CN112264036A - 一种脱除NOx及烟尘的复合催化剂、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种脱除NOx及烟尘的复合催化剂、其制备方法及应用。蜂窝型NH3‑SCR催化剂是目前广泛使用的脱硝催化剂,由于单一催化剂的效率较低、硫酸铵盐的沉积作用以及催化剂不耐高温、催化效率下降等问题,会加重格栅催化剂表面的烟尘堆积。本发明针对上述现状,提供了一种能够适应中高温烟气环境的复合型催化剂,同时具备脱硝和除尘两种功效,在300℃条件下脱硝及除尘效率依然能够达到95%以上,能够有效的减少格栅催化剂表面的灰尘堆积,应用于工业烟气处理具有良好的前景。
Description
技术领域
本发明属于烟尘脱除催化剂技术领域,具体涉及一种同时脱除NOx及烟尘的多功能复合催化剂、所述复合催化剂的制备方法及在工业烟气脱除方面的应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着工业的快速发展,我国的经济实力近些年来与日俱增,随之而来的环境问题也亟待解决。使用NH3(NH3-SCR)进行选择性催化还原是在工业环境(例如燃煤电厂、炼钢厂等)中,目前应用比较广泛的消除NOx(NO和NO2)的一种方法。钒钛基催化剂(例如V2O5/WO3/TiO2)是一种高效且应用成熟的固定式脱氮催化剂。蜂窝型NH3-SCR催化剂以其高比表面、体积小、脱硝效率高的优势成为目前工业应用最具前景的一种脱硝催化剂。然而,当工业烟气中含尘量较高时,往往单一的脱硝催化剂容易发生积灰堵塞的情况,需要定期对催化剂进行吹扫除灰,气源吹扫目前应用较为普遍,但消耗能源介质且成本较高。针对催化剂积灰问题,国内脱硝装置通常通过设置整流格栅来调整烟气流场,通过偏流来减少烟气中烟尘的积累,通过催化方式去除积灰的研究相对较少。
采用催化剂消除烟尘时,本领域通常通过设置整流格栅来调整烟气流场,通过偏流来减少烟气中烟尘的积累。这种方法一定程度上能够减少催化剂积灰问题,但当烟气中含硫量较高时,SO2,O2和NH3易产生硫酸盐((NH4)2SO4,(NH4) HSO4)),硫酸铵盐的产生会加剧烟尘在催化剂表面的附着,堵塞催化剂通道。同时,由于蜂窝型催化剂自身多孔道的特点,烟气流经催化剂本体也会因为机械阻挡作用,导致灰尘的积压。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于抗积灰的复合型NOx脱除催化剂,所述复合型催化剂相比现有技术中的脱硝催化剂具有更好的高温耐受性,能够在中高温(280-350℃)工作环境中稳定运行,有效防止烟尘在催化剂表面堆积。
基于上述技术效果,本发明提供以下技术方案:
本发明第一方面,提供一种脱除NOx及烟尘的复合催化剂,所述复合催化剂以SCR催化剂为载体,载体表面附着钙钛矿型活性物质,所述钙钛矿型活性物质中包括过渡金属元素、贵金属元素、碱土金属元素及镧系金属元素。
本发明所述催化剂可以在中温条件(280-350℃)下长期稳定运行,320℃时 NOx和烟尘的去除率分别达到96%和85%。在高NOx烟气环境中催化效果明显,可有效防止蜂窝型SCR催化剂积灰堵塞。相比现有技术中所使用的吹灰器吹扫技术,应用本发明提供的复合催化剂,可以有效的降低对催化剂进行吹扫的频率。并且该催化剂稳定性良好,还能够延长使用寿命。
本发明第二方面,提供第一方面所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂的制备方法如下:将化学计量比的过渡金属、贵金属、碱土金属和镧系金属的盐溶于水中搅拌均匀,向其中加入柠檬酸并保持温度搅拌该混合溶液至溶液呈凝胶状,干燥该凝胶得到前体物质,将所述前体物质溶于水中得到前体溶液,将载体置于所述前体溶液中浸渍一段时间,将浸渍完成后的载体烘干并进行焙烧得到所述复合催化剂。
本发明第三方面,提供第一方面所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂工业烟气消除领域的应用。
该催化剂脱硝效果良好,尤其适用于氮氧化物含量较高的工业废气脱除。
本发明第四方面,提供一种工业烟气脱除方法,所述工业烟气脱除方法包括将待处理烟气通过第一方面所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂。
以上一个或多个技术方案的有益效果是:
