低温脱硝技术现状及市场前景分析

低温脱硝技术现状及市场前景分析1.1技术调研背景非电力行业（包括自备电站）的氮氧化物排放控制遭遇到了极大的困难，因为非电力行业的工业锅（窑）炉设备（例如：工业锅炉、玻璃陶瓷炉窑、水泥炉窑、钢铁冶金烧结炉、炼焦和石化系统的裂解设备等）烟气以及涉及硝酸生产和使用的工艺过程废气的排放温度处于120℃~300℃范围内，而目前电力行业使用的中温SCR脱硝催化剂的工作温度为300℃～400℃。因此，在非电力行业难以直接使用中温（300℃~400℃）SCR催化工艺对NOx排放进行控制。选择性非催化还原（SNCR）氮氧化物净化效率较低，难以满足严格的排放标准，因此，低温SCR是实现“大气污染防治行动计划”目标的主要工程技术。本次技术调研主要是针对低温脱硝技术相关，针对其技术现状和发展趋势、应用和市场前景等进行相关说明。1.2相关政策为了严格控制氮氧化物污染物的排放，国家颁布了相应的《中华人民共和国环境保护法》（2015年1月1日实施）、《中华人民共和国大气污染防治法》（2015年8月29日第二次修订版）、《大气污染防治行动计划》(国发〔2013〕37号)等法律法规。国务院在关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知中明确提出：在减排方面，提出2015年，全国氮氧化物排放总量分别控制在2046.2万吨，比2010年的2273.6万吨分别下降10%。形成氮氧化物削减能力358万吨。进一步明确企业的节能减排主体责任，严格执行节能环保法律法规和标准，细化和完善管理措施，落实目标任务。2011年11月，国务院发布了《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》（国发〔2011〕35号）提出：对电力行业实行二氧化硫排放总量控制，继续加强燃煤电厂脱硫，新建燃煤机组应同步建设脱硫脱硝设施；对钢铁行业实行二氧化硫排放总量控制，强化水泥、石化、煤化工行业二氧化硫和氮氧化物治理。2015年2月2日，工信部和财政部联合颁布了《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划》(以下简称《行动计划》)，以削减煤炭消耗量、减少污染物排放为目标，以焦化、工业炉窑、煤化工、工业锅炉等4个工业领域用煤为重点，综合提升区域煤炭清洁高效利用水平，力争实现控煤、减煤，防治大气环境污染。计划中明确规定了“到2017年，实现节约煤炭消耗8000万吨以上，减少烟尘排放量50万吨、二氧化硫排放量60万吨、氮氧化物40万吨，促进区域环境质量改善。到2020年，力争节约煤炭消耗1.6亿吨以上，减少烟尘排放量100万吨、二氧化硫排放量120万吨、氮氧化物80万吨。”新修订版的《中华人民共和国大气污染防治法》第四十一条指出“钢铁、建材、有色金属、石油、化工等企业生产过程中排放粉尘、硫化物和氮氧化物的，应当采用清洁生产工艺，配套建设除尘、脱硫、脱硝等装置，或者采取技术改造等其他控制大气污染物排放的措施”。一系列的法律法规及政策，对氮氧化物的排放要求更加严格，利好于低温脱硝技术的推广。2技术现状及发展趋势2.1低温SCR脱硝技术及对比2.1.1低温SCR脱硝技术工艺流程低温SCR技术是O2和催化剂存在的条件下，在120～300℃温度窗口内，用还原剂NH3将烟气中的NOx还原为N2和H2O，反应原理如下：4NH3＋4NO＋O2→4N2＋6H2O（1）8NH3＋6NO2→7N2＋12H2O（2）低温SCR反应器一般布置在脱硫装置和除灰装置之后，烟气不需要加热，通过反应器的烟气具有低温、低硫和低尘的特性。系统由氨储罐、氨蒸发器、氨缓冲罐、稀释风机、氨/空气混合器、喷氨格栅、混合单元和催化剂组成，工艺流程如图1所示。氨水或液氨经蒸发器转化为NH3，经氨缓冲罐，在氨/空气混合器内稀释，再经喷氨格栅喷入烟道，与烟气均匀混合，并在低温SCR反应器内发生还原反应将NOx去除。