日前键腹，內(nèi)蒙古希捷環(huán)被硐洌科技有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱希捷環(huán)保)對(duì)外公布消息胆萧，其自主研發(fā)生產(chǎn)的稀土基脫硝催化劑已安全使用超過(guò)24000小時(shí)，性能穩(wěn)定嚼债，仍在安全運(yùn)行中。
脫硝催化劑指應(yīng)用在電廠SCR(選擇性催化還原)脫硝系統(tǒng)上的催化劑，是在SCR反應(yīng)中计侯，促使還原劑選擇性的與煙氣中的氮氧化物在一定溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。而且蜀梢，脫硝催化劑是電廠生產(chǎn)中煙氣排放環(huán)節(jié)至關(guān)重要的一種材料傻当，關(guān)乎環(huán)境保護(hù)成敗和企業(yè)生產(chǎn)成敗。
“全新的SCR煙氣脫硝裝置采用高塵型工藝設(shè)計(jì)颗用，反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間堤型，SCR反應(yīng)器內(nèi)布置4層催化劑，每層排布5×9個(gè)模塊类繁，每個(gè)模塊內(nèi)72條產(chǎn)品教物。經(jīng)過(guò)測(cè)試，脫硝效率與氨逃逸撞浪、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率糊争、反應(yīng)器整體煙氣阻力、氨耗量等指標(biāo)都考核合格炭央。”希捷環(huán)庇け蓿總經(jīng)理王志民介紹說(shuō)。
傳統(tǒng)脫硝催化劑有一定毒害
二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)作為大氣的主要污染物，一直是污染治理的重點(diǎn)未斑，據(jù)預(yù)測(cè)咕宿，到2030年，我國(guó)在基準(zhǔn)國(guó)情下氮氧化物排放量將達(dá)到35.4兆噸颂碧。
“其中固定源(火電廠荠列，水泥廠，鍋爐等)排放量約占總排放量的50%左右载城，是減排的關(guān)鍵所在肌似。而對(duì)火電廠等企業(yè)排出的污染物進(jìn)行脫硝的關(guān)鍵就在于催化劑，催化性能的高低直接影響到脫硝系統(tǒng)的整體脫硝效率诉瓦。”王志民說(shuō)川队。
據(jù)了解，傳統(tǒng)的脫硝催化劑主要以釩基脫硝催化劑為主睬澡，投放市場(chǎng)較早固额，技術(shù)成熟、應(yīng)用較廣煞聪。釩基脫硝催化劑核心技術(shù)長(zhǎng)期掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手中斗躏，盡管近年來(lái)國(guó)產(chǎn)化率不斷提升，但是仍有很多性能待優(yōu)化讹荣。
“此外父森，釩鈦系脫硝催化劑具有一定毒性，仍會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度污染合杜』嗵蹋基于這些事實(shí)，在全國(guó)范圍內(nèi)研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)断迁、高效低成本的稀土無(wú)毒SCR脫硝催化劑具有極為重要的意義耙窥。”南京工業(yè)大學(xué)教授祝社民表示。
“其實(shí)迎硼，釩鈦系脫硝催化劑使用的主要活性成分是五氧化二釩(V2O5)还皮，它是一種高毒物質(zhì)，按照職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)屬于高度危害古贡，對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)和皮膚會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害那捍。因此，用新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)替代是勢(shì)在必行的签党。”祝社民說(shuō)槐滔。
自此，如何在催化劑中充分利用好稀土材料獨(dú)特的4f軌道結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的氧化還原性質(zhì)谒所，成為高新技術(shù)企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)研究的重點(diǎn)热康。
最大程度優(yōu)化催化劑性能
在位于包頭市的華能淄博白楊河發(fā)電有限公司六號(hào)爐沛申，近距離觀察和了解了SCR脫硝系統(tǒng)和稀土基脫硝催化劑。技術(shù)人員介紹姐军，稀土基脫硝催化劑的活性成分是由鑭铁材、鈰、釔等稀土元素氧化物和其他過(guò)渡金屬氧化物組成奕锌，以鈦基陶瓷為第一載體著觉、鈦鋯復(fù)合金屬氧化物為第二載體，利用稀土元素具有在未充滿電子的4f軌道結(jié)構(gòu)內(nèi)作為催化劑活性成分使用時(shí)表現(xiàn)出電子“存儲(chǔ)器”的性質(zhì)惊暴，有效地儲(chǔ)存伴氧空位形成產(chǎn)生的自由電子饼丘，進(jìn)而充分促進(jìn)分子氧的吸附和活化。產(chǎn)品徹底擺脫了傳統(tǒng)催化劑五氧化二釩的成分辽话，還針對(duì)釩基脫硝催化劑的各項(xiàng)性能進(jìn)行了優(yōu)化肄鸽。
王志民說(shuō)：“層流和湍流是流體流動(dòng)的一種性質(zhì)。流體流動(dòng)時(shí)油啤，如果流體質(zhì)點(diǎn)的軌跡是有規(guī)則的光滑曲線啄灭，這種流動(dòng)叫層流，沒(méi)有這種性質(zhì)的流動(dòng)叫湍流党纱。比如說(shuō)發(fā)電廠等在排煙的過(guò)程中囊喜，煙氣在催化劑內(nèi)從湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳎曳诸w粒并不遵從層流模式豹恶，而是傾向于翻轉(zhuǎn)并在整個(gè)通道長(zhǎng)度內(nèi)沖擊催化劑內(nèi)壁间皮，因而其磨損從上至下是均勻的，這樣一來(lái)琼葫，體積大密度小的薄壁催化劑使用時(shí)間十分有限。”
