scr脱硝催化剂
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2023年3月5日发(作者：营养素参考值)低温SCR催化剂
催化剂是SCR技术的核心，其中MMNOx/TiO2、MNOx-CeO2/TiO2，
MNOx/AI2O3、CuO/Tio2等在中低温范围内都表现良好的脱硝活性。
研究表明，以锰铈氧化物为活性组分的催化剂具有较高的催化活性和
N2选择性，是低温SCR催化剂研究的焦点。
活性组分
催化剂的活性组分在低温SCR反应过程中，对反应物的吸附以及
电子传递起着至关重要的作用，直接决定着反应能否顺利进行，影响
着催化活性和N2选择性的高低。常见的低温SCR催化剂活性组分主
要有活性氧化锰和二氧化铈二种。
活性氧化锰
MNOx的晶格中含有大量的活性氧，能有效促进低温SCR脱硝反
应的进行。常见的锰的氧化物主要有MnO2、Mn2O3、M3O4和Mn5O8
等，它们在SCR脱硝反应中的作用各不相同。Kapteijn等研究发现
MnO2催化剂具有较好的低温活性，而Mn2O3则具有较高的N2选择性。
锰氧化物的催化活性顺序为：MnO2>Mn5O8>Mn2O3>Mn3O4。研究发现，
虽然纯的MNOx低温活性较高，但其N2选择性较差，且易受烟气中
SO2和H2O的影响导致催化剂中毒。通常将MNOx与其他氧化物结合，
制备双金属或复合氧化物催化剂，以提高催化剂的活性和N2选择性，
延长催化剂的使用寿命。
二氧化铈
CeO2在低温SCR反应中具有良好的活性，在催化加入Ce元素，
可提高催化剂的储氧能力，从而提高催化剂的活性。贺泓等通过浸渍
法制备了Ce/TiO2催化剂并考察了反应性能。吴忠标等通过溶胶-凝
胶法在MNOx/TiO2中添加Ce元素制备了MNOx-CeO2/TiO2催化剂，研
究发现Ce的添加有助于提高NO的转换率。顾婷婷等研究硫酸化改性
后CeO2催化剂活性。前人研究表明，CeO2具有较强的表面酸性和储
存氧的能力，可以促进NH3在催化剂表面的活化和吸附。
催化剂载体
载体是催化剂成型的关键，良好的催化剂载体不仅可以促进底物
的吸附，提高催化活性，而且有助于催化剂的规模化生产和工业应用。
低温SCR催化剂的载体主要有二氧化钛、氧化铝活性炭、沸石分子
筛等。
二氧化钛
TiO2是常见的催化剂载体，不易被酸化，且能提高低温SCR催
化反应的活性、N2选择性和抗硫性。TiO2通常有锐钛矿、金红石和
板钛矿三种晶型，其中锐钛矿型TiO2常被用来选作脱硝催化剂的载
体。Qi等将Mn、Cu、V、Fe等过渡金属负载在TiO2上考察催化剂的
活性，其中通过浸渍法把Mn负载在TiO2上的催化剂活性较好。吴忠
标采用溶胶-凝胶法制备了Mn/TiO2催化剂并用Fe、Cu、Zn、V等过
渡金属对其进行改性，结果表明，催化剂活性在150度时均能达到
95%以上。徐文青等通过浸渍法制备了Ce/TiO2催化剂，在275-400
度之间具有优良的SCR活性，同时该催化剂还具有较高的抗水、抗硫
性能。
低温催化活性强，在180度时NO的去除率可达到98%左右，是
一种低温SCR催化剂，但抗硫性能较差。
催化剂的改性
离子掺杂可以有效的缓解催化剂烧结的现象，促进催化剂活性的
提高。研究表明Ca掺杂对SCR催化剂的活性有一定的抑制作用，但
同时Ca掺杂对N2O生成的抑制更大，从而促进了催化剂的N2选择性，
所以Ca掺杂对催化剂整体性能提升有良好的帮助。Phil等研究发现
适当的Se、Sb、Cu、S掺杂有利于V2O5/TiO2催化活性的提高，在
150-400度时，2%的Sb掺杂的V2O5/TiO2催化剂活性最好，同时Sb
掺杂的催化剂在有水存在的条件下抗硫性能相对较好。研究发现低温
状态下Cu掺杂可以提高以沸石分子筛为载体的催化剂活性。把Fe
掺杂到Mn/Tio2上，发现Fe对催化剂有促进作用，90度时NO的脱
除率就能达到90%。
烟气中的H2O和SO2对催化剂的影响
低温SCR脱硝装置一般安装在除尘系统或者脱硫系统之后，布置
在除尘后的低温SCR催化剂需要具有抗较高浓度SO2的能力，而布置
在脱硫系统之后的催化剂也会受少量SO2的影响，同时需要具备一定
的抗H2O能力。因此，低温SCR催化剂的抗硫和抗水性能是决定催化
剂是否能工业化应用的关键因素，也是以往研究者所关注的重点。
H2O对催化剂的影响
烟气中的水蒸汽能吸附在催化剂表面的活性点位上，从而抑制催
化剂的活性。水与反应物的共吸附是低温SCR研究的一个重点。H2O
对催化剂的影响可分为两类：一是可逆的;二是不可逆的。可逆反应
