火電廠廢煙氣脫硝催化劑資源回用存在問題及分析

摘要：自我國對(duì)火電廠大氣污染物制定排放標(biāo)準(zhǔn)以后，SCR脫硝成為了國內(nèi)最成熟可靠的脫硝技術(shù)，脫硝效率可達(dá)到90%。催化劑作為SCR脫硝技術(shù)的核心，決定著SCR煙氣脫硝技術(shù)的穩(wěn)定性，雖然催化劑使用壽命長達(dá)3年但在設(shè)備運(yùn)行過程中易受到粉塵影響，未達(dá)使用壽命就已經(jīng)失去部分活性。數(shù)據(jù)顯示火電廠運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)催化劑需求量正在大幅上漲，脫硝設(shè)備在工作過程中需要使用更多催化劑，很多廢棄脫硝催化劑面臨著回收利用。本文就著重以SCR催化劑與火電廠廢煙氣脫硝催化劑回用時(shí)存在的問題展開分析，引導(dǎo)火電廠行業(yè)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：廢舊催化劑;SCR脫硝;資源回用;問題分析

引言

2014年8月，國家正式發(fā)布審查文件將廢煙氣脫硝催化劑標(biāo)明為危險(xiǎn)廢物。為了確保能源的合理利用，盡可能防止和減少危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生，降低危險(xiǎn)廢物處理處置量，對(duì)廢煙氣脫硝催化劑進(jìn)行二次回收再生處理是最佳選擇，有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保。

1、SCR催化劑中主要成分與失活回收原因

1.1SCR催化劑主要成分分析

最初的老式脫硝催化劑成分主要由Pt、Rh、Pd等貴重金屬充當(dāng)活性物質(zhì)組成的，這種活性物質(zhì)溫度較低一般情況在300攝氏度以下，不僅制作成本高還易發(fā)生硫中毒現(xiàn)象，對(duì)操作安全缺少保障。在科研人員改進(jìn)之下新一代SCR脫硝催化劑主要以V2O5、WO3，F(xiàn)e2O3，NiO，CuO，MoO3 等金屬氧化物為主要成分。其次在火電廠脫硝工藝中經(jīng)常使用成分為TiO2 的釩類催化劑[1]。

1.2脫硝催化劑失活回收原因

催化劑作為SCR技術(shù)核心，使用壽命可達(dá)2.4萬小時(shí)，除了正常使用導(dǎo)致的壽命減少之外有些不可避免的因素也會(huì)影響活性降低，如各種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)、燃燒物質(zhì)的改變等等，主要分為以下幾種。

1.2.2催化劑的堵塞

煤炭燃燒以后會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，這些粉塵進(jìn)入SCR脫硝催化劑中會(huì)吸附在催化劑表面，隨著設(shè)備使用時(shí)間增加粉塵越積越多造成通道堵塞。大量飛灰顆粒沉積在催化劑孔洞之中，阻礙了NOX、NH3、O2與催化劑中活性物質(zhì)發(fā)生接觸，從而降低催化劑活性。

1.2.2催化劑的磨損

催化劑在安裝和運(yùn)行過程中，不可避免會(huì)受到化學(xué)反應(yīng)沖擊，當(dāng)煙氣中含有大量顆粒物時(shí)，煙氣垂直向下與催化劑發(fā)生反應(yīng)會(huì)對(duì)催化劑造成磨損。最重要一點(diǎn)是催化劑磨損是不可逆的，不能通過再生回收利用方法使其恢復(fù)活性，對(duì)催化劑使用壽命影響較大。

1.2.3催化劑的燒結(jié)

催化劑長期處于450攝氏度以上的高溫狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致催化劑表面活性物質(zhì)燒結(jié)，催化劑顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，如部分結(jié)構(gòu)坍塌。顆粒面積快速縮小或負(fù)載的活性組分在高溫狀態(tài)下使得顆粒變大，一部分活性組分揮發(fā)損失最終催化劑縮短使用壽命并逐漸失去活性。與磨損相同的是，燒結(jié)的傷害也是不可逆的，催化劑不能恢復(fù)正常使用狀態(tài)。

