CN111330609B - 一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂及其制备方法，将TiO2浸渍在P前驱体溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400~600℃焙烧0.5~3h，制得粉末A；配置偏钒酸铵、第一助剂前驱体、第二助剂前驱体的混合溶液，随后将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400~600℃焙烧0.5~3h，制得粉末B；将粉末A与粉末B置于共振声混合装置中，振动，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。本发明采用分步浸渍‑共振声混合工艺制备，制备方法简单、高效，催化剂具有较宽的脱硝活性温度窗口；本发明所制备的抗碱性金属中毒脱硝催化剂，兼具优异的Hg0氧化性能，可以在脱硝的同时，将烟气中的Hg0氧化成为Hg2+，实现氮氧化物和Hg0的协同控制。

Description

一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及选择性催化还原催化剂技术领域，具体涉及一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
选择性催化剂还原(SCR)技术已在国内外燃煤电厂广泛应用。脱硝催化剂是SCR技术的核心，以钒钛系为主。在实际运行过程中，受燃煤电厂烟气中飞灰的影响，催化剂会随运行时间的增加而逐渐失活。一般认为，烟气中的碱性金属(K、Na、Ca等)是造成催化剂失活的重要原因。因此，采用有效技术手段，提升催化剂的抗碱性金属中毒性能，是脱硝催化剂领域的重点研究方向。
目前，已有多种提升脱硝催化剂抗碱性金属中毒的方法在本领域公开。
发明专利CN201410153518.9公开了一种具有抗中毒性能的中低温SCR脱硝催化剂及其制备方法。将杂多酸(或者杂多酸盐)和过渡金属氧化物干混研磨并煅烧后，得到具有抗硫及抗碱金属、碱土金属中毒性能的中低温SCR脱硝催化剂。
发明专利CN201610505135.2公开了一种具有抗中毒性能的氧化钒纳米管脱硝催化剂及其制备方法。该催化剂载体为氧化钒纳米管，活性物质为铈、铌、铁、铜、铬、钴和锰的氧化物中的至少一种，所述催化助剂为钼或钨的氧化物。
然而，目前对工业钒钛系脱硝催化剂的抗碱性金属性能提升的研究较少，且存在制备工艺复杂、抗碱性金属中毒较低等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂及其制备方法。采用本发明的制备方法，制备得到的抗碱性金属中毒脱硝催化剂，脱硝活性高，抗碱性金属中毒性能强，且同时具备较好的Hg0氧化性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂及其制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将TiO2浸渍在P前驱体溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400～600℃焙烧0.5～3h，制得粉末A；
(2)配置偏钒酸铵、第一助剂前驱体、第二助剂前驱体的混合溶液，随后将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400～600℃焙烧0.5～3h，制得粉末B；
(3)将粉末A与粉末B置于共振声混合装置中，振动频率30～100Hz，振动加速度30～60g，振动时间1～5min，随后调节振动加速度为60～100g，继续振动5～10min，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。
所述P前驱体为磷酸、磷酸铵、偏磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种。
所述第一助剂前驱体为七钼酸铵、仲钨酸铵中的一种。
所述第二助剂前驱体为四氯化锡、二氯化锡、硝酸钆中的一种。
步骤(1)中所述的粉末A可使用磷酸铝分子筛代替。
所述的磷酸铝分子筛为SAPO-5、SAPO-11、SAPO-31、SAPO-34、VPI-5中的一种。
所述的抗碱性金属中毒脱硝催化剂中，V2O5的质量分数为0.5～3％，第一助剂的氧化物的质量分数为1～5％，第二助剂的氧化物的质量分数为0.5～10％，P2O5的质量分数为0.1～3％。
有益效果：
(1)本发明中的抗碱性金属中毒脱硝催化剂，采用分步浸渍-共振声混合工艺制备，制备方法简单、高效，催化剂具有较宽的脱硝活性温度窗口。
(2)本发明采用的共振声混合技术，在粉末混合过程产生体声流和微声流，在极短的时间内将粉末A和粉末B流化，从而实现高度混匀，充分发挥P物种的抗碱性金属中毒性能，又同时避免了P对催化剂上活性组分的负面影响。此外，对催化剂上活性组分形成一定的空间限域作用，减缓其在高温环境下的团聚，提升催化剂的高温稳定性。
(3)本发明所制备的抗碱性金属中毒脱硝催化剂，兼具优异的Hg0氧化性能，可以在脱硝的同时，将烟气中的Hg0氧化成为Hg2+，实现氮氧化物和Hg0的协同控制。
具体实施方式
