本发明专利技术公开了一种F掺杂V2O5-WO3/TiO2的选择性催化脱硝的催化剂。该催化剂将卤素元素F掺杂到普遍使用的商业催化剂V2O5-WO3/TiO2中，并对催化剂中V和W元素的负载量及W元素的负载方式进行优化，从而拓宽了V2O5-WO3/TiO2催化剂活性温度窗口。本发明专利技术解决了V2O5-WO3/TiO2催化剂在燃煤烟气温度过低、空速变化较大时，达不到脱硝目的等技术问题，适用于选择性催化脱硝处理工业燃煤产生的烟气。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种SCR催化剂、制备方法及应用，特别是一种V2O5、WO3含量低、催化效率高和起活温度低的SCR催化剂及在固定源烟气中催化脱硝的应用。
技术介绍
目前，我国能源消耗快速增大，机动车保有量逐年增长，NOx排放量不断上升，其酸雨类型从硫酸型已转变为硫酸硝酸复合型。随着SO2脱除技术日益成熟，NOx脱除便已成为人们研究的热点。根据燃料和机组的关系在燃烧前、燃烧中和燃烧后采取相应技术手段控制NOx。燃烧前控制技术主要涉及到对燃料煤的处理或使用替代燃料，主要是指燃料在燃烧前，将其中的含氮化合物脱除，该技术对燃料型NOx的控制有一定效果，但对热力型NOx作用不大，效果有限且成本较高，目前尚未形成成熟稳定的技术[23]。燃烧中控制技术主要采用的是低NOx燃烧技术，该技术主要是通过改善燃烧组织方式，尽可能的降低燃烧区氧的浓度和温度，从而减少NOx的生成[24,25]。低NOx燃烧技术的特点是工艺成熟，投资和运行费用低。在对NOx排放要求非常严格的国家，均是先采用低NOx燃烧器减少一半以上的NOx后再进行烟气脱硝，以降低脱硝装置入口的NOx浓度，减少投资和运行费用。燃烧后控制技术主要是进行烟气脱硝。烟气脱硝是目前发达国家普遍采用的降低NOx排放的方法，具有很高的NOx脱除效率。烟气脱硝技术有多种，主要的技术为选择性非催化还原(SelectiveNon-catalyticReduction,SNCR)和选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction,SCR)技术，SNCR法是利用还原剂氨或尿素在无催化剂存在条件下，与NOx反应生成N2和H2O，其反应温度在900～1000℃之间，脱硝率为30～50％[26,27]。由于温度随锅炉负荷和运行周期而变化及锅炉NOx浓度的不规律性，使该工艺应用时变得较复杂[8]。目前全世界大约有300多套商业SNCR装置。对燃煤火电机组而言，技术成熟、工业应用广泛的主要是采用以V2O5-WO3/TiO2为催化剂的SCR脱硝技术，该技术脱硝率较高，能够达到目前最严格的排放法规和标准要求催化剂是SCR技术的核心，V2O5-WO3/TiO2催化剂作为商业催化剂，因为其较高活性和强抗毒性和热稳定性，在燃煤火电机组烟气脱硝领域取得了广泛的应用。但是，该催化剂活性温度窗口仅介于300～400℃之间，属于中温型脱硝催化剂，而对于燃煤火电机组低工况条件下的300℃以下的烟气，V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝效果会受到很大的限制，在反应温度对催化剂的抑制作用下，脱硝工艺中氨氮比控制等工艺复杂化，部分发电机组甚至出现停止喷氨或烟气通过旁路绕过脱硝催化剂等问题的出现，造成了NOx的排放污染。因此，如何提高SCR催化剂300℃以下的脱硝活性，是目前商用脱硝催化剂所面临的最主要问题。另外，目前的商用SCR催化剂中V物种含量基本介于1.5～2％之间，而W物种含量介于6～10％之间，催化剂使用的V、W量很大，大量的V和W物种前驱体致使催化剂成本较高，部分电厂很难承受。因此，开发研制成本低，且起活温度低的宽活性温度窗口的SCR催化剂对于发展我国的烟气脱硝事业来说势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生产成本低，且起活温度低的宽活性温度窗口的SCR催化剂的制备方法，并将该催化剂应用于催化脱硝上。实现本专利技术目的的技术解决方案是：一种F掺杂SCR催化剂，在V2O5-WO3/TiO2催化剂上掺杂F，其中，F元素的掺杂摩尔比[F]/[Ti]＝0.5％～15％；WO3的负载量为0.5％～5wt％；V2O5的负载量为0.2％～1.4wt％。一种F掺杂SCR催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)向钛酸丁酯中加入乙酰丙酮，然后加入化学计量的氟钛酸铵的乙醇溶液，搅拌一定时间后得到溶胶，溶胶干燥煅烧后得到氟掺杂氧化钛载体；(2)用步骤(1)中制得的氟掺杂氧化钛载体浸渍在仲钨酸铵水溶液中，干燥煅烧后得到F掺杂WO3/TiO2；(3)用步骤(2)中制得F掺杂WO3/TiO2浸渍在偏钒酸铵水溶液中，干燥煅烧后得到F掺杂V2O5-WO3/TiO2催化剂。