選擇性催化還原脫硝催化劑的研究進展

顧衛榮，周明吉，馬 薇，王玉麗

（億利資源集團有限公司，北京 100045）

進展與述評

選擇性催化還原脫硝催化劑的研究進展

顧衛榮，周明吉，馬 薇，王玉麗

（億利資源集團有限公司，北京 100045）

選擇性催化還原（SCR）是目前控制氮氧化物排放的主要技術，該技術具有選擇性好、脫硝效率高、不造成二次污染等優點。本文對SCR技術及其催化劑進行了綜述，重點介紹了釩鈦催化劑、貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑及沸石分子篩型催化劑的研究進展，并對國內外脫硝催化劑的工業化現狀及催化劑的影響因素進行了分析，最后指出我國脫硝催化劑的發展應以提高催化劑壽命、開發新型催化劑（以復合金屬氧化物催化劑和新型釩基催化劑為主）及新工藝為方向進行。

脫硝；選擇性催化還原；氮氧化物；催化劑; 工業化

當今世界，隨著大量燃料的燃燒、工業廢氣和汽車尾氣的排放，使大氣環境質量日趨惡化。在大氣污染物中，最主要的是燃煤引起的污染，燃煤氮氧化物（NOx）污染控制是目前我國大氣污染控制領域最緊迫的任務。2011年3月14日，全國人大審議通過了“十二五”規劃綱要，首次將氨氮和氮氧化物列入約束性指標體系，要求分別減少10%，氮氧化物已經成為我國下一階段污染減排的重點[1]。目前煙氣脫硝技術有濕法脫硝和干法脫硝之分，主要有氣相反應法、液體吸收法、吸附法、液膜法、微生物法等幾類。其中氣相反應法又分為3類：①電子束照射法和脈沖電暈等離子體法；②選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化性還原法和熾熱碳還原法（SNCR）；③低溫常壓等離子體分解法。目前脫硝效率最高、最為成熟的技術是選擇性催化還原（SCR）技術[2-3]。

本文對SCR技術及其催化劑進行了綜述，重點介紹了釩鈦催化劑、貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑及沸石分子篩型催化劑的研究進展，并對國內外脫硝催化劑的工業化現狀及催化劑的影響因素進行了分析，最后展望了我國脫硝催化劑的發展方向。

1 SCR技術介紹

SCR由美國Eegelhard公司開發，并于1959年申請了專利，而由日本率先在20世紀70年代對該方法實現了工業化[4]。SCR煙氣脫硝裝置采用選擇性催化還原煙氣脫硝工藝，在320～420 ℃和特定催化劑作用下，吹入NH3使NOx還原為N2和H2O，達到脫除NOx的目的。

1.1 SCR 脫硝機理

SCR脫硝機理是利用還原劑（NH3、尿素等）在催化劑作用下，選擇性的與NOx反應生成N2和H2O。其反應方程式如下：

1.2 SCR 脫硝反應動力學模擬

SCR脫硝技術如采用傳統的建立試驗臺進行試驗，其工作量大、周期長、費用高、得到的數據有限，難以滿足大型工程的需要[5]。計算流體力學（CFD）是基于數學方法建立單相或多相流動基本控制方程，利用數值方法對其進行求解的一門科學。CFD軟件的引入除了傳統的應用（計算流場、溫度分布、氨分布等）外，還能夠解決氨液滴蒸發以及灰粉顆粒分布等復雜問題。目前許多國家和公司致力于此項技術的研究，如丹麥的Force Technology、Flow Vision及美國的Airflow Sciences Corporation等、Adams B等[6]通過使用CFD軟件對燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝系統進行了三維模擬，預測了NOx的還原以及SCR系統內流體的流動特性，優化了SCR煙氣脫硝系統。Yoshiro Inatsune等[7]對我國寧海電廠4號爐SCR煙氣脫硝系統進行了模擬，結果發現，CFD模擬能夠滿足脫硝率和逃逸率的設計要求，且與冷態模型結果吻合情況較好。林鋼等[8]采用CFD對與煙氣速度矢量方向控制密切相關的整流格柵結構進行了優化設計，結果發現，優化后的整流格柵，可以減小煙氣速度矢量方向以及煙氣飛灰中顆粒物的運動方向與豎直流通方向的夾角，可以減小煙氣與飛灰顆粒物對催化劑層的沖蝕和堵塞作用，保持催化劑的活性和防止飛灰中的重金屬粘附催化劑壁面導致催化劑層中毒。劉燕燕[9]將CFD引入到SCR系統的設計中，利用計算機的運算功能對SCR系統煙道內的流動情況進行模擬。結果發現，通過模擬使煙氣和氨的分布均勻，并使進出口的壓差變小，完善了SCR系統設計。CFD彌補和克服了傳統方法的缺陷，縮短研發周期，還可獲取大量局部、瞬時數據，有助于設計更為合理的煙氣脫硝系統，是SCR脫硝技術的發展重點。

