不同类型催化剂的特点

不同类型催化剂的特点目前商用的电厂脱硝催化剂类型只有平板式催化剂、蜂窝式催化剂和波纹板式催化剂三种类型，其中波纹板式催化剂由于开发时间较晚，再加上自身结构和制备工艺的局限性，一般只能用于粉尘含量较低的场合，其在全球电厂的市场占有率不到10%。绝大多数电厂均采用平板式和蜂窝式催化剂，两者占市场份额的90%以上，是市场的主流。目前平板式催化剂与蜂窝状催化剂在燃煤电厂脱硝中份额相当，板式催化剂在抗灰堵和安全性方面独具优势，从安全性角度会优先选择板式催化剂，但蜂窝状催化剂比表面积大，体积需求量小，从经济性上会优先选择蜂窝式催化剂。蜂窝式催化剂、平板式催化剂和波纹板式催化剂主要是按照其断面形状来区分的：蜂窝式催化剂断面为矩形，采用活性材料整体挤出成型；平板式催化剂以不锈钢筛网板为担体表面碾压活性物质，每隔一段距离留有一个褶皱；而波纹板式催化剂则是以类似于纸质的纤维板制作成波纹形状后彼此叠加工成模块后再在溶液中浸渍、干燥和煅烧后得到。具体特性见表1。表1催化剂类型的比较蜂窝式催化剂平板式催化剂波纹板式催化剂截面形状制备工艺活性物质整体性挤出成型不锈钢筛网板表面碾压活性物质以波纹状纤维为担体，表面浸渍活性物质特点比表面积大；活性高；耐磨损和抗堵塞性能优于波纹板式催化剂。表面积小，催化剂体积大；生产简便，自动化程度高；烟气通过性好，不易堵塞；不会整体坍塌，安全性好。表面积大，重量轻；生产自动化程度高；活性物质比蜂窝式少；不耐磨损，易堵塞。适用范围高灰及低灰均适用高灰及低灰均适用主要用于低灰三种类型的催化剂在燃煤电厂都有应用，但以蜂窝式和平板式催化剂为主，波纹板式催化剂只在个别燃煤电厂得到了应用，波纹板式催化剂从80年代开始开发，90年代后才开始应用，应用时间不长，业绩不多特别是燃煤电厂业绩不多。全球仅有三家制造商，分别是丹麦的托普索和日本的日立造船以及韩国的KEPOC。与蜂窝式和平板式催化剂相比，波纹板式催化剂是以玻璃纤维作为载体，制作成褶皱型，通过浸渍的方式将活性成分如V2O5，TiO2等附着在载体上，特点为比表面积大，重量轻。在化工领域，波纹板式催化剂得到了大量应用。应用于燃煤锅炉时，波纹板存在三个主要问题：一个是易堵灰，二是抗磨损性差，三是失活快，所以应用不多。中国火力发电以燃煤电厂为主，所以中国燃煤电厂很少使用波纹板式催化剂，主要采用蜂窝式和平板式催化剂。在燃煤电厂应用领域，由于波纹板式催化剂的特殊结构，其抗飞灰磨损和堵塞的性能较差，在燃煤电厂中应用较少，只占4%，而蜂窝式催化剂和平板式催化剂市场份额相当，分别占49%和47%，说明两者都是燃煤电厂中脱硝催化剂的主流。在国外，平板式催化剂使用不锈钢筛网板作为支撑，具有抗灰堵、阻力小和机械强度大等优点，在燃煤电厂中的应用业绩甚至超过蜂窝式催化剂（见图3）；但在中国，由于本土脱硝催化剂厂商均为蜂窝式催化剂厂商，故蜂窝式催化剂在国内燃煤电厂市场份额优势明显（见图4）。在燃煤电厂中，蜂窝式和平板式催化剂均有较好的适应性，技术成熟可靠，应用业绩丰富，是主流的脱硝催化剂类型。图2全球燃煤电厂不同类型脱硝催化剂市场份额统计全球脱硝催化剂燃煤电厂应用业绩统计（按SCR机组数量，含中国）平板式47.0%波纹板式4.0%蜂窝式49.0%全球燃煤电厂脱硝催化剂类型统计（按SCR机组数量，不含中国）蜂窝式45.7%平板式50.6%波纹板式3.7%图3全球燃煤电厂不同类型脱硝催化剂业绩统计（不含中国）图4中国燃煤电厂不同类型脱硝催化剂业绩统计表1系统性的比较了蜂窝状脱硝催化剂和平板式催化剂。平板式催化剂结构方面最大的特点是采用不锈钢筛板作为担体，机械强度大，不会造成催化剂的整体塌陷；板式催化剂具有大通道结构，可以最大程度的避免灰堵塞，在运行过程中，甚至可以不安装吹灰器，所以板式催化剂特别适用于燃煤高灰的场合，尤其是对于飞灰含量大于30g/Nm3；板式催化剂制备工艺简单，生产周期短，单位造价低。板式催化剂的不足是催化剂的比表面积小，体积需求量大，在同等条件下，板式催化剂的体积需求量比蜂窝状催化剂高20～30％，虽然其单价较低，但由于体积较大，所以在催化剂成本方面与蜂窝式催化剂相当；由于催化剂体积和载荷较大，导致SCR反应器较大，对支撑也有更高的要求，导致SCR脱硝工程初投资成本较高。蜂窝状催化剂的最大特点比表面积较大，在同等条件下，所需催化剂体积量较少，虽然由于制备工艺复杂，工期长，原材料耗量大，导致催化剂单价较高，所以催化剂成本与板式催化剂相当，但由于重量轻，体积小，SCR反应器和支撑较少，所以初投资成本较低；蜂窝式催化剂为均质结构，耐磨性较好，寿命较长，在燃煤电厂高灰场合也有较好的适应性，特别是适用于燃用PRB煤（CaO含量较高）或其他高CaO高灰煤的对催化剂耐CaO中毒能力有更高要求的情况。此外，蜂窝式催化剂还拓展至船舶、重型汽车、石油化工等行业脱硝。鉴于以上原因，蜂窝式催化剂在燃油和燃气等低灰场合较板式催化剂有很大的优势，在燃煤灰含量在20g/Nm3以下和高CaO的场合也有较好的适应性，但对于灰含量大于20g/Nm3时，其适应性就不如板式催化剂。表1板式催化剂和蜂窝状催化剂特点比较项目蜂窝状催化剂板式催化剂制备方法加压挤出成型辊压成型中国燃煤电厂脱硝催化剂类型统计（按SCR机组数量）波纹板式5.1%平板式32.0%蜂窝式62.9%项目蜂窝状催化剂板式催化剂制备周期长短活性强较强比表面积大较大体积中等较大重量中等较重单价高较高催化剂投资成本相当相当初投资高更高长期性价比较高高防堵性能较强强耐磨损性能较强强使用寿命长长SO2氧化性较强强耐As中毒－强CaO适应性强强高灰适用性较强强SO2适应性一般强燃煤高灰占有率较高高PRB煤占有率高一般高CaO高SO2占有率一般一般适用范围中尘及低尘均适用高尘及低尘均适用优缺点比表面积大，活性高制备工艺复杂，原材料消耗量大，生产周期长，占地大，废品率高在超高灰（大于30g）应用情况较为困难会发生整体性坍塌应用范围广，可以对工艺改造生产其他类型的催化剂比表面积小，活性高，所需体积量大制备工艺简单，原材料消耗量低，生产周期短，占地小，废品率低在超高灰有很好的应用业绩内部有筛板，机械强度较好，不会发生整体性坍塌