SCR脱硝催化剂发展现状与前景分析
摘要： 选择性催化还原反应(SCR)技术是目前工业上应用最广的一种脱硝技术,主要应用在火电厂脱硝和汽车尾气处理两个领域.在SCR工艺体系中,催化剂是重要组成部分,它的结构和性能直接影响SCR体系的脱硝效果.目前国内最常用的SCR催化剂是以V2O5/TiO2为主的钛基钒类催化剂.未来十年,国内的SCR催化剂行业将进入平稳需求阶段,但由于国内现有的产能仍低于市场规模,因此本行业仍然具备着持续上升的空间。
1 氮氧化物排放以及治理现状
随着我国道路车辆的飞速增长以及火电厂等电力行业的大力发展，氮氧化物的污染问题日益严重。2011年《我国国民经济和社会发展十二五规划纲要》和《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的发布是我国治理氮氧化物污染的重要里程碑。经过近十年的努力，我国的氮氧化物减排治理已经取得成效，自从2012 年开始氮氧化物的排放量逐年下降，到2018 年已经降低至1 600t 左右。
2 SCR脱硝催化剂技术发展现状
选择性催化还原反应（SCR）技术是目前工业上应用最广的一种脱硝技术，其催化剂是重要组成部分，它的结构和性能直接影响SCR 体系的脱硝效果。
按照不同的分类方法，SCR催化剂可以分为多种类型：
（1）按活性组分分类，第一类为铂、钌、钯等贵金属，第二类是以V2O5 为主的钒、钨、钼的氧化物，第三类是含铁、铈、锰、铋和铜的复合氧化物。
（2）按载体分类：第一类以为TiO2 为主的氧化物、第二类为活性炭，第三类为沸石分子筛。
（3）按温度分类：低温（＜ 300 ℃）、中温（260~400℃），高温（345~590 ℃）。
（4）按结构分类：蜂窝式、平板式或波纹式。
对SCR催化剂相关专利进行检索分析，自2010 年开始全球SCR 催化剂相关的专利申请量仍有着持续上升的趋势（图1），直至到2016 年，专利申请呈饱和态势，从2017 年开始，专利申请量逐年下降。其中，中国专利的发展趋势与全球发展趋势相同，但专利申请量低于日本和欧美等技术先进国家和地区。
截止2019 年9 月底，SCR 催化剂全球专利的主要申请人分为两类：一类企业为车企，其对于SCR 催化剂的研究主要应用于车用尾气处理应用领域，丰田、通用、福特以及现代均有较多的专利布局。而另一类企业为化工企业，其对于SCR 催化剂的研究应用领域较广，既可应用于车用尾气排放的控制，也可应用于工业设备排放处理，国际知名的庄信万丰和巴斯夫等均位于专利申请量的前列。
而中国专利的主要申请人则分为三大类：前两类与全球专利的主要申请人一致，其中，在第二类化工企业中，大唐环保以及江苏龙源作为国产企业，其专利申请量位于前列。第三类申请人为高校和研究机构。这也表明，我国的SCR 相关技术仍有部分处于实验室阶段的理论研究，真正全面地转化成产品应用仍然需要一定的时间。
3 SCR脱硝催化剂行业发展现状
目前国内使用的SCR 催化剂主要分为进口和国产两种，其中，欧美和日韩均有成熟的技术，这些产品以蜂窝式的钛基钒类催化剂为主导，其主要情况如下。
专利C N 1 0 9 4 7 7 4 0 9 A 、CN106659974A 介绍了德国Argillon公司的催化剂，它以蜂窝式、平板式为主， 活性物质为Pt、钒类氧化物， 载体为TiO2、ZrO2、SiO2、CeO2 和Al2O3 的一种或几种。专利CN108290151A 介绍了丹麦Topsoe 的波纹式或平板式催化剂， 其催化剂体系为V2O5/TiO2。专利CN106824168A 介绍了日本触媒化成的蜂窝式催化剂，其载体为TiO2 形成的无机单一氧化物、和/ 或W、Mo、Si 及V 组成的组中的至少1 种与Ti 的无机复合氧化物，活性成分钒、钼、锰、镧、钇及铈组成的组中的至少1 种。专利CN105378244B 介绍了美国CORMETECH 的蜂窝式催化剂，其主要为钒基催化剂、沸石基催化剂（如Cu- 沸石或Fe- 沸石催化剂）。专利CN107597178A 介绍了奥地利Ceram 公司的蜂窝式分子筛型催化剂，其中分子筛为ZSM-5、BETA 或SAPO-34，金属离子为铜、铁或锰。
随着日益增长的脱硝技术升级和SCR 催化剂需求，我国的相关企业也在不断地成长，他们通过对外引进、自主开发等手段也开发了国产的SCR 催化剂产品，目前，大唐南京、江苏龙源、江苏万德、东方凯特瑞等产能均可达到10 000 m3/a 以上，而主要的催化剂类型仍然是蜂窝式的V2O5/TiO2。
4 SCR脱硝催化剂市场发展前景
目前，我国SCR 催化剂的主要市场集中在火电厂和汽车尾气处理两个领域。基本假设如下：未来五年，火电厂领域，新增火电厂的平均装机容量为3 000 万千瓦时，平均每亿千瓦的装机量需要消耗8 万m3 催化剂，而每年有更换需求的机组为总装机量的10%。而在汽车尾气处理领域，汽油车和柴油车平均每升排量对应1 L和2 L 催化剂，汽油车平均排量为1.2 L，柴油车平均排量为4 L。
基于上述假设，SCR 催化剂的市场发展前景如图 2所示。自2015 年，由于火电厂的装机容量的增幅减缓以及汽车产量趋于平稳，催化剂市场呈现下降趋势，但平均维持在每年15 万m3 的市场规模，行业已经进入一个相对平稳的成熟阶段，整体产业规模在50~70 亿。但由于国内现有的产能仍低于市场规模，因此本行业仍然具备着持续上升的空间。
5 结语
未来，SCR 催化剂行业的市场规模将处于平稳的发展状态，而国产的SCR 催化剂虽然已经满足市场的基本需求，但是从产品的寿命和可靠性方面仍需提升。为了减少催化剂的失活现象，提升催化剂的寿命，改进催化剂活性组分、开发新型载体材料、调整反应器结构、加强反应启动和运行过程中的各项保护、改进吹灰系统以及定期检测等方面，均将成为重要的研究方向。
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