CN111068708A - 一种脱硝催化剂及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工领域，具体公开了一种脱硝催化剂及制备方法和应用，该制备方法包括：将无钒浸渍液与载体混合并进行高速剪切分散，分散后的混合料依次进行超声处理、喷雾干燥、焙烧得到所述脱硝催化剂；其中，所述无钒浸渍液含有锰的前驱体。本发明通过对活性组分和载体的剪切分散及超声浸渍，实现活性组分的深度负载，均匀分布、脱硝活性高且稳定性好；同时通过采用对料浆的喷雾干燥，代替常规的洗涤、过滤、蒸发和烘干，简化了制备工艺，大大降低制备过程产生大量废水导致的二次污染。

Description

一种脱硝催化剂及制备方法和应用
技术领域
本发明属于化工领域，更具体地，涉及一种脱硝催化剂及制备方法和应用。
背景技术
氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，是引起酸雨、光化学烟雾，导致臭氧层破坏、温室效应以及雾霾等恶劣天气的重要元凶，而且会危害植物生长，引起人类的呼吸道疾病。由于NOx排放引起的社会问题日益显著，国家环保局对NOx减排提出了更加严格的要求，NOx排放标准也越来越高，研发高效氮氧化物脱除技术具有了重要的经济意义和社会价值，高效脱硝技术的推广和应用势在必行。
氨选择性催化还原技术(NH3-SCR)是目前商业应用的最有效的烟气脱硝技术，在火电厂烟气脱硝中得到广泛应用。NH3-SCR脱硝技术的核心是催化剂，目前商用的脱硝催化剂是钒钛基催化剂，其工作温度一般为300-400℃。我国的工业窑炉如玻璃窑炉、水泥窑炉等排放的氮氧化物也占到国内氮氧化物排放量的很大一部分，是仅次于火电厂的排放源，而工业窑炉的烟气温度相对较低，其工作温度大多在150-250℃之间，需要具有低温脱硝活性的催化剂。乙烯蒸汽裂解炉作为乙烯工业的技术核心，其烟道气处理也宜于使用低温脱硝技术。
现有低温脱硝催化剂制备多采用浸渍、沉淀等技术方法，制备过程多涉及配液、中和、洗涤、过滤、干燥等操作，工艺繁琐，特别是会产生大量废水、废气，污染环境。因此，如何获得低温高催化活性的同时，简化制备过程，减少污染成为催化剂研制过程所需关注改进的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种脱硝催化剂及制备方法和应用，该制备方法省去了洗涤过滤环节，大大减少制备过程产生大量废水导致的二次污染，且组分常规易得、分散均匀，利用此方法制备得到的脱硝催化剂活性高且稳定性好。
本发明第一方面提供了一种脱硝催化剂的制备方法，该制备方法包括：将无钒浸渍液与载体混合并进行高速剪切分散，分散后的混合料依次进行超声处理、喷雾干燥、焙烧得到所述脱硝催化剂；其中，所述无钒浸渍液含有锰的前驱体。
本发明第二方面提供了由上述方法制备的脱硝催化剂。
本发明第三方面提供了上述脱硝催化剂在低温烟气脱硝中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明提供的制备方法工艺简单高效，生产流程短，且减低了成本；活性组分的前驱体以及载体常规易得，均可在市场购买获得。
(2)本发明通过对活性组分和载体的剪切分散及超声浸渍，实现活性组分的深度负载，均匀分布、脱硝活性高且稳定性好；同时通过采用对料浆的喷雾干燥，代替常规的洗涤、过滤、蒸发和烘干，简化了制备工艺，大大降低制备过程产生大量废水导致的二次污染。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种脱硝催化剂的制备方法，该制备方法包括：将无钒浸渍液与载体混合并进行高速剪切分散，分散后的混合料依次进行超声处理、喷雾干燥、焙烧得到所述脱硝催化剂；其中，所述无钒浸渍液含有锰的前驱体。
本发明中，该低温脱硝催化剂以锰作为活性组分，优选地，所述锰的前驱体为锰的可溶性盐，优选选自硝酸锰、硫酸锰、氯化锰和醋酸锰中的至少一种。以载体的重量为基准，以元素计的所述锰的含量优选为2-15wt％，进一步优选为5-10wt％。
