烟气脱硫脱硝专利技术分析

田佳阳 王 浩

(国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津 300300)

一、脱硫脱硝技术发展简介

烟气脱硫脱硝技术涉及干法和湿法[1-2]。对于脱硫技术，在全球现有烟气脱硫装置中，百分之八十以上应用的是湿法脱硫，在技术发展过程中呈现统一的整体，烟气脱硫技术从产生到现在大致经历了三个阶段，新技术不断的产生，老的技术不断的成熟完善。作为第一代的脱硫技术，利用石灰浆脱硫仍然是现在应用比较广泛的脱硫技术，石灰浆湿法脱硫利用石灰浆喷淋烟气，并对产物进行处理，该方法反应速率快、设备简单、脱硫效率高，但易造成二次污染[3-4]。随后进一步将石灰浆脱硫发展为双碱法脱硫和氨法脱硫，双碱法包括钠钙双碱法(NaOH-Ca(OH)2)、镁钙双碱法(MgO-Ca(OH)2)等，双碱法均应用于湿法脱硫工艺中，因烟气中O2的存在使得双碱法中第一碱(NaOH、MgO)的消耗量也较大，一般在10-15%，第一碱(NaOH、MgO)的价格昂贵，使得双碱法烟气脱硫技术的运行费用高。最新研究是氨法脱硫，即利用氨水进行喷淋脱硫，往往预先对烟气进行氧化，其脱硫效率高，但存在氨逃逸的问题。湿法脱硫最新的技术还涉及到海水脱硫和镁法脱硫，海水脱硫是利用海水喷淋进行二氧化硫吸收，镁法脱硫是将氧化镁制成浆液进行喷淋。干法脱硫主要是利用流化床将脱硫粉末与烟气进行混合接触，一般是钙基的粉末[5]。

对脱硝技术，烟气脱硝现今还是以选择性脱硝(SCR)技术为主，20世纪50年代至60年代，50年代中期，美国安格公司首次提出了选择性脱硝技术，最早是采用Pt催化剂除去汽车尾气中的氮氧化物[6-8]。20世纪年代70代，美国的Exxon的Lyon提出了选择性非催化还原技术(SNCR)用于移除高温烟道中的氮氧化物。还可以将SNCR与SCR联合进行脱硝，在烟气的上游设置SNCR脱硝装置、下游的设置SCR脱硝装置，SNCR+SCR混合法烟气脱硝的NOx综合脱除率可达到85%以上。其次研究比较热门的还有氧化吸收法，氧化法是在体系中加入强氧化剂将NO氧化为NO2，提高NOx的溶解度，再用碱性吸收液吸收NO2和SO2，从而达到同时脱硫脱硝的目的，氧化剂有NaClO2、H2O2、KMnO4、O3。比如在温度范围为110～150℃的锅炉烟道低温段喷入臭氧O3，将锅炉烟气中一氧化氮NO氧化成为易溶于水的高价态氮氧化物NO2、NO3或N2O5，然后使用碱液水洗锅炉烟气，脱除烟气中的氮氧化物[9-10]。

二、烟气脱硫脱硝技术专利申请量趋势分析

为了解烟气脱硫脱硝技术相关专利的申请状况，通过本领域技术人员对现有技术的了解，并结合各个数据库中文献的特点，选取CNABS数据库和DWPI数据库作为专利数据的来源，通过检索CNABS、DWPI数据库来获得进行统计分析的专利样本。

图1为烟气脱硫脱硝技术专利全球申请量趋势图。烟气脱硫脱硝技术的全球申请量呈现持续增长态势，2000年到2007年间年申请量不足20件，2008-2013年间，年申请量维持在100件以内，2014-2017年，年申请量处于稳步增长阶段，都维持在120件以上，2017年达到了169件项。脱硫脱硝领域专利申请量增长的趋势表明烟气脱硫脱硝技术日益显示出较大的技术和市场增势，技术的研发源于市场的需求，由于全球对于能源消耗的日益增加，各国对于环保要求的逐渐加强，烟气脱硫脱硝专利技术迅猛增长是必然趋势，该领域的科研也处在活跃期。

图1 烟气脱硫脱硝技术专利全球申请量趋势

从图2可以看出，2009年以前我国的烟气脱硫脱硝技术专利申请量一直处于低迷状态，从2009年开始，申请量开始迅速增长，并且明显逐渐占据全球申请量的绝大部分，这说明我国以政府为主导的、包括企业、研究所和各大高校对于烟气脱硫脱硝的处理技术越来越重视，进而促进了相关专利的申请量逐步提高。

