[发明专利]一种烟气脱硝的铈钛复合氧化物催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种烟气脱硝的铈钛复合氧化物催化剂制备方法及其应用。该催化剂可以在250-450℃范围内将氮氧化物选择性地还原为氮气和水。

背景技术

随着能源消费的持续增长，以燃煤锅炉为主的固定源消耗大量化石燃料，排放到大气中的氮氧化物(NOx)等致酸物质的污染程度不断加剧。NOx是引起酸雨、光化学烟雾等破坏地球生态环境和损害人体健康的主要污染物，由此引起的问题已经与臭氧层破坏、全球气候变化一起成为最为突出的大气环境热点问题。正是如此，固定源NOx的排放控制技术一直是各个国家的关注重点。固定源NOx控制主要有两种途径，即燃烧过程NOx控制技术和烟气后处理技术。固定源燃烧过程控制技术包括两段燃烧法、烟气再循环法、NOx炉内还原法、设计低NOx燃烧炉、使用低氮燃料等。但是，仅采用燃烧过程控制技术难以满足日趋严格的排放法规。因此，固定源烟气脱硝(氮)技术即烟气后处理技术成为减少固定源NOx排放的关键。

目前，选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，SCR)是国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术。其原理是通过添加合适的还原剂将NOx选择性还原为无害的N₂而释放。根据还原剂的不同可分为氨选择性催化还原NOx(NH₃-SCR)和碳氢化合物选择性催化还原NOx(HC-SCR)技术；其中，NH₃-SCR技术是固定源烟气脱硝的主流技术，在国外已得到广泛应用。SCR技术的关键是开发高效稳定的催化剂，以适用于高硫、高尘为主要特征的应用环境。目前，工业化应用的SCR催化剂，多以TiO₂为载体，再负载上一定量的V₂O₅、WO₃或MoO₃等组分，该类催化剂具有较高的脱硝活性，而且有较好的抗SO₂和H₂O性能。但该技术在实际应用中仍存在一些问题：一是操作温度必须高于350℃，由于催化剂床层一般装在脱硫装置和除尘器之前，因此容易造成SO₂和粉尘对催化剂的毒化和堵塞；二是活性组分V本身也是一种有毒物质。

为了适应我国大多数工业锅炉和电厂排烟温度的要求，大力发展中低温(100-350℃)高活性，同时具备良好选择性和抗硫性的SCR催化剂是十分必要的。文献美国专利US4925825中提出了一种以氨为还原剂，催化还原氮氧化物的方法，使用的催化剂以V₂O₅-MoO₃-TiO₂为活性组分，在350℃下，NO 300ppm，NH₃ 360ppm的条件下，NO的初始转化率可达90％以上。文献中国专利CN 1443595A公开了一种在氧化铝载体上负载铜和锰氧化物，催化氨选择性还原氮氧化物的催化剂。该催化剂以2-15wt％铜的氧化物和1-8wt％锰的氧化物为主要活性组分，并负载在球形γ-氧化铝载体上，还负载了0.1-10wt％银，镍，铁，钴中的至少一种氧化物。当NH₃/NO≈1时，300℃时NOx的转化率可以达到95％以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以往报道的催化剂在中低温条件下活性较差或者具备一定中低温活性，但选择性和抗硫性较差的缺陷，提供一种铈钛复合氧化物催化剂的制备方法及在烟气脱硝中的应用。可应用于机动或固定燃烧装置包括各种机动车发动机和燃煤电厂燃烧尾气中氮氧化物的净化。使用时置于尾气管道途中，在催化剂的上游喷入还原剂和尾气混合，还原剂采用氨气或尿素，还原剂用量为尾气中氮氧化物的0.8-1.2倍，275℃可以将氮氧化物转化为氮气和水，转化率达95％以上，同时具备很高的选择性和抗硫抗水性能，不需要复杂的附属设备和外在条件。该催化剂使用简单易得的金属硝酸盐为原料，制备方法简单。

本发明催化剂主要组成为氧化铈及二氧化钛，其中铈的含量为二氧化钛重量的2-50％，二氧化钛呈锐钛矿晶型，比表面积为一百平方米/克或更大。