低溫脫硝催化劑的研究現狀

在化工產品生產以及其它一些化學實驗的過程中，催化劑都是一種十分重要的物質，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構的重視。低溫脫硝處理，在許多方面都具有優(yōu)勢，可以有效減少堵塞、磨損問題，還可以在一定程度上保證催化劑不受污染，本文主要對低溫脫硝催化劑的研究情況，對相關的關鍵技術進行介紹，并對該技術的發(fā)展前景進行分析。

1.前言

氮氧化物是世界公認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準》（GB 13223-2011）對燃煤電廠氮氧化物的排放提出更為嚴格的要求，新建火電機組排放量要達100mg/m3，從2014年1月1日開始，重點地區(qū)所有火電投運機組都要達到50mg/m3。因此，燃煤電廠采用高效的NOx排放控制措施勢在必行。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、酸雨和臭氧層破壞是世界上三大嚴重的環(huán)境問題，也是制約人類社會發(fā)展的長期主題。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)境問題日益嚴峻，引起世界各國的廣泛關注?；剂先紵闹饕a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嚴重，是構成大氣污染的主要物質之一。

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

NOx可以與大氣中的水反應生成硝酸，形成酸雨，對水生態(tài)系統、森林生態(tài)系統、農業(yè)生態(tài)系統、建筑物材料和人體健康等多方面造成危害例如，導致林木枝葉變黃、脫落甚至死亡；導致農作物減產，引發(fā)糧食危機；導致水源酸化，使得魚類減少；導致建筑物腐燭，損壞歷史古跡；導致人體病變，引發(fā)氣管炎、肺癌等。我國酸雨（pH<5.6）區(qū)域面積已約占國土面積40%，且多分布在經濟發(fā)達地區(qū)，對我國經濟建設和社會可持續(xù)發(fā)展造成嚴重威脅。大氣中的NO2經紫外線照射會與大氣中的碳氧化合物反應生成二次污染物，破壞臭氧層，加劇溫室效應，并形成光化學煙霧危害人體健康，尤其對眼睛和中樞神經造成刺激，導致頭痛和失明，情節(jié)嚴重者會導致死亡。此外，NOx中的NO能與血液中的血紅蛋白結合，生成高鐵血紅蛋白，減弱血液輸氧能力，導致人體缺氧。因此，治理NOx污染是環(huán)境保護問題中各界密切關注并深入研究的課題。在催化劑的使用領域中，利用催化劑進行選擇性催化還原是一個主要的用途。

2.低溫脫硝催化劑的研究現狀

2.1國外研究現狀

燃煤電廠是人為排放NOx的主要來源之一，世界各國均頒布并實施了燃煤電廠氮氧化物排放標準。美國自1994年開始實施酸雨計劃（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。美國現行的火電廠氮氧化物排放標準是于2005年美國環(huán)保署取消燃料種類差別、采用績效排放重新修訂的發(fā)電機組化石燃料燃燒的氮氧化物排放標準。歐洲現行的火電廠排放標準是2001年頒布的2001/80/EC，此標準對新建、擴建火電廠的NOx排放限制均做了更嚴格的規(guī)定。除此標準外，歐洲各國還頒布有綜合污染防治要求（Intergrated Pollution Prevention and Control：IPPC Directive 96/61/EC），國家排放總量計劃（National Emission Ceilings：NEC Directive 2001/81/EC），國家排放消減計劃（National Emission Reduction Plan：NERP）等相關標準。

2.2 國內研究現狀

中國是以煤炭作為主要一次能源的能源消耗大國，在我國初級能源消耗中，煤炭消耗占據70%。據國家環(huán)?？偩纸y計，1990年我國總排放量約為910萬噸，1995年總排放量約為1000萬噸，2000年總排放量約為1880萬噸，2005年總排放量約為2220萬噸，其中工礦企業(yè)生產過程中煤炭燃燒產生的NOx約占總排放量70%。近年來隨著社會經濟建設發(fā)展，生產生活能耗不斷增加，電力需求量曰益增長，使得電力產業(yè)迅猛發(fā)展，電廠裝機容量逐年遞增。自1995年起，我國電力裝機總容量已超越德國和日本，躍居世界第二，僅次于美國。以目前施行的排放控制水平，預計至2020年，火電站鍋爐NOx排放總量將達到1000萬噸以上。在我國火電能源結構中，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生態(tài)環(huán)境的影響越來越嚴重，燃煤發(fā)電作為能源結構主體對大氣污染起著舉足輕重的作用。燃煤產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脫硝技術最早于1978年在日本被應用于工程項目，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，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用業(yè)績居世界之首。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、德國和韓國進行技術轉讓，是成功轉讓技術很多的公司。Argillon公司從Catalysts &Chemicals Industry公司引進了蜂窩式催化劑生產技術，并自主研發(fā)了板式催化劑生產技術，成為唯一同時研制兩種結構催化劑的公司。Cormetech公司與三菱公司合作，引進了 Catalysts & Chemicals Industry公司的蜂窩式催化劑生產技術，在美國田納西州和北卡羅萊納州建造了生產基地，其催化劑產量居世界之首。Topsoe公司自主研發(fā)了波紋板式催化劑并在美國和丹麥建造了生產線。

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