CN112808263B - 一种低so2/so3转化率的脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及选择性催化还原催化剂的技术领域，尤其是涉及一种低SO2/SO3转化率的脱硝催化剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将金属硝酸盐、甘氨酸和无机盐助剂置于溶剂中搅拌溶解，煅烧后得到粉末A；将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的混合溶液中搅拌溶解，煅烧后得到粉末B；将粉末A与粉末B混合并高剪切分散，制得所述脱硝催化剂。本发明采用甘氨酸燃烧法制备金属氧化物，所制得的金属氧化物颗粒尺寸小、粒径分布均匀、孔道多、吸附能力强，可吸附SCR反应过程中催化剂上的SO2和SO3，进而降低催化剂的SO2/SO3转化率；而利用高剪切分散过程中所产生的离心挤压、高速切割、撞击和研磨等作用，可实现粉末A和粉末B的高度混匀，进而保障催化剂的高脱硝活性。
Description
技术领域
本发明涉及选择性催化还原催化剂的技术领域，尤其是涉及一种低SO2/SO3转化率的脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是人类生活活动排放到大气中的首要污染物之一，其主要来源有两方面，一是生产生活中化石燃料的燃烧，其中以火力发电厂、冶炼行业、工业窑炉等固定源排放的烟气为主；二是来源于车辆等移动源排放的尾气。氮氧化物(NOx)是目前形成酸雨、光化学烟雾、破坏臭氧层的一个主要原因。随着我国生产力的发展，氮氧化物排放逐年增加，已严重危机社会发展与人体健康，并已成为节能减排的重点。
选择性催化还原(SCR)是目前国内外应用最为广泛的烟气脱硝技术，是指在O2存在时，在催化剂的作用下，采用还原剂NH3将燃煤烟气中的NO还原为无害的N2和水。因此，NH3-SCR具有高效选择性、经济性、脱硝效率高等特点，是实现氮氧化物超低排放的必要手段，其中核心脱硝催化剂性能决定了SCR技术的应用条件和范围。
然而，该催化剂同时具备一定的SO2氧化性能，所生成的SO3会进一步与烟气中的NH3反应生成硫酸氢铵。硫酸氢铵会附着在催化剂表面，造成催化剂脱硝活性的降低。并且还会对脱硝系统下游的空预器产生严重影响。因此，在保障脱硝催化剂高脱硝活性的同时，减少硫酸氢铵的生成，成为大气污染防治领域的研究热点。
针对上述问题，开发一种新型的低SO2/SO3转化率的脱硝催化剂及其制备方法，是本领域技术人员亟需解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种低SO2/SO3转化率的脱硝催化剂，该催化剂脱硝活性高、SO2/SO3转化率低；
本发明的第二目的在于提供一种低SO2/SO3转化率的脱硝催化剂的制备方法，该制备方法简单便捷、易于操作。
本发明提供的一种低SO2/SO3转化率的脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将金属硝酸盐、甘氨酸和无机盐助剂置于溶剂中搅拌溶解，煅烧后得到粉末A；
S2、将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的混合溶液中搅拌溶解，煅烧后得到粉末B；
S3、将粉末A与粉末B混合并高剪切分散，制得所述脱硝催化剂。
本发明采用甘氨酸燃烧法制备金属氧化物，所制得的金属氧化物颗粒尺寸小、粒径分布均匀、比表面积大、孔道多、吸附能力强，可以吸附SCR反应过程中催化剂上的SO2和SO3，进而降低催化剂的SO2/SO3转化率；此外，利用高剪切分散过程中所产生的离心挤压、高速切割、撞击和研磨等作用，实现粉末A和粉末B的高度混匀，不仅充分发挥了粉末A对SO2和SO3的吸附作用，最大程度降低粉末A对催化剂活性组分结构、价态的影响，而且有效利用了粉末B较高的脱硝活性，进而保障了催化剂的高脱硝活性。综上，本发明的制备方法具有操作简便、制备周期短，所制备得到脱硝催化剂具有降低催化剂的SO2/SO3转化率，保障催化剂高脱硝活性的特点。
