CN106268959A - 一种烟气脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种烟气脱硝催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟气脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾为活性成分，四氧化三铁和氧化铈作为助催化剂；其中，活性成分、助催化剂和载体的质量比为1：5～12：58～75。本发明的烟气脱硝催化剂脱硝率高，使用寿命长，活性温度窗口宽，抗硫中毒能力强。具体的说，本发明的烟气脱硝催化剂，NO转化率在90～300℃温度范围内能达到95%以上，而且，在使用16小时后仍能保持较高的NO转化率，催化活性仅仅稍有减弱，具有很强的抗硫中毒性能。

Description

一种烟气脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种烟气脱硝催化剂及其制备方法。属于烟气脱硝技术领域。
背景技术
氮氧化物为主要的大气污染物之一，它会引起酸雨、光化学烟雾、地表水富营养化等破坏生态环境并危及人类健康的一系列问题。燃煤电厂氮氧化物排放量约占我国总排放量的一半，因此，控制燃煤电厂的NOx排放迫在眉睫。目前，控制燃煤电厂氮氧化物排放的技术主要包括：再燃、选择性非催化还原(SNCR)以及选择性催化还原技术(SCR)，其中，SCR具有更高的脱硝效率，易于满足越来越严格的NOx排放国家标准。
催化剂是SCR技术的核心，其成本在运行费用中占很大的比重，目前商用催化剂的研制和生产被国外垄断，价格昂贵。我国现有的脱硝催化剂生产技术还达不到要求，成为限制SCR技术在我国推广应用的主要因素。故自主研发生产低成本的SCR催化剂，可大幅度降低我国烟气脱硝的运行费用，对我国环境的改善起很大的推动作用。
目前商用脱硝催化剂是以V2O5为主要活性组分，TiO2为载体，WO3或MoO3为助剂的钒钛体系催化剂，这类催化剂只有在300～400℃温度下才具有较高的催化活性。为达到此温度，烟气脱硝反应器必须置于锅炉省煤器和空气预热器之间，因而催化剂会受到高浓度烟尘的冲刷和磨损，甚至发生高温烧结而大大缩短了催化剂的使用寿命；再者，对于国内现有的大多数锅炉来说，省煤器、空气预热器和锅炉组装为一体，该技术与现有锅炉匹配有一定困难。因此，研究和开发能布置在温度低于300℃之后，高效、稳定、经济的烟气SCR脱硝催化剂成为烟气脱硝领域的研究趋势。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种烟气脱硝催化剂。
本发明还提供了其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾为活性成分，四氧化三铁和氧化铈作为助催化剂；其中，活性成分、助催化剂和载体的质量比为1：5～12：58～75。
优选的，所述催化剂还包括羟丙基甲基纤维素，其与活性成分的质量比为2～3：1。
优选的，醋酸锰和高氯酸钾的质量比为1：0.5～2。
优选的，四氧化三铁和氧化铈的质量比为1：1.5～3。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁和氧化铈，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入玻璃纤维粉，搅拌12～15小时，经干燥和煅烧，得到烟气脱硝催化剂。
优选的，步骤(1)中还加入了羟丙基甲基纤维素，与四氧化三铁和氧化铈混合均匀，得到混合粉末。
优选的，步骤(4)中的玻璃纤维粉加入前经活化处理，具体方法是：将玻璃纤维粉浸入5～8倍重量的酸溶液中煮沸，冷却后，去离子水洗涤3～5次，烘干即可。
进一步优选的，所述酸溶液为质量浓度10～20％的盐酸溶液。
优选的，步骤(4)中的干燥条件为80～130℃干燥5～8小时。
优选的，步骤(4)中的煅烧条件为350～430℃煅烧36～45小时。
本发明的有益效果：
本发明的烟气脱硝催化剂以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾为活性成分，四氧化三铁和氧化铈作为助催化剂，具有良好的催化作用。本发明的催化剂脱硝率高，使用寿命长，活性温度窗口宽，抗硫中毒能力强。具体的说，本发明的烟气脱硝催化剂，NO转化率在90～300℃温度范围内能达到95％以上，而且，在使用16小时后仍能保持较高的NO转化率，催化活性仅仅稍有减弱，具有很强的抗硫中毒性能。
本发明还加入了羟丙基甲基纤维素作为粘结剂，使得所得混合浆料有较好的成膜性，改善其流变性能，使得混合浆料能够与载体充分接触，实现良好负载，提高催化剂的机械强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾(质量比为1：0.5)为活性成分，四氧化三铁和氧化铈(质量比为1：1.5)作为助催化剂；其中，活性成分、助催化剂、载体的质量比为1：5：58。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁、氧化铈，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的玻璃纤维粉，搅拌12小时，80℃干燥5小时，350℃煅烧36小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，玻璃纤维粉的活化处理方法是：将玻璃纤维粉浸入5倍重量的盐酸溶液(质量浓度10％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤3次，烘干即可。
实施例2：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾(质量比为1：2)为活性成分，四氧化三铁和氧化铈(质量比为1：3)作为助催化剂；其中，活性成分、助催化剂、载体的质量比为1：12：75。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁、氧化铈，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的玻璃纤维粉，搅拌15小时，130℃干燥8小时，430℃煅烧45小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，玻璃纤维粉的活化处理方法是：将玻璃纤维粉浸入8倍重量的盐酸溶液(质量浓度20％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤5次，烘干即可。
