CN105903477A - 一种低温宽活性温度窗口的scr脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂,所述催化剂包括载体和活性组分,其中载体为凹凸棒土,活性组分为含锰氧化物、含铈氧化物及含铜氧化物的组合物。载体凹凸棒土的用量为0.03~0.06mol金属元素/20g凹凸棒土,活性组分中锰元素的摩尔百分比是50%~80%,铈元素和铜元素的摩尔比为1:10~1:40。此外,本发明还涉及上述催化剂的制备方法。根据本发明,所述制备方法具有以下步骤:将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中,依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL和一定量的六水硝酸铈和三水硝酸铜,持续搅拌1h后静置4h,在80℃温度下干燥12h,然后在空气气氛下500℃焙烧5h;最后研磨过筛,取40~60目的部分作为催化剂。

Description

一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及催化剂领域,特别涉及一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是污染大气的主要有害物质之一,也是直接导致我国各地阴霾天、臭氧破坏、空气污染的重大因素。大气中的NOx主要来源于火力发电,其次是工业和交通运输部门。因此,燃煤电厂NOx减排成为现在大气污染治理的一个热点。在多种NOx 减排技术中,选择性催化还原脱硝(SCR)技术应用最广泛。其以氨水或尿素为还原剂,在脱硝催化剂的作用下将NOx还原成氮气和水。
SCR技术的核心是催化剂。目前工业上应用最广的脱硝催化剂为钒钛类催化剂,此类催化剂以二氧化钛(TiO2)为载体,以五氧化二钒(V2O5)为主催化剂,以氧化钨(WO3)或氧化钼(MoO3)为助催化剂。其优点是高活性和高抗硫性。但此类催化剂成本高,温度窗口窄(300℃-400℃)且最佳反应温度为350℃左右,较高的操作温度使得SCR脱硝装置一般置于除尘和脱硫装置之前,因而催化剂易失活和磨损,寿命降低。而将脱硝装置置于除尘和脱硫装置之后时,则需加装烟气预热装置以满足催化活性的要求,这将大大增加脱硝成本,增加系统能耗和操作费用。因此,开发一种成本低廉、活性温度窗口宽、高效的低温脱硝催化剂显得尤为迫切。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题,本发明的目的在于提供一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂,所述催化剂成本低廉,脱硝效率高。此外,本发明的目的还在于提供上述催化剂的制备方法。
根据本发明,所述目的是通过以下技术方案实现的:
本发明所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂包括载体和活性组分,其中载体为凹凸棒土,活性组分为锰氧化物、含铈氧化物及含铜氧化物的组合物。
进一步的,所述凹凸棒土的用量为0.03 mol~0.06mol金属元素/20g凹凸棒土,所述金属元素为锰、铈和铜三种元素的总和。
进一步的,活性组分中锰元素的摩尔百分比是50%~80%,铈元素和铜元素的摩尔比为1:10~1:40。
本发明的另一方面还涉及上述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将凹凸棒土加入蒸馏水中,再依次向其中加入硝酸锰溶液、六水硝酸铈和三水硝酸铜,持续搅拌得到催化剂悬浮液;
(2)将催化剂悬浮液静置;
(3)将步骤(2)所得在进行干燥处理;
(4)将干燥后的沉淀置于马弗炉中,在空气气氛下焙烧;
(5)冷却后研磨过筛,即得到所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂。
进一步的,步骤(1)中所述六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:10~1:40,优选1:20。
进一步的,六水硝酸铈的用量为2.15×10-3mol~8.60×10-3mol,优选2.15×10-3mol。
本发明的另一方面还涉及上述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的应用,所述催化剂适合的烟气温度范围为120℃-300℃。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、制备本发明所述催化剂所使用的载体凹凸棒土价廉易得,大大降低了制备成本;
2、本发明所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法简单易操作,活性组分在催化剂的制备过程中损失较少,极大地提高了资源利用率;
3、本发明所述催化剂在120℃-300℃的温度区间内具有良好的脱硝活性,脱硝率最高可达99.3%。
附图说明
图1为实施例1制备得到的催化剂的脱硝效率曲线图;
图2为实施例2制备得到的催化剂的脱硝效率曲线图;
图3为实施例3制备得到的催化剂的脱硝效率曲线图。
具体实施方式
下面借助具体的实施例来对本发明进行更加详细的阐述。
实施例 1
本实施例提供一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中,依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL和一定量的六水硝酸铈和三水硝酸铜,持续搅拌1h得到催化剂悬浮液;
凹凸棒购买自盱眙美瑞凹土加工有限公司(本厂品通过选矿、提纯、干燥、活化、磨粉等工序精制而成;品牌: 美瑞凹土荣禧牌,货号: 00006, 颜色分类: 浅灰色);
(2)将催化剂悬浮液静置4h;
(3)将步骤(2)所得在80℃温度下干燥12h;
(4)将干燥后的沉淀置于马弗炉中,在空气气氛下500℃焙烧5h;
(5)冷却后研磨过筛,取40~60目的部分作为催化剂。
进一步的,步骤(1)中所述六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:20;
进一步的,所述六水硝酸铈的用量为2.15×10-3mol。