中，随着水蒸汽的去除，水蒸汽对脱硝活性的影响基本能得到恢复;
不可逆的反应中，水蒸汽去除后脱硝的活性并不会恢复，但当热处理
的温度达到一定的程度后该反应就变成可逆的。实践中在湿反应的条
件下，不同类型的还原剂也对催化剂的活性有较大的影响。总体上，
在NH3-SCR反应中，H2O对催化剂活性的影响较小。
SO2对催化剂的影响
在低温SCR反应中我们还必须注意到一个问题是SO2对催化剂反
应的影响。烟气中的SO2一方面会导致催化剂活性组分的破坏，另一
方面会使催化剂表面的活性位点被金属硫酸盐和硫酸铵所覆盖，从而
使催化剂彻底失活。经研究SO2对MNOx/AI2O3催化剂的影响，认为
MnSO4的形成是导致催化剂活性下降的主要原因。通过制备
MNOx-CeO2催化剂，研究了SO2和H2O对NO去除率的影响。把V2O5
负载在活性炭上制备得到的催化剂在低温条件下具有较好的抗硫性
能。研究表明，SO2对低温SCR催化系统的影响难以避免，并且活性
组分的硫酸化和硫酸铵的沉积效应往往同时存在，也给催化剂的再生
造成了一定的困难。
低温SCR催化剂的反应机理
催化剂及制备方法不同对低温SCR催化机理有不同的理解。上海
瀚昱环保材料有限公司科技工程研究团队通过研究MNOx-CeO2复合
氧化物催化剂发现低温SCR反应有两种反应途径。一种为气相的NH3
首先吸附到催化剂上形成配位态的NH3和NH2，NH2和气相中的NO
反应生成NH2NO，然后彻底分解为N2和H2O。主要的反应机理为：
NG=H3(g)—NH3(a)
NH3(a)+O2(a)—NH2(a)+OH(a)
NH2(a)+NO(g)—NH2NO(a)—N2(g)+H2O(g)
另一种是NO在催化剂表面氧化成的HNO2，然后与NH3反应生成
NH4NO2，最后分解为N2和H2O。其反应方机理为：
NO(a)+1/2O2(a)—NO2(a)
OH(a)+NO2(a)—O(a)+HNO2(a)
研究Mn/TiO和Fe改性Mn/TiO2这两个催化剂的低温SCR机理发
现：未掺杂的Mn/TiO2催化剂上的SCR反应属于Eley-Rideal反应，
经Fe掺杂的催化剂的反应有另一条反应途径，NO首先被氧化成双齿
硝酸盐类物质，在NH3下转变为单齿硝酸盐和NH4，进一步反应完成
NO的还原过程最后生成H2O和N2。对于低温SCR的反应机理有很多
的解释，其中被普遍认同的是NH3的吸附和活化在反应过程中起到了
很大的作用。
概括总结
(1)MHOx和CeO2是常见低温SCR活性组分，在低温下具有良好
的催化活性。TiO2是一种良好的低温SCR催化剂载体，具有较大的
比表面积和较强的SO2抗性。金属离子的掺杂有助于催化性能的提
高。
(2)低温SCR催化剂的抗SO2性仍不理想，SO2中毒是导致催化
剂催化活性下降重要因素，因此在未来的研究中，一方面要根据催化
剂中毒的原因，寻找并制备出高抗硫能力的催化剂，另一方面，也
要研究低温SCR催化剂合适的再生方法，为低温SCR催化剂的工业化
应用打下基础。
(3)低温SCR催化技术也可用于SO2含量较低的工业炉窑或化工
尾气，尤其是用于水泥炉窑或者玻璃炉窑时，碱/碱土金属对低温SCR
催化剂的影响也需要进一步研究和明确。
上海瀚昱环保材料有限公司研发团队
该公司研发团队自2006年开始自主研发SCR脱硝催化剂，得到
国家科技部基金项目的支持，与浙江大学合作，在掌握国外先进技术
基础上，通过大量的试验研究获得可靠成果，借助OM、SEM、EDS、
BET、Rama、FT-IR、TG-DCS、H2-TPR、XPS等方法进行分析讨论；掌
握原材料及配比与性能的对应关系，各种参数下的性能曲线，经过系
列化的小试与中试，获得多个具有应用价值的高性能SCR催化剂配
方。
该公司可生产中高温V-Ti基（350~430℃）、中温V-Ti-Re基
（300~400℃）、中低温Mn-Ti-Re基（200~300℃）、低温Mn-Ce-Co-Ti
基（130~260℃）的脱硝催化剂；结构形式为蜂窝式、三叶圆筒式、
棒状、粒状。
低温SCR脱硝工艺流程
低温SCR脱硝系统在电厂中的布置一般采用的是尾部布置。（详
见垃圾发电厂脱二噁英+低温脱硝系统工艺流程图）。
本项目采用100%液氨经蒸发器蒸发气化后或者采用13%稀氨水
经蒸发气化后（目前工厂采用13%稀氨水进行SNCR工艺初步脱硝，
故本方案采用13%稀氨水经蒸发气化后），与稀释风机提供的空气在
混合器内将氨与空气混合均匀后，喷入SCR催化反应器。NOx与NH3
在催化剂的作用下发生反应，使烟气中的NOx控制在排放限值以内。