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绿色高效稀土催化剂 为“大烟囱”强力去污

时间:2019-08-11
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技术人员正在测试稀土基脱硝催化剂产品。地图的受访者

近日,内蒙古希捷环保科技有限公司(以下简称希捷环保)宣布,其自主研发生产的稀土基脱硝催化剂已安全使用多小时,性能稳定,仍处于安全运行状态。

脱硝催化剂是指应用于发电厂SCR(选择性催化还原)脱硝系统的催化剂,其是在SCR反应中在一定温度下促进还原剂与烟道气中的氮氧化物的选择性反应的物质。此外,脱硝催化剂是电厂生产烟气排放物生产中的重要物质,与环境保护的成败有关,也与生产的成败有关。

“新型SCR烟气脱硝装置采用高粉尘工艺设计。反应器布置在节热器和空气预热器之间。 SCR反应器中布置有四层催化剂,每层布置有5×9个模块。该模块中有72个产品。经过测试,脱硝效率和氨逃逸,SO2/SO3转化率,反应器整体烟气阻力,氨消耗量等指标均合格,“希捷环保总经理王志敏表示。

传统的脱硝催化剂具有一定的毒性

作为大气的主要污染物,二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)一直是污染控制的重点。据预测,到2030年,中国的氮氧化物排放量将达到基准国家的35.4百万吨。

“固定污染源(火力发电厂,水泥厂,锅炉等)排放的排放量约占总排放量的50%,这是减排的关键。火电厂和其他企业排放的污染物脱氮的关键在于催化剂。催化性能直接影响脱硝体系的脱硝效率,“王志敏说。”

据了解,传统的脱硝催化剂主要是钒基脱硝催化剂,它们较早投放市场,技术成熟,应用广泛。钒基脱硝催化剂的核心技术长期以来一直掌握在少数发达国家手中。尽管近年来本地化率一直在增加,但仍有许多性能需要优化。

“此外,钒钛脱硝催化剂具有一定的毒性,仍然对环境造成一定的污染。基于这些事实,研究具有自主知识产权,高效低成本的稀土无毒SCR脱硝催化剂具有重要意义。南京工业大学朱新民教授告诉“科技日报”记者。

“事实上,钒钛脱硝催化剂中使用的主要活性成分是五氧化二钒(V2O5),它是一种剧毒物质。根据职业接触有毒物质的程度,它是非常危险的。人体呼吸系统和皮肤,造成严重损害,因此必须更换新产品,“朱说。

从那时起,如何充分利用独特的4f轨道结构的稀土材料和催化剂中优异的氧化还原性能成为高新技术企业研发的重点。

最大化催化剂性能

在包头市华能淄博白洋河发电有限公司6号炉中,记者密切观察并了解了SCR脱硝系统和稀土脱硝催化剂。技术人员介绍,稀土基脱硝催化剂的有效成分由稀土元素氧化物如镧,铈,镧等过渡金属氧化物组成,钛基陶瓷为第一载体,钛锆复合物金属氧化物作为第二载体。稀土元素在用作未填充电子的4f轨道结构中的催化剂活性组分时表现出电子“记忆”的性质,并有效地储存由氧空位形成产生的自由电子,从而充分促进吸附和活化。分子氧。该产品完全消除了传统催化剂五氧化二钒的组成,并优化了钒基脱硝催化剂的性能。

王志敏说:“层流和湍流是一种流体流动。当流体流动时,如果流体粒子的轨迹是规则的平滑曲线,这种流动称为层流,没有这种流动的流动是例如在发电厂排烟过程中,烟气在催化剂中从湍流转变为层流。灰尘颗粒不遵循层流模式,但往往会逆转并撞击内壁催化剂在通道的整个长度上都会产生磨损。从上到下是均匀的,所以使用体积密度大的薄壁催化剂是非常有限的。“

在材料中,其中掺入少量其他元素或化合物以赋予材料特定的电学,磁学和光学性质的过程,使得实际应用或特定用途称为掺杂。研究小组在高强度,高比表面和脱硫可控孔制备技术中实现了一系列调节成孔剂γ-Al2O3的晶型,粒度,孔数,结构和分布及离子掺杂的一系列调节。催化剂。特定的表面和催化活性解决了高活性,高强度和高耐磨性之间的矛盾,从而有效地延长了催化剂的使用寿命。

“钒钛催化剂也存在致命问题。当烟气温度低于300°C时,催化性能下降,活性降低。希捷环保的核心技术将实现稀有的性能土工SCR烟气脱硝催化剂。最大优化,“希捷环境总工程师周光和评论。

该团队首先通过Zd4 +和其他催化离子掺杂来控制结构和缺陷。首次发现材料结构缺陷导致催化剂表面的酸性变化,并提出了一个新的假设,即多氧化物同时存在于B和L酸性位点,从而拓宽了催化剂。活动温度窗口。

其次,技术团队突破了传统催化剂支持仅限于骨架功能的观念。多相蜂窝陶瓷由于具有多孔薄壁的特性,大大增加了载体的几何表面积,提高了抗热震性,是催化载体的良好材料。基于这一特点,该团队发明了Al2TiO5-TiO2-SiO2多相蜂窝陶瓷载体,促进了脱氮功能。以国产TiO2,SiO2和Al2O3为原料进行化学改性,纳米改性和引入非化学计量,使载体表面结构缺陷增加氧空位,增加表面酸度,增加比表面积,增加反硝化活性,增加支撑强度,大大降低热膨胀系数。

已通过24,000小时的测试

记者在希捷环保公司的纪念品中看到,在国家自然科学基金,国家863计划和国家科学的支持下,依托南京工业大学材料化学工程国家重点实验室的技术。和技术支持计划,该公司成功开发和生产了中国的自治权。符合国家标准(GB/T-2017)的知识产权和稀土选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂填补了国内外烟气脱硝催化剂技术的空白,技术性能已达到国际水平。领先水平。

王志敏说,新产品的市场前景是基于目前的生产状况:“钒钛催化剂的使用寿命一般为3年(24,000小时)。据估计,自2015年以来,中国已生产替代钒钛每年有毒反硝化,催化剂高达30万至40万立方米,大量废弃的有毒催化剂,如储存或处置不当,易污染土壤和地下水,给二次污染带来巨大的隐患。环境。“

据了解,随着我国目前的技术水平,钒钛有毒脱硝催化剂被火电厂等企业所取代,危险废物处理成本达到6000-7000元/立方米,这无疑增加了企业的负担。

“环境保护税法规定,废弃危险钒脱硝催化剂和其他类似危险废物每吨1000元的环保税是稀土脱硝催化剂等普通固体废物的40倍,”王志敏说。据估计,在“十三五”期间,中国使用了约85万立方米的催化剂。如果所有这些都被稀土脱硝催化剂取代,每年将从“大烟囱”排出30万立方米的危险废物。此外,稀土脱硝催化剂的生产还可以实现中国北方轻稀土资源的均衡利用,促进中国稀土产业的健康发展。

基于专利技术的年产5万立方米稀土SCR烟气脱硝催化剂的生产线。该产品适用于燃煤电厂,工业燃煤锅炉,水泥,焦化,生物发电,石油焦燃烧企业的氮气。氧化物的氧化。

王志敏说:“由于该产品已投放市场,已成功应用于100多个脱硝项目。催化剂已经运行超过24,000小时,但仍然运行良好,仍在使用中。”

杜燕飞,王静)

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