[发明专利]叶腊石为载体的蜂窝SCR催化剂

说明书

技术领域

本发明属于氮氧化物(NOx)后处理净化和环保催化材料领域，包括火电、钢铁、水泥、固废和石化行业的烟气脱硝；特别涉及一种具有叶腊石-钨掺杂二氧化钛(TiO₂-WO₃)-五氧化二钒(V₂O₅)三层微观结构的蜂窝SCR催化剂。

背景技术

氮氧化物(NOx)主要由NO和NO₂构成，除伤害人体健康和引起酸雨，还会通过大气化学反应加重城市PM2.5污染，是导致我国雾霾天气的主要污染物。以氨(NH₃)为还原剂的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)技术具有最高的脱硝效率和较好的经济性，在SCR脱硝催化剂的存在下，喷入烟气中的氨能选择性地将NOx还原成N₂和H₂O。蜂窝SCR催化剂是主流SCR催化剂，具有最佳的技术经济性能。传统蜂窝SCR催化剂以TiO₂为载体，以V₂O₅为活性组分，并在TiO₂中掺杂WO₃作为抗烧结和抗硫中毒组分，辅以玻璃纤维作为催化剂骨架经混炼后整体挤出成型。在工程应用中，90%以上脱硝项目采用高温高尘方案，烟气温度300-380°C，可最大化发挥催化剂的活性，投资和运行费用最低。然而高温高尘方案中烟气未经除尘，烟气中飞灰含量约15-45g/Nm³，对催化剂产生严重磨蚀，影响催化剂的机械寿命。

使用其他载体材料部分或全部替代TiO₂，既可降低催化剂成本，又是提高蜂窝SCR催化剂机械强度，从而提高催化剂抗飞灰磨蚀性能的有效手段之一。专利CN200310100420.9以经过处理的锅炉粉煤灰为载体，浸渍硝酸铜得到具有技术经济优势的SCR脱硝催化剂。专利CN200810195864.8以微矿渣粉为载体，在保证脱硝催化活性的同时提高了催化剂机械强度。专利CN200810238495.6以膨润土和海泡石部分替代TiO₂，得到性能符合脱硝工程应用要求的SCR脱硝催化剂。专利CN201210436889.9以高岭土和低熔点玻璃粉部分代替TiO₂，制备板式SCR催化剂专用成型剂，提高了SCR催化剂的机械强度。

叶腊石(英文名Pyrophyllite)，化学式Al₂(Si₄O₁₀)(OH)₂，理论化学成分28.3%Al₂O₃、66.7%SiO₂和5.0%H₂O。叶腊石具有良好的化学惰性，与强酸强碱都不作用，同时叶腊石硅铝比(Si:Al)远大于高岭土，因此湿膨胀小且热稳定性高，有助于提高产品的机械强度，因此用于陶瓷、耐火材料、玻璃钢、白色水泥领域。国内尚未有文献及专利报道叶腊石在SCR脱硝催化剂领域的应用。本专利在提出以叶腊石替代TiO₂作为载体的同时，还