由于V2O5具有强烈的生物毒性，对人体呼吸系统以及皮肤均有严重危害，且废弃的钒系催化剂处理容易导致二次污染。因此本发明的脱硝催化剂研制均选用了无钒体系。
本发明中，脱硝催化剂的制备方法中涉及的浸渍液中，优选地，所述无钒浸渍液还含有第二变价金属元素的前驱体。其中，所述第二变价金属元素的前驱体为所述第二变价金属元素的可溶性盐，优选选自第二变价金属元素的硝酸盐、氯化盐和醋酸盐中的至少一种；所述第二变价金属元素优选为铁、铜、铈、钴和镍中的至少一种。
根据本发明，为了实现脱硝催化剂在低温范围内的催化活性，制备催化剂的组分中，优选地，以元素计，所述锰与所述第二变价金属的摩尔比为1：0.1-1，优选为1：0.2-0.5。
根据本发明，为了实现浸渍液能更深度的负载、分布更加均匀，所述载体优选为二氧化钛粉体、钛钨粉和钛硅粉中的至少一种。
本发明中，对高速剪切分散的制备步骤没有特殊的要求，优选地，所述高速剪切分散在分散机内进行。其中，所述分散机转速优选为3000-25000r/min，进一步优选为6000-15000r/min；分散时间优选为1-3h。
根据本发明，经过分散后的浸渍液与载体的混合料中固液比优选为1：1-5，进一步优选为1：2-4。
根据本发明，所述超声处理时间优选为1-4h；喷雾干燥温度优选为110-220℃，进一步优选为120-170℃，时间优选为1.0-1.5s；焙烧温度优选为400-650℃，时间优选为3-7h。
本发明第二方面提供了由上述方法制备的脱硝催化剂。
本发明第三方面提供了上述脱硝催化剂在低温烟气脱硝中的应用。
下面将通过具体的实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
分别称取45.60g硝酸锰(重量含量50％的硝酸锰水溶液91.20g)、42.44g氯化钴CoCl2·6H2O置于容器中，加去离子水并磁力搅拌完全溶解形成浸渍液；称取载体钛钨粉200g，均匀加入浸渍液并加水调节使混合体固液比介于1：2，高速剪切分散1h形成均匀分布固液混合料，超声处理1h，将超声处理后的均匀浆料在120℃下进行喷雾干燥，干燥时间1.0s。干燥所得粉体制备成型并在400℃下焙烧3h，获得目标催化剂1。
实施例2
分别称取52.12g硝酸锰(重量含量50％的硝酸锰水溶液104.24g)、29.42g硝酸铁Fe(NO3)3·9H2O置于容器中，加去离子水并磁力搅拌完全溶解形成浸渍液；称取载体二氧化钛200克，均匀加入浸渍液并加水调节使混合体固液比介于1：3，高速剪切分散2h形成均匀分布固液混合料，超声处理2h，将超声处理后的均匀浆料在130℃下进行喷雾干燥，干燥时间1.2s。干燥所得粉体制备成型并在450℃下焙烧4h，获得目标催化剂2。
实施例3
分别称取78.18g硝酸锰(重量含量50％的硝酸锰水溶液156.36g)、22.34g氯化铜CuCl2·2H2O置于容器中，加去离子水并磁力搅拌完全溶解形成浸渍液；称取载体二氧化钛200g，均匀加入浸渍液并加水调节使混合体固液比介于1：4，高速剪切分散3h形成均匀分布固液混合料，超声处理4h，将超声处理后的均匀浆料在150℃下进行喷雾干燥，干燥时间1.5s。干燥所得粉体制备成型并在650℃下焙烧7h，获得目标催化剂3。
实施例4
分别称取44.61g醋酸锰、42.35g硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O置于容器中，加去离子水并磁力搅拌完全溶解形成浸渍液；称取载体钛硅粉200g，均匀加入浸渍液并加水调节使混合体固液比介于1：2，高速剪切分散1h形成均匀分布固液混合料，超声处理4h，将超声处理后的均匀浆料在170℃下进行喷雾干燥，干燥时间1.0s。干燥所得粉体制备成型并在400℃下焙烧7h，获得目标催化剂4。
实施例5
分别称取52.12g硝酸锰(重量含量50％的硝酸锰水溶液104.24g)、63.23g硝酸铈Ce(NO3)3·6H2O置于容器中，加去离子水并磁力搅拌完全溶解形成浸渍液；称取载体二氧化钛200g，均匀加入浸渍液并加水调节使混合体固液比介于1：4，高速剪切分散3h形成均匀分布固液混合料，超声处理4h，将超声处理后的均匀浆料在120℃下进行喷雾干燥，干燥时间1.5s。干燥所得粉体制备成型并在650℃下焙烧3h，获得目标催化剂5。
