低溫SCR脫硝催化劑專利技術(shù)綜述

權(quán)桂英，鐘玉姣，鄧仲焱，劉喬卉，權(quán) 國(guó)

(1.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川 成都 610213；2.東方電氣股份有限公司，四川 成都 611731)

1 引言

氮氧化物(NOx)是鍋爐和內(nèi)燃機(jī)排放氣體中的主要有害物質(zhì)之一，是造成酸雨的主要原因，也是形成近地層大氣臭氧、二次微細(xì)顆粒污染、地表水富營(yíng)養(yǎng)化以及光化學(xué)煙霧的主要原因。目前造成大氣污染的氮氧化物主要有一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，其主要來(lái)源為移動(dòng)源(機(jī)動(dòng)車，約占49%)和固定源(火力發(fā)電廠、工業(yè)鍋爐，約占46%)[1]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，氮氧化物的脫除與減排日益提上環(huán)保部門以及各生產(chǎn)單位的日程。

選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)脫硝是目前國(guó)際上應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù)[2]。在實(shí)際運(yùn)行中，由于SCR系統(tǒng)布置位置靠前、運(yùn)行工況改變和應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)寬等原因，使得現(xiàn)有催化劑維護(hù)頻繁、損耗嚴(yán)重和壽命較短[3]。因此，尋求與鍋爐系統(tǒng)排煙溫度(120～250℃)相匹配的低溫脫硝技術(shù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。低溫脫硝反應(yīng)器布置在除塵和脫硫設(shè)備之后，通過(guò)脫硝反應(yīng)器的煙氣具有低溫、低硫、低灰等特性，避免了催化劑高溫?zé)Y(jié)和中毒，無(wú)需對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造和煙氣加熱，從而節(jié)省操作成本、降低能耗。本文著重研究了低溫SCR脫硝催化劑的全球?qū)＠暾?qǐng)狀況、中國(guó)專利申請(qǐng)狀況以及重點(diǎn)申請(qǐng)人情況，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，以期掌握該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，為相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員帶來(lái)有益幫助。

2 低溫SCR脫硝催化劑專利技術(shù)分析

2.1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)

如圖1所示為低溫SCR脫硝催化劑技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)量年度分布趨勢(shì)圖。

圖1 低溫SCR脫硝催化劑全球申請(qǐng)趨勢(shì)

從圖1可以看出，低溫SCR脫硝催化劑的相關(guān)專利最早出現(xiàn)在1976年，截止到2005年，該階段專利申請(qǐng)量較少，年申請(qǐng)量均在10項(xiàng)以下。在該階段，日本是主要的專利申請(qǐng)國(guó)，其他國(guó)家在低溫SCR脫硝領(lǐng)域鮮有研究。從2006年至2010年，低溫SCR脫硝催化劑的專利申請(qǐng)出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，這一階段處于技術(shù)的發(fā)展期，中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)等國(guó)家在低溫SCR脫硝領(lǐng)域均開(kāi)始進(jìn)行研究，其中中國(guó)的專利申請(qǐng)量高于其他所有國(guó)家專利申請(qǐng)量之和，這表明中國(guó)更加重視低溫SCR脫硝催化劑的研究。2011年以后，低溫SCR脫硝催化劑的相關(guān)專利申請(qǐng)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，在該階段，中國(guó)是主要的專利申請(qǐng)國(guó)家，2015年中國(guó)的相關(guān)專利申請(qǐng)突破100項(xiàng)，而其他國(guó)家的相關(guān)專利申請(qǐng)較少，年均申請(qǐng)量在10項(xiàng)左右。

圖2所示為低溫SCR脫硝催化劑技術(shù)相關(guān)專利主要申請(qǐng)國(guó)別分布情況。從圖2可以看出，與低溫SCR脫硝催化劑全球?qū)＠暾?qǐng)量趨勢(shì)一致，中國(guó)是低溫SCR脫硝催化劑領(lǐng)域最主要的申請(qǐng)國(guó)，具體地，中國(guó)占69%，日本占14%，美國(guó)占7%，韓國(guó)占4%，德國(guó)占1%，其他國(guó)家占5%。中國(guó)關(guān)于低溫SCR脫硝催化劑的專利申請(qǐng)占據(jù)了全球?qū)＠暾?qǐng)總數(shù)量的半數(shù)多，大幅領(lǐng)先于其他國(guó)家和地區(qū)。

