廢棄SCR催化劑回收利用項(xiàng)目建設(shè)格局的分析

曾 瑞，郝永利

（1.四川省攀枝花市，四川 攀枝花 617000；2.環(huán)境保護(hù)部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，北京 100029）

廢棄SCR催化劑回收利用項(xiàng)目建設(shè)格局的分析

曾 瑞1，郝永利2

（1.四川省攀枝花市，四川 攀枝花 617000；2.環(huán)境保護(hù)部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，北京 100029）

闡述并分析了我國即將大量產(chǎn)生的煙氣脫硝SCR廢催化劑，及回收利用狀況，列舉出了適宜的SCR廢催化劑回收利用項(xiàng)目建設(shè)格局模式。

SCR廢催化劑；回收利用；建設(shè)格局

1 概述

氮氧化物（NOx）是大氣污染的主要成分之一，我國氮氧化物排放量中的70%來自于煤炭的直接燃燒，而電力工業(yè)又是我國的燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是NOx排放的主要來源之一?；痣姀S氮氧化物排放控制是我國“十二五”的重點(diǎn)工作之一。環(huán)保部《2009-2010年全國污染防治工作要點(diǎn)》明確提出：“全面開展氮氧化物污染防治。以火電行業(yè)為重點(diǎn)，開展工業(yè)氮氧化物污染防治。在京津冀、長三角和珠三角地區(qū)，新建火電廠必須同步建設(shè)脫硝裝置，2015年年底前，現(xiàn)役機(jī)組全部完成脫硝改造?！?/p>

為適應(yīng)環(huán)保新的要求，史上最嚴(yán)格的火電排放新標(biāo)準(zhǔn)已于2012年1月1日頒布實(shí)施。為加快火電煙氣脫硝行業(yè)的發(fā)展，國家發(fā)改委已于2013年1月1日對(duì)火電廠煙氣脫硝執(zhí)行電價(jià)補(bǔ)貼政策，補(bǔ)貼單價(jià)為0.008元/度電。

截至2014年1月，國內(nèi)與煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)相配套的SCR催化劑生產(chǎn)企業(yè)已近60家（大部分為蜂窩式SCR生產(chǎn)企業(yè)），總產(chǎn)能達(dá)到40萬～50萬m3/a。根據(jù)測(cè)算，2010～2015年底前全國需完成的SCR實(shí)施工程總量將達(dá)到10.6億kW，以燃煤機(jī)組對(duì)SCR催化劑需求量平均為0.8m3/MW計(jì)算，2010年至2015年底前SCR催化劑的需求總量為85.08萬m3。

SCR脫硝催化劑通常采用“2+1”的安裝方式，正常的催化劑使用壽命應(yīng)為2～3年，而國產(chǎn)催化劑行業(yè)由于產(chǎn)能過剩，價(jià)格競(jìng)爭激烈，導(dǎo)致了催化劑品質(zhì)嚴(yán)重下滑，一般使用壽命僅為1～2年。我國從2012年開始大量使用國產(chǎn)SCR催化劑代替進(jìn)口催化劑，造成了催化劑在使用過程中的廢棄量大大增加，根據(jù)催化劑實(shí)際的運(yùn)行狀況，推算出從2014年開始國內(nèi)將連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生SCR廢催化劑，其產(chǎn)生量也將逐年增加，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的最大產(chǎn)生量為13.75萬t/a。廢SCR催化劑本身是具有很高可再利用價(jià)值的資源，通過分離提純技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)廢SCR催化劑中的TiO2、V2O5、WO3（或MoO3）的分離和回收，從而實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)大循環(huán)。

廢棄的SCR催化劑除自身含有V2O5、WO3（或MoO3）等有毒氧化物外，還夾雜有燃煤飛灰中的砷、汞、鉛等具有危險(xiǎn)特性的重金屬物質(zhì)，對(duì)人體健康和環(huán)境存在風(fēng)險(xiǎn)，在歐洲被定性為危險(xiǎn)廢物；美國EPA雖然未將廢SCR脫硝催化劑列入危險(xiǎn)廢物進(jìn)行管理，但某些州的（如加利福利亞州）環(huán)保局認(rèn)為廢SCR脫硝催化劑含有危險(xiǎn)有害物質(zhì)，要求按照危險(xiǎn)廢物進(jìn)行管理，不允許隨便傾倒。我國環(huán)境保護(hù)部污防司近期也在委托部屬固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心會(huì)同中國環(huán)境科學(xué)研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所等單位，研究起草《廢煙氣脫硝催化劑危險(xiǎn)廢物經(jīng)營許可證審查指南》，以規(guī)范廢煙氣脫硝催化劑經(jīng)營許可證的審批工作，提升廢煙氣脫硝催化劑再生、利用的整體水平，防止在廢煙氣脫硝催化劑的再生、利用過程中對(duì)環(huán)境造成二次污染。

