中國(guó)粉體網(wǎng)訊 日前，內(nèi)蒙古希捷環(huán)保科技有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱希捷環(huán)保）對(duì)外公布消息,，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，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，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,，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，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),，反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，SCR反應(yīng)器內(nèi)布置4層催化劑,，每層排布5×9個(gè)模塊,，每個(gè)模塊內(nèi)72條產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)測(cè)試,，脫硝效率與氨逃逸,、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)器整體煙氣阻力,、氨耗量等指標(biāo)都考核合格,。”希捷環(huán)�,？偨�(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),，據(jù)預(yù)測(cè),，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,。
“其中固定源（火電廠,，水泥廠，鍋爐等）排放量約占總排放量的50%左右,，是減排的關(guān)鍵所在,。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,�,！蓖踔久裾f(shuō)。
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,，投放市場(chǎng)較早，技術(shù)成熟,、應(yīng)用較廣,。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,，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,。
“此外,，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,�,；谶@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),、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,。”南京工業(yè)大學(xué)教授祝社民告訴科技日?qǐng)?bào)記者,。
“其實(shí),，釩鈦系脫硝催化劑使用的主要活性成分是五氧化二釩（V2O5），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,，對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)和皮膚會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害。因此,，用新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)替代是勢(shì)在必行的�,！弊Ｉ缑裾f(shuō),。
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),，成為高新技術(shù)企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)研究的重點(diǎn),。
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，記者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,，稀土基脫硝催化劑的活性成分是由鑭、鈰,、釔等稀土元素氧化物和其他過(guò)渡金屬氧化物組成,，以鈦基陶瓷為第一載體、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)，有效地儲(chǔ)存伴氧空位形成產(chǎn)生的自由電子,，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，還針對(duì)釩基脫硝催化劑的各項(xiàng)性能進(jìn)行了優(yōu)化,。
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),，如果流體質(zhì)點(diǎn)的軌跡是有規(guī)則的光滑曲線，這種流動(dòng)叫層流,，沒(méi)有這種性質(zhì)的流動(dòng)叫湍流,。比如說(shuō)發(fā)電廠等在排煙的過(guò)程中，煙氣在催化劑內(nèi)從湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿�,，灰分顆粒并不遵從層流模式,，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,，因而其磨損從上至下是均勻的,，這樣一來(lái)，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，摻入少量其他元素或化合物,，以使材料產(chǎn)生特定的電學(xué),、磁學(xué)和光學(xué)性能,，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,。研究團(tuán)隊(duì)在脫硝催化劑高強(qiáng)度,、高比表面、可控孔制備技術(shù)方面,，實(shí)現(xiàn)了成孔劑γ-Al2O3和離子摻雜的晶型,、晶粒,、孔數(shù)量,、結(jié)構(gòu),、分布的一系列調(diào)控,，增加了比表面和催化活性，解決了高活性與高強(qiáng)度,、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。
“釩鈦系催化劑還有一個(gè)致命的問(wèn)題,，即當(dāng)煙氣溫度在300℃以下時(shí),，催化性能會(huì)下降，活性會(huì)降低。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,。”希捷環(huán)保的總工程師周廣賀評(píng)價(jià)說(shuō),。
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，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,，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),，拓寬了催化劑活性溫度窗口,。
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,。多相蜂窩陶瓷,，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,，是催化載體的好材料,。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,，利用國(guó)產(chǎn)TiO2,、SiO2、Al2O3為原料通過(guò)化學(xué)修飾,、納米改性和引入非化學(xué)計(jì)量,，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,、比表面積加大,、脫硝活性增強(qiáng)，支撐體的強(qiáng)度增加,、熱膨脹系數(shù)大大降低,。
已經(jīng)過(guò)24000小時(shí)的考驗(yàn)
記者從希捷環(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),，在國(guó)家自然科學(xué)基金,、國(guó)家863計(jì)劃專項(xiàng)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃的支持下,，成功研發(fā)生產(chǎn)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),、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，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,。
王志民表示，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,，自2015年起，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),，極易污染土壤及地下水，給環(huán)境二次污染帶來(lái)巨大的隱患,�,！�
據(jù)了解，以我國(guó)目前的技術(shù)水平,，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，無(wú)疑額外增加了企業(yè)負(fù)擔(dān),。
“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，這是稀土脫硝催化劑等普通固體廢物的40倍,�,！蓖踔久裾f(shuō)。據(jù)測(cè)算,，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,，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,。此外,，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,。
目前,，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,、工業(yè)燃煤鍋爐,、水泥、焦化,、生物發(fā)電,、石油焦燃燒企業(yè)的氮氧化物污染物治理。
王志民表示：“產(chǎn)品自投放市場(chǎng)以來(lái),，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)，但依然運(yùn)行良好,，目前仍在使用中,。”
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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