1 龙净科杰简介
福建龙净环保股份有限公司从2012年11月开始正式涉足脱硝催化剂再生业务，与美国CoaLogix公司合资在2013年1月注册成立龙净科杰环保技术(上海)有限公司(下称“龙净科杰”)，在2013年10月注册成立江苏龙净科杰催化剂再生有限公司(位于盐城环保科技城，下称“盐城工厂”)。至2014年12月中旬，盐城工厂一期15000立方米/年脱硝催化剂再生生产线正式投产。盐城工厂正式投产前完成危废许可证的取证，上海实验中心也已全面投入使用。
美国Coalogix公司是全球最大的脱硝催化剂再生公司，拥有多项技术专利。其产品在美国脱硝催化剂再生市场占有率达85%以上，目前拥有超过66,000立方米的催化剂再生业绩，涵盖了蜂窝式、平板式和波纹式等多种形式的催化剂。美国Coalogix公司的催化剂再生工艺已被证明可将失活催化剂的化学性能恢复到与全新催化剂完全相同。龙净环保作为中国大气污染治理行业的龙头企业，将充分发挥美国Coalogix公司科研和技术实力，强强联合，不仅可提供优质的再生催化剂产品，而且可提供脱硝催化剂性能检测、废弃催化剂处理和脱硝技术咨询服务等。
目前，龙净科杰的注册资金已经达到2400万美元，拥有员工近百人，总部(含实验中心)设立在上海，并在厦门设立了厦门市场部，在江苏盐城成立了第一个再生工厂。
2 脱硝催化剂再生的背景
NOX是主要大气污染物之一，是灰霾、酸雨污染及光化学烟雾的主要前驱物质。我国70%的氮氧化物排放均来自于煤炭的燃烧，电厂是用煤大户，如何有效控制燃煤电厂NOX的排放已成为了环境保护中的重要课题。
在一系列政策、标准的驱动下，“十二五”期间，燃煤火电厂脱硝改造呈全面爆发增长趋势。截至2013年底，已投运火电厂烟气脱硝机组容量约4.3亿千瓦，占全国现役火电机组容量的50%。预计到2014年底，已投运火电厂烟气脱硝机组容量约6.8亿千瓦，约占全国现役火电机组容量的75%。按中国每MW发电机组SCR脱硝催化剂初装量(两层)为0.80-1.1立方米(即0.80-1.1m3/MW)，SCR占95%以上估算，预计到2014年底，脱硝催化剂保有量约60万立方米。
脱硝催化剂的化学寿命基本上是按24000小时设计的，意味着运行三到四年后，其催化剂活性会降低。按照脱硝催化剂的运行更换规律，预计从2016年开始，废催化剂的产生量为每年10-24万立方米(约5-12万吨/年)，呈每年递增趋势。
环保部2014年8月正式发布《关于加强废烟气脱硝催化剂监管工作的通知》和《废烟气脱硝催化剂危险废物经营许可证审查指南》，将废烟气脱硝催化剂纳入危险废物进行管理。更换下来的废催化剂若随意堆存或不当处置，将造成环境污染和资源浪费。废催化剂的再生处理正是解决这些问题的最佳途径，具有显著的社会效益和经济效益。
作为燃煤电厂SCR脱硝系统的重要组成部分，脱硝催化剂成本约占脱硝工程总投资的35%左右。废催化剂进行再生处理可为电厂节约可观的催化剂购置费用，否则电厂除了需要投入大量的资金采购新催化剂外还需花费一定费用处理废催化剂。废催化剂进行再生，实现了中国有限资源的循环再利用，节约原材料，降低能耗，有利于环境保护。如果不进行再生，将造成资源的严重浪费，并对环境带来二次污染。
可以预见，脱硝催化剂再生虽然在国内是全新的业务，但中国的SCR脱硝装置大量使用再生催化剂是大势所趋。
3 脱硝催化剂的失活机理
当催化剂运行一段时间后，不可避免地因为各种复杂的物理和化学作用而失活。再加上我国燃煤电厂多燃用劣质煤、运行煤种频繁变化以及燃煤成分复杂的特点，使得SCR脱硝催化剂的使用寿命缩短，催化剂的更换速度加快。
(1)催化剂的堵塞
煤燃烧后产生的飞灰随烟气进入SCR反应器，此时烟气的流速较小，一般在6米/秒左右。细小的飞灰颗粒在层流状态下聚积在SCR反应器的上游，当聚积到一定程度后掉落到催化剂表面。由此，聚集在催化剂表面的飞灰就会越来越多，最终形成搭桥，造成催化剂通道的堵塞。烟气中除了细小的灰粒，也可能存在部分粒径较大的“爆米花”灰。这种灰颗粒一般大于催化剂通道的尺寸，会直接造成催化剂通道的堵塞。
