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蜂窝状低温烟气脱硝催化剂及其制备方法技术

技术编号:13775610 阅读:47 留言:0更新日期:2016-09-30 21:14
本发明专利技术涉及蜂窝状低温烟气脱硝催化剂及制备方法,属于大气污染控制和环境催化材料领用,该催化剂以TiO2,V2O5、MoO3、WO3及稀土金属(La、Ce、Pr、Nd、Zr、Y)氧化物为活性组分,以P2O5、SO3为改性助剂,经粉末制备、混炼与捏合等工序处理获得所述催化剂。该催化剂在低温烟气下对NOx具有优异的去除效率,170‑180℃时的脱硝效率可达90%以上。同时具有较高的机械强度和抗磨损性能,纵向抗压强度大于2.4MPa,硬化端飞灰磨损率小于0.08%/Kg。减少了飞灰对催化剂的冲刷、磨损和刻蚀,延长了催化剂的使用寿命。本发明专利技术催化剂的生产原料简单易得,制备过程简单易控,易实现工业化生产。

蜂窝状低温烟气脱硝催化剂及其制备方法

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于大气污染控制和环境催化材料领域,具体涉及一种蜂窝状低温烟气脱硝催化剂及其制备方法,该催化剂适用于非电力行业锅炉、窑炉冶金、化工、炼焦和石化等行业的低温烟气或工艺废气的NOx排放控制,以及电力锅炉低温、低尘布置的脱硝工艺。
技术介绍
氮氧化物(NOx),已成为继SO2之后的又一全球性大气污染物,大气中的NOx对全球变暖、酸雨、光化学烟雾、地表臭氧浓度升高、水体污染等诸多环境问题有较高的贡献值,已成为大城市空气中的首要污染物。我国是NOx排放大国,主要源自电站锅炉、交通运输和各种工业过程,年排放量在2000万吨以上,并呈现逐年增加的趋势,给公众健康和生态环境带来灾难性后果,因此,NOx的排放控制成为大气污染治理的首要任务。在“十三五规划纲要(草案)”中,明确提出我国在2016年对SO2和NOx的排放量分别减少3%,并要求控制重点地区细颗粒物(PM2.5)浓度。因此,我国脱硝形势更加严峻,NOx的排放控制成为当前大气治理的主要任务,对脱硝技术的推广提出了挑战。在诸多NOx排放控制技术中,选择性催化还原(SCR)由于其成熟、可靠、高效且得到工程验证而成为脱硝行业的主流技术,可将NOx转化为无害的N2和H2O,SCR工艺的核心单元为催化剂,直接决定脱硝系统的成本和效率。目前,电站锅炉使用的SCR催化剂以V2O5-WO3(MoO3)/TiO2体 系为主的中高温型,催化剂的工作温度大多为310-410℃。但是,许多非电力行业的工业锅炉、窑炉、冶金、化工、炼焦和石化等,由于二次利用余热或配套其他节能技术,其废气或烟气排放温度较低(大多在200℃以下),难以利用中高温型(310-410℃)SCR催化剂进行NOx的排放控制。因此,开发低温高活性SCR催化剂,在非电力行业的低温烟气使用SCR技术,或在电力行业使用低温低尘的脱硝工艺,具有巨大的社会效益和经济效益。Shan等(ShanWB,LiuFD,etal.,Appl.Catal.,B,2012,115-116:100-106)利用共沉淀法合成了具有低温活性的CeO2-WO3/TiO2催化剂,Ce和W的比例对催化剂的低温活性、温度窗口及N2选择性有很大影响,当Ce和W的摩尔比为1:1时,可明显提高催化剂表面酸性位的强度和数量,提高了催化剂的NH3-SCR反应活性。房等(房晶瑞,吴彦霞,等.环境工程学报,2014,8(2):636-640)以成型的TiO2载体通过浸渍法制备了Mn-Ce/TiO2低温SCR催化剂,Mn的含量对催化剂的脱硝效率有很大影响,当Mn/(Mn+Ce)摩尔比为0.4和0.85时的低温活性最高。闫等(闫东杰,玉亚,等.燃料化学学报,2016,44(2):232-238)利用溶胶凝胶法制备了Mn-Ce/TiO2低温SCR催化剂,SO2对活性有明显的抑制作用,SO2浓度为700ppm时,催化剂对NOx的去除效率在2h内从84%降至42%,活性不可逆的降低了50%;活性物种MnOx晶型转变生成低活性的Mn2O3物种,抑制了气相氧向晶格氧的转变,降低了CeOx的redox性能,此外,硫酸盐附着在催化剂在催化剂表面,也是引起催化剂失活的重要因素。