催化剂技术

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。

目前，电站燃煤锅炉普遍采用选择性催化还原法（SCR）进行烟气脱硝，其中催化剂是 SCR 系统核心设备，也是造价最高的关键部件，其性能直接影响到 SCR 系统的脱硝效果。然而，当前我国脱硝催化剂制造技术主要依靠国外引进，缺少催化剂的设计、应用、换装等生命周期管理的技术手段。面对机组深度调峰需求，锅炉长时间低负荷运行将难以满足催化剂对于烟气温度的要求，从而为催化剂带来了新的挑战，急需从运行环境及其寿命管理等方面开展相关研究。此外，我国目前脱硝催化剂的管理仍较多依赖于实验室化验手段，缺少可靠的在线手段。据统计，我国每年因脱硝催化剂寿命管理不善，造成直接或间接损失占催化剂总消耗的 30%，同时带来了较大的环保压力。近年来，我国电站自动化信息化水平得到飞速发展，已经积累了大量包括 SCR 系统在内的机组运行数据，但是还未见大数据挖掘等“大数据”技术在脱硝催化剂管理中的研究与工程实践。通过攻关从SCR系统运行数据中挖掘催化剂劣化信息，实现脱硝催化剂全生命周期管理将对保证 SCR 系统性能具有重要作用，对锅炉节能减排、改善大气质量也具有重要意义。本项目在国家自然科学基金、中国大唐集团科技项目等多项课题支持下，基于“大数据”技术，围绕脱硝催化剂寿命评价预测、低负荷延寿、运行优化与控制、的脱硝催化剂全生命管理平台开发等核心技术难题，展开了理论研究与技术攻关，开创了脱硝催化剂技术管理的新途径、新方法。同时，项目实施将继续引导我国煤电行业节能减排的升级，改善大气质量，缓解资源约束，促进我国国民经济绿色发展。