用于利用氨对NOx进行SCR的杂多酸促进的催化剂制造技术

技术编号:8658450 阅读:187 留言:0更新日期:2013-05-02 02:58
本发明专利技术涉及从气体中选择性去除氮的氧化物(NOx)。具体而言,本发明专利技术涉及一种方法、一种高度耐碱金属的杂多酸促进的催化剂以及所述催化剂用于从废气或烟道气中去除NOx的用途,所述气体包含碱金属或碱土金属。这种气体包括例如来自生物质、组合的生物质与化石燃料燃烧的烟道气,以及来自废料焚烧装置的烟道气。本方法包括用氨(NH3)或选自铵盐、脲或脲衍生物的含氮化合物或其溶液作为还原剂选择性催化还原(SCR)NOx如二氧化氮(N02)和一氧化氮(NO)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及从气体中选择性去除氮的氧化物(NOx)。具体而言,本专利技术涉及一种方法、一种高度耐碱金属的杂多酸促进的催化剂以及所述催化剂用于从废气或烟道气中去除NOx的用途,所述气体包含碱金属或碱土金属。这种气体包括例如来自生物质、组合的生物质与化石燃料燃烧的烟道气,以及废弃物焚烧装置。本方法包括用氨(NH3)或选自铵盐、脲或脲衍生物的含氮化合物或其溶液作为还原剂来选择性催化还原(SCR)NOx如二氧化氮(NO2)和一氧化氮(NO)。
技术介绍
一般而言,氮的氧化物由固定源例如工业锅炉、燃气轮机、蒸汽发电厂、废料焚烧器、船用发动机和石化厂产生。鉴于经济和技术效率,选择性催化还原(SCR)被认为是去除固定源产生的氮的氧化物的有用方案。已报道有大量的催化剂用于通过使用氨作为还原剂来有效去除一氧化氮。所有这些催化剂可以宽泛地分为3种类型,即贵金属、金属氧化物和沸石。贵金属对NOx还原非常具有活性,但因氨氧化而不会选择性还原成N2。还可能形成如N2O的副产物。因此,贵金属催化剂已被用于常规的SCR的金属氧化物催化剂和因其热稳定性而用于高温SCR应用的沸石所替代。因此,就其采用常规不可再生的燃料而言,SCR可以视为充分验证的技术。但是,过去的二十年全球已愈来愈关注利用非常规的燃料如生物质用于能源生产。生物质例如木材和稻草是可以帮助减少温室效应的CO2中性燃料。根据最近的官方评估,丹麦具有大约165PJ(千万亿焦耳)的残余生物质资源包括废料,当前仅利用了其中一半。残余资源包括动物不需要的稻草以及肥料产生的沼气、有机废料和木材工业的废料。但是,庄稼变化为生物质燃料的潜能巨大。丹麦种植大量小麦,并且小麦可以更换为其它作物如玉米,这在仍保持相同粮食产出的同时导致得到多得多的生物质。这种再规划种植区域以及一些其它的选择可以获得高达400PJ的总生物质燃料潜能。在欧洲,迄今为止已制定2个具有约束力的指令,其规定当前及直至2010年将来的能源供应中可再生能源和燃料的定量目标。关于促进国内电力市场由可再生能源发电的2001/77/EC指令(2001)和关于促进利用生物燃料或其它可再生燃料用于运输的2003/30/EC指令(2003)中,可再生电力的目标设定为22%,生物燃料的目标设定为5. 75%,可再生能源总消耗目标设定为 12%。根据 EU Renewable Energy Road Map-Renewable energiesin the21st century :buildingamore sustainable future (2007),直至 2020,这些目标要显著加大。由于欧洲在2004年近66%的可再生能源产出是基于生物质(下文称作生物能源),对生物质的需求在该时间期将快速增长。在美国也观察到相同的趋势所有消耗的能源中生物质来源所提供的占小却在增长的百分比。2002年,生物质提供美国消耗的所有可再生能源的约47%。生物质(不包括城市固体废料)所发电力在美国占可再生来源所发所有电力的约11%。实际上,2002年在美国生物质所提供的能源比任何其它形式的可再生能源包括水力发电都多。