CN101428237A

CN101428237A - 一种担载尿素的炭基脱硝催化剂及其制备和应用方法

Info

Publication number: CN101428237A
Application number: CNA2008102044865A
Authority: CN
Inventors: 乔文明; 王志; 王艳莉; 姜振平; 陈庆军; 詹亮; 梁晓怿; 凌立成
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2009-05-13

Abstract

本发明公开了一种担载尿素的炭基脱硝催化剂及其制备和应用方法。所述催化剂组分及重量百分含量为：活性炭质载体：75～99.9％，尿素：0.1～25％。制备方法为：采用等体积浸渍方法，将活性炭质载体浸渍于尿素水溶液中，静置、干燥，可制得催化剂。将制得的催化剂装于固定床反应器中，反应温度控制在30～90℃，通入常压烟气，空速为2000～12000h^－1。在活性炭质载体的催化作用下，烟气中的NOx与担载的尿素反应生成N₂、CO₂和H₂O。本发明具有无氨绿色环保、无二次污染、活性炭质载体可回收担载尿素后重复使用、无需添加水、催化剂耐烟气冲刷性强、不存在催化剂中毒、脱硝效率高、脱硝浓度范围宽等特点，因而其应用空间和市场潜力较大。

Description

一种担载尿素的炭基脱硝催化剂及其制备和应用方法

技术领域

本发明涉及一种担载尿素的炭基脱硝催化剂及其制备和应用方法。

技术背景

NOx(x＝1，2)是大气主要污染物之一，主要来源于生产、生活中所使用的煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，其中约70％来自于煤炭的直接燃烧。NOx的排放使大气氧化性增加，导致严重的环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大的威胁，例如：NOx能够使人体中毒、使植物生长受到损害、能够引起酸雨和酸雾、导致光化学烟雾、破坏臭氧层等。目前我国NOx排放量估计在1000多万吨，但鉴于我国的能源消耗量今后将随经济的发展不断增长，因此NOx排放量也将持续增加。据有关研究的估算，到2010年，我国的NOx排放量将达到2194万吨。由此可见，今后我国NOx排放量将十分巨大，如果不加强控制，NOx将对我国大气环境造成严重的污染，制约社会和经济的可持续发展。因此，研究和开发高效的脱硝技术具有极为重要的现实意义。

选择性催化还原法由于具有脱硝效率较高，反应温度较低，催化剂的选择范围广，寿命长等优点，成为目前能找到的最好的脱硝技术之一。比如，文献1(Zhenping Zhu等，Applied Catalysis B：Environmental，2000年，第26卷，第25～35页)报道了在煤基活性炭上担载CuO用于催化NO与NH₃的还原反应，在有氧气存在且反应温度高于180℃的情况下，脱硝率可达100％。文献2(中国专利CN101053838A)报道了中国科学院山西煤炭化学研究所开发的一种用于烟气脱硝的堇青石基CuO/γ-Al₂O₃催化剂，脱硝反应以NH₃作为还原剂，脱硝率大于90％。文献3(美国专利US6475944)报道了一种用于NOx选择性催化还原的V₂O₅/TiO₂催化剂，根据催化剂的具体组成和反应体系温度的不同，脱硝率为20～99％(NH₃/NO＝1)。

从以上典型的国内外有关的脱硝论文和专利中可以看出，通过氨法SCR脱除NOx已经比较成熟，研究和发展的重点在于不断完善工艺、提高脱硝率、资源尽可能回收、降低成本等。但是引人注意的是绝大部分技术中都有氨的出现，氨具有很强的腐蚀性，对管路设备的要求高；脱硝过程中氨的加入量难以控制，容易引起二次污染；氨易泄露，给操作及存储造成困难。在多孔活性炭质材料上担载尿素用于NOx(x＝1，2)的脱除，是一条没有氨出现的环保型的脱硝技术，代表着一个脱硝新技术的发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种担载尿素的炭基脱硝催化剂及其制备和应用方法，以克服现有技术存在的上述缺陷，实现绿色环保的无氨脱硝工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种担载尿素的炭基脱硝催化剂，其特征在于，所述的催化剂的组分及重量百分含量为：活性炭质载体 75～99.9％

