1.背景
氮氧化物(NOx)是大氣主要污染源之一，它能引發酸雨、光化學煙霧、地表水富營養化等一系列破壞生態環境及危害人類健康的問題。在其控制技術中，選擇性催化還原(SCＲ)技術因其脫硝效率高、技術成熟、無副產物生成，成為NOx減排的重點推薦技術。在電力行業中，SCR的一般布置方式為高灰段的布置，位於省煤器和空氣預熱器之間，高塵含量的煙氣很容易對催化劑造成磨損，造成催化劑活性降低，氮氧化物排放超標。在水泥行業中，粉塵濃度高，有的甚至高達140g/Nm³，且粉塵粒徑小、硬度大，也極易造成催化劑的磨損。此外部分工況由於受到反應器尺寸的限制，導致催化劑流速過快，極易造成催化劑的沖刷、磨損。為了更好適應複雜的工況，脫硝催化劑的高機械強度成為了衡量其綜合性能的重要指標之一。
2.技術創新
在SCR蜂窩式脫硝催化劑的生產過程中，傳統的方法是通過添加玻璃纖維來增加催化劑的機械強度。玻璃纖維的作用如混凝土中的鋼筋一般，主要承受應力，防止催化劑開裂與破損。玻璃纖維對脫硝催化劑的力學性能有很大影響。催化劑自身剛性小易受外力磨損，要獲得優異的催化劑必須向載體中加入增強材料。玻璃纖維作為一種性能優異的無機非金屬材料，具有耐熱、強度高等優點，是市場上應用最廣的一種增強材料。在催化劑中，玻璃纖維主要起「骨架」支撐作用。當有外力（如彎曲應力、衝擊應力）作用在催化劑上時，催化劑載體材料會把所受外力傳遞到每一根玻璃纖維束上，從而將外力分散，提高催化劑的性能。大量實驗表明隨著催化劑中玻璃纖維用量的增加，催化劑的耐磨強度出現先上升後下降的趨勢。即在一定範圍內，玻璃纖維的量越大，催化劑的機械強度越大。但是對薄壁催化劑，玻璃纖維量越大，催化劑泥料擠出成型越困難，所以現在市場上，薄壁催化劑的機械強度只能達到常規值的60%，因此雖然薄壁催化劑性價比要遠遠優於厚壁催化劑，但是由於其在使用過程中極易磨損，其應用範圍受到了很大限制，所以設計研發出一種能滿足薄壁生產的高強度催化劑有重大意義。
在傳統方法的基礎上，我司研發人員通過在超細晶形的鈦白粉中引入Si、Ba離子等特定的耐磨成分，煅燒過程中來實現晶格摻雜、晶格滲透，從而提高催化劑的耐磨強度。在原有的生產工藝中，我們使用10um～20um銳鈦礦型的TiO2粉末為載體，除加入活性物質、助催化劑、玻璃纖維、紙漿棉、脫模劑、粘結劑等輔料外，再加入1um～3um富含矽和鋇離子的特定物質，通過共混法生成均質泥料，然後通過陳腐、過濾預擠出、擠出、一次乾燥、二次乾燥、煅燒等工序形成單體。整體實驗過程分別以玻璃纖維用量、Si、Ba離子含量作為變量，通過正交試驗法來對催化劑強度進行驗證。通過長期實驗和大量數據表明，在減少玻璃纖維用量的基礎上，通過調控Si和Ba離子的含量，催化劑的強度和耐磨性能均達到了高玻璃纖維用量時的標準，且均在薄壁和高孔催化劑上得到了驗證，既保證了耐磨性能又增加了擠出的順暢度。
3.應用案例
我司與中國聯合工程有限公司合作的陝西興化130t/h流化床鍋爐煙氣超低排放改造項目，催化劑的耐磨性能得到了很好的應用。此工程採用SNCR+SCR脫硝工藝，以氨水為還原劑。SCR反應器布置在鍋爐上級省煤器和下級省煤器煙道之間，煙氣垂直流向催化劑。無SCR反應器煙氣旁路。每台爐設置一台反應器。反應器安裝飛灰吹掃裝置，採用聲波吹灰器。由於含塵量和反應器尺寸的限制，我司為其設計的18孔蜂窩式脫硝催化劑孔內流速達到9.1m/s。2018年7月份運行至今，目前催化劑性能穩定，且結構完整，無明顯磨損情況。此外，我司與湖南安普諾環保科技有限公司合作的中冶美麗雲熱電站鍋爐煙氣脫硝超低排放技改工程項目，為三台11萬煙氣量鍋爐，每台爐設置1台反應器，粉塵含量30g/Nm3,也因受到反應器尺寸限制，我司為其設計的18孔蜂窩式脫硝催化劑孔內流速最高達到11m/s，2018年8月份運行至今，目前排放均在協議範圍內，且催化劑外觀良好。