CN109692684B - 一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法，其通式为A‑GeOX/B，其中A代表钒、锰、铁、铜、铈的一种或多种，B代表纳米TiO2和纳米CaO的混合物。本发明采用微波烘干活化法及红外煅烧法制备的新型脱硝脱汞催化剂弥补了传统SCR脱硝催化剂汞氧化效率不高、稳定性差、SO2/SO3转化效率高等问题。在温度260~420℃，空速达到10000~100000 h‑1且含有2000 ppm的SO2，该催化剂的脱硝效率稳定在90%以上，汞氧化效率稳定在90%以上，SO2/SO3转化率小于0.1%，适用于火电厂、焦化厂等固定源烟气的脱硝脱汞的排放控制。

Description

一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法，属于大气污染控制技术领域。
背景技术
汞具有的全球迁移性，生物富集性、持久性，严重威胁人类的生命健康安全，引起世界各国高度重视。为此，美国于2005年颁布了世界首个针对燃煤电站汞排放实施限值标准。2013年，联合国通过了全球首个汞减排公约《水俣公约》，该条约要求各国限制包括燃煤发电厂在内的排汞企业的汞排放。
中国是煤炭消费大国，2016 年煤炭消费量达3.779×109 t，其中，约50%用于发电。在GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》首次规定了燃煤电厂烟气汞排放限值（0.03mg/m3），并严格要求NOX排放（100mg/m3），且随着环保日益严峻，燃煤电厂超低排放的全面推广及超前完成，对催化剂性能要求更为严格。且，随着SCR催化剂的加入，SO2/SO3转化率增高，烟气中SO3具有吸湿性，在空气换热器开始吸收烟气中的水蒸气形成气态硫酸，并与逃逸的NH3发生反应生成硫酸铵和硫酸氢铵(ABS)，硫酸氢铵具有粘性和腐蚀性，硫酸氢铵的粘性造成大量飞灰沉积在空预器表面引起空预器堵塞，增加空预器的阻力，增加引风机的功率消耗，严重时甚至迫使机组停炉以清理空预器。
目前，市面上也有脱硝脱汞催化剂出现；但是，以现有技术中的催化剂，其不足之处或工业化应用困难，或是催化剂耐硫性差、或零价汞氧化活性受烟温组分影响较大在实际的烟气条件下对汞氧化效果不佳、或SO2/SO3转化率较高，堵塞空预器，满足不了现实的实际需要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种克服了耐硫性差、高温汞氧化效率不佳、SO2/SO3转化率高等工业化应用困难的一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种脱硝脱汞催化剂，其通式为A-GeO2/B，其中，A代表锰、铁、铜、铈的一种或多种，B代表锐钛型纳米TiO2和纳米CaO的混合物。
上述A：GeO2：B的质量比为(1~15):(0.01~1):100。
上述B中TiO2：CaO的质量比为100:(0.5~5)。
上述的一种脱硝脱汞催化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别称取锐钛型纳米TiO2粉料和纳米CaO粉料，并将两者混合均匀；
（2）称取一定量的锗金属颗粒溶于双氧水及稀硫酸混合溶液中，加热致完全溶解，搅拌均匀，倒入步骤（1）中的混合粉料中，得半干粉料；
（3）称取一定量的A盐，溶解于去离子水中，倒入步骤（2）的半干粉料中，搅拌均匀，得膏料；
（4）步骤（3）的膏料经微波干燥活化后，放入红外煅烧炉中煅烧，得样品；
（5）将样品进行造粒，过40~60目筛，制成脱硝脱汞催化剂。
上述步骤（2）中双氧水的浓度为3~15wt%，稀硫酸的浓度为1~10%，且其质量比为1：（0.01~1）。
上述步骤（3）中A盐为可溶性盐，包括-硝酸盐、硫酸盐。
上述步骤（4）中微波的输入功率为300~1700W，活化时间1~10min。
上述步骤（4）中红外煅烧的温度为400~600℃，煅烧时间为1~5h。
本发明的有益之处在于：
本发明采用微波烘干活化法及红外煅烧法制备的A-GeOX/B脱硝脱汞催化剂，增加了活性组分与载体的相互作用，合理分配了变价金属高价态-低价态，增加了催化剂的化学吸附氧Oβ，形成了比表面积大，活性组分分散性好，汞吸附及氧化能力强的催化剂。同时，A-O-Ge氧桥密度降低，大大减少了催化剂对SO2的吸附性能，降低了SO2在催化剂内容孔道迁移。克服了传统SCR脱硝脱汞催化剂氧化效率不高、稳定性差、SO2/SO3转化效率高等问题。开发的协同脱硝脱汞催化剂在温度200~420℃，空速达到10000~100000 h-1且含有2000 ppm的SO2，该催化剂的脱硝效率稳定在90%以上，汞氧化效率稳定在90%以上，SO2/SO3转化率小于0.1%，适用于火电厂、焦化厂等固定源烟气的脱硝脱汞排放控制。