2 SCR脫硝催化劑的研究進展

催化劑是煙氣脫硝的核心產品，其質量優劣決定了煙氣脫硝效率的高低，在SCR脫硝技術中，催化劑至關重要，大部分脫硝過程中的費用也都來自催化劑的老化和還原劑的消耗。脫硝催化劑的投資通常占整個脫硝投資的40%～60%，而“十二五”期間煙氣脫硝將給脫硝催化劑帶來近200多億元的新市場[10]，目前國內生產催化劑用的鈦白粉制作技術被國外少數公司壟斷，因此，研發具有自主知識產權的 SCR脫硝催化劑對我國煙氣脫硝發展有重大意義。目前，常用催化劑包括釩鈦催化劑、貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑及沸石分子篩型催化劑。

2.1 釩鈦催化劑

釩鈦類催化劑在電廠脫硝中應用較多。該類催化劑主要有：V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2和V2O5-WO3-MoO3/TiO2等。將釩類催化劑負載在銳鈦礦TiO2載體上，載體主要是為催化劑提供與反應物更大的接觸面積。V2O5是催化劑中最主要活性成分和必備組分，為主催化劑，其價態、晶粒度及分布情況對催化劑的活性均有一定的影響。Phil[11]對SCR脫硝技術中V2O5/TiO2催化劑的作用機理研究表明：V2O5/TiO2催化劑中晶格氧既可以由V2O5提供，也可以由TiO2提供，當V2O5中的晶格氧消耗完時，TiO2會將自身的晶格氧轉移給V2O5以保證SCR反應的繼續進行，進而在釩和鈦之間形成氧的橋梁。WO3和MoO3為催化劑中加入的少量物質，稱作助催化劑，這種物質本身沒有活性或活性很小，但卻能顯著地改善催化劑的活性、選擇性和熱穩定性[12]。20世紀末，Najbar等[13]提出添加WO3到V2O5/TiO2催化劑可以增加催化劑的活性和熱穩定性；Reddy等[14]提出添加WO3和MoO3助劑到釩鈦催化劑。目前 V2O5/TiO2和 V2O5-WO3/TiO2已經相繼實現商業化，由于V2O5-WO3/TiO2比 V2O5/TiO2更具活性和抗氧化，抗水中毒性，已經逐漸取代V2O5/TiO2。閆志勇等[15]通過浸漬法制備了V2O5-WO3/TiO2催化劑，考察催化劑在 SCR反應中的脫硝性能，結果發現，WO3的引入拓寬了催化劑的反應窗口，隨著WO3含量增加，脫硝率略有上升，特別是在高溫階段。當WO3含量為8%時，催化劑具有最佳效果，在250～400 ℃范圍內，NO脫除率都能達到95%以上，450 ℃時，脫硝率仍能達到 89.19%。Isabella等[16]利用V2O5-WO3/TiO2催化劑研究了NOx在SCR上的快速反應機理，發現在NOx還原過程中，首先是生成了亞硝酸鹽，而NO的增加則有利于這種鹽的生成，促進脫硝作用，最后才被還原為N2。目前此類催化劑國內很多高校和科研院所正在積極研發，但SCR設計方案及催化劑仍然由國外大公司提供和掌控，如美國的康美泰克（Cormetech）、德國的巴斯夫、KWH、奧地利的Austrian Energy Environment等。因此，研發具有高效的釩鈦類催化劑對我國煙氣脫硝發展有重大的經濟意義。

