王春兰，宋 浩，韩东琴

（1.中国环保机械行业协会，北京 100823；

2.苏州华乐大气污染控制科技发展有限公司，江苏 苏州 215027）

我国一次能源消耗呈现逐年递增的趋势，预计到2050年，我国一次能源需求量将达到6657.4万吨[1]。据2012年BP统计，中国消耗了全球49.6%的煤炭，位于世界第一，且在未来相当长时期内， 中国以煤为主的能源供应格局不会发生根本性改变，煤在总能源中比重很难低于50%。中国80%以上的煤炭直接或间接用于燃烧，生成了大量SO2、NOx、Hg等多种烟气污染物，造成严重的大气污染问题。就火电厂来说，二氧化硫和氮氧化物的排放量占了全国工业污染物总排放量约50%以上，其中又以氮氧化物排放比例最高[2]。

选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是目前控制NOx排放最成熟、最有效的方法[3]。该方法是在一定温度和催化剂作用下，利用氨做还原剂可选择性地将NOx还原为氮气和水的方法[4]，可使NOx脱除率达到90%以上，该法已在全球范围内得到广泛应用[5]。国内首例SCR脱硝工程也于1999年投运[6]。至今，我国火电机组SCR装机容量达2.15亿千瓦，SCR市场容量以1亿千瓦/年的速度增长。

随着SCR脱硝催化剂使用时间的增长，催化剂的活性将逐渐不能满足SCR脱硝要求，直至催化剂失活需要更换，但由于新催化剂的价格较高，处理废旧催化剂也需要一定的费用，大多数用户都会考虑对催化剂进行再生。相比更换新鲜催化剂，催化剂再生可延长催化剂的使用寿命、减少废弃催化剂填埋所产生的二次污染，且再生价格仅约为新鲜催化剂的1/2。因此，催化剂再生技术的产业化发展，可提高我国的节能环保水平，加快脱硝产业的形成和发展，也是减轻氮氧化物污染、提高和改善空气质量的有力措施，对保护生态环境和保障“十二五”节能减排战略的顺利实施具有重要意义，同时对提升区域经济实力将起到重要的推动作用[7]。

1 催化剂失活原因

催化剂是整个SCR脱硝系统的核心部分[8]，目前工业中应用最多的催化剂大多以TiO2为载体，以V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3为活性成分[9]。随着催化剂使用时间的增长，催化剂会逐渐发生失活现象，其主要原因包括以下四种[10]：

（1）砷（As）、碱金属（主要是K、Na）等引起的催化剂中毒

高温烟气中的气态As2O5扩散进入催化剂的微孔结构中，在催化剂表面发生反应，占据并破坏催化剂的活性位，从而导致催化剂失活[11-12]。碱金属元素被认为是对SCR催化剂毒性最大的一类元素，不同碱金属元素毒性由大到小的顺序为[13-14]：Cs2O＞Rb2O＞K2O＞Na2O＞Li2O，除碱金属氧化物以外，碱金属的硫酸盐和氯化物也会导致催化剂的失活[15]。

（2）催化剂的堵塞

小颗粒的飞灰及反应过程中形成的铵盐沉积在催化剂表面的小孔中，造成催化剂堵塞，阻碍NOx、NH3、O2到达催化剂活性表面，从而引起催化剂失活。

（3）高温引起的烧结、活性组分挥发[16]

催化剂长期暴露于其允许最高运行温度以上的高温环境可引起催化剂活性位置烧结，导致催化剂颗粒增大，比表面积减小，一部分活性组分挥发损失，因而使催化剂活性降低。

（4）机械磨损[16]

在催化剂的安装、更换过程中，催化剂受到冲击作用进而使得其表面活性物质减少；此外，由于SCR反应塔中的催化剂垂直布置，烟气自反应塔顶部垂直向下平行催化剂流动[17]，在较大空速条件下，烟气中的大颗粒物质对催化剂的磨损作用也使得催化剂表面活性物质减少。

2 SCR脱硝催化剂再生技术国内外发展现状

2.1 国外技术发展现状

德国、日本、美国是SCR催化剂研发生产及再生技术最成熟的国家，其中德国的Evonik公司、美国的Coalogix公司等在失活催化剂的水洗再生、酸碱液处理再生、热还原再生方面也取得很多成果，很多再生技术也日趋稳定成熟，新技术也在研发中。