进一步，步骤S1具体包括：将金属硝酸盐、甘氨酸和无机盐助剂置于去离子水中搅拌溶解后，于750-950℃下煅烧1-4h，冷却得到粉末A。
采用甘氨酸燃烧法制备金属氧化物，所制得的金属氧化物颗粒尺寸小、粒径分布均匀、比表面积大、孔道多、吸附能力强，可以吸附SCR反应过程中催化剂上的SO2和SO3，进而降低催化剂的SO2/SO3转化率。
进一步，步骤S1中，所述金属硝酸盐与所述甘氨酸的摩尔比为1：(1-5)；
所述金属硝酸盐与所述无机盐助剂的质量比为1：(0.05-0.2)。
为保证前驱体金属硝酸盐在燃烧剂甘氨酸的作用下完全转化为金属氧化物，控制金属硝酸盐与甘氨酸的摩尔比为1：(1-5)；而无机盐助剂的引入可进一步促进金属硝酸盐的转化，并使所制得的金属氧化物粒径分布更加均匀、尺寸更小、比表面积更大，在本发明中金属硝酸盐与无机盐助剂的质量最佳配比为1：(0.05-0.2)。
进一步，步骤S1中，所述金属硝酸盐为硝酸铝、硝酸铈、硝酸镧、硝酸锌、硝酸钐、硝酸镍或硝酸铁中的任意一种或多种。
进一步，步骤S1中，所述无机盐助剂为氯化钠或氯化钾中的任意一种或两种。
进一步，步骤S2具体包括：将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于400-600℃下煅烧1-4h，冷却得到粉末B。
进一步，步骤S2中，所述钛白粉、所述偏钒酸铵和所述七钼酸铵的质量比为(79-97)：(0.5-5)：(1-8)。
在本发明脱硝催化剂的制备过程中，为保证所制备的催化剂具有较高的脱硝效率，钛白粉、偏钒酸铵和七钼酸铵的质量比为(79-97)：(0.5-5)：(1-8)，具体可根据所要求得脱硝催化剂中V2O5、MoO3和TiO2的质量比确定即可。
进一步，步骤S3具体包括：将粉末A与粉末B混合并于10000-16000rpm转速下高剪切分散1-4h，制得所述脱硝催化剂。
利用高剪切分散过程中所产生的离心挤压、高速切割、撞击和研磨等作用，可实现粉末A和粉末B的高度混匀，不仅充分发挥了粉末A对SO2和SO3的吸附作用，最大程度降低粉末A对催化剂活性组分结构、价态的影响，而且有效利用了粉末B较高的脱硝活性，进而保障了催化剂的高脱硝活性。
上述制备方法制备得到的脱硝催化剂也理应属于本发明的保护范围，其中，所述脱硝催化剂中V2O5的含量为0.5-5％，MoO3的含量为1-8％，金属硝酸盐对应的金属氧化物的含量为1-8％，其余为TiO2。
采用上述方法制备得到的脱硝催化剂中V2O5的含量为0.5-5％，MoO3的含量为1-8％，金属硝酸盐对应的金属氧化物的含量为1-8％，其余为TiO2。该催化剂采利用多孔金属氧化物吸附SCR反应过程中的SO2、SO3，减少了SO2与脱硝催化剂活性组分的接触面积，降低了催化剂SO2/SO3的转化率，在保障脱硝催化剂高脱硝活性的同时，减少了硫酸氢铵的生成。
本发明低SO2/SO3转化率的脱硝催化剂的制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明采用甘氨酸燃烧法制备金属氧化物，具有操作简便、制备周期短等优点，并且所制得的金属氧化物颗粒尺寸小、粒径分布均匀、比表面积大、孔道多、吸附能力强，可以吸附SCR反应过程中催化剂上的SO2和SO3，进而降低催化剂的SO2/SO3转化率；
2、本发明采用高剪切分散方法，利用高剪切分散过程中所产生的离心挤压、高速切割、撞击和研磨等作用，实现粉末A和粉末B的高度混匀，不仅充分发挥了粉末A对SO2和SO3的吸附作用，最大程度降低粉末A对催化剂活性组分结构、价态的影响，而且有效利用了粉末B较高的脱硝活性，进而保障了催化剂的高脱硝活性；
3、本发明的制备方法制备得到的低SO2/SO3转化率脱硝催化剂，兼具优异的抗碱金属中毒性能、抗重金属中毒性能，进一步提升了催化剂的运行稳定性。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“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。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S11、称取硝酸铁置于坩埚中，加入甘氨酸、氯化钠和去离子水搅拌溶解后，将混合物置于马弗炉中于750℃下煅烧4h，冷却得到粉末A，其中，甘氨酸与硝酸铁的物质的量之比为1:1，氯化钠的质量为硝酸铁质量的5％；