2.2 貴金屬催化劑

貴金屬催化劑是研究較早的一類SCR催化劑。貴金屬如Pt、Pd、Rh和Ag等以離子的形式與沸石中的Na、K、Ca等陽離子通過離子交換的方式負載到沸石上。此類催化劑在20世紀70年代作為排放控制類的催化劑發展起來，主要應用于汽車尾氣凈化器中。Yoon等[17]考察了焙燒溫度與Ag/Al2O3脫硝性能的關系，結果發現，當反應溫度低于300 ℃時，焙燒溫度及Ag負載量越高，催化劑脫硝性能越好。當反應溫度高于400 ℃時，Ag負載量越高催化劑脫硝性能越差。Masahide Shimokawabe等[18]研究了各種以A l2O3為載體的貴金屬催化劑的催化效果，結果發現，Ag的催化活性大于Pt、Pd、Rh的催化活性；當反應溫度在200～300 ℃，Ag/A l2O3含量為1%同時添加0.2%的Ba時，催化效果最好。Sung Su Kim等[19]以α-A l2O3和γ-Al2O3為載體添加Pt作為催化劑，結果發現，Pt/α-Al2O3催化活性較低，但其選擇吸收性較高，而 Pt/γ-Al2O3催化活性較高，但其選擇吸收性較低，通過復合α-Al2O3、γ-Al2O3載體，發現復合載體的催化劑在催化活性和選擇吸收性均表現出優異的效果。Phuc等[20]以Pt/BaO/A l2O3為催化劑，研究Fe和Mn的加入對催化活性的影響，結果發現，Fe的加入導致催化劑的嚴重失活，分析原因可能是Fe與Ba的反應所致，而Mn在200～300 ℃加入時導致催化劑失活，但當反應溫度為400 ℃時，可以促進NOx的吸收。貴金屬催化劑具有較高的低溫催化活性，但活性窗口較窄且成本高，不適合大規模固定源的NOx治理。因此，后來逐漸被金屬氧化物催化劑所取代，目前只應用于低溫條件下和汽車尾氣中的NOx脫除。目前國際上生產尾氣凈化器的廠商主要有：德國的巴斯夫（通過兼并美國的安格）、美國的德爾福（與上海公司合資年產90萬套三元催化轉換器、120萬套三元催化劑芯體）、日本的電裝株式會社、比利時的優美科、英國的莊信萬豐、日本NGK絕緣材料公司等。國內主要生產商為：無錫威孚立達（我國汽車尾氣催化凈化裝置規模最大的供應商）、重慶海特（年產30萬套汽車尾氣凈化消聲器和年產350萬平方米的陶瓷生產線各一條）、貴研鉑業等。上述國際公司的產品產量占整個市場的95%左右，而且在我國都建立了合資或獨資企業，而國內汽車廠所使用的催化劑中 80%左右都從這些廠家采購，因此國內貴金屬催化劑具有很大的發展空間。

2.3 金屬氧化物催化劑

金屬氧化物催化劑主要包括V2O5、WO3、CuO、Fe2O3、MnOx、CrOx、NiO及MoO3等金屬氧化物或其混合物，通常以 TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2及活性炭等作為載體。日本學者村上等[21]對眾多金屬氧化物進行研究后，對其活性及抗水毒化性進行了排序，結果發現：活性順序為 V2O5≈Fe2O3≈CuO＞Cr2O3＞MnO2＞MoO3≈WO3；抗水毒化性順序為Fe2O3＞V2O5＞Cr2O3＞MnO2＞WO3＞MoO3＞CuO。任曉光等[22]采用納米級TiO2作為載體，負載不同質量比的NiO和Cr2O3，考察了不同負載比例的催化劑對 NO反應活性劑選擇性的影響，結果發現，NiO-Cr2O3/TiO2系列催化劑具有較好的催化活性，NO的轉化率都達到了 100%。其中，8%NiO-4%Cr2O3/TiO2樣品具有最好的低溫活性。趙海等[23]采用共沉淀法制備了鐵錳鈰復合金屬氧化物催化劑，研究了不同溫度下催化劑的催化活性，結果表明，在 250～450 ℃的溫度范圍內，以鐵錳鈰氧化物為主體的催化劑具有較高的SCR催化活性，且性能穩定，脫硝效率可達到90%以上。Wang等[24]采用共沉淀和煅燒法制備了銅鎂鋁復合氧化物催化劑，利用將銅加入到鎂鋁水滑石中對該催化劑催化活性有積極的影響，此催化劑在 260 ℃時效果最好。Li等[25]采用共沉淀法和浸漬法制備了鉀錳鎂鋁復合氧化物催化劑，結果發現，適當引入K可有效的提高催化活性，而K主要通過K2Mn4O8引入，引入量為7.5%時催化效果最佳。從上述研究可以看出目前金屬氧化物催化劑逐漸偏向復合金屬氧化物催化劑發展，催化劑的功能性也越來越全面，催化活性通過復合得以提高，低溫活性得以提高，因此復合金屬氧化物催化劑將是 SCR脫硝催化劑未來發展的主要方向。

