绿色卫士：稀土基催化剂的强力去“污”之路

本文摘要：近日，笔者回到华能淄博白杨河发电有限公司6#炉现场，揭露SCR催化剂改建工程的谜样面纱。我们的SCR烟气脱硝装置使用高尘型工艺，反应器布置在省煤器与空气预热器之间。 每台锅炉设2台SCR反应器，关于锅炉中心线平面布置，SCR反应器内布置4层催化剂，第1层和第4层的催化剂为18孔，第2层和第3层的催化剂为15孔，每层化学键59个模块，每个模块内72条产品。经过测试，脱硝效率与氨逃离现场、SO2/SO3转化率、反应器整体烟气阻力、氨耗量等指标都考核合格。

近日，笔者回到华能淄博白杨河发电有限公司6#炉现场，揭露SCR催化剂改建工程的谜样面纱。“我们的SCR烟气脱硝装置使用高尘型工艺，反应器布置在省煤器与空气预热器之间。

每台锅炉设2台SCR反应器，关于锅炉中心线平面布置，SCR反应器内布置4层催化剂，第1层和第4层的催化剂为18孔，第2层和第3层的催化剂为15孔，每层化学键5×9个模块，每个模块内72条产品。经过测试，脱硝效率与氨逃离现场、SO2/SO3转化率、反应器整体烟气阻力、氨耗量等指标都考核合格。

”内蒙古希捷环保科技有限责任公司（以下全称希捷环保）总经理王志民向笔者介绍道。据报，从2014年7月投运以来，该工程的脱硝催化剂早已运营多达24000小时，但仍然运营较好，目前仍在用于中。

脱硝催化剂的未来南北SO2和NOx作为大气的主要污染物引发了人们的普遍注目。据预测，到2030年，在基准国情下中国NOx排放量将超过35.4Mt。“其中相同源（火电厂，水泥厂，锅炉等）排放量占到50%左右，是排放量的关键所在。而对火电厂等企业排泄的污染物展开脱硝的关键在于催化剂，其催化剂性能的强弱直接影响到脱硝系统的整体脱硝效率。

”王志民说。传统的脱硝催化剂主要以钒基脱硝催化剂居多，其投放市场较早于且技术成熟期、应用于很广。

钒钛系由脱硝催化剂核心技术掌控在少数发达国家手中，还有很多性能待优化。经过多年的希望，钒钛系由催化剂技术也日益成熟期，国产化率很高。

“但没自律的知识产权，且钒钛系由脱硝催化剂具备毒性对环境导致污染，所以研究具备自律知识产权、高效低成本的SCR脱硝催化剂具备十分最重要的现实意义。”南京工业大学教授千秋社民告诉他笔者。

2014年，环境保护部实施《关于强化废置烟气脱硝催化剂监管工作的通报》，明确规定废置烟气脱硝催化剂（钒钛系由）具备浸出毒性等危险性特性，将其归类为《国家危险废物名录》中“HW49其他废物”，对脱硝催化剂的用于管理明确提出了更为严苛的拒绝。同时由工业和信息化部、科学技术部和环境保护部于2016年12月14日联合公布的《国家希望的剧毒危害原料（产品）替代品目录（2016年版）》中具体将稀土恩脱硝催化剂列入钒基脱硝催化剂的替代品。“只不过，钒钛系由脱硝催化剂用于的主要活性成分是五氧化二钒（V2O5），它是一种高毒物质，按照职业性认识毒物危害程度分级（GBZ230-2010）归属于高度危害，对人体的呼吸系统和皮肤不会产生相当严重伤害。

”千秋社民讲解道，替代它势在必行。稀土基SCR烟气脱硝催化剂的技术特点近年来，如何在催化剂中充分利用好稀土材料独有的4f轨道结构和出色的水解还原成性质，沦为研究的重点。稀土恩脱硝催化剂的活性成分是由镧、铈、钇等稀土元素氧化物和其他过渡性金属氧化物构成，其以钛基陶瓷为第一载体、钛锆填充金属氧化物为第二载体，利用稀土元素具备并未充满著电子的4f轨道作为催化剂活性成分用于时展现出出有电子“存储器”的性质，有效地储存伴氧空位构成所产生的自由电子，进而很好的增进分子氧的导电和活化，有效地解决问题了水解铈作为活性物质时酸性较强的问题。

