2015年中國脫硝催化劑行業(yè)市場現(xiàn)狀分析及展望

  一、脫硝催化劑原材料市場分析

  產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2015-2020年中國SCR脫硝催化劑行業(yè)深度調(diào)研與未來發(fā)展趨勢報(bào)告》顯示，目前 SCR 脫硝催化劑的生產(chǎn)能力，是指將鈦鎢粉、硅粉、粘土等原材料，經(jīng)過混煉、陳腐、過濾、擠出、干燥、煅燒、切割、包裝等一系列工序，生產(chǎn)制造成為全新的 SCR 催化劑的生產(chǎn)能力。而隨著 3-5 年后脫硝催化裝置失去活性，需要對其進(jìn)行再生或回收。由于徹底失去活性的廢舊脫硝催化裝置屬于危險(xiǎn)固廢，需要對其進(jìn)行回收并作無害化處理，行業(yè)存在回收處理廢舊脫硝催化裝置的延伸需求。

  由于再生和回收需求屬于目前所有安裝了脫硝催化裝置的火電機(jī)組及工業(yè)爐窯未來的剛性需求，且隨著 2015 年后更換需求的增加，廢舊脫硝催化劑的再生和回收市場將快速增長。

  二、脫硝催化劑產(chǎn)品分類

  催化劑是SCR脫硝系統(tǒng)中的核心，在性能上，催化劑也是脫硝項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵，其成分組成、結(jié)構(gòu)、壽命及相關(guān)參數(shù)直接影響SCR系統(tǒng)的脫硝效率及運(yùn)行狀況。在相同條件下，反應(yīng)器中催化溶劑體積越大。NOx的脫除率越高，同時(shí)氨的逸出量也越少；在經(jīng)濟(jì)上，催化劑的初投資成本約占項(xiàng)目投資的20%~60%。催化劑的壽命決定著SCR系統(tǒng)的運(yùn)行成本。因此，SCR的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和催化劑的設(shè)計(jì)是密不可分的，SCR催化劑的設(shè)計(jì)是SCR脫硝技術(shù)中很關(guān)鍵的因素。

  1、按原材料分

  催化劑按原材料來分，目前應(yīng)用于煙氣SCR工程中的催化劑大致有貴金屬型、金屬氧化物型和離子交換的沸石分子篩型三種類型。

  貴金屬類催化劑：主要是Pt-Rh和Pd等貴金屬類催化劑，通常以氧化鋁等整體式陶瓷作為載體。早期設(shè)計(jì)安裝的SCR系統(tǒng)中多采用這類催化劑，其對SCR反應(yīng)有較高的活性且反應(yīng)溫度較低，但是缺點(diǎn)是對NH3有一定的氧化作用。

  金屬氧化物類催化劑：廣泛應(yīng)用的SCR催化劑大多是以TiO₂為載體，以V₂O₅或V₂O₅-WO₃、V₂O₅-MoO₃為活性成分；其次是氧化鐵基催化劑，以Fe₂O₃為基礎(chǔ)，添加CrO%、A1₂O₃、ZrO₂、SiO₂及微量的MnOx、CaO等組成，這種催化劑活性較氧化鐵基催化劑活性要低40%。通常催化劑載體主要作用是提供具有大的比表面積的做孔結(jié)構(gòu)，在SCR反應(yīng)中所具有的活性極小。

  當(dāng)采用此類催化劑時(shí)，通常以氨或尿素作為還原劑。反應(yīng)機(jī)理通常是氨吸附在催化劑的表面，而NOx的吸附作用很小，在這一類催化劑中，以具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO₂做載體，作為主要活性成分的催化劑在工程中應(yīng)用最為廣泛，其技術(shù)發(fā)展也最為成熟，其活性溫度區(qū)間為260~410℃。在這類催化劑中通常還加入WO₃或MoO₃。其主要作用是增加催化劑的活性和增加熱穩(wěn)定性，防止銳鈦礦的燒結(jié)和比表面積的喪失。另外WO₃和MoO₃的加入能與SO₃競爭TiO₂表面的堿性位，并代替它，從而限制其硫酸鹽化。在催化劑的制備過程中還加入玻璃絲、玻璃粉、硅膠等以增加強(qiáng)度、減少開裂，并加聚乙烯、淀粉、石蠟等有機(jī)化合物作為成型黏結(jié)劑。

  沸石分子篩類催化劑：主要是采用離子交換方法制成的金屬離子交換沸石。通常采用碳?xì)浠衔镒鳛檫€原劑。所采用的沸石類型主要包括y-沸石、ZSM系列、MFI、MOR等，特別是Cu-ZSM-5，國外學(xué)者對其研究較多。這一類催化劑的特點(diǎn)是具有活性的溫度區(qū)間較高，最高可以達(dá)到600℃。同時(shí)，這類催化劑也是目前國外學(xué)者研究的重點(diǎn)，但是工業(yè)應(yīng)用方面還不多。

  2、按結(jié)構(gòu)分類

  按結(jié)構(gòu)來分，催化劑分為平板式、波紋板式和蜂窩式。

  平極式催化劑：非均質(zhì)催化劑，以玻璃纖維和Ti02為載體，涂敷V₂O₅和WO₃等活性物質(zhì)，其表面遭到灰分等的破壞磨損后，就不能維持原有的催化性能，催化劑再生幾乎不可能。

