低溫脫硝催化劑的研究現(xiàn)狀

在化工產(chǎn)品生產(chǎn)以及其它一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，催化劑都是一種十分重要的物質(zhì)，可以發(fā)揮重要的作用。在催化劑制造方法的研究中，低溫脫硝催化劑受到了許多研究機(jī)構(gòu)的重視。低溫脫硝處理，在許多方面都具有優(yōu)勢(shì)，可以有效減少堵塞、磨損問(wèn)題，還可以在一定程度上保證催化劑不受污染，本文主要對(duì)低溫脫硝催化劑的研究情況，對(duì)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹，并對(duì)該技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行分析。

1.前言

氮氧化物是世界公認(rèn)的主要大氣污染物之一。燃煤電廠是我們氮氧化物的主要排放體。2012年1月1日施行的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）對(duì)燃煤電廠氮氧化物的排放提出更為嚴(yán)格的要求，新建火電機(jī)組排放量要達(dá)100mg/m3，從2014年1月1日開(kāi)始，重點(diǎn)地區(qū)所有火電投運(yùn)機(jī)組都要達(dá)到50mg/m3。因此，燃煤電廠采用高效的NOx排放控制措施勢(shì)在必行。這也要求SCR脫硝催化劑具有較高的脫硝效率和中低溫脫硝特性以節(jié)省脫硝成本。

溫室效應(yīng)、酸雨和臭氧層破壞是世界上三大嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，也是制約人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的長(zhǎng)期主題。近幾十年中，天然氣、石油和煤等化石燃料的大規(guī)模使用，使得環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注?；剂先紵闹饕a(chǎn)物是碳氧化物、氮氧化物和硫氧化物，其中以氮氧化物的危害很?chē)?yán)重，是構(gòu)成大氣污染的主要物質(zhì)之一。

大氣中NOx的主要來(lái)源可以分為：天然產(chǎn)生和人為排放。天然產(chǎn)生的NOx主要來(lái)源于自然界氮元素循環(huán)中氨的氧化和有機(jī)物硝化作用，因循環(huán)過(guò)程中處于生態(tài)平衡狀態(tài)，對(duì)環(huán)境影響較小。人為排放的NOx主要來(lái)源于鍋爐設(shè)備、燃燒器等固定源和汽車(chē)、船舶等移動(dòng)源，其中有90%產(chǎn)生于煤、焦炭、石油、天然氣等化石燃料的燃燒過(guò)程中，因分布集中，所以對(duì)自然環(huán)境和人類(lèi)社會(huì)造成了較大危害。

NOx可以與大氣中的水反應(yīng)生成硝酸，形成酸雨，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、建筑物材料和人體健康等多方面造成危害例如，導(dǎo)致林木枝葉變黃、脫落甚至死亡；導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，引發(fā)糧食危機(jī)；導(dǎo)致水源酸化，使得魚(yú)類(lèi)減少；導(dǎo)致建筑物腐燭，損壞歷史古跡；導(dǎo)致人體病變，引發(fā)氣管炎、肺癌等。我國(guó)酸雨（pH<5.6）區(qū)域面積已約占國(guó)土面積40%，且多分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅。大氣中的NO2經(jīng)紫外線照射會(huì)與大氣中的碳氧化合物反應(yīng)生成二次污染物，破壞臭氧層，加劇溫室效應(yīng)，并形成光化學(xué)煙霧危害人體健康，尤其對(duì)眼睛和中樞神經(jīng)造成刺激，導(dǎo)致頭痛和失明，情節(jié)嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致死亡。此外，NOx中的NO能與血液中的血紅蛋白結(jié)合，生成高鐵血紅蛋白，減弱血液輸氧能力，導(dǎo)致人體缺氧。因此，治理NOx污染是環(huán)境保護(hù)問(wèn)題中各界密切關(guān)注并深入研究的課題。在催化劑的使用領(lǐng)域中，利用催化劑進(jìn)行選擇性催化還原是一個(gè)主要的用途。

