本發(fā)明屬于脫硝催化劑領(lǐng)域，特別涉及一種基于活性炭的低溫scr脫硝催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中排放的污染性廢氣對環(huán)境的威脅越來越大，大氣主要污染物氮氧化物是光化學(xué)煙霧的重要成因，氮氧化物不但引起城市能見度的下降，而且導(dǎo)致居民的呼吸道疾病增多，因此，對氮氧化物的控制迫在眉睫。大氣中的氮氧化物主要來源于火電廠煙氣和工業(yè)窯爐煙氣，目前主要采用v-w-ti系或v-mo-ti系脫硝催化劑對上述煙氣進行脫硝處理，前述催化劑的使用溫度為380～440℃。為了滿足催化劑適用溫度，目前發(fā)電廠的脫硝裝置主要采用高塵布置，即脫硝裝置設(shè)置在煙氣未除塵之前的高溫段。但火電廠煙氣粉塵中含有一些重金屬和微量劇毒有機物，在煙氣脫硝過程中，煙氣中的粉塵會吸附聚集和沖刷催化劑的表面，造成催化劑的孔道堵塞，粉塵中的有毒物質(zhì)會引起催化劑中毒失活，導(dǎo)致催化劑的使用壽命降低。而對于粉塵中有毒物質(zhì)的處理，國家又有嚴(yán)格的限制，這又導(dǎo)致失活催化劑的再生、廢棄催化劑的處理都成為難題。若將脫硝裝置采取尾端布置，則可以在很大程度上減少含有毒物質(zhì)的粉塵在催化劑表面聚集，減少其對催化劑的沖刷磨損、堵塞，延長催化劑的使用壽命。但火電廠尾端煙氣排放溫度僅為150～200℃，若脫硝裝置采取尾端布置，由于該溫度未達到v-w-ti系或v-mo-ti系脫硝催化劑的適用溫度，因此在脫硝時必須對煙氣進行升溫，導(dǎo)致脫硝成本增加，能源浪費。對于工業(yè)窯爐煙氣，其溫度一般在120～250℃，若采用傳統(tǒng)的v-w-ti系 或v-mo-ti系催化劑進行脫硝處理，也必然要求對煙氣重新升溫以達到催化劑的反應(yīng)溫度380～440℃，也存在脫硝成本過高，能源浪費的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對上述問題，提供一種基于活性炭的低溫scr脫硝催化劑及其制備方法，該脫硝催化劑的活性窗口位于100～250℃之間，在該溫度區(qū)間對煙氣的脫硝效率可達到80％以上，該脫硝催化劑特別適合用于火電廠尾端排放煙氣及工業(yè)窯爐煙氣的脫硝處理。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于活性炭的低溫scr脫硝催化劑，其特征在于：該催化劑為經(jīng)過活化處理的、主要組分為活性炭和活性組分的具有蜂窩狀孔道的成型料，蜂窩狀孔道的密度為每平方厘米80～90個孔，催化劑的比表面積為900～1200m2/g，活性組分為鈰的氧化物、鐵的氧化物、錳的氧化物和銅的氧化物，鈰、鐵、錳、銅的含量為22～30wt％。本發(fā)明進一步提出了上述的一種基于活性炭的低溫scr脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將太西無煙煤、太原府谷煤、桂林褐煤分別粉碎成粒徑不超過80～85μm的粉料，然后取粉碎后的太西無煙煤1～2kg、太原府谷煤2～3kg、桂林褐煤3～4kg，混合均勻，得到混合煤粉，再計量煤焦油2～4kg、聚乙烯醇3～5kg、水4～6kg、蓖麻油3～6kg；(2)將步驟(1)計量的混合煤粉、煤焦油、聚乙烯醇、蓖麻油和水混合后加入真空捏合機中，在室溫正轉(zhuǎn)捏合4h，然后陳化4h，得到泥料，將泥料裝入真空擠出機的料筒內(nèi)，啟動真空擠出機的抽真空系統(tǒng)，使料筒內(nèi)的真空度達到-0.05～-0.07mpa，在此真空度下保持5min，調(diào)節(jié)壓力控制旋鈕，在擠出壓力為15mpa的條件下使泥料通過孔形狀為圓孔、孔密度為50孔/cm2的不銹鋼蜂窩 模具，得到尺寸為φ200mm×100mm的圓柱形蜂窩狀型料坯體；(3)將蜂窩狀型料坯體置于相對無風(fēng)的環(huán)境中自然干燥48h，水分含量已低于15wt％，然后置于烘箱中在110～125℃鼓風(fēng)干燥24h，水分含量已低于3wt％。