淺析脫硝催化劑的專利技術與國家標準

李征 王浩

關鍵詞：脫銷催化劑，釩鈦系脫銷催化劑，稀土基脫銷催化劑，專利，國家標準

0 引言

黨的二十大報告明確提出，中國式現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)代化，要推動綠色發(fā)展，促進人與自然和諧共生。而大氣污染治理將是推進美麗中國建設的重點任務。大氣污染物中的氮氧化物（NOx）不僅直接危害人類和動植物的健康，而且在大氣中易形成酸雨及光化學煙霧，破壞臭氧層造成溫室效應，給自然環(huán)境和人類健康帶來的危害較為嚴重。因此，煙氣NOx的治理日益受到世界各國的廣泛重視。目前針對NOx的控制技術主要有兩類：一是燃燒過程控制技術，它是通過改進燃燒方式和生產工藝來減少NOx的生成量；二是燃燒后控制技術，即煙氣脫硝（De-NOx）技術，它是將煙氣中已生成的NOx固定下來，通過選擇性催化還原（selective catalytic reduction，SCR）技術還原為N2。SCR技術具有高效性、高選擇性和經濟性等特點，也一直是煙氣脫硝領域的研究熱點。

對于SCR工藝，其核心技術是脫硝催化劑，催化劑性能直接影響SCR系統(tǒng)的整體脫硝效果。以V2O5為主要活性組分的釩鈦系脫硝催化劑是當前國內外SCR工藝的主流催化劑，它通常以TiO2、ZrO2、SiO2或碳基材料等為載體[1]。

但是釩鈦系脫硝催化劑使用的主要活性成分五氧化二釩（V2O5）是一種高毒物質，對人體的呼吸系統(tǒng)和皮膚會產生嚴重損害。2014年環(huán)境保護部也明確規(guī)定廢煙氣脫硝催化劑（釩鈦系）具有浸出毒性等危險特性，將其歸類為《國家危險廢物名錄》中“HW49其他廢物”，對脫硝催化劑的使用管理提出了更加嚴格的要求[2]。因此對于廢舊的釩鈦系脫硝催化劑，二次污染的可能性非常大。稀土元素具有獨特的4f 電子軌道，表現(xiàn)出優(yōu)異的儲釋氧性能，在催化反應中可發(fā)揮重要作用，是當前新型脫硝催化劑的重要研究對象。《國家鼓勵的有毒有害原料（產品）替代品目錄（2016年版）》鼓勵研發(fā)稀土元素脫硝催化劑替代現(xiàn)有釩鈦系脫硝催化劑，以用于電廠、窯爐等工業(yè)脫硝。2017年，我國發(fā)布了《稀土型選擇性催化還原（S CR）脫硝催化劑（GB/ T34700-2017）》國家標準，對稀土型脫硝催化劑限定了相關技術指標和要求。2023年，“稀土新材料”依然入選國家重點研發(fā)計劃的重點專項。研制新型稀土基脫硝催化劑已經成為脫硝催化劑領域的研究熱點和迫切需求。筆者對近年來釩鈦系脫硝催化劑和稀土基脫硝催化劑在專利技術和國家標準方面的情況進行梳理和分析，從而為脫硝催化劑領域的研究提供參考。

1 脫硝催化劑的專利技術分析

1.1 釩鈦系脫硝催化劑

用“釩”“鈦”“脫硝”“催化劑”等關鍵詞在中國專利全文庫和國外專利中文翻譯全文庫中進行檢索，得到相關專利6846篇，其中中國申請4195篇，國外申請為2651篇，中國、日本和美國的申請占據了整個申請量的75%以上，申請人國別分布情況如圖1所示，申請量年度分布圖如圖2所示。

可見，雖然在上個世紀，國外壟斷了釩鈦系脫硝催化劑的核心技術，但是經過國內研究人員多年的努力，國內的技術發(fā)展迅速，已經日趨成熟并趨于穩(wěn)定。從2009年至2020年，申請量處于穩(wěn)定增長期，全球受到疫情的影響，近幾年的申請量有所減少尚在情理之中。

對這些專利的主要分類號進行分析可知，其分類號主要集中在B01D、B01J和F01N這幾個技術領域，較為全面地覆蓋了催化劑的產品、制備方法、再生以及應用的全流程，也印證了該技術領域在國內屬于穩(wěn)定發(fā)展期。

對申請人進行分析，在排名前十五位的申請人中，國內申請人占4個，分別是中國石油化工股份有限公司、清華大學、安徽元琛環(huán)保科技股份有限公司和大唐南京環(huán)保科技有限責任公司，他們也是國內該領域的優(yōu)勢創(chuàng)新主體。

