趙峰

摘要：現(xiàn)如今，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，燃煤電廠逐漸擴大建設規(guī)模。脫硝系統(tǒng)已成為燃煤電廠的重要組成部分，脫硝催化劑占脫硝工程投資比例高。介紹了燃煤電廠失效脫硝催化劑的現(xiàn)狀以及催化劑失效的原因，并詳細介紹了失效催化劑的處理思路和處理方式，主要是再生處理和回收處理，并展望了失效催化劑的處理新思路。

關鍵詞：脫硝催化劑;選擇;失效原因;預防措施

引言

隨著脫硝催化劑使用時間的增長，催化劑的活性將逐漸不能滿足脫硝要求，直至催化劑失活需要更換，但由于新催化劑的價格較高，處理廢舊催化劑也需要一定的費用，大多數(shù)用戶都會考慮對催化劑進行再生。相比更換新鮮催化劑，催化劑再生可延長催化劑的使用壽命、減少廢棄催化劑填埋所產(chǎn)生的二次污染，且再生價格僅約為新鮮催化劑的1/2。因此，催化劑再生技術的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，可提高我國的節(jié)能環(huán)保水平，加快脫硝產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，也是減輕氮氧化物污染、提高和改善空氣質(zhì)量的有力措施，對保護生態(tài)環(huán)境和保障“十二五”節(jié)能減排戰(zhàn)略的順利實施具有重要意義，同時對提升區(qū)域經(jīng)濟實力將起到重要的推動作用。

1脫硝催化劑的失效原因

1.1催化劑的堵塞

燃煤煙氣中含有大量的飛灰小顆粒，由于粒徑較小，極易進入催化劑表面的微孔當中，進而造成催化反應的微孔道堵塞，無法使反應物到達反應活性位，而同時煙氣中含有SO2，其在釩鈦基催化劑作用下，容易被氧化為SO3，加之飛灰中有CaO、及煙氣中NH3、H2O的存在，使得極易形成CaSO4和銨鹽，粘附在催化劑外表面或者進入微孔道中，使得活性位與反應物相隔離，進而造成催化劑失效。

1.2催化劑中毒

煙氣中的有害物質(zhì)（如堿金屬和砷等物質(zhì)）與催化劑發(fā)生反應是造成催化劑中毒的主要原因。

1.3高溫引起的燒結、活性組分損失

當脫硝催化劑長期暴露在450℃以上的高溫時，容易引起催化劑表面燒結，比表面積減小，孔容減小，一部分活性組分揮發(fā)損失。

2催化劑處理方式

2.1脫硝催化劑再生工藝技術

脫硝催化劑失活后的再生處理有兩種工藝，一是現(xiàn)場再生，二是工廠化再生。

現(xiàn)場再生可以把表面沉積物和附載物用物理化學方法簡單清除，再負載一定量的化學活性物質(zhì)。但是現(xiàn)場再生可能帶來的危害：失活的催化劑含有砷及釩、鉬、鎢等重金屬，現(xiàn)場再生清洗過程中會產(chǎn)生含有重金屬的廢水、廢渣，加之現(xiàn)場沒有無害化處理設備和系統(tǒng)，極易對電廠周邊環(huán)境和水質(zhì)形成二次污染，對電廠工作人員產(chǎn)生較大的健康風險。工廠化再生是通過物理和化學方法有機的結合，可以將催化劑表面和微孔堵塞物完全去除，更重要的是把化學中毒物砷、磷和堿金屬也有效地去除。工廠化再生可以嚴格控制烘干、煅燒的環(huán)境，這對化學活性物的負載過程的有效性至關重要。真正的工廠再生工藝是一個復雜的物理化學過程，也是為每一個客戶量身定做的再生方案，可以使催化劑的化學性能恢復到100%。工廠化再生配有污水處理設施，可以將再生過程中產(chǎn)生的廢水處理到達標排放。

目前，國外脫硝催化劑再生企業(yè)主要有德國Ebinger（埃賓格），Steag（史迪格），美國Coalogix（科杰），等。Ebinger（埃賓格）公司是催化劑工廠再生技術鼻祖。Steag（史迪格）公司自主研發(fā)技術，部分技術來源于埃賓格，是世界上最大規(guī)模的催化劑再生廠家。Coalogix（科杰）技術來源于埃賓格和史迪格，是僅次于史迪格的第二大再生廠家。

各家公司的脫硝催化劑再生方法基本上都包含以下幾個步驟：①真空吸塵或壓縮空氣吹灰;②清洗液浸泡或噴淋;③超聲清洗;④活性組分再浸漬;⑤煅燒。

2.2失效催化劑的回收處理

失效催化劑的常用回收方法可分為間接回收法和直接回收法。其中直接回收法又可分為分離法和不分離法，間接回收法可分為干法、濕法和干濕結合法。受到各種因素的制約，以及回收效益的影響，一般失效催化劑的回收方法多采用間接回收法。間接回收法主要分為：