Shen等(ShenBX,YaoY,etal.,Chin.J.Catal,2011,32(12):1803-1811)采用离子交换法制备了钛基层柱粘土TiO2-PILC载体,通过浸渍法负载Mn活性组分得到xMn/TiO2-PILC催化剂,CeO2的掺杂可明显提高8%Mn/TiO2-PILC催化剂的催化活性和抗SO2性能,8%Mn-2%CeO2/TiO2-PILC在200℃对NO的去除效率达95%,CeO2的掺杂可提高催化剂的表面酸性和氧化-还原能力。Chen等(ChenL, LiJH,etal.,J.Phys.Chem.C,2009,113:21177-21184)利用CeOx对V2O5-WO3/TiO2催化剂进行掺杂、改性以提高催化剂性能,结果表明,Ce掺杂有助于提高催化剂表面酸性位的强度和数量,0.1%V2O5-6%WO3-10%CeO2具有较好的低温活性,抗H2O和SO2性能,在200-400℃对NOx的去除效率保持在90%以上。在专利CN105126922中,以硅藻土、分子筛和纳米TiO2为载体,稀土氧化物为活性中心得到稀土基SCR催化剂,低温条件下对NOx有较高的去除效率,但催化剂生产原料种类多,制备过程和设备复杂。专利CN102962055报道了V2O5-MoO3/TiO2体系低温SCR催化剂粉体的制备方法,模型反应中催化剂在150℃时对NOx的去除效率可达98%。专利CN103894180和CN103894181利用凝胶法和浸渍法制备Pr、La掺杂V2O5-MoO3/TiO2的低温SCR催化剂,稀土元素Pr、La掺杂进入TiO2晶格中形成氧空位,提高了催化剂的低温活性,但未涉及催化剂成型。专利CN102266761报道了一种低温SCR催化剂粉末的制备方法,首先利用共沉淀法制备ZrO2-TiO2复合金属氧化物载体,然后通过浸渍法负载CeO2、WO3和V2O5活性组分,催化剂在150-450℃范围内表现出很好的催化活性,但其制备过程复杂。专利CN104841464公布了一种高效低温SCR催化剂,0.35-0.5wt%的Br-掺杂V2O5-WO3/TiO2催化剂,可提高催化剂在低温时的脱硝效率和抗硫性,进一步延长了催化剂的使用寿命,但报道催化剂成型方法,工业应用有一定局限性。专利CN105126816公布了一种烟气脱硝催化剂的制备方法,主要涉及电站锅炉脱硝用的中高温型SCR催化剂,以TiO2复合Al2O3、SiO2等为载体,玻璃纤维为骨架,所得催化剂具有较高的机械强度和耐磨性能,脱硝效率可达92.3%以上,进一步提高了催化剂的使用寿命。因此,针对非电力行业的工业锅炉、窑炉、化工及炼焦等行业的低温烟气和工艺废气,开发低温脱硝催化剂及成型工艺技术,对低温脱硝技术的推广和NOx的排放控制有 重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和不足,本专利技术提供了一种蜂窝状低温烟气脱硝催化剂及其制备方法,催化剂由载体、活性组分和助剂组成,具有优异的低温活性和较宽的温度窗口。本专利技术还提供了蜂窝状低温烟气脱硝催化剂制备方法,具有高效、低成本等优点,易实现工业化连续生产,在保证催化活性的基础上提高了催化剂的机械强度和抗磨损性能,进一步延长了催化剂寿命。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:蜂窝状低温烟气脱硝催化剂,包括载体、活性组分和助剂,所述活性组分和助剂分别负载在载体上,所述载体为TiO2或TiO2的复合氧化物,所述载体在催化剂中的含量为70~90wt%;所述活性组分为V2O5及WO3或MoO3,所述活性组分在载体上的负载量为:V2O5为0.3~6wt%,WO3为1.0~15wt%或MoO3为1.0~15wt%,所述助剂为P2O5,所述助剂在载体上的负载量为:P2O5为0.1-3wt%。本专利技术的有益效果是:专利技术所提供的蜂窝状低温烟气脱硝催化剂,催化剂具有良好的低温活性和较宽的温度窗口。利用本专利技术的制备方法,有助于提高活性组分在载体表面的分散程度,增强了活性物种与载体间的相互作用,抑制了高本文档来自技高网
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【技术保护点】
蜂窝状低温烟气脱硝催化剂,其特征在于,包括载体、活性组分和助剂,所述活性组分和助剂分别负载在载体上,所述载体为TiO2或TiO2的复合氧化物,所述载体在催化剂中的含量为70~90wt%;所述活性组分为V2O5及WO3或MoO3,所述活性组分在载体上的负载量为:V2O5为0.3~6wt%,WO3为1.0~15wt%或MoO3为1.0~15wt%,所述助剂为P2O5,所述助剂在载体上的负载量为:P2O5为0.1‑3wt%。