针对现有技术中单一催化剂除尘效率低,清扫工作成分较高的缺陷,本发明中的复合催化剂是一种同时具有脱硝和消除烟尘的催化剂,相比单一功能的催化剂能够大大提高工作效率。并且,本发明通过优化催化剂的组成,提高了催化剂在高温环境下的稳定性,克服了现有催化剂随着工作环境温度升高,工作效率下降导致烟尘堆积的缺陷,同时,该催化剂稳定性良好,有效的延长了使用寿命、降低清扫工作的成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例1中所述催化剂结构示意图;
其中,图1A为蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂截面结构示意图;图1B为实施例1中所述复合催化剂的截面结构示意图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的,现有技术中用于脱硝及除尘的化学催化剂还存在无法耐受高温等缺陷,随着烟气温度升高,催化剂效率不稳定甚至出现下降,导致烟尘无法被消除,反而直接沉积在催化剂表面,导致堵塞。本发明为了改善上述现状,提供了一种能够适应中高温度工作的复合催化剂,具有良好的高温耐受性。
本发明第一方面,提供一种脱除NOx及烟尘的复合催化剂,所述复合催化剂以SCR催化剂为载体,载体表面附着钙钛矿型活性物质,所述钙钛矿型活性物质中包括过渡金属元素、贵金属元素、碱土金属元素及镧系金属元素。
优选的,所述SCR催化剂为蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂。
本发明所采用的催化剂载体为SCR商用催化剂,指SCR反应中,促使还原剂选择性的与烟气中的氮氧化物进行反应的物质。其中,TiO2为载体,V2O5为主要活性成份,WO3为抗氧化成分,可能还包括抗毒化辅助成份等。
优选的,所述过渡金属元素为包括但不限于钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜或锌中的一种。
优选的,所述贵金属元素为包括但不限于金、银、钌、铑、钯、锇、铱或铂中的一种。
优选的,所述碱土金属元素为镁、钙、锶或钡中的一种。
优选的,所述镧系金属元素为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕中的一种。
上述优选技术方案的一种具体实施方式中,所述复合催化剂中,所述过渡金属元素为钴、所述贵金属元素为钯、所述碱土金属元素为锶,所述镧系金属元素为镧。本发明所述催化剂的除尘活性成分为钙钛矿结构中的活性Co2+、Pd2+、钙钛矿结构的活性氧空位。
在该系列的实施方式中,所述钙钛矿型活性物质所含元素及比例如下式所示:La1-xSrxCo1-yPdyO3(x=0.05~0.3;y=0.05~0.2)。
本发明第二方面,提供第一方面所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂的制备方法如下:将化学计量比的过渡金属、贵金属、碱土金属和镧系金属的盐溶于水中搅拌均匀,向其中加入柠檬酸并保持温度搅拌该混合溶液至溶液呈凝胶状,干燥该凝胶得到前体物质,将所述前体物质溶于水中得到前体溶液,将载体置于所述前体溶液中浸渍一段时间,将浸渍完成后的载体烘干并进行焙烧得到所述复合催化剂。
优选的,所述盐为硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐中的一种。进一步优选的,所述盐为硝酸盐。
优选的,所述金属离子与柠檬酸的质量比为1:0.8~1.2。
优选的,所述加入柠檬酸之后在温度75~85℃条件下进行搅拌。
进一步优选的,所述搅拌时间为10~14h。
优选的,所述凝胶的干燥温度为110~130℃。
优选的,所述焙烧包括两个阶段,第一阶段为中温焙烧,焙烧温度为 300~400℃;第二阶段为高温焙烧,所述焙烧温度为650~750℃。
上述优选技术方案的一种实施方式中,所述复合催化剂中,所述过渡金属元素为钴、所述贵金属元素为钯、所述碱土金属元素为锶,所述镧系金属元素为镧,所述SCR催化剂为蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂;该复合催化剂的制备方法如下:称取化学计量比的过渡金属钴(Co)、贵金属钯(Pd)、碱土金属锶(Sr) 和镧系金属镧(La)的硝酸盐溶于去离子水中搅拌均匀,接着向上述溶液中加入与金属离子配比为1:1的柠檬酸(C6H8O7),控温(80℃)搅拌12h至溶液蒸干呈半透明凝胶,120℃下干燥上述湿凝胶得到干燥的前体,将前体溶于水中得到所述前体溶液,将蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂溶于前体溶液中浸渍,之后烘干焙烧得到所述复合催化剂。
