一种用于还原氮氧化合物的催化剂及制法和应用制造技术

一种用于有氧条件下甲烷选择还原氮氧化合物的催化剂，以铟为催化剂的活性组分，担载在ＨＺＳＭ－５分子筛上，并用氧化铟来对担载后的Ｉｎ／ＨＺＳＭ－５分子筛催化剂进行改性，分子筛的硅铝比为５－５０，分子筛担载铟的重量百分含量为０．５－２０％，Ｉｎ／ＨＺＳＭ－５与氧化铟的重量比为２∶０．１－２∶１０。本发明专利技术以甲烷为还原剂，以铟为催化剂的活性组分，通过氧化铟来提高催化剂的反应活性，加宽其反应温度操作区间，氮氧化合物转化率可达９０％以上，同时该催化剂还展示出了一定的抗水性，高温下用水长时间处理后依然具有较高的催化活性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于还原氮氧化合物的铟/分子筛催化剂，具体地说，涉及一种使用甲烷作为还原剂在有氧条件下催化消除氮氧化合物(NOx)时所使用的催化剂。本专利技术还涉及一种该催化剂的制备方法。本专利技术还涉及该催化剂在有氧条件下以甲烷为还原剂还原氮氧化合物的应用。本专利技术的又一目的是提供一种该催化剂的制备方法。本专利技术的再一目的是提供该催化剂在还原氮氧化合物中的应用。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种还原氮氧化合物的催化剂，活性组分为铟，铟担载在分子筛上，铟的重量含量为分子筛的0.5-20％，分子筛的硅铝比为5-50，其特征在于，在催化剂中加入氧化铟，且担载铟后的分子筛与加入的氧化铟的重量比为2∶0.1-2∶10。在上述的催化剂中，分子筛是HZSM-5。本专利技术提供的上述催化剂的制备方法是用可溶性铟盐溶液浸渍分子筛，使铟担载在分子筛上，干燥，于550-900℃下焙烧；将氧化铟固体粉末与上述制得的铟分子筛机械搅拌研磨均匀混合，可直接用于反应或进行焙烧。氧化铟加入后催化剂焙烧温度为100-900℃，焙烧时间为0.5-10小时。本专利技术提供的催化剂主要以甲烷为还原剂来消除氮氧化物。具体地说，这种反应可按下述条件进行，原料气中/体积浓度比为0.2-8.0，反应温度为350-700℃，原料气空速为1000-100000h-1，反应压力为常压。反应温度最佳为400-650℃，氧气浓度最佳为2.0-10.0％。本专利技术具有如下优点1、只以甲烷为还原剂，用氧化铟来提高In/HZSM-5催化剂的活性，在很宽的温度范围内反应性能优良，氮氧化合物转化率可达90％以上。2、本专利技术提供的催化剂具有较好的抗水性能，在高温下用水长时间处理后，催化活性基本不变。3、本专利技术提供的催化剂制备方法简单，对甲烷选择还原氮氧化合物反应具有良好的高温反应活性，有利于工艺放大，对于氮氧化合物消除反应的工业应用有极大的实用意义。比较例1按与实施例1同样的方法制得In(5％)/HZSM-5催化剂，并直接将其压片粉碎后过筛，得到32-60目的颗粒催化剂备用。比较例2配置20％的In3+溶液，采用等体积浸渍法按与实施例1相同的方法步骤制备In(10％)/HZSM-5催化剂；比较例3将In2O3与HZSM-5按1∶3的比例混合，充分机械搅拌后在600℃下焙烧6小时，最后将所得催化剂压片过筛得到32～60目的颗粒备用。实施例2、催化剂在富氧条件下甲烷选择还原一氧化氮反应的活性测试活性测试在一个固定床反应器内进行。进反应器前，一氧化氮，甲烷，氧气和氦气在混合器中充分混合，活性测试中催化剂用量0.8ml，原料气空速(GHSV)为3600h-1，反应压力为常压，反应器置于一个控温电炉内，反应温度300-700℃。用在线色谱法分析反应产物，催化剂活性以一氧化氮转化为氮气的转化率(％)为标准。将不同情况下的反应分别用表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7、表8表示。同时，对测试例1-8的具体条件也都注于表下。测试结果分析例1表1列出了比较例1和实施例1所制得的催化剂按实施例2进行的催化剂活性测试比较，表明In2O3的加入有效地提高了催化剂消除NO的能力，拓宽了其活性温度区间，从500-600℃NO在该催化剂上的转化率均达到了100％。表1氧化铟对In(5％)/HZSM-5催化剂上NO转化率的影响 In∶HZSM-5∶In2O3＝1∶20∶5，GHSV＝3600h-1，NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，O2＝2.0％，He为平衡气，催化剂装量0.8ml，反应压力为常压。