目前，國外還沒有哪個(gè)國家有單獨(dú)針對(duì)SCR廢催化劑回收利用的工業(yè)裝置，這是由于國外的電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)與我國存在很大的差異，如日本的核電占其電力供應(yīng)總量的90%左右，美國的煤電占其電力供應(yīng)總量的30%左右，而中國的煤電則占電力供應(yīng)總量的70%以上，故除中國外的其他國家在煤電上使用的SCR催化劑數(shù)量非常有限，這可通過全球脫硝催化劑載體鈦白粉的供應(yīng)量得到佐證（除中國外，其他國家能提供SCR催化劑原料載體鈦白粉的企業(yè)共有4家，分別為日本石原2萬t/a、日本界化學(xué)0.3萬t/a、法國美利聯(lián)2萬t/a、莎哈利本3萬t/a），加之其催化劑質(zhì)量上成，使用壽命較我國國產(chǎn)催化劑的壽命長數(shù)倍，因此國外SCR催化劑的廢棄產(chǎn)生比例和產(chǎn)生量均未達(dá)到可以單獨(dú)成立回收利用企業(yè)的程度；另外，基于各國在鈦冶煉工業(yè)、鎢冶煉工業(yè)及釩冶煉工業(yè)上發(fā)展水平各不相同，無法將SCR廢催化劑回收產(chǎn)物的產(chǎn)品定位為冶金工業(yè)的原料等級(jí)，也導(dǎo)致國外研究形成SCR廢催化劑回收利用成本高昂的結(jié)論。而在中國特有的煤電局面，以及釩、鎢、鈦冶金工業(yè)發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)上，完全有實(shí)力和需求建立自己獨(dú)立的SCR廢催化劑回收利用體系。

由于我國不同地區(qū)的火電煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r各不相同，廢棄SCR催化劑的產(chǎn)生量也相差較大，若在每個(gè)省單獨(dú)設(shè)立一個(gè)廢催化劑的回收利用企業(yè)，則會(huì)出現(xiàn)某些地區(qū)因?yàn)閺U催化劑產(chǎn)生量小而使得回收工程不具備經(jīng)濟(jì)規(guī)模、回收項(xiàng)目難以良性運(yùn)營的狀況；另外，各省對(duì)危險(xiǎn)廢物跨省運(yùn)輸?shù)膮f(xié)作及處理處置的態(tài)度有所差異，也勢(shì)必會(huì)增加廢棄催化劑大規(guī)模集中處理的難度。因此，SCR廢催化劑回收利用工廠的建設(shè)需要以全局的觀點(diǎn)來審視，引導(dǎo)其以適宜的正確模式發(fā)展。本文在相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算的基礎(chǔ)上，對(duì)未來廢棄SCR催化劑回收利用項(xiàng)目的建設(shè)格局進(jìn)行了分析。

2 廢棄SCR催化劑的產(chǎn)生時(shí)間及產(chǎn)生量分析

2.1 國內(nèi)火電項(xiàng)目安裝SCR工程的實(shí)施情況

根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)，2015年底我國火電裝機(jī)容量將達(dá)到9.6億kW左右。若年均火電裝機(jī)增速為4%，2010年30%、2011～2015年50%的新增機(jī)組完成脫硝改造，每年39%的原有機(jī)組完成脫硝改造，因此到2015年底，現(xiàn)役火電機(jī)組完成脫硝改造的目標(biāo)能夠基本實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這一思路推算出各年火電安裝SCR工程的實(shí)施情況，測(cè)算依據(jù)為：1）2010年新增機(jī)組改造比例30%，2011～2015年新增機(jī)組改造比例50%，2015年之后新增機(jī)組改造比例100%；2）舊機(jī)組改造工程比例39%；3）每兆瓦需要SCR催化劑的量為1.33m3；4）每立方米催化劑的干基重量為0.5t；5）SCR脫硝工程占總改造工程量的比例為90%。