1.2 稀土基脫硝催化劑

將“稀土”“脫硝”“催化劑”等關鍵詞進行擴展，在中國專利全文庫和國外專利中文翻譯全文庫中進行檢索，得到相關專利2106篇，其中中國申請1930篇，國外申請為176篇，在該領域中國的申請量占90%以上，其次是日本和美國，申請人申請量年度分布圖如圖3所示。

可見，稀土基脫硝催化劑作為本領域的優(yōu)勢技術，雖然從申請量上不如已經較為成熟的釩鈦系脫硝催化劑多，但是增長趨勢與釩鈦系脫硝催化劑基本一致，從2009年至2020年，該領域的申請量均處于增長期，尤其是2015年至2021處于快速增長期，說明該領域在優(yōu)勢明顯的稀土基脫硝催化劑領域已經同步開始了布局。

對這些專利的主要分類號進行分析可知，其分類號主要集中在B01D、B01J，即主要為催化劑的產品、制備方法、再生等領域，說明該技術領域在國內尚處于研究的起步期。

對申請人進行分析可知，在排名前十五位的申請人中，國內申請人占13個，國外申請人僅有2個。可見，國內在這方面的研究的前瞻性和積極性遠高于國外，國內的優(yōu)勢創(chuàng)新主體也提前在該領域進行了布局，較為活躍。

2 脫硝催化劑的國家標準分析

2.1 釩鈦系脫硝催化劑

對釩鈦系脫硝催化劑的有關國家標準進行檢索，現(xiàn)行的共有以下幾項：

《蜂窩式煙氣脫硝催化劑》，標準編號GB/ T31587-2015，該標準規(guī)定了蜂窩式煙氣脫硝催化劑的術語和定義、產品規(guī)格、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和儲存、產品隨行文件，適用于釩鈦系氨選擇性催化還原蜂窩式煙氣脫硝催化劑，于2015年12月1日起實施。

《平板式煙氣脫硝催化劑》，標準編號GB/ T31584-2015，該標準規(guī)定了平板式煙氣脫硝催化劑的術語和定義、產品規(guī)格、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和儲存、產品隨行文件，適用于釩鈦系氨選擇性催化還原平板式煙氣脫硝催化劑，于2016年1月1日起實施。

《煙氣脫硝催化劑化學成分分析方法》，標準編號GB/T 31590-2015，該標準規(guī)定了煙氣脫硝催化劑中釩、鈦、鎢、鉬、硅、鋁、鋇、鈣質量分數的測定方法。本標準適用于釩鈦系選擇性催化還原法煙氣脫硝催化劑化學成分分析，于2016年1月1日起實施。

2.2 稀土基脫硝催化劑

2018年，山東天璨環(huán)保科技有限公司作為第一起草單位主持編制的我國首個稀土脫硝催化劑國家標準《稀土型選擇性催化還原（SCR）脫硝催化劑》獲批，標準標號為GB/T 34700-2017，并于2018年5月1日起實施，該標準規(guī)定了稀土型選擇性催化還原（SCR）脫硝催化劑的術語和定義、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸、儲存和產品隨行文件。本標準適用于稀土型蜂窩式煙氣脫硝催化劑[3]。

可見，釩鈦系脫硝催化劑和稀土基脫硝催化劑領域的國家標準均不是很完備，盡管釩鈦系脫硝催化劑由于其毒性已被納入危險廢物進行管理，但是對失效的釩鈦系催化劑的再生和處理方面，目前還沒有成熟的國家標準進行規(guī)范。尤其是稀土基脫硝催化劑領域，近年來只頒布了一項國家標準，在催化劑的化學成分分析方法、檢測技術規(guī)范、再生方法等方面仍然是空白，缺少統(tǒng)一的國家標準進行規(guī)范和引導。

3 結語

節(jié)能減排、綠色發(fā)展是實現(xiàn)中國式現(xiàn)代化的重要任務。隨著國民生活水平的不斷提高，火電、水泥、鋼鐵等行業(yè)勢必會出臺更加嚴格的行業(yè)執(zhí)行標準和氮氧化物排放標準，脫硝催化劑的使用壽命大約為3～4年，隨著失效催化劑的不斷淘汰，再生和無害化處理等方法，以及新的更高標準的脫硝催化劑的需求將源源不斷，新型脫硝催化劑的研究、開發(fā)尚處于起步期，專利申請布局并不完善，國家標準的制定僅在起步階段，很多方面的標準都是空白，這為該領域的從業(yè)人員帶來了前所未有的契機。

標準和專利絕不是孤立的。標準是固化技術成果的重要形式，具有規(guī)范性、社會性和可行性。專利是促進科學技術進步和創(chuàng)新的重要途徑，具有獨占性和排他性。可以考慮提前在該領域進行專利布局，推動該領域的專利標準化，才能更好地占領先機，實現(xiàn)標準與專利的對立統(tǒng)一。