一种用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂，该催化剂以氧化锰为活性组分，氧化铈和氧化锑为活性助剂，二氧化钛为载体；以金属含量计，该催化剂中锰、铈、锑的质量比为15～20：3～5：3～5，锰与钛的质量比为5～10：60～88。制备过程为将氧化锰的前驱体、氧化铈的前驱体和氧化锑的前驱体混合均匀溶解后，加入到二氧化钛中，将得到的泥料进行混炼；将混炼完毕的泥料依次进行陈腐、预挤出、挤出、干燥和煅烧过程后，得到所述的低温SCR催化剂。本发明专利技术能在90～240℃下达到85％以上的NO脱除率，并对低浓度SO2(100ppm以下)，低含水烟气(烟气含水率

A Low Temperature SCR Catalyst for Denitrification of Cement Kiln Flue Gas and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂及其制备方法
本专利技术属于脱硝催化剂
，特别是涉及一种用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂及其制备方法。
技术介绍
氮氧化物NOx(NO、NO2、N2O等)是一种重要的大气污染物，是雾霾的主要有害成分之一，严重危害人类健康。水泥窑现有脱硝技术由分级燃烧、SNCR技术等，随着技术的发展，低温选择性催化还原(低温SCR)技术被认为是水泥窑实现超净排放的最有效的固定源NOx消除技术。工业中常用的催化剂主要成分是V2O5-WO3/TiO2，其具有较好的脱硝效率，己被广泛应用于燃煤电厂等固定源所排放的氮氧化物。该种催化剂含有活性组分五氧化二钒，该物质具有毒性且容易溶于水浸出，因此废弃钒系脱硝催化剂被国家规定为危险废弃物。水泥窑烟气温度很低一般为90～300℃，同时含有极高浓度的粉尘，传统脱硝催化剂无法在水泥窑使用。因此开发一种起活温度低，脱硝效果好的低温SCR催化剂迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的钒基脱硝催化剂有毒并且无法在水泥窑使用的问题，提出一种用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂及其制备方法。本专利技术为实现其目的采取的技术方案是：一种用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂，该催化剂以氧化锰为活性组分，氧化铈和氧化锑为活性助剂，二氧化钛为载体；以金属含量计，该催化剂中锰、铈、锑的质量比为15～20：3～5：3～5，锰与钛的质量比为5～10：60～88。在上述技术方案中，优选地，以金属含量计，该催化剂中锰、铈、锑的质量比为15～18：3～4：3～4，锰与钛的质量比为7～9：65～80。在上述技术方案中，优选地，所述活性组分和活性助剂分别为各自对应的氧化锰的前驱体、氧化铈的前驱体和氧化锑的前驱体经煅烧分解形成的不定形的氧化锰、氧化铈和氧化锑。在上述技术方案中，优选地，所述氧化锰的前驱体为醋酸锰，氧化铈的前驱体为硝酸铈，氧化锑的前驱体为硝酸锑。在上述技术方案中，优选地，所述二氧化钛的粒度为50～200目，所述二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛，锐钛矿型二氧化钛具有较高的比表面积，稳定的晶型结构和表面特性，TiO2丰富的酸位点，可以更好地吸附碱性还原剂NH3，提高SCR反应的速率；相较于其他载体，TiO2表面的硫酸盐更稳定，是优异的吸附剂和催化剂载体。催化剂以锰的氧化物为活性组分，由于Mn元素的特殊价层电子构型(3d54s2)，使得Mn元素的价态变化较广，包括+2、+3、+4、+5等价位以及一些非整数等价位，不同价态的Mn之间可以实现相互转化而产生氧化还原性，能促进NO的还原，从而促进SCR反应的进行，并且MnOx有多种表面活性氧用来完成催化反应，导致该种催化剂的低温催化活性在很大程度上有所提高。稀土金属铈、锑的添加可以改善MnOx/TiO2催化剂的活性金属分散性、与MnOx及TiO2之间形成固溶体，提高催化剂比表面积催化活性和抗酸性、降低催化反应温度窗口。另外，活性助剂锑的添加能够增加催化剂对NH3的吸附能力，增加催化剂酸性位的酸性强度，从而提高催化剂的低温活性。上述用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将氧化锰的前驱体、氧化铈的前驱体和氧化锑的前驱体混合均匀溶解后，加入到二氧化钛中，将得到的泥料进行混炼；2)将混炼完毕的泥料依次进行陈腐、预挤出、挤出、干燥和煅烧过程后，得到所述的低温SCR催化剂。在上述技术方案中，优选地，所述的混炼过程中添加成型助剂和氨水，调节泥料的塑性、含水率和PH值，使泥料的塑性为6～8，含水率为20％～35％，pH值为6～8。其中，混炼过程需要多次取样进行测量，根据测试结果进行成型助剂和氨水添加量的调整。所述成型助剂为高岭土、氮化硼、硬脂酸、乳酸、玻璃纤维、木棉浆、羧甲基纤维素、聚氧化乙烯中的两种或多种。所述高岭土、氮化硼、硬脂酸、乳酸、玻璃纤维、木棉浆、羧甲基纤维素、聚氧化乙烯与二氧化钛质量比为0.01～0.05：0.01～0.05：0.001～0.01：0.01～0.1：0.01～0.1：0.01～0.1：0.001～0.01：0.02～0.05：1。在上述技术方案中，优选地，所述的陈腐过程，陈腐时间6～24小时，陈腐车间恒温恒湿，温度25～40℃，湿度70～90％。