CN107282037A - 一种稀土钒酸盐scr脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂，该催化剂以LaVO4为活性组分、以WO3和Al2O3为助剂、以TiO2为载体。本发明以LaVO4为活性组分，其中La能够抑制载体TiO2在高温下烧结和晶型转变，从而提高催化剂的热稳定性，V以钒酸盐形式存在，不仅可以提供SCR反应所需的活性位，而且还能够防止V在高温下烧结和挥发，减小对环境的污染。总而言之，本发明提供的催化剂具有优异的高温活性和热稳定性，可以用于治理燃气轮机等高温烟气氮氧化物排放。

Description

一种稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及烟气脱硝领域，具体是一种可以用于治理燃气轮机等高温烟气氮氧化物排放的稀土钒酸盐催化剂及其制备方法。
背景技术
由于燃气轮机的优点和其技术的不断发展，目前已成为发达国家用于供电和供热的重要方式。随着各国对排放标准要求的提高，燃气轮机的环保问题也逐渐得到重视，燃气轮机机组开始探索脱硝改造，并在新建机组中预留脱硝位置。
工业上应用最广的V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂，其最佳温度窗口为300℃-400℃，并不适用于燃气轮机排放的高温烟气(500℃以上)。在高温条件下，常规催化剂容易发生NH3氧化、V2O5烧损、TiO2晶型转变和催化剂烧结等，导致催化剂失活，脱硝性能降低。因此，需要开发一种新型耐高温SCR脱硝催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异的高温活性和热稳定性的催化剂及其制备方法，该催化剂可用于治理燃气轮机等高温烟气氮氧化物排放。为实现上述的技术目标，具体的技术方案如下：
一种稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂，该催化剂的活性组分为LaVO4。
优选地，该催化剂以WO3和Al2O3为助剂，以TiO2为载体。
进一步地，所述的脱硝催化剂各组分含量分别是：
活性组分，LaVO4为0-2wt％；
助剂，WO3为3-8wt％、Al2O3为5-10wt％；
载体，TiO2为80-92wt％。
更进一步地，所述的LaVO4的前驱体为La(NO3)3·6H2O和NH4VO3。
上述任一稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)溶解前驱体：在水浴条件下，分别将La(NO3)3·6H2O和NH4VO3溶解于去离子水中，得到A溶液和B溶液，其中La(NO3)3·6H2O与NH4VO3的摩尔比为1:1；
2)活性组分LaVO4的制备：将步骤1)制备的A溶液和B溶液混合，混合过程中加氨水调节溶液的pH直至溶液发生共沉淀析出LaVO4沉淀，将反应得到的LaVO4沉淀过滤清洗，并烘干；
3)浆料的制备：分别将步骤2)制备的LaVO4以及仲钨酸铵、Al2O3、TiO2粉末混合，混合过程中加水搅拌得到浆料；
4)LaVO4-WO3-Al2O3/TiO2催化剂的制备：将步骤3)制备的浆料在水浴条件下蒸干，而后在100℃-140℃下先干燥12h-24h后，再在580℃-650℃下煅烧2h-4h，即制得LaVO4-WO3-Al2O3/TiO2催化剂。
优选地，步骤1)水浴温度为80℃。
优选地，步骤2)所用氨水质量浓度为20％。
优选地，步骤2)用氨水将溶液的pH调至7。
优选地，步骤2)烘干温度为120℃。
优选地，步骤4)水浴温度为80℃。
本发明具有如下优点：
本发明以LaVO4为活性组分，其中La能够抑制载体TiO2在高温下烧结和晶型转变，从而提高催化剂的热稳定性，V以钒酸盐形式存在，不仅可以提供SCR反应所需的活性位，而且还能够防止V在高温下烧结和挥发，减小对环境的污染。助剂Al2O3同样起到抑制TiO2在高温下烧结和晶型转变的作用，可以进一步提高催化剂的热稳定性。总而言之，本发明提供的催化剂具有优异的高温活性和热稳定性，可以用于治理燃气轮机等高温烟气氮氧化物排放。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
