简析低温scr脱硝催化剂的研究方向

目前，我国能源结构中，煤电占能源消耗的比例达到60%以上，煤电是氮氧化物的主要来源，近几年，随着节能减排等战略的调整，火力发电厂已逐步成熟。但是在结构转型和升级中，非电力工业所占比重逐渐增加，而其中一些行业排放的烟气温度较低，因此，研究高效低温脱硝技术是当前的一个重要方向。

采用低温scr脱硝技术，可以省去烟气再加热过程，提高能源效率。

现有成熟催化剂的工作温度约为300~400℃，不能满足300℃以下工业排烟温度的要求，若采用重热后脱硝工艺，将增加能耗。采用低温scr脱硝工艺可使除硝工艺应用于除尘或脱硫工艺后，降低烟尘对催化剂的磨损和毒害作用，避免烟气再加热，提高能源效率，节省运行费用。所以，研究低温脱硝高效催化剂的性能对于低温脱硝工业具有非常重要的意义。

其中，金属氧化物和碳材料是四种催化剂的主要研究方向。

贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、沸石催化剂、碳质催化剂四大类，现有催化剂主要有四种。

(1)贵金属催化剂是第一个用于烟气脱硝的催化剂。该催化剂在低温下具有很好的脱硝活性，通常用Pt.Ag.Rh等贵金属作催化剂活性组分，以氧化铝为整体陶瓷载体。通过NO与O2反应产生过渡中间产物，然后分解产生NO2，以此来提高脱氮效率。催化剂可分为HC-scr和NH3-scr两种，催化剂主要是通过控制不同金属氧化物的加入或单质配比，以及反应温度来提高催化效率。若在含Ag/Al2O3中掺入负载量7%MgO.温度350℃时，转换效率可达98%。由于需要反应温度较低，且投资成本高，限制了这种催化剂的大规模应用。

(2)金属氧化物催化剂是目前国内外较多采用的低温scr工艺之一。以锰基(MnOx).钒(V2O5).铈(CeO2).铁基(FeOx).铜基(CuO)等为主，结果表明：锰催化剂具有很强的氧化还原性，在低温下能保持较高的脱硝活性；这是当前低温脱硝催化剂研究的热点。MnO2在某些锰系催化剂中的活性最高，如20wt.%MnOx/TiO2具有丰富的Mn4+，它们具有最优良的scr脱硝活性和N2选择性。当前锰系催化剂的研究主要集中在其它金属的掺杂，从而提高催化剂的脱硝活性，现有锰基复合催化剂有Mn-Ce.Mn-Co.Mn-Mn.Mn-Mn.Mn-Mn-Mn-Mn-Mn-Mn-Li和Mn-Eu等。

(3)分子筛催化剂由中高温区过渡到低温。分子筛催化剂，孔隙结构明显，比表面大，吸附能力强，离子交换能力强，常用于Y.β.SBA.ZSM-5.SAPO-34等催化剂，这两种材料都是采用不同金属(Mn.Fe.Co和Cu)和载体(Al2O3.ZSM-5和SAPO-34)。此工艺较成熟的低温催化剂的反应温度仍在300℃以上，在低温scr中应用稳定性有待进一步研究。

(4)碳材料催化剂效率高，但是容易失效，而且需要进一步降低成本。炭材料的催化剂有较大的比表面积、良好的热导率、较高的吸附能力和化学稳定性，碳纳米管(CNTs).活性炭纤维(ACF)、活性炭(AC)、石墨烯(GE)及其他三类材料。采用这种方法进行表面处理，或者作为载体使用Mn.V.Ce.Fe具有很高的催化活性。当前此类催化剂已在国内发电.如焚烧炉等得到了一些实际应用，但操作时还存在反应气体流速过高的转化率下降.催化剂容易被氧化.活性炭纤维价格偏高。

此外，还要改善催化剂的抗SO2，抗水能力以提升稳定性。

(1)低温scr脱硝催化剂活性部分容易硫化形成硫酸盐，累积到催化剂表面时会堵塞催化剂的孔隙，使催化活性逐渐下降。尽管低温脱硝过程中，一般顺序排入脱硫后，但烟气中仍将含有少量SO2，硫酸根与催化剂或NH3容易在低温条件下粘附于催化剂表面，阻塞了孔隙，降低了比表面积，对氮氧化物的吸附能力降低，使催化活性下降。在这些因素中，与催化剂反应引起的失活都是不可逆失活，与NH3反应引起的失活可以通过加热使铵盐分解恢复活性，这是一种可逆失活。

(2)在低温scr脱硝过程中，烟气中存在着水蒸气，将通过物理竞争吸附和化学吸附干扰反应，影响催化剂的脱硝效率。物理化学吸附力是蒸汽“夺去”应吸附在催化剂表面的NO，它能通过除去水蒸汽来恢复催化剂的活性，化学吸附是一种可逆性物理失活，由于催化剂在水蒸汽作用下使其表面羟基消失，属于不可逆性失活。