具体实施方式
以下具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明的实施例中所使用的化学试剂和设备仪器均为市购。其中，氮氧化物测试设备使用烟气分析仪（Protea atmost FIR），汞测试设备为汞分析仪（德国MI VM-3000）。
实施例1：
（1）分别称取99.50g锐钛型纳米TiO2粉料和0.50g纳米CaO粉料，并将两者混合均匀；
（2）称取0.72g锗金属颗粒溶于10g双氧水（3wt%）及10g稀硫酸（1wt%）混合溶液中，加热致完全溶解，搅拌均匀，倒入步骤（1）中的混合粉料中，得半干粉料；
（3）称取4.12g硝酸锰溶液（50%），与去离子水混合均匀后，倒入步骤（2）中的半干粉料中，搅拌均匀，得膏料；
（4）步骤（3）的膏料经功率300W，时间10min干燥活化后，在红外煅烧炉中经400℃煅烧5h；
（5）将煅烧完成的样品进行造粒，过40~60目筛，制成脱硝脱汞催化剂。
取一定量的板式脱硝催化剂置于微型活性评价装置中，设置反应温度260~420℃，烟气成分NO（500ppm）、O2（5%）、NH3（500ppm），SO2（2000ppm）、Hg（120μg/m3），载气为N2，反应空速为100000h-1。
测试结果表明：脱硝活性高于91.3%，脱汞效率高于90.2%，SO2/SO3转化率0.05%，N2选择性高于98%。
实施例2：
（1）分别称取95.23g锐钛型纳米TiO2粉料和4.76g纳米CaO粉料，并将两者混合均匀；
（2）称取0.01g锗金属颗粒溶于5g双氧水（15wt%）及0.05g稀硫酸（1wt%）混合溶液中，加热致完全溶解，搅拌均匀，倒入步骤（1）中的混合粉料中，得半干粉料。
（3）称取37.83g硝酸铈，与去离子水混合均匀后，倒入步骤（2）中的半干粉料中，搅拌均匀，得膏料；
（4）步骤（3）中的膏料经功率500W，时间6min干燥活化后，在红外煅烧炉中经600℃煅烧1h；
（5）将煅烧完成的样品进行造粒，过40~60目筛，制成脱硝脱汞催化剂。
取一定量的板式脱硝催化剂置于微型活性评价装置中，设置反应温度260~420℃，烟气成分NO（500ppm）、O2（5%）、NH3（500ppm），SO2（2000ppm）、Hg（120μg/m3），载气为N2，反应空速为100000h-1。
测试结果表明：脱硝活性高于95.1%，脱汞效率高于94.1%，SO2/SO3转化率0.08%，N2选择性高于99%。
实施例3：
（1）分别称取98.04g锐钛型纳米TiO2粉料和1.96g纳米CaO粉料，并将两者混合均匀；
（2）称取0.34g锗金属颗粒溶于5g双氧水（5wt%）及4g稀硫酸（5wt%）混合溶液中，加热致完全溶解，搅拌均匀，倒入步骤（1）中的混合粉料中，得半干粉料；
（3）称取16.44g硫酸铈和2g硫酸铜，与去离子水混合均匀后，倒入步骤（2）中的半干粉料中，搅拌均匀，得膏料；
（4）步骤（3）中的膏料经功率1700W，时间1min干燥活化后，在红外煅烧炉中经600℃煅烧5h；
（5）将煅烧完成的样品进行造粒，过40~60目筛，制成脱硝脱汞催化剂。
取一定量的板式脱硝催化剂置于微型活性评价装置中，设置反应温度260~420℃，烟气成分NO（500ppm）、O2（5%）、NH3（500ppm），SO2（2000ppm）、Hg（120μg/m3），载气为N2，反应空速为100000h-1。
测试结果表明：脱硝活性高于92.1%，脱汞效率高于90.9%，SO2/SO3转化率0.09%，N2选择性高于93.5%。
实施例4：
（1）分别称取99.01g锐钛型纳米TiO2粉料和0.99g纳米CaO粉料，并将两者混合均匀；
（2）称取0.14g锗金属颗粒溶于6g双氧水（2wt%）及2g稀硫酸（1wt%）混合溶液中，加热致完全溶解，搅拌均匀，倒入步骤（1）中的混合粉料中，得半干粉料；
（3）称取6.82g硝酸铈和1.182g硫酸铜，与去离子水混合均匀后，倒入步骤（2）中的半干粉料中，搅拌均匀，得膏料；
（4）步骤（3）中的膏料经功率1200W，时间4min干燥活化后，在红外煅烧炉中经500℃煅烧2h；
（5）将煅烧完成的样品进行造粒，过40~60目筛，制成脱硝脱汞催化剂。