图1低温SCR工艺流程图2.1.2低温SCR脱硝技术与中温SCR脱硝技术对比表1低温SCR脱硝技术和中温SCR脱硝技术对比性能指标低温SCR中温SCR烟气条件低灰、低硫高灰、高硫操作温度120℃～300℃300℃～400℃安装条件设备少、占地小和便于现场设计的特点，既适用于新旧设备烟气治理（安装位置可选择性强）只能用到新建设备，而旧设备由于场地狭小和热量恒算等问题，难以安装SCR反应器成本费用•烟气温度越低，气体体积越小，催化剂用量只是高温催化剂用量的70%•反应器整体体积减小，散热面积减•工业炉窑用户资金比较紧张，而用于电站锅炉的SCR工艺不是我国具有的自主知识产权的技术，其催化剂需要小，热损小•系统结构集成度高，适用于目前在用炉窑，避免整体结构改造，无需额外场地•进入低温SCR反应器的烟气无需经过预热，减少了能量消耗和设备投资，以山东药玻为例，中温SCR脱硝投资1000万元以上；而采用低温SCR脱硝，只需要投资700万元，一次性投资节省30%以上进口，价格昂贵•反应器体积大，烟气温度高，散热量惊人，经实际测试，进出口温度差为10-20℃，直接降低后端空预器效率，能耗最少增加2%•工程承包商为了迎合用户的要求，可能会采取降低催化用量，以牺牲SCR催化剂寿命或活性为代价，达到降低工程资金的目的，这样会损害用户利益后期维护与运行3-5年更换一次，运行成本低（安装在除尘和脱硫之后，催化剂寿命延长）2-3年更换一次，运行成本高催化剂用量小大原材料采购可全部实现原材料国产化主要生产原料需要进口潜在的问题不易引起下游设备堵塞，维修维护非常便捷容易腐蚀、结垢、黏附，不易维修2.1.3低温SCR脱硝技术的优点1、低温脱硝催化剂的反应温度在120℃～300℃，可以应用在工业锅炉、水泥玻璃窑炉、冶金钢铁烧结炉、石化催化裂解炉和化工与酸洗设备等领域，可处理高浓淡度氮氧化物烟气（1500mg/Nm3以上），有广泛的应用前景；2、布置在锅炉的尾部烟道，无需对锅炉本体做改动，低温脱硝的吸收塔体积小，安装简便，占地面积小。因此，脱硝装置总体成本可大幅度下降；3、由于其位于除尘装置之后，因此烟气具有低温、低尘（或低硫）的特性，解决了催化剂的堵塞、磨损等问题，维护成本降低，使用寿命提高；4、减轻飞灰中的K、Na、Ca、As等微量元素对催化剂的污染或中毒，若在脱硫之后还可缓解SO2引起的催化剂失活等问题；2.1.4低温SCR脱硝技术的缺点1、受二氧化硫的影响较为明显，在低温下二氧化硫与水、氨气容易形成粘稠的铵盐，附着在催化剂上，造成催化剂的中毒失活。影响催化剂性能；2、低温脱硝的催化剂对灰尘和含硫量有较严格的要求，针对燃煤锅炉，其吸收塔只能布置在脱硫后，需要对烟气进行再热，增加了能量消耗和设备投资；3、目前应用工程案例较少，应用工艺需继续开发完善；2.2国内现状2.2.1国内低温SCR脱硝技术主要方法（1）方信立华低温SCR技术北京方信立华科技有限公司与北京工业大学建立长期合作关系，何洪教授团队与北京方信立华科技有限公司合作解决低温SCR催化剂在低温高硫烟气脱硝应用的问题。经过多年努力，成功研发出具有自主知识产权的“方信”牌低温SCR脱硝催化剂，属于钒钛体系催化剂。该技术大幅拓宽了SCR脱硝催化剂的常规治理温区，将治理温区从300-400℃拓宽至160-400℃。目前，“方信”牌低温SCR脱硝催化剂已成功应用于诸如云南钛业集团、广州钢铁、湖北益泰药业、宝钢湛江钢铁有限公司等大型行业龙头企业的脱硝工程，并取得了良好的效果。（2）合肥晨晰低温SCR技术合肥晨晰环保工程有限公司与合肥工业大学建立长期合作关系，拥有一批环境治理领域的技术专家和可持续发展的技术开发团队，秉承自主创新的理念，成功研发出具有自主知识产权的新型Mn/FA-PG低温SCR催化剂，属于非钒系催化剂，整个SCR工艺温度范围宽、适用于180~300℃。并与山东铁雄新沙能源有限公司签订了150万吨焦炉烟气中低温SCR脱硝工程总承包合同。（3）上海瀚昱低温SCR技术瀚昱公司研发团队与浙江大学合作建立长期合作关系，研发、设计并制造均质的MeOx-CoOx(CeOx)/TiO2蜂窝催化剂和堆垛式棒状催化剂，属于非钒系催化剂，应用于低温SCR脱硝项目中。