2、脫硝催化劑資源化回用的必要性及面臨問題

2.1脫硝催化劑資源化回用的必要性

由于能源結(jié)構(gòu)不同，國外使用燃煤發(fā)電占比較低，很多國家已經(jīng)漸漸減少煤炭使用，對(duì)廢棄催化劑回收利用也缺少相應(yīng)關(guān)注，沒有設(shè)置專門處理機(jī)構(gòu)和回收方案。我國是能源需求大國，目前仍以煤炭發(fā)電為主，研究人員和企業(yè)已經(jīng)將如何處理廢棄催化劑等問題納入研究。隨著能源需求增多大量含有釩、鎢等金屬物質(zhì)的廢棄催化劑被隨意丟棄，造成了環(huán)境污染與安全隱患。預(yù)計(jì)2020年之后每年將產(chǎn)生20～30萬m3的廢催化劑。其次廢棄催化劑中含有大量稀有元素與貴重金屬，原料開采難度高所以對(duì)廢棄催化劑進(jìn)行二次回收利用不僅僅是要去掉污染的部分，更希望能從當(dāng)中二次提煉出稀有金屬作為可循環(huán)工業(yè)原料，節(jié)約了化工成本使工業(yè)生產(chǎn)與自然環(huán)境之間形成良性循環(huán)。

3、廢煙氣脫硝催化劑處理方式分析

3.1催化劑整體再生

由于我國廢催化劑回收工作起步較晚，加上對(duì)廢棄催化劑處理問題高度重視與研究人員對(duì)脫硝催化劑再生方案發(fā)展與完善，目前國內(nèi)廢催化劑再生率只保持在60%左右，尚有進(jìn)步空間。重要一點(diǎn)是廢脫硝催化劑再生時(shí)無法恢復(fù)到催化劑原有機(jī)械強(qiáng)度，正常催化劑只能經(jīng)歷2～3輪再生操作，因此再生催化劑僅僅只能延長它們的使用壽命并不能真正最為最終處理方式[3]。

4、廢煙氣脫硝催化劑處理途徑分析

4.1化學(xué)提取回收主要成分

使用化學(xué)手段將廢棄脫硝催化中稀有元素轉(zhuǎn)變?yōu)槿茺}類或沉淀物質(zhì)，再利用結(jié)晶過濾提純對(duì)各個(gè)組分分離獲得鈦白、釩酸鹽、鎢酸鹽等具有高價(jià)值的產(chǎn)物。由于該工藝技術(shù)需要大量操作，分離轉(zhuǎn)變過程較為繁雜且對(duì)技術(shù)操作要求較高，分離轉(zhuǎn)化成本也比其他方案資金投入偏高。另外此工藝技術(shù)在轉(zhuǎn)化過程中涉及大量化學(xué)反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生廢液廢渣，屬于高污染工業(yè)技術(shù)。介于對(duì)環(huán)境和人身安全的考慮，國內(nèi)并沒有對(duì)這種工藝提取技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模推廣。

5、廢煙氣脫硝催化劑資源回用發(fā)展建議

5.1建立煙氣脫硝催化劑使用報(bào)廢的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

我國現(xiàn)存的《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范》中并未規(guī)定脫硝催化劑使用壽命期限或者停止使用回收指標(biāo)，建議有關(guān)部門盡快對(duì)廢舊催化劑制定回收標(biāo)準(zhǔn)，特別是在回收管理與上報(bào)流程做出規(guī)定，保障廢脫硝催化劑回收情況能得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，崗位分工明確遇到突發(fā)情況能準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)監(jiān)督管理階層，為提高煙氣脫硝效果和廢催化劑回收利用工作做準(zhǔn)備。

結(jié)語

隨著中國火電廠工業(yè)逐步發(fā)展，未來每年將會(huì)有大量廢棄催化劑產(chǎn)生，將廢催化劑進(jìn)行回用處理是目前實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。在回用過程中還要對(duì)催化劑再生材料加大監(jiān)管力度，避免出現(xiàn)劣質(zhì)材料以次充好等惡意競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，嚴(yán)重?cái)_亂市場(chǎng)秩序，對(duì)火電廠設(shè)備安全運(yùn)行造成極大風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化可持續(xù)發(fā)展廢棄催化劑資源回用技術(shù)同時(shí)還需盡快建立質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)監(jiān)管，引導(dǎo)企業(yè)健康成長。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪胡根，程厚德，單宏偉，李雄浩，馬士新，曹寶辰，陳逸倫.廢棄脫硝催化劑的回收現(xiàn)狀[J].廣東化工，2020，47（17）：145-147.

[2]莊柯，姚杰，劉海秋，喻樂蒙.火電廠廢煙氣脫硝催化劑資源回用存在問題及分析[J].熱力發(fā)電，2021，50（07）：170-175.

作者簡(jiǎn)介：賴曉清，1980/10/18，男，漢族，福建龍巖市，本科，工程師;研究方向：環(huán)保類催化劑及工程技術(shù)的研發(fā)。