[发明专利]一种具有良好抗碱金属和碱土金属中毒性能的脱硝催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染控制技术领域，具体涉及一种选择性催化还原脱硝催化剂，适用于各种烟气的脱硝，对于水泥窑炉尾气和生物质燃料锅炉烟气等碱金属和碱土金属含量高的废气特别适用。

背景技术

氮氧化物作为主要的大气污染物之一，近年来受到了人们的广泛关注。氮氧化物排放根据其来源可分为固定源和移动源，其中固定源氮氧化物的来源包括燃煤电站、烧结机、水泥炉窑、生物质发电站和工业锅炉等。

近年来，我国加大了对固定源氮氧化物排放的控制力度，氮氧化物排放标准日益严格，包括选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、低氮燃烧在内的各种脱硝技术都开始在我国推广应用。选择性催化还原(SCR)脱硝技术目前已在欧、美、日等发达国家推广应用，市场占有率在70％以上，在我国SCR也已成为烟气脱硝的首选技术。SCR脱硝催化剂以V₂O₅-WO₃/TiO₂和V₂O₅-MoO₃/TiO₂为主，其工作温度窗口多在300-420℃之间，使用寿命一般为3-5年。随着催化剂运行时间的增长，催化剂的催化活性会缓慢下降，活性下降的原因主要为催化剂中毒(钙、镁、钾、纳、砷、氯、氟和铅等引起的中毒)、烧结、堵塞和侵蚀。其中催化剂的中毒问题在生物质发电站和水泥炉窑的尾气处理中更严重，因为这些烟气中的碱金属和碱土金属含量比燃煤电厂高很多。

目前国内外已有大量专利公开了各种类型的脱硝催化剂及制备工艺，但是缺少对碱金属和碱土金属等有良好抗性的催化剂。本发明提出的催化剂具有非常好的抗碱金属和碱土金属中毒的性能，对SCR脱硝技术在生物质发电站、水泥炉窑上的应用提供了催化剂方面的支撑，并且可有效延长用于传统燃煤电厂锅炉和工业锅炉的脱硝催化剂的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种性能优良的选择性催化还原脱硝催化剂及其制备工艺，这种催化剂对碱金属和碱土金属中毒具有特别优异的抗性。

一种选择性催化还原脱硝催化剂，其化学组成主要包括载体、活性物质和助催化剂，所述的载体为质子化的钛纳米管，所述的活性物质为通过活性物质前驱体灼烧得到的过渡金属氧化物，所述的助催化剂为通过助催化剂前驱体灼烧得到的过渡金属氧化物，所述的活性物质和助催化剂在载体上的负载量以过渡金属氧化物中的金属与钛元素的摩尔比来表示，负载量为0.005～1。

所述的质子化的钛纳米管以纳米TiO₂颗粒、水和强碱为原料进行合成。所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述的TiO₂颗粒为金红石型、锐钛矿型中的一种或者两者的混合晶型，所述的强碱与Ti的摩尔比为1～200。

所述的活性物质前驱体优选以过渡金属为阳离子的盐类或络合物。所述的助催化剂前驱体优选过渡金属的可溶盐类。

所述的活性物质优选铈的氧化物、钒的氧化物、铜的氧化物、锰的氧化物或钴的氧化物中的一种，所述的助催化剂优选锗的氧化物、钼的氧化物或钨的氧化物中的一种。

上述选择性催化还原脱硝催化剂的制备方法包括以下步骤：

A.质子化的钛纳米管的合成：

以纳米TiO₂颗粒、水和强碱为原料，将TiO₂颗粒加入强碱的水溶液中，搅拌成均匀的悬浊液；对悬浊液进行水热处理，水热处理后的样品经酸洗、水洗、有机溶剂浸泡和干燥后即得到质子化的纳米管。

所述的强碱溶液的浓度优选为5-20摩尔/升。

所述的水热处理条件优选为：水热设备内悬浊液的填充度为50～80％，水热时间为12～100小时，水热温度为100～200℃。

所述的酸洗即用pH值为1.5～2的酸洗液将样品洗至pH小于2。

所述的水洗即用去离子水将样品洗至pH值≥5。

可用于浸泡样品的有机溶剂包括各种醇类和酮类，优选乙醇、丙醇或丙酮中的一种。

质子化的钛纳米管的合成步骤中所述的干燥温度应小于水热温度，以80℃为佳，这样有利于维持钛纳米管层间质子的稳定和保持纳米管结构的完整，过低的温度会导致干燥速率过慢，而过高的温度则会造成少数纳米管层间的收缩。