催化剂的适应温度为130℃~260℃。脱硝效率60%~90%，并已在玻璃窑和石油化工领域拥有工程应用业绩。（4）华元科技低温SCR技术内蒙古华元科技有限公司生产的脱硝催化剂属于非钒系催化剂，使用窗口温度为120-420℃，并已有低温SCR（玻璃窑）脱硝催化剂中试应用案例。（5）中能国信低温SCR技术中能国信（北京）科技发展有限公司与清华大学材料学院达成战略合作协议，合作开发拥有全部自主知识产权的低温蜂窝型和低温泡沫型SCR脱硝催化剂生产技术，属于钒钛体系催化剂。中能国信(北京)科技发展有限公司与北京金隅集团下属金隅红树林环保技术有限责任公司一起于2014年7月开始了在水泥窑低温SCR脱硝上的探索并已取得成功。2.2.2国内低温SCR脱硝技术发展趋势低温SCR工艺最为核心的问题是低温催化剂的研制和其结构设计。能够适合SCR尾部布置和其他低温应用的需要，同时又可以减少对烟气进行再加热，能够高效脱除烟气中的NOx，这就必然要求催化剂的活性温度窗口在120-300℃之间有较高的脱硝效率。低温催化剂需要解决两个问题，一是在低温时有较高的活性，二是较好的抗SO2和H2O效果。国内最早致力于低温SCR工业脱硝技术探索研究的是北京工业大学环境与能源工程学院化学化工系何洪教授，自2003年开始，他以解决非电力行业脱硝问题为出发点，以低温SCR催化材料为突破口，充分挖掘国内外先进技术理念，经历近十年不懈努力，终于开发出具有自主知识产权、脱硝效率高、工程造价和运行成本远低于中高温SCR催化脱硝技术的低温SCR工业脱硝技术。2012年1月份，由康恩贝集团和一些个人投资者投资，以北京工业大学的低温SCR催化剂生产技术为核心，北京方信立华科技有限公司在北京成立，经过多年努力，成功研发出具有自主知识产权的“方信”牌低温SCR脱硝催化剂，属于钒钛体系催化剂。该公司建设有一条低温SCR催化剂生产线和低温SCR催化工程技术中试实验基地，并开始向工业脱硝市场提供低温SCR催化剂。目前，该公司正在开发与低温SCR催化剂相适应的工业低温脱硝技术，并已经在玻璃、钢铁、冶金、化工、焦化、垃圾焚烧领域有相关的应用业绩。尽管何洪教授团队在低温SCR催化剂研发方面获得了令业内十分关注的成绩，得到了工作温度低至160℃的高效低温SCR催化剂，但将其用于燃煤工业锅炉或其他含硫烟气的脱硝时遭遇到了一个必须克服的障碍。目前何洪教授团队正与北京方信立华科技有限公司合作解决低温SCR催化剂在低温高硫烟气脱硝应用的问题，正在开展的工作包括研究在低温SCR催化床层中ABS生成情况以及对SCR催化剂的伤害程度，研究烟气条件—ABS生成—SCR催化剂失效的规律，研究低温SCR催化脱硝设备的运行条件、控制方式、反应器设计优化、SCR与脱硫除尘设备的耦合和低温SCR催化剂的原位再生技术。继往开来，他们将从催化材料、SCR脱硝工艺设计、设备优化和原位再生技术出发，开发适合我国工业锅（窑）炉污染物排放控制的低温高硫烟气脱硝技术，以更进一步为解决我国大气污染难题贡献新契机。2012年12月份，何洪教授的学生霍昱与清华大学材料学院达成战略合作协议，成立了中能国信（北京）科技发展有限公司，合作开发拥有低温蜂窝型和低温泡沫型SCR脱硝催化剂生产技术，公司的低温SCR脱硝催化剂也属于钒钛体系催化剂。并与北京金隅集团下属金隅红树林环保技术有限责任公司一起于2014年7月开始了在水泥窑低温SCR脱硝上的探索并已取得成功。从2014年开始，国内开始涌现一批以锰系催化剂为研究方向的一批公司，主要有上海瀚昱环保材料有限公司、合肥晨晰环保工程有限公司、内蒙古华元科技有限公司，并已经取得一定的低温应用业绩。除了以上几家公司在低温催化剂领域取得一定成就外，中节能六合天融、江苏龙源、重庆远达、浙江才府环保、北京宝塔三聚、廊坊晋盛节能、武汉大富、襄阳先天下环保等公司都在进行低温催化剂研发攻关工作。截止到目前，没有相关的应用业绩。未来的低温催化剂研究方向必定朝着更低的温度段跟进，满足多种温度