火电厂废烟气脱硝催化剂资源回用存在问题及分析

摘要：自我国对火电厂大气污染物制定排放标准以后，SCR脱硝成为了国内最成熟可靠的脱硝技术，脱硝效率可达到90%。催化剂作为SCR脱硝技术的核心，决定着SCR烟气脱硝技术的稳定性，虽然催化剂使用寿命长达3年但在设备运行过程中易受到粉尘影响，未达使用寿命就已经失去部分活性。数据显示火电厂运转对催化剂需求量正在大幅上涨，脱硝设备在工作过程中需要使用更多催化剂，很多废弃脱硝催化剂面临着回收利用。本文就着重以SCR催化剂与火电厂废烟气脱硝催化剂回用时存在的问题展开分析，引导火电厂行业健康发展。

关键词：废旧催化剂;SCR脱硝;资源回用;问题分析

引言

2014年8月，国家正式发布审查文件将废烟气脱硝催化剂标明为危险废物。为了确保能源的合理利用，尽可能防止和减少危险废物的产生，降低危险废物处理处置量，对废烟气脱硝催化剂进行二次回收再生处理是最佳选择，有利于经济发展和节能环保。

1、SCR催化剂中主要成分与失活回收原因

1.1SCR催化剂主要成分分析

最初的老式脱硝催化剂成分主要由Pt、Rh、Pd等贵重金属充当活性物质组成的，这种活性物质温度较低一般情况在300摄氏度以下，不仅制作成本高还易发生硫中毒现象，对操作安全缺少保障。在科研人员改进之下新一代SCR脱硝催化剂主要以V2O5、WO3，Fe2O3，NiO，CuO，MoO3 等金属氧化物为主要成分。其次在火电厂脱硝工艺中经常使用成分为TiO2 的钒类催化剂[1]。

1.2脱硝催化剂失活回收原因

催化剂作为SCR技术核心，使用寿命可达2.4万小时，除了正常使用导致的寿命减少之外有些不可避免的因素也会影响活性降低，如各种复杂的化学反应、燃烧物质的改变等等，主要分为以下几种。

1.2.2催化剂的堵塞

煤炭燃烧以后会产生大量粉尘，这些粉尘进入SCR脱硝催化剂中会吸附在催化剂表面，随着设备使用时间增加粉尘越积越多造成通道堵塞。大量飞灰颗粒沉积在催化剂孔洞之中，阻碍了NOX、NH3、O2与催化剂中活性物质发生接触，从而降低催化剂活性。

1.2.2催化剂的磨损

催化剂在安装和运行过程中，不可避免会受到化学反应冲击，当烟气中含有大量颗粒物时，烟气垂直向下与催化剂发生反应会对催化剂造成磨损。最重要一点是催化剂磨损是不可逆的，不能通过再生回收利用方法使其恢复活性，对催化剂使用寿命影响较大。

1.2.3催化剂的烧结

催化剂长期处于450摄氏度以上的高温状态时，会导致催化剂表面活性物质烧结，催化剂颗粒内部结构发生改变，如部分结构坍塌。颗粒面积快速缩小或负载的活性组分在高温状态下使得颗粒变大，一部分活性组分挥发损失最终催化剂缩短使用寿命并逐渐失去活性。与磨损相同的是，烧结的伤害也是不可逆的，催化剂不能恢复正常使用状态。

2、脱硝催化剂资源化回用的必要性及面临问题

2.1脱硝催化剂资源化回用的必要性

由于能源结构不同，国外使用燃煤发电占比较低，很多国家已经渐渐减少煤炭使用，对废弃催化剂回收利用也缺少相应关注，没有设置专门处理机构和回收方案。我国是能源需求大国，目前仍以煤炭发电为主，研究人员和企业已经将如何处理废弃催化剂等问题纳入研究。随着能源需求增多大量含有钒、钨等金属物质的废弃催化剂被随意丢弃，造成了环境污染与安全隐患。预计2020年之后每年将产生20～30万m3的废催化剂。其次废弃催化剂中含有大量稀有元素与贵重金属，原料开采难度高所以对废弃催化剂进行二次回收利用不仅仅是要去掉污染的部分，更希望能从当中二次提炼出稀有金属作为可循环工业原料，节约了化工成本使工业生产与自然环境之间形成良性循环。

3、废烟气脱硝催化剂处理方式分析

3.1催化剂整体再生

由于我国废催化剂回收工作起步较晚，加上对废弃催化剂处理问题高度重视与研究人员对脱硝催化剂再生方案发展与完善，目前国内废催化剂再生率只保持在60%左右，尚有进步空间。重要一点是废脱硝催化剂再生时无法恢复到催化剂原有机械强度，正常催化剂只能经历2～3轮再生操作，因此再生催化剂仅仅只能延长它们的使用寿命并不能真正最为最终处理方式[3]。

4、废烟气脱硝催化剂处理途径分析

4.1化学提取回收主要成分

使用化学手段将废弃脱硝催化中稀有元素转变为溶盐类或沉淀物质，再利用结晶过滤提纯对各个组分分离获得钛白、钒酸盐、钨酸盐等具有高价值的产物。由于该工艺技术需要大量操作，分离转变过程较为繁杂且对技术操作要求较高，分离转化成本也比其他方案资金投入偏高。另外此工艺技术在转化过程中涉及大量化学反应，会产生废液废渣，属于高污染工业技术。介于对环境和人身安全的考虑，国内并没有对这种工艺提取技术进行大规模推广。

5、废烟气脱硝催化剂资源回用发展建议

5.1建立烟气脱硝催化剂使用报废的技术标准

我国现存的《火电厂烟气脱硝工程技术规范》中并未规定脱硝催化剂使用寿命期限或者停止使用回收指标，建议有关部门尽快对废旧催化剂制定回收标准，特别是在回收管理与上报流程做出规定，保障废脱硝催化剂回收情况能得到实时监控，岗位分工明确遇到突发情况能准确对应监督管理阶层，为提高烟气脱硝效果和废催化剂回收利用工作做准备。

结语

随着中国火电厂工业逐步发展，未来每年将会有大量廢弃催化剂产生，将废催化剂进行回用处理是目前实现可持续发展的重要途径。在回用过程中还要对催化剂再生材料加大监管力度，避免出现劣质材料以次充好等恶意竞争现象，严重扰乱市场秩序，对火电厂设备安全运行造成极大风险。优化可持续发展废弃催化剂资源回用技术同时还需尽快建立质量检测标准，加强监管，引导企业健康成长。

参考文献：

[1]汪胡根，程厚德，单宏伟，李雄浩，马士新，曹宝辰，陈逸伦.废弃脱硝催化剂的回收现状[J].广东化工，2020，47（17）：145-147.

[2]庄柯，姚杰，刘海秋，喻乐蒙.火电厂废烟气脱硝催化剂资源回用存在问题及分析[J].热力发电，2021，50（07）：170-175.

作者简介：赖晓清，1980/10/18，男，汉族，福建龙岩市，本科，工程师;研究方向：环保类催化剂及工程技术的研发。