催化剂

国内外燃煤电厂普遍采用选择性催化还原(SCR)技术进行烟气中氮氧化物(NOx)的减排。SCR技术的核心是脱硝催化剂，可在还原剂的作用下，将燃煤锅炉烟气中的氮氧化物(NOx)还原为无害的N2和H2O。大唐南京环保的脱硝催化剂制造技术，是通过辊轮将催化剂膏料涂覆在不锈钢钢网上，经干燥、剪切、组装、煅烧后制得脱硝催化剂。催化剂具备优良的脱硝活性，以及优异的抗飞灰堵塞、抗磨损和抗中毒性能，特别适用于我国燃煤锅炉煤种不稳定、燃煤烟气气氛复杂等情况。针对使用后失活的脱硝催化剂，大唐南京环保采用再生技术，通过“物理清灰-湿法清洗-选择性浸渍-干燥-煅烧”工序，将失活脱硝催化剂恢复到新鲜催化剂活性的95-105%。

2021年11月8日，美国威斯康星大学麦迪逊分校研究团队提出了一种基于氨和氮相互转化的氮能源经济。研究发现，将氨添加到含有类铂元素-钌的金属催化剂中会自发地产生氮气，意味着不需要增加额外能量就可以将氨转化为氮，这一过程也可以用来发电。如果该反应发生在一个燃料电池中，使氨和钌在电极表面反应，便可以产生清洁电力。研究团队表示，下一步将弄清楚如何设计相应的燃料电池，并以环境友好的方式创造制作电池所需的原始材料。

基于催化剂失活机理和精准诊断技术，首次建立面向燃煤电厂的催化剂全寿命精细化管理模式，优化了年产4万方的催化剂生产线和年产8万方的再生线，突破了国产催化剂适应复杂燃煤条件的制造瓶颈，整体提高了催化剂的创新研发和产业化能力。 项目授权知识产权63项（发明专利28项）。全寿命智能管控已覆盖全国15%装机的煤电机组，在保障安全稳定超低排放的基础上，近3年通过新型催化剂生产、智能诊断服务和废旧催化剂再生，累计新增销售额8.5亿元，新增利润1.3亿元，为企业节约催化剂全寿命使用费12亿元。项目整体提升了我国脱硝催化剂运维水平和创新研发、产业化能力，成果可进一步向全国电力及非电行业推广，为健全全行业氨氧化物超低排放技术路线提供支撑。经江苏省生产力协会组织专家评价：成果整体达国际领先水平。

我国“十三五”时期将努力发展天然气做为未来高效清洁能源的目标，2017年我国天然气消费总量为2426亿方，进口946亿方（见下图），对外进口依存度达到39%。针对近期出台的一系列非常规天然气产业发展的规划以及关于推动大型煤制天然气产业的技术进步和提高自主研发装备水平的需要，以华能准东40亿方每年煤制天然气项目为基础，着力开发等温甲烷化反应器及催化剂关键技术。煤制天然气甲烷化反应是强放热，催化剂需要在高水热条件下保持高活性和选择性，目前该催化剂在国内4个工业示范项目中尚未国产化。研究团队针对研制宽温耐高温高效的甲烷化催化剂，一氧化碳转化率、甲烷选择性、低温活性、耐高温抗积碳性能、温度和压力操作范围均达到国外同类产品水平，降低因进口国外催化剂带来的高昂使用成本。目前煤制气工艺采用的是国外上个世纪70年代开发的多段绝热固定床工艺，工艺流程长、设备数量多、气体循环量大。为缩短工艺流程，研发团队开发出基于等温甲烷化反应器的两段式煤制天然气成套技术，降低甲烷化反应温度和催化剂的使用条件，延长寿命，增加产品时空产率，同时工业侧线试验验证技术可行性，提高煤制天然气项目的技术经济性。基于等温反应器的两段式甲烧化新工艺及专用催化剂技术的成果开发，提高煤制天然气项目的经济效益和环境效益，为我国大型煤制天然气技术和装备研究以及推广提供技术支撑。