取一定量的板式脱硝催化剂置于微型活性评价装置中，设置反应温度260~420℃，烟气成分NO（500ppm）、O2（5%）、NH3（500ppm），SO2（2000ppm）、Hg（120μg/m3），载气为N2，反应空速为100000h-1。
测试结果表明：脱硝活性高于93.1%，脱汞效率高于91.0%，SO2/SO3转化率0.1%，N2选择性高于91.5%。
实施例5：
（1）分别称取97.09g锐钛型纳米TiO2粉料和2.91g纳米CaO粉料，并将两者混合均匀；
（2）称取0.07g锗金属颗粒溶于2g双氧水（3wt%）及2g稀硫酸（1wt%）混合溶液中，加热致完全溶解，搅拌均匀，倒入步骤（1）中的混合粉料中，得半干粉料；
（3）称取2.86g氯化铈和7.96g乙酸锰，与去离子水混合均匀后，倒入步骤（2）中的半干粉料中，搅拌均匀，得膏料；
（4）步骤（3）中的膏料经功率800W，时间3min干燥活化后，在红外煅烧炉中经450℃煅烧3h；
（5）将煅烧完成的样品进行造粒，过40~60目筛，制成脱硝脱汞催化剂。
取一定量的板式脱硝催化剂置于微型活性评价装置中，设置反应温度260~420℃，烟气成分NO（500ppm）、O2（5%）、NH3（500ppm），SO2（2000ppm）、Hg（120μg/m3），载气为N2，反应空速为100000h-1。
测试结果表明：脱硝活性高于97.3%，脱汞效率高于91.2%，SO2/SO3转化率0.05%，N2选择性高于96.5%。
实施例6：
（1）分别称取98.52g锐钛型纳米TiO2粉料和1.48g纳米CaO粉料，并将两者混合均匀；
（2）称取0.55g锗金属颗粒溶于10g双氧水（8wt%）及8g稀硫酸（6wt%）混合溶液中，加热致完全溶解，搅拌均匀，倒入步骤（1）中混合粉料中，得半干粉料；
（3）称取11.46g氯化铈、1.69g氯化铁和2.38硝酸铜，与去离子水混合均匀后，倒入步骤（2）中的半干粉料中，搅拌均匀，得膏料；
（4）步骤（3）中的膏料经功率1000W，时间5min干燥活化后，在红外煅烧炉中经400℃煅烧1h；
（5）将煅烧完成的样品进行造粒，过40~60目筛，制成脱硝脱汞催化剂。
取一定量的板式脱硝催化剂置于微型活性评价装置中，设置反应温度260~420℃，烟气成分NO（500ppm）、O2（5%）、NH3（500ppm），SO2（2000ppm）、Hg（120μg/m3），载气为N2，反应空速为100000h-1。
测试结果表明：脱硝活性高于98.1%，脱汞效率高于97.2%，SO2/SO3转化率0.06%，N2选择性高于95.3%。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种脱硝脱汞催化剂的制备方法，其特征在于，脱硝脱汞催化剂其通式为A-GeO2/B，其中，A代表锰、铁、铜、铈的一种或多种，B代表锐钛型纳米TiO2和纳米CaO的混合物；
制备方法包括以下步骤：
（1）分别称取锐钛型纳米TiO2粉料和纳米CaO粉料，并将两者混合均匀；
（2）称取一定量的锗金属颗粒溶于双氧水及稀硫酸混合溶液中，加热致完全溶解，搅拌均匀，倒入步骤（1）中的混合粉料中，得半干粉料；
（3）称取一定量的A盐，溶解于去离子水中，倒入步骤（2）的半干粉料中，搅拌均匀，得膏料；
（4）步骤（3）的膏料经微波干燥活化后，放入红外煅烧炉中煅烧，得样品；
（5）将样品进行造粒，过40~60目筛，制成脱硝脱汞催化剂；
所述A：GeO2：B的质量比为(1~15):(0.01~1):100；
所述B中TiO2：CaO的质量比为100:(0.5~5)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中双氧水的浓度为3~15wt%，稀硫酸的浓度为1~10%，且其质量比为1：（0.01~1）。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中A盐为可溶性盐。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，A盐包括硝酸盐、硫酸盐。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中微波的输入功率为300~1700W，活化时间1~10min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中红外煅烧的温度为400~600℃，煅烧时间为1~5h。
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