生物质所提供的能源几乎是地热能、太阳能和风能来源总共提供的6倍。全球范围内,生物质是全世界能源需求的约14%。因此,预期世界范围内使用生物质产生能源保持上升的趋势,尽管其卡路里值相当低。生物燃料产生的主要污染物是氮、氯、钾和硅,主要释放物是NOx,其可通过采用SCR技术显著减少。但是,即使SCR是充分验证的技术,但其应用于非常规燃料如生物质还是带来特定挑战。特别是含碱金属的生物质使催化剂失活,进而活性降低都成问题。生物质燃料焚烧产生的烟道气通常包含约200-1000mg KCl/Nm3,而煤焚烧仅产生ppm水平的KCl。杂多酸(HPA)及其盐是一类已经吸引大量科学关注的化合物。由于其独特结构和所得的酸性和氧化还原性,它们已被研究作为各种反应可能的催化剂。HPA具有独特的物理化学性质,其中其结构流动和多官能化对催化最重要。结果,酸催化和选择性氧化是HPA催化应用的主要领域。HPA的类型广义上可以描述为包含如下的化合物:1)附加(addenda)金属例如钨、钥或钒;2)氧;3) —般是周期表P-区元素的杂原子例如硅、磷或砷;和4)酸性氢原子。杂原子位于具有附加金属所形成簇的HPA结构的中心,氧原子位于处于中心的杂原子周围。最熟知的HPA 结构群是 Keggin 结构(HnXM12O4tl)和 Dawson 结构(HnX2M18O62),其中 M表示附加原子,X是杂原子。Keggin和Dawson结构以不同异构体存在,并且可以包含多于一种类型的金属附加原子。因此存在种类广泛的可能HPA。Keggin和Dawson结构的例子不于下表I。表1:HPA结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.03 EP 10009178.4;2010.09.03 US 61/380,0251.杂多酸(HPA)促进的催化剂在从含显著量的碱金属和/或碱土金属化合物的气体中选择性去除氮的氧化物的用途,该催化剂包含: -等电点为约7的载体材料; -催化活性的金属化合物;和 -作为促进剂的HPA ; 所述去除在选自氨、铵盐、脲或脲衍生物的含氮化合物或其溶液的存在下进行。2.根据权利要求1所述的催化剂的用途,其中所述HPA是Keggin型结构的ΗΡΑ。3.根据权利要求1或2所述的催化剂的用途,其中所述HPA选自TPA(H3PW12O4tl)、TSiA(H4Siff12O40)和 MPA (H3PMo12O4tl)或其混合物。4.根据权利要求1至3中任一项所述的催化剂的用途,其中所述催化剂包含0.5-5%,1-4%、2-3.5%或约3% w/w的催化活性金属化合物。5.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂的用途,其中所述催化活性金属化合物选自钒化合物、铜化合物或铁化合物。6.根据权利要求5所述的催化剂的用途,其中用钒化合物、铜化合物或铁化合物浸溃所述载体以在煅烧后实现3% w/w的所述催化活性金属化合物的最终载量。7.根据权利要求1至6中任一项所述的催化剂的用途,其中所述催化剂包含5-30%w/w的所述载体材料。8.根据权利要求1至7中任一项所述的催化剂的用途,其中所述载体材料是Ti02。9.根据权利要求8所述的催化剂的用途,其中所述催化活性金属化合物是钒。10.根据权利要求1至7中任一项所述的催化剂的用途,其中所述载体材料是Zr02。11.根据权利要求10所述的催化剂的用途,其中所述催化活性金属化合物是钒。12.一种用于提供杂多酸促进的催化剂的方法,...

【专利技术属性】
技术研发人员:希瓦·桑卡尔·雷迪·普特卢鲁安德斯·里萨厄拉斯穆斯·费尔曼
申请(专利权)人:丹麦科技大学
类型:
国别省市:

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