S12、称取钛白粉，并将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于400℃下煅烧4h，冷却得到粉末B；
S13、将粉末A与粉末B置于高剪切分散机中，并于16000rpm转速下剪切分散1h，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂的V2O5含量为0.5％，MoO3含量为8％，氧化铁含量为8％，其余为TiO2。
实施例2
S21、称取硝酸铝置于坩埚中，加入甘氨酸、氯化钠和去离子水搅拌溶解后，将混合物置于马弗炉中于800℃下煅烧3h，冷却得到粉末A，其中，甘氨酸与硝酸铝的物质的量之比为1.5:1，氯化钠的质量为硝酸铝质量的6％；
S22、称取钛白粉，并将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于450℃下煅烧3.5h，冷却得到粉末B；
S23、将粉末A与粉末B置于高剪切分散机中，并于15000rpm转速下剪切分散1.5h，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂的V2O5含量为1％，MoO3含量为5％，氧化铝含量为6％，其余为TiO2。
实施例3
S31、称取硝酸铈置于坩埚中，加入甘氨酸、氯化钾和去离子水搅拌溶解后，将混合物置于马弗炉中于800℃下煅烧3h，冷却得到粉末A，其中，甘氨酸与硝酸铈的物质的量之比为2:1，氯化钾的质量为硝酸铈质量的8％；
S32、称取钛白粉，并将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于600℃下煅烧1h，冷却得到粉末B；
S33、将粉末A与粉末B置于高剪切分散机中，并于14000rpm转速下剪切分散2h，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂的V2O5含量为2％，MoO3含量为4％，氧化铈含量为4％，其余为TiO2。
实施例4
S41、称取硝酸镧置于坩埚中，加入甘氨酸、氯化钾和去离子水搅拌溶解后，将混合物置于马弗炉中于800℃下煅烧3h，冷却得到粉末A，其中，甘氨酸与硝酸镧的物质的量之比为4:1，氯化钾的质量为硝酸镧质量的15％；
S42、称取钛白粉，并将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于550℃下煅烧1.5h，冷却得到粉末B；
S43、将粉末A与粉末B置于高剪切分散机中，并于10000rpm转速下剪切分散4h，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂的V2O5含量为3％，MoO3含量为2％，氧化铈含量为2％，其余为TiO2。
实施例5
S51、称取硝酸钐置于坩埚中，加入甘氨酸、氯化钠和去离子水搅拌溶解后，将混合物置于马弗炉中于900℃下煅烧2h，冷却得到粉末A，其中，甘氨酸与硝酸钐的物质的量之比为5:1，氯化钠的质量为硝酸钐质量的20％；
S52、称取钛白粉，并将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于600℃下煅烧1h，冷却得到粉末B；
S53、将粉末A与粉末B置于高剪切分散机中，并于12000rpm转速下剪切分散3h，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂的V2O5含量为4％，MoO3含量为3％，氧化钐含量为4％，其余为TiO2。
实施例6
