浅谈SCR废催化剂的回收再利用

曾 瑞

（攀枝花市晟天钛业有限公司，四川 攀枝花 617000）

1 燃煤锅炉的烟气脱硝

我国是一个以火力发电为主的能源消耗大国，在燃煤的同时排放了大量的NOx。据统计，我国1998年与能源消耗相关部门的NOx排放量为11.18×106吨，其中电力部门为4.23×106吨，占37.9%；工业部门4.59×106吨，占41.0%；交通运输1.45×106吨，占13.0%。为了缓解城市NOx污染，很多城市要求强制安装汽车尾气净化器，减少交通运输的NOx排放，此举已使部分城市的NOx排放得到一定的遏制；工业部门和电力部门的NOx排放多为固定源，相对于工业部门，电力部门的NOx排放具有量大集中便于控制的特点。对电厂的NOx排放进行控制，将对NOx的减排和大气质量改善效果明显。

国家 “十二五”期间火电厂烟气氮氧化物的减排指标规定：NOx排放标准为200～250mg/m3。《火电厂氮氧化物防治技术政策》指出：低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。当采用低氮燃烧技术后，氮氧化物排放浓度不达标或不满足总量控制要求时，应建设烟气脱硝设施。

2 SCR催化剂简介

减少NOx排放，有燃烧过程控制和燃烧后烟气脱硝两条途径，燃煤电厂烟气脱硝分为选择性催化还原法（SCR）和非催化还原法（SNCR）；SNCR工艺无需催化剂，SCR工艺需要催化剂。SCR脱硝技术具有脱硝率高（最大可大于90%）、选择性好、成熟可靠等优点，目前广泛用于火电站，是燃煤机组脱硝的主流；SNCR脱硝率不高，一般为30%～40%。

SCR系统中最关键部件是催化剂，其成本通常占脱硝装置总投资的30%～50%，一般采用高温催化剂，该催化剂以TiO2为载体，主要成分为V2O5-WO3（MoO3）等金属氧化物，这些成分占催化剂总量的90%以上，其余的微量组分根据锅炉燃用的具体煤种添加。

按照加工成型与物理外观划分，脱硝催化剂主要分为蜂窝式、板式及波纹式（三角式）三种，其中蜂窝式与板式是主流产品，波纹式（三角式）催化剂的市场占有率较低。

在SCR装置实际运行中，多种原因都有可能会导致催化剂活性降低、寿命减少。如烟气中碱金属、砷造成的催化剂中毒，催化剂被烧结，催化剂孔堵塞，催化剂磨损，水蒸气凝结和硫酸盐、硫铵盐沉积等。对于失效的催化剂首先考虑的处理方式是催化剂的再生，催化剂的再生方式是将失去活性的催化剂通过浸泡洗涤，添加活性组分以及烘干的程序使催化剂恢复大部分活性。但不是所有的失效催化剂都能够通过再生方式回用，如果失效催化剂采用再生方式仍不能恢复其活性，则只能进行废弃处理。

3 国内SCR催化剂市场供应情况

国内目前从事脱硝催化剂加工的企业约有20家，现有总产能17.8万m3/a，一年后将达到27万m3/a，加上进口催化剂，未来全国脱硝催化剂市场总供应量约为31.2万m3/a。根据相关预测，2015年底我国火电装机容量将达到9亿kW左右。如果年均火电装机增速为4%，2010年30%、2011—2015年50%的新增机组完成脱硝改造，每年18%的原有机组完成脱硝改造，那么2015年底现役火电机组完成脱硝改造的目标能够基本实现。在上述条件的基础上，如果90%的脱硝机组采用SCR法，测算到2010—2015年脱硝催化剂的年均需求将在9.12万m3/a左右，国内SCR催化剂产能完全可以满足需求。

4 SCR废催化剂产生时间及总量的分析

SCR脱硝催化剂在使用过程中通常采用“2+1”的安装方式，即先安装2层催化剂，大约3年后，再加装第3层；3层一起使用大概4～5年后，开始更换第一层，过2～3年后，更换第二层，再过2～3年后，更换第三层，如此循环。根据这一规律，推算出从2018年开始国内将连续稳定产生3.8万t/a的SCR废催化剂。具体推算过程如下表所示。

