浅析脱硝催化剂的专利技术与国家标准

李征 王浩

关键词：脱销催化剂，钒钛系脱销催化剂，稀土基脱销催化剂，专利，国家标准

0 引言

党的二十大报告明确提出，中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化，要推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。而大气污染治理将是推进美丽中国建设的重点任务。大气污染物中的氮氧化物（NOx）不仅直接危害人类和动植物的健康，而且在大气中易形成酸雨及光化学烟雾，破坏臭氧层造成温室效应，给自然环境和人类健康帶来的危害较为严重。因此，烟气NOx的治理日益受到世界各国的广泛重视。目前针对NOx的控制技术主要有两类：一是燃烧过程控制技术，它是通过改进燃烧方式和生产工艺来减少NOx的生成量；二是燃烧后控制技术，即烟气脱硝（De-NOx）技术，它是将烟气中已生成的NOx固定下来，通过选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）技术还原为N2。SCR技术具有高效性、高选择性和经济性等特点，也一直是烟气脱硝领域的研究热点。

对于SCR工艺，其核心技术是脱硝催化剂，催化剂性能直接影响SCR系统的整体脱硝效果。以V2O5为主要活性组分的钒钛系脱硝催化剂是当前国内外SCR工艺的主流催化剂，它通常以TiO2、ZrO2、SiO2或碳基材料等为载体[1]。

但是钒钛系脱硝催化剂使用的主要活性成分五氧化二钒（V2O5）是一种高毒物质，对人体的呼吸系统和皮肤会产生严重损害。2014年环境保护部也明确规定废烟气脱硝催化剂（钒钛系）具有浸出毒性等危险特性，将其归类为《国家危险废物名录》中“HW49其他废物”，对脱硝催化剂的使用管理提出了更加严格的要求[2]。因此对于废旧的钒钛系脱硝催化剂，二次污染的可能性非常大。稀土元素具有独特的4f 电子轨道，表现出优异的储释氧性能，在催化反应中可发挥重要作用，是当前新型脱硝催化剂的重要研究对象。《国家鼓励的有毒有害原料（产品）替代品目录（2016年版）》鼓励研发稀土元素脱硝催化剂替代现有钒钛系脱硝催化剂，以用于电厂、窑炉等工业脱硝。2017年，我国发布了《稀土型选择性催化还原（S CR）脱硝催化剂（GB/ T34700-2017）》国家标准，对稀土型脱硝催化剂限定了相关技术指标和要求。2023年，“稀土新材料”依然入选国家重点研发计划的重点专项。研制新型稀土基脱硝催化剂已经成为脱硝催化剂领域的研究热点和迫切需求。笔者对近年来钒钛系脱硝催化剂和稀土基脱硝催化剂在专利技术和国家标准方面的情况进行梳理和分析，从而为脱硝催化剂领域的研究提供参考。

1 脱硝催化剂的专利技术分析

1.1 钒钛系脱硝催化剂

用“钒”“钛”“脱硝”“催化剂”等关键词在中国专利全文库和国外专利中文翻译全文库中进行检索，得到相关专利6846篇，其中中国申请4195篇，国外申请为2651篇，中国、日本和美国的申请占据了整个申请量的75%以上，申请人国别分布情况如图1所示，申请量年度分布图如图2所示。

可见，虽然在上个世纪，国外垄断了钒钛系脱硝催化剂的核心技术，但是经过国内研究人员多年的努力，国内的技术发展迅速，已经日趋成熟并趋于稳定。从2009年至2020年，申请量处于稳定增长期，全球受到疫情的影响，近几年的申请量有所减少尚在情理之中。

对这些专利的主要分类号进行分析可知，其分类号主要集中在B01D、B01J和F01N这几个技术领域，较为全面地覆盖了催化剂的产品、制备方法、再生以及应用的全流程，也印证了该技术领域在国内属于稳定发展期。

对申请人进行分析，在排名前十五位的申请人中，国内申请人占4个，分别是中国石油化工股份有限公司、清华大学、安徽元琛环保科技股份有限公司和大唐南京环保科技有限责任公司，他们也是国内该领域的优势创新主体。

