CN110523436A - 一种粉状脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型粉状脱硝催化剂及其制备方法，其特征在于各组分占粉状脱硝催化剂的百分含量分别为：活性组分为5‑30％，助剂为15‑50％，添加剂为20‑80％；其中活性组分为Fe的氧化物和Mn的氧化物；助剂为Ce、La、Er、Si、Al、Ca、Ti的氧化物、Au或Pt中的一种或多种；添加剂为活性炭或尿素中的一种或两种和三聚氰胺或葡萄糖中的一种或两种的混合物。将焙烧制得的活性组分、助剂和添加剂充分混合球磨，制得新型粉状脱硝催化剂。本发明催化剂组分环境友好，脱除NOx活性温度高且窗口宽范，在700‑1200℃温度范围内，可以有效的实现脱硝。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的粉状脱硝催化剂及其制备方法，属于环保催化材料和 大气污染治理领域。
背景技术
氮氧化物是雾霾、酸雨的重要成因之一，水泥工业是主要的NOx排放固定 源，同时也是大气污染治理的重点。水泥行业由于缺乏高效、实用的脱硝技术， 目前排放NOx排放一般地区为400mg/m3，重点地区320mg/m3的标准。而电力 行业已实行NOx排放一般地区为50mg/m3，重点地区25mg/m3的标准。随着环 保压力的增大，水泥行业NOx排放标准将要实行100mg/m3，部分地区已实行超 低排放，要求小于50mg/m3。而目前采用的脱硝技术难以满足。
我国水泥工业主要脱硝技术有：低氮燃烧技术、选择性非催化还原(SNCR) 脱硝技术和SCR脱硝技术。孔学标等通过低氮燃烧器改进以提升脱硝效率，但 脱硝效率仍只能达到50％左右；黄鹏程，王凡等设计并优化了水泥厂SNCR脱 硝系统，实验结果表明脱硝效率能够达到70％，还有人通过低氮燃烧加SNCR 脱硝技术，只能满足100mg/m3的排放限额，但仍然无法实现超低排放，且存在 严重的氨逃逸，造成环境的二次污染和设备腐蚀。SCR脱硝技术，脱硝效率可 大于90％，虽在电力行业的超低排放得到广泛应用，但水泥行业的高碱烟尘易使 催化剂中毒失活，高尘易使催化剂堵塞，难以得到应用。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供了一种新型的粉状脱硝催 化剂，本发明还有一目的是提供上述催化剂的制备方法。
本发明的技术方案为：一种粉状脱硝催化剂，其特征在于其组分为活性组分、 助剂和添加剂；各组分占粉状脱硝催化剂的百分含量分别为：活性组分为5-30％， 助剂为15-50％，添加剂为20-80％；其中活性组分为Fe的氧化物和Mn的氧化 物(四氧化三铁与二氧化锰)；助剂为Ce的氧化物、La的氧化物、Er的氧化物、 Si的氧化物、Al的氧化物、Ca的氧化物、Ti的氧化物、Au或Pt中的一种或多 种；添加剂为活性炭或尿素中的一种或两种和三聚氰胺或葡萄糖中的一种或两种 的混合物，其中活性炭或尿素中的一种或两种占添加剂总质量的11～100％。
优选上述活性组分中Fe的氧化物和Mn的氧化物质量比为1:(0.1-10)。
本发明还提供了制备上述的粉状脱硝催化剂的方法，其具体步骤为：
(1)活性组分的制备
称取铁盐在空气气氛下焙烧后，焙烧温度为500-600℃，时间为2-3h，氢气气氛 处理30-45min；称取锰盐在空气气氛下焙烧；焙烧温度为500-600℃，时间为2-3h；
(2)助剂的制备
如果助剂为Ce的氧化物、La的氧化物或Er的氧化物，则称取含Ce、La或Er 的前驱体盐在空气气氛下焙烧，焙烧温度为500-600℃，时间为2-3h；如果助剂 为Si的氧化物、Al的氧化物、Ca的氧化物、Ti的氧化物、Au或Pt则直接称取；
(3)整体催化剂的制备
按各组分的百分含量称取步骤(1)制得的活性组分，Si的氧化物、Al的氧化物、 Ca的氧化物、Ti的氧化物、Au、Pt、步骤(2)制备得到Ce的氧化物、La的氧 化物或Er的氧化物中的一种或多种，和添加剂，混合球磨过筛，制得粉状脱硝 催化剂。
优选上述的铁盐为九水合硝酸铁；所述的锰盐为四水合硝酸锰。
优选上述的含Ce、La或Er的前驱体盐为含Ce、La或Er的硝酸盐。
优选上述混合球磨过筛为过20目筛。
有益效果：