将上述步骤制备的催化剂进行脱硝活性测试。将催化剂样品装入自制固定床反应器中,反应器为内径12mm,高为75cm的石英管,所述反应器由程序控温反应炉加热,控制反应温度,通过烟气分析仪采集反应温度的浓度数据,计算氮氧化物的转换率。在本发明的脱硝活性测试中,取1.6g左右催化剂,在低温宽活性温度(120℃-300℃)条件下,以NH3为还原气体,NO浓度为500 ppm,NH3浓度为500 ppm,O2含量为5%,载气为N2,气体流速为305 mL/min,反应空速为10000h-1的条件下反应,本发明所述催化剂的NOx转化率最高可达99.3%。优选地,当六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:20时,本发明制备的催化剂在低温宽活性温度(120℃-300℃)条件下脱硝率均超过90%。
实施例 2
将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中,依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL,2.15×10-3mol六水硝酸铈,六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:40,持续搅拌1h后静置4h,在80℃温度下干燥12h,然后在空气气氛下500℃焙烧5h;最后研磨过筛,取40~60目的部分作为催化剂。
将所述催化剂在指定温度窗口(120℃-300℃)进行SCR催化活性评价。催化剂评价条件为:催化剂用量为1.6g左右,烟气浓度为500 ppm NO, 500 ppm NH3,5% O2,N2为平衡气,气体总流量为305 mL/min,反应空速为10000h-1。如图1所示,在120℃ - 300℃的温度条件下,催化剂的脱硝率最高可达88%以上。
实施例 3
将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中,依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL,2.15×10-3mol六水硝酸铈,六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:20,持续搅拌1h后静置4h,在80℃温度下干燥12h,然后在空气气氛下500℃焙烧5h;最后研磨过筛,取40~60目的部分作为催化剂。
将所述催化剂在指定温度窗口(120℃-300℃)进行SCR催化活性评价。催化剂评价条件为:催化剂用量为1.6g,烟气浓度为500 ppm NO, 500 ppm NH3,5% O2,N2为平衡气,气体总流量为305 mL/min,反应空速为10000h-1。如图2所示,在120℃的反应温度下,催化剂的脱硝率就达到92%以上,在150℃- 300℃的反应温度下,催化剂的脱硝率均达96%以上。
实施例 4
将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中,依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL,2.15×10-3mol六水硝酸铈,六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:10,持续搅拌1h后静置4h,在80℃温度下干燥12h,然后在空气气氛下500℃焙烧5h;最后研磨过筛,取40~60目的部分作为催化剂。
将所述催化剂在指定温度窗口(120℃-300℃)进行SCR催化活性评价。催化剂评价条件为:催化剂用量为1.6g,烟气浓度为500 ppm NO, 500 ppm NH3,5% O2,N2为平衡气,气体总流量为305 mL/min,反应空速为10000h-1。如图3所示,在120℃的反应温度下,催化剂的脱硝率就达到91%以上,在150℃- 270℃的反应温度下,催化剂的脱硝率均达97%以上。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂,其特征在于,所述催化剂包括载体和活性组分,其中载体为凹凸棒土,活性组分为含锰氧化物、含铈氧化物及含铜氧化物的组合物。
2.如权利要求1所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂,其特征在于,所述凹凸棒土的用量为0.03 mol~0.06mol金属元素/20g凹凸棒土,所述金属元素为锰、铈和铜三种元素的总和。
3.如权利要求1所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂,其特征在于,所述活性组分中锰元素的摩尔百分比是50%~80%,铈元素和铜元素的摩尔比为1:10~1:40。
4.一种如权利要求1-3任一项所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将凹凸棒土加入蒸馏水中,再依次向其中加入硝酸锰溶液、六水硝酸铈和三水硝酸铜,持续搅拌得到催化剂悬浮液;
(2)将催化剂悬浮液静置;
(3)将步骤(2)所得再进行干燥处理;
(4)将干燥后的沉淀置于马弗炉中,在空气气氛下焙烧;
(5)冷却后研磨过筛,即得到所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂。
5.如权利要求4所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:10~1:40。
6.如权利要求4所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,六水硝酸铈的用量为2.15×10-3mol~8.60×10-3mol。
7.一种由权利要求4-6所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法,制备得到的SCR脱硝催化剂。
8.一种如权利要求1-3或7任一项所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的应用,其特征在于,所述催化剂适合的烟气温度范围为120℃-300℃。
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