S61、称取硝酸镍置于坩埚中，加入甘氨酸、氯化钠和去离子水搅拌溶解后，将混合物置于马弗炉中于950℃下煅烧1h，冷却得到粉末A，其中，甘氨酸与硝酸镍的物质的量之比为3.5:1，氯化钠的质量为硝酸镍质量的10％；
S62、称取钛白粉，并将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于500℃下煅烧2h，冷却得到粉末B；
S63、将粉末A与粉末B置于高剪切分散机中，并于14000rpm转速下剪切分散2h，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂的V2O5含量为5％，MoO3含量为2％，氧化镍含量为1％，其余为TiO2。
实施例7
S71、称取硝酸锌置于坩埚中，加入甘氨酸、氯化钾和去离子水搅拌溶解后，将混合物置于马弗炉中于750℃下煅烧4h，冷却得到粉末A，其中，甘氨酸与硝酸锌的物质的量之比为3:1，氯化钠的质量为硝酸锌质量的12％；
S72、称取钛白粉，并将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于480℃下煅烧2.5h，冷却得到粉末B；
S73、将粉末A与粉末B置于高剪切分散机中，并于16000rpm转速下剪切分散1h，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂的V2O5含量为2％，MoO3含量为5％，氧化镍含量为6％，其余为TiO2。
对照例1
S1、称取钛白粉，浸渍在偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于400℃煅烧4h，冷却后加入氧化铁，研磨均匀，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂中V2O5含量为0.5％，MoO3含量为8％，氧化铁含量为8％，其余为TiO2。
对比例2
S1、称取钛白粉并浸渍在硝酸铝的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于400℃焙烧4h；
S2、将制得的粉末浸渍在偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于400℃煅烧4h，冷却后制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂中V2O5含量为1％，MoO3含量为5％，氧化铝含量为6％，其余为TiO2。
对比例3
S1、称取硝酸锌置于坩埚中，加入甘氨酸、氯化钾和去离子水，搅拌均匀后，将混合物置于马弗炉中，于750℃焙烧4h，冷却后制得粉末A，其中，甘氨酸和硝酸锌的物质的量比为3:1，氯化钾的质量为硝酸锌质量的12％；
S2、称取钛白粉，浸渍在偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于480℃焙烧2.5h，冷却后制得粉末B；
S3、将粉末A和粉末B机械混合均匀后，制得脱硝催化剂。
所制得脱硝催化剂中V2O5含量为2％，MoO3含量为5％，氧化锌含量为6％，其余为TiO2。
为研究本发明制备方法所制备得到的脱硝催化剂的脱硝性能，对实施例1-7及对照例1-3所制备得到的脱硝催化剂进行了脱硝性能测试。测试条件如下：测试温度分为为250℃、350℃、450℃，NH3的浓度为500ppm，NH3/NO＝1，SO2的浓度为300ppm，H2O的浓度为5％，GHSV＝120000h-1。实施例及对照例所得脱硝催化剂的脱硝效率如表1所示。
表1实施例及对照例所得脱硝催化剂的脱硝效率
由表1可知，采用本发明方法制备的脱硝催化剂，在250-450℃温度区间内脱硝效率均较高，并且随测试温度的升高呈升高趋势；而对照例1、对照例2中因金属氧化物采用直接添加的方式，该方法制得的金属氧化物颗粒尺寸较大且不均匀，吸附能力相较于本发明的甘氨酸燃烧法大大降低；对照例3中因粉末A及粉末B采用简单的机械混合方式，影响了粉末A及粉末B的高度混合，使得粉末A对SO2和SO3的吸附作用及粉末B的脱硝性能在很大程度上被抑制。因此，通过本发明脱硝催化剂的制备方法制备得到的脱硝催化剂具备较高的脱硝活性。
