[发明专利]一种催化尿素热解过程中产生的异氰酸水解制氨的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染控制技术领域，具体涉及一种催化尿素热解过程中产生的异氰酸水解成氨的催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，烟气脱硝系统常用的还原剂有氨气、液氨和尿素，这些还原剂用于烟气脱硝技术中，可以取得相似的脱硝效果。尿素无毒、无害、无爆炸可能性，且便于运输储存，基于上述安全因素方面的考虑，近年来作为还原剂得到了更为广泛的应用。在选择性催化还原(SCR)脱硝系统中，尿素一般并不能直接喷入催化反应器中，而是需要在反应器外单独配置尿素制氨系统。

尿素制氨包括水解法和热解法，目前工程常用的水解法主要有U2A和Ammogen专利技术，要求压力1.4-2.5MPa，温度150-200℃，制氨响应时间3～5min；专利号为201120039713.0的中国实用新型专利公开了一种尿素水解制氨系统，包括依次连接的尿素溶液配置系统、尿素溶液储存系统、以及尿素溶液水解反应系统。

热解法主要有ULTRA专利技术，要求温度450-600℃，常压，制氨响应时间5～30s。相较而言，热解法具有制氨响应快极为突出的优点，可以更好的适应实际脱硝过程中工况变化。

专利号为200710092607.7中国发明专利公开了一种热解法尿素制氨工艺，包括以下步骤：步骤1，设置尿素颗粒储存及溶解系统；步骤2，设置尿素溶液储存系统；步骤3，设置尿素热解系统；步骤4，设置废液处置系统；步骤5，连通整个工艺中的所有系统；步骤6，尿素颗粒的储存与溶解；步骤7，尿素分解产氨；步骤8，废液处理；本发明制氨成本低；操作简单，无需高压，常压即可；响应时间快，5～30秒内开始反应；加热方式多样化，可采用气体燃料或柴油等。

尿素热解制氨终产物是等物质的量的氨气(NH₃)和异氰酸(HNCO)。虽然HNCO能进一步发生水解反应生成NH₃，但是HNCO在气相下非常稳定，水解反应只有在特定的金属或金属氧化物下才能进行。此外，HNCO能与NO进行还原反应生成有害的氧化亚氮(N₂O)，这对脱硝过程是不利的。

目前，针对HCNO水解NH₃，已开发出相应的催化剂，该催化剂主要由锐钛矿型二氧化钛TiO₂构成，但是，该催化剂比表面较小，且存在高温失活现象(高活性的锐钛矿型TiO₂晶相转变化为低活性金红石型TiO₂)。

发明内容

本发明提供了一种催化尿素热解过程中产生的异氰酸水解制氨的催化剂及其制备方法，本发明的催化剂比表面积大，在高温下性能稳定，具有更高的催化活性。

一种催化尿素热解过程中产生的异氰酸水解成氨的催化剂，由载体及负载在载体上的活性成分主剂和掺杂组分助剂组成，所述载体为ZSM-5分子筛，所述活性成分主剂为二氧化钛，所述掺杂组分助剂为铁、铂或铁与铂的混合物。

本发明采用锐态矿型TiO₂作为主剂，表面的酸性位含有Lewis酸有利于HNCO的水解，因此对HNCO的水解表现出很高的活性。

催化剂载体为ZSM-5分子筛，表面具有一定Lewis酸，有利于HNCO的水解；同时载体有很大的比表面积，有利于异氰酸HCNO的吸附，有利于催化反应。

Fe、Pt作为催化剂的助剂，适量的Fe掺杂为γ-Fe₂O₃形态，催化剂中的γ-Fe₂O₃使掺杂后TiO₂具有更小的晶粒尺寸、更大的比表面积，抑制锐钛矿向金红石相转变，因而能使TiO₂具有更高的催化活性；适量的Pt掺杂可改变体系中的电子分布，影响表面性质，进而改善对HNCO的催化活性。

优选地，所述催化剂中Fe∶Pt∶TiO₂∶ZSM-5分子筛的重量比为0～1∶0～0.01∶2～5∶100，且Fe、Pt二者不同时为零。

主剂TiO₂重量比继续增加对催化剂的活性增加量不明显。添加一定量的催化剂助剂Fe、Pt均能使催化剂的活性增加，Fe重量比增加试催化剂的活性增加量不大，继续上升将导致催化活性下降；Pt重量比继续增加时催化剂的活性增加量不大，考虑其经济性优选上述比例。

一种如所述催化剂的制备方法，包括：