一种用于水泥窑低温烟气脱硝的SCR催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于水泥窑低温烟气脱硝的SCR催化剂及其制备方法，通过调整活性组分之间的配比、载体与活性组分的质量比、煅烧温度等工艺条件，采用浸渍法在载体上负载以锰（Mn）和铁（Fe）、铜（Cu）、铈（Ce）、镧（La）、铋（Bi）、铌（Nb）、钽（Ta）等金属元素中的一种或多种形成的复合金属氧化物作为活性组分，并添加钨、钼多酸盐作为活性助剂。本发明专利技术的SCR催化剂中活性组分以无定型态均匀分布于载体表面，利用多金属协同作用，提高了催化剂的低温活性，特别适用于水泥窑窑尾除尘器后的烟气脱硝，在80℃的脱硝率能达到70％以上，125-200℃温度范围内的脱硝率为90％以上，并具有较强的抗中毒性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水泥窑低温烟气脱硝的SCR催化剂及其制备方法
本专利技术属于水泥工业中氮氧化物减排
中的催化剂，特别是涉及一种用于水泥窑窑尾除尘器后的低温烟气脱硝的基于选择性催化还原（SCR）技术的催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着“十二五”期间国家对水泥工业氮氧化物排放控制力度的加强，单纯的低氮燃烧技术难以满足日益严格的排放标准的要求。选择性催化还原（SCR）技术是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3、液氨、尿素）“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。该项技术的核心是SCR催化剂，其性能直接决定脱硝效果和技术的应用。SCR技术因具有高脱硝率、高选择性、安全可靠等优点，已在燃煤电站锅炉得到广泛应用。然而，由于缺少适用的催化材料，SCR技术在国内外水泥窑炉中的应用案例很少。目前，商用钒钛系催化剂的活性温度为300-450℃，水泥窑炉中只有悬浮预热器一级（C1）出口处的烟气温度能满足此要求，但是烟气中的粉尘、碱土/碱金属、SO2含量均较高，易造成催化剂的堵塞、中毒，甚至失效。而且，由于我国大部分水泥生产线都在Cl出口安装了余热发电锅炉，SCR的安装会大大降低余热发电效率，不利于企业的节能减排。水泥窑炉中安装SCR催化剂的理想位置是位于窑尾除尘器之后，使烟气粉尘含量减小到50mg/m3以下，有利于延长催化剂的使用寿命，节约减排成本。但是，这种布置方式无法避免烟气温度过低的问题，通常水泥窑窑尾烟气经过除尘器后的温度在120℃左右。采用再加热的方式达到商用催化剂的使用条件会增大减排成本、系统能耗和操作费用。另一方面，鉴于水泥熟料生产工艺的特点，窑尾烟气经过除尘器后仍含有较高的SO2、碱/碱土金属、H2O等。因此，针对水泥窑窑尾烟气工况条件，研究和开发具有较高活性、高抗中毒性的SCR催化剂具有重要的经济和实际意义。现有专利文献中，只有申请号为201110402436.X的中国专利技术专利申请提供了一种用于水泥窑炉烟气脱硝的工艺，其中涉及到水泥窑窑尾除尘器后的低温SCR催化剂。该专利技术是先将还原剂（氨水、尿素等）喷入温度为750-1100℃的水泥窑炉烟气中混合，使烟气中的氮氧化物大部分被还原为N2，然后还原剂和未被还原的氮氧化物经降温、增湿、除尘后进入SCR反应器，在SCR催化剂的表面发生选择性催化还原反应，氮氧化物的脱除率达90％以上。该专利技术中使用的蜂窝状的SCR催化剂仍是属于传统的钒钛体系，原料五氧化二钒具有毒性，易对人体产生危害，不符合当今社会倡导的绿色生产的原则，且该专利技术中通过SCR反应器中的窑炉烟气中氮氧化物的含量少，催化剂在高浓度的氮氧化物气氛下的低温催化活性和抗中毒性未进行测试。Mn系催化剂是低温催化活性较好的SCR催化剂，如MnOx-CeO2、MnOx/TiO2、MnOx/活性炭等，在200℃以下表现出优异的催化活性。目前文献中报道的有关Mn系催化剂的研究中多是粉体催化剂，由于该种催化剂不具备一定的形状和机械强度，距实际应用较远（[1]QiG,YangRT,ChangR.MnOx-CeO2mixedoxidespreparedbycoprecipitationforselectivecatalyticreductionofNOwithNH3atlowtemperatures.AppliedCatalysisB:Environmental,2004,51:93-106.[2]WangYanli,GeChuanzhang,ZhanLiang,etal,MnOx-CeO2/activatedcarbonhoneycombcatalystforselectivecatalyticreductionofNOwithNH3atlowtemperature,IndustrialandEngineeringChemistryResearch,2012,51(36)：11667–11673[3]LiJ,ChangH,MaL.LowtemperatureselectivecatalyticreductionofNOwithNH3overmetaloxideandzeolitecatalysts-areview.CatalyssToday,2011,175(1):147-156.）