一種低溫寬活性溫度窗口的scr脫硝催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑，所述催化劑包括載體和活性組分，其中載體為凹凸棒土，活性組分為含錳氧化物、含鈰氧化物及含銅氧化物的組合物。載體凹凸棒土的用量為0.03～0.06mol金屬元素/20g凹凸棒土，活性組分中錳元素的摩爾百分比是50%～80%，鈰元素和銅元素的摩爾比為1：10～1:40。此外，本發(fā)明還涉及上述催化劑的制備方法。根據(jù)本發(fā)明，所述制備方法具有以下步驟：將20g提純的凹凸棒土加入100 mL蒸餾水中，依次向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硝酸錳溶液20mL和一定量的六水硝酸鈰和三水硝酸銅，持續(xù)攪拌1h后靜置4h，在80℃溫度下干燥12h，然后在空氣氣氛下500℃焙燒5h；最后研磨過篩，取40～60目的部分作為催化劑。
【專利說明】
一種低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及催化劑領(lǐng)域，特別涉及一種低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物(NOx)是污染大氣的主要有害物質(zhì)之一，也是直接導(dǎo)致我國各地陰霾天、臭氧破壞、空氣污染的重大因素。大氣中的NOx主要來源于火力發(fā)電，其次是工業(yè)和交通運輸部門。因此，燃煤電廠NOx減排成為現(xiàn)在大氣污染治理的一個熱點。在多種NOx減排技術(shù)中，選擇性催化還原脫硝(SCR)技術(shù)應(yīng)用最廣泛。其以氨水或尿素為還原劑，在脫硝催化劑的作用下將NOx還原成氮氣和水。
[0003]SCR技術(shù)的核心是催化劑。目前工業(yè)上應(yīng)用最廣的脫硝催化劑為釩鈦類催化劑，此類催化劑以二氧化鈦(T12)為載體，以五氧化二 fL(V205)為主催化劑，以氧化媽(WO3)或氧化鉬(MoO3)為助催化劑。其優(yōu)點是高活性和高抗硫性。但此類催化劑成本高，溫度窗口窄(300 0C-400 °C )且最佳反應(yīng)溫度為350 °C左右，較高的操作溫度使得SCR脫硝裝置一般置于除塵和脫硫裝置之前，因而催化劑易失活和磨損，壽命降低。而將脫硝裝置置于除塵和脫硫裝置之后時，則需加裝煙氣預(yù)熱裝置以滿足催化活性的要求，這將大大增加脫硝成本，增加系統(tǒng)能耗和操作費用。因此，開發(fā)一種成本低廉、活性溫度窗口寬、高效的低溫脫硝催化劑顯得尤為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑，所述催化劑成本低廉，脫硝效率高。此外，本發(fā)明的目的還在于提供上述催化劑的制備方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，所述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明所述低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑包括載體和活性組分，其中載體為凹凸棒土，活性組分為錳氧化物、含鈰氧化物及含銅氧化物的組合物。
[0006]進一步的，所述凹凸棒土的用量為0.03 mol?0.06mol金屬元素/20g凹凸棒土，所述金屬元素為錳、鈰和銅三種元素的總和。
[0007]進一步的，活性組分中錳元素的摩爾百分比是50%?80%，鈰元素和銅元素的摩爾比為1:10?1:40。
[0008]本發(fā)明的另一方面還涉及上述低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
(1)將凹凸棒土加入蒸餾水中，再依次向其中加入硝酸錳溶液、六水硝酸鈰和三水硝酸銅，持續(xù)攪拌得到催化劑懸浮液；
(2)將催化劑懸浮液靜置；
(3)將步驟(2)所得在進行干燥處理； (4)將干燥后的沉淀置于馬弗爐中，在空氣氣氛下焙燒；
(5)冷卻后研磨過篩，即得到所述低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑。
[0009]進一步的，步驟(I)中所述六水硝酸鈰和三水硝酸銅之間鈰銅摩爾比為1:10?1:40，優(yōu)選 1:20。
[0010]進一步的，六水硝酸鈰的用量為2.15 X 10—W?8.60 X 10—W，優(yōu)選2.15X10—
3mol ο
