脱硝技术：低温脱硝催化剂研究

氮氧化物是世界公认的主要大气污染物之一。燃煤电厂是我们氮氧化物的主要排放体。2012年1月1日施行的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）对燃煤电厂氮氧化物的排放提出更为严格的要求，新建火电机组排放量要达100mg/m3，从2014年1月1日开始，重点地区所有火电投运机组都要达到50mg/m3。因此，燃煤电厂采用高效的NOx排放控制措施势在必行。这也要求SCR脱硝催化剂具有较高的脱硝效率和中低温脱硝特性以节省脱硝成本。

温室效应、酸雨和臭氧层破坏是世界上三大最为严重的环境问题，也是制约人类社会发展的长期主题。近几十年中，天然气、石油和煤等化石燃料的大规模使用，使得环境问题日益严峻，引起世界各国的广泛关注。化石燃料燃烧的主要产物是碳氧化物、氮氧化物和硫氧化物，其中以氮氧化物的危害最为严重，是构成大气污染的主要物质之一。

大气中NOx的主要来源可以分为：天然产生和人为排放。天然产生的NOx主要来源于自然界氮元素循环中氨的氧化和有机物硝化作用，因循环过程中处于生态平衡状态，对环境影响较小。人为排放的NOx主要来源于锅炉设备、燃烧器等固定源和汽车、船舶等移动源，其中有90%产生于煤、焦炭、石油、天然气等化石燃料的燃烧过程中，因分布集中，所以对自然环境和人类社会造成了较大危害。

NOx可以与大气中的水反应生成硝酸，形成酸雨，对水生态系统、森林生态系统、农业生态系统、建筑物材料和人体健康等多方面造成危害例如，导致林木枝叶变黄、脱落甚至死亡；导致农作物减产，引发粮食危机；导致水源酸化，使得鱼类减少；导致建筑物腐烛，损坏历史古迹；导致人体病变，引发气管炎、肺癌等。我国酸雨（pH<5.6）区域面积已约占国土面积40%，且多分布在经济发达地区，对我国经济建设和社会可持续发展造成严重威胁。大气中的NO2经紫外线照射会与大气中的碳氧化合物反应生成二次污染物，破坏臭氧层，加剧温室效应，并形成光化学烟雾危害人体健康，尤其对眼睛和中枢神经造成刺激，导致头痛和失明，情节严重者会导致死亡。此外，NOx中的NO能与血液中的血红蛋白结合，生成高铁血红蛋白，减弱血液输氧能力，导致人体缺氧。因此，治理NOx污染是环境保护问题中各界密切关注并深入研究的课题。在催化剂的使用领域中，利用催化剂进行选择性催化还原是一个主要的用途。

2.1国外研究现状

燃煤电厂是人为排放NOx的主要来源之一，世界各国均颁布并实施了燃煤电厂氮氧化物排放标准。美国自1994年开始实施酸雨计划（Acid Rain Program），控制工业中酸性气体（SO2、NOx）排放量1996-1999年为第一阶段，控制NOx减排400000吨/年；从2000年起为第二阶段，控制NOx减排2100000吨/年。美国现行的火电厂氮氧化物排放标准是于2005年美国环保署取消燃料种类差别、采用绩效排放重新修订的发电机组化石燃料燃烧的氮氧化物排放标准。欧洲现行的火电厂排放标准是2001年颁布的2001/80/EC，此标准对新建、扩建火电厂的NOx排放限制均做了更严格的规定。除此标准外，欧洲各国还颁布有综合污染防治要求（Intergrated Pollution Prevention and Control：IPPC Directive 96/61/EC），国家排放总量计划（National Emission Ceilings：NEC Directive 2001/81/EC），国家排放消减计划（National Emission Reduction Plan：NERP）等相关标准。

2.2 国内研究现状

中国是以煤炭作为主要一次能源的能源消耗大国，在我国初级能源消耗中，煤炭消耗占据70%。据国家环保总局统计，1990年我国总排放量约为910万吨，1995年总排放量约为1000万吨，2000年总排放量约为1880万吨，2005年总排放量约为2220万吨，其中工矿企业生产过程中煤炭燃烧产生的NOx约占总排放量70%。近年来随着社会经济建设发展，生产生活能耗不断增加，电力需求量曰益增长，使得电力产业迅猛发展，电厂装机容量逐年递增。自1995年起，我国电力装机总容量已超越德国和日本，跃居世界第二，仅次于美国。以目前施行的排放控制水平，预计至2020年，火电站锅炉NOx排放总量将达到1000万吨以上。在我国火电能源结构中，煤电约占90%以上，火力发电消耗燃煤量约占总量的40%左右，火电厂排放的大气污染物对生态环境的影响越来越严重，燃煤发电作为能源结构主体对大气污染起着举足轻重的作用。燃煤产生的烟尘约占大气废中排放物粉尘总量60 %，SO2生成量约排放物总量87 % NOx 生成量约占排放物总量67 %。

SCR脱硝技术最早于1978年在日本被应用于工程项目，此后形成了分别以Babcock-Hitachi 公司、Catalysts & Chemicals Industry 公司禾口 Sakai Chemical Industry公司为代表的催化剂研发集团，其中，Babcock-Hitachi成立最早，于1970年成功研制了板式催化剂，其催化剂在燃煤电站的应用业绩居世界之首。Catalysts& Chemicals Industry公司以研制和完善蜂窝式催化剂为主，曾先后向美国、德国和韩国进行技术转让，是成功转让技术最多的公司。Argillon公司从Catalysts &Chemicals Industry公司引进了蜂窝式催化剂生产技术，并自主研发了板式催化剂生产技术，成为唯一同时研制两种结构催化剂的公司。Cormetech公司与三菱公司合作，引进了 Catalysts & Chemicals Industry公司的蜂窝式催化剂生产技术，在美国田纳西州和北卡罗莱纳州建造了生产基地，其催化剂产量居世界之首。Topsoe公司自主研发了波纹板式催化剂并在美国和丹麦建造了生产线。