测试结果分析例2在催化剂In/HZSM-5/In2O3(1∶20∶5)中In在整体催化剂中的重量百分含量为20％，所以我们选择不同形式的制备方法制得的In含量为20％的催化剂并对它们进行了活性测试，表2列出了实施例1与比较例1、2所制备的催化剂按实施例2进行的催化剂活性测试比较，可见同为20％的In，当In采用两种形式(先浸渍后物理混合)加入到分子筛中(即In/HZSM-5/In2O3)时，催化剂显示的催化活性最高，活性温度区间也较其他两种要宽的多。表2不同制备方法对铟催化剂活性的影响 NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，GHSV＝3600h-1，He为平衡气，反应温度为400℃，催化剂装量0.8ml，反应压力为常压。测试结果分析例3由表3可知，氧含量的变化的NO转化率影响不大，当氧含量为6％时，NO转化为N2的转化率最高。表3氧含量对In/HZSM5/In2O3催化剂NO转化率的影响 NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，GHSV＝3600h-1，He为平衡气，反应温度为400℃，催化剂装量0.8ml，反应压力为常压。测试结果比较例4在反应气中加入2％的水于600℃下处理催化剂In/HZSM-5/In2O3(1∶20∶4)10个小时，然后去水后再对催化剂进行活性测试，表4比较了催化剂经过水处理前后的催化活性比较，由数据可以看出，经过水处理后催化剂活性变化较小，说明催化剂具有一定的抗水性。表4催化剂In/HZSM-5/In2O3于600℃下加入2％的水处理10小时后的活性变化 NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，GHSV＝3600h-1，He为平衡气，反应温度为400℃，催化剂装量0.8ml，反应压力为常压。测试结果分析例5表5列出了反应温度对催化剂活性的影响，在所考察的整个温度区间，催化剂均显示出了很好的活性，特别是当反应温度在500℃-600℃之间时，由反应数据可知，NO已经被完全转化。表5反应温度对In/HZSM5/In2O3(1∶20∶5)催化剂的反应活性的影响 NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，O2＝2.0％，He为平衡气，催化剂装量0.8ml，反应压力为常压，GHSV＝3600h-1。测试结果分析例6表6描述了NO浓度的变化对甲烷转化率所产生的影响，随着NO浓度的增加，甲烷的转化率相应增加。对甲烷燃烧反应(NO浓度为0时)当反应温度达到550℃以上时，甲烷才开始大量转化，这表明在该催化剂上甲烷更容易与NO首先反应。表6 NO浓度对In/HZSM5/In2O3(1∶20∶5)催化剂上CH4转化的影响 CH4＝2000ppm，O2＝2.0％，GHSV＝3600h-1，He为平衡气，催化剂装量0.8ml，反应压力为常压。测试结果分析例7表7描述了空速对该催化剂活性的影响，当空速从3600h-1增加到14400h-1时，催化剂仍显示出了较高的活性，在500℃-550℃之间，NO仍可以被完全转化。表7空速对In/HZSM5/In2O3(1∶20∶5)催化剂上NO转化率的影响 NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，O2＝2.0％，He为平衡气，通过改变He气流量来调节空速，催化剂装量0.8ml，反应压力为常压。测试结果分析例8由表8可以看出，随着反应空速的增加，催化剂上甲烷的转化率逐渐降低。表8空速对In/HZSM5/In2O3(1∶20∶5)催化剂上CH4转化率的影响 NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，O2＝2.0％，He为平衡气，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于还原氮氧化合物的催化剂，活性组分为铟，铟担载在分子筛上，铟的重量含量为分子筛的０．５－２０％，分子筛的硅铝比为５－５０，其特征在于，在催化剂中加入氧化铟，且担载铟后的分子筛与加入的氧化铟的重量比为２∶０．１－２∶１０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任丽丽，张涛，徐长海，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]