去除有着极好的应用效果，不但显著恢复催化剂与工业废气的有效接触面积，而且可以实现催化剂中酸活性的重新激活，催化剂的微观比表面积增大使得催化剂恢复较强的使用效果。基于此方法，相关人员又提出针对废催化剂进行碱洗的再利用方法，并将酸洗、碱洗两种方法进行综合运用。酸洗碱洗两种方法虽然有着较好的应用效果，但酸碱溶液都会对催化剂结构强度造成削弱，增大催化剂物理结构遭受损害的风险。

由于催化剂的活化物质损坏或失效是催化剂催化效果下降的重要因素之一，也可以通过补充活性物质的方法恢复催化剂的脱硝性能。国内外学者将失活的催化剂浸泡在活性盐溶液中，一段时间后重新检测发现，催化剂的性能实现了较好的恢复。但单纯使用这种方法效果并不够突出，需要综合物理或化学方法进行深层次处理。

四、废脱硝催化剂的回收

对于物理结构受到轻微破坏、催化活性可以恢复的催化剂而言，通过物理化学方法使得催化剂性能得到较好的修复可以再次利用。然而对于存在严重结构破坏，相关属性再次激活难度较大的催化剂，必须要在安全性得以充分保障的前提下，开展回收处置。

（一）直接回收

直接回收的方法是不对废脱硝催化剂做深入处理，而是直接回收利用的回收方法。在欧美国家，工程人员曾通过将研磨的催化剂与煤炭进行充分掺和后燃烧利用的方法进行直接回收。然而由于废脱硝催化剂吸纳了较多的有害物质，这种直接燃烧的方法间接增大了有害物质的释放量，会造成更为严重的环境污染问题，所以并不可取。

我国也在废脱硝催化剂的直接回收上做出了尝试。工程人员通过高温熔溶技术将催化剂进行处理，把炉渣运用至新型路基或建筑材料的制作中，实现污染程度更小的废脱硝催化剂回收作业。然而直接回收的方法缺失了对有害物质的清除，仍无法避免对周边水体和居民人身健康造成影响。

（二）分离回收

由于催化剂中存在较多的金属资源，通过一定的方法将催化剂中相关元素进行回收处理，不但可以降低废旧催化剂对环境的影响，而且可以实现经济属性的提升。当前，废旧催化剂的分离回收已经成为行业关注的重点。

除了对废旧催化剂中的V、W和Ti等元素进行回收之外，将废旧催化剂直接用于新催化剂的制作也有着极好的效果。首先，应通过物理、化学手段有效去除废脱硝催化剂表面的有害成分，并保持二氧化钛晶体为脱钛矿型，经过一定的处理之后对活性成分进行补充，从而生产出新的脱硝催化剂。

五、结论

在全民环保意识大幅提高的背景下，如何有效处置废脱硝催化剂，实现更好的价值回收已经成为行业关注的重点问题。本文首先分析了脱硝催化剂催化活性失效的原因，随后有针对性地总结并提出了废脱硝催化剂再利用和回收的方法，以供相关从业人员参考。目前，只有结构保持完好的废脱硝催化剂具有再利用价值，且再利用次数一般不超过3-4次，最后仍需废弃处理。从固废资源化的角度，如何无害化处置，是根本问题，也是未来的发展趋势。