图2 中国烟气脱硫脱硝技术专利申请量年度发展趋势

三、烟气脱硫脱硝技术专利申请量地域分布

图3 烟气脱硫脱硝技术全球专利申请量主要国家分布

从图3可以看出，烟气脱硫脱硝全球专利申请量排名前五分别为中国、日本、韩国、欧洲和德国，是申请人寻求专利保护的主要区域，提交的烟气脱硫脱硝专利申请占了该领域全球专利申请总量的90%以上。我国专利申请量最大，有878项申请，超过总量的60%，显示出我国已经在该领域专利申请量上占据了主导地位，尤其是进入二十一世纪以来，我国的烟气脱硫脱硝技术得到了快速的发展，这与当前国家对于烟气脱硫脱硝的环保技术重大支持是离不开的，并且中国本身对于脱硫脱硝技术的需求就很大，国家又不断提出更高的环保标准，这迫使企业和科研单位不断研发脱硫脱硝技术，因此其消费量有了较大增长。还有一个重要原因是我国脱硫脱硝技术起步较晚，国外的相关技术又对中国封锁，导致国内重视脱硫脱硝技术的研发创新。另一方面，我国近年来大力发展知识产权战略，企业、高校研究所等对技术的保护意识增强。另外，日本在专利申请量上仅次于我国，数目接近总量的四分之一，而且其在该领域的研究较早，技术相对更为成熟。

四、烟气脱硫脱硝技术专利全球和国内主要申请人分布

图4显示了烟气脱硫脱硝技术全球主要专利申请人情况。可以看出，申请量排名前五的申请人都为国外公司，说明在国外公司保持了对该项技术的研究热度和兴趣；而对于国内申请人来说，国内只有中晶蓝实业有限公司备认定为全球的主要申请人，并且申请量与国外申请人相比差距很大，说明虽然我国处于对于烟气脱硫脱硝技术研发的高峰期，但是专利技术分布比较分散，不够集中，无法形成一个巨头企业在脱硫脱硝领域完成比较全面的专利布局，这其实与我国脱硫脱硝的技术发展较晚并且落后于国外技术分不开的，随着科学技术的不断发展以及国内市场的不断扩大，相信以后会有国内公司形成比较全面的专利布局。

图4 烟气脱硫脱硝技术全球主要申请人分布

图5-6同样表明了我国烟气脱硫脱硝的专利申请人比较分散，并且国内申请人类型较多的是高校，但是高校的申请量不及企业申请量的一半，这表明我国的烟气脱硫脱硝技术不再停留在研究阶段，以技术储备形式存在，相应的技术储备逐渐在企业中实践创新，企业成为烟气脱硫脱硝技术研发的主力，烟气脱硫脱硝的产业化进程逐渐显现。这同时也表明，我国已经慢慢地脱离“以量取胜”的脱硫脱硝技术发展模式，开始逐步实现技术转化与创新。

图5 烟气脱硫脱硝技术国内申请人分布

图6 烟气脱硫脱硝技术国内申请人类型分布

五、总结与展望

我国脱硫脱硝专利技术申请人集中在高校和一些大型的国有企业，比如浙江大学、中国石油化工股份有限公司等，形成了一系列的专利布局，但是整体上，在烟气脱硫脱硝领域我国技术集中度不高，专利持有分散，短时间内难以聚集和发挥技术优势，重要专利、核心专利不足。因此虽然我国烟气脱硫脱硝技术近年来发展迅速，技术水平也有所提高，但是还是缺乏专利优化布局。国外相关企业已经把我国作为该领域专利申请的重点区域，国外申请人已经在国内烟气脱硫脱硝技术领域树立起专利壁垒，形成了良好的布局。随着环保要求的逐渐提升，我国对于烟气脱硫脱硝技术开发的投入还会稳步呈现增长的局面，中国公司应更加注重与高校和研究院所之间的合作，利用国内市场的不同需求，细分市场，学习结合国外研究成果，依靠技术科研力量开发烟气脱硫脱硝技术，拥有自主核心专利，形成合理完整的专利布局，并促进专利技术理论化向产业化发展，使我国在该领域逐步避开外国设置的专利壁垒，从而实现国内烟气脱硫脱硝技术的跨越式进步。