淺談SCR廢催化劑的回收再利用

曾 瑞

（攀枝花市晟天鈦業有限公司，四川 攀枝花 617000）

1 燃煤鍋爐的煙氣脫硝

我國是一個以火力發電為主的能源消耗大國，在燃煤的同時排放了大量的NOx。據統計，我國1998年與能源消耗相關部門的NOx排放量為11.18×106噸，其中電力部門為4.23×106噸，占37.9%；工業部門4.59×106噸，占41.0%；交通運輸1.45×106噸，占13.0%。為了緩解城市NOx污染，很多城市要求強制安裝汽車尾氣凈化器，減少交通運輸的NOx排放，此舉已使部分城市的NOx排放得到一定的遏制；工業部門和電力部門的NOx排放多為固定源，相對于工業部門，電力部門的NOx排放具有量大集中便于控制的特點。對電廠的NOx排放進行控制，將對NOx的減排和大氣質量改善效果明顯。

國家 “十二五”期間火電廠煙氣氮氧化物的減排指標規定：NOx排放標準為200～250mg/m3。《火電廠氮氧化物防治技術政策》指出：低氮燃燒技術應作為燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術。當采用低氮燃燒技術后，氮氧化物排放濃度不達標或不滿足總量控制要求時，應建設煙氣脫硝設施。

2 SCR催化劑簡介

減少NOx排放，有燃燒過程控制和燃燒后煙氣脫硝兩條途徑，燃煤電廠煙氣脫硝分為選擇性催化還原法（SCR）和非催化還原法（SNCR）；SNCR工藝無需催化劑，SCR工藝需要催化劑。SCR脫硝技術具有脫硝率高（最大可大于90%）、選擇性好、成熟可靠等優點，目前廣泛用于火電站，是燃煤機組脫硝的主流；SNCR脫硝率不高，一般為30%～40%。

SCR系統中最關鍵部件是催化劑，其成本通常占脫硝裝置總投資的30%～50%，一般采用高溫催化劑，該催化劑以TiO2為載體，主要成分為V2O5-WO3（MoO3）等金屬氧化物，這些成分占催化劑總量的90%以上，其余的微量組分根據鍋爐燃用的具體煤種添加。

按照加工成型與物理外觀劃分，脫硝催化劑主要分為蜂窩式、板式及波紋式（三角式）三種，其中蜂窩式與板式是主流產品，波紋式（三角式）催化劑的市場占有率較低。

在SCR裝置實際運行中，多種原因都有可能會導致催化劑活性降低、壽命減少。如煙氣中堿金屬、砷造成的催化劑中毒，催化劑被燒結，催化劑孔堵塞，催化劑磨損，水蒸氣凝結和硫酸鹽、硫銨鹽沉積等。對于失效的催化劑首先考慮的處理方式是催化劑的再生，催化劑的再生方式是將失去活性的催化劑通過浸泡洗滌，添加活性組分以及烘干的程序使催化劑恢復大部分活性。但不是所有的失效催化劑都能夠通過再生方式回用，如果失效催化劑采用再生方式仍不能恢復其活性，則只能進行廢棄處理。

3 國內SCR催化劑市場供應情況

國內目前從事脫硝催化劑加工的企業約有20家，現有總產能17.8萬m3/a，一年后將達到27萬m3/a，加上進口催化劑，未來全國脫硝催化劑市場總供應量約為31.2萬m3/a。根據相關預測，2015年底我國火電裝機容量將達到9億kW左右。如果年均火電裝機增速為4%，2010年30%、2011—2015年50%的新增機組完成脫硝改造，每年18%的原有機組完成脫硝改造，那么2015年底現役火電機組完成脫硝改造的目標能夠基本實現。在上述條件的基礎上，如果90%的脫硝機組采用SCR法，測算到2010—2015年脫硝催化劑的年均需求將在9.12萬m3/a左右，國內SCR催化劑產能完全可以滿足需求。

4 SCR廢催化劑產生時間及總量的分析

SCR脫硝催化劑在使用過程中通常采用“2+1”的安裝方式，即先安裝2層催化劑，大約3年后，再加裝第3層；3層一起使用大概4～5年后，開始更換第一層，過2～3年后，更換第二層，再過2～3年后，更換第三層，如此循環。根據這一規律，推算出從2018年開始國內將連續穩定產生3.8萬t/a的SCR廢催化劑。具體推算過程如下表所示。