实施例1
本实施例中催化剂组分为：LaVO4占1.4wt％，WO3占5wt％，Al2O3占5wt％，TiO2占88.6wt％。
本实施例中催化剂的制备过程如下：
1)在80℃水浴条件下，分别将La(NO3)3·6H2O和NH4VO3溶解于去离子水中，得到A溶液和B溶液，其中摩尔比La(NO3)3·6H2O:NH4VO3＝1:1；
2)将A溶液和B溶液混合，混合过程中滴加质量浓度为20％的氨水，使溶液的pH值为7，将反应得到的LaVO4沉淀过滤清洗，并在120℃下烘干；
3)分别将LaVO4、仲钨酸铵、Al2O3和TiO2粉末混合，混合过程中加水搅拌得到浆料，其中LaVO4占1.4wt％，WO3占5wt％，Al2O3占5wt％，TiO2占88.6wt％；
4)步骤3)制备的浆料在80℃水浴条件下蒸干，120℃下干燥20h后，在600℃下煅烧3h制得LaVO4-WO3-Al2O3/TiO2催化剂。
对催化剂进行活性评价实验，其中烟气条件为：NO＝NH3＝500ppm，O2＝5.0％，SO2＝20ppm，H2O＝10％，N2平衡，GHSV＝60000h-1。结果显示催化剂在400-620℃下脱硝效率高于80％。
将新鲜催化剂在600℃下进行长时间高温水热老化实验，其中烟气条件与活性测试条件相同，结果表明催化剂经过48h处理后，脱硝活性基本不变。
实施例2
本实施例中催化剂组分为：LaVO4占1.2wt％，WO3占5wt％，Al2O3占7wt％，TiO2占86.8wt％。
本实施例中催化剂的制备过程如下：
1)在80℃水浴条件下，分别将La(NO3)3·6H2O和NH4VO3溶解于去离子水中，得到A溶液和B溶液，其中摩尔比La(NO3)3·6H2O:NH4VO3＝1:1；
2)将A溶液和B溶液混合，混合过程中滴加质量浓度为20％的氨水，使溶液的pH值为7，将反应得到的LaVO4沉淀过滤清洗，并在120℃下烘干；
3)分别将LaVO4、仲钨酸铵、Al2O3和TiO2粉末混合，混合过程中加水搅拌得到浆料，其中LaVO4占1.2wt％，WO3占5wt％，Al2O3占7wt％，TiO2占86.8wt％；
4)步骤3)制备的浆料在80℃水浴条件下蒸干，140℃下干燥16h后，在630℃下煅烧2h制得LaVO4-WO3-Al2O3/TiO2催化剂。
对催化剂进行活性评价实验，其中烟气条件为：NO＝NH3＝500ppm，O2＝5.0％，SO2＝20ppm，H2O＝10％，N2平衡，GHSV＝60000h-1。结果显示催化剂在420-600℃下脱硝效率高于80％。
将新鲜催化剂在600℃下进行长时间高温水热老化实验，其中烟气条件与活性测试条件相同，结果表明催化剂经过48h处理后，脱硝活性只下降了2％。
实施例3
本实施例中催化剂组分为：LaVO4占1wt％，WO3占7wt％，Al2O3占8wt％，TiO2占84wt％。
本实施例中催化剂的制备过程如下：
1)在80℃水浴条件下，分别将La(NO3)3·6H2O和NH4VO3溶解于去离子水中，得到A溶液和B溶液，其中摩尔比La(NO3)3·6H2O:NH4VO3＝1:1；
2)将A溶液和B溶液混合，混合过程中滴加质量浓度为20％的氨水，使溶液的pH值为7，将反应得到的LaVO4沉淀过滤清洗，并在120℃下烘干；
3)分别将LaVO4、仲钨酸铵、Al2O3和TiO2粉末混合，混合过程中加水搅拌得到浆料，其中LaVO4占1wt％，WO3占7wt％，Al2O3占8wt％，TiO2占84wt％；
4)步骤3)制备的浆料在80℃水浴条件下蒸干，130℃下干燥18h后，在650℃下煅烧2h制得LaVO4-WO3-Al2O3/TiO2催化剂。
对催化剂进行活性评价实验，其中烟气条件为：NO＝NH3＝500ppm，O2＝5.0％，SO2＝20ppm，H2O＝10％，N2平衡，GHSV＝60000h-1。结果显示催化剂在430-630℃下脱硝效率高于80％。
将新鲜催化剂在600℃下进行长时间高温水热老化实验，其中烟气条件与活性测试条件相同，结果表明催化剂经过48h处理后，脱硝活性只下降了1％。
实施例4
本实施例中催化剂组分为：LaVO4占0.8wt％，WO3占7wt％，Al2O3占10wt％，TiO2占82.2wt％。