(2)催化剂的覆盖
飞灰中的游离CaO可能与由SO2氧化生成的SO3发生反应，在催化剂表面形成低孔隙度的 CaSO4层，遮蔽催化剂表面，阻止NOx、NH3、O2到达催化剂的活性位进行反应，导致催化剂的脱硝活性表现降低。
(3)热烧结
当SCR催化剂长时间暴露在450℃以上的高温时，容易引起催化剂烧结，引起锐钛矿TiO2平均晶粒尺寸增大，比表面积降低，孔容减小，孔径增大。此外，催化剂表面孤立的单体钒氧物种会发生聚合，导致催化剂性能下降;当烟气温度超过500℃时，TiO2开始发生相变，从锐钛矿向金红石转化。催化剂的烧结引起催化剂结构上的变化，是不可逆的，不能通过再生的方式使其恢复活性。
(4)催化剂的机械侵蚀
SCR反应器在火电厂的安装位置位于省煤器与空气预热器之间，该区域的烟气中携带有大量的飞灰。烟气中的飞灰撞击催化剂表面会造成催化剂的磨蚀。而由于我国煤种的特性及发电成本的考虑，电厂往往会燃用高钙煤、劣质煤，燃用这些煤种产生的烟尘颗粒大，硬度高，成分复杂，更加剧了催化剂的磨蚀。同样，催化剂的机械侵蚀是不可逆的，不能通过再生的方式使其恢复活性。
(5)催化剂中毒
研究表明，烟气中的碱金属(钠和钾)、碱土金属(钙和镁)、砷、氯化氢、磷、铅等可致钒系SCR脱硝催化剂中毒。中毒包括反应物、产物或者杂质通过与V2O5的活性酸性位发生强烈的化学吸附或者化学反应，减少了催化剂上有效活性位的数量，从而使得催化剂表面氨吸附量减少，导致催化剂脱硝活性下降。催化剂中毒是造成催化剂失活的主要原因。
4 废烟气脱硝催化剂的再生技术
4.1 再生工艺
废烟气脱硝催化剂的再生处理工艺包括8大步骤，每个步骤采用独特的物理化学解决方案对失活的催化剂进行处理。8大步骤如下：
图1 废烟气脱硝催化剂的再生工艺
第一，经过实验室周密检验分析，并与已有的强大数据库进行比对，量身定制出再生的最佳工艺方案。
第二，预处理：模块进入负压吸尘车间，去除催化剂表面松散的飞灰。
第三，物理化学处理：去除覆盖催化剂活性部位和堵塞催化剂微孔的化学物质。
第四，中间热处理：清洗干净的模块被放入热处理设备中，经过严格的温度控制，巩固催化剂微孔结构。
第五，经过中间热处理后的催化剂模块随即被放入具有特定催化物质的活性植入装置中，吸收活性物质，进一步恢复催化剂的活性。
第六，最终热处理：植入活性物质的催化剂模块被放入特制的热处理装置中，经过特殊的升温和降温工艺，使活性物质均匀地分布在载体上并牢固粘附。
第七，质量检验包括催化剂机械性能的测试(抗压强度、磨损强度)和化学性能的测试(脱硝率，SO2/SO3转化率，氨逃逸率，催化活性等)。
第八，质检达标后才能进行包装、入库。
4.2 催化剂再生前后性能比较
图2为波纹式、蜂窝式、平板式催化剂再生前后的外观比较。可以看出催化剂再生后，通道中的堵塞物质得到有效的清除，外观恢复到新催化剂的水平。
图2 催化剂再生前后外观的比较
图3 催化剂再生前后的化学性能比较
图3为新催化剂、失活催化剂和再生催化剂的化学性能比较。明显可以看出，催化剂经过再生后，能使催化剂的化学性能达到甚至超过新催化剂的活性。
图4 催化剂再生前后活性的比较
图5 催化剂再生前后SO2/SO3转化率的比较
图4、图5为新催化剂、失活催化剂和再生催化剂的活性和SO2/SO3转化率的比较。可以看出，催化剂再生后活性能够恢复到原始水平而SO2/SO3转化率不会显著地增高。
图6 催化剂再生前后失活速率的比较
图6为催化剂再生前后失活速率的变化，可以看出再生催化剂较新催化剂的失活速率几乎一致。失活速率是考察再生催化剂性能好坏的重要指标之一。如果再生催化剂的中毒物质没有被完全清除，那么该再生催化剂即使运行之初表现出与新催化剂相似的活性，但是运行一段时间后它的活性会很快地下降，即失活速率要明显快于新催化剂。我司的再生工艺能有效彻底地清除催化剂上的化学中毒物质，从而能够严格地控制再生催化剂的失活速率在一个较低的水平。