SCR催化剂新增及废弃情况统计表

5 国外废催化剂回收利用情况

5.1 日本

日本由于缺乏各种金属资源，制造催化剂用的主要原料需要靠进口，因而早在20世纪50年代就注意废催化剂的回收利用。1970年日本就颁布了固体废物处理与清除法律，确认废催化剂为环境污染物。据统计，1975—1980年日本就回收了有色金属约3万t。在废催化剂回收利用协会的组织下，日本就其催化剂的使用和生产展开了调查并根据废催化剂的组成、形状、载体类型、污染程度、中毒情况及产生的数量等情况，对废催化剂进行了合理的分类，制定了相应的回收利用工艺。

日本由于化学工业集中，故其废催化剂便于集中回收，日本已从废催化剂中回收有用金属多达24种，通常废催化剂由使用厂、催化剂生产厂及专门回收处理工厂三方面协调回收事宜。

5.2 美国

美国的环保法限定，进入环境前的有害物质必需转化为无害物质。因此，在美国废催化剂不允许随便倾倒，掩埋废催化剂要缴纳巨额费用。美国的废催化剂回收组织为废催化剂废弃服务部（Catalyst Disposal Services），主要负责协调美国废催化剂的回收事宜。美国的一些催化剂制造公司往往与固定的废催化剂回收公司保持协作关系。近年来，美国已逐步采用以综合性多部门跨学科的研究计划来解决废催化剂的回收问题。

5.3 德国

德国是世界上环保领先国家之一。1972年德国就颁布了废弃物管理法，规定废弃物必须作为原材料再循环使用，要求提高废弃物对环境的无害化程度。德国的迪高沙（Degussa）公司从1968年开始就从事铂金属的回收，该公司还与Water暗色岩原料公司联合投资回收汽车排气用废催化剂转化器中的贵金属，1992年一年就回收了价值6万马克的Pt、Rh金属。

5.4 英国

英国ICI Katalco公司于1991年5月就与ACI Industries公司一起制订了（Catalyst Care Programme）催化剂管理措施。其中有关废催化剂规定：1）对于ICI Katalco所有的废催化剂不管其类型、数量和位置都有一个确定的处理方法；2）将废催化剂当作另一种生产的原料进行消耗处理，而不是当作废料给仍掉；3）建立一个体系确保所有措施能根据有关法规要求消耗处理废催化剂；根据需要该体系能对其工艺进行检查；4）建立一个体系能根据包装和运输有关的法规要求，最大程度地减少废催化剂装运的危险性。

ACI Industries公司是一个在催化剂处理业中有着广泛跟踪记录的国际性机构，该公司基本上能做到ICI Katalco公司上述的几项要求。

到1991年Catalyst Care Programme实施两年多，ICI Katalco公司约有70家催化剂用户参与了这一措施的执行，实现了催化剂用户在废催化剂处理方面的观念的变化。这其中包括：1）从用户想要获得废催化剂的最佳价格，转变到要在废催化剂正确处理之中，尽可能地减小风险和潜在的责任；2）从仅仅想让废催化剂离开现场的做法，转变到要求有关废催化剂怎样处理的资料和担保书；3）从废催化剂排放后一段时间里进行整顿处理，到在废催化剂排放前就进行很好的组织活动，在催化剂进行买卖活动时，废催化剂的处理也成为买卖内容的一部分；4）从催化剂用户的供销部门不太重视废催化剂的处理问题，转变到成为催化剂用户中环境经营人员的首要及次首要优先考虑的决策问题。

5.5 西欧及东欧

国际催化剂回收（CRI）公司在美国、加拿大、日本、卢森堡均建有催化剂再生装置。哈晓/弗尔托联合公司（Harshaw/Filtrol）、欧洲催化剂（Eurecat）公司均进行废催化剂的再生处理。此外，荷兰的国际壳牌研究公司、俄罗斯基辅工业研究所、伊凡诺夫化工研究所、波兰的石油与化学研究所、弗罗茨瓦夫工学院均开展过废催化剂的回收利用研究。罗马尼亚克拉约瓦化工联合企业开展过镍系废催化剂的回收。欧洲金属公司（Eutomet）能向世界范围提供回收项目，处理各种的有色金属和贵金属原料（包括废催化剂在内的副产品）。该公司是国际回收、再生和环境管理协会的一部分，在英国、美国、西班牙、瑞士和巴西都设有分公司。

