一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂及其制备方法。该催化剂以SiO

A low temperature SCR catalyst for ammonium bisulfate decomposition and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种促进沉积在催化剂表面的硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着我国经济社会的发展，能源消费逐年增加。根据国家统计局发布的《中国统计年鉴2017》，2017年我国的能源消费总量已达到44.9亿吨标准煤，煤炭占能源消费总量的比例长期维持在62%以上。可见，以煤炭为主导的能源消费结构在我国今后相当长的一段时间内都不会发生改变。总体上，中国煤炭利用的主导方式还是燃烧利用，集中电、热生产的燃煤电厂是煤炭最主要的最终去向。燃煤锅炉产生的烟气中包括氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、细颗粒物（PM2.5）、重金属和挥发性有机物（VOCS）等污染物，其中氮氧化物是当前世界上主要大气污染物之一，在大气中的稳定形式有：NO、NO2和N2O。近年来，我国氮氧化物排放快速增长，2017年NO2年均浓度比2016年上升3.3%。据预测，如不采取进一步控制措施，到2030年我国的氮氧化物排放量将超过3500万吨。目前，燃煤电厂对氮氧化物NOx排放的控制技术主要有燃烧中脱硝（低NOx燃烧）和燃烧后脱硝（烟气脱硝）两种。其中NH3法选择性催化还原（SCR）脱硝技术是目前电厂燃烧后脱硝技术中效率最高、技术工艺最成熟的技术，已在国内外的电厂得到了广泛的应用。V2O5-WO3(或MoO3)/TiO2类催化剂是目前大规模商用的SCR脱硝催化剂，其中钒氧化物是主要活性组分，具有较高的脱硝效率。但是V2O5/TiO2类催化剂在脱硝的同时也促进部分SO2氧化为SO3。SO3可与烟气中的NH3、水蒸气反应生成NH4HSO4、(NH4)2SO4等硫酸铵盐。当前我国火电行业面临灵活调峰的要求，在一些情况下机组负荷不得不低于50%以下，这使得经过SCR装置的烟气温度下降。当烟气温度低于硫酸铵盐的凝结温度时，硫酸铵盐即会沉积在催化剂上。沉积在催化剂表面的硫酸铵盐容易渗透到催化剂微孔内，导致微孔堵塞，一方面限制了NH3、NO和O2等反应物向催化剂微孔的扩散，另一方面阻碍了还原剂NH3的吸附和活化过程，最终导致催化剂中毒失活，脱硝性能降低。因此，研发能促进沉积在催化剂表面的硫酸铵盐分解的低温SCR脱硝催化剂在环保与能源领域具有重要意义。当前针对钒基SCR催化剂的硫酸氢铵沉积失活问题，主要的解决方法是催化剂组分改性。CeO2由于具有优异的氧化还原性能，逐渐成为一种具有应用前景的SCR催化剂组分，但CeO2的掺杂会导致抗硫性能的下降。因此，为了提高铈钛SCR催化剂的抗硫性能，许多元素如氟、锰、铜、锆等被引入作为助剂。研究发现，SiO2掺杂的SCR催化剂具有更大的比表面积和孔结构，这有利于硫酸氢铵在催化剂表面的分散，从而影响沉积硫酸氢铵的分解特性。但是硅掺杂的硅铈钛复合氧化物SCR催化剂关于沉积硫酸氢铵分解的研究，却鲜有报道。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂及其制备方法，采用该方法制备的硅铈钛复合氧化物催化剂可以通过降低硫酸氢铵热稳定性和提高其反应活性来促进沉积的硫酸氢铵分解。本专利技术采用的技术方案如下：一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂，所述低温SCR催化剂包括催化剂载体SiO2-CeO2-TiO2复合氧化物、负载于催化剂载体上的活性组分V2O5和活性助剂MoO3。所述催化剂载体中TiO2和CeO2的摩尔比为1~5:1，TiO2和SiO2的摩尔比为2~6:1。所述低温SCR催化剂中活性组分V2O5的质量分数为0.9~3%，活性助剂MoO3的质量分数为5~10%。本专利技术还提供了一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂的制备方法，该方法的制备步骤如下：步骤一：将硫酸钛、硝酸铈和中性硅溶胶溶于去离子水中，搅拌溶解；步骤二：向步骤一的溶液中逐滴加入氨水，在搅拌下直至溶液pH值达到10，然后静置陈化12小时；步骤三：将步骤二所得沉淀物反复洗涤抽滤至抽滤液pH无变化；步骤四：将步骤三所得抽滤产物放至烘箱烘干，干燥产物在马弗炉中焙烧，得到催化剂载体SiO2-CeO2-TiO2复合氧化物；步骤五：将偏钒酸铵、七钼酸铵和草酸溶于去离子水中，搅拌溶解；步骤六：将步骤五所得溶液加入步骤四所得催化剂载体，一并转移至旋转蒸发仪中，在水浴和低压条件下蒸干水分；步骤七：将步骤六所得产物放至烘箱烘干，干燥产物在马弗炉中焙烧，所得焙烧产物经研磨造粒过筛后得到低温SCR催化剂。所述步骤一中，硫酸钛与中性硅溶胶的SiO2的摩尔比为2~6:1、硫酸钛与硝酸铈的摩尔比为1~5:1。步骤四中干燥温度为100~110oC，焙烧温度为500oC，焙烧时间为5小时，气氛为空气。步骤七中干燥温度为100~110oC，焙烧温度为500oC，焙烧时间为5小时，气氛为空气。步骤五中偏钒酸铵和草酸的摩尔比为1:2。步骤六中水浴温度为60~80oC，压力为0.9MPa。有益效果：本专利技术制备过程简单，制备条件易于实现和控制。采用本专利技术的技术方案制备的催化剂相较于传统钒钼钛SCR催化剂在150~400oC范围内具有更高NOx转化率，并且可有效降低低温段沉积在催化剂表面硫酸氢铵的热力学稳定性，增强硫酸氢铵的反应活性，进而促进沉积硫酸氢铵的分解。因此本专利技术可以缓解硫酸氢铵沉积引起的催化剂中毒，适用于低温SCR脱硝领域。附图说明图1为实施例1中低温SCR催化剂的XRD谱图。图2为实施例1中低温SCR催化剂样品的NH3-SCR催化活性曲线。图3为实施例1中负载硫酸氢铵的低温SCR催化剂样品在程序升温过程中失重情况。图4为实施例1中负载硫酸氢铵的低温SCR催化剂样品在NO+O2气氛中表面反应的原位红外谱图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术不只限于以下实施例。实施例1催化剂的制备：向去离子水中依次加入2.8mL质量浓度为30%，相对密度为1.2的中性硅溶胶（SiO2的摩尔量为2.8mL*1.2g/mL*30%/60=0.0168mol）、8.76g硝酸铈Ce(NO3)3·6H2O（8.76g/434g/mol=0.020mol）和17.43g硫酸钛Ti(SO4)2·9H2O（17.43g/240g/mol=0.073mol），搅拌至完全溶解。持续搅拌下逐滴加入氨水直至pH达到10。陈化12h后将沉淀物抽滤洗涤至中性，然后在110oC烘箱中干燥过夜，在500oC马弗炉焙烧5h，得到催化剂载体SiO2-CeO2-TiO2复合氧化物，其中TiO2与SiO2的摩尔比为4.34:1，TiO2与CeO2的摩尔比为3.65:1。称取0.13g偏钒酸铵NH4VO3（0.13g/117g/mol=0.11*10-2mol）、0.86g七钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O（0.86g/1236g/mol=6.96*10-4mol）和0.28g草酸H2C2O4·2H2O（0.28g/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂，其特征在于，所述低温SCR催化剂包括催化剂载体SiO