5 再生脱硝催化剂的应用
(1)湖南华电长沙发电有限公司
湖南华电长沙发电有限公司共有二台 650MW 超临界燃煤汽轮发电机组，机组同步装设SCR烟气脱硝系统，均在2007年底建成投产。项目具有脱硝反应器入口NOx浓度高、入口烟温高、飞灰含量高、飞灰粘性大和飞灰含硫量高的特点。本项目供货的催化剂为美国康宁公司生产，由美国Coalogix公司进行再生的蜂窝催化剂，1号机组于2013年6月投运，2号机组于2014年3月投运，均已顺利通过性能考核试验，投运至今运行情况良好。
1号机组更是国内第一个成功运营再生催化剂的SCR脱硝项目，已运行一年半时间，脱硝率稳定在90%左右，氨逃逸率<2ppm，SO2/SO3转化率<1%，各项性能指标均达到或超过技术协议要求。
(2)华润电力(常熟)有限公司
华润电力(常熟)有限公司地处长三角经济区，此地区被划分为一类地区，电厂建设有3台650MW国产超临界燃煤发电机组，于2005年10月建成投产。本项目采用SCR烟气脱硝技术向催化剂上游的烟气中喷入氨气、利用催化剂将烟气中NOX转化为氮气和水。其中3号机组SCR反应器安装624m3由“龙净科杰”提供的蜂窝式再生催化剂，于2013年11月投入运营。此批催化剂由美国康宁公司生产，美国Coalogix公司负责再生，脱硝效率超过80%。
(3)江苏镇江发电有限公司
江苏镇江发电有限公司位于江苏省镇江市，处于苏南电网中心。公司于2006年建成了2台630MW机组，2013年两台630MW机组的烟气脱硝改造工程总承包工程由上海龙净环保承接，本项目供货的催化剂为美国康宁公司生产，由美国Coalogix公司进行再生的蜂窝催化剂，初装两层催化剂时保证脱硝效率≥80%，氨的逃逸率≤3ppm，SO2/SO3转化率<1%。
6 催化剂管理服务
合理的催化剂管理对于减小SCR装置的运行风险和降低其运行费用是非常关键的。全面的催化剂管理服务主要包括以下几个方面：
(1)监控整个SCR脱硝系统，及时发现运行中的隐患，并提出相应的整改措施，能够承接脱硝工程改造项目，确保催化剂安全、稳定的运行;
(2)提供催化剂寿命管理服务，每年对实际使用的催化剂测试单元进行检测，根据检测结果评估催化剂的剩余寿命，向客户建议更换或再生的时间节点，最大限度节约催化剂的使用成本。
(3)帮助客户制定长期的催化剂更换计划，包括更换时间表、更换的模式和更换的类型等，以确保烟气中NOx的排放能达到国家的控制标准。
(4)提供催化剂储存服务，可再生的废催化剂如果电厂暂时不用，可先寄存在再生工厂 (产生仓储费用) ，电厂需要时再进行再生处理。
7 龙净科杰再生技术优势
(1)拥有完整、成熟、世界领先的脱硝催化剂再生尖端技术
龙净科杰全面引进美国Coalogix公司的再生技术，超过66,000立方米的催化剂再生业绩和85%以上的市场占有率充分证明了美国Coalogix公司的催化剂再生工艺能够将失活催化剂的化学性能恢复到与全新催化剂完全相同。
(2)可将失活催化剂的化学活性恢复到与全新催化剂相同，再生催化剂的失活速率与全新催化剂的失活速率相等。此为龙净科杰的核心技术优势。龙净科杰的再生催化剂其内部的微孔畅通度得到有效的恢复，催化剂实际表面积基本得到复原，催化剂化学中毒物有效清除;然后，采用独特的活性植入技术，保证脱硝率、SO2 /SO3的转化率、氨逃逸率三者同时满足保证值。
(3)具有丰富的国内再生催化剂运行经验
在龙净科杰的盐城再生工厂2014年12月底正式投产之前，龙净是从美国Coalogix公司直接进口再生催化剂。到2014年8月底为止，已经具有再生催化剂国内合同业绩14台机组(投运10台)。已投运的项目运行效果良好，在业内拥有良好的口碑。龙净科杰合同业绩和运行业绩如下：
(4)技术力量雄厚