【技术特征摘要】
1.蜂窝状低温烟气脱硝催化剂,其特征在于,包括载体、活性组分和助剂,所述活性组分和助剂分别负载在载体上,所述载体为TiO2或TiO2的复合氧化物,所述载体在催化剂中的含量为70~90wt%;所述活性组分为V2O5及WO3或MoO3,所述活性组分在载体上的负载量为:V2O5为0.3~6wt%,WO3为1.0~15wt%或MoO3为1.0~15wt%,所述助剂为P2O5,所述助剂在载体上的负载量为:P2O5为0.1-3wt%。2.根据权利要求1所述蜂窝状低温烟气脱硝催化剂,其特征在于,所述活性组分还包括稀土氧化物,所述稀土氧化物在载体上的负载量为0~20wt%,所述稀土氧化物为La、Ce、Pr、Nd、Zr、Y的氧化物中的一种或多种。3.根据权利要求2所述蜂窝状低温烟气脱硝催化剂,其特征在于,所述助剂还包括SO3,SO3在载体上的负载量为0-3wt%。4.根据权利要求3所述蜂窝状低温烟气脱硝催化剂,其特征在于,所述活性组分由活性组分前驱体制备,所述活性组分前驱体为V2O5、WO3、MoO3及稀土氧化物对应的氧化物、无机盐或有机盐中的一种或多种;所述助剂由助剂前驱体制备,所述助剂前驱体为P2O5、SO3所对应的氧化物、无机盐或有机盐中的一种或多种。5.一种如权利要求1至4任一项所述蜂窝状低温烟气脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:S1催化剂粉末制备:S101在反应釜中加入去离子水并加热到40-80℃,加入草酸或柠檬酸搅拌至完全溶解后,加入活性组分前驱体和助剂前驱体,充分搅拌得到活性组分浸渍液,其中,所述V2O5前驱体与草酸或柠檬酸的摩尔比为1:(0.8-4);S102向步骤S101中得到的活性组分浸渍液加入粉末状的载体,充分搅拌得到黏稠状浆液,将该黏稠状浆液经过超声分散处理得到催化剂料浆,其中,所述载体和S101中加入的去离子水的质量比为1:(0.9-1.4);S103将步骤S102中得到的催化剂料浆进行干燥,破碎后进行焙烧,自然冷却到室温,粉碎得到催化剂粉末;S2泥料处理及催化剂成型:S201将S103得到的催化剂粉末整理备用,调节强力混炼机排气阀,并向强力混炼机排气阀中加入225-315重量份的催化剂粉末和粉末状骨料,所述粉末状骨料相对于催化剂粉末的加入量为3-20wt%;然后加入2-9重量份的硬脂酸、2-9重量份的乳酸或油酸、1-10重量份的甘油,加入150-210重量份的去离子水和24-32重量份的浓度为15-25%的氨水,关闭强力混炼机排气阀,高速混炼30-80min;S202调节强力混炼机排气阀,混炼机低速运行,加入67-105重量份的催化剂粉末和10-35重量去离子水,关闭强力混炼机排气阀,高速混炼10-40min;S203调节强力混炼机排气阀,混炼机低速运行,加入60-130重量份的催化剂粉末和3-6重量份的浓度为15-25%的氨水,关闭强力混炼机排气阀,高速混炼至混炼机中的泥料温度达到90-95℃,完全开启排气阀排出混炼时产生的气体,继续混炼30-60min,待泥料的含水率为25-29%,结束步骤S203;S204加入9-27重量份的玻璃纤维、2-7重量份的木浆、2-7重量份的RP-CHOP抗裂纤维和80-128重量份的去离子水,关闭强力混炼机排气阀,高速混炼10-40min;S205调节强力混炼机排气阀,混炼机低速反向运行,加入3-14重量份的有机粘结剂关闭强力混炼机排气阀,高速反向混炼10-30min;S206调节强力混炼机排气阀,混炼机低速反向运行,加入3-14重量份
\t的有机粘结剂和2-8重量份的浓度为15-25%的氨水,关闭强力混炼机排气阀,高速反向混炼15-45min;S20...

【专利技术属性】
技术研发人员:展宗城杨艳林展宗刚袁小芳杨峰
申请(专利权)人:展宗城
类型:发明
国别省市:山西;14

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