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1、废弃SCR脱硝催化剂再生及综合利用项目研发可行性研究报告 一、开展项目的必要性1、项目背景 随着氮氧化物排放污染的日趋严重,我国将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。环境保护部于2010年颁布了火电厂氮氧化物防治技术政策, 据专家预测,随着国民经济发展、人口增长和城市化进程的加快,中国氮氧化物排放量将继续增长。2008年全国氮氧化物排放量达到2000万吨,成为世界第一氮氧化物排放国。若无控制,氮氧化物排放量在2020年将达到3000万吨,给我国大气环境带来巨大的威胁。“十二五”期间,我国电力行业约需新建改建烟气脱硝机组总容量达6亿千瓦,脱硝领域爆发式的形成了一个总量达到1100亿元的
2、大市场。 与之相关的脱硝技术SCR工艺被广泛应用(在火电厂脱硝装置中采用SCR方法的,德国占95%,日本占93%,美国起步较晚,但明确锁定为SCR方法),我国主要选择SCR方法。 我国目前已引进国外催化剂生产设备和技术,但核心技术仍为外方掌握,再生技术更是少有涉及,催化剂价格昂贵,每立方米标价高达3.54万元左右,以一台300兆瓦的燃煤机组为例,初装则需要250立方米左右的催化剂,约占整个脱硝工程造价的40%左右。此外,催化剂的使用寿命较短,一般3年左右就需要更换,一台30万千瓦机组每年更换催化剂费用约300 万元,催化剂中含有大量重金属,对失活催化剂的处置方法,有待于进一步开发,要么报废,处
3、置不当会造成污染转移,要么进行再生,最大限度地提高资源理利用效率。虽然催化剂自身属于微毒物质,但是在其使用过程中烟气中的重金属可能在催化剂内聚集,失活催化剂其收集、贮存、运输、处置均须严格按危险废物的规定执行。 火电厂氮氧化物防治技术政策环发201010号中明确提出:失活催化剂应优先进行再生处理,无法再生的应进行无害化处理,鼓励低成本高性能催化剂原料、新型催化剂和失活催化剂的再生与安全处置技术的开发和应用,电厂对失活且不可再生的催化剂应严格按照国家危险废物处理处置的相关规定进行管理。2013年8月国务院出台的关于加快发展节能环保产业的意见中指示“大力发展脱硝催化剂制备和再生、资源化脱硫技术装备
4、,加快发展选择性催化还原技术和选择性非催化还原技术及其装备”,从政策层面上,国家针对脱硝催化剂的制备和再生提出了明确指示,这或许能够促进脱硝催化剂再生市场的快速发展。2. 社会经济和环境效益 催化剂再生具有显著的社会效益:失活催化剂进行再生有利于环境保护,有利于节约原材料,实现中国有限资源的循环再利用。如不再生,将造成资源的严重浪费和带来环境的二次污染。 催化剂再生具有显著的经济效益:作为燃煤电厂SCR脱硝系统的重要组成部分,脱硝催化剂造价高,成本约占脱硝工程总投资的40%。失活的催化剂进行再生处理可为电厂节约可观费用;如不再生,还需投入资金进行危废处理。 由此可以预见,虽然催化剂再生在国内是
5、全新的业务,但中国的SCR脱硝装置使用再生催化剂是迟早的事,是必然趋势。二、开展项目的可行性1、与项目相关的技术(产品)国内外现状和发展趋势 目前国际上能够成功向市场推广的专业脱硝催化剂再生技术公司为数不多,其中较为有名的有美国的科杰(coalogix)公司及德国的埃宾杰Ebinger-Kat公司。美国科杰公司拥有多项催化剂再生的专利技术, 在美国占85%以上的催化剂再生市场;已拥有超过57,000立方米的催化剂再生业绩,涵盖了蜂窝式、平板式和波纹板式等多种形式的催化剂;获得多项环保绿色能源组织颁发的奖项?包括2008年荣获普氏能源资讯全球能源大奖年度商业技术奖。德国的埃宾杰公司,是世界上较早