SCR催化劑新增及廢棄情況統計表

5 國外廢催化劑回收利用情況

5.1 日本

日本由于缺乏各種金屬資源，制造催化劑用的主要原料需要靠進口，因而早在20世紀50年代就注意廢催化劑的回收利用。1970年日本就頒布了固體廢物處理與清除法律，確認廢催化劑為環境污染物。據統計，1975—1980年日本就回收了有色金屬約3萬t。在廢催化劑回收利用協會的組織下，日本就其催化劑的使用和生產展開了調查并根據廢催化劑的組成、形狀、載體類型、污染程度、中毒情況及產生的數量等情況，對廢催化劑進行了合理的分類，制定了相應的回收利用工藝。

日本由于化學工業集中，故其廢催化劑便于集中回收，日本已從廢催化劑中回收有用金屬多達24種，通常廢催化劑由使用廠、催化劑生產廠及專門回收處理工廠三方面協調回收事宜。

5.2 美國

美國的環保法限定，進入環境前的有害物質必需轉化為無害物質。因此，在美國廢催化劑不允許隨便傾倒，掩埋廢催化劑要繳納巨額費用。美國的廢催化劑回收組織為廢催化劑廢棄服務部（Catalyst Disposal Services），主要負責協調美國廢催化劑的回收事宜。美國的一些催化劑制造公司往往與固定的廢催化劑回收公司保持協作關系。近年來，美國已逐步采用以綜合性多部門跨學科的研究計劃來解決廢催化劑的回收問題。

5.3 德國

德國是世界上環保領先國家之一。1972年德國就頒布了廢棄物管理法，規定廢棄物必須作為原材料再循環使用，要求提高廢棄物對環境的無害化程度。德國的迪高沙（Degussa）公司從1968年開始就從事鉑金屬的回收，該公司還與Water暗色巖原料公司聯合投資回收汽車排氣用廢催化劑轉化器中的貴金屬，1992年一年就回收了價值6萬馬克的Pt、Rh金屬。

5.4 英國

英國ICI Katalco公司于1991年5月就與ACI Industries公司一起制訂了（Catalyst Care Programme）催化劑管理措施。其中有關廢催化劑規定：1）對于ICI Katalco所有的廢催化劑不管其類型、數量和位置都有一個確定的處理方法；2）將廢催化劑當作另一種生產的原料進行消耗處理，而不是當作廢料給仍掉；3）建立一個體系確保所有措施能根據有關法規要求消耗處理廢催化劑；根據需要該體系能對其工藝進行檢查；4）建立一個體系能根據包裝和運輸有關的法規要求，最大程度地減少廢催化劑裝運的危險性。

ACI Industries公司是一個在催化劑處理業中有著廣泛跟蹤記錄的國際性機構，該公司基本上能做到ICI Katalco公司上述的幾項要求。

到1991年Catalyst Care Programme實施兩年多，ICI Katalco公司約有70家催化劑用戶參與了這一措施的執行，實現了催化劑用戶在廢催化劑處理方面的觀念的變化。這其中包括：1）從用戶想要獲得廢催化劑的最佳價格，轉變到要在廢催化劑正確處理之中，盡可能地減小風險和潛在的責任；2）從僅僅想讓廢催化劑離開現場的做法，轉變到要求有關廢催化劑怎樣處理的資料和擔保書；3）從廢催化劑排放后一段時間里進行整頓處理，到在廢催化劑排放前就進行很好的組織活動，在催化劑進行買賣活動時，廢催化劑的處理也成為買賣內容的一部分；4）從催化劑用戶的供銷部門不太重視廢催化劑的處理問題，轉變到成為催化劑用戶中環境經營人員的首要及次首要優先考慮的決策問題。

5.5 西歐及東歐

國際催化劑回收（CRI）公司在美國、加拿大、日本、盧森堡均建有催化劑再生裝置。哈曉/弗爾托聯合公司（Harshaw/Filtrol）、歐洲催化劑（Eurecat）公司均進行廢催化劑的再生處理。此外，荷蘭的國際殼牌研究公司、俄羅斯基輔工業研究所、伊凡諾夫化工研究所、波蘭的石油與化學研究所、弗羅茨瓦夫工學院均開展過廢催化劑的回收利用研究。羅馬尼亞克拉約瓦化工聯合企業開展過鎳系廢催化劑的回收。歐洲金屬公司（Eutomet）能向世界范圍提供回收項目，處理各種的有色金屬和貴金屬原料（包括廢催化劑在內的副產品）。該公司是國際回收、再生和環境管理協會的一部分，在英國、美國、西班牙、瑞士和巴西都設有分公司。

