[发明专利]一种脱除烟气中NO的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱除烟气中NO的催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，烟气中NO(一氧化氮)的脱除主要采取燃烧后处理的方法。由于烟气中的NOx(氮氧化物)绝大部分是NO，因此对NOx的脱除实际上就是对NO的脱除。工业上脱除NO应用的主要技术是选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)技术，其中SCR技术是国际上使用最为广泛的烟气脱硝(即脱除氮氧化物)技术。SCR技术的原理是通过添加合适的还原剂，将NO选择性地还原为无害的N₂而释放。根据还原剂的不同，可分为氨选择性催化还原NO(NH₃-SCR)技术、碳氢化合物选择性催化还原NO(HC-SCR)技术和一氧化碳选择性催化还原NO(CO-SCR)技术。其中，NH₃-SCR技术是固定源烟气脱硝的主流技术，在国外已经得到广泛应用。

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。该技术催化剂的发展大致经历了以下历程。一是贵金属催化剂，主要包括Pt、Pd、Rh和Au等，通常被负载在氧化铝、氧化硅和氧化锆上。这类催化剂在20世纪70年代开始使用，还原剂主要是甲烷、氨和轻烃，主要应用于汽车尾气中NO的处理。二是20世纪90年代兴起的在ZSM-5分子筛上用Cu、Co等金属进行离子交换、以碳氢化合物选择性催化还原NO。这方面的文献，参见G.P.Ansell等人发表于《Applied Catalysis B：Environmental》杂志1993年第2期第81～100页上的“Mechanism of the lean NOx reaction overCu/ZSM-5”，以及美国专利USP5149512等。三是近年来出现的将金属氧化物负载在TiO₂、Al₂O₃、SiO₂或ZrO₂等载体上作为SCR催化剂，以氨或尿素为还原剂。这方面的文献，参见CN101676019A、USP4925825等。

上述SCR催化剂的价格普遍较高。为此，《环境科学与技术》杂志2009年第7期“FCC废弃物催化NH₃还原NO的试验研究”一文，介绍了以FCC废弃物为催化剂、NH₃为还原剂催化还原烟气中NO的方法。FCC废弃物即FCC废催化剂，FCC是指石油加工工业中的催化裂化工艺。试验选用辽河石化公司的FCC废催化剂，比表面积为78m²/g，主要金属含量(质量百分数)为Ni1.49％，V0.45％，Fe1.02％，CuO.01％。试验时用40～80目筛子对废催化剂进行筛分，筛分后测得的平均粒径为45.2μm。利用内径为27mm的石英管固定床反应器测定FCC废催化剂的反应活性。FCC废催化剂的用量为10g；使用的气体包括NO(1.00％的标准气体，Ar为平衡气)、NH₃(1.03％的标准气体，Ar为平衡气)、O₂(≥99.5％)、CO₂(≥99.95％)、CH₄(5.01％的标准气体，Ar为平衡气)、Ar(≥99.5％)；反应气体总流量为600mL/min。试验考察了温度、NH₃浓度、NO浓度、O₂浓度、SO₂浓度以及加入CH₄对FCC废催化剂催化脱NO效果的影响。

上述的方法使用FCC废催化剂，费用很低，但也存在一些问题。一是NO的转化率较低，只有60w％多(除去NH₃浓度在0.15％～0.38％范围内的试验)。二是烟气中SO₂的存在会大大降低NO的转化率。三是以NH₃为还原剂会存在下述一些缺点：①NH₃用量控制需要极为精细。如果注入的氨过多将导致所谓的氨穿透(氨穿透是指氨的用量超过氮氧化物转化所必需的数量，多余的氨随烟气排放出来)，排放出来的氨比排放出的NO更有害；②用量过多的氨经过氧化，可能导致NO的生成；③如果NH₃不是就地生产的话，就必须要运输和储存；运输、储存NH₃的过程中安全环保的要求很高，必然导致投资和操作成本提高。

发明内容