[0011 ]本發(fā)明的另一方面還涉及上述低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的應(yīng)用，所述催化劑適合的煙氣溫度范圍為1200C -3000C。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
1、制備本發(fā)明所述催化劑所使用的載體凹凸棒土價廉易得，大大降低了制備成本；
2、本發(fā)明所述低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的制備方法簡單易操作，活性組分在催化劑的制備過程中損失較少，極大地提高了資源利用率；
3、本發(fā)明所述催化劑在120°C— 300°C的溫度區(qū)間內(nèi)具有良好的脫硝活性，脫硝率最高可達99.3%。
【附圖說明】
[0013]
圖1為實施例1制備得到的催化劑的脫硝效率曲線圖；
圖2為實施例2制備得到的催化劑的脫硝效率曲線圖；
圖3為實施例3制備得到的催化劑的脫硝效率曲線圖。
【具體實施方式】
[0014]
下面借助具體的實施例來對本發(fā)明進行更加詳細(xì)的闡述。
[0015]實施例1
本實施例提供一種低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
(1)將20g提純的凹凸棒土加入100mL蒸餾水中，依次向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硝酸錳溶液20mL和一定量的六水硝酸鈰和三水硝酸銅，持續(xù)攪拌Ih得到催化劑懸浮液；
凹凸棒購買自盱眙美瑞凹土加工有限公司(本廠品通過選礦、提純、干燥、活化、磨粉等工序精制而成;品牌:美瑞凹土榮禧牌，貨號:00006，顏色分類:淺灰色)；
(2)將催化劑懸浮液靜置4h;
(3 )將步驟(2 )所得在80 0C溫度下干燥12h;
(4)將干燥后的沉淀置于馬弗爐中，在空氣氣氛下500°C焙燒5h;
(5)冷卻后研磨過篩，取40?60目的部分作為催化劑。
[0016]進一步的，步驟(I)中所述六水硝酸鋪和三水硝酸銅之間鋪銅摩爾比為1:20;
進一步的，所述六水硝酸鋪的用量為2.15 X 10—3mol。
[0017]將上述步驟制備的催化劑進行脫硝活性測試。將催化劑樣品裝入自制固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)器為內(nèi)徑12mm，高為75cm的石英管，所述反應(yīng)器由程序控溫反應(yīng)爐加熱，控制反應(yīng)溫度，通過煙氣分析儀采集反應(yīng)溫度的濃度數(shù)據(jù)，計算氮氧化物的轉(zhuǎn)換率。在本發(fā)明的脫硝活性測試中，取1.6g左右催化劑，在低溫寬活性溫度(120°C — 300°C )條件下，以NH3為還原氣體，NO濃度為500 ppm，NH3濃度為500 ppm，O2含量為5%，載氣為N2,氣體流速為305 mL/min，反應(yīng)空速為lOOOOh—1的條件下反應(yīng)，本發(fā)明所述催化劑的NOx轉(zhuǎn)化率最高可達99.3%。優(yōu)選地，當(dāng)六水硝酸鈰和三水硝酸銅之間鈰銅摩爾比為1:20時，本發(fā)明制備的催化劑在低溫寬活性溫度(120°C — 300°C )條件下脫硝率均超過90%。
[0018]實施例2
將20g提純的凹凸棒土加入100 mL蒸餾水中，依次向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硝酸錳溶液20mL，2.15 X I O—3mo I六水硝酸鋪，六水硝酸鋪和三水硝酸銅之間鋪銅摩爾比為1:40，持續(xù)攪拌Ih后靜置4h，在80°C溫度下干燥12h，然后在空氣氣氛下500°C焙燒5h;最后研磨過篩，取40?60目的部分作為催化劑。
[0019]將所述催化劑在指定溫度窗口(120°C — 300°C )進行SCR催化活性評價。催化劑評價條件為:催化劑用量為1.6g左右，煙氣濃度為500 ppm NO，500 ppm NH3,5% 02，N2為平衡氣，氣體總流量為305 mL/min，反應(yīng)空速為lOOOOh—、如圖1所示，在120°C - 300°C的溫度條件下，催化劑的脫硝率最高可達88%以上。
[0020]實施例3
將20g提純的凹凸棒土加入100 mL蒸餾水中，依次向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硝酸錳溶液20mL，2.15 X I O—3mo I六水硝酸鋪，六水硝酸鋪和三水硝酸銅之間鋪銅摩爾比為1:20，持續(xù)攪拌Ih后靜置4h，在80°C溫度下干燥12h，然后在空氣氣氛下500°C焙燒5h;最后研磨過篩，取40?60目的部分作為催化劑。
