氮氧化物(NOx)主要來(lái)自化石燃料燃燒，不僅是酸雨形成的主要原因，而且可與碳?xì)浠�物、臭氧等反�?yīng)，形成光化學(xué)煙霧。燃煤電廠是NOx的主要排放源之一。目前，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的是選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction， SCR)技術(shù)。SCR法是采用NH3作為還原劑，NH3選擇性地只與NOX反應(yīng)，而不與煙氣中的O2反應(yīng)，O2又能促進(jìn)NH3與NOX的反應(yīng)。NH3和煙氣一起通過(guò)催化劑床，在那里NH3與NOX反應(yīng)生成N2和水蒸汽。

　　【摘 要】本文介紹了SCR催化劑的國(guó)內(nèi)外研究情況、特性和關(guān)鍵指標(biāo)，分析了目前存在的問(wèn)題和研究方向，最后對(duì)催化劑的發(fā)展進(jìn)行了展望。

　　【關(guān)鍵詞】國(guó)家級(jí)論文發(fā)表,SCR脫硝,催化劑,現(xiàn)狀,展望

　　0 概述

　　通過(guò)使用恰當(dāng)?shù)拇呋瘎�，上述反�?yīng)可以在250～450℃范圍內(nèi)進(jìn)行，脫硝率可達(dá) 80%～90%。SCR技術(shù)與其他技術(shù)相比，SCR技術(shù)沒(méi)有副產(chǎn)物、不形成二次污染、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、脫硝效率高、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)，是工程上應(yīng)用最多的煙氣脫硝技術(shù)。[1]催化劑失效和尾氣中殘留NH3是SCR系統(tǒng)存在的兩大關(guān)鍵問(wèn)題，因此，探究更好的催化劑是今后研究的重點(diǎn)。

　　1 脫硝催化劑研究現(xiàn)狀

　　1.1 國(guó)內(nèi)外研究

　　目前工業(yè)應(yīng)用釩鈦催化劑居多，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)催化劑用鈦白粉制作技術(shù)掌握在國(guó)外少數(shù)廠家手中，造成脫硝催化劑成本高，脫硝催化劑投資占整個(gè)脫硝投資的 40%～60%。SCR催化劑按照活性組分的不同，可分為以下幾類：貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、分子篩催化劑、碳基催化劑等。目前國(guó)外關(guān)于SCR催化劑的研究，密歇根大學(xué)主要致力于貴金屬催化劑的研究，日本國(guó)立材料和化學(xué)研究所主要致力于金屬氧化物催化劑制備方法的研究。日本Ken-ichi Shimizu等在尿素選擇性催化還原NOx的過(guò)程當(dāng)中，添加了0.5%的H2，便使催化劑Ag/Al2O3的催化活性大大增強(qiáng)。西班牙 P.Bautista等對(duì)富氧條件下硫酸鹽摻雜Pd/ZrO上進(jìn)行的CH4選擇性催化還原NOx的過(guò)程進(jìn)行了研究。韓國(guó)的Min Kang等采用不同的沉淀劑，通過(guò)共沉淀法制備了一系列氧化錳催化劑，并在NH3-NOx條件下對(duì)該催化劑進(jìn)行了活性測(cè)試。S.Djerad等指出，氧濃度會(huì)對(duì)V2O5-WO3/TiO2催化劑活性造成影響，在150～250℃低溫下，隨著氧濃度升高，轉(zhuǎn)化率也會(huì)增加。荷蘭 JohannisA.Z.Pieterse等對(duì)Pd-MOR沸石上H2、CO、CH4選擇性催化還原NOx進(jìn)行了研究。N.Shirahama等在室溫下使用活性炭纖維浸泡尿素溶液催化還原空氣中的NO2，也取得了很好的效果。[2]我國(guó)許多科研院校正在積極研制開(kāi)發(fā)釩類SCR催化劑。范紅梅等以納米級(jí)銳鈦型TiO2為載體，負(fù)載V2O5和WO3或MoO3制備催化劑，研究不同催化劑組分對(duì)NO和NO2脫除率以及中間產(chǎn)物N2O生成量的影響。孫克勤等采用溶膠?凝膠法制得TiO2凝膠，對(duì)凝膠進(jìn)行不同條件下的干燥和煅燒處理，然后通過(guò)浸漬法在TiO2上依次負(fù)載WO3和V2O5，最終得到 V2O5?WO3/TiO2催化劑。