本发明催化剂组分环境友好，脱除NOx活性温度窗口宽范、效率高，在700-1200℃温度范围内，可以有效的实现脱硝。与传统的高温脱硝方式相比，其主要优势在 于脱硝效率高、设备一次性投资低。可以减少使用NH3，减少了氨过量及氨逃逸 的问题，防止设备的腐蚀，不存在水硫中毒的影响。
具体实施方式
实例1
(1)活性组分的制备
取2355.54g九水合硝酸铁在空气气氛下焙烧后，焙烧温度为500℃，时间为2h， 氢气气氛处理45min；取144.25g四水合硝酸锰在空气气氛下焙烧；焙烧温度为 500℃，时间为2h；其中四氧化三铁与二氧化锰的质量比为9:1；
(2)助剂的制备
取265.64g六水合硝酸镧、252.32g六水合硝酸铈、115.97g五水合硝酸铒在空气气氛下焙烧，焙烧温度为500℃，时间为2h；取500g氧化铝粉末、500g氧化硅 粉末、200g氧化钙粉末、0.005g纳米金与0.005g铂混合均匀；
(3)整体催化剂的制备
将上述制得的活性组分、助剂与3000g活性炭、2000g三聚氰胺、1000g葡萄糖、2000尿素混合，充分球磨至20-80目；制得新型粉体脱硝催化剂，其中活性组分： 助剂：络合添加剂的质量比为5:15:80；
(4)活性评价
测试条件NO＝900ppm，O2＝5％，N2为平衡气，空速3000h-1，气体流量＝1000 mL/min，催化剂使用量为5g/min，测试结果显示催化剂在700-1200℃脱硝活性 在86％以上。
实例2
(1)活性组分的制备
取785.16g九水合硝酸铁在空气气氛下焙烧后，焙烧温度为500℃，时间为3h， 氢气气氛处理35min；取432.76g四水合硝酸锰在空气气氛下焙烧；焙烧温度为 600℃，时间为3h；其中四氧化三铁与二氧化锰的质量比为1:1；
(2)助剂的制备
取106.26g六水合硝酸镧、151.40g六水合硝酸铈、57.98g五水合硝酸铒在空气 气氛下焙烧，焙烧温度为600℃，时间为3h；取300g氧化铝粉末、300g氧化硅 粉末、50g氧化钙粉末、0.0005g纳米金与0.0005g铂混合均匀；
(3)整体催化剂的制备
将上述制得的活性组分、助剂与50g活性炭、150g尿素混合，充分球磨至20-80 目；制得新型粉体脱硝催化剂，其中活性组分：助剂：络合添加剂的质量比为 30:50:20；
(4)活性评价
测试条件NO＝900ppm，O2＝5％，N2为平衡气，空速3000h-1，气体流量＝1000 mL/min，催化剂使用量为5g/min，测试结果显示催化剂在700-1200℃脱硝活性 在80％以上。
实例3
(1)活性组分的制备
取1046.91g九水合硝酸铁在空气气氛下焙烧后，焙烧温度为600℃，时间为2h， 氢气气氛处理40min；取57.70g四水合硝酸锰在空气气氛下焙烧；焙烧温度为 500℃，时间为2h；其中四氧化三铁与二氧化锰的质量比为10:1；
(2)助剂的制备
取26.56g六水合硝酸镧、50.46g六水合硝酸铈在空气气氛下焙烧，焙烧温度为500℃，时间为2h；取100g氧化铝粉末、50g氧化硅粉末0.0005g纳米金与0.0005g 铂混合均匀；
(3)整体催化剂的制备
将上述制得的活性组分、助剂与300g三聚氰胺、100g葡萄糖、200g尿素混合， 充分球磨至20-80目；制得新型粉体脱硝催化剂，其中活性组分：助剂：络合添 加剂的质量比为22:18:60；
(4)活性评价
测试条件NO＝900ppm，O2＝5％，N2为平衡气，空速3000h-1，气体流量＝1000 mL/min，催化剂使用量为5g/min，测试结果显示催化剂在700-1200℃脱硝活性 在83％以上。
实例4
(1)活性组分的制备
取104.70g九水合硝酸铁在空气气氛下焙烧后，焙烧温度为500℃，时间为3h， 氢气气氛处理30min；取577.01g四水合硝酸锰在空气气氛下焙烧；焙烧温度为 600℃，时间为3h；其中四氧化三铁与二氧化锰的质量比为1:10；
(2)助剂的制备
取75.70g六水合硝酸铈在空气气氛下焙烧，焙烧温度为600℃，时间为3h；取 250g氧化铝粉末、50g氧化硅粉末、0.0005g纳米金与0.0005g铂混合均匀；
(3)整体催化剂的制备
将上述制得的活性组分、助剂与50g活性炭、300g三聚氰胺、100g葡萄糖混合， 充分球磨至20-80目；制得新型粉体脱硝催化剂，其中活性组分：助剂：络合添 加剂的质量比为22:33:45；
(4)活性评价