[0021 ]將所述催化劑在指定溫度窗口( 120°C — 300°C )進行SCR催化活性評價。催化劑評價條件為:催化劑用量為1.6g，煙氣濃度為500 ppm NO，500 ppm NH3,5% 02，N2為平衡氣，氣體總流量為305 mL/min，反應(yīng)空速為10000h—1。如圖2所示，在120 °C的反應(yīng)溫度下，催化劑的脫硝率就達到92%以上，在150°C- 300°C的反應(yīng)溫度下，催化劑的脫硝率均達96%以上。
[0022]實施例4
將20g提純的凹凸棒土加入100 mL蒸餾水中，依次向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硝酸錳溶液20mL，2.15 X 10—3mol六水硝酸鋪，六水硝酸鋪和三水硝酸銅之間鋪銅摩爾比為1:10，持續(xù)攪拌Ih后靜置4h，在80°C溫度下干燥12h，然后在空氣氣氛下500°C焙燒5h;最后研磨過篩，取40?60目的部分作為催化劑。
[0023]將所述催化劑在指定溫度窗口(120°C — 300°C )進行SCR催化活性評價。催化劑評價條件為:催化劑用量為1.6g，煙氣濃度為500 ppm NO，500 ppm NH3,5% 02，N2為平衡氣，氣體總流量為305 mL/min，反應(yīng)空速為10000h—1。如圖3所示，在120 °C的反應(yīng)溫度下，催化劑的脫硝率就達到91%以上，在150°C- 270°C的反應(yīng)溫度下，催化劑的脫硝率均達97%以上。
[0024]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑，其特征在于，所述催化劑包括載體和活性組分，其中載體為凹凸棒土，活性組分為含錳氧化物、含鈰氧化物及含銅氧化物的組合物。2.如權(quán)利要求1所述的低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑，其特征在于，所述凹凸棒土的用量為0.03 mol?0.06mol金屬元素/20g凹凸棒土，所述金屬元素為猛、鋪和銅三種元素的總和。3.如權(quán)利要求1所述的低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑，其特征在于，所述活性組分中錳元素的摩爾百分比是50%?80%，鈰元素和銅元素的摩爾比為1:10?1:40。4.一種如權(quán)利要求1-3任一項所述低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: (1)將凹凸棒土加入蒸餾水中，再依次向其中加入硝酸錳溶液、六水硝酸鈰和三水硝酸銅，持續(xù)攪拌得到催化劑懸浮液； (2)將催化劑懸浮液靜置； (3 )將步驟(2 )所得再進行干燥處理； (4)將干燥后的沉淀置于馬弗爐中，在空氣氣氛下焙燒； (5)冷卻后研磨過篩，即得到所述低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑。5.如權(quán)利要求4所述的低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述六水硝酸鋪和三水硝酸銅之間鋪銅摩爾比為1:1O?1:40。6.如權(quán)利要求4所述的低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，六水硝酸鈰的用量為2.15 X 10—3mol?8.60 X 10—3mol。7.一種由權(quán)利要求4-6所述的低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的制備方法，制備得到的SCR脫硝催化劑。8.—種如權(quán)利要求1-3或7任一項所述低溫寬活性溫度窗口的SCR脫硝催化劑的應(yīng)用，其特征在于，所述催化劑適合的煙氣溫度范圍為120°C — 300°C。
【文檔編號】B01D53/86GK105903477SQ201610252900
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】徐東耀, 馬妍, 左海清, 但海均, 白艷英, 林爽, 劉偉, 劉向輝, 董彬彬, 陳家琪
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)