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燃煤电厂废SCR脱硝催化剂回收技术及市场分析
时间:2019-07-17 08:39:06

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摘要:随着近年来环保执行力度的加大,燃煤烟气脱硝技术越来越普及,以火力发电为例,SCR脱硝催化剂服役大约3年就面临更新。

由于SCR脱硝催化剂本身由重金属氧化物组成,且在服役过程会吸收烟气中砷、汞、镉等重金属,因此废SCR脱硝催化剂是一种有害固体废弃物,被列入《国家危险废物名录》。

本文分析废SCR脱硝催化剂的回收技术进行分析,并分析了其未来的市场前景。

SCR脱硝技术具有较高回收价值

燃煤烟气中的氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一,也是形成酸雨和光化学烟雾的罪魁祸首之一。

近年来,随着我国工业的快速发展,燃煤电厂,交通工具尾气、钢铁工业成为NOx最主要的来源,目前燃煤烟气多采用选择性催化还原的技术进行脱硝。

蜂窝式SCR烟气脱硝催化剂

选择性催化还原(SCR)脱硝技术是催化剂作用下有选择性地将烟气中NOx还原为N2和H2O,钒-钨-钛系SCR脱硝催化剂通常由TiO2为载体,以及附着在载体上的活性成分V2O5和WO3。

钒-钨-钛系废SCR催化剂中大约含有1%~5%的V2O5,5%~10%的WO3,以及大约85%~90%的TiO2,TiO2价格约为1.5万元/吨,而WO3和V2O5的价格均在15万元/吨以上,具有较高的回收价值。

SCR脱硝催化剂平均约3年就需要更换

燃煤电厂SCR催化系统最核心的是SCR催化剂,SCR催化剂运行时会发生中毒失活现象,据统计大约20000小时就需要对催化剂进行更换。

SCR催化剂的失活主要是由于:

1.催化装置布置在省煤器后,空气换热器之前,该段烟气具有高温高尘的特点,导致催化剂工作环境恶劣,造成蜂窝体堵塞和磨损;

2.催化剂中V2O5两性化合物,烟气中的钾、钠、钙等碱性金属与催化剂中V2O5发生反应,降低其吸附NH3的能力,从而降低催化效率,其中钾对钒-钨-钛系催化剂毒性最大,当氧化钾含量达到1%时,可使催化剂全部失活;

3.烟气中的砷、磷、汞等同样会导致催化剂失活;

4.烟气温度的波动式催化剂发生热烧结使催化剂失活。

活性降低的催化剂需要及时更换,根据燃煤品质、热工条件、催化剂加工质量的不同,SCR催化剂使用寿命也不同,大约为2~5年就需要进行更换。

更换下来的催化剂视载体的质量进行再生或处置,载体磨损程度较低,强度较好的催化剂进行再生处理,载体破碎或磨损程度大、强度低的催化剂进行处置回收有价元素,通常而言更换下来的催化剂可再生的和不可再生的大约各占一半。

催化剂再生工艺主要包括:

1.清洗除尘;

2.热处理,去除催化剂表面的氧化性毒物;

3.酸碱处理,将催化剂表面的钾、钠等碱性毒物或砷、磷等酸性毒物溶解去除;

4.补充活性成分。经过再生的催化剂通常能够达到新鲜催化剂催化效能的95%以上。

对于不能再生的催化剂需要考虑有价金属的回收,工艺通常为直接酸浸/碱浸氧化法,或焙烧—酸浸/碱浸法,将催化剂中V2O5和WO3变成钒酸盐溶液和钨酸盐溶液,经过萃取反萃或沉淀的方式回收V2O5和WO3,TiO2载体采用硫酸法或氯化法生产钛白粉。

废SCR脱硝催化剂回收相关法规解读

废弃SCR脱硝催化剂作为一种危险废物,若随意堆存或处置不当,极有可能对自然环境和人民生活造成严重危害,同时也导致自身的资源浪费。

为了加强对燃煤电厂废弃的钒钛系的SCR脱硝催化剂的监督管理,2014年8月环保部发布并实施了《关于加强废烟气脱硝催化剂监管工作的通知》。

通知规定将废弃SCR脱硝催化剂的管理、再生、处置作为危险废物进行管理,从事废弃SCR催化剂的收集、储存、运输、处理的单位,应该严格执行有关危险废物的法律法规,如危险废物经营许可证制度和危险废物运输转移五联单制度等。

同时要求相关企业提高废弃SCR脱硝催化剂的再生和利用水平,尽快培养一批专业从事废弃SCR脱硝催化剂回收处理的企业;对于无法利用的SCR脱硝催化剂交由具有相应资质的危险废物填埋场进行填埋处理。

废弃SCR脱硝催化剂的市场前景广阔

随着2009年,环保部发布《2009-2010年全国污染防治工作要点》后,我国燃煤电厂开始大规模装配SCR脱硝系统,按照目前我国SCR催化剂工作寿命计算,从2012年废弃催化剂的产量逐渐大幅度增加。

2017年我国规模以上电厂装机容量达到17.7亿千瓦,按脱硝设备安装率86%的比例计算SCR催化剂总量为132万立方米,到2020年需要更新的催化剂达到44万立方米,其中无法再生的约为22万立方米,约合11万吨。

2017年装机容量较2016年增长7.6%,但增速较下降 0.6个百分点,据估计到2022年装机容量达到顶峰并维持稳定,因此在2025年左右废弃SCR脱硝催化剂产量达到最大量,预计为年产量维持在14.33万吨左右,具有广阔的市场前景。

我国目前尚无企业大规模从事废弃SCR脱硝催化剂回收

发达国家的能源结构与我国差异较大,中国是一个火电大国,约70%的电力来自燃煤,而美国仅有30%的电力来自燃煤,而法国和日本则是以核电为主,国外目前尚无专门对废弃SCR催化剂的回收企业。

由于SCR脱硝系统普及的较晚,我国也是近几年才开始重视废弃SCR催化剂的回收工作,处理技术大多仍不成熟,专门从事废弃SCR催化剂的企业规模都还小,远远不能满足市场的需求。

中电集团下属的广东恒德环保有限公司在废弃SCR催化剂回收方面走在国内的前列,目前年处理量在2万立方米;神华集团低碳研究所针对废弃SCR催化剂开展了深入的研究,其研发的湿法处理技术目前正在推广阶段。

结语

随着SCR脱硝催化剂逐步更新,大量废弃SCR催化剂的处理问题成为目前面临的严峻挑战。

目前我国废弃SCR催化剂的回收工作处于起步阶段,市场竞争不充分,尚未形成龙头企业。由于市场空间巨大,在可预期的将来,废弃SCR催化剂处理行业将成为一个环保领域的蓝海行业。


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