[发明专利]廉价且具抗硫性的低温SCR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防治NH₃-SCR(选择性催化还原)脱硝领域，具体涉及为廉价且具抗硫性的低温SCR催化剂及制备方法，适用于燃煤电厂排放的尾气中含有低浓度SO₂的NO_x脱除。

技术背景

氮氧化物(NO_x)是大气中的主要污染物之一，以NO和NO₂所占比例最大。NO_x会对人体和环境产生巨大的危害。我国的能源结构是多煤少油，中国能源局发布的《煤炭工业发展“十二五”规划》指出：煤炭是我国的主体能源，在一次能源结构中占70％左右。在未来相当长时期内，煤炭作为主体能源的地位不会改变。人为产生的NO_x绝大部分是由于煤炭的燃烧，其中电力行业一直是我国煤炭消费的“大户”。国务院2012年下发的《节能减排“十二五”规划》提出目标：到2015年燃煤机组脱硫效率达到95％，脱硝效率达到75％以上。相较于“十一五”期间电力行业减排注重“脱硫”，“十二五”期间“脱硝”将成为电企减排工作重点。选择性催化还原(SCR)工艺是目前控制固定源氮氧化物(NO_x)排放的主要技术，催化剂是该工艺的核心。

目前，工业上应用的大多是具有中温(300～400℃)活性的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂。为了利用烟气温度，SCR反应器布置在除尘和脱硫装置之前，但这一位置烟气中高浓度的粉尘和SO₂会冲蚀催化剂并使其中毒，同时高温烟气使得催化剂易发生烧结、失活，使催化剂的寿命缩短。低温SCR工艺是指催化剂的适用温度在120—250℃或者更低的温度，SCR脱硝装置采用尾部布置，这样便于与现有的锅炉设备匹配，同时可以除去绝大部分的SO₂和飞灰，减少了SO₂和飞灰中Na、K等碱金属对催化剂的毒化作用，使得催化剂可以在较为洁净的气氛中进行反应，并且无需对催化剂进行再热，使其成为目前国内外脱硝领域的研究热点。

由于Mn氧化物有MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、Mn₅O₈等多种氧化物形式，电子可以在其不同的氧化物之间相互转移，使其具有多种表面活性氧，能够促进氧化还原反应的进行，使其具有良好的低温活性。CeO₂通过其中的Ce⁴⁺和Ce³⁺的氧化还原循环使其具有较强的储氧能力，可以增加催化剂的低温活性和抗硫性。γ-Al₂O₃具有较大的比表面积，较强的表面酸性，其负载锰制备的催化剂具有较高的脱硝活性，是廉价的SCR催化剂载体。因此本发明提出了用简单方法制备的γ-Al₂O₃负载MnO_x，并用CeO₂改性的低温SCR催化剂。

公开号为CN103990496A的中国专利文献公开了一种石墨烯负载钛基核壳结构的低温SCR抗硫催化剂及制备方法。该催化剂以纳米粒子MnO_x-CeO₂为核和TiO₂为壳结构成纳米核壳结构MnO_x-CeO₂TiO₂，然后将MnO_x-CeO₂TiO₂与石墨烯相复合构成石墨烯负载的钛基核壳结构催化剂，该发明借助核壳催化剂保护活性中心，借助石墨烯降低硫铵盐的积累，从而增强催化剂抗硫性能。但是该催化剂的制备工艺较为复杂，且成本相比于浸渍法制备的Mn-Ce/TiO₂催化剂更大，如果应用于实际燃煤电厂脱硝催化剂会增加脱硝成本。