尿素 0.1～25％

本发明所用活性炭质载体为选自球状活性炭、柱状活性炭、颗粒状活性炭、蜂窝状活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶中的一种；

本发明所用活性炭质载体的比表面积为100～2500m²/g。

本发明还提供一种所述的担载尿素的炭基脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，采用等体积浸渍方法，将活性炭质载体浸渍于0.01g/ml～1g/ml的尿素水溶液中0.5～24h，随后在30～70℃下干燥0.5～24h，制得所需催化剂。

本发明还提供所述催化剂的应用方法，其特征在于，将制得的催化剂装于固定床反应器中，反应温度控制在30～90℃，一个大气压下通入含NO浓度为50～1000ppm的烟气，空速为2000～12000h^-1。

以尿素作为还原剂，脱硝涉及的主要反应式为：

NO+0.5O₂→NO₂

NO₂+NO+(NH₂)₂CO→2N₂+CO₂+H₂O

在反应过程中，NO和O₂首先吸附于活性碳质载体表面，随后NO在载体表面的催化作用下被O₂氧化为NO₂，最后NO₂和NO与被载体表面活化了的尿素发生反应，生成没有污染的N₂，实现了NOx(x＝1，2)的无氨选择性催化脱除。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明以尿素作为还原剂，避免了氨气的使用，整个脱硝工艺过程绿色环保，无二次污染。

(2)传统的SCR脱硝催化剂容易中毒失活，而本发明不存在催化剂的中毒问题。

(3)传统的SCR脱硝催化剂普遍担载贵金属作为活性组分，价格昂贵，失活后难以再生，处理不好容易引起环境污染，而本发明所用的活性炭质载体可回收担载尿素后重复使用。

具体实施方式

为了更容易地理解本发明，参考下述具体实施方式，这些具体实施方式打算描述本发明，而不是限制其范围。

实施例1

称取粒径为0.4～0.6mm的F22型沥青基球状活性炭(上海合达炭素有限公司)0.5g，采用等体积浸渍方法，将沥青基球状活性炭浸渍于尿素水溶液(尿素的浓度为0.049g/ml)中6h，随后在70℃下干燥6h，可制得催化剂，其中尿素的担载量为9％。

将制得的催化剂装于固定床反应器中，升温至30℃通气，其模拟烟气组成为：500ppmNO，21vol％O₂，N₂作为平衡气，常压操作，空速为6000h^-1。试验结果为：NO的稳定转化率为61％，持续时间10h。

实施例2

称取粒径为0.4～0.6mm的F22型沥青基球状活性炭0.5g，采用等体积浸渍方法，将沥青基球状活性炭浸渍于尿素水溶液(尿素的浓度为0.068g/ml)中12h，随后在60℃下干燥12h，可制得催化剂，其中尿素的担载量为12％。

将制得的催化剂装于固定床反应器中，升温至30℃通气，其模拟烟气组成为：500ppmNO，21vol％O₂，N₂作为平衡气，常压操作，空速为5000h^-1。试验结果为：NO的稳定转化率为53％，持续时间19h。

实施例3

称取粒径为0.4～0.6mm的F22型沥青基球状活性炭0.5g，采用等体积浸渍方法，将沥青基球状活性炭浸渍于尿素水溶液(尿素的浓度为0.026g/ml)中18h，随后在50℃下干燥18h，可制得催化剂，其中尿素的担载量为5％。

将制得的催化剂装于固定床反应器中，升温至30℃通气，其模拟烟气组成为：500ppmNO，21vol％O₂，N₂作为平衡气，常压操作，空速为6200h^-1。试验结果为：NO的稳定转化率为74％，持续时间5h。