以下实施例是通过选择性催化还原反应对本发明给予的进一步说明，而非对本发明的限制。
对比例1
将TiO2浸渍在磷酸溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中450℃焙烧2.5h，制得粉末A。配置偏钒酸铵、七钼酸铵、四氯化锡的混合溶液，将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中500℃焙烧2h，制得粉末B。再将粉末A与粉末B通过机械搅拌方式混匀，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为1％，MoO3的质量分数为2.5％，SnO2的质量分数为5％，P2O5的质量分数为0.5％。
对比例2
将TiO2浸渍在磷酸铵溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400℃焙烧3h，制得粉末A。配置偏钒酸铵、七钼酸铵、二氯化锡的混合溶液，将粉末A浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中550℃焙烧1h，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为1.5％，MoO3的质量分数为2％，SnO2的质量分数为3％，P2O5的质量分数为1％。
实施例1
将TiO2浸渍在磷酸溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中450℃焙烧2.5h，制得粉末A。配置偏钒酸铵、七钼酸铵、四氯化锡的混合溶液，将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中500℃焙烧2h，制得粉末B。再将粉末A与粉末B置于共振声混合装置中，振动频率30Hz，振动加速度60g，振动时间1min，随后调节振动加速度为90g，继续振动7min，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为1％，MoO3的质量分数为2.5％，SnO2的质量分数为5％，P2O5的质量分数为0.5％。
实施例2
将TiO2浸渍在磷酸铵溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400℃焙烧3h，制得粉末A。配置偏钒酸铵、七钼酸铵、二氯化锡的混合溶液，将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中550℃焙烧1h，制得粉末B。再将粉末A与粉末B置于共振声混合装置中，振动频率60Hz，振动加速度50g，振动时间2min，随后调节振动加速度为60g，继续振动10min，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为1.5％，MoO3的质量分数为2％，SnO2的质量分数为3％，P2O5的质量分数为1％。
实施例3
将TiO2浸渍在偏磷酸铵溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中500℃焙烧2h，制得粉末A。配置偏钒酸铵、仲钨酸铵、硝酸钆的混合溶液，将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400℃焙烧3h，制得粉末B。再将粉末A与粉末B置于共振声混合装置中，振动频率90Hz，振动加速度40g，振动时间4min，随后调节振动加速度为100g，继续振动5min，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为3％，WO3的质量分数为4％，Gd2O3的质量分数为0.5％，P2O5的质量分数为0.1％。
实施例4
将TiO2浸渍在磷酸氢二铵溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中550℃焙烧1h，制得粉末A。配置偏钒酸铵、仲钨酸铵、硝酸钆的混合溶液，将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中450℃焙烧2.5h，制得粉末B。再将粉末A与粉末B置于共振声混合装置中，振动频率100Hz，振动加速度30g，振动时间5min，随后调节振动加速度为80g，继续振动8min，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为2.5％，WO3的质量分数为3％，Gd2O3的质量分数为7％，P2O5的质量分数为3％。
实施例5
将TiO2浸渍在磷酸二氢铵溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中600℃焙烧0.5h，制得粉末A。配置偏钒酸铵、七钼酸铵、四氯化锡的混合溶液，将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中600℃焙烧0.5h，制得粉末B。再将粉末A与粉末B置于共振声混合装置中，振动频率50Hz，振动加速度45g，振动时间3min，随后调节振动加速度为70g，继续振动9min，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为0.5％，MoO3的质量分数为1％，SnO2的质量分数为10％，P2O5的质量分数为2％。