本发明第三方面,提供第一方面所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂工业烟气消除领域的应用。
优选的,所述应用方式包括但不限于应用于制备烟气脱硝装置。
优选的,所述工业烟气优选为高NOx烟气。
本发明第四方面,提供一种工业烟气脱除方法,所述工业烟气脱除方法包括将待处理烟气通过第一方面所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案,以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案,以下实施例中所述试剂,除特别限定外,均为市售产品。
实施例1
本实施例中,提供一种脱除NOx及烟尘的复合催化剂及制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)钙钛矿型PM催化剂制备:称取化学计量比的过渡金属钴(Co)、贵金属钯(Pd)、碱土金属锶(Sr)和镧系金属镧(La)的硝酸盐(Co(NO3)2:Pd(NO3)2: SrNO3:La(NO3)3=0.9:0.1:0.2:0.8;溶于去离子水中搅拌均匀,接着向上述溶液中加入与金属离子配比为1:1的柠檬酸(C6H8O7),控温(80℃)搅拌12h 至溶液蒸干呈半透明凝胶,120℃下干燥上述湿凝胶得到干燥的 La0.8Sr0.2Co0.9Pd0.1O3前体。
(2)将上述前体溶于去离子水中,控温搅拌,将蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂载体置于该溶液中浸渍若干小时,之后烘干置于马弗炉中焙烧,焙烧过程分两个阶段进行,中温焙烧数小时后再置以高温700℃焙烧得到最终的双功能催化剂。
所述蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂截面结构如附图1A所示,呈格栅状。实施例1制备得到的复合催化剂截面结构如附图1B所示,钙钛矿活性物质分布于格栅结构的表面。
实施例2
本实施例中,提供一种脱除NOx及烟尘的复合催化剂及制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)钙钛矿型PM催化剂制备:称取化学计量比的过渡金属钴(Co)、贵金属钯(Pd)、碱土金属锶(Sr)和镧系金属镧(La)的硝酸盐(Co(NO3)2:Pd(NO3)2: SrNO3:La(NO3)3=0.8:0.2:0.15:0.85;溶于去离子水中搅拌均匀,接着向上述溶液中加入与金属离子配比为1:0.8的柠檬酸(C6H8O7),控温(75℃)搅拌 10h至溶液蒸干呈半透明凝胶,110℃下干燥上述湿凝胶得到干燥的 La0.85Sr0.15Co0.8Pd0.2O3前体。
(2)将上述前体溶于去离子水中,控温搅拌,将蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂载体置于该溶液中浸渍若干小时,之后烘干置于马弗炉中焙烧,焙烧过程分两个阶段进行,中温焙烧数小时后再置以高温600℃焙烧得到最终的双功能催化剂。
实施例3
本实施例中,提供一种脱除NOx及烟尘的复合催化剂及制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)钙钛矿型PM催化剂制备:称取化学计量比的过渡金属钴(Co)、贵金属钯(Pd)、碱土金属锶(Sr)和镧系金属镧(La)的硝酸盐(Co(NOx)2:Pd(NOx)2: SrNOx:La(NOx)3=0.9:0.1:0.1:0.9;溶于去离子水中搅拌均匀,接着向上述溶液中加入与金属离子配比为1:1.2的柠檬酸(C6H8O7),控温(85℃)搅拌 14h至溶液蒸干呈半透明凝胶,130℃下干燥上述湿凝胶得到干燥的 La0.9Sr0.1Co0.9Pd0.1O3前体。
(2)将上述前体溶于去离子水中,控温搅拌,将蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂载体置于该溶液中浸渍若干小时,之后烘干置于马弗炉中焙烧,焙烧过程分两个阶段进行,中温焙烧数小时后再置以高温750℃焙烧得到最终的双功能催化剂。
经验证,本申请实施例1-3中提供的复合催化剂可以在中温条件(280-350℃) 下长期稳定运行,其中实施例1中所述复合催化剂320℃时NOx和烟尘的去除率分别达到96%和85%,实施例2中所述复合催化剂320℃时NOx和烟尘的去除率最佳,分别达到90%和80%,实施例3中所述复合催化剂340℃时NOx和烟尘的去除率最佳,分别达到89%和77%。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种脱除NOx及烟尘的复合催化剂,其特征在于,所述复合催化剂以SCR催化剂为载体,载体表面附着钙钛矿型活性物质,所述钙钛矿型活性物质中包括过渡金属元素、贵金属元素、碱土金属元素及镧系金属元素。