將干燥后的蜂窩狀型料坯體置于煅燒爐中，在氮氣保護下按照5℃/min的升溫速率升溫至240～250℃，然后改通空氣，空氣流量為200ml/min，在空氣中氧化6h后改通氮氣，氮氣流量為120ml/min，以6℃/min的升溫速率升溫至650～700℃，炭化反應(yīng)1h，繼續(xù)升溫至900～950℃，改通co2活化反應(yīng)2h，co2流量為500ml/min，再在氮氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到炭基蜂窩結(jié)構(gòu)載體；將炭基蜂窩結(jié)構(gòu)載體置于室溫下的濃硝酸溶液中于400w的超聲波振蕩器中處理1h，然后取出所述載體，用水洗直至洗出液呈中性，置于烘箱中120～135℃鼓風(fēng)干燥24h；將干燥后的載體在ce(no3)3、fe(no3)3、cu(no3)2與mn(no3)2溶液的混合溶液中浸泡，該混合溶液中，ce(no3)3濃度為3～6wt％、fe(no3)3濃度為5～8wt％、cu(no3)2濃度為4～9wt％、mn(no3)2的濃度為10～15wt％，浸泡過程中間歇取樣進行icp分析混合液中錳離子、鐵離子、銅離子和鈰離子的濃度，計算錳、鐵、銅和鈰的負載量，直到催化劑中錳、鐵、銅和鈰的總含量為22～30wt％時，將其取出并置于烘箱中在120～135℃鼓風(fēng)干燥24h，然后在氮氣保護下升溫至600～700℃并在該溫度煅燒3h，即得低溫脫硝催化劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：1、本發(fā)明提供了一種新型的低溫脫硝催化劑，由于該脫硝催化劑將活性炭、蜂窩結(jié)構(gòu)、活性催化組分結(jié)合于一體，本發(fā)明所述脫硝催化劑的起活溫度低，活性窗口較寬，長期使用催化活性穩(wěn)定，再生重復(fù)使用的催化活性仍然能保持在較高水平，對no的轉(zhuǎn)化率最高可恢復(fù)到98％以上，抗水抗硫性以及抗水熱老 化性能優(yōu)異，因此，本發(fā)明所述脫硝催化劑能夠大大降低脫硝的運行成本。2、本發(fā)明所述脫硝催化劑的活性窗口位于100～250℃之間，在該溫度區(qū)間對煙氣的脫硝效率可達到80％以上，因此本發(fā)明所述脫硝催化劑特別適合用于火電廠尾端排放煙氣及工業(yè)窯爐煙氣的脫硝處理。3、由于本發(fā)明所述低溫脫硝催化劑以活性炭為載體、其上負載鈰的氧化物、鐵的氧化物、錳的氧化物和銅的氧化物作為活性組分，活性炭巨大的比表面積為活性組分提供大量的催化位點，同時活性炭多孔結(jié)構(gòu)形成的濃度差效應(yīng)能加快傳質(zhì)速度，為脫硝催化反應(yīng)的進行提供良好的條件，并且，獨特的蜂窩狀孔道結(jié)構(gòu)結(jié)合高孔隙率的炭質(zhì)材料使得該脫硝催化劑的輻射傳熱體系大、壓力損失小，能適應(yīng)較大的空速。4、本發(fā)明所述方法的生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本低，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1(1)將太西無煙煤、太原府谷煤、桂林褐煤分別粉碎成粒徑不超過80μm的粉料，然后取粉碎后的太西無煙煤1kg、太原府谷煤2kg、桂林褐煤3kg，混合均勻，得到混合煤粉，再計量煤焦油2kg、聚乙烯醇3kg、水4kg、蓖麻油3kg；(2)將步驟(1)計量的混合煤粉、煤焦油、聚乙烯醇、蓖麻油和水混合后加入真空捏合機中，在室溫正轉(zhuǎn)捏合4h，然后陳化4h，得到泥料，將泥料裝入真空擠出機的料筒內(nèi)，啟動真空擠出機的抽真空系統(tǒng)，使料筒內(nèi)的真空度達到-0.05mpa，在此真空度下保持5min，調(diào)節(jié)壓力控制旋鈕，在擠出壓力為15mpa的條件下使泥料通過孔形狀為圓孔、孔密度為50孔/cm2的不銹鋼蜂窩模具，得到 尺寸為φ200mm×100mm的圓柱形蜂窩狀型料坯體；(3)將蜂窩狀型料坯體置于相對無風(fēng)的環(huán)境中自然干燥48h，水分含量已低于15wt％，然后置于烘箱中在110℃鼓風(fēng)干燥24h，水分含量已低于3wt％。