实施例6
配置偏钒酸铵、七钼酸铵、四氯化锡的混合溶液，将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中500℃焙烧2h，制得粉末B。再将SAPO-5分子筛和粉末B置于共振声混合装置中，振动频率30Hz，振动加速度60g，振动时间1min，随后调节振动加速度为90g，继续振动7min，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为1％，MoO3的质量分数为2.5％，SnO2的质量分数为5％，P2O5的质量分数为0.5％。
实施例7
配置偏钒酸铵、七钼酸铵、二氯化锡的混合溶液，将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中550℃焙烧1h，制得粉末B。再将VPI-5分子筛与粉末B置于共振声混合装置中，振动频率60Hz，振动加速度50g，振动时间2min，随后调节振动加速度为60g，继续振动10min，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂。其中，V2O5的质量分数为1.5％，MoO3的质量分数为2％，SnO2的质量分数为3％，P2O5的质量分数为1％。
实施例8
对上述对比例和实施例中制备的抗碱性金属中毒脱硝催化剂进行脱硝性能测试。测试条件：测试温度250℃、300℃、350℃、400℃、450℃，NH3浓度500ppm，NH3/NO＝1，SO2浓度300ppm，H2O浓度5％，GHSV＝120000h-1。
不同催化剂的脱硝效率如表1所示。采用本发明方法制备的催化剂，在250～450℃温度区间内脱硝效率较高，脱硝性能优良。
表1不同脱硝催化剂的脱硝效率
Figure BDA0002388883030000051
实施例9
对上述对比例和实施例中制备的抗碱性金属中毒脱硝催化剂进行模拟中毒，负载0.5％Na2O和0.8％的K2O。再按实施例8中的实验条件测试模拟中毒后催化剂的脱硝效率。
不同催化剂的脱硝效率如表2所示。
表2不同脱硝催化剂的脱硝效率
Figure BDA0002388883030000061
实施例10
对上述实施例中制备的抗碱性金属中毒脱硝催化剂进行Hg0氧化性能测试。测试条件：NH3浓度500ppm，NH3/NO＝1，SO2浓度300ppm，H2O浓度3％，HCl浓度3ppm、平衡气N2，入口汞浓度为120μg/m3，GHSV＝120000h-1。
不同催化剂的Hg0氧化效率如表3所示。
表3不同脱硝催化剂的Hg0氧化效率
Figure BDA0002388883030000062
Figure BDA0002388883030000071

Claims (7)

1.一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1) 将TiO2浸渍在P前驱体溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400~600℃焙烧0.5~3h，制得粉末A；
(2) 配置偏钒酸铵、第一助剂前驱体、第二助剂前驱体的混合溶液，随后将TiO2浸渍在该混合溶液中，充分搅拌后，烘干，于空气气氛中400~600℃焙烧0.5~3h，制得粉末B；
(3) 将粉末A与粉末B置于共振声混合装置中，振动，制得抗碱性金属中毒脱硝催化剂；
步骤(1)中所述的P前驱体为磷酸、磷酸铵、偏磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种；
步骤3)中所述的共振声混合装置的振动频率30~100Hz，振动加速度30~60g，振动时间1~5min，随后调节振动加速度为60~100g，继续振动5~10min。
2.根据权利要求1所述的一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的第一助剂前驱体为七钼酸铵、仲钨酸铵中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的第二助剂前驱体为四氯化锡、二氯化锡、硝酸钆中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的粉末A可使用磷酸铝分子筛代替。
5.根据权利要求4所述的一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述的磷酸铝分子筛为SAPO-5、SAPO-11、SAPO-31、SAPO-34、VPI-5中的一种。
6.权利要求1-5中任意一项制备方法制备得到的抗碱性金属中毒脱硝催化剂。
7.根据权利要求6所述的一种抗碱性金属中毒脱硝催化剂，其特征在于，所述的抗碱性金属中毒脱硝催化剂中，V2O5的质量分数为0.5~3%，第一助剂的氧化物的质量分数为1~5%，第二助剂的氧化物的质量分数为0.5~10%，P2O5的质量分数为0.1~3%。
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