6 我国SCR废催化剂回收利用情况

目前国外对SCR废催化剂均采取回收再利用的方法处理，从蜂窝式SCR废催化剂中回收有价金属V2O5、WO3、TiO2，并将回收来的有价金属加以合理利用，这种对废催化剂的回收举措使得脱硝产业能够得以良性循环。目前国内对SCR废催化剂的回收意识还没有形成，近期公布执行的《火电厂烟气脱硝工程技术规范—选择性催化还原法》中对蜂窝式废SCR催化剂的处理方式为压碎后填埋。但SCR废催化剂因含有V2O5、WO3等有毒金属氧化物及使用过程中聚集的重金属，属于危险固体废物，我国《固体废物污染环境防治法》对“危险废物污染环境防治的特别规定”条例中规定，对危险固体废物必须进行申报和处置，且由产生危险废物的单位负担处置费用；这说明电厂（作为脱硝催化剂的使用单位）和脱硝工程公司（作为脱硝工程的实施和运行维护单位）必须承担废SCR催化剂的处置费用。若按填埋方式处置SCR废催化剂，不仅将会产生大量的填埋场地要求，也不能有效地解决有毒物质存在的环境污染风险，还将对电厂和工程公司造成经济负担；因此，填埋处置方式并不是最好的SCR废催化剂的处理方法。事实上蜂窝式废SCR催化剂本身含有的WO3、V2O5和TiO2都是宝贵的资源，若能采取分离提纯的方式将其回收，则不仅可产生新的利润增长点，也符合《中华人民共和国循环经济促进法》中有关再利用和资源化产业模式的要求，同时还可达到烟气脱硝产业链中各种物质形成闭路循环的良好效果。

我国的废催化剂回收工作起步较晚，主要是从事贵金属的回收。从统计情况看，目前国内尚没有专门从事SCR废催化剂回收的公司，虽然SCR废催化剂中含有V2O5，但因含量较低（0.5%～1%），不能将其归并到废钒催化剂一类，而且专业从事废钒催化剂回收企业的现有工艺是无法实现对钒和钨的分离与提纯的，因此,SCR废催化剂回收在国内尚属新领域。目前国内尚未存在专门针对废SCR蜂窝式催化剂回收的工厂，仅有一些回收其它废催化剂中钨或钒的工厂，若利用现有的这些工厂，则只能对废SCR催化剂中的某单一元素进行回收，这样往往会形成表面上是在回收处理废SCR催化剂，实际上却产生了更多固体废物的局面。这不仅不利于废SCR催化剂资源的充分利用，还会产生新的污染源头。

7 建议

SCR废催化剂的回收应该是一个政策导向型的资源垄断项目。现在全国从事SCR催化剂生产及工程安装的单位主要是国内大的电力集团的下属环保工程公司，若不能将SCR废催化剂的回收汇集渠道进行整合，就会催生若干个小规模、低投资的回收生产线，由于低水平投资和工艺的不健全，会形成新的污染源，这从固废治理和工程经济规模的角度来看是不科学的。因此建议有关部门通过政策导向在全国形成一到两家规模较大的集中回收处理的企业，则不仅有利于在回收处理水平上实现高端优化的模式，也有利于减少小规模不健全工艺的回收企业所产生的二次废物污染。

另外，通过对SCR废催化剂的回收项目的经济分析，可得出的项目最低赢利模型中必须增加SCR废催化剂的治污费为2600元/吨（该成本为SCR催化剂售价的5.3%），这是依照法律对SCR催化剂生产及使用消费群体征收的费用，也是大气治理总费用中的一个子项。这笔费用的征收不仅对平衡废SCR催化剂回收项目本身的经济指标具有重要作用，也是平衡SCR烟气脱硝产业链经济指标的重要因素。但从当前火电企业连年亏损的局面看，若没有国家对治污费的政策支持，该项目也将面临难以为继的状态。建议有关部门应尽快将其纳入统筹管理之中，积极开展各项准备工作，这样才能真正有利于切实推动废SCR催化剂回收事业的开展。