（1）干法回收工藝

干法回收是用固體堿與廢催化劑混合，在空氣中灼燒熔融，使其中的V2O5轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘拟C酸鹽。加水溶解K3VO4，分離TiO2和K3VO4，將溶液煮沸，釩酸鹽水解析出V2O5。干法提釩一般燃料及堿消耗量大，回收釩成本高。同時，由于廢催化劑中SiO2，Al2O3等雜質(zhì)元素焙燒時，釩轉(zhuǎn)化為不溶于水的含釩硅酸鹽，釩氧化物從水浸出率降低，詳細工藝需進一步研究。

（2）濕法回收工藝

催化劑經(jīng)使用后，其中的釩主要以V2O5和VOSO4形式存在，后者所占比例有時可達40%～60%。催化劑中低價含釩鹽易溶于酸而難溶于堿，而V2O5易溶于堿難溶于酸，因而可用酸液或堿液浸取，一些研究大都用酸浸取。

濕法回收催化劑成分的工藝為一般可分為：沉淀法、萃取法和離子交換法等物理化學方法。沉淀法主要是在一些介質(zhì)中釩酸、鎢酸和鉬酸的溶解度不同，可以通過溫度的升高，來實現(xiàn)釩鎢鉬的分離;萃取法主要通過萃取劑（如TBP、R2SO等）實現(xiàn)釩鎢鉬的可溶性鹽溶液的分離;離子交換法是通過鎢鉬酸根在離子交換樹脂吸附的差異，從而對鎢鉬進行分離。

廢棄脫硝催化劑再生與回收技術是具有創(chuàng)新性和巨大的市場應用前景的技術，該項技術也成為各催化劑生產(chǎn)廠的研究熱點。

3催化劑再生技術的發(fā)展趨勢

截至2012年底，中國發(fā)電裝機容量達到11.35億千瓦，其中火電裝機容量8.15億千瓦，占71.8%。與2010年相比火電新增裝機容量1.73億千瓦，增長18%。據(jù)國家電網(wǎng)公司“能源基地建設及電力中長期發(fā)展規(guī)劃深化研究”報告指出，在“十二五”期間，將新增裝機規(guī)模2.87億千瓦，預計2015年火電裝機總容量將達到9億千瓦;“十三五”期間將新增裝機規(guī)模2.34億千瓦，到2020年末期，火電裝機總容量將達到10億千瓦。由于催化劑每三年都要進行一次更換或者再生，因此催化劑再生市場將逐漸擴大，預計“十三五”期間催化劑的再生需求量將達到11萬立方米/年，將形成30億元/年的市場容量，催化劑再生市場需求量大。

2010年環(huán)保部發(fā)布《火電廠氮氧化物防治技術政策》，明確提出“失效催化劑應優(yōu)先進行再生處理，無法再生的應進行無害化處理”，“鼓勵低成本高性能催化劑原料、新型催化劑和失效催化劑的再生與安全處置技術的開發(fā)和應用”。2012年，科技部發(fā)布《藍天科技工程“十二五”專項規(guī)劃》，明確提出：“針對燃煤電站鍋爐和工業(yè)鍋爐污染物排放，研發(fā)脫硫脫硝脫汞協(xié)同控制技術，超細粉塵高效捕集技術，脫硝催化劑生產(chǎn)和再生技術等”。這就要求企業(yè)要加快技術研發(fā)步伐，開發(fā)出適合我國國情的具有自主知識產(chǎn)權的脫硝催化劑再生技術與設備，對已經(jīng)失活的脫硝催化劑進行再生，使其可以重復使用，以延長催化劑的使用壽命，降低更換新鮮催化劑的成本。

隨著催化劑再生市場需求量的增大和我國政府對火力發(fā)電廠燃煤煙氣重視程度的提高，脫硝催化劑的使用及后期處理問題也開始備受關注，各火力發(fā)電廠對廢舊催化劑的處理態(tài)度也由最初的到期便更換新催化劑，演變成到期進行催化劑再生。于是，各火電廠開始格外注重催化劑的日常維護工作，為后期的再生工作做好準備。催化劑再生技術作為我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)的新興技術，面臨著更大的機遇與挑戰(zhàn)，這需要國內(nèi)的專家及企業(yè)不斷創(chuàng)新，研發(fā)適合我國的脫硝催化劑再生技術和裝備。

結語

隨著國內(nèi)煙氣脫硝技術的應用，脫硝催化劑的再生已然成為環(huán)保產(chǎn)業(yè)。本文主要在脫硝催化劑基礎上，結合催化劑的失活形式、再生技術及市場應用幾個方面分析脫硝催化劑的再生，通過對脫硝催化劑再生技術及市場的分析，不僅可以幫助火電企業(yè)降低脫硝系統(tǒng)運營成本，減少廢棄的催化劑對環(huán)境的污染，而且有助于推動我國火電行業(yè)脫硝技術的發(fā)展。

參考文獻

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