6、进行SCR失活催化剂再生的企业,截至目前,在世界范围内总共实现了包括巴斯夫BASF、康美泰克CORMETECH、巴布科克日立BHK、富蓝德CERAM、托普索TOPSOE、KWH等品牌在内的蜂窝式、波纹板式、平板式的47000多立方的失活脱硝催化剂再生,该公司的超声波技术广泛应用于欧美等发达国家,获得了良好的效果。美国的SCR-TECH公司及韩国的KC(株)成为埃宾杰公司SCR催化剂再生技术的推广合作伙伴。 国内的福建龙净环保与美国科杰公司采取合资方式,成立了国内首家具有国外先进SCR失效催化剂再生技术支持的企业,在国内应用先进的催化剂再生技术,开展相关业务。此外,国内的重庆远达、江苏肯创、江苏
7、万德、广东清远恒德等公司,对外宣称掌握了催化剂再生的国产技术。山西格盟国际及江苏中建材研究院,分别与韩国(株)凯希环保和奥地利富蓝德(ceram)公司签署了合作计划书,为进军失活SCR催化剂再生市场做了积极的准备。 目前国内脱硝催化剂失活后的再生处理已有两种方案出现,一是现场再生,二是工厂化再生。这与欧洲和美国最初经历的过程相同,但在2005年以后美国已经不再采用现场再生方法。 现场“再生”是一个未经实践证明的概念,其再生过程仅仅是把表面沉积物和附载物用物理化学方法简单清除,再负载一定量的化学活性物质,催化剂内部的微孔无法得到有效的恢复,催化剂比表面不能得到还原,可以说现场再生仅能成为应急的一
8、种非正常的临时措施,而不能成为真正意义的催化剂再生。 现场再生可能带来的危害:因为失活的催化剂含有砷及钒、钼、钨、 铬、镍等重金属,现场再生清洗有毒物质的过程中会产生大量的含有重金属的废气、废水、废液、废渣,加之现场没有无害化处理设备和系统,极易对电厂周边环境和水质形成二次污染,对电厂工作人员产生较大的健康风险。 工厂化再生是通过物理和化学方法有机的结合,可以将催化剂表面和微孔堵塞物完全去除,更重要的是把化学中毒物砷、磷和碱金属也有效地去除,因为这些化学中毒物是以化学键形式结合在催化剂基体上,简单的现场再生过程是无法根本去除这些化学中毒物的。工厂化再生可以严格控制烘干煅烧的环境,这对化学活性物
9、的负载过程的有效性至关重要,这些都是现场再生根本无法实现的。真正的工厂再生工艺是一个复杂的物理化学过程,也是为每一个客户量身定做的再生方案,可以使催化剂的化学性能恢复到90%左右。 众所周知,催化剂的寿命是指脱硝率,SO2 /SO3的转化率、氨逃逸率三者同时满足保证值的条件下的使用时间,这三项指标中有一项不能满足达标要求此催化剂的使用寿命就已终结,因此脱离SO2/SO3的转化率、氨逃逸两个指标的脱硝率是不科学的。因此得出以下结论: 催化剂活性评估:应该在中试装置上进行以获取催化剂的活性绝对值。测试条件应该与实际现场操作条件相吻合。 催化剂失活速率:SCR反应是一个发生在催化剂表面的快速反应,催
10、化剂寿命初期即使催化剂活性点的密度和强度不同,也能显示较高的活性,然而,随着时间的推移和中毒程度的加剧,现场再生的催化剂失活速率会加快,这是因为催化剂孔内的中毒物并未被完全去除。 比表面积、孔容:这是一个比较直接的衡量催化剂堵塞程度的方法。一般工厂再生的催化剂能恢复原始催化剂的水平,即比表面在75-80m2/m3之间,孔容在0.25m3/g左右。工厂再生的催化剂中的表面Si含量一般在4%以下,而现场再生的催化剂则有较高的Si含量和较低比表面。 SO2/SO3 转化率:失活催化剂中含有较高铁的含量,因而会造成SO2转化率的提高。工厂再生过程根据实际情况会有化学法去除铁的步骤,而现场再生则没有该步