1.2 稀土基脱硝催化剂

将“稀土”“脱硝”“催化剂”等关键词进行扩展，在中国专利全文库和国外专利中文翻译全文库中进行检索，得到相关专利2106篇，其中中国申请1930篇，国外申请为176篇，在该领域中国的申请量占90%以上，其次是日本和美国，申请人申请量年度分布图如图3所示。

可见，稀土基脱硝催化剂作为本领域的优势技术，虽然从申请量上不如已经较为成熟的钒钛系脱硝催化剂多，但是增长趋势与钒钛系脱硝催化剂基本一致，从2009年至2020年，该领域的申请量均处于增长期，尤其是2015年至2021处于快速增长期，说明该领域在优势明显的稀土基脱硝催化剂领域已经同步开始了布局。

对这些专利的主要分类号进行分析可知，其分类号主要集中在B01D、B01J，即主要为催化剂的产品、制备方法、再生等领域，说明该技术领域在国内尚处于研究的起步期。

对申请人进行分析可知，在排名前十五位的申请人中，国内申请人占13个，国外申请人仅有2个。可见，国内在这方面的研究的前瞻性和积极性远高于国外，国内的优势创新主体也提前在该领域进行了布局，较为活跃。

2 脱硝催化剂的国家标准分析

2.1 钒钛系脱硝催化剂

对钒钛系脱硝催化剂的有关国家标准进行检索，现行的共有以下几项：

《蜂窝式烟气脱硝催化剂》，标准编号GB/ T31587-2015，该标准规定了蜂窝式烟气脱硝催化剂的术语和定义、产品规格、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存、产品随行文件，适用于钒钛系氨选择性催化还原蜂窝式烟气脱硝催化剂，于2015年12月1日起实施。

《平板式烟气脱硝催化剂》，标准编号GB/ T31584-2015，该标准规定了平板式烟气脱硝催化剂的术语和定义、产品规格、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存、产品随行文件，适用于钒钛系氨选择性催化还原平板式烟气脱硝催化剂，于2016年1月1日起实施。

《烟气脱硝催化剂化学成分分析方法》，标准编号GB/T 31590-2015，该标准规定了烟气脱硝催化剂中钒、钛、钨、钼、硅、铝、钡、钙质量分数的测定方法。本标准适用于钒钛系选择性催化还原法烟气脱硝催化剂化学成分分析，于2016年1月1日起实施。

2.2 稀土基脱硝催化剂

2018年，山东天璨环保科技有限公司作为第一起草单位主持编制的我国首个稀土脱硝催化剂国家标准《稀土型选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂》获批，标准标号为GB/T 34700-2017，并于2018年5月1日起实施，该标准规定了稀土型选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂的术语和定义、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、储存和产品随行文件。本标准适用于稀土型蜂窝式烟气脱硝催化剂[3]。

可见，钒钛系脱硝催化剂和稀土基脱硝催化剂领域的国家标准均不是很完备，尽管钒钛系脱硝催化剂由于其毒性已被纳入危险废物进行管理，但是对失效的钒钛系催化剂的再生和处理方面，目前还没有成熟的国家标准进行规范。尤其是稀土基脱硝催化剂领域，近年来只颁布了一项国家标准，在催化剂的化学成分分析方法、检测技术规范、再生方法等方面仍然是空白，缺少统一的国家标准进行规范和引导。

3 结语

节能减排、绿色发展是实现中国式现代化的重要任务。随着国民生活水平的不断提高，火电、水泥、钢铁等行业势必会出台更加严格的行业执行标准和氮氧化物排放标准，脱硝催化剂的使用寿命大约为3～4年，随着失效催化剂的不断淘汰，再生和无害化处理等方法，以及新的更高标准的脱硝催化剂的需求将源源不断，新型脱硝催化剂的研究、开发尚处于起步期，专利申请布局并不完善，国家标准的制定仅在起步阶段，很多方面的标准都是空白，这为该领域的从业人员带来了前所未有的契机。

标准和专利绝不是孤立的。标准是固化技术成果的重要形式，具有规范性、社会性和可行性。专利是促进科学技术进步和创新的重要途径，具有独占性和排他性。可以考虑提前在该领域进行专利布局，推动该领域的专利标准化，才能更好地占领先机，实现标准与专利的对立统一。