2.4 沸石分子篩型催化劑

近年來，以分子篩為載體的催化劑逐漸被應用于SCR脫硝技術中。分子篩用做催化劑是基于其特殊的微孔結構，其類型、熱處理條件、硅鋁比、交換的離子種類、交換度等都會影響其活性。目前常用的分子篩主要有ZSM-5、Y和β型，其中ZSM-5分子篩最為廣泛。張澤凱等[26]選擇孔徑較大的β分子篩為載體，以硝酸鐵、氯化鐵和二茂鐵等為前體，采用液相浸漬法制備了 Fe/β催化劑，并用于NH3-SCR反應。結果表明，以二茂鐵為前體制得催化劑的活性明顯優于硝酸鐵和氯化鐵前體，在60000 h－1空速條件下、150 ℃時NOx轉化率即可達到50%，260 ℃可實現完全轉化。胡艷妮等[27]采用USY分子篩為載體利用浸漬法負載 10%的醋酸錳并在500 ℃下焙燒制得的Mn/USY催化劑。結果表明，此催化劑在80～320 ℃范圍內具有較高的催化活性；Fe、Ce的添加能提高Mn/USY催化劑的脫硝性能，且添加量不同，NO去除率不同，其中10%Mn-15%Ce/USY的脫硝性能最好。Choong-Kil Seo 等[28]以 ZSM-5 分子篩為載體制備Cu-ZSM-5-ZrO2催化劑，研究ZrO2的加入對催化性能的影響，結果發現，當 ZrO2的加入量為 10%～20%，Cu-ZSM-5-ZrO2催化劑用量為2%時，反應溫度為200～300 ℃時脫硝效果最佳。Shi等[29]采用液體離子交換、等體積浸漬和固相離子交換制備了一系列 Fe-ZSM-5催化劑，并將其用于NH3選擇性催化還原NOx（NH3-SCR）反應。結果表明，Fe-ZSM-5催化劑表面Fe物種可分為孤立Fe3+物種、低聚Fe氧化物團簇和Fe2O3，各催化劑上NH3-SCR反應活性不同的根本原因是其表面Fe物種分布不同。分子篩催化劑以其自身的特殊優點已引起廣泛的關注，并將在未來SCR脫硝技術中得到廣泛的應用發展。

結合各類催化劑反應條件、脫硝率及特點，各類催化劑比較見表1不同SCR脫硝催化劑比較[30]。

3 SCR催化劑工業化現狀

表1 不同SCR脫硝催化劑比較

“十二五”期間，我國火電廠脫硝市場容量約為1300億元，年均市場容量約為260億元。其中SCR催化劑的年均市場容量40～60億元，2015年后的年均市場容量約為50億元。伴隨著我國火電廠“脫硝”改造，未來對脫硝催化劑的需求量會出現快速增長。2010年度，我國脫硝催化劑的市場規模約為4萬立方米，到2015年度，我國脫硝催化劑的市場規模將增長到15萬立方米，同比增長275%[31]。目前，我國的脫硝催化劑生產技術和原材料還依賴國外，催化劑價格十分昂貴，導致國內及集團公司所屬燃煤電廠整體脫硝成本非常高，限制了煙氣脫硝工作的發展。