11、骤。2、现有工作基础和条件 华特环保工程有限公司在引进消化吸收国外技术的同时加强与山东大学等国内知名高校合作,研究开发了研发成果有:翼式氧化喷枪、带有温度自动控制系统的低压省煤器、低压省煤器温度自动控制装置、烟气余热回收装置、烟气脱硫装置用钢与混凝土组合湿烟囱、燃煤烟气除尘、脱硝一体化装置、新型低温烟气余热回收装置及脱硫岛深度节能系统等研发成果。研发成果大都应用到了工程实践中,为公司创造了较好的利润。其中,新型低温烟气余热回收装置及脱硫岛深度节能系统获得了2012年度华电集团科技进步二等奖及山东省首台套等荣誉,获得了政府有关部门的认可及广大用户的赞誉。 近两年来我公司,研发出了适合国内锅炉燃烧
12、工况下的SCR脱硝技术及SNCR脱硝技术以及适用于我国新型干法水泥生产线特点的脱硝技术,这些技术已经应用到具体的工程项目当中,获得了良好的效果。在技术研发过程中,我公司研发团队积累了大量的宝贵的研发经验,增强了协调合作的团队精神,提高了攻克技术难关的信心及能力,为今后的研发工作打下了基础。此外,在开发SCR脱硝技术的同时,不断深化对脱硝工程设计及脱硝催化剂选型的研究,掌握了目前国内脱硝市场上较为常用的脱硝催化剂的形式及性能,为SCR脱硝催化剂再生利用积累了丰富的资料。针对脱硝催化剂再生利用,我公司进行了积极的前期探索,成立了专门的研发小组,目前,已掌握了关于脱硝催化剂再生利用的大量资料,积极与
13、国外具有先进催化剂再生技术的企业进行交流,对失效脱硝催化剂的再生技术及应用前景有了更进一步的认识。3、应用市场前景分析 3.1、现有脱硝产业的构成 烟气脱硝产业链是围绕脱硝催化剂展开的,这条产业链上的环节为:SCR催化剂生产企业脱硝工程公司火电厂催化剂再生服务企业废催化剂回收处理企业。表1中列举了国内目前所有脱硝催化剂的生产企业情况,表2列举了2011年度部分环保工程公司签订合同的脱硝工程容量。 表1国内脱硝催化剂的生产企业情况(数据统计截止2012年12月)公司采用技术类型规划年产能/m3实际年产能/m3与电力或动力公司的股权关系备注东方凯特瑞KWH蜂窝1500015000东方锅炉投资方之一
14、一期6000m3二期2010年6月9000m3投产江苏龙源环保催化剂公司CICC蜂窝180008000国电集团是投资方之一一期3000m3二期2010年9月5000m3投产重庆远达cometech蜂窝1000010000中电投是投资方之一2010年达产大拇指CICC蜂窝60006000-福建民营瑞基日本技术蜂窝+板式2500015000民营,蜂窝20000 m3;板式5000 m3青岛华拓SK能源蜂窝1500010000华电集团是投资方之一晶锐瓷业自主蜂窝100005000泛亚环保雅吉隆蜂窝15000大唐集团是投资方之一2000年4月投产中天环保BASF蜂窝1800010000大唐南京环保日立
15、造船板式3600010000大唐集团是投资方之一一期10000m32013年扩产至36000m3巴布科克日立日立造船板式1800018000江苏万德江苏峰业子公司自主蜂窝22000未知与华北电力大学合作。一期1.2万m3,预计2011年6月量产,二期1万m32013年实施宜刚环保自主蜂窝100005000固安迪诺斯自主蜂窝80008000山东三力自主蜂窝80008000浙江海亮自主蜂窝1000010000浙江德创自主蜂窝1000010000山东天璨自主蜂窝3000010000保定天河自主蜂窝1000010000中科院过程所(鹤壁)能源环境研发中心自主蜂窝6000未知浙江浙能未知蜂窝未知未知设计年产6000 m3及再生5000 m3江西中科凯瑞未知蜂窝未知未知河北京天未知蜂窝未知未知其他15000合计299200178000 表2 2011年度部分环保工程公司签订合同的脱硝工程容量序号脱硝公司名称合同容量(MW)采用脱硝方法及所占比例%1东方锅炉有限公司9690SCR100%