实施例4

称取粒径为0.4～0.6mm的F22型沥青基球状活性炭0.5g，采用等体积浸渍方法，将沥青基球状活性炭浸渍于尿素水溶液(尿素的浓度为0.011g/ml)中24h，随后在40℃下干燥24h，可制得催化剂，其中尿素的担载量为2％。

将制得的催化剂装于固定床反应器中，升温至35℃通气，其模拟烟气组成为：500ppmNO，21vol％O₂，N₂作为平衡气，常压操作，空速为6500h^-1。试验结果为：NO的稳定转化率为81％，持续时间2h。

实施例5

称取粒径为0.4～0.6mm的528型树脂基球状活性炭(上海合达炭素有限公司)0.5g，采用等体积浸渍方法，将树脂基球状活性炭浸渍于尿素水溶液(尿素的浓度为0.049g/ml)中6h，随后在70℃下干燥6h，可制得催化剂，其中尿素的担载量为9％。

将制得的催化剂装于固定床反应器中，升温至30℃通气，其模拟烟气组成为：500ppmNO，21vol％O₂，N₂作为平衡气，常压操作，空速为6000h^-1。试验结果为：NO的稳定转化率为78％，持续时间8h。

实施例6

称取粒径为0.4～0.6mm的528型树脂基球状活性炭0.5g，采用等体积浸渍方法，将树脂基球状活性炭浸渍于尿素水溶液(尿素的浓度为0.068g/ml)中12h，随后在60℃下干燥12h，可制得催化剂，其中尿素的担载量为12％。

将制得的催化剂装于固定床反应器中，升温至30℃通气，其模拟烟气组成为：500ppmNO，21vol％O₂，N₂作为平衡气，常压操作，空速为5000h^-1。试验结果为：NO的稳定转化率为82％，持续时间12h。

实施例7

称取粒径为0.4～0.6mm的528型树脂基球状活性炭0.5g，采用等体积浸渍方法，将树脂基球状活性炭浸渍于尿素水溶液(尿素的浓度为0.026g/ml)中18h，随后在50℃下干燥18h，可制得催化剂，其中尿素的担载量为5％。

将制得的催化剂装于固定床反应器中，升温至30℃通气，其模拟烟气组成为：500ppmNO，21vol％O₂，N₂作为平衡气，常压操作，空速为6200h^-1。试验结果为：NO的稳定转化率为84％，持续时间4h。

实施例8

称取粒径为0.4～0.6mm的528型树脂基球状活性炭0.5g，采用等体积浸渍方法，将树脂基球状活性炭浸渍于尿素水溶液(尿素的浓度为0.011g/ml)中24h，随后在40℃下干燥24h，可制得催化剂，其中尿素的担载量为2％。

将制得的催化剂装于固定床反应器中，升温至35℃通气，其模拟烟气组成为：500ppmNO，21vol％O₂，N₂作为平衡气，常压操作，空速为6500h^-1。试验结果为：NO的稳定转化率为86％，持续时间1.8h。

Claims

1、一种担载尿素的炭基脱硝催化剂，其特征在于，所述的催化剂的组分及重量百分含量为：活性炭质载体 75～99.9％

尿素 0.1～25％。

2、如权利要求1所述的担载尿素的炭基脱硝催化剂，其特征在于，所说的活性炭质载体的比表面积为100～2500m²/g。

3、如权利要求1所述的担载尿素的炭基脱硝催化剂，其特征在于，所说的活性炭质载体为选自球状活性炭、柱状活性炭、颗粒状活性炭、蜂窝状活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶中的一种。

4、一种如权利要求所述的担载尿素的炭基脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，采用等体积浸渍方法，将活性炭质载体浸渍于0.01g/ml～1g/ml的尿素水溶液中0.5～24h，随后在30～70℃下干燥0.5～24h，制得所需催化剂。

5、一种如权利要求所述的担载尿素的炭基脱硝催化剂的应用方法，其特征在于，将所述的催化剂装于固定床反应器中，反应温度控制在30～90℃，于一个大气压下通入含NO浓度为50～1000ppm的烟气，空速为2000～12000h^-1。