测试条件NO＝900ppm，O2＝5％，N2为平衡气，空速3000h-1，气体流量＝1000 mL/min，催化剂使用量为5g/min，测试结果显示催化剂在700-1200℃脱硝活性 在81％以上。
实例5
(1)活性组分的制备
取785.16g九水合硝酸铁在空气气氛下焙烧后，焙烧温度为500℃，时间为3h， 氢气气氛处理35min；取432.76g四水合硝酸锰在空气气氛下焙烧；焙烧温度为 600℃，时间为3h；其中四氧化三铁与二氧化锰的质量比为1:1；
(2)助剂的制备
称取500g氧化硅粉末，作为助剂；
(3)整体催化剂的制备
将上述制得的活性组分、助剂与50g活性炭、150g尿素混合，充分球磨至20目 以下；制得新型粉体脱硝催化剂，其中活性组分：助剂：络合添加剂的质量比为30:50:20；
(4)活性评价
测试条件NO＝900ppm，O2＝5％，N2为平衡气，空速3000h-1，气体流量＝1000 mL/min，催化剂使用量为5g/min，测试结果显示催化剂在700-1200℃脱硝活性 在78％以上。
实例6
(1)活性组分的制备
取104.70g九水合硝酸铁在空气气氛下焙烧后，焙烧温度为500℃，时间为3h， 氢气气氛处理30min；取577.01g四水合硝酸锰在空气气氛下焙烧；焙烧温度为 600℃，时间为3h；其中四氧化三铁与二氧化锰的质量比为1:10；
(2)助剂的制备
取832.68g六水合硝酸铈在空气气氛下焙烧，焙烧温度为600℃，时间为3h；
(3)整体催化剂的制备
将上述制得的活性组分、助剂与50g活性炭、300g三聚氰胺、100g葡萄糖混合， 充分球磨至20目以下；制得新型粉体脱硝催化剂，其中活性组分：助剂：络合 添加剂的质量比为22:33:45；
(4)活性评价
测试条件NO＝900ppm，O2＝5％，N2为平衡气，空速3000h-1，气体流量＝1000 mL/min，催化剂使用量为5g/min，测试结果显示催化剂在700-1200℃脱硝活性 在80％以上。
Claims (7)
1.一种粉状脱硝催化剂，其特征在于其组分为活性组分、助剂和添加剂，各组分占粉状脱硝催化剂的百分含量分别为：活性组分为5-30％，助剂为15-50％，添加剂为20-80％；其中活性组分为Fe的氧化物和Mn的氧化物；助剂为Ce的氧化物、La的氧化物、Er的氧化物、Si的氧化物、Al的氧化物、Ca的氧化物、Ti的氧化物、Au或Pt中的一种或多种；添加剂为活性炭或尿素中的一种或两种和三聚氰胺或葡萄糖中的一种或两种的混合物，其中活性炭或尿素中的一种或两种占添加剂总质量的11～100％。
2.根据权利要1所述的粉状脱硝催化剂，其特征在于活性组分中Fe的氧化物和Mn的氧化物质量比为1:(0.1-10)。
3.一种制备如权利要求1所述的粉状脱硝催化剂的方法，其具体步骤为：
(1)活性组分的制备
称取铁盐在空气气氛下焙烧后，氢气气氛处理30-45min；称取锰盐在空气气氛下焙烧；
(2)助剂的制备
如果助剂为Ce的氧化物、La的氧化物、Er的氧化物，则称取含Ce、La或Er的前驱体盐在空气气氛下焙烧；如果助剂为Si的氧化物、Al的氧化物、Ca的氧化物、Ti的氧化物、Au或Pt则直接称取；
(3)整体催化剂的制备
按各组分的百分含量称取步骤(1)制得的活性组分，Si的氧化物、Al的氧化物、Ca的氧化物、Ti的氧化物、Au、Pt、步骤(2)制备得到Ce的氧化物、La的氧化物或Er的氧化物中的一种或多种，和添加剂，混合球磨过筛，制得粉状脱硝催化剂。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的铁盐为九水合硝酸铁；所述的锰盐为四水合硝酸锰。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的含Ce、La或Er的前驱体盐为含Ce、La或Er的硝酸盐。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(1)和(2)中所述的焙烧温度均为500-600℃，时间均为2-3h。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的过筛为过20目筛。
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