摘要：自我國(guó)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(guó)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(zhǎng)達(dá)3年但在設(shè)備運(yùn)行過(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)題分析

引言

2014年8月，國(guó)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(wàn)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(wèn)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(guó)外使用燃煤發(fā)電占比較低，很多國(guó)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(méi)有設(shè)置專門處理機(jī)構(gòu)和回收方案。我國(guó)是能源需求大國(guó)，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(wèn)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(wàn)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(guó)廢催化劑回收工作起步較晚，加上對(duì)廢棄催化劑處理問(wèn)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(guó)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(wú)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(guó)內(nèi)并沒(méi)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(guó)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(yǔ)

隨著中國(guó)火電廠工業(yè)逐步發(fā)展，未來(lái)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(guò)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(zhǎng)。

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(lè)蒙.火電廠廢煙氣脫硝催化劑資源回用存在問(wèn)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)。