虽然国外催化剂再生技术已经达到了成熟稳定的地步，但他们的再生设备进入我国市场具有成本较高、运费大且供货周期长的弊端。此外，由于国外煤质稳定，SCR催化剂在适用过程中损坏程度较小，而我国煤质复杂多变，这也注定国外SCR再生技术进入我国催化剂再生市场需要一段相当长的适应期。

2.2 国内技术发展现状

在我国，SCR脱硝催化剂再生技术仍处于起步阶段，我国煤质较差且复杂多变，使得SCR脱硝催化剂失活机理复杂，失活原因多种多样[18]，采用国外的再生技术对我国的失活催化剂进行再生存在着适应性的问题，因此我国很多科研单位一直致力于对催化剂再生技术的研究，以期待研发出对于受我国复杂多变煤质影响的催化剂具有更好的适应性再生技术。

目前，国内已将催化剂再生技术应用于再生工程中的催化剂再生厂家有：苏州华乐大气污染控制科技发展有限公司、重庆远达催化剂公司、江苏肯创环境科技股份有限公司。其中苏州华乐大气污染控制科技发展有限公司与浙江大学国家环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心合作，从事燃烧及污染物控制理论、技术及工程研究，取得了多项具有国际领先水平的原创性技术成果，包括适合我国燃煤组分条件下失活SCR催化剂的优化再生技术。苏州华乐大气污染控制科技发展有限公司开发出了相应再生设备并将该设备成功运用于催化剂再生工程。

3 催化剂再生技术介绍

3.1 工艺流程

随着国内火电厂SCR烟气脱硝技术的进一步应用，将产生越来越多的失活催化剂，亟需失活催化剂的处理技术。失活催化剂可通过再生、填埋、再利用等方式进行处理，其中再生技术可以使催化剂活性恢复到新鲜催化剂活性的90%以上，从而有效延长催化剂的使用寿命，降低更换新鲜催化剂的成本，并减少了废弃催化剂处置费用和给环境带来的二次污染，实现了资源的可循环利用。国内有关企业与科研院所合作研究，最终确立了催化剂失活原因诊断 → 清扫 → 松散 → 复孔 → 强化 → 活化 → 热处理再生工艺路线（见下图）。

催化剂再生技术工艺路线图

3.2 关键步骤

（1）催化剂失活原因诊断

在对失活催化剂进行再生之前，需对其失活原因进行研究分析，通过对失活催化剂样品的各项物理化学性能（包括组分含量、比表面积、孔隙率、孔径分布、晶型结构、强度、活性等）指标的检测，确认催化剂失活的本征原因，为催化剂再生提供方案。

（2）清扫

采用压缩空气吹扫等物理作用清除催化剂表面以及孔道内的飞灰，以将催化剂孔道内外的飞灰清洗干净。

（3）松散

催化剂的外表面积和微孔特性很大程度上决定了催化剂反应活性，简单的物理清扫无法清除催化剂微孔中的堵塞物，此时，通过加入特制的松散剂配合以超声、鼓泡的方式对催化剂进行松散处理可以实现清除催化剂微孔中堵塞物的目的，大大提高孔隙率。

（4）复孔

催化剂中毒现象的发生主要是由于原烟气中的有毒化学成分作用于催化剂的活性位点造成的，这些化学混合物会沉积在催化剂表面微孔内，与催化剂活性组分反应，但当通过复孔添加剂的处理后，能很好地去除这些沉积在微孔内的有毒物质，恢复催化剂的活性位。

（5）强化

催化剂在使用过程中由于烟尘、水汽等影响而导致催化剂表面磨损和抗压强度降低，通过强化添加剂的处理，可以进一步强化催化剂表面活性位、耐磨损能力以及抗压强度等，使再生后的催化剂达到更高的运行要求。

（6）活化

催化剂在使用过程中，活性组分会因为机械磨损等原因而导致挥发流失，另外再生过程中的水洗和酸洗也会引起活性物种的部分流失，需对催化剂进行活性物质再负载。

（7）热处理

用于整个催化剂模块的干燥和煅烧，热源为热风，活化处置后，催化剂模块被送入梭式窑进行干燥，干燥完成后，催化剂在炉窑中进行烧制。

3.3 技术成果及指标

1）再生后催化剂的活性恢复到新鲜催化剂的90%；2）再生后催化剂的SO2/SO3转化率小于1%；3）再生后催化剂的机械寿命应大于5年，化学寿命应大于1.6万小时。

