專利名稱：用于高水蒸氣含量煙氣低溫NH₃-SCR脫硝催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑，更具體地，本發(fā)明涉及一種用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑和制備方法。
背景技術(shù)：
氮氧化合物(NO、NO2, N2O和N2O3等)是空氣污染的主要來源之一，對人體呼吸系統(tǒng)有刺激作用，是光化學煙霧、酸雨、臭氧空洞以及溫室效應(yīng)形成的主要原因。選擇性催化還原法(SCR, Selective Catalytic Reduction)是目前最有效的脫硝方法。用NH3作為還原劑的主要反應(yīng)[1]有:4N0+4NH3+02 — 4N2+6H202N02+4NH3+02 — 3N2+6H20商業(yè)上應(yīng)用比較成功SCR脫硝催化劑主要是以鈦釩基(V205/Ti02)為主的高溫SCR脫硝催化劑，通過添加W03[2]、MO3[3], Ce02[4]等助劑來提高催化劑的穩(wěn)定性。雖然釩鈦系列催化劑有很高的脫硝活性和抵抗SO2的能力，但是還存在很多缺點。這種催化劑只有在大于350°C時才有較高的活性，而且高溫SCR脫硝裝置設(shè)在省煤器之后，空氣預(yù)熱器和脫硫裝置之前，由于煙氣未進行除塵處理，容易造成催化劑孔道堵塞，影響催化劑壽命。如果將含有高溫SCR催化劑的脫硝裝置布置在脫硫之后，這種情況下想達到SCR催化劑的活性溫度必須對煙氣進行加熱，增加了能耗。因此很多研究人員都在進行開發(fā)低溫時有較高活性的SCR催化劑的研究。目前已經(jīng)報道的催化性能良好的低溫SCR催化劑主要有金屬氧化物催化劑、分子篩催化劑、炭基催化劑和貴金屬催化劑等，其中以載體上負載各種過渡金屬氧化物最受關(guān)注。如MgO-CeO2[5]、Μη0χ/Α1203[6]和Mn0x_Ce02m在80-250°C展現(xiàn)了不同的脫硝活性。M.Richterw用共沉淀法制備了蛋殼型的Mn/NaY催化劑，在溫度低于200°C，空速為30000-50000^1時NO轉(zhuǎn)化率達到80% -100%。Qi [9]報道的錳的復(fù)合催化劑Mn-CeO2是目前報道的低溫SCR催化劑中活性最高的催化劑，實驗研究表明在Mn (Mn+Ce)的摩爾比為0.3時，該催化劑在120°C的低溫下，空速為4200(^1時保持近100%的脫硝效率，但一般都未考察高濃度水蒸氣和SO2同時存在對催化劑活性的影響。在一些大型的煉鋼廠中鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣中水蒸氣含量非常高，這就需要考慮到催化劑的耐水性。鈮化合物是一類新型的催化材料，在酸催化反應(yīng)中的已經(jīng)得到了很多應(yīng)用，在這一類催化劑的制備過程中既可作為催化劑的活性主組分，也可以用作助劑。鈮的化合物最常見的是五氧化二鈮，在空氣中穩(wěn)定，不溶于水。由于Mn0x_Ce0x/Ti02良好的低溫SCR脫硝活性以及存在的問題，本本發(fā)明采用浸潰法制備了 Mn-Ce/Ti02和Nb-Mn_Ce/Ti02催化劑，得到良好的低溫活性，同時在高濃度水蒸氣和二氧化硫存在下能保持良好的活性。參考文獻
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發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高水蒸氣含量煙氣低溫NH3-SCR脫硝催化劑及其制備方法。本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種適用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑，所述催化劑為使用浸潰法以TiO2為載體，負載Mn、Ce和Nb的氧化物。所述催化劑為Ni (X)-Mn-Ce-TiO2, x彡0.1，其中x為N1、Ti摩爾比。所述催化劑中添加的Mn元素與Ti元素的摩爾量的比為0.2。所述催化劑中添加的Ce元素與Ti元素的摩爾量的比為0.3。所述催化劑中添加的Nb元素與Ti元素的摩爾量的比為0-0.1。一種高水蒸氣含量煙氣低溫NH3-SCR脫硝催化劑的制備方法，其包括如下步驟:以一定量的草酸鈮溶解于50°C -80°C的定量去離子水，所述草酸鈮完全溶解后，加入一定量的鈰鹽和錳鹽配置成混合溶液，加 入經(jīng)過預(yù)處理的TiO2 ;保持混合溶液在50°C -80°C下攪拌1-5小時，靜置1-5小時；在100°C _150°C下干燥10-15小時，在550°C _600°C下焙燒
6-10小時，過篩得到適用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑。所述制備方法中使用的錳鹽包括硝酸錳、醋酸錳和硫酸錳。所述制備方法中使用的鈰鹽包括硫酸鈰、硝酸鈰、醋酸鈰和硝酸鈰銨。所述制備方法中可再反應(yīng)溫度在80_200°C范圍內(nèi)對高水蒸氣含量煙氣的NH3-SCR脫硝轉(zhuǎn)化率達到50%以上。一種所述的催化劑在適用高水蒸氣含量煙氣低溫的NH3-SCR脫硝反應(yīng)中的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的催化劑制備工藝簡單，易操作，而且本工藝制備的催化劑適用于高水蒸氣含量煙氣的NH3-SCR脫硝，具有很高的低溫活性。制備的Nb與Ti的摩爾比為0.025的Nb-Mn_Ce/Ti02催化劑在溫度160°C，空速200001Γ1，NO, NH3和SO2濃度IOOOppm, O2含量為1%，12%水蒸氣存在下脫硝率能達到83.6%以上。