测试例
将实施例1-5制备的催化剂1-5成型并截取直径1.5mm、长度3-5mm条状，装入管式SCR反应器中进行评价。以钢瓶气来模拟烟气组成，烟气中包括NO(NOx)、O2、N2、NH3，NO和NH3，浓度均为200vppm，O2体积分数为2.5％，其余为平衡气体N2，反应空速为6000h-1，气体流量、组成由质量流量计调节和控制。气体分析采用热电Thermo 42i-HL烟气分析仪，为保证数据采集的稳定与准确，每个工况至少稳定30分钟。结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001837311450000061
由表1可知，实施例1-5中催化剂在<300℃的低温范围内均具有较高的催化活性，特别是在150-250℃范围内，NOx转化率均高于90％，展现了优良的反应能力。从以上测试结果可知，本发明催化剂制备工艺简单高效、降低成本；节减洗涤过滤环节，避免制备过程产生大量废水导致的二次污染；组分常规易得、分散均匀、低温脱硝活性高且稳定性好。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (12)

1.一种脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将无钒浸渍液与载体混合并进行高速剪切分散，分散后的混合料依次进行超声处理、喷雾干燥、焙烧得到所述脱硝催化剂；其中，所述无钒浸渍液含有锰的前驱体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述锰的前驱体为锰的可溶性盐，优选选自硝酸锰、硫酸锰、氯化锰和醋酸锰中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，以载体的重量为基准，以元素计的所述锰的含量为2-15wt％，优选为5-10wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述无钒浸渍液还含有第二变价金属元素的前驱体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述第二变价金属元素的前驱体为所述第二变价金属元素的可溶性盐，优选选自第二变价金属元素的硝酸盐、氯化盐和醋酸盐中的至少一种；所述第二变价金属元素为铁、铜、铈、钴和镍中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其中，以元素计，所述锰与所述第二变价金属的摩尔比为1：0.1-1，优选为1：0.2-0.5。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述载体为二氧化钛粉体、钛钨粉和钛硅粉中的至少一种。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法，其中，所述高速剪切分散在分散机内进行，所述分散机转速为3000-25000r/min，优选为6000-15000r/min；分散时间为1-3h。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法，其中，所述混合料中固液比为1：1-5，优选为1：2-4。
10.根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法，其中，所述超声处理时间为1-4h；喷雾干燥温度为110-220℃，优选为120-170℃，时间为1.0-1.5s；焙烧温度为400-650℃，时间为3-7h。
11.根据权利要求1-10任意一项所述的制备方法制备的脱硝催化剂。
12.根据权利要求11所述的脱硝催化剂在低温烟气脱硝中的应用。
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