  波紋板式催化劑：非均質(zhì)催化劑，以柔軟纖維為載體，涂敷V₂O₅和WO₃等活性物質(zhì)，催化劑表面遭到灰分等的破壞磨損后，也不能維持原有的催化性能，催化劑再生不可能。

  蜂窩式催化劑：屬于均質(zhì)催化劑，以TiO₂、V₂O₅、WO₃為主要成分，催化劑本體全部是催化劑材料。因此其表面遭到灰分等的破壞磨損后，仍然能維持原有的催化性能，催化劑可以再生。

  其中蜂窩式催化劑由于其具有強(qiáng)耐久性、高耐腐性、高可靠性、高反復(fù)利用率、低壓降等特性，得到廣泛應(yīng)用；從目前已投入運(yùn)行的SCR看，70%采用蜂窩式催化劑，新建機(jī)組采用蜂窩的比例也基本相當(dāng)。

  3、按載體材料分類

  按載體材料來分，催化劑分為金屬載體催化劑和陶瓷載體催化劑。陶瓷載體催化劑耐久性強(qiáng)，密度輕，是采用最多的催化劑載體材料。此外，陶資載體的主要成分為董青石，高嶺土中蘊(yùn)藏著豐富的董青石原料，在我國有豐富的資源，價(jià)格相對較低。

  4、工作溫度分類

  在工程應(yīng)用中，根據(jù)所使用催化劑的催化反應(yīng)溫度，SCR工藝分成高溫、中溫和低溫。一般高溫大于400℃，中溫為300~400℃，低溫小于300℃。根據(jù)選擇的催化劑種類，反應(yīng)溫度可以選擇在280~420℃之間，甚至可以低到80~150℃。前者就是目前應(yīng)用的常規(guī)SCR技術(shù)，后者則為目前正在研究的低溫SCR技術(shù)。低溫型催化劑已用于燃油、燃?xì)怆姀S，韓國進(jìn)行了燃煤電廠的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。

  此外，按用途分類，催化劑分為燃煤型和燃油、燃?xì)庑汀τ诜涓C式催化劑來說，燃煤和燃油、燃?xì)庑痛呋瘎┑闹饕獏^(qū)別是蜂窩內(nèi)孔尺寸，一般燃煤大于5mm，燃油、燃?xì)庑∮?mm。例如燃煤電站SCR的煙氣量較大，污染物NOx的濃度較低，煙氣成分也比較復(fù)雜，而且氣量、煙氣流速、溫度等在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生變化；因此，為了保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、連續(xù)的運(yùn)行，一般要求SCR催化劑至少應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：

  1）在適用的溫度范圍內(nèi)，具有較高的活性。因?yàn)橹挥懈呋钚?，才能保證在高效反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，有效地去除低濃度的NO。

  2）具有較高的選擇性。由于鍋爐煙氣成分復(fù)雜，具有較高的選擇性，才能避免或降低其他不利的影響，如避免SO₂向SO₃的轉(zhuǎn)換等。

  3）具有較高的抗化學(xué)性能。煙氣通常含有粉塵、重金屬、SO₂、HCl、Na₂O、K₂O、As等易使催化劑中毒的物質(zhì)，因此要求催化劑具有較強(qiáng)的抗毒能力，化學(xué)穩(wěn)定性越高，壽命越長。

  4）在較大的溫度波動(dòng)下，有較好的熱穩(wěn)定性。由于煙氣的溫度變化較大，為了保證系統(tǒng)的適用性，要求催化劑能有比較寬的溫度范圍。

  5）機(jī)械穩(wěn)定性好，耐沖刷磨損。

  6）壓力損失低，使用壽命長。

  三、催化劑供需結(jié)構(gòu)分析

  根據(jù)我國脫硝催化劑上報(bào)企業(yè)公布的產(chǎn)能數(shù)據(jù)來看，目前我國火電脫硝催化劑生產(chǎn)廠家中，蜂窩式催化劑產(chǎn)能占比為50.8%；平板式催化劑產(chǎn)能占比為49.2%。

  四、催化劑市場容量預(yù)測

  2015 年之后，除舊機(jī)組脫硝改造需求和新建機(jī)組脫硝裝置安裝外，由于催化劑 3-5 年左右需要更換，2012 年以來安裝了煙氣脫硝裝置的機(jī)組將逐步進(jìn)入脫硝催化劑的更換期，這將持續(xù)增加脫硝催化劑的市場需求。

  從長期市場容量來看，脫硝催化劑使用周期約為 16,000-24,000 小時(shí)，按照火電年運(yùn)營小時(shí)數(shù) 5,000 計(jì)算，催化劑 3-5 年左右需要更換。如果火電燒的煤炭質(zhì)量較差，催化劑的更換頻率將更快。在 2015 年之前，主要市場需求來自新增需求（包括舊機(jī)組脫硝改造和新建機(jī)組脫硝裝置安裝），而 2015 年之后，隨著大部分央企電廠的存量機(jī)組實(shí)現(xiàn)脫硝運(yùn)營，催化劑的需求將主要來新增需求和更換需求（為已安裝的脫硝裝置更換催化劑）。