將干燥后的蜂窩狀型料坯體置于煅燒爐中，在氮氣保護下按照5℃/min的升溫速率升溫至240℃，然后改通空氣，空氣流量為200ml/min，在空氣中氧化6h后改通氮氣，氮氣流量為120ml/min，以6℃/min的升溫速率升溫至650℃，炭化反應(yīng)1h，繼續(xù)升溫至900℃，改通co2活化反應(yīng)2h，co2流量為500ml/min，再在氮氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到炭基蜂窩結(jié)構(gòu)載體；將炭基蜂窩結(jié)構(gòu)載體置于室溫下的濃硝酸溶液中于400w的超聲波振蕩器中處理1h，然后取出所述載體，用水洗直至洗出液呈中性，置于烘箱中120℃鼓風(fēng)干燥24h；將干燥后的載體在ce(no3)3、fe(no3)3、cu(no3)2與mn(no3)2溶液的混合溶液中浸泡，該混合溶液中，ce(no3)3濃度為3wt％、fe(no3)3濃度為5wt％、cu(no3)2濃度為4wt％、mn(no3)2的濃度為10wt％，浸泡過程中間歇取樣進行icp分析混合液中錳離子、鐵離子、銅離子和鈰離子的濃度，計算錳、鐵、銅和鈰的負載量，直到催化劑中錳、鐵、銅和鈰的總含量為22wt％時，將其取出并置于烘箱中在120℃鼓風(fēng)干燥24h，然后在氮氣保護下升溫至600℃并在該溫度煅燒3h，即得低溫脫硝催化劑。測試表明，本實施例制備的低溫脫硝催化劑的比表面積為900m2/g，平均孔徑為6.58nm，正壓強度為3.86mpa。實施例2(1)將太西無煙煤、太原府谷煤、桂林褐煤分別粉碎成粒徑不超過85μm的粉料，然后取粉碎后的太西無煙煤2kg、太原府谷煤3kg、桂林褐煤4kg，混合均勻，得到混合煤粉，再計量煤焦油4kg、聚乙烯醇5kg、水6kg、蓖麻油6kg；(2)將步驟(1)計量的混合煤粉、煤焦油、聚乙烯醇、蓖麻油和水混合后加入真空捏合機中，在室溫正轉(zhuǎn)捏合4h，然后陳化4h，得到泥料，將泥料裝入真空擠出機的料筒內(nèi)，啟動真空擠出機的抽真空系統(tǒng)，使料筒內(nèi)的真空度達到0.07mpa，在此真空度下保持5min，調(diào)節(jié)壓力控制旋鈕，在擠出壓力為15mpa的條件下使泥料通過孔形狀為圓孔、孔密度為50孔/cm2的不銹鋼蜂窩模具，得到尺寸為φ200mm×100mm的圓柱形蜂窩狀型料坯體；(3)將蜂窩狀型料坯體置于相對無風(fēng)的環(huán)境中自然干燥48h，水分含量已低于15wt％，然后置于烘箱中在125℃鼓風(fēng)干燥24h，水分含量已低于3wt％。將干燥后的蜂窩狀型料坯體置于煅燒爐中，在氮氣保護下按照5℃/min的升溫速率升溫至250℃，然后改通空氣，空氣流量為200ml/min，在空氣中氧化6h后改通氮氣，氮氣流量為120ml/min，以6℃/min的升溫速率升溫至700℃，炭化反應(yīng)1h，繼續(xù)升溫至950℃，改通co2活化反應(yīng)2h，co2流量為500ml/min，再在氮氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到炭基蜂窩結(jié)構(gòu)載體；將炭基蜂窩結(jié)構(gòu)載體置于室溫下的濃硝酸溶液中于400w的超聲波振蕩器中處理1h，然后取出所述載體，用水洗直至洗出液呈中性，置于烘箱中135℃鼓風(fēng)干燥24h；將干燥后的載體在ce(no3)3、fe(no3)3、cu(no3)2與mn(no3)2溶液的混合溶液中浸泡，該混合溶液中，ce(no3)3濃度為6wt％、fe(no3)3濃度為8wt％、cu(no3)2濃度為9wt％、mn(no3)2的濃度為15wt％，浸泡過程中間歇取樣進行icp分析混合液中錳離子、鐵離子、銅離子和鈰離子的濃度，計算錳、鐵、銅和鈰的負載量，直到催化劑中錳、鐵、銅和鈰的總含量為30wt％時，將其取出并置于烘箱中在135℃鼓風(fēng)干燥24h，然后在氮氣保護下升溫至700℃并在該溫度煅燒3h，即得低溫脫硝催化劑。