低温SCR脱硝催化剂的分析及研究

摘要： 氮氧化物是燃煤工业锅炉最常出现的污染气体排放物,对造成大气污染,破坏生态环境有重大的影响.文章在了解低温SCR脱销技术应用情况的基础上,明确了有关催化剂的研究进展,并分析低温SCR脱硝催化剂的类型,及具体技术应用情况,以此为中国城市建设实现可持续发展做出应有的努力.

0 引言

工业发展会加剧污染物的排放，加重环境负担。在行业污染物超低排放政策全面推广后，电力行业大气污染被有效遏制，而非电力行业污染物排放问题日益突出，其中工业锅炉烟气中NOX 的控制及治理成为我国城市建设和大气污染治理工作的重要内容。SCR( 选择性催化还原技术) 技术最初是由美国提出的专利内容，应用催化剂也是铂类催化剂，虽然可以解决实践问题，但最终获取的结果并不显著，原因在于其会在催化活性温度中产生大量硝酸铵盐。一直到20 世纪70 年代后期日本研制出具有实际意义和高活性的SCR 商业催化剂，并在实践发展中得到了有效应用，且得到了其他国家的支持和认可。对非电力行业工业锅( 窖) 炉而言，因为排烟温度低，所以直接引用成熟的高温SCR 脱硝技术全面管控氮氧化物是难以达到预期要求的，而选择性催化还原氮氧化物的净化率过低，不能达到预期设定的排放标准，因此低温SCR 脱硝技术是企业发展的最佳选择。

1 低温SCR脱硝技术

从本质上讲，低温SCR 脱硝技术的核心内容就是低温SCR脱硝催化剂，因此与催化剂有关的寿命、构成等因素都会影响低温SCR脱硝技术的应用效果。我国针对这一技术的探究最初是由中国建筑料科学研究总院陶瓷科学研究院提出的。

简单来说，SCR 脱硝系统是引用催化剂在规定温度下，引用烟气中的氮氧化物与氨气供应系统注入的氨气在混合后产生还原反应，最终生成氮气和水，以此控制氮氧化物的排放量，并降低其对生态环境稳定的影响。通常情况下，SCR 反应器中出现的反应过程如下所示：

4NO+4NH3+O3——4N2+6H2O

6NO+8NH3——7N2+12H2O

NO+NO2+2NH2——2N2+2H2O

2 目前低温SCR脱硝催化剂研究进展

2.1 金属氧化物

当前，一种或多种金属氧化物的混合物用作催化剂，不仅能满足低温需求，而且具有极高的活性成分，现已得到了社会各界的广泛关注。其中，锰基催化剂的低温活性最佳，与之相关的研究非常多。

低温固相法制作的无载体锰氧化物催化剂可以引用温度在150℃以下的条件下进行SCR 脱销，实际一氧化氮的转化率可以达到98%。根据实验分析可知，以锰铬复合型催化剂为例，MnOx-CrOx 的低温催化活性非常高，尤其是在Cr(Cr-Mn)摩尔比在0.4，且温度低于120℃的背景下，空速在30000h-1 时

应用催化剂可以让98%～99% 的氮氧化物转变为氮气，且展现出极高的活性和氮气选择性[1]。由于同种催化剂在不同条件或

制作方法下都会产生性能改变。因此，继续根据实验探究分析可知，二氧化硫和水的出现并不会影响选择性催化还原的活性，相反添加锆、铁、镍等不同金属氧化物，都会制约催化剂的应用性能。

2.2 分子筛

因为分子筛具有独特性能，所以可以满足低温SCR 脱销要求，且拥有极高的发展前景。以新颖蛋壳型锰氧化物/NaY 低温SCR 催化剂为例，其在200℃的环境中，空速达到30000～50000h-1，且一氧化氮的转变率可以达到80%～100%，拥有极高的抗水性能。通过实验探究分析可知，在低温状态下，蛋壳结构是提高SCR 活性的主要原因[2]。需要注意的是，所选微孔分子筛低温SCR 催化剂会受灰尘制约出现堵塞现象，这样不仅会降低催化剂的活性，还会减少催化剂的应用时间。因此，在引用这种催化剂时必须要研究向介孔和大孔分子筛的方向。