2.低溫脫硝催化劑的研究現(xiàn)狀

2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

燃煤電廠是人為排放NOx的主要來(lái)源之一，世界各國(guó)均頒布并實(shí)施了燃煤電廠氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)自1994年開(kāi)始實(shí)施酸雨計(jì)劃（Acid Rain Program），控制工業(yè)中酸性氣體（SO2、NOx）排放量1996-1999年為第一階段，控制NOx減排400000噸/年；從2000年起為第二階段，控制NOx減排2100000噸/年。美國(guó)現(xiàn)行的火電廠氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)是于2005年美國(guó)環(huán)保署取消燃料種類(lèi)差別、采用績(jī)效排放重新修訂的發(fā)電機(jī)組化石燃料燃燒的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)。歐洲現(xiàn)行的火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)是2001年頒布的2001/80/EC，此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新建、擴(kuò)建火電廠的NOx排放限制均做了更嚴(yán)格的規(guī)定。除此標(biāo)準(zhǔn)外，歐洲各國(guó)還頒布有綜合污染防治要求（Intergrated Pollution Prevention and Control：IPPC Directive 96/61/EC），國(guó)家排放總量計(jì)劃（National Emission Ceilings：NEC Directive 2001/81/EC），國(guó)家排放消減計(jì)劃（National Emission Reduction Plan：NERP）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

中國(guó)是以煤炭作為主要一次能源的能源消耗大國(guó)，在我國(guó)初級(jí)能源消耗中，煤炭消耗占據(jù)70%。據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩纸y(tǒng)計(jì)，1990年我國(guó)總排放量約為910萬(wàn)噸，1995年總排放量約為1000萬(wàn)噸，2000年總排放量約為1880萬(wàn)噸，2005年總排放量約為2220萬(wàn)噸，其中工礦企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中煤炭燃燒產(chǎn)生的NOx約占總排放量70%。近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，生產(chǎn)生活能耗不斷增加，電力需求量曰益增長(zhǎng)，使得電力產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，電廠裝機(jī)容量逐年遞增。自1995年起，我國(guó)電力裝機(jī)總?cè)萘恳殉降聡?guó)和日本，躍居世界第二，僅次于美國(guó)。以目前施行的排放控制水平，預(yù)計(jì)至2020年，火電站鍋爐NOx排放總量將達(dá)到1000萬(wàn)噸以上。在我國(guó)火電能源結(jié)構(gòu)中，煤電約占90%以上，火力發(fā)電消耗燃煤量約占總量的40%左右，火電廠排放的大氣污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響越來(lái)越嚴(yán)重，燃煤發(fā)電作為能源結(jié)構(gòu)主體對(duì)大氣污染起著舉足輕重的作用。燃煤產(chǎn)生的煙塵約占大氣廢中排放物粉塵總量60 %，SO2生成量約排放物總量87 % NOx 生成量約占排放物總量67 %。

SCR脫硝技術(shù)最早于1978年在日本被應(yīng)用于工程項(xiàng)目，此后形成了分別以Babcock-Hitachi 公司、Catalysts & Chemicals Industry 公司禾口 Sakai Chemical Industry公司為代表的催化劑研發(fā)集團(tuán)，其中，Babcock-Hitachi成立最早，于1970年成功研制了板式催化劑，其催化劑在燃煤電站的應(yīng)用業(yè)績(jī)居世界之首。Catalysts& Chemicals Industry公司以研制和完善蜂窩式催化劑為主，曾先后向美國(guó)、德國(guó)和韓國(guó)進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)浅晒D(zhuǎn)讓技術(shù)很多的公司。Argillon公司從Catalysts &Chemicals Industry公司引進(jìn)了蜂窩式催化劑生產(chǎn)技術(shù)，并自主研發(fā)了板式催化劑生產(chǎn)技術(shù)，成為唯一同時(shí)研制兩種結(jié)構(gòu)催化劑的公司。Cormetech公司與三菱公司合作，引進(jìn)了 Catalysts & Chemicals Industry公司的蜂窩式催化劑生產(chǎn)技術(shù)，在美國(guó)田納西州和北卡羅萊納州建造了生產(chǎn)基地，其催化劑產(chǎn)量居世界之首。Topsoe公司自主研發(fā)了波紋板式催化劑并在美國(guó)和丹麥建造了生產(chǎn)線。

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