　　1.2 催化劑特性及重要指標(biāo)

　　一般來(lái)說(shuō)，脫硝催化劑都是為項(xiàng)目量身定制的，依據(jù)項(xiàng)目煙氣成分、特性、效率以及客戶要求來(lái)制備。催化劑的性能(包括活性、選擇性、穩(wěn)定性和再生性)無(wú)法直接量化，而是綜合體現(xiàn)在一些參數(shù)上，主要有活性溫度、幾何特性參數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)、化學(xué)成分含量、工藝性能指標(biāo)等[3]。工藝性能指標(biāo)包括體現(xiàn)催化劑活性的脫硝效率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、NH3逃逸率以及壓降等綜合性能指標(biāo)。這些指標(biāo)一般在催化劑成品完成后需要在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際煙氣工況下進(jìn)行檢測(cè)，以確認(rèn)各指標(biāo)符合要求。

　　2 存在的問(wèn)題

　　2.1 催化劑中毒

　　在SCR的反應(yīng)過(guò)程中，由于催化劑長(zhǎng)期暴露在高溫含有污染物的煙氣中，隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，催化效率慢慢降低。造成催化劑毒化的因素，有以下幾種：(1)催化劑燒結(jié)及堵灰。如果催化劑長(zhǎng)時(shí)間在最佳工作溫度范圍以上運(yùn)行時(shí)，高溫環(huán)境可導(dǎo)致催化劑活性位的燒結(jié)，從而使得催化劑的顆粒增大，減小表面積，降低其活性。催化劑的堵灰主要是由于SCR反應(yīng)過(guò)程中不可避免生成的銨鹽以及煙氣中飛灰的小顆粒沉積在催化劑的小孔中，使得NOx、NH3、O2難以到達(dá)催化劑活性表面，從而引起鈍化;(2)As及Na、K等堿金屬毒化。As和堿金屬等物質(zhì)會(huì)與催化劑上的活性成分發(fā)生反應(yīng)，從而降低催化劑的脫硝活性。堿金屬元素被認(rèn)為是對(duì)SCR催化劑毒性最大的一類元素，不同堿金屬元素毒性由大到小的順序?yàn)椋篊s2O>Rb2O>K2O>Na2O>Li2O，除堿金屬氧化物以外，堿金屬的硫酸鹽和氯化物也會(huì)導(dǎo)致催化劑的失活;(3)水及SO3毒化。煙氣中的水是以水蒸氣的形式存在的，水蒸氣如果在催化劑表面凝結(jié)，會(huì)將K、Na等堿金屬可溶性鹽溶解附著于催化劑表面加劇對(duì)催化劑的毒化，并且在反應(yīng)溫度升高時(shí)催化劑毛細(xì)孔中凝結(jié)的水蒸氣會(huì)汽化膨脹，損害催化劑細(xì)微結(jié)構(gòu)，最終可能導(dǎo)致催化劑的破裂。形成的SO3等物質(zhì)會(huì)與催化劑的活性組分反應(yīng)生成硫酸鹽物質(zhì)，從而使得催化劑的活性組分失效，當(dāng)催化劑的活性降至很低時(shí)，不能達(dá)到脫硝性能要求時(shí)，就必須進(jìn)行更換催化劑;(4)Ca毒化。飛灰中游離的CaO和形成的SO3反應(yīng)，吸附于催化劑表面生成CaSO4，催化劑表面的微孔被CaSO4覆蓋，使得反應(yīng)物難以向催化劑表面的擴(kuò)散，從而影響了催化劑的催化效果;(5)磷中毒。磷元素的一些化合物也對(duì)SCR催化劑有鈍化作用，包括H3PO4，P2O5和磷酸鹽。[4-5]