步骤(1)中，所述搅拌时间为2～4h；以摩尔比计，[乙酰丙酮]/[Ti]为2；干燥温度80℃～140℃；煅烧温度为400℃～600℃，煅烧时间为2～6h；氟钛酸铵与钛酸四丁酯的摩尔比为0.005～0.154。步骤(2)和(3)中，所述浸渍时间位4～8h；干燥温度80℃～140℃；煅烧温度为400℃～600℃，煅烧时间为2～6h。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、F掺杂TiO2表面呈现较多的带电氧空位；WO3与带电氧空位作用后催化剂表面还原态WO3数量增加；还原态WO3与O2作用后，自身被氧化为WO3，O2得电子转变为超氧自由基，从而促进了催化剂对NO的氧化。2、通过F的掺杂，降低了催化剂中WO3、V2O5的含量要求低，从而降低了催化剂生产成本，使其更容易被工厂接受。3、通过F的掺杂，催化剂的起活温度高，可以对燃煤火电机组烟气进行有效的催化脱硝。4、F掺杂后，降低了催化剂中V2O5含量，在一定程度上降低了催化剂回收时对环境的危害。5、催化剂稳定性好，在一定的空速范围内，氨氮比介于0.8～1.0时，催化剂的催化脱硝率都能保持在很高的的程度。6、制备的模块式催化剂壁厚为1mm，孔数为10×10孔，催化剂径向收缩10.7％，采用在液压式万能力学试验机对催化剂的机械强度进行了检测，该催化剂轴向最大抗裂强度为1.75MPa，径向为0.6MPa，已达到目前国际上行业内较为公认的标准(轴向抗裂强度为1.7MPa，径向为0.57MPa)。附图说明图1为本专利技术实例一制备的F掺杂的催化剂的催化效率对比图。图2为本专利技术制备的F掺杂SCR催化剂照片。图3为本专利技术中用来测试模块式F掺杂催化剂活性的70KW燃煤模拟烟气脱硝评价装置的流程图。图4为本专利技术中用来测试模块式F掺杂催化剂活性的100KW燃煤真实烟气脱硝评价装置的流程图。图5为本专利技术中实例二制备的不同V2O5负载量的模块式F掺杂催化剂的催化脱硝性能图(a：70kW燃煤模拟烟气脱硝评价装置评价，反应条件：空速3000h-1、NOx＝500ppm、NH3/NOx＝1.0；b：100kW真实烟气脱硝评价装置评价，反应条件：空速3000h-1、NH3/NOx＝1.0、外接负荷12％-48％)。图6为本专利技术中实例三中采用钛钨粉负载W制备的V(1.2)模块式F掺杂催化剂的催化脱硝性能图(a：70kW燃煤模拟烟气脱硝评价装置评价，反应条件：空速3000h-1、NOx＝500ppm、NH3/NOx＝1.0；b：100kW真实烟气脱硝评价装置评价，反应条件：空速3000h-1、NH3/NOx＝1.0、外接负荷12～48％)。图7为70kW燃煤模拟烟气脱硝评价装置NOx浓度对催化剂脱硝反应的影响图(反应条件：空速3000h-1、NH3/NOx＝1.0、反应温度266℃)。图8为100kW真实烟气脱硝评价装置进口各氮氧化物浓度变化图(反应条件：空速3000h-1、NH3/NOx＝1.0、外接负荷12～48％)。图9为反应器中O2含量变化对模块式F掺杂模块式催化剂的催化脱硝本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种F掺杂SCR催化剂，其特征在于，在V2O5‑WO3/TiO2催化剂上掺杂F，其中，F元素的掺杂摩尔比[F]/[Ti]＝0.5％～15％；WO3的负载量为0.5％～5wt％；V2O5的负载量为0.2％～1.4wt％。
【技术特征摘要】
1.一种F掺杂SCR催化剂，其特征在于，在V2O5-WO3/TiO2催化剂上掺杂F，其中，F元素的掺杂摩尔比[F]/[Ti]＝0.5％～15％；WO3的负载量为0.5％～5wt％；V2O5的负载量为0.2％～1.4wt％。2.一种如权利要求1所述的F掺杂SCR催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)向钛酸丁酯中加入乙酰丙酮，然后加入化学计量的氟钛酸铵的乙醇溶液，搅拌后得到溶胶，溶胶干燥煅烧后得到氟掺杂氧化钛载体；(2)用步骤(1)中制得的氟掺杂氧化钛载体浸渍在仲钨酸铵水溶液中，干燥煅烧后得到F掺杂WO3/TiO2；(3)用步骤(2)中制得F掺杂WO3/TiO2浸渍在偏钒酸铵水溶液中，干燥煅烧后得到F掺杂V2O5-WO3/TiO2催化剂。3.如权利要求2所述的F掺杂SCR催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌时间为2...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟秦，张舒乐，曾毅清，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。