烟气脱硝，是指将高温燃烧后（包括燃煤锅炉、燃油燃气锅炉以及一些工业炉）烟气中所含的有害物质—NO X 脱除的技术，包括 SCR 和 SNCR 两种主要技术流派，其中 SCR 是烟气脱硝的主流技术。所谓 SCR 技术，是指在锅炉的省煤器和空预器之间设置 SCR 反应器，在反应器内安装催化剂，在反应器之前的烟道截面内喷入还原剂（含氨气体），还原剂与 NOX 在催化剂表面上发生反应脱除 NO X 。SCR 烟气脱硝所使用的还原剂从根本上来说是氨气，需要在现场设置一套能够持续生产氨气的装置。从原料上来看，氨气制备系统可以分为无水液氨系统、氨水系统和尿素系统。其中使用液氨蒸发制备氨气的系统最为常用，原因是其投资最便宜，运输、使用成本也最低，但液氨系统存在重大的安全隐患，特别是它的运输和存储过程，液氨泄漏带来的危害非常大，安全事故屡见不鲜；氨水系统的投资、运行以及运输成本都很高，比液氨安全一些，但仍有一定的安全隐患；尿素系统的投资及运行成本与液氨系统相比较高，但运输成本相当，并且尿素系统基本上没有安全隐患，是最安全的氨气制备技术。 目前商业化应用的尿素制氨工艺技术主要有尿素水解和尿素热解，其中尿素水解又包括了普通水解（AOD、U2A、国内化工行业水解）和美国 Chemithon 的催化水解（SafeDeNOx），尿素热解则主要是美国燃料公司（Fueltech）所提供的 NOxOUT ULTRA 技术。和热解相比，水解由于采用电厂较为丰富的蒸汽作为热源，能耗较低。但 AOD、U2A 等国外水解技术，反应较慢需要庞大的反应器和缓冲装置，其投资和能耗较高。相对而言，尿素催化水解因为在化学反应中加入了催化剂，使得反应速度大大加快，能耗也大大降低。商业上相对成熟的催化水解技术主要是美国 Chemithon 公司的催化水解技术 SafeDeNOx，在美国有 3 台业绩，但是该技术在国内尚无应用。 本项目研究的低能耗尿素催化水解技术是在尿素普通水解和热解技术的基础上，提出的一种新型尿素制氨技术。经过磷酸铵盐类催化剂的催化作用，熔融状态的尿素可在温度 135~160℃、压力约 0.4-0.9MPa 下进行快速水解反应。催化剂的主要作用是通过改变了反应路径，从而大大加快反应速率，降低响应时间，实际系统的负荷跟踪时间可缩短在 1min 之内或更短。预计本项目的研究能够有效填补国内空白。

选择性催化还原（SCR）脱硝技术是当前火力发电厂烟气脱硝的主要技术手段。随着 GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的发布，SCR 系统建设需求在国内逐年递增，烟气脱硝催化剂是 SCR 系统核心部件，具有技术含量高、价格昂贵、生产周期较长等特点。我国的脱硝催化剂制造行业起步较晚，十二五期间，我国脱硝催化剂制造企业数量呈爆发式增长，但由于国内对引进技术消化吸收不深入，缺乏统一的产品和检测标准等原因，导致脱硝催化剂产品质量、检测方法、质量监督无法可依，脱硝催化剂市场发展较为混乱。长期以来，脱硝催化剂关键技术一直被日本、欧美等国家所垄断，国际上也仅发布了两项关于脱硝催化剂的检测技术标准，没有产品标准可供参考。因此，在我国烟气脱硝关键技术、装备、催化剂国产化研制和生产等方面均取得了重要进展的基础上，制定脱硝催化剂系列国家标准及国际标准非常必要、也非常迫切，它能够有效提升我国脱硝催化剂产品质量，规范检测方法，促进行业健康持续发展，同时也为能够为我国脱硝催化剂产品“走出去”打好基础。 本项目围绕脱硝催化剂产品指标及相关检测技术进行了研究，在大量验证实验、比对实验及调研基础上，先后制定了 2 项国家标准及 1 项 IEEE 国际标准，分别是 GB/T 31584-2015《平板式烟气脱硝催化剂》、GB/T 31590-2015《烟气脱硝催化剂化学成分分析方法》及 IEEE P2404 Power Plant De-Nitrogen Oxide (DeNOx) Plate-Type Catalysts。主要创新点如下： 研制了国内外首个关于平板式烟气脱硝催化剂的产品标准（GB/T 31584 及 IEEEP2404），填补了国内外该领域标准空白。

二氧化碳加氢制备化学品，是一种温室气体资源化利用的有效途径。近期，中国科学技术大学曾杰教授团队开发出一种铜-碳化铁界面型催化剂，实现了常压条件下用二氧化碳加氢高选择性制备长链烯烃，为开发温室气体的资源化利用技术提供新方案。日前，国际知名学术期刊《自然·通讯》发表了这项成果。

为改善区域大气环境质量，助力打赢大气污染防治攻坚战，保证燃煤机组并网前NO,实现达标排放，经全面分析，得出制约燃煤机组带脱硝并网的行业难题在于:机组启动阶段锅炉燃烧强度弱，烟气流量小且烟温低，无法满足催化剂投运条件，造成机组启动阶段脱硝装置无法投运，容易引起NO,超标排放。在此背景下，改造机组热力系统，提高SCR反应器入口烟温、采用宽温催化剂或提高催化剂低温活性是当前解决该问题的主流路线，但改造成本昂贵，需要耗费大量财力。令人欣慰的是，中国华能集团有限公司组织所辖燃煤电厂积极探索、大胆创新，立足于提升脱硝入口烟温，结合机组特性，通过对启动过程各阶段的深入分析，在不进行设备技术改造的前提下，通过优化运行操作，实现了机组并网前投入脱硝系统，以较低的代价开辟了--条全新的技术路线，经济即有效的解决了燃煤锅炉启动初期无法投运脱硝装置而造成NO,超标的行业难题，为打赢大气污染防治攻坚战做出了贡献。