測試表明，本實施例制備的低溫脫硝催化劑的比表面積為1200m2/g，平均 孔徑為7.46nm，正壓強度為3.79mpa。實施例3(1)將太西無煙煤、太原府谷煤、桂林褐煤分別粉碎成粒徑不超過82μm的粉料，然后取粉碎后的太西無煙煤2kg、太原府谷煤3kg、桂林褐煤4kg，混合均勻，得到混合煤粉，再計量煤焦油3kg、聚乙烯醇4kg、水5kg、蓖麻油5kg；(2)將步驟(1)計量的混合煤粉、煤焦油、聚乙烯醇、蓖麻油和水混合后加入真空捏合機中，在室溫正轉(zhuǎn)捏合4h，然后陳化4h，得到泥料，將泥料裝入真空擠出機的料筒內(nèi)，啟動真空擠出機的抽真空系統(tǒng)，使料筒內(nèi)的真空度達到-0.06mpa，在此真空度下保持5min，調(diào)節(jié)壓力控制旋鈕，在擠出壓力為15mpa的條件下使泥料通過孔形狀為圓孔、孔密度為50孔/cm2的不銹鋼蜂窩模具，得到尺寸為φ200mm×100mm的圓柱形蜂窩狀型料坯體；(3)將蜂窩狀型料坯體置于相對無風(fēng)的環(huán)境中自然干燥48h，水分含量已低于15wt％，然后置于烘箱中在120℃鼓風(fēng)干燥24h，水分含量已低于3wt％。將干燥后的蜂窩狀型料坯體置于煅燒爐中，在氮氣保護下按照5℃/min的升溫速率升溫至245℃，然后改通空氣，空氣流量為200ml/min，在空氣中氧化6h后改通氮氣，氮氣流量為120ml/min，以6℃/min的升溫速率升溫至680℃，炭化反應(yīng)1h，繼續(xù)升溫至930℃，改通co2活化反應(yīng)2h，co2流量為500ml/min，再在氮氣保護下隨爐冷卻至室溫，得到炭基蜂窩結(jié)構(gòu)載體；將炭基蜂窩結(jié)構(gòu)載體置于室溫下的濃硝酸溶液中于400w的超聲波振蕩器中處理1h，然后取出所述載體，用水洗直至洗出液呈中性，置于烘箱中130℃鼓風(fēng)干燥24h；將干燥后的載體在ce(no3)3、fe(no3)3、cu(no3)2與mn(no3)2溶液的混合溶液中浸泡，該混合溶液中，ce(no3)3濃度為4wt％、fe(no3)3濃度為7wt％、cu(no3)2濃度為6wt％、mn(no3)2的濃度為13wt％，浸泡過程中間歇取樣進 行icp分析混合液中錳離子、鐵離子、銅離子和鈰離子的濃度，計算錳、鐵、銅和鈰的負載量，直到催化劑中錳、鐵、銅和鈰的總含量為26wt％時，將其取出并置于烘箱中在128℃鼓風(fēng)干燥24h，然后在氮氣保護下升溫至650℃并在該溫度煅燒3h，即得低溫脫硝催化劑。測試表明，本實施例制備的低溫脫硝催化劑的比表面積為1000m2/g，平均孔徑為6.09nm，正壓強度為3.50mpa?；钚詸z測如表1所示。反應(yīng)條件：含塵量15mg/nm3，風(fēng)量5000nm3/h，no含量600ppm，nh3含量425ppm，so2：含量800ppm，h2o含量15％，o2含量16％，n2為平衡氣。表1煙氣scr脫硝催化劑的活性檢測結(jié)果催化劑100℃脫硝效率(％)120℃脫硝效率(％)150℃脫硝效率(％)實施例180.881.984.1實施例281.781.683.2實施例381.482.883.5由上表可知，在反應(yīng)溫度100～150℃的條件下，根據(jù)本發(fā)明方法制備的scr脫硝催化劑具有良好的脫硝效率。當(dāng)前第1頁12