我國環保領域的市場空間巨大,但總體來看,我國環保行業起步較晚,市場機制暫時不太成熟。煙氣治理是環保行業的重要組成部分,SCR煙氣脫硝是國內外火電廠普遍采用的煙氣脫硝技術,而作為煙氣脫硝的核心--SCR催化劑的應用我國滯后于西方國家很多年。1999年,大陸首次引入SCR脫硝催化劑用于火電行業的煙氣治理,隨后10年不斷推廣和普及。“十一五”期間,我國NOx排放總量呈逐年上升趨勢,2011年高達2405萬噸(工業源占71.9%);而《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223—2011)的嚴格執行及SCR脫硝機組滿負荷投運,NOx排放總量逐年降低,2017年的排放量已降至1700萬噸左右。
2018年7月份,國務院公開發布《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》,提出了打贏藍天保衛戰的時間表和路線圖。之后各省市相繼出臺地方藍天保衛戰行動計劃,對各生產行業提出了更高的排放要求。
催化劑市場不斷擴大
2015年以來,“2+26”城市區域內大型燃煤電廠開始實施超低排放改造,SCR脫硝工藝是火電廠的主流煙氣脫硝技術,催化劑是SCR脫硝工藝的核心。隨著各電廠超低排放的不斷實現,電力行業SCR脫硝催化劑普及率已接近飽和。面對依然嚴峻的環保壓力,在電力行業減排能力有限的情況下,非電行業煙氣治理將成為重點,而NOx的減排成為其中重要一環。
我國早期的SCR脫硝催化劑配方與生產線均為購買和引進其他國家技術,2006年之前,國內的催化劑供應基本依賴國外。隨著脫硝產業的推進,國內公司建立起相應的催化劑生產基地,來不斷滿足日益增長的需求。目前國內催化劑公司核心技術(配方和成型工藝)主要源于國外,所以對于傳統釩鈦系催化劑的發展,首要任務是盡快實現完全自主國產化,并節省生產成本,增加市場競爭力,同時加快傳統催化劑的改性研究,拓寬適用范圍,延長使用壽命。
催化劑在非電行業的應用遠不及火電行業成熟,加上非電行業煙氣與火電行業煙氣的巨大差別,非電行業SCR脫硝催化劑的研發成為非電脫硝的重點與難點。北京華電光大環境股份有限公司正是在這種背景下,開展了大量特種催化劑的研發工作,以滿足不同生產行業的脫硝需求。
針對目前行業面臨的眾多問題,在第二屆工業煙氣深度治理高峰論壇上,北京華電光大環境股份有限公司(以下簡稱“華電光大”)常務副總經理喬凱榮提到:由于非電行業煙氣治理的興起,我國的脫硝市場還將不斷擴大,SCR催化劑需求缺口也將擴大。
脫硝效率成難題
相關報告指出,隨著環保治理標準越來越高,相應的脫硝治理技術需要向高端化方向發展,高溫脫硝、全負荷脫硝、耐高濃度二氧化硫低溫脫硝、聯合脫硝脫汞、聯合脫硝脫二噁英已成世界性難題。
目前,燒結煙氣脫硝效率不高的問題一直是困擾行業的難點,鋼鐵行業燒結煙氣脫硝有氧化法脫硝、中低溫SCR脫硝、活性炭脫硝等多個技術工藝。其中,中低溫SCR脫硝方法,很難直接使用中高溫SCR催化工藝對NOx排放進行控制。對此,喬凱榮介紹,燒結行業的脫硝不同于火電行業的脫硝,燒結煙氣的脫硝主要難點在于他的煙氣條件比較復雜,有些業主或工程公司沒有意識到這個問題,完全照搬火電行業的脫硝來設計,相比電廠的脫硝,燒結機煙氣溫度低,水含量氧量高,最主要的是煙氣中含有大量的堿金屬,有些地區的燒結煙氣中還含有很高的砷含量,這些對催化劑來說是致命的,會導致催化劑的性能和壽命大幅度降低和縮短,所以鋼鐵燒結機脫硝催化劑的設計,除了考慮溫度還要考慮催化劑的堿金屬中毒問題,如果煙氣中有砷的話,催化劑還得具備抗砷功能。
新型SCR脫硝催化劑的研發
煙氣脫硝行業客戶主要分為兩大類,一類是火力發電行業,另一類是非電行業,包括鋼鐵、水泥、石化、煤化工等行業。但不同行業的煙氣溫度和組成差別很大。喬凱榮表示,中溫SCR脫硝催化劑的適用領域有限,因此亟待開發針對不同煙氣的新型SCR脫硝催化劑。例如,針對燃氣輪機、垃圾焚燒爐所排放的高溫(>500℃)煙氣,需要開發高溫催化劑;針對鋼鐵燒結機所排放的低溫(<300℃)煙氣且含有堿金屬的,需要開發低溫抗堿金屬催化劑;針對使用富砷煤的煙氣,需要開發抗砷中毒催化劑;針對含有大量堿金屬的生物質電廠、高堿煤電廠等,需要開發抗堿金屬中毒催化劑。
面對這個問題,喬凱榮介紹說,華電光大依托華北電力大學生物質發電成套設備國家工程實驗室的核心團隊,自主研發的系列化特種平板式SCR脫硝催化劑,實現了催化劑關鍵配方以及連續生產工藝的突破,形成了國內唯一具有自主知識產權的成套技術和裝置,在多個行業獲得了大規模工業應用。2013年光大平板式脫硝催化劑獲得了“第十五屆中國國際工業博覽會銅獎”是煙氣脫硝領域唯一獲得此殊榮的產品,2018年獲得國家教育部科技進步一等獎,2019年獲得國家科技進步二等獎。截至目前,公司產品涵蓋了從低溫到高溫的全溫區催化劑,包括低溫、中低溫、寬溫、中溫和高溫SCR脫硝催化劑,另外針對不同行業不同煤質還有專門的特種催化劑如抗堿金屬中毒、抗砷中毒、超強耐磨催化劑等。
催化劑市場同質化競爭愈演愈烈
隨著國家對大氣污染治理步伐的加快,各種技術的變革與行業革新確實對脫硝催化劑行業也帶來了一定的影響。未來脫硝催化劑的市場會必然會有變化。喬凱榮表示,對于脫硝催化劑來說,未來主要是要根據行業特點開發出投資成本更低、運行耗能更低的產品,真正做到節能、環保。
目前,國內企業進入脫硝催化劑生產領域的技術門檻相對較低,加之生產催化劑的鈦白粉、偏釩酸銨等原料載體獲取相對容易,導致市場同質化競爭局面愈演愈烈。
如何應對這種局面,對于未來的發展與創新,喬凱榮提到,華電光大作為國家高新技術企業,不僅依托于華北電力大學,并且與清華大學、航天動力研究所、東南大學、瑞典皇家理工學院等研究單位建立了良好的產學研合作關系。在產學研聯合過程中,華電光大充分利用高校及科研院所的高科技人才、強大的研發能力和先進的實驗設施,與企業科研人員合作進行技術攻關和新產品開發,從而不斷提高企業的創新能力。并且,針對產品研發和應用過程中出現的問題,可以從更深層次上分析和解決,有助于技術的優化和創新。
目前,我國煙氣脫硝技術在工業應用上還存在理論研究不成熟,運行管理不完善等方面的問題?,F階段要不斷推進催化劑的技術研究,積極開發并推廣具有我國自主知識產權的脫硝催化劑,不斷探索新技術,提高催化劑的制造工藝。這對推進我國脫硝技術的進展,節省投資和運行費用具有重要的經濟、社會和環境效益。