产品完全挣脱了五氧化二钒成分，还针对钒基脱硝催化剂的各项性能展开了优化。“比如发电厂等在烟囱的过程中，烟气在催化剂内从湍流改变为层流，灰分颗粒（点状形状）并不遵守层流模式，灰分颗粒偏向于旋转并在整个地下通道长度内冲击催化剂内壁，所以磨损从上至下是均匀分布的。体积密度小的薄壁催化剂是用于没法多长时间地。

”王志民之后给笔者介绍着，希捷环保在脱硝催化剂的高强度、低比表面、高效率孔制取技术方面，成孔剂γ-Al2O3和离子掺入构建了晶型，晶粒，孔数量、结构、产于的调控，减少比表面和催化活性，解决问题了高活性与高强度、低耐磨性能间的对立，从而有效地缩短了催化剂的使用寿命。“目前钒钛系由催化剂有一个可怕的问题，即当烟气温度在300℃以下时，催化剂性能上升，活性减少。”希捷环保总工程师周广贺介绍着，我们突破了两项核心技术，将稀土基SCR烟气脱硝催化剂的性能更进一步优化。

通过Zr4+等助催化剂离子掺入，展开了结构与缺失调控，首次找到材料结构缺失不会引起催化剂表面酸性位变化，明确提出了多元氧化物同时不存在B、L酸性位的新假说。拓宽了活性温度窗口。

明确提出了结构幸催化剂理论提升水解还原性能，强化催化剂稳定性。突破了传统承托体仅限于骨架功能的概念，发明者了助催化剂脱硝功能的Al2TiO5-TiO2-SiO2静电学蜂窝陶瓷承托体。

利用国产TiO2、SiO2、Al2O3为原料通过化学修饰、纳米改性和引进非化学计量，使得承托体的表面结构缺失氧空位减少、表面酸性提升、比表面积增大、脱硝活性强化，承托体的强度减少、热膨胀系数大大降低。“现有技术条件下催化剂的使用寿命一般为三年（24000h），据测算，自2015年起，我国每年产生更换下来的钒钛系由剧毒脱硝催化剂将低约30万立方米~40万立方米，大量荒废剧毒催化剂如交给或处理不当，不易污染土壤及地下水，给我国环境导致二次污染的极大隐患。”王志民缓在心上。

稀土基SCR烟气脱硝催化剂用于地必然性更换下来的钒钛系由剧毒脱硝催化剂，以目前技术水平，钒钛系由脱硝催化剂的危废处置费用约6000元/立方米~7000元/立方米，额外减少了用于企业的开销。“而且环境保护税法规定，对废钒钛系由脱硝催化剂等类似于危险废物每吨征税1000元的环境保护税，是稀土脱硝催化剂等普通固体废物的40倍。”王志民说。希捷环保相结合南京工业大学材料化学工程国家重点实验室技术，在国家自然科学基金、国家“863计划”专项、国家科技承托计划及中央专项投资资金的反对下顺利研制、生产具备我国自律知识产权、合乎国家标准（GB/T34700-2017）的稀土型选择性催化剂还原成（SCR）脱硝催化剂，空缺了国内外烟气脱硝催化剂技术的空白，技术性能超过了国际领先水平。

利用专利技术年产5万立方米稀土基SCR烟气脱硝催化剂，产品限于于燃煤电厂、工业燃煤锅（窑）炉、水泥厂、焦化厂、生物电厂、石油焦自燃企业、玻璃厂等行业废气的氮氧化物污染物管理。项目一期于2018年月建成投产，生产过程使用先进设备的蜂窝体吸管工艺和烧制方案，自动化程度低，技术水平先进设备，运营可信。“我公司产品自2012年投放市场以来，已顺利应用于100余项脱硝工程，涵括了燃煤发电、玻璃、焦化、冶金、水泥、陶瓷和化工等行业。

各项工程皆超过了国家环保废气标准，获得了较好用于效果。有一些脱硝催化剂早已运营多达24000小时，但仍然运营较好，目前仍在用于中。”王志民对未来信心百倍。

据王志民测算，十三五期间国内大约有85万立方米左右的催化剂在运营，预计从2018年开始每年更换下来的废钒钛系由脱硝催化剂将低约30万立方米。若全部更换为稀土脱硝催化剂，每年增加危险废物30万立方米。

稀土脱硝催化剂还能均衡利用北方稀土非常丰富的镧铈轻稀土资源，增进稀土产业身体健康发展。

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