2.3 炭基

不管是分子筛还是金属氧化物，两者都可以在应用中达到预期效果。同样，炭基催化剂在低温SCR 催化剂中的应用效果也非常好，而活性炭纤维属于一种较为优质的催化剂载体。

通过在实验探究中分析可知，三氧化二锰、三氧化二钴及氧化铁三种金属氧化物在ACF 活性炭纤维中的活性研究，活性度最高的就是三氧化二锰，且会随着反应温度的上升增加具体比例。尤其是在温度达到零上150℃的情况下，一氧化氮的转变率达到了92%[3]。同时，此时获取的催化剂中的活性炭纤维能全面划分金属氧化物的颗粒，并为实际反应提供充足的气相接触面积。

2.4 贵金属

这类物质在催化剂领域中的应用非常多，现阶段虽然有关上述三种类型的研究更加完善，但已经开始针对贵金属进行活性成分探索。其中，最常见的贵金属就是铂，其大都是以Al2O3 为载体进行分析。通过实验对比研究铂和铑在不同金属氧化物中的SCR 活性可知，两者展现出的催化剂都拥有非常高的一氧化氮转变率，但前者的效率更高，且氮气选择性要超过后者。

3 当前低温脱硝出现的问题和解决方向

现阶段，不管是上述哪种催化剂在没有二氧化氯和水的条件下，都可以展现出极高的一氧化氮转变率，但因为实践工作中二氧化硫和水的含量不稳定，所以极容易在它们的制约下出现活性下降现象。原因在于：其一，二氧化硫和催化剂在反应出现硫酸盐后，将会降低催化剂的活性。其二，二氧化硫和部分氨气在反应中获取的硫酸铵盐会附着在催化剂表层的堵塞活性点上。其三，水会在物理吸附中占据所有催化剂活性点。虽然现阶段国内外有关学者针对低温脱硝催化剂的研究越来越深入，但二氧化硫和水一直都是影响催化剂活性的主要原因，需要研究学者针对这一内容进行持续探索，并由此提升低温脱硝活性。

4 SCR脱硝技术的应用分析

一直到2008 年年底，我国现有发电装机规模已经超过了7.9×108kW, 其中火电机组容量占据整体规模的75.9%。同时，预计在2020 年底，火电装机容量可以达到1.21911×109kW，那么相应火电行业排放氮氧化物含量可以达到1.453×107t。在这一背景下，长期释放的氮氧化物势必会威胁生态环境稳定和空气质量安全，此时就需要有关研究学者根据新时代发展提出的现代化技术理念进行持续探索革新。其中，SCR 脱硝技术就是现阶段最常见且最高效的脱硝技术，现已得到了社会各界的支持和认可。

相对我国来说，美国、日本等发达国家对SCR 脱硝技术的认识和应用更早，且很多供公司和研究单位对这一工艺的掌握已经非常娴熟。而我国不管是技术引进还是设备应用都不快，此时就要求我国组织专业人员对先进技术进行全面学习，并由此提出和开发具备中国特色的技术内容。现阶段，随着我国大气污染物排放量的控制要求越来越高，促使实践推广的SCR 脱硝技术得到了持续革新。在这一背景下，不管是技术探索还是标准设置都有了新的改变，这就需要各行企业在观察市场变化的同时，结合自身需求选择适宜的技术内容，只有这样才能有效控制氮氧化物的排放量，进而实现绿色环保的发展目标。以某地石电厂为例，其在安装SCR 脱硝设备机组后，并引用了日本三菱重工业株式社提出的脱硝SCR 技术，在实践发展中不仅有效解决了以往发展遇到的污染问题，而且可以从中收获更多效益，对企业持续发展具有积极作用。

5 结语

综上所述，低温SCR 脱硝技术作为现阶段各行企业发展革新关注的焦点，结合实践案例分析可知，催化剂作为技术应用的主要影响因素，在低温状态下很容易受二氧化硫和水的制约，因此需要各企业在整合自身发展方向的同时，根据现代化技术优势，提出适宜的工艺技术。这样不仅能有效解决各环节的污染问题，而且可以严格管控氮氧化物的排放量。现阶段，不管是石化原料还是工业锅炉等都对低温SCR 脱硝技术提出了巨大需求，此时对有关催化剂的研究进展和存在的问题进行分析，是新时代发展下企业关注的焦点。