3.1 國際SCR催化劑工業化現狀

從20世紀70年代，SCR技術工業化以來，SCR脫硝催化劑就被日本、美國、德國等主要發達國家所壟斷，表2為2011年國際主要SCR脫硝催化劑生產商及產能表[32]。

表2 國際主要催化劑生產廠商

日本的巴布科克日立（BHK），于1960年依靠自身技術開發了TiO2催化劑，并于1970年開始投入商業化運作，是世界上唯一一家同時擁有鍋爐生產技術、催化劑生產技術、SCR系統設計技術以及CFD計算和流場模型建造技術的大型生產企業。擁有世界上最大的催化劑生產車間。SCR脫硝裝置2010年度的全球市場份額為26%，位居世界第一。2000年進入中國市場，在福建建立華陽后石電廠（600 MW ×6），目前已有30多處發電廠的60余套發電機組（合計機組容量將近約4000萬千瓦）。根據我國“十二五”規劃，日立計劃投資10億元，希望到2015年度在我國脫硝催化劑的市場份額達到30%。日立平板式催化劑特點：高效率及長壽命、抗腐蝕性能高、抗飛灰堵塞、煙氣壓損低、通過多層催化劑模塊的疊放SCR反應器結構緊湊、催化劑自主生產且供應穩定。日本的日揮觸媒化成株式會社（CCIC），是一家專業生產工業催化劑的公司，是最早工業化生產脫硝催化劑的公司，同時也是脫硝催化劑最大的技術輸出方，目前該公司的脫硝催化劑技術占世界60%。其特點是技術成熟，積累了30年的應用經驗；作為世界上最早的脫硝催化劑研發、生產公司，始終不斷的開發更新催化劑產品；脫硝效率高，設計體積小；耐磨損、抗中毒、催化劑壽命長；適用溫度范圍廣。美國的Cormetech公司是由業界公認的領先者，是由康寧公司和三菱重工（MHI）共同創建的合資公司，它是基于二氧化鈦的陶瓷蜂窩狀催化劑領先制造商，目前已有800多套SCR系統安裝了Cormetech技術公司SCR催化劑，機組總容量超過100000MW。陶瓷蜂窩催化劑的特點：高脫硝活性、高開孔率和高反應面積、低二氧化硫轉換率和氨逃逸率、高機械性能和熱性能、高抗中毒性等。德國的KWH公司是德國最大的蜂窩式催化劑供應商之一，催化劑技術世界領先，目前在歐洲市場占主導地位，具有20年以上生產SCR催化劑的經驗，是一家集設計、制造、試驗、安裝和專利技術為一體的公司，目前已生產催化劑30000 m3，牌號主要有ZERONOX?和ZERONOX?D。丹麥的托普索（Topsoe）創立于1940年，是全球領先的多相催化劑供應商和技術供應商。1985年進入中國市場，目前僅在北京，已經有超過2000輛北京公交車的引擎上安裝了托普索的催化劑。其SCR脫硝催化劑的牌號有DNX-HD、DNX-MD、DNX-ND、DNX-LD等，主要成分為V2O5-WO3/TiO2。其催化劑具有高達99%的氮氧化物脫除率，最低的氨損失；與一般SCR催化劑相比，活性增加20%以上；可用于高粉塵作業；低SO2氧化活性；低壓降；低安裝成本等特點。

3.2 我國SCR催化劑工業化現狀

目前我國脫硝催化技術主要依靠進口，合作的范圍主要包含：①SCR系統成套技術、關鍵工藝和關鍵設備；②針對舊機組改造的低NOx技術；③針對新建機組的非煙煤煤種的低NOx技術；④引進催化劑的生產技術、工藝；⑤更先進的新的脫硝技術。隨著技術引進、消化吸收及產業化的發展，國內已經有7～8家具備一定產能的脫硝催化劑生產廠家，表3為2011年我國主要SCR脫硝催化劑生產商及產能表[30]。