圖3是各國(guó)申請(qǐng)人在華專利布局?？梢钥闯?，中國(guó)是低溫SCR脫硝催化劑最重要的市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)提交的專利申請(qǐng)比例高達(dá)91%。各國(guó)專利申請(qǐng)人非常重視在中國(guó)的專利布局，而另一方面國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在全球其他的專利布局意識(shí)較弱，較少會(huì)向其他國(guó)家遞交專利申請(qǐng)。以全球申請(qǐng)量排名前四位的申請(qǐng)人為例，三菱重工業(yè)株式會(huì)社在美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)提交了申請(qǐng)，巴斯夫公司在日本、中國(guó)、歐盟提交了申請(qǐng)，而中國(guó)的天津大學(xué)和華南理工大學(xué)只提交了國(guó)內(nèi)申請(qǐng)。

圖2 全球?qū)＠暾?qǐng)國(guó)別分布

圖3 各國(guó)申請(qǐng)人在華專利布局

2.2 重要申請(qǐng)人分析

表1 全球重要專利申請(qǐng)人

表1(續(xù))

表1為低溫SCR脫硝催化劑技術(shù)領(lǐng)域排名前12的全球重要申請(qǐng)人及其申請(qǐng)量。由表1可以看出，在低溫SCR脫硝催化劑領(lǐng)域，專利申請(qǐng)分布比較分散，數(shù)量規(guī)模上沒(méi)有拉開(kāi)較大差距，所有申請(qǐng)人的申請(qǐng)量均沒(méi)有超過(guò)25項(xiàng)。就申請(qǐng)人所屬國(guó)家分布來(lái)看，前12位申請(qǐng)人主要來(lái)自于中國(guó)，共占據(jù)9個(gè)名額。其中，中國(guó)的9位主要申請(qǐng)人中有8位是中國(guó)的高校和科研機(jī)構(gòu)，僅有1位是公司性質(zhì)。由此可以看出，在低溫SCR脫硝催化劑領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)高校和科研機(jī)構(gòu)占據(jù)巨大優(yōu)勢(shì)。安徽元琛環(huán)?？萍加邢薰臼菄?guó)內(nèi)低溫SCR脫硝催化劑專利申請(qǐng)量較多的公司，該公司所申請(qǐng)的12項(xiàng)專利目前有1項(xiàng)被駁回，其他均在審。申請(qǐng)量較多的高校如天津大學(xué)的16項(xiàng)專利申請(qǐng)中目前有11件獲得授權(quán)，2項(xiàng)在審。在除中國(guó)之外的他國(guó)申請(qǐng)人中，日本、美國(guó)、德國(guó)各有一位申請(qǐng)人進(jìn)入申請(qǐng)量排名前12位中。

2.3 核心專利統(tǒng)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中專利文獻(xiàn)的被引頻次數(shù)對(duì)低溫SCR脫硝催化劑技術(shù)的專利申請(qǐng)進(jìn)行排序，列出被引頻次排名前10的專利申請(qǐng)的公開(kāi)號(hào)、申請(qǐng)人、發(fā)明名稱、涉及國(guó)家等信息，具體如表2所示。從表2可以看出，該10篇核心專利的被引次數(shù)最高為37次，最少為14次；從公開(kāi)號(hào)和申請(qǐng)人來(lái)看，上述10篇核心專利主要涉及中國(guó)、日本和美國(guó)三個(gè)國(guó)家，可以看出，中國(guó)、日本和美國(guó)在低溫SCR脫硝催化劑領(lǐng)域的技術(shù)含量較高。從上述10篇核心專利涉及的活性組分技術(shù)分支來(lái)看，其中5篇涉及錳基低溫SCR脫硝催化劑，2篇涉及釩基低溫SCR脫硝催化劑，1篇涉及鐵基低溫SCR脫硝催化劑，1篇涉及銅基低溫SCR脫硝催化劑，1篇涉及鈰基低溫SCR脫硝催化劑。在實(shí)際文獻(xiàn)閱讀過(guò)程中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，錳基催化劑和釩基催化劑的專利申請(qǐng)量高于鐵基、銅基和鈰基催化劑的專利申請(qǐng)量。結(jié)合上述核心專利技術(shù)分支統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，錳基催化劑和釩基催化劑在該領(lǐng)域研究成效較大。

表2 核心專利基本信息

3 結(jié)語(yǔ)

總體而言，低溫SCR脫硝催化劑技術(shù)門檻不高，技術(shù)準(zhǔn)入較易，申請(qǐng)人較為分散。中國(guó)的低溫SCR脫硝催化劑的相關(guān)專利均以本國(guó)市場(chǎng)為主，目前在該領(lǐng)域起主導(dǎo)作用的申請(qǐng)人主要是高校和科研院所，說(shuō)明我國(guó)該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的產(chǎn)業(yè)化水平較低，且?guī)缀鯖](méi)有向國(guó)外布局。