低温脱硝催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温脱硝催化剂及其制备方法。该方法包括以下步骤：将纳米二氧化钛、去离子水、锰铁粉、二氧化锗搅拌均匀得到第一混合物；将偏钨酸铵、仲钼酸铵、锰盐、钒盐、铜盐、镍盐、钇盐、镧盐、铋盐、铒盐、镨盐、银盐和质量浓度为20％的氨水充分混合均匀，再加入90‑95℃的去离子热水，直至溶解成第二溶液；将第二溶液加入到第一混合物中，并加入玻璃纤维丝、木炭粉、硅溶胶、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素，然后搅拌混炼均匀成泥料；将泥料挤出成蜂窝状，经过20‑65℃程序升温干燥200‑240h后，再经过450‑550℃焙烧30‑40h。由此制得的低温脱硝催化剂具有优异的低温脱硝催化反应效率和抗中毒能力，适合在100‑300℃范围应用。

Low temperature denitration catalyst and its preparation

【技术实现步骤摘要】
低温脱硝催化剂及其制备方法
本专利技术涉及烟气脱硝领域，具体涉及一种低温脱硝催化剂及其制备方法。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是一种重要的大气污染物，是雾霾的主要形成物质，对人类健康造成严重危害，已引起全世界的广泛重视。为减少NOx带来的危害，人类不断研究脱硝技术并获得有益成果。现有的脱硝技术主要分为前处理技术(低NOx燃烧技术)与后处理技术(烟气脱硝技术)，前处理技术由于减少NOx的效果有限以及设备条件限制，很难达到达标排放要求，所以烟气脱硝技术成为重要保障。烟气脱硝技术中选择性催化还原法(SCR)已成为脱硝效率最高、应用最广的脱硝方法，如在燃煤电厂的锅炉烟气中的大规模使用，但SCR所采用的V2O5/TiO2系催化剂通常只能在300℃以上的烟气中使用，否则在300℃以下的烟气条件中脱硝就会发生严重的氧化硫中毒与水中毒，以及碱(碱土)金属中毒，并且这种中毒是不可逆的。然而，许多工业窑炉布置脱硝反应器处的烟气温度低于300℃，甚至低于150℃，如焦炉、烧结机、球团、垃圾焚烧炉、生物质锅炉、危废焚烧炉、化工炉、催化裂解炉、玻璃窑炉、陶瓷窑炉、水泥窑炉、锻造炉、铸造炉、热处理炉等烟气的温度大都在120～300℃。为了达到氮氧化物超低排放要求，目前常用的方法是将烟气加温至300℃及以上，以便采用中高温催化剂进行脱硝。如此一来，将耗费大量加热用的能源，同时也产生了大量的碳排放问题，是典型的高能耗、高碳排放式的减排，这与我国的节能、减排的环保政策与可持续绿色发展的发展方向是不相符的。如烧结机与球团是钢铁行业最为重要的设备之一，数量众多，烟气量大，烟气温度通常为120～160℃，其氮氧化物对环境污染很大，中国新的环保超低排放标准要求为NOx≤50mg/Nm3，如果将烟气加热到280℃或者300℃以上，将耗费十分惊人的能源，用高炉煤气将一台130m2烧结机的烟气加热到280℃进行中高温脱硝每小时耗费的煤气量为7700m3/h，每年的用量达到5913万m3，按高炉煤气价格0.35元/m3计算，每年煤气费用为2070万元，每年所产生的碳排放增加量为：59130000*800/7000*2.4567＝16600吨。2018年中国粗钢产量9.28亿吨，与其配套的烧结机面积约190321平方米，每年用于280℃中高温脱硝加热的煤气费用初步估算约为303亿元(按高炉煤气0.35元/立方米计算)，每年所产生的碳排放增加量约为2430万吨。这还没有计算球团及用于生产生铁、特钢等烧结机的产能及其产生煤气耗费与碳排放量，也未计算2000多台焦炉因采用中高温加热所用的煤气费用及所产生的碳排放量。其数字也一定是相当惊人的。为此急迫需要专利技术在低温下有优良的催化活性、较高的脱硝效率和较强的抗中毒能力且有实用价值的低温或超低温催化剂。现有的催化剂还普遍存在一些问题：(1)强度较低，在运输过程中及服役一段时间后易出现破碎或塌陷现象；(2)比表面积较小，孔隙较少，降低了催化剂活性位与NH3、NOx、O2的接触反应机会，服役后孔道闭塞更明显，从而影响脱硝效率；(3)成型性较差，易造成蜂窝催化剂的壁厚不均匀及微小内裂纹。
技术实现思路