此外，本发明还将上述实施例和对照例中制备的脱硝催化剂制成平板式脱硝催化剂，进行全尺寸中试SO2/SO3转化率(单层)测试。测试条件如下：催化剂节距为6mm，壁厚为1mm，烟气温度为360℃，H2O含量为9％，O2浓度为3.5％，NH3浓度为400ppm，NH3/NO＝1，SO2浓度为300ppm。实施例及对照例所得脱硝催化剂的SO2/SO3转化率(单层)如表2所示。
表2实施例及对照例所得脱硝催化剂的SO2/SO3转化率(单层)
同理，由表2可知，因对照例1、对照例2中金属氧化物采用直接添加的方式，对照例3中粉末A及粉末B采用简单的机械混合方式，导致制得的金属氧化物颗粒尺寸较大且不均匀，吸附能力相较于本发明的甘氨酸燃烧法大大降低，而简单的机械混合方式影响了粉末A及粉末B的高度混合，使得粉末A对SO2和SO3的吸附作用及粉末B的脱硝性能在很大程度上被抑制。因此，通过本发明脱硝催化剂的制备方法制备得到的脱硝催化剂具备较低的SO2/SO3转化率，其SO2/SO3转化率最低可达0.08％。
最后，本发明对实施例及对照例所得脱硝催化剂进行了抗中毒性能测试。首先向各催化剂上分别负载0.8％的K2O和1％的As2O3，再按上述脱硝性能的测试条件，在350℃下进行测试。实施例及对照例所得脱硝催化剂的脱硝效率如表3所示。
表3实施例及对照例所得脱硝催化剂的脱硝效率
由表3可知，当实施例1-7所制备得到的脱硝催化剂上分别负载0.8％的K2O和1％的As2O3时，其脱硝效率并未发生明显的降低，而对照例1-3所制备得到的脱硝催化剂的脱硝性能出现大幅降低。由此可见，本发明的制备方法制备得到的脱硝催化剂不仅具有较低的SO2/SO3转化率、较高的脱硝活性，同时具备较优的抗中毒性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种低SO2/SO3转化率的脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将金属硝酸盐、甘氨酸和无机盐助剂置于溶剂中搅拌溶解，煅烧后得到粉末A；
S2、将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的混合溶液中搅拌溶解，煅烧后得到粉末B；
S3、将粉末A与粉末B混合并高剪切分散，制得所述脱硝催化剂；
步骤S1具体包括：将金属硝酸盐、甘氨酸和无机盐助剂置于去离子水中搅拌溶解后，于750-950℃下煅烧1-4h，冷却得到粉末A；
步骤S1中，所述金属硝酸盐与所述甘氨酸的摩尔比为1：(1-5)；
所述金属硝酸盐与所述无机盐助剂的质量比为1：(0.05-0.2)；
步骤S1中，所述金属硝酸盐为硝酸铝、硝酸铈、硝酸镧、硝酸锌、硝酸钐、硝酸镍或硝酸铁中的任意一种或多种；
步骤S1中，所述无机盐助剂为氯化钠或氯化钾中的任意一种或两种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2具体包括：将钛白粉浸渍于偏钒酸铵和七钼酸铵的水溶液中，经搅拌、烘干水分后，于400-600℃下煅烧1-4h，冷却得到粉末B。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述钛白粉、所述偏钒酸铵和所述七钼酸铵的质量比为(79-97)：(0.5-5)：(1-8)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3具体包括：将粉末A与粉末B混合并于10000-16000rpm转速下高剪切分散1-4h，制得所述脱硝催化剂。
5.权利要求1-4任一所述制备方法制备得到的脱硝催化剂，其特征在于，所述脱硝催化剂中V2O5的含量为0.5-5％，MoO3的含量为1-8％，金属硝酸盐对应的金属氧化物的含量为1-8％，其余为TiO2。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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