圖1是本發(fā)明催化劑活性評價裝置流程圖；圖2是本發(fā)明Nb (X) -Mn-Ce/Ti02催化劑的脫硝活性；圖3是本發(fā)明不同反應(yīng)條件下Mn-Ce/Ti02催化劑的活性；圖4是本發(fā)明不同反應(yīng)條件下Nb(Q.D-Mn-CeAlO2催化劑的活性；圖5是本發(fā)明不同催化劑的NH3-TPD圖譜對比；圖6是本發(fā)明加入Nb前后催化劑對高濃度水蒸氣和S02的抗性對比。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種適用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑和制備方法，下面將通過具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1
稱取7.44g草酸鈮溶解于50°C的20ml去離子水，待草酸鈮完全溶解后，在草酸鈮溶液中加入21.05g硝酸鈰和7.92g醋酸錳配置成混合溶液，在混合溶液中加入12.91gTiO2制成混合物，保持混合物在50°C下攪拌I小時，使混合物充分均勻，靜置I小時。在120°C下干燥12小時，在550°C下焙燒6h。將焙燒產(chǎn)物冷卻后粉碎，過篩，取小于80目粉末備用。稱取7.0Og小于80目的粉末與3.0Og的擬薄水鋁石粉末混合均勻，在混合粉末中加入2.0ml的10wt%硝酸溶液混合均勻成面團狀放入針筒擠成條狀，在120°C下干燥12小時，在550°C下焙燒6h。焙燒后冷卻，粉碎過篩取20-40目部分作為催化劑。制備好的催化劑的脫硝率檢測方法是:首先用NOx氮氧化物分析儀測量通過反應(yīng)器前模擬煙氣中的NO濃度，然后將催化劑放在管式固定床反應(yīng)器中，通過電爐將反應(yīng)器加熱到所需要的溫度，通入模擬煙氣和還原劑NH3，用NOx氮氧化物分析儀測量反應(yīng)器出口煙氣中的NO濃度，催化劑的脫硝率計算式為:
權(quán)利要求
1.一種用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑，其特征在于:所述催化劑為使用浸潰法以TiO2為載體，負載Mn、Ce和Nb的氧化物。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑，其特征在于:所述催化劑為Ni (X)-Mn-Ce-TiO2, x彡0.1，其中x為N1、Ti摩爾比。
3.如權(quán)利要求1或2任一所述的用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑，其特征在于:所述催化劑中添加的Mn元素與Ti元素的摩爾量的比為0.2。
4.如權(quán)利要求1或2任一所述的用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑，其特征在于:所述催化劑中添加的Ce元素與Ti元素的摩爾量的比為0.3。
5.如權(quán)利要求1或2任一所述的適用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑，其特征在于:所述催化劑中添加的Nb元素與Ti元素的摩爾量的比為0-0.1。
6.一種如權(quán)利要求1或2任一所述的用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑的制備方法，其包括如下步驟:以一定量的草酸鈮溶解于50°C _80°C的定量去離子水，所述草酸鈮完全溶解后，加入一定量的鈰鹽和錳鹽配置成混合溶液，加入經(jīng)過預(yù)處理的Ti02 ；保持混合溶液在50°C -80°C下攪拌1-5小時，靜置1-5小時；在100°C _150°C下干燥10-15小時，在550°C _600°C下焙燒6-10小時，過篩得到適用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述制備方法中使用的錳鹽包括硝酸猛、醋Ife猛和硫Ife猛。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述制備方法中使用的鈰鹽包括硫酸鈰、硝酸鈰、醋酸鈰和硝酸鈰銨。
9.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述制備方法中可再反應(yīng)溫度在80-200°C范圍內(nèi)對高水蒸氣含量煙氣的NH3-SCR脫硝轉(zhuǎn)化率達到50%以上。
10.一種如權(quán)利要求 1或2任一所述的催化劑在用于高水蒸氣含量煙氣低溫的NH3-SCR脫硝反應(yīng)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于高水蒸氣含量煙氣脫硝的低溫NH3-SCR催化劑，所述催化劑為使用浸漬法以TiO2為載體，負載Mn、Ce和Nb的氧化物。本發(fā)明還公開了催化劑的制備工藝。該催化劑制備工藝簡單，易操作，其通過添加Nb提高了催化劑對水蒸氣含量高達12％，SO2含量1000ppm的煙氣的脫硝性能。在溫度為160℃，12％水蒸氣和1000ppmSO2存在下，脫硝率能達到80％以上。
文檔編號B01J23/889GK103182312SQ20111045867
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者王漫, 趙金山, 楊義球 申請人:上海釩鋮環(huán)保科技有限公司, 南京清海環(huán)?？萍加邢薰? 上海潔美環(huán)保科技有限公司