選擇性催化還原技術(shù)(selective?。悖幔簦幔欤簦椋恪。颍澹洌酰悖簦椋铮?,SCR)是控制氮氧化物(NOx)排放的最為關(guān)鍵的技術(shù),廣泛應(yīng)用于熱電廠、焚燒廠等工業(yè)煙氣脫硝,以及柴油機(jī)動(dòng)車尾氣凈化。該技術(shù)以尿素、氨水或液氨產(chǎn)生的NH3為還原劑,核心是催化活性好、選擇性高、機(jī)械強(qiáng)度高且運(yùn)行穩(wěn)定的脫硝催化劑。SCR催化劑從最初電力脫硝行業(yè)的傳統(tǒng)釩鈦催化劑的普及應(yīng)用,到目前應(yīng)用于鋼鐵、玻璃等非電行業(yè)的低溫催化劑的廣泛研究,其發(fā)展和應(yīng)用得到突破性進(jìn)展。傳統(tǒng)釩鈦催化劑的發(fā)展已經(jīng)相對成熟,但應(yīng)用范圍窄,條件苛刻;低溫催化劑存在易中毒、壽命低、工況適用性等問題亟需解決。SCR催化劑成型工藝是其應(yīng)用與工業(yè)推廣的關(guān)鍵所在,我國在傳統(tǒng)催化劑成型技術(shù)取得全面性普及與推廣,但相比國外催化劑的應(yīng)用效果不佳;近幾年低溫SCR催化劑的研究工作取得突破性成果,應(yīng)用和推廣有待工程校驗(yàn)。因此,通過深入研究催化劑生產(chǎn)技術(shù)和成型工藝,研發(fā)經(jīng)得住實(shí)際工程考驗(yàn)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)催化劑是未來SCR技術(shù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。
1 傳統(tǒng)SCR脫硝催化劑發(fā)展歷程
1.1 國外SCR催化劑的應(yīng)用
美國Engelhard 公司在1957年首次成功研發(fā)SCR 催化劑,由Pt、Rh 和Pb 等貴金屬構(gòu)成,具有很高的催化活性,但造價(jià)昂貴、溫度區(qū)間窄、易中毒,不適于工業(yè)應(yīng)用。日本日立、三菱重工等生產(chǎn)的V2O5(WO3)/TiO2(釩鈦系)催化劑較早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。20世紀(jì)七八十年代,日本和歐美相繼建造多套脫硝系統(tǒng),釩鈦系SCR 催化劑的商業(yè)應(yīng)用趨于成熟,主要應(yīng)用于電力行業(yè)煙氣污染控制。近30年SCR催化劑在研究和應(yīng)用方面都取得一定進(jìn)展,具體發(fā)展過程如圖1。發(fā)展至今,傳統(tǒng)SCR催化劑生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)已得到普及,但核心技術(shù)由國外的幾家大型公司掌握,如美國康寧公司、德國魯奇公司、日本BHK公司等。
1.2 國內(nèi)SCR催化劑的發(fā)展?fàn)顩r
我國環(huán)保行業(yè)起步較晚,SCR催化劑的應(yīng)用滯后于西方國家。1999年,大陸首次引入SCR脫硝催化劑用于火電行業(yè)的煙氣治理,隨后10 年不斷推廣及普及。截至2012年,國內(nèi)已投運(yùn)煙氣脫硝機(jī)組容量為120GW,并且近5年有不斷上升的趨勢,2016年火電脫硝機(jī)組占比高達(dá)91.7%(詳見表1)。“十一五”期間,我國NOx排放總量呈逐年上升趨勢,2011年高達(dá)2405萬t(工業(yè)源占71.9%);而《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)的嚴(yán)格執(zhí)行及SCR脫硝機(jī)組滿負(fù)荷投運(yùn),NOx排放總量逐年降低,2017年的排放量已降至1700萬t左右。
近年,電力行業(yè)SCR催化劑普及率接近飽和,面對日益嚴(yán)峻的環(huán)保壓力,在電力行業(yè)減排能力有限的情況下,非電行業(yè)(鋼鐵、焦化、水泥、玻璃)NOx 減排將成為重點(diǎn)。我國的脫硝市場還將不斷擴(kuò)大,SCR催化劑需求缺口也將擴(kuò)大。2006年之前,國內(nèi)的催化劑供應(yīng)基本依賴國外,隨著脫硝產(chǎn)業(yè)的推進(jìn),國內(nèi)公司建立起相應(yīng)的催化劑生產(chǎn)基地,來不斷滿足日益增長的需求。對于傳統(tǒng)釩鈦系催化劑的發(fā)展,首先任務(wù)是盡快實(shí)現(xiàn)完全自主國產(chǎn)化,并節(jié)省生產(chǎn)成本,增加市場競爭力;同時(shí)加快傳統(tǒng)催化劑的改性研究,拓寬適用范圍,延長使用壽命。