4 催化剂再生技术的发展趋势

截至2012年底，中国发电装机容量达到11.35亿千瓦，其中火电装机容量8.15亿千瓦，占71.8%。与2010年相比火电新增装机容量1.73亿千瓦，增长18%。据国家电网公司“能源基地建设及电力中长期发展规划深化研究”报告指出，在“十二五”期间，将新增装机规模2.87亿千瓦，预计2015年火电装机总容量将达到9亿千瓦；“十三五”期间将新增装机规模2.34亿千瓦，到2020年末期，火电装机总容量将达到10亿千瓦。由于SCR催化剂每三年都要进行一次更换或者再生，因此催化剂再生市场将逐渐扩大，预计“十三五”期间催化剂的再生需求量将达到11万立方米/年，将形成30亿元/年的市场容量，催化剂再生市场需求量大。

2010年环保部发布《火电厂氮氧化物防治技术政策》，明确提出“失效催化剂应优先进行再生处理，无法再生的应进行无害化处理”，“鼓励低成本高性能催化剂原料、新型催化剂和失效催化剂的再生与安全处置技术的开发和应用”。2012年，科技部发布《蓝天科技工程“十二五”专项规划》，明确提出：“针对燃煤电站锅炉和工业锅炉污染物排放，研发脱硫脱硝脱汞协同控制技术，超细粉尘高效捕集技术，脱硝催化剂生产和再生技术等”。这就要求企业要加快技术研发步伐，开发出适合我国国情的具有自主知识产权的SCR脱硝催化剂再生技术与设备，对已经失活的脱硝催化剂进行再生，使其可以重复使用，以延长催化剂的使用寿命，降低更换新鲜催化剂的成本。

随着催化剂再生市场需求量的增大和我国政府对火力发电厂燃煤烟气重视程度的提高，SCR脱硝催化剂的使用及后期处理问题也开始备受关注，各火力发电厂对废旧催化剂的处理态度也由最初的到期便更换新催化剂，演变成到期进行催化剂再生。于是，各火电厂开始格外注重催化剂的日常维护工作，为后期的再生工作做好准备。催化剂再生技术作为我国环保产业的新兴技术，面临着更大的机遇与挑战，这需要国内的专家及企业不断创新，研发适合我国的SCR脱硝催化剂再生技术和装备。

5 国内催化剂再生案例

我国的煤质较差且复杂多变，因而SCR脱硝催化剂失活机理复杂，失活原因多种多样。针对我国复杂多变的煤质对催化剂的中毒机理及各种导致催化剂失活的因素，国内有关机构研究出的再生技术对我国煤质造成的催化剂失活具有较好的适应性。2013年2月，广州顺德五沙热电厂完成了SCR脱硝催化剂再生工程项目，其中用于顺德电厂的一条移动生产线的再生能力为8模块/天。

广州顺德五沙热电厂二期1号锅炉自2009年10月9日通过试运行至2013年已经运行3年多，脱硝催化剂失活问题比较严重，故在2013年2月对1号锅炉B侧第一层催化剂进行了再生处理。为掌握再生后脱硝反应器的实际性能，比较另一侧未进行再生的SCR装置的实际利用效率，2013年3月进行了脱硝系统性能测试。性能测试结果表明：在300MW试验工况下，1号机组SCR装置没有进行催化剂再生的A侧反应器氮氧化物脱除效率为59.7%，SO3的转化率0.19%，氨逃逸率1.28ppm；进行了催化剂再生的B侧反应器氮氧化物脱除率可以达到82.11%，SO3的转化率0.17%，氨逃逸率1.24ppm，活性恢复到新鲜催化剂的92.8%（详细数据见下表）。再生后的催化剂运行5040h后，进行了第二次性能检测，活性是新鲜催化剂的85.4%，其活性衰减速率甚至优于新鲜催化剂。试验结果表明，该再生技术可以达到或超过新鲜催化剂的初始性能，完全满足了催化剂的性能要求。

1号机组脱硝性能测试汇总表

6 结语

随着我国环境保护意识、法律、法规和标准的日趋完善，火电厂降低NOx排放工作势在必行，此外我国政府大力支持失效催化剂应优先进行再生处理，无法再生的催化剂应进行无害化处理，鼓励低成本高性能催化剂原料、新型催化剂和失效催化剂的再生与安全处置技术的开发和应用，将使SCR脱硝催化剂再生技术进入环保领域并更好地发挥其独特作用。

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