6 我國SCR廢催化劑回收利用情況

目前國外對SCR廢催化劑均采取回收再利用的方法處理，從蜂窩式SCR廢催化劑中回收有價金屬V2O5、WO3、TiO2，并將回收來的有價金屬加以合理利用，這種對廢催化劑的回收舉措使得脫硝產業能夠得以良性循環。目前國內對SCR廢催化劑的回收意識還沒有形成，近期公布執行的《火電廠煙氣脫硝工程技術規范—選擇性催化還原法》中對蜂窩式廢SCR催化劑的處理方式為壓碎后填埋。但SCR廢催化劑因含有V2O5、WO3等有毒金屬氧化物及使用過程中聚集的重金屬，屬于危險固體廢物，我國《固體廢物污染環境防治法》對“危險廢物污染環境防治的特別規定”條例中規定，對危險固體廢物必須進行申報和處置，且由產生危險廢物的單位負擔處置費用；這說明電廠（作為脫硝催化劑的使用單位）和脫硝工程公司（作為脫硝工程的實施和運行維護單位）必須承擔廢SCR催化劑的處置費用。若按填埋方式處置SCR廢催化劑，不僅將會產生大量的填埋場地要求，也不能有效地解決有毒物質存在的環境污染風險，還將對電廠和工程公司造成經濟負擔；因此，填埋處置方式并不是最好的SCR廢催化劑的處理方法。事實上蜂窩式廢SCR催化劑本身含有的WO3、V2O5和TiO2都是寶貴的資源，若能采取分離提純的方式將其回收，則不僅可產生新的利潤增長點，也符合《中華人民共和國循環經濟促進法》中有關再利用和資源化產業模式的要求，同時還可達到煙氣脫硝產業鏈中各種物質形成閉路循環的良好效果。

我國的廢催化劑回收工作起步較晚，主要是從事貴金屬的回收。從統計情況看，目前國內尚沒有專門從事SCR廢催化劑回收的公司，雖然SCR廢催化劑中含有V2O5，但因含量較低（0.5%～1%），不能將其歸并到廢釩催化劑一類，而且專業從事廢釩催化劑回收企業的現有工藝是無法實現對釩和鎢的分離與提純的，因此,SCR廢催化劑回收在國內尚屬新領域。目前國內尚未存在專門針對廢SCR蜂窩式催化劑回收的工廠，僅有一些回收其它廢催化劑中鎢或釩的工廠，若利用現有的這些工廠，則只能對廢SCR催化劑中的某單一元素進行回收，這樣往往會形成表面上是在回收處理廢SCR催化劑，實際上卻產生了更多固體廢物的局面。這不僅不利于廢SCR催化劑資源的充分利用，還會產生新的污染源頭。

7 建議

SCR廢催化劑的回收應該是一個政策導向型的資源壟斷項目。現在全國從事SCR催化劑生產及工程安裝的單位主要是國內大的電力集團的下屬環保工程公司，若不能將SCR廢催化劑的回收匯集渠道進行整合，就會催生若干個小規模、低投資的回收生產線，由于低水平投資和工藝的不健全，會形成新的污染源，這從固廢治理和工程經濟規模的角度來看是不科學的。因此建議有關部門通過政策導向在全國形成一到兩家規模較大的集中回收處理的企業，則不僅有利于在回收處理水平上實現高端優化的模式，也有利于減少小規模不健全工藝的回收企業所產生的二次廢物污染。

另外，通過對SCR廢催化劑的回收項目的經濟分析，可得出的項目最低贏利模型中必須增加SCR廢催化劑的治污費為2600元/噸（該成本為SCR催化劑售價的5.3%），這是依照法律對SCR催化劑生產及使用消費群體征收的費用，也是大氣治理總費用中的一個子項。這筆費用的征收不僅對平衡廢SCR催化劑回收項目本身的經濟指標具有重要作用，也是平衡SCR煙氣脫硝產業鏈經濟指標的重要因素。但從當前火電企業連年虧損的局面看，若沒有國家對治污費的政策支持，該項目也將面臨難以為繼的狀態。建議有關部門應盡快將其納入統籌管理之中，積極開展各項準備工作，這樣才能真正有利于切實推動廢SCR催化劑回收事業的開展。