在一種材料中馋顶，摻入少量其他元素或化合物蚯巍，以使材料產(chǎn)生特定的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能麻彬，從而具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值或特定用途的過(guò)程稱為摻雜浅涛。研究團(tuán)隊(duì)在脫硝催化劑高強(qiáng)度、高比表面窍各、可控孔制備技術(shù)方面恤锣，實(shí)現(xiàn)了成孔劑γ-Al2O3和離子摻雜的晶型、晶粒全封、孔數(shù)量马昙、結(jié)構(gòu)、分布的一系列調(diào)控刹悴，增加了比表面和催化活性行楞，解決了高活性與高強(qiáng)度攒暇、高耐磨性能間的矛盾，從而有效地延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命子房。
“釩鈦系催化劑還有一個(gè)致命的問(wèn)題形用，即當(dāng)煙氣溫度在300℃以下時(shí)，催化性能會(huì)下降证杭，活性會(huì)降低田度。而希捷環(huán)保的核心技術(shù)，將稀土基SCR煙氣脫硝催化劑的性能實(shí)現(xiàn)了最大程度優(yōu)化解愤。”希捷環(huán)保的總工程師周廣賀評(píng)價(jià)說(shuō)镇饺。
團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)Zr4+等助催化離子摻雜，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與缺陷調(diào)控琢歇，首次發(fā)現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)引發(fā)催化劑表面酸性位變化峰遇，進(jìn)而提出多元氧化物同時(shí)存在B、L酸性位的新假說(shuō)拭牌，拓寬了催化劑活性溫度窗口篡前。
其次，技術(shù)團(tuán)隊(duì)突破了傳統(tǒng)催化劑支撐體僅限于骨架功能的概念方占。多相蜂窩陶瓷泡愉，由于多孔薄壁的特點(diǎn)，大大增加了載體的幾何表面積并改善了抗熱沖擊性能升院，是催化載體的好材料锄灾。團(tuán)隊(duì)根據(jù)此特性，發(fā)明了助催化脫硝功能的Al2TiO5-TiO2-SiO2多相蜂窩陶瓷支撐體匠借，利用國(guó)產(chǎn)TiO2覆霹、SiO2、Al2O3為原料通過(guò)化學(xué)修飾胆快、納米改性和引入非化學(xué)計(jì)量煞陵，使得支撐體的表面結(jié)構(gòu)缺陷氧空位增加、表面酸性提高烁焙、比表面積加大航邢、脫硝活性增強(qiáng)，支撐體的強(qiáng)度增加骄蝇、熱膨脹系數(shù)大大降低膳殷。
已經(jīng)過(guò)24000小時(shí)的考驗(yàn)
從希捷環(huán)保公司的大事記中看到，依托南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)九火，在國(guó)家自然科學(xué)基金赚窃、國(guó)家863計(jì)劃專項(xiàng)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃的支持下岔激，成功研發(fā)生產(chǎn)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)考榨、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T34700-2017)的稀土型選擇性催化還原(SCR)脫硝催化劑跨细，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外煙氣脫硝催化劑技術(shù)的空白，技術(shù)性能達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平河质。
王志民表示冀惭，新產(chǎn)品的市場(chǎng)前景是基于生產(chǎn)現(xiàn)狀的：“釩鈦系催化劑的使用壽命一般為3年(24000小時(shí))，據(jù)測(cè)算掀鹅，自2015年起散休，我國(guó)每年產(chǎn)生替換下來(lái)的釩鈦系有毒脫硝催化劑將多達(dá)30—40萬(wàn)立方米，大量廢棄有毒催化劑如保管或處理不當(dāng)出蛾，極易污染土壤及地下水促讶，給環(huán)境二次污染帶來(lái)巨大的隱患。”
據(jù)了解掏躬，以我國(guó)目前的技術(shù)水平侮捷，火電廠等企業(yè)替換下來(lái)的釩鈦系有毒脫硝催化劑，其危廢處理費(fèi)用達(dá)6000—7000元/立方米续疲，無(wú)疑額外增加了企業(yè)負(fù)擔(dān)偶画。
“而且環(huán)境保護(hù)稅法規(guī)定，對(duì)廢釩鈦系脫硝催化劑等類似危險(xiǎn)廢物每噸征收1000元的環(huán)境保護(hù)稅嘁梦，這是稀土脫硝催化劑等普通固體廢物的40倍祟期。”王志民說(shuō)。據(jù)測(cè)算滩蔼，十三五期間我國(guó)約有85萬(wàn)立方米左右的催化劑在運(yùn)行使用希弟，如果全部替換為稀土脫硝催化劑，每年將減少“大煙囪”排出危險(xiǎn)廢物30萬(wàn)立方米粥搓。此外洞枷，稀土脫硝催化劑的生產(chǎn)還能實(shí)現(xiàn)我國(guó)北方鑭鈰輕稀土資源的平衡利用，促進(jìn)我國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展鳖昌。
目前春贸，希捷環(huán)保已經(jīng)依靠專利技術(shù)建立起年產(chǎn)5萬(wàn)立方米稀土基SCR煙氣脫硝催化劑生產(chǎn)線，產(chǎn)品適用于燃煤電廠遗遵、工業(yè)燃煤鍋爐、水泥逸嘀、焦化车要、生物發(fā)電、石油焦燃燒企業(yè)的氮氧化物污染物治理崭倘。
王志民表示：“產(chǎn)品自投放市場(chǎng)以來(lái)翼岁，已成功應(yīng)用于100余項(xiàng)脫硝工程，催化劑最長(zhǎng)已經(jīng)運(yùn)行超過(guò)24000小時(shí)司光，但依然運(yùn)行良好琅坡，目前仍在使用中悉患。”