但實(shí)際上由于國內(nèi)脫硝產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)政策落實(shí)滯后，即脫硝電價(jià)政策從2013年1月1日起才開始在全國執(zhí)行，使得國內(nèi)火電脫硝改造工程進(jìn)程延后。根據(jù)中電聯(lián)對(duì)2008～2011年脫硝工程實(shí)際實(shí)施情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，及《“十二五”主要污染物總量減排目標(biāo)責(zé)任書》要求2012年完成的重點(diǎn)減排項(xiàng)目名單中統(tǒng)計(jì)的2012年實(shí)施完成的煙氣脫硝工程總量，整理得出實(shí)際完成情況的測(cè)算，結(jié)果見表1。在測(cè)算實(shí)際完成情況時(shí)，考慮了國內(nèi)目前SCR催化劑供應(yīng)總量的實(shí)際變化情況，其中2013～2014年全國SCR催化劑的供應(yīng)總量以25萬m3計(jì)，2014～2015年全國SCR催化劑的供應(yīng)總量以40萬m3計(jì)，2015～2018年全國SCR催化劑的供應(yīng)總量以40萬m3計(jì)。根據(jù)中電聯(lián)的預(yù)測(cè)，2020年后全國火電裝機(jī)容量將維持在11億kW，催化劑的總需求量將維持在25～30萬m3/a。

2.2 SCR廢催化劑產(chǎn)生時(shí)間及總量分析

根據(jù)表1的測(cè)算，2010～2017年底前全國完成的SCR實(shí)施工程總量將達(dá)到13.6億kW。根據(jù)燃煤機(jī)組對(duì)SCR催化劑需求量平均為0.8m3/MW計(jì)算，2010～2015年年底前SCR催化劑的需求總量為85.08萬m3； 2015年后預(yù)計(jì)火電發(fā)電量將以每年約47,000MW的速度增加，2016～2018年年底前SCR催化劑的需求總量為45.72萬m3，按照現(xiàn)有SCR催化劑的市場(chǎng)供應(yīng)總量，到2015年底可全部完成對(duì)現(xiàn)役機(jī)組的脫硝工程改造。屆時(shí)SCR催化劑的需求總量將維持一個(gè)均衡的量，即在2022年之后，平均每年SCR催化劑的需求總量將穩(wěn)定在25萬m3左右，不會(huì)再出現(xiàn)2013～2015年度的集中井噴式需求。表2為測(cè)算的各年SCR催化劑需求量。

SCR脫硝催化劑通常采用“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3年后，開始更換第一層，過2年后，更換第二層，再過2年后，更換第三層，如此循環(huán)往復(fù)（見表3）。根據(jù)這一規(guī)律，推算出從2014年開始國內(nèi)將連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生SCR廢催化劑，其產(chǎn)生量將逐年增加。各年SCR廢催化劑的產(chǎn)生量如表4所示。

SCR廢催化劑若得不到相應(yīng)的減量化處理， 2014年至2019年，全國的SCR廢催化劑將累計(jì)達(dá)到19萬噸；至2025年，SCR廢催化劑總量將累計(jì)達(dá)到82.86萬噸；同時(shí)由于SCR廢催化劑具備危害性，還將會(huì)給我國的土壤、水體帶來嚴(yán)重的污染威脅。

表1 實(shí)際各年火電項(xiàng)目安裝SCR工程的實(shí)施量 （單位：MW）

表2 各年SCR催化劑需求量

表3 SCR催化劑安裝方式

表4 各年SCR廢催化劑的產(chǎn)生量

表5 不同產(chǎn)量規(guī)模的投資決策指標(biāo)

3 SCR廢催化劑回收利用項(xiàng)目建設(shè)格局分析

3.1 SCR廢催化劑回收利用項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模分析

在相同的SCR廢催化劑回收利用工藝下，從不同產(chǎn)量規(guī)模的財(cái)務(wù)模型測(cè)算來分析回收利用項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，表5為不同產(chǎn)量規(guī)模的投資決策指標(biāo)。根據(jù)表5的測(cè)算結(jié)果，能產(chǎn)生贏利的產(chǎn)量規(guī)模最小為5000t/a，而當(dāng)產(chǎn)量規(guī)模為2萬t/a時(shí)，具有較理想的贏利能力。

3.2 SCR廢催化劑2020年產(chǎn)生量的測(cè)算

2024年煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)將實(shí)現(xiàn)新催化劑的安裝量與廢棄量相同，即催化劑的廢棄量將維持連續(xù)穩(wěn)定最大量的狀態(tài)。因此按照全國2024年預(yù)計(jì)的火電裝機(jī)總?cè)萘?1億kW及各省市的裝機(jī)容量占比，推算出2024年我國31個(gè)省市廢棄SCR催化劑的產(chǎn)生量（見表6），以此作為后續(xù)分析的基礎(chǔ)。

