2015年中国脱硝催化剂行业市场现状分析及展望

  一、脱硝催化剂原材料市场分析

  产业信息网发布的《2015-2020年中国SCR脱硝催化剂行业深度调研与未来发展趋势报告》显示，目前 SCR 脱硝催化剂的生产能力，是指将钛钨粉、硅粉、粘土等原材料，经过混炼、陈腐、过滤、挤出、干燥、煅烧、切割、包装等一系列工序，生产制造成为全新的 SCR 催化剂的生产能力。而随着 3-5 年后脱硝催化装置失去活性，需要对其进行再生或回收。由于彻底失去活性的废旧脱硝催化装置属于危险固废，需要对其进行回收并作无害化处理，行业存在回收处理废旧脱硝催化装置的延伸需求。

  由于再生和回收需求属于目前所有安装了脱硝催化装置的火电机组及工业炉窑未来的刚性需求，且随着 2015 年后更换需求的增加，废旧脱硝催化剂的再生和回收市场将快速增长。

  二、脱硝催化剂产品分类

  催化剂是SCR脱硝系统中的核心，在性能上，催化剂也是脱硝项目成败的关键，其成分组成、结构、寿命及相关参数直接影响SCR系统的脱硝效率及运行状况。在相同条件下，反应器中催化溶剂体积越大。NOx的脱除率越高，同时氨的逸出量也越少；在经济上，催化剂的初投资成本约占项目投资的20%~60%。催化剂的寿命决定着SCR系统的运行成本。因此，SCR的系统设计和催化剂的设计是密不可分的，SCR催化剂的设计是SCR脱硝技术中很关键的因素。

  1、按原材料分

  催化剂按原材料来分，目前应用于烟气SCR工程中的催化剂大致有贵金属型、金属氧化物型和离子交换的沸石分子筛型三种类型。

  贵金属类催化剂：主要是Pt-Rh和Pd等贵金属类催化剂，通常以氧化铝等整体式陶瓷作为载体。早期设计安装的SCR系统中多采用这类催化剂，其对SCR反应有较高的活性且反应温度较低，但是缺点是对NH3有一定的氧化作用。

  金属氧化物类催化剂：广泛应用的SCR催化剂大多是以TiO₂为载体，以V₂O₅或V₂O₅-WO₃、V₂O₅-MoO₃为活性成分；其次是氧化铁基催化剂，以Fe₂O₃为基础，添加CrO%、A1₂O₃、ZrO₂、SiO₂及微量的MnOx、CaO等组成，这种催化剂活性较氧化铁基催化剂活性要低40%。通常催化剂载体主要作用是提供具有大的比表面积的做孔结构，在SCR反应中所具有的活性极小。

  当采用此类催化剂时，通常以氨或尿素作为还原剂。反应机理通常是氨吸附在催化剂的表面，而NOx的吸附作用很小，在这一类催化剂中，以具有锐钛矿结构的TiO₂做载体，作为主要活性成分的催化剂在工程中应用最为广泛，其技术发展也最为成熟，其活性温度区间为260~410℃。在这类催化剂中通常还加入WO₃或MoO₃。其主要作用是增加催化剂的活性和增加热稳定性，防止锐钛矿的烧结和比表面积的丧失。另外WO₃和MoO₃的加入能与SO₃竞争TiO₂表面的碱性位，并代替它，从而限制其硫酸盐化。在催化剂的制备过程中还加入玻璃丝、玻璃粉、硅胶等以增加强度、减少开裂，并加聚乙烯、淀粉、石蜡等有机化合物作为成型黏结剂。

  沸石分子筛类催化剂：主要是采用离子交换方法制成的金属离子交换沸石。通常采用碳氢化合物作为还原剂。所采用的沸石类型主要包括y-沸石、ZSM系列、MFI、MOR等，特别是Cu-ZSM-5，国外学者对其研究较多。这一类催化剂的特点是具有活性的温度区间较高，最高可以达到600℃。同时，这类催化剂也是目前国外学者研究的重点，但是工业应用方面还不多。

  2、按结构分类

  按结构来分，催化剂分为平板式、波纹板式和蜂窝式。

  平极式催化剂：非均质催化剂，以玻璃纤维和Ti02为载体，涂敷V₂O₅和WO₃等活性物质，其表面遭到灰分等的破坏磨损后，就不能维持原有的催化性能，催化剂再生几乎不可能。