成都東方凱特瑞環保催化劑有限責任公司是目前國內最大、世界第二大，集研究、設計、制造、檢驗、服務脫硝催化劑為一體的高新技術企業，于2006年9月投產，引用德國KWH技術生產的蜂窩式催化劑質量、性能達到國際先進水平。其產品具有脫除率高，SO2/SO3耐腐蝕、抗沖擊能力強，不易阻塞，再生比例高、使用壽命長等優點。中電投遠大環保工程有限公司是國內已投運規模最大的煙氣二氧化碳捕集裝置、亞洲產能最大的脫硝催化劑制造廠。引進意大利TKC公司的SCR脫硝技術和美國Cormetech催化劑生產技術，開發出適合中國的脫硝催化劑，其產品主要是高活性蜂窩式催化劑，具有高開孔率、高比表面積和高活性；在同條件下，體積小、壓降低；在同體積下，氨逃逸率和二氧化硫轉化率低；適應高鈣、高砷煤質、高灰煤質。產品規格為16～22孔催化劑，特別是18孔產品，開孔率高，內徑大，特別適合高灰工況。北京國電龍源環保工程有限公司成立于1993年，是國內環保領域在大型燃煤鍋爐脫硫、脫硝的龍頭企業。截至2010年底，龍源環保在建脫硫、脫硝項目44個，總容量為5991.2萬千瓦，其中脫硝2128萬千瓦；投運脫硝項目裝機容量884.5萬千瓦；累計在建、投運脫硫裝機總容量已突破 1億千瓦，達到了1.2088億千瓦。引進日本觸媒化成催化劑生產技術，產品主要是蜂窩式催化劑，規格從15孔到45孔，具有活性高、脫硝效率高；二氧化硫氧化率低；氨的逃逸率低；抗中毒、抗磨損能力強；高度穩定性和耐用性；體積小，比表面積大，經濟型好等特點。中天環保催化劑有限公司是由北京中天海創科技有限公司和香港巴斯夫環保催化劑有限公司共同投資建立，專業從事于煙氣脫硝催化劑的設計、制造、檢測的中外合資公司，2009年建成1條生產線，年產3500 m3蜂窩式催化劑，調試成功并投產，第2條生產線于2010年底建成，產能達到8000 m3。青島華拓科技股份有限公司成立于2004年5月，引進SK能源株式會社的SCR脫硝催化劑生產技術，并建成產能為3000 m3SCR蜂窩式脫硝催化劑生產線，產品成分為V2O5-WO3/TiO2，具有脫硝效率高，SO2/SO3轉換率小于1%等特點。

表3 我國主要催化劑生產廠商

3.3 催化劑及原材料的價格

表4為億利資源集團有限公司2010年調查國內外生產商的不同類型催化劑得出的報價。

板式催化劑的單價比蜂窩式催化劑低，但由于蜂窩式催化劑比表面積高，蜂窩式催化劑用量較小，從脫硝裝置中催化劑總價來看，二者價格相差不多。催化劑國產后價格大幅度下降，蜂窩式催化劑每立方價格從進口的超過 5萬元人民幣降到了不到4萬元人民幣。部分催化劑廠商的報價如表4。目前生產蜂窩式催化劑的原材料納米級鈦白粉主要靠進口，價格較貴，大多維持在每噸40000元人民幣左右。

表4 催化劑價格

3.4 我國脫硝催化劑市場需求預測

目前我國已有一部分電廠機組安裝了脫硝裝置，而且脫硝技術也相當成熟，因此，當我國強制脫硝政策發布之后，可能不會像國外有一個“滯后期”。我國于2011年7月發布《火電廠大氣污染物排放標準》通過200 mg/m3的氮氧化物排放新標準[33]。可以預計 2011年后（即“十二五”開始）將迎來 SCR煙氣脫硝裝置的建設高峰，具體見表5[34]所示。

從容量分析，在 2012年，由于新建機組和老機組改造造成脫硝催化劑需求量驟增，造成爆發式的增長，年需求量達到66640 m3。隨著時間的推移，由于催化劑的添加和更換，催化劑的需求量還會有進一步的增長，在2018年到達峰值，達到113000 m3左右，之后隨著老機組的改造完成，新建機組不斷減少，初裝催化劑量驟減，造成催化劑需求量大幅下降，從2021年后穩定在每年34520～59120 m3。而我國目前主要生產商的催化劑產能53000 m3，相對于市場需求仍有較大缺口，因此隨著我國經濟的快速發展，我國脫硝催化劑發展仍有較大空間。