【技术特征摘要】
1.一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂，其特征在于，所述低温SCR催化剂包括催化剂载体SiO2-CeO2-TiO2复合氧化物、负载于催化剂载体上的活性组分V2O5和活性助剂MoO3。


2.根据权利要求1所述的一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂，其特征在于，所述催化剂载体中TiO2和CeO2的摩尔比为1~5:1，TiO2和SiO2的摩尔比为2~6:1。


3.根据权利要求1所述的一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂，其特征在于，所述低温SCR催化剂中活性组分V2O5的质量分数为0.9~3%，活性助剂MoO3的质量分数为5~10%。


4.一种促进硫酸氢铵分解的低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，该方法的制备步骤如下：
步骤一：将硫酸钛、硝酸铈和中性硅溶胶溶于去离子水中，搅拌溶解；
步骤二：向步骤一的溶液中逐滴加入氨水，在搅拌下直至溶液pH值达到10，然后静置陈化12小时；
步骤三：将步骤二所得沉淀物反复洗涤抽滤至抽滤液pH无变化；
步骤四：将步骤三所得抽滤产物放至烘箱烘干，干燥产物在马弗炉中焙烧，得到催化剂载体SiO2-CeO2-TiO2复合氧化物；
步骤五：将偏钒酸铵、七钼酸铵和草酸溶于去离子水中，搅拌溶解；
步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林军，郑成强，程滕，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32