3.3 SCR廢催化劑回收利用項(xiàng)目建設(shè)格局分析

按照SCR廢催化劑經(jīng)濟(jì)可行的最低建設(shè)規(guī)模5000t/a，結(jié)合各省市的地理特點(diǎn)，采取以中心地建設(shè)、服務(wù)周邊的模式，在建設(shè)地工廠數(shù)量唯一的前提下，得到如下對(duì)廢棄SCR催化劑回收項(xiàng)目建設(shè)模式的意見（見表7）。

按照表7的建設(shè)規(guī)劃，廢棄SCR催化劑回收項(xiàng)目將可在全國形成共10家的回收工廠，總回收量143,000t/a，可滿足2020年以后未來5～10年火電煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的配套需求。

4 相關(guān)建議

（1）SCR廢催化劑回收利用項(xiàng)目宜采用整體規(guī)劃、分期建設(shè)的模式

根據(jù)SCR廢催化劑產(chǎn)生的規(guī)律，各地在項(xiàng)目建設(shè)時(shí)宜參照表7的項(xiàng)目規(guī)模進(jìn)行整體規(guī)劃，而建設(shè)實(shí)施過程則需采用分期方式，一期建設(shè)規(guī)模應(yīng)控制為2500t/a（相當(dāng)于5000m3/a）以滿足未來環(huán)保政策對(duì)建設(shè)規(guī)模的初步要求，后期再根據(jù)廢催化劑的產(chǎn)生量來逐步擴(kuò)大回收處理的能力，最終達(dá)到完全處理的規(guī)模。

（2）各省市應(yīng)在危廢的運(yùn)輸管理上協(xié)調(diào)一致，為SCR廢催化劑的跨省市運(yùn)輸提供便利，實(shí)現(xiàn)廢催化劑相對(duì)集中處理的運(yùn)營模式

項(xiàng)目建設(shè)地的環(huán)保局應(yīng)以開放式的胸懷接納周邊省市的廢棄催化劑進(jìn)入本地區(qū)回收利用，只要嚴(yán)格規(guī)范廢催化劑利用企業(yè)的特許經(jīng)營許可資質(zhì)并加強(qiáng)監(jiān)管，就不會(huì)因該項(xiàng)目的存在給自身帶來更多的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，反而會(huì)因項(xiàng)目的良好經(jīng)濟(jì)性給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶來新的增長點(diǎn)。

表6 2024年31個(gè)省市火電裝機(jī)容量及SCR廢催化劑產(chǎn)生量估算

表7 廢棄SCR催化劑回收利用項(xiàng)目建設(shè)地及建設(shè)規(guī)模

（3）建議有資質(zhì)的環(huán)保企業(yè)與國資電力、動(dòng)力集團(tuán)以混合所有制的方式共同經(jīng)營SCR廢催化劑的回收利用項(xiàng)目

電力行業(yè)是我國國有經(jīng)濟(jì)占控制地位的關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈和國家安全的行業(yè)，鑒于脫硝廢催化劑的產(chǎn)生總量較小，又屬于必須要進(jìn)行處理的危險(xiǎn)固廢，若能在脫硝產(chǎn)業(yè)鏈中選擇合適的處理方式將是最佳的選擇?？紤]到目前五大發(fā)電公司都擁有自己下屬的脫硝工程公司和配套的SCR催化劑生產(chǎn)企業(yè)，三大動(dòng)力公司也都具備脫硝工程安裝資質(zhì)，他們掌握了國內(nèi)65%的脫硝工程總量，擁有最有利的SCR廢催化劑回收的渠道，若掌握廢催化劑回收利用技術(shù)的有資質(zhì)的環(huán)保企業(yè)能與這些國資電力、動(dòng)力集團(tuán)聯(lián)手，共同從事SCR廢催化劑的回收利用，將更有利于SCR廢催化劑的整個(gè)回收利用事業(yè)的規(guī)范化發(fā)展。

Analysis on Project Construction Pattern of Abandoned SCR Catalyzer Recovery and Utilization

ZENG Rui1, HAO Yong-li2
(1. Panzhihua City of Sichuan Province, Sichuan Panzhihua 617000; 2. Supervision Technical Center of So lid Wastes and Chem icals, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029, China)

The paper expatiates and analyzes the SCR abandoned catalyzer of flue gas denitration which w ill be generated g rea tly in our coun try and the status o f recove ry and utiliza tion. The paper also enume rates the pa ttern m odels of pro jec t construction of the SCR abandoned catalyzer recovery and utilization.

SCR abandoned catalyzer; recovery and use; construction pattern

X705

A

1006-5377（2014）09-0041-05