1.背景

（元琛科技）氮氧化物(NOx)是大气主要污染源之一，它能引发酸雨、光化学烟雾、地表水富营养化等一系列破坏生态环境及危害人类健康的问题。在其控制技术中，选择性催化还原(SCＲ)技术因其脱硝效率高、技术成熟、无副产物生成，成为NOx减排的重点推荐技术。在电力行业中，SCR的一般布置方式为高灰段的布置，位于省煤器和空气预热器之间，高尘含量的烟气很容易对催化剂造成磨损，造成催化剂活性降低，氮氧化物排放超标。在水泥行业中，粉尘浓度高，有的甚至高达140g/Nm³，且粉尘粒径小、硬度大，也极易造成催化剂的磨损。此外部分工况由于受到反应器尺寸的限制，导致催化剂流速过快，极易造成催化剂的冲刷、磨损。为了更好适应复杂的工况，脱硝催化剂的高机械强度成为了衡量其综合性能的重要指标之一。

2.技术创新

在SCR蜂窝式脱硝催化剂的生产过程中，传统的方法是通过添加玻璃纤维来增加催化剂的机械强度。玻璃纤维的作用如混凝土中的钢筋一般，主要承受应力，防止催化剂开裂与破损。玻璃纤维对脱硝催化剂的力学性能有很大影响。催化剂自身刚性小易受外力磨损，要获得优异的催化剂必须向载体中加入增强材料。玻璃纤维作为一种性能优异的无机非金属材料，具有耐热、强度高等优点，是市场上应用最广的一种增强材料。在催化剂中，玻璃纤维主要起“骨架”支撑作用。当有外力（如弯曲应力、冲击应力）作用在催化剂上时，催化剂载体材料会把所受外力传递到每一根玻璃纤维束上，从而将外力分散，提高催化剂的性能。大量实验表明随着催化剂中玻璃纤维用量的增加，催化剂的耐磨强度出现先上升后下降的趋势。即在一定范围内，玻璃纤维的量越大，催化剂的机械强度越大。但是对薄壁催化剂，玻璃纤维量越大，催化剂泥料挤出成型越困难，所以现在市场上，薄壁催化剂的机械强度只能达到常规值的60%，因此虽然薄壁催化剂性价比要远远优于厚壁催化剂，但是由于其在使用过程中极易磨损，其应用范围受到了很大限制，所以设计研发出一种能满足薄壁生产的高强度催化剂有重大意义。

在传统方法的基础上，我司研发人员通过在超细晶形的钛白粉中引入Si、Ba离子等特定的耐磨成分，煅烧过程中来实现晶格掺杂、晶格渗透，从而提高催化剂的耐磨强度。在原有的生产工艺中，我们使用10um～20um锐钛矿型的TiO2粉末为载体，除加入活性物质、助催化剂、玻璃纤维、纸浆棉、脱模剂、粘结剂等辅料外，再加入1um～3um富含硅和钡离子的特定物质，通过共混法生成均质泥料，然后通过陈腐、过滤预挤出、挤出、一次干燥、二次干燥、煅烧等工序形成单体。整体实验过程分别以玻璃纤维用量、Si、Ba离子含量作为变量，通过正交试验法来对催化剂强度进行验证。通过长期实验和大量数据表明，在减少玻璃纤维用量的基础上，通过调控Si和Ba离子的含量，催化剂的强度和耐磨性能均达到了高玻璃纤维用量时的标准，且均在薄壁和高孔催化剂上得到了验证，既保证了耐磨性能又增加了挤出的顺畅度。

3.应用案例

元琛科技与中国联合工程有限公司合作的陕西兴化130t/h流化床锅炉烟气超低排放改造项目，催化剂的耐磨性能得到了很好的应用。此工程采用SNCR+SCR脱硝工艺，以氨水为还原剂。SCR反应器布置在锅炉上级省煤器和下级省煤器烟道之间，烟气垂直流向催化剂。无SCR反应器烟气旁路。每台炉设置一台反应器。反应器安装飞灰吹扫装置，采用声波吹灰器。由于含尘量和反应器尺寸的限制，我司为其设计的18孔蜂窝式脱硝催化剂孔内流速达到9.1m/s。2018年7月份运行至今，目前催化剂性能稳定，且结构完整，无明显磨损情况。此外，我司与湖南安普诺环保科技有限公司合作的中冶美丽云热电站锅炉烟气脱硝超低排放技改工程项目，为三台11万烟气量锅炉，每台炉设置1台反应器，粉尘含量30g/Nm3,也因受到反应器尺寸限制，我司为其设计的18孔蜂窝式脱硝催化剂孔内流速最高达到11m/s，2018年8月份运行至今，目前排放均在协议范围内，且催化剂外观良好。