  波纹板式催化剂：非均质催化剂，以柔软纤维为载体，涂敷V₂O₅和WO₃等活性物质，催化剂表面遭到灰分等的破坏磨损后，也不能维持原有的催化性能，催化剂再生不可能。

  蜂窝式催化剂：属于均质催化剂，以TiO₂、V₂O₅、WO₃为主要成分，催化剂本体全部是催化剂材料。因此其表面遭到灰分等的破坏磨损后，仍然能维持原有的催化性能，催化剂可以再生。

  其中蜂窝式催化剂由于其具有强耐久性、高耐腐性、高可靠性、高反复利用率、低压降等特性，得到广泛应用；从目前已投入运行的SCR看，70%采用蜂窝式催化剂，新建机组采用蜂窝的比例也基本相当。

  3、按载体材料分类

  按载体材料来分，催化剂分为金属载体催化剂和陶瓷载体催化剂。陶瓷载体催化剂耐久性强，密度轻，是采用最多的催化剂载体材料。此外，陶资载体的主要成分为董青石，高岭土中蕴藏着丰富的董青石原料，在我国有丰富的资源，价格相对较低。

  4、工作温度分类

  在工程应用中，根据所使用催化剂的催化反应温度，SCR工艺分成高温、中温和低温。一般高温大于400℃，中温为300~400℃，低温小于300℃。根据选择的催化剂种类，反应温度可以选择在280~420℃之间，甚至可以低到80~150℃。前者就是目前应用的常规SCR技术，后者则为目前正在研究的低温SCR技术。低温型催化剂已用于燃油、燃气电厂，韩国进行了燃煤电厂的工业应用试验。

  此外，按用途分类，催化剂分为燃煤型和燃油、燃气型。对于蜂窝式催化剂来说，燃煤和燃油、燃气型催化剂的主要区别是蜂窝内孔尺寸，一般燃煤大于5mm，燃油、燃气小于4mm。例如燃煤电站SCR的烟气量较大，污染物NOx的浓度较低，烟气成分也比较复杂，而且气量、烟气流速、温度等在运行过程中经常发生变化；因此，为了保证系统安全、稳定、连续的运行，一般要求SCR催化剂至少应满足以下几个条件：

  1）在适用的温度范围内，具有较高的活性。因为只有高活性，才能保证在高效反应温度范围内，有效地去除低浓度的NO。

  2）具有较高的选择性。由于锅炉烟气成分复杂，具有较高的选择性，才能避免或降低其他不利的影响，如避免SO₂向SO₃的转换等。

  3）具有较高的抗化学性能。烟气通常含有粉尘、重金属、SO₂、HCl、Na₂O、K₂O、As等易使催化剂中毒的物质，因此要求催化剂具有较强的抗毒能力，化学稳定性越高，寿命越长。

  4）在较大的温度波动下，有较好的热稳定性。由于烟气的温度变化较大，为了保证系统的适用性，要求催化剂能有比较宽的温度范围。

  5）机械稳定性好，耐冲刷磨损。

  6）压力损失低，使用寿命长。

  三、催化剂供需结构分析

  根据我国脱硝催化剂上报企业公布的产能数据来看，目前我国火电脱硝催化剂生产厂家中，蜂窝式催化剂产能占比为50.8%；平板式催化剂产能占比为49.2%。

  四、催化剂市场容量预测

  2015 年之后，除旧机组脱硝改造需求和新建机组脱硝装置安装外，由于催化剂 3-5 年左右需要更换，2012 年以来安装了烟气脱硝装置的机组将逐步进入脱硝催化剂的更换期，这将持续增加脱硝催化剂的市场需求。

  从长期市场容量来看，脱硝催化剂使用周期约为 16,000-24,000 小时，按照火电年运营小时数 5,000 计算，催化剂 3-5 年左右需要更换。如果火电烧的煤炭质量较差，催化剂的更换频率将更快。在 2015 年之前，主要市场需求来自新增需求（包括旧机组脱硝改造和新建机组脱硝装置安装），而 2015 年之后，随着大部分央企电厂的存量机组实现脱硝运营，催化剂的需求将主要来新增需求和更换需求（为已安装的脱硝装置更换催化剂）。