2.如权利要求1所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂,其特征在于,所述SCR催化剂为蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂。
3.如权利要求1所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂,其特征在于,所述过渡金属元素为包括但不限于钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜或锌中的一种;
或,所述贵金属元素为包括但不限于金、银、钌、铑、钯、锇、铱或铂中的一种;
或,所述碱土金属元素为镁、钙、锶或钡中的一种;
或,所述镧系金属元素为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕中的一种。
4.如权利要求/3所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂,其特征在于,所述复合催化剂中,所述过渡金属元素为钴、所述贵金属元素为钯、所述碱土金属元素为锶,所述镧系金属元素为镧;优选的,在该系列的实施方式中,所述钙钛矿型活性物质所含元素及比例如下式所示:La1-xSrxCo1-yPdyO,其中,x=0.05~0.3;y=0.05~0.2。
5.权利要求1-4任一项所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述制备方法如下:将化学计量比的过渡金属、贵金属、碱土金属和镧系金属的盐溶于水中搅拌均匀,向其中加入柠檬酸并保持温度搅拌该混合溶液至溶液呈凝胶状,干燥该凝胶得到前体物质,将所述前体物质溶于水中得到前体溶液,将载体置于所述前体溶液中浸渍一段时间,将浸渍完成后的载体烘干并进行焙烧得到所述复合催化剂。
6.如权利要求5所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述盐为硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐中的一种;优选的,所述盐为硝酸盐;
或,所述金属离子与柠檬酸的质量比为1:0.8~1.2;
或,所述加入柠檬酸之后在温度75~85℃条件下进行搅拌;优选的,所述搅拌时间为10~14h。
7.如权利要求5所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述凝胶的干燥温度为110~130℃;
或,所述焙烧包括两个阶段,第一阶段为中温焙烧,焙烧温度为300~400℃;第二阶段为高温焙烧,所述焙烧温度为650~750℃。
8.如权利要求5所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述复合催化剂中,所述过渡金属元素为钴、所述贵金属元素为钯、所述碱土金属元素为锶,所述镧系金属元素为镧,所述SCR催化剂为蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂;该复合催化剂的制备方法如下:称取化学计量比的过渡金属钴、贵金属钯、碱土金属锶和镧系金属镧的硝酸盐溶于去离子水中搅拌均匀,接着向上述溶液中加入与金属离子配比为1:1的柠檬酸,控温搅拌12h至溶液蒸干呈半透明凝胶,120℃下干燥上述湿凝胶得到干燥的前体,将前体溶于水中得到所述前体溶液,将蜂窝型V2O5/WO3/TiO2催化剂溶于前体溶液中浸渍,之后烘干焙烧得到所述复合催化剂。
9.权利要求1-4任一项所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂工业烟气消除领域的应用;
优选的,所述应用方式包括但不限于应用于制备烟气脱硝装置;
优选的,所述工业烟气优选为高NOx烟气。
10.一种工业烟气脱除方法,其特征在于,所述工业烟气脱除方法包括将待处理烟气通过权利要求1-4任一项所述脱除NOx及烟尘的复合催化剂。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210126 |
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