表5 未來十五年我國脫硝催化劑市場需求預測

4 影響 SCR催化劑活性的因素及解決方法

造成SCR催化劑失活的原因有很多，既有運行工況的影響，也有煙氣中各種有毒有害化學成分的作用。目前對催化劑失活的機理研究主要有以下幾個方面。①催化劑的燒結。燒結導致的催化劑活性降低，是不能通過催化劑再生的方式恢復的，一般在煙氣溫度高于400 ℃時，燒結就開始發生。解決方法：適當提高催化劑中WO3的含量，可以提高催化劑的熱穩定性，從而提高其抗燒結能力，降低鍋爐負荷，從而降低鍋爐溫度，可直接提高抗燒結能力。②砷、鈣、磷、堿金屬中毒。煤煙氣中含有砷、鈣、磷、堿金屬等，隨著催化反應的進行會逐漸聚積，從而引起催化劑孔道的堵塞，使催化劑失活。

解決方法：采用物理化學方法減少煤煙氣中砷、鈣、磷、堿金屬的含量，同時還可以通過改變催化劑的物理化學特性達到減小中毒的效果。③水的毒化。水在煙氣中以氣體的形式出現，水蒸氣在催化劑表面的凝結，可加劇堿金屬可溶性鹽對催化劑的毒化，同時水蒸氣會汽化膨脹，從而損害催化劑細微結構，導致催化劑的破裂。選擇催化還原催化劑中毒是煙氣脫硝過程中的關鍵問題，而中毒的原因是復雜并且各不相同。因此，根據鍋爐特性、燃料特性以及飛灰成分對SCR脫硝系統進行優化設計，制定恰當的防止催化劑失活的措施，對延長催化劑壽命、降低能耗和生產費用具有重要意義。

5 SCR催化劑發展趨勢

隨著“十二五”規劃首次將氨氮和氮氧化物列入約束性指標體系，大量設備將采用各種低氮氧化物燃燒技術和氮氧化物排放控制技術，從而對SCR技術和脫硝催化劑都提出了更多的要求。針對當前現狀，我國SCR脫硝催化劑存在以下發展方向：①加強理論研究，研究具有自主知識產權的SCR脫硝催化劑，并對SCR脫硝技術進行改進，使其符合我國的現狀；②提高催化劑壽命，目前SCR脫硝催化劑的使用壽命為3～5年，造成其運行成本和維護成本較高，因此提高催化劑的使用壽命對減小成本有重要意義；③加速復合金屬氧化物催化劑的工業化，目前工業上依然以釩鈦類催化劑為主，但復合金屬氧化物催化劑的優越性顯而易見，因此必須加快其工業化進程，從而實現SCR催化劑質的飛躍；④釩類催化劑自身的毒性問題可能使其應用在將來受到法律法規的限制，新型非釩基催化劑可能成為新的研究熱點；⑤加快煙氣脫硝示范工程的建設，廣泛開展國際合作，在引進消化國外煙氣脫硝技術的基礎上，盡快實現煙氣脫硝國產化，降低煙氣脫硝的投資與運行費用。

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Research progress on selective catalytic reduction De-NOxcatalysts

GU Weirong，ZHOU Mingji，MA Wei，WANG Yuli
（Elion Resources Group，Beijing 100045，China）

Selective catalytic reduction (SCR) has been the mainstream technology to control em issions of NOx. This tecnology has numbers of advantages，such as extrodinary selectivity， high denitration and no secondary pollution. In this paper，the research progress of SCR and the catalysts was presented. The vanadium-titanium catalysts，noble metal catalysts，metal oxide catalysts and zeolite molecular were focused. The situation of the industrialization of the De-NOxcatalyst and the main factors of catalysts was analyzed. Finally the development of De-NOxcatalyst should be to improve the catalyst life，product the new catalysts (especially the mixed metal oxide catalysts and the new vanadium t-based catalysts) and new technology direction.

flue gas denitration; selective catalytic reduction (SCR); NOx; catalyst; industrialization

X 701

A

1000–6613（2012）07–1493–08

2012-04-30；修改稿日期：2012-05-21。

及聯系人：顧衛榮（1969—），男，工程師，技術中心副總監，研究方向為能源化工、新材料。E-mail guweirong5258@163.com。