[发明专利]一种适用于低温含硫烟气的脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于低温含硫烟气的脱硝催化剂及其制备方法，催化剂以五氧化二钒为活性组分，以活性炭为载体，以硫酸氢铝为抗硫剂，该催化剂具有优良的低温催化活性及低的二氧化硫氧化率。

技术领域

本发明涉及一种适用于低温含硫烟气的脱硝催化剂及其制备方法，属于环境保护中的氮氧化物控制技术领域。

背景技术

氮氧化物NOx是重要的大气污染物，是造成酸雨、光化学雾及温室效应等灾害的主要污染物之一，氮氧化物对环境的不利影响被人类严重关注。以煤炭、生物质、垃圾为燃料的燃烧过程是氮氧化物的主要来源，因此对上述燃料燃烧产生的烟气的排放控制日益加强。NH₃选择性催化还原技术（SCR）因其具有优良的反应选择性和反应活性而被广泛应用于前述的烟气的处理过程。目前，NH₃选择性催化还原技术主要使用钒钨钛催化剂实现减少氮氧化物的排放。钒钨钛催化剂的使用温度是300至400摄氏度，具有良好的抗硫抗水中毒稳定性，因此催化剂通常布置在高温的烟气环境中。

但是实际燃烧过程中，许多排放场景的烟气温度是低于300摄氏度的，例如：（1）电厂低负荷运行的时候，烟气温度通常低于300摄氏度，此时催化剂活性较差，（2）非电力行业（钢铁、有色、建材、玻璃、水泥等）烟气温度较低，通常低于250摄氏度，（3）小型锅炉（1～5吨/小时），通常烟气温度低于200摄氏度。

研究表明锰、铜氧化物是低温条件下NH₃选择性催化还原氮氧化物反应的优良催化剂，但是脱硝催化剂在实际应用过程中处理的烟气可能会含有几十至几千ppm的二氧化硫，二氧化硫和烟气中的水汽会与锰、铜氧化物反应生成相应的硫酸盐。在低于200摄氏度的条件下，锰、铜的硫酸盐对NH₃-SCR反应几乎没有催化活性。王宝冬等人（环境化学，2018年，37卷，782页）总结了低温SCR脱硝催化剂抗硫抗水的研究工作。已有的工作表明在催化剂中加入氧化铈可以很好的改善催化剂抗水抗硫的性能，在反应条件下二氧化硫优先与氧化铈反应生成硫酸铈，硫酸铈可以抑制二氧化硫在催化剂上的吸附，从而保护活性物氧化锰。由于文献中研究者之间的测试时间、温度的差异，导致催化剂的终活性不能明确对照，但是可以肯定随着测试时间的延长，催化剂活性逐渐降低。将铁盐加入到锰系催化剂，催化剂的抗水抗硫的性能也可以得到很大的提高，但是没有提及二氧化硫氧化率。

刘振宇（化工学报，2008年，59卷，1894）总结了V₂O₅/炭基材料用于烟气脱硫脱硝的研究进展。V₂O₅/炭基材料在低于200摄氏度的时候，即使有水汽与二氧化硫存在，催化剂也有优良的脱硝催化反应活性。为了提高V₂O₅/炭基材料的脱硫活性，研究者通过后处理增加炭材料上的含氧官能团，促进二氧化硫在催化剂上的氧化反应。但是由于V₂O₅/炭基材料吸附的硫酸与氨气反应生成硫酸氢铵，导致V₂O₅/炭基材料的脱硝活性随着时间推移会降低，将硫酸氢铵分解后，催化剂的脱硝活性可以得到恢复。

从上面的介绍可以看出开发低温下具备优良抗硫抗水汽毒化的脱硝催化剂的需求十分迫切，但是已有的铜、锰氧化物催化剂体系无法满足实际需求。V₂O₅/炭基材料的良好脱硫脱硝性能表明通过对此类材料的改进，抑制二氧化硫在催化剂表面的吸附，很有可能开发出低温下具备优良抗硫抗水汽毒化的脱硝催化剂。

注：脱硝催化剂在实际应用过程中处理的烟气可能会含有几十至几千ppm的二氧化硫。为了降低二氧化硫氧化生成的硫酸对下游管道及设备的腐蚀，钒系脱硝催化剂国家标准（参见中华人民共和国国家标准《蜂窝式烟气脱硝催化剂》GB/T 31587-2015内表7）对催化剂的二氧化硫氧化率限定为不大于1%，为了达到这个标准，催化剂制造商对出厂催化剂的金属杂质有严格的内部限定，特别是铁元素及碱金属元素。但是，目前极大部分的专利申请或研究报告都没有披露相关催化剂的二氧化硫氧化率数据。

发明内容