在上述技术方案中，优选地，所述的干燥过程，干燥温度为50～80℃，湿度为30～50％，干燥时间为48～120小时。在上述技术方案中，优选地，所述的煅烧过程，煅烧温度300～650℃，煅烧时间4～7小时。本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术的催化剂降低了SCR脱硝催化剂的服役温度，使得在SCR脱硝工艺中以NH3为还原剂时，能在90～240℃下达到85％以上的NO脱除率，并对低浓度SO2(100ppm以下)，低含水烟气(烟气含水率<15％)具有很强的抵抗能力；另外，根据本专利技术提供的制备工艺，可以降低催化剂泥料坯体的黏性，成型压力，减少催化剂开裂，提高催化剂成品率，与现有技术相比，本专利技术具有一定优势，适用于水泥窑低温烟气脱硝使用。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术的限制。实施例11)将1.5kg硝酸锰、4.18kg硝酸铈、3.4kg硝酸锑溶解于去离子水中，加入到4kg二氧化钛中，并将得到的粉料添加至混炼机内，进行初步混炼；2)初步混炼过程中加入成型助剂和氨水，调节泥料的塑性、含水率和pH值，使泥料的塑性为7.5，含水率为30.1％，pH值为7.2；3)混料完毕的泥料送入恒温恒湿的陈腐车间进行陈腐，陈腐时间24小时，陈腐车间温度30℃恒温，湿度70％；4)陈腐完毕的泥料送到预挤出机进行预挤出，成型形状为圆柱体条状泥料坯体；5)预挤出的泥料坯体通过挤出机进行催化剂成型，成型形状为蜂窝状，孔数为20孔；6)成型后的催化剂坯体送入干燥间进行干燥，干燥温度为80℃，湿度为30～50％，干燥时间为120小时；7)干燥后的催化剂坯体经高温煅烧后既得到所需要的催化剂，煅烧温度550℃，煅烧时间6小时。按照《GB/T31587-2015蜂窝式烟气脱硝催化剂》所述方法，经过脱硝性能测试该低温SCR催化剂的脱硝性能为：100～200℃，脱硝效率为85％～97％。实施例21)将1.79kg硝酸锰、3.35kg硝酸铈、2.72kg硝酸锑溶解于去离子水中，加入到4kg二氧化钛中，并将得到的粉料添加至混炼机内，进行初步混炼；2)初步混炼过程中加入成型助剂和氨水，调节泥料的塑性、含水率和pH值，使泥料的塑性为8.0，含水率为29.5％，pH值为6.5；3)混料完毕的泥料送入恒温恒湿的陈腐车间进行陈腐，陈腐时间24小时，陈腐车间温度30℃恒温，湿度70％；4)陈腐完毕的泥料送到预挤出机进行预挤出，成型形状为圆柱体条状泥料坯体；5)预挤出的泥料坯体通过挤出机进行催化剂成型，成型形状为蜂窝状，孔数为20孔；6)成型后的催化剂坯体送入干燥间进行干燥，干燥温度为80℃，湿度为30～50％，干燥时间为120小时；7)干燥后的催化剂坯体经高温煅烧后既得到所需要的催化剂，煅烧温度450℃，煅烧时间6小时。按照《GB/T31587-2015蜂窝式烟气脱硝催化剂》所述方法，经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂，其特征在于，该催化剂以氧化锰为活性组分，氧化铈和氧化锑为活性助剂，二氧化钛为载体；以金属含量计，该催化剂中锰、铈、锑的质量比为15～20：3～5：3～5，锰与钛的质量比为5～10：60～88。

【技术特征摘要】
1.一种用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂，其特征在于，该催化剂以氧化锰为活性组分，氧化铈和氧化锑为活性助剂，二氧化钛为载体；以金属含量计，该催化剂中锰、铈、锑的质量比为15～20：3～5：3～5，锰与钛的质量比为5～10：60～88。2.如权利要求1所述的用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂，其特征在于，以金属含量计，该催化剂中锰、铈、锑的质量比为15～18：3～4：3～4，锰与钛的质量比为7～9：65～80。3.如权利要求1所述的用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂，其特征在于，所述活性组分和活性助剂分别为各自对应的氧化锰的前驱体、氧化铈的前驱体和氧化锑的前驱体经煅烧分解形成的不定形的氧化锰、氧化铈和氧化锑。4.如权利要求3所述的用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂，其特征在于，所述氧化锰的前驱体为醋酸锰，氧化铈的前驱体为硝酸铈，氧化锑的前驱体为硝酸锑。5.如权利要求1所述的用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂，其特征在于，所述二氧化钛的粒度为50～200目，所述二氧化钛为锐钛矿型二氧化钛。6.一种采用权利要求1-5任一项所述的用于水泥窑烟气脱硝的低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将氧化锰的前驱体、氧化铈的前驱体和氧化锑的前驱体混合均匀溶解后，加入到二氧化钛中，将得到的泥料进行混炼；2)将混炼完...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永刚，程兆环，李海龙，唐新宇，
申请(专利权)人：天津中材工程研究中心有限公司，天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12