为了解决现有技术中的催化剂低于300℃使用时脱硝效率低、易发生中毒以及强度低、比表面积小、孔隙率低等问题，本专利技术提供了一种具有两种复合催化活性部分的低温脱硝催化剂，比表面积大、孔隙率高、催化效率高、抗中毒能力强、强度较高，特别适合于在100-300℃的低温范围内使用。根据本专利技术的一个方面，提供一种低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将60-70重量份的纳米二氧化钛、30-40重量份的去离子水、10-20重量份的锰铁粉、0.1-0.3重量份的二氧化锗搅拌均匀得到第一混合物；步骤2、将3-6重量份的偏钨酸铵、4-7重量份的仲钼酸铵、10-16重量份的锰盐、1-2重量份的偏钒酸铵、0.9-1.6重量份的铜盐、0.4-0.7重量份的镍盐、3-7重量份的钇盐、2-6重量份的镧盐、1-3重量份的铋盐、0.8-1.8重量份的铒盐、0.2-0.4重量份的镨盐、0.1-0.3重量份的银盐和9-12重量份的质量浓度为15-20％的氨水充分混合均匀，再加入90-95℃的10-20重量份的水，直至完全溶解成第二溶液；步骤3、将所述第二溶液加入到所述第一混合物中，并加入5-8重量份的玻璃纤维丝、2-4重量份的木炭粉、3-6重量份的硅溶胶、1.5-3.0重量份的聚环氧乙烷、0.5-1.5重量份的聚乙烯醇、1.2-2.5重量份的羟丙基甲基纤维素，然后搅拌混炼均匀成泥料；步骤4、将所述泥料挤出成蜂窝状，经过20-65℃程序升温干燥200-240h后，再经过450-550℃焙烧30-40h，制成所述低温脱硝催化剂。优选地，玻璃纤维丝的丝径为5-10μm，长度为2-4mm，木炭粉的粒径为1000-1500目，并按比例预先与硅溶胶搅拌均匀待用。优选地，聚环氧乙烷、聚乙烯醇与羟丙基甲基纤维素的粘均分子量分别为4000000-6000000、10000-30000和20000-50000，并按比例预先搅拌均匀待用。所述纳米二氧化钛为锐钛型结构，其中，纳米晶粒大小为3-8nm，比表面积为180-250m2/g，SO3含量5-10wt％。优选地，锰铁粉的锰含量≥80wt％，粒径为2000-3000目。所述锰盐为乙酸锰，所述铜盐、镍盐、钇盐、镧盐、铋盐、铒盐、镨盐和银盐均为硝酸盐。根据本专利技术的另一个方面，提供一种低温脱硝催化剂，包括载体和由分布于所述载体上的第一催化活性部分和第二催化活性部分组成的双活性体系，所述第一催化活性部分包括MnO-MnO2-Fe2O3的复合结构，所述第二催化活性部分具有下式I表示的复合结构：其中，每个A独立地为选自锰、钒、铜、镍、钇和镧中的一种主活性元素；每个M独立地为选自铋、饵、镨和银中的一种助活性元素；在式I中，H-O-为参与催化还原反应所需的Bronsted酸性位，A＝O为参与催化还原反应所需的Lewis酸性位。优选地，所述载体包括经过偏钨酸铵和仲钼酸铵改性的纳米二氧化钛。所述载体包括纳米二氧化钛与二氧化锗形成的固体超酸结构。优选地，所述低温脱硝催化剂进一步包括均匀分散在所述载体中的木炭粉和二氧化硅粒子。因此，根据本专利技术的低温脱硝催化剂在低温下具有优异的脱硝催化反应效率和抗中毒能力，适合在100-300℃范围应用，尤其在100-200℃的范围比现有技术具有更优越的性能。具体实施方式根据本专利技术提供的低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将60-70重量份的纳米二氧化钛、30-40重量份的去离子水、10-20重量份的锰铁粉、0.1-0.3重量份的二氧化锗搅拌均匀得到第一混合物；步骤2、将3-6重量份的偏钨酸铵、4-7重量份的仲钼酸铵、10-16重量份的锰盐、1-2重量份的偏钒酸铵、0.9-1.6重量份的铜盐、0.4-0.7重量份的镍盐、3-7重量份本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、将60-70重量份的纳米二氧化钛、30-40重量份的去离子水、10-20重量份的锰铁粉、0.1-0.3重量份的二氧化锗搅拌均匀得到第一混合物；/n步骤2、将3-6重量份的偏钨酸铵、4-7重量份的仲钼酸铵、10-16重量份的锰盐、1-2重量份的偏钒酸铵、0.9-1.6重量份的铜盐、0.4-0.7重量份的镍盐、3-7重量份的钇盐、2-6重量份的镧盐、1-3重量份的铋盐、0.8-1.8重量份的铒盐、0.2-0.4重量份的镨盐、0.1-0.3重量份的银盐和9-12重量份的质量浓度为15-20％的氨水充分混合均匀，再加入90-95℃的10-20重量份的水，直至完全溶解成第二溶液；/n步骤3、将所述第二溶液加入到所述第一混合物中，并加入5-8重量份的玻璃纤维丝、2-4重量份的木炭粉、3-6重量份的硅溶胶、1.5-3.0重量份的聚环氧乙烷、0.5-1.5重量份的聚乙烯醇、1.2-2.5重量份的羟丙基甲基纤维素，然后搅拌混炼均匀成泥料；/n步骤4、将所述泥料挤出成蜂窝状，经过20-65℃程序升温干燥200-240h后，再经过450-550℃焙烧30-40h，制成所述低温脱硝催化剂。/n...