实施例3：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾(质量比为1：0.5)为活性成分，四氧化三铁和氧化铈(质量比为1：1.5)作为助催化剂，另外，还包括羟丙基甲基纤维素；其中，活性成分、助催化剂、载体和羟丙基甲基纤维素的质量比为1：5：58：2。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁、氧化铈和羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的玻璃纤维粉，搅拌12小时，80℃干燥5小时，350℃煅烧36小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，玻璃纤维粉的活化处理方法是：将玻璃纤维粉浸入5倍重量的盐酸溶液(质量浓度10％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤3次，烘干即可。
实施例4：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾(质量比为1：2)为活性成分，四氧化三铁和氧化铈(质量比为1：3)作为助催化剂，另外，还包括羟丙基甲基纤维素；其中，活性成分、助催化剂、载体和羟丙基甲基纤维素的质量比为1：12：75：3。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁、氧化铈和羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的玻璃纤维粉，搅拌15小时，130℃干燥8小时，430℃煅烧45小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，玻璃纤维粉的活化处理方法是：将玻璃纤维粉浸入8倍重量的盐酸溶液(质量浓度20％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤5次，烘干即可。
实施例5：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾(质量比为1：1)为活性成分，四氧化三铁和氧化铈(质量比为1：2)作为助催化剂，另外，还包括羟丙基甲基纤维素；其中，活性成分、助催化剂、载体和羟丙基甲基纤维素的质量比为1：8：66：2.5。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁、氧化铈和羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的玻璃纤维粉，搅拌14小时，120℃干燥7小时，400℃煅烧40小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，玻璃纤维粉的活化处理方法是：将玻璃纤维粉浸入7倍重量的盐酸溶液(质量浓度15％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤4次，烘干即可。
对比例1：
一种烟气脱硝催化剂，是以活性炭作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾(质量比为1：1)为活性成分，四氧化三铁和氧化铈(质量比为1：2)作为助催化剂，另外，还包括羟丙基甲基纤维素；其中，活性成分、助催化剂、载体和羟丙基甲基纤维素的质量比为1：8：66：2.5。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁、氧化铈和羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的活性炭，搅拌14小时，120℃干燥7小时，400℃煅烧40小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，活性炭的活化处理方法是：将活性炭浸入7倍重量的盐酸溶液(质量浓度15％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤4次，烘干即可。
对比例2：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰为活性成分，四氧化三铁和氧化铈(质量比为1：2)作为助催化剂，另外，还包括羟丙基甲基纤维素；其中，活性成分、助催化剂、载体和羟丙基甲基纤维素的质量比为1：8：66：2.5。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁、氧化铈和羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的玻璃纤维粉，搅拌14小时，120℃干燥7小时，400℃煅烧40小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，玻璃纤维粉的活化处理方法是：将玻璃纤维粉浸入7倍重量的盐酸溶液(质量浓度15％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤4次，烘干即可。
