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煙氣選擇性催化脫硝有望完全國產化

時間:2016-01-26 10:32來源:中國環境報作者:信息發布點擊: 次

“載體-催化劑-再生-脫硝工藝”完整的脫硝技術創新產業鏈，實現了整個脫硝產業鏈的100%國產化，比引進國外技術初期，脫硝成本整體下降一半以上。

2015年度國家科學技術獎勵大會日前在北京舉行。環境保護部推薦的“燃煤煙氣選擇性催化脫硝關鍵技術研發及應用”獲國家技術發明獎二等獎。

這一項目由清華大學教授李俊華團隊，與北京國電龍源環保工程有限公司、重慶遠達催化劑制造有限公司以及四川華鐵釩鈦科技股份有限公司等，組成產學研創新團隊。團隊發明了大比表面鈦硅鎢復合載體、高強度脫硝催化劑、高精度流場均勻分布系統及中性絡合定向再生技術，已在國電及華能等256家電站鍋爐應用，實現了高塵煙氣下高效脫硝。

記者日前專訪了項目負責人李俊華。

記者：脫硝是繼煙氣脫硫之后國家控制大氣污染物排放的又一個重點。我國的氮氧化物排放和控制技術現狀如何？

李俊華：近年來，我國大氣環境保護工作取得了積極進展，隨著我國電廠等脫硫裝置的廣泛應用，大氣中SO2濃度及硫沉降均有所下降。

然而我國NOx排放總量卻居高難下。2011年排放的NOx達到2400多萬噸，其中燃煤排放NOx約占67%，成為最大來源。

國家“十二五”規劃中明確提出未來五年內完成NOx總量減排10%的約束性指標，其中火電廠是控制關鍵。相關排放標準要求火電廠NOx排放濃度為100 mg/Nm3，超低排放為50 mg/Nm3，成為全球最嚴格的排放限值。

目前，最有效的控制氮氧化物技術途徑是氨氣選擇性催化還原（SCR）氮氧化物。不過這種技術在國內應用面臨著很多問題。

首先是我國脫硝催化劑主要載體材料依賴進口，成本居高不下。載體材料占催化劑總重量的80%～90%，占催化劑總成本的60%以上。

其次，脫硝催化劑對煤種具有很大的敏感性，同樣的催化劑在不同煙氣條件下性能會有較大差異。國外的催化劑主要是針對國外的煤種進行設計開發的，對中國煤種的適應性比較差。我國煤種復雜，煙塵濃度遠遠高于國外，照搬國外技術極易造成催化劑塌陷中毒，出現“水土不服”問題。

同時，我國缺乏自主知識產權的脫硝工藝核心技術參數和軟件包。對脫硝催化劑產品來說，產品的工程示范研究和驗證是必不可少的。只有通過自主設計脫硝反應器和還原劑添加控制系統及流場模擬等，才能實現我國脫硝工程的廣泛應用。

此外，廢舊脫硝催化劑使用壽命約2.4萬小時，如何實現老化中毒后的催化劑再生資源化利用，也是當前面臨的棘手問題。

記者：是什么限制了國產脫硝技術的發展？

李俊華：早期載體原材料被國際上兩大公司壟斷，價格十分昂貴，導致燃煤電廠整體脫硝成本非常高，很大程度上制約了脫硝催化劑的規模化應用。

我國煤質地區差異較大，煙氣排放特征復雜多變，普遍存在高硫高鈣高灰的“三高”特征，國外催化劑對我國煤種的適應性比較差。流場分布不均易造成偏流堵灰和催化劑磨損加重等實際問題，也是影響高效脫硝的主要因素之一。此外，脫硝催化劑再生技術被國外少數廠家壟斷，迫切需要研發自主產權的廢舊催化劑再生技術。

記者：在項目研發過程中，團隊的技術攻關主要在哪方面？

李俊華：選擇性催化脫硝技術（SCR）是通過添加氨氣將氮氧化物還原為氮氣，脫硝催化劑是核心，流場均勻分布是催化劑高效脫硝的重要保障。

由于我國煤種復雜，煙塵濃度遠遠高于國外，照搬國外技術極易造成催化劑塌陷中毒。如果將SCR系統放在除塵甚至脫硫之后，則可以有效防止催化劑磨損和中毒，難題是如何實現中低溫下高活性。此外，從催化劑到脫硝工程，研發自主知識產權的煙氣脫硝工藝和關鍵裝備，打破國外技術壟斷，同樣十分重要。

為了解決高強度抗磨損和高活性之間的矛盾，項目組發明了鈦硅鈦鎢及鈦硅鎢等一系列復合氧化物載體和催化劑端口硬化技術，通過復合載體組分間的固溶和端口硬化實現了強度提高；此外引入負電中心，研發過渡金屬耦合稀土改性的低釩脫硝催化體系，增強酸性位來提高活性。

經過大量深入研究，在關鍵載體、催化劑配方和脫硝工藝等方面取得突破，復合氧化物載體的B酸量提高2.9倍，保證了脫硝活性，同時抗壓強度和耐磨性能也得到顯著提高。

為了解決廢舊催化劑中毒物高效去除和強度活性保持之間的矛盾，項目組發明了中性絡合定向清除有毒元素技術，形成一系列中性絡合清洗液。基于本發明再生液，團隊發明了技術和經濟性良好的再生工藝，再生后K、Ca、As等主要中毒元素去除率90%以上。再生效果的兩個重要指標，通孔率和活性恢復值分別達到98%和96%以上。

為了解決流場均勻分布和保持壓降阻力小之間的矛盾，團隊發明了煙氣與還原劑渦流混合背部噴氨裝置，保證了煙氣與還原劑氨氣充分混合；發明了獨特的等壓力整流技術，保證流場分布均勻。

記者：與國外脫硝技術相比，這一技術在技術和經濟上有哪些優勢？

李俊華：首先在關鍵載體方面，相比國外單一鈦白粉載體，這一技術具有一系列鈦基復合氧化物載體，滿足了國內外市場不同用戶需求。

在脫硝催化劑方面，自主產權的高強度高活性雙高脫硝催化劑在保證脫硝活性的同時，抗壓強度和抗磨損性能顯著提高，同時一定程度上抑制了二氧化硫氧化率和氨氣逃逸率。

在廢舊催化劑再生技術方面，擁有自主知識產權的中性絡合再生技術比傳統強酸清洗方法，更加環保。很大程度上避免了設備腐蝕、強度下降和活性組分流失。

在還原劑添加和脫硝流場方面，國外主流的噴氨格柵技術，在國內復雜煙氣條件下可能會出現噴頭灰堵。團隊發明的渦流混合背部噴氨和整流技術，有效解決這一問題，使NH3/NOx摩爾比最大偏差約±5%。

團隊還打造了從“載體-催化劑-再生-脫硝工藝”完整的脫硝技術創新產業鏈，實現了整個脫硝產業鏈的100%國產化，比引進國外技術初期，脫硝成本整體下降一半以上。

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