龙净科杰的技术力量雄厚，拥有多名资深的环保化工、催化剂专家及硕士、博士等技术骨干。
张力，美籍华人，化学工程硕士，22年以上工厂研发、工艺经验，多年全球性市场、商业开发经验，龙净科杰公司美国首席技术官，曾任科赫膜系统美国全球工程副总裁、ITT中国上海水处理亚太区总监及副总裁、GE水处理公司美国技术总监、ONICS 公司，美国研究与开发部总监等。
NickPollack，美国匹兹堡大学化工系化学工程博士，2012年5月加入Coalogix公司。曾担任CalgonCarbon多种领导职位，从过程工程设计、开发及生产制造过程的技术支持到业务拓展。在煤化工方面有较高的造诣，与美国能源部及Exxon Mobile 公司有过多年的技术合作。
李丁辉，哈尔滨工业大学热能与动力工程学士，湖南华电长沙项目650MW1号机组脱硝改造、催化剂项目技术负责人，安徽华塑热电厂300MW机组催化剂项目技术负责人，湖南创元发电2台300MW机组SCR流场模拟项目技术负责人。
李扬，北京化工大学化学工程与技术专业博士，多年催化新材料的制备及催化性能研究经验，提出一系列改进方法提高催化剂的金属分散度和催化活性，熟悉化学反应过程计算，在国内外顶级化工期刊Ind.Eng.Chem.Res.Sci.China Chem发表多篇论文。
(5)承诺催化剂整个更换过程可以在35天内完成
盐城工厂一期产能是年产再生催化剂15000立方米(日再生30个模块)，二期2015年底投产后将达到30000立方米/年(日再生60个模块)。此产能可确保35天内完成催化剂整个更换过程(包括拆卸、运输、再生、检测、安装等)，满足电厂在一个大修、中修期内完成催化剂更换的需求。盐城工厂是目前世界上最先进的催化剂再生工厂，比美国Coalogix公司的夏洛特工厂在技术上更先进、自动化程度更高，可多个项目同时进行再生。
盐城工厂同步建设废水处理设施和固废处理设施，不但可以对再生过程中产生的废水处理后达标排放，还可以对无法再生的废弃催化剂进行无害化处理。另外，龙净科杰与国内废催化剂利用厂家(有危废资质)进行合作，对无法再生的废催化剂里面的重金属进行提炼。
(6)推荐采用催化剂更换方案而非加层方案
推荐采用催化剂“更换”方案(不用加层)，并每次更换一层的方案。此方案长期保持二层催化剂运行，引风机电耗低，同时SO2/SO3的转化率较小，减少硫酸氢铵沉积而造成的催化剂堵塞及下游的空预器堵塞。如果使用“加层”方案(长期保持三层催化剂运行)，脱硝反应器阻力增加(约200Pa)，将导致风机电耗增加。催化剂使用时间过长致使机械损坏程度较大，以至于催化剂可能失去再生价值。
(7)提供催化剂性能检测，并提供催化剂最佳设计使用方案
龙净科杰的实验中心位于上海，实验中心占地1500 m2，主要承担脱硝催化剂物理、化学性能检测，其配置的仪器均为国际一流的进口仪器，实验人员均经过严格、正规的操作培训，确保检测的科学、公正、准确、高效，可出具权威的检测报告，为客户提供满意的服务。主要设备有全尺寸脱硝催化剂性能检测装置、X射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)、比表面积及孔径分析仪、压力试验机、磨损强度检测线等。全尺寸脱硝催化剂性能检测装置适用于现有国内外催化剂检测标准规定的所有测试方法，包括国际的EPRI、VGB Guidelines和国内电力行业标准《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》(DL/T1286-2013)。龙净科杰可在催化剂性能检测的基础上，为客户提供催化剂最佳设计使用方案。
(8)脱硝催化剂管理服务，提供催化剂安全、连续、稳定运行的系统解决方案
龙净科杰可为客户提供催化剂寿命管理服务并签订长期协议，提供催化剂安全、连续、稳定运行的系统解决方案。废催化剂再生业务交给龙净科杰的客户，龙净科杰可免费提供其催化剂寿命管理服务。
