脱硝篇-4.SCR选择性催化还原脱硝剂

一、SCR脱硝原理

     选择性催化还原法(SCR技术)是以氨(NH₃，作为还原剂，在催化剂作用下，将NOx的还原成无害的N₂和H₂O。NH₃有选择的与烟气中NOx反应，而自身不被烟气中的残余的O₂氧化，因此称这种方法为“选择性”有氧条件下反应式如下:

二、催化剂的种类

1.按活性成分分类：

（1）贵金属催化剂：如铂（Pt）、钯（Pd）等贵金属作为活性成分。这类催化剂具有活性高、起燃温度低等优点，能在较低温度下实现较高的NOx转化率。但贵金属资源稀缺、成本高昂，限制了其大规模广泛应用，常用于一些对反应条件要求较为特殊且对成本不太敏感的小型装置或特定工业场景。

（2）金属氧化物催化剂：常见的有钒钛系催化剂（如V?O? - TiO?）、锰基催化剂（如MnO?）、铁基催化剂（如Fe?O?）等。其中，钒钛系催化剂是目前应用最为广泛的SCR催化剂之一，它具有活性较好、稳定性较高、抗中毒能力相对较强等特点，适用于多种燃烧设备排放的NOx治理，如燃煤电厂、工业锅炉等。锰基催化剂在低温下具有较好的活性，近年来受到较多关注，有望在一些低温排放源的NOx控制方面发挥作用。铁基催化剂也因成本较低、资源丰富等优势在研究和应用方面不断发展。

（3）分子筛催化剂：以沸石分子筛为载体，负载活性金属离子（如铜离子Cu??、铁离子Fe??等）形成的催化剂。分子筛催化剂具有独特的孔道结构和高比表面积，能够提供较多的活性位点，对NOx的吸附和催化转化能力较强。并且，它在一定程度上可以通过调节分子筛的结构和组成来优化催化性能，在中低温范围内展现出良好的应用前景，尤其适用于一些对NOx排放要求严格且排放温度适中的场合，如柴油车尾气净化等。

2.按结构形式分类：

（1） 蜂窝式催化剂：呈蜂窝状结构，具有孔道规整、比表面积大、压力损失小等优点。其单位体积内的活性表面积较大，能够提供较多的催化反应场所，从而有利于提高NOx的转化率。而且蜂窝式结构使得气流在通过催化剂时分布较为均匀，减少了因局部气流不均导致的催化效果不佳的情况。这种催化剂在大型燃煤电厂、工业锅炉等固定源的SCR脱硝系统中应用广泛。

（2）板式催化剂：由金属板或陶瓷板作为支撑体，在板面上负载活性催化剂层形成。板式催化剂的优点是机械强度高，能够承受较高的气流冲刷和振动，适用于一些气流速度较快、工况较为恶劣的场合。例如在一些大型工业窑炉的尾气处理中，板式催化剂可以较好地适应高温、高速气流的环境，保证脱硝过程的稳定进行。

（3）波纹式催化剂：其结构介于蜂窝式和板式之间，具有一定的波纹形状。它结合了蜂窝式催化剂比表面积大以及板式催化剂机械强度高的部分优点，在一些特定的工业应用场景中也有使用，比如部分中小型工业锅炉的SCR脱硝系统。

3. 粘结剂和添加剂：

（1）.粘结剂：用于将活性组分和载体材料粘结在一起，形成稳定的催化剂结构。常用的粘结剂有羧甲基纤维素、聚氧化乙烯、硅溶胶等。这些粘结剂能够在催化剂制备过程中提供良好的粘结性能，使催化剂在使用过程中不易破碎和脱落。

（2）.助剂：如硬脂酸、单乙醇胺、乳酸等可以作为助剂添加到催化剂中，起到改善催化剂的成型性能、调节催化剂的酸碱度、提高催化剂的分散性等作用。

（3）.玻璃纤维：在一些催化剂的制备中，玻璃纤维可以作为增强材料添加，提高催化剂的机械强度和抗磨损性能。

三、不同催化的应用对比

SCR可根据废气温度的不同，可选择超高温脱硝催化剂，高温脱硝催化剂，中低温脱硝催化剂以及超低温脱硝催化剂等等。

内容	催化剂类型	温度区间	行业范围	催化剂原料
按照 温度 分类	超高温脱硝催化剂	＞400℃	燃煤锅炉	钒钛基
	高温脱硝催化剂	300℃~400℃	火力发电厂
	中低温脱硝催化剂	180℃~300℃	焦化、钢铁、石灰窑等
	超低温脱硝催化剂	130℃~180℃	天然气发电机组	锰基

SCR催化剂根据不同投资成本以及运行成本设计温度以及催化剂用量的选择

 

内容	催化剂类型	温度区间	形式	设计空速(H-1)（括号内为NOx浓度）	更换周期(年)	单价(万元/m?)
按照 温度 分类	高温脱硝催化剂	300℃~400℃	颗粒（钒钛）	4500(1000) 5000(500)	3~5	3.5~5
			蜂窝(钒钛)	2500(1000) 3000(500)	3~5	2~3
	中低温脱硝催化剂	180℃~300℃	颗粒（钒钛）	3500(1000) 4000(500)	3~5	6.5
			蜂窝(钒钛)	1800(1000) 2200(500)	3~5	4
	超低温脱硝催化剂	130℃~180℃	颗粒（锰系）	2000(1000) 2500(500)	3~5	8