。有关低温SCR催化剂的专利文献（CN102489294A、CN101011659、CN103127951A等）均是针对燃煤电厂或柴油发动机的烟气条件设计开发的。然而，水泥熟料煅烧工艺决定了水泥窑尾烟气中含有大量碱金属、碱土金属、氢氧根离子等杂质，因此，对催化剂的抗中毒性提出了全新的以及更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于水泥窑窑尾除尘器后的低温烟气脱硝的基于选择性催化还原（SCR）技术的催化剂。本专利技术所提供的用于水泥窑窑尾低温烟气脱硝的SCR催化剂，是将活性组分负载在载体上制备得到，所述活性组分为锰（Mn）以及锰与选自钨（W）、钼（Mo）、铁（Fe）、铜（Cu）、铈（Ce）、镧（La）、铋（Bi）、铌（Nb）和钽（Ta）等中的一种或多种元素的组合。活性组分占包括载体在内的催化剂整体质量的百分比为5wt％-25wt％，可选5wt％-15wt％或15wt％-25wt％间的任意数值的组合。锰（Mn）元素占活性组分总元素的摩尔比为0.6-0.95（摩尔百分比为60％-95％），优选0.7-0.9（摩尔百分比为70％-90％）。锰（Mn）、铁（Fe）、铜（Cu）、铈（Ce）、镧（La）、铋（Bi）的前驱体可为氯酸盐、硝酸盐或乙酸盐，铌（Nb）和钽（Ta）的前驱体为氧化物五氧化二铌（Nb2O5）或五氧化二钽（Ta2O5），钨（W）与钼（Mo）的前驱体为多酸氨盐，具体可为钼酸铵、仲钼酸铵、四钼酸铵、钨酸铵、偏钨酸铵等。活性组分中各元素摩尔百分比分别可为：钨（W）2％-30％，钼（Mo）2％-30％，铁（Fe）5％-40％，铜（Cu）5％-40％，铈（Ce）5％-40％，镧（La）5％-40％，铋（Bi）5％-40％，铌（Nb）5％-40％，钽（Ta）5％-40％；以上各元素在所限范围内单一使用或两种或多种组合使用，总量与锰（Mn）60％-95％的用量加和为活性组分总摩尔数100％。所述载体可为：将二氧化钛（TiO2）、三氧化铝（Al2O3）、二氧化锆（ZrO2）、二氧化硅（SiO2）等氧化物中的一种或多种组配的粉体与H2O、CMC（羟甲基纤维素）、MEA（一乙醇胺）按照100:10:1:1的质量比进行混合，成团，挤出成型后，烘干，再在500-1200℃下煅烧2-10h后得到。所述SCR催化剂具有抗SO2中毒和抗水蒸汽中毒性能。本专利技术另一目的在于提供一种制备权利要求1-7任一所述用于水泥窑窑尾低温烟气脱硝的SCR催化剂的方法。该方法是通过浸渍法将活性组分负载到载体上制得，具体可包括以下步骤：1）制备载体将二氧化钛（TiO2）、三氧化铝（Al2O3）、二氧化锆（ZrO2）、二氧化硅（SiO2）等氧化物中的一种或多种组配的粉体与H2O、CMC（羟甲基纤维素）、MEA（一乙醇胺）按照100:10:1:1的质量比进行混合，成团，挤出成型后，烘干，再在500-1200℃下煅烧2-10h后得到；2）活性组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于水泥窑窑尾低温烟气脱硝的SCR催化剂，是将活性组分负载在载体上制备得到，所述活性组分为锰（Mn）以及锰与选自钨（W）、钼（Mo）、铁（Fe）、铜（Cu）、铈（Ce）、镧（La）、铋（Bi）、铌（Nb）和钽（Ta）等中的一种或多种元素的组合。

【技术特征摘要】
1.一种用于水泥窑窑尾低温烟气脱硝的SCR催化剂，是将活性组分负载在蜂窝状的载体上制备得到，所述活性组分为锰与选自钨(W)、钼(Mo)、铁(Fe)、铜(Cu)、铈(Ce)、镧(La)、铋(Bi)、铌(Nb)和钽(Ta)中的多种元素的组合；锰(Mn)、铁(Fe)、铜(Cu)、铈(Ce)、镧(La)、铋(Bi)的前驱体为氯酸盐或乙酸盐，铌(Nb)和钽(Ta)的前驱体为氧化物五氧化二铌(Nb2O5)或五氧化二钽(Ta2O5)，钨(W)与钼(Mo)的前驱体为钼酸铵、仲钼酸铵、四钼酸铵、钨酸铵、偏钨酸铵；所述载体为：将二氧化钛(TiO2)、三氧化铝(Al2O3)和二氧化锆(ZrO2)中的多种组配的粉体与H2O、CMC(羟甲基纤维素)、MEA(一乙醇胺)按照100:10:1:1的质量比进行混合，成团，挤出成型后，烘干，再在1000℃下煅烧4-6h后得到。2.根据权利要求1所述的SCR催化剂，其特征在于：活性组分占包括载体在内的催化剂整体质量的百分比为5wt％-25wt％。3.根据权利要求2所述的SCR催化剂，其特征在于：活性组分占包括载体在内的催化剂整体质量的百分比为5wt％-15wt％或15wt％-25wt％。4.根据权利要求1或2或3所述的SCR催化剂，其特征在于：锰(Mn)元素占活性组分总元素的摩尔百分比为60％-95％。5.根据权利要求4所述的SCR催化剂，其特征在于：锰(Mn)元素占活性组分总元素的摩尔百分比为70％-90％。6.根据权利要求3所述的SCR催化剂，其特征在于：活性组分中各元素摩尔百分比分别为：以上各元素在所限范围内多种组合使用，总量与锰(Mn)60...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪澜，颜碧兰，房晶瑞，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：