本实施例中催化剂的制备过程如下：
1)在80℃水浴条件下，分别将La(NO3)3·6H2O和NH4VO3溶解于去离子水中，得到A溶液和B溶液，其中摩尔比La(NO3)3·6H2O:NH4VO3＝1:1；
2)将A溶液和B溶液混合，混合过程中滴加质量浓度为20％的氨水，使溶液的pH值为7，将反应得到的LaVO4沉淀过滤清洗，并在120℃下烘干；
3)分别将LaVO4、仲钨酸铵、Al2O3和TiO2粉末混合，混合过程中加水搅拌得到浆料，其中LaVO4占0.8wt％，WO3占7wt％，Al2O3占10wt％，TiO2占82.2wt％；
4)步骤3)制备的浆料在80℃水浴条件下蒸干，100℃下干燥24h后，在580℃下煅烧4h制得LaVO4-WO3-Al2O3/TiO2催化剂。
对催化剂进行活性评价实验，其中烟气条件为：NO＝NH3＝500ppm，O2＝5.0％，SO2＝20ppm，H2O＝10％，N2平衡，GHSV＝60000h-1。结果显示催化剂在400-630℃下脱硝效率高于80％。
将新鲜催化剂在600℃下进行长时间高温水热老化实验，其中烟气条件与活性测试条件相同，结果表明催化剂经过48h处理后，脱硝活性只下降了0.8％。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂，其特征在于，该催化剂的活性组分为LaVO4。
2.如权利要求1所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂，其特征在于，该催化剂以WO3和Al2O3为助剂，以TiO2为载体。
3.如权利要求2所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述的脱硝催化剂各组分含量分别是：
活性组分，LaVO4为0-2wt％；
助剂，WO3为3-8wt％、Al2O3为5-10wt％；
载体，TiO2为80-92wt％。
4.如权利要求3所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述的LaVO4的前驱体为La(NO3)3·6H2O和NH4VO3。
5.如权利要求2至4任一所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)溶解前驱体：在水浴条件下，分别将La(NO3)3·6H2O和NH4VO3溶解于去离子水中，得到A溶液和B溶液，其中La(NO3)3·6H2O与NH4VO3的摩尔比为1:1；
2)活性组分LaVO4的制备：将步骤1)制备的A溶液和B溶液混合，混合过程中加氨水调节溶液的pH直至溶液发生共沉淀析出LaVO4沉淀，将反应得到的LaVO4沉淀过滤清洗，并烘干；
3)浆料的制备：分别将步骤2)制备的LaVO4以及仲钨酸铵、Al2O3、TiO2粉末混合，混合过程中加水搅拌得到浆料；
4)LaVO4-WO3-Al2O3/TiO2催化剂的制备：将步骤3)制备的浆料在水浴条件下蒸干，而后在100℃-140℃下先干燥12h-24h后，再在580℃-650℃下煅烧2h-4h，即制得LaVO4-WO3-Al2O3/TiO2催化剂。
6.如权利要求5所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)水浴温度为80℃。
7.如权利要求5所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)所用氨水质量浓度为20％。
8.如权利要求5所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)用氨水将溶液的pH调至7。
9.如权利要求5所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)烘干温度为120℃。
10.如权利要求5所述的稀土钒酸盐SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4)水浴温度为80℃。
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