【技术特征摘要】
20190918 CN 201910882501X1.一种低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将60-70重量份的纳米二氧化钛、30-40重量份的去离子水、10-20重量份的锰铁粉、0.1-0.3重量份的二氧化锗搅拌均匀得到第一混合物；
步骤2、将3-6重量份的偏钨酸铵、4-7重量份的仲钼酸铵、10-16重量份的锰盐、1-2重量份的偏钒酸铵、0.9-1.6重量份的铜盐、0.4-0.7重量份的镍盐、3-7重量份的钇盐、2-6重量份的镧盐、1-3重量份的铋盐、0.8-1.8重量份的铒盐、0.2-0.4重量份的镨盐、0.1-0.3重量份的银盐和9-12重量份的质量浓度为15-20％的氨水充分混合均匀，再加入90-95℃的10-20重量份的水，直至完全溶解成第二溶液；
步骤3、将所述第二溶液加入到所述第一混合物中，并加入5-8重量份的玻璃纤维丝、2-4重量份的木炭粉、3-6重量份的硅溶胶、1.5-3.0重量份的聚环氧乙烷、0.5-1.5重量份的聚乙烯醇、1.2-2.5重量份的羟丙基甲基纤维素，然后搅拌混炼均匀成泥料；
步骤4、将所述泥料挤出成蜂窝状，经过20-65℃程序升温干燥200-240h后，再经过450-550℃焙烧30-40h，制成所述低温脱硝催化剂。


2.根据权利要求1所述的低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，玻璃纤维丝的丝径为5-10μm，长度为2-4mm，木炭粉的粒径为1000-1500目，并按比例预先与硅溶胶搅拌均匀待用。


3.根据权利要求1所述的低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，聚环氧乙烷、聚乙烯醇与羟丙基甲基纤维素的粘均分子量分别为4000000-600000...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少光，刘沁昱，
申请(专利权)人：刘少光，
类型：发明
国别省市：浙江;33