　　2.2 催化劑再生性能較差

　　對(duì)采用SCR技術(shù)的燃煤電站而言，催化劑中毒失活不僅會(huì)增加SCR系統(tǒng)的運(yùn)行成本，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)不可忽視的環(huán)境問(wèn)題。考慮到催化劑的運(yùn)行成本和催化劑處置的難度，催化劑再生是處理催化劑的首選方法。對(duì)于蜂窩式和平板式的催化劑都可以進(jìn)行再生，一般再生時(shí)間是2～3個(gè)星期。催化劑再生花費(fèi)的成本相當(dāng)高昂，再生以后的催化劑活性一般相當(dāng)于原始催化劑活性的30%～80%;催化劑再生使得催化劑恢復(fù)了一定的活性，經(jīng)過(guò)再生之后，其壽命有所降低，同時(shí)也需要提供新催化劑層來(lái)滿足脫硝效率的要求。 　　3 研究方向

　　3.1 研究活性溫度窗口較大的催化劑

　　《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范_選擇性催化還原法》(HJ_562-2010)要求，脫硝系統(tǒng)應(yīng)能在鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷和BMCR工況之間的任何工況持續(xù)安全運(yùn)行。由于煙氣溫度在一個(gè)較大范圍內(nèi)波動(dòng)，從而導(dǎo)致SCR反應(yīng)器的溫度也會(huì)隨之發(fā)生較大變化。因此需要催化劑能在一個(gè)較大的溫度范圍內(nèi)仍能保持較高的活性。

　　3.2 研究成本低的催化劑

　　目前制約整個(gè)SCR系統(tǒng)發(fā)展的最大瓶頸是催化劑的成本過(guò)高，由于我國(guó)沒(méi)有獨(dú)立開(kāi)發(fā)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的催化劑技術(shù)，且商業(yè)催化劑的原材料價(jià)格相對(duì)較高。尋找具有高活性的且廉價(jià)的催化劑是目前催化劑研究的重要方向。

　　3.3 研究適用于低溫的催化劑

　　適用低溫的催化劑由于活性溫度較低，從而可以達(dá)到節(jié)能減排的目的。它可以布置在除塵器之后，凈化后的煙氣中飛灰含量比較低，使催化劑中毒失效的可能性變小。且煙氣溫度降低之后，實(shí)際煙氣體積流量也相應(yīng)的減小，反應(yīng)器尺寸可以減小，降低工程投資。

　　3.4 研究催化劑高效循環(huán)再利用技術(shù)

　　目前催化劑再生技術(shù)有：水洗再生，酸、堿液處理再生，SO2酸化熱再生，熱(還原)再生等。針對(duì)性的研究高效、低耗、低成本的循環(huán)再利用技術(shù)。

　　4 展望

　　火電廠煙氣脫硝工程應(yīng)用中，要求SCR催化劑具有良好的低溫活性、選擇性和穩(wěn)定性。開(kāi)發(fā)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的選擇性催化還原法(SCR)脫硝催化劑及工藝，能夠推進(jìn)我國(guó)脫硝技術(shù)的進(jìn)展，節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用。研發(fā)脫硝催化劑及其工藝的市場(chǎng)巨大，具有很好的發(fā)展前景。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]高潔.國(guó)內(nèi)外目前具有研究?jī)r(jià)值的煙氣脫硝技術(shù)[J].科技信息，2010，7：363-364.

　　[2]劉曉霞，屈睿.國(guó)外SCR催化劑研究進(jìn)展[J].廣東化工，2008，35(187)：65-68.

　　[3]樂(lè)園園.火電廠SCR法脫硝催化劑的幾個(gè)重要指標(biāo)介紹[J].電力科技與環(huán)保，2010，26(4)：22-25.

　　[4]張燁，繆明烽.SCR脫硝催化劑失活機(jī)理研究綜述[J].電力科技與環(huán)保，2011，27(6)：6-9.

　　[5]張峰.SCR脫硝催化劑的抗硫再生性能和整體化制備研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2010.