对比例3：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载高氯酸钾为活性成分，四氧化三铁和氧化铈(质量比为1：2)作为助催化剂，另外，还包括羟丙基甲基纤维素；其中，活性成分、助催化剂、载体和羟丙基甲基纤维素的质量比为1：8：66：2.5。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的四氧化三铁、氧化铈和羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的玻璃纤维粉，搅拌14小时，120℃干燥7小时，400℃煅烧40小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，玻璃纤维粉的活化处理方法是：将玻璃纤维粉浸入7倍重量的盐酸溶液(质量浓度15％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤4次，烘干即可。
对比例4：
一种烟气脱硝催化剂，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾(质量比为1：1)为活性成分，氧化铈作为助催化剂，另外，还包括羟丙基甲基纤维素；其中，活性成分、助催化剂、载体和羟丙基甲基纤维素的质量比为1：8：66：2.5。
上述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，包括步骤：
(1)称取配方量的氧化铈和羟丙基甲基纤维素，混合均匀，得到混合粉末；
(2)将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
(3)将步骤(1)所得混合粉末与步骤(2)所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
(4)向混合浆料中加入活化处理的玻璃纤维粉，搅拌14小时，120℃干燥7小时，400℃煅烧40小时，得到烟气脱硝催化剂；其中，玻璃纤维粉的活化处理方法是：将玻璃纤维粉浸入7倍重量的盐酸溶液(质量浓度15％)中煮沸，冷却后，去离子水洗涤4次，烘干即可。
试验例
1、催化性能测试：
实施例1～5以及对比例1～4的催化剂，分别取10mL，分别装入管式反应器中，向管式反应器中通入N2和空气，加热，待温度升至90℃，再通入NO、NH3和水蒸气，稳定1小时左右，测量管式反应器出口与进口的NO浓度，测完后调节流量计温度参数，待稳定后测量下一个温度测量点(120℃、200℃和300℃)，测完后，关闭NO、NH3、水蒸气和空气，用N2吹扫管路半个小时左右，关闭整个系统；测量条件为：空速60000h-1～65000h-1，温度90～300℃，NO体积浓度200ppm～1000ppm，NH3/NO(摩尔比)＝1.0，水蒸气体积比5％，O2浓度10％，平衡气N2。计算各个温度测量点的NO转化率(％)测试结果见表1。
表1.催化性能(NO转化率)比较
90℃ 120℃ 200℃ 300℃
实施例1 95.33 97.87 97.88 98.78
实施例2 95.68 97.98 98.58 98.99
实施例3 97.31 98.12 98.99 99.58
实施例4 97.52 98.22 98.95 99.67
实施例5 98.56 99.13 99.22 99.85
对比例1 90.11 90.58 90.58 90.87
对比例2 80.12 81.23 81.25 81.89
对比例3 80.05 80.08 80.11 80.13
对比例4 82.35 82.89 82.98 83.12
从表1可以得出结论，实施例1～5的烟气脱硝催化剂具有明显较好的催化性能，其NO转化率在90～300℃温度范围内能达到95％以上。
2、催化剂抗硫中毒性能测试：
按照催化性能测试的方法，任选200℃进行催化运行16小时，计算NO转化率，结果见表2。
表2.催化剂使用16小时后的NO转化率
由表2可以看出，实施例1～5的烟气脱硝催化剂在使用16小时后仍能保持较高的NO转化率，催化活性仅仅稍有减弱，具有很强的抗硫中毒性能。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种烟气脱硝催化剂，其特征在于，是以玻璃纤维粉作为载体，其负载醋酸锰和高氯酸钾为活性成分，四氧化三铁和氧化铈作为助催化剂；其中，活性成分、助催化剂和载体的质量比为1：5～12：58～75。
2.根据权利要求1所述的一种烟气脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂还包括羟丙基甲基纤维素，其与活性成分的质量比为2～3：1。
3.根据权利要求1所述的一种烟气脱硝催化剂，其特征在于，醋酸锰和高氯酸钾的质量比为1：0.5～2。
4.根据权利要求1所述的一种烟气脱硝催化剂，其特征在于，四氧化三铁和氧化铈的质量比为1：1.5～3。
5.权利要求1～4中任一项所述的一种烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：
（1）称取配方量的四氧化三铁和氧化铈，混合均匀，得到混合粉末；
（2）将配方量的醋酸锰和高氯酸钾溶于去离子水，得到水溶液；
（3）将步骤（1）所得混合粉末与步骤（2）所得水溶液混合，搅拌均匀，得到混合浆料；
（4）向混合浆料中加入玻璃纤维粉，搅拌12～15小时，经干燥和煅烧，得到烟气脱硝催化剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中还加入了羟丙基甲基纤维素，与四氧化三铁和氧化铈混合均匀，得到混合粉末。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的玻璃纤维粉加入前经活化处理，具体方法是：将玻璃纤维粉浸入5～8倍重量的酸溶液中煮沸，冷却后，去离子水洗涤3～5次，烘干即可。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述酸溶液为质量浓度10～20%的盐酸溶液。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的干燥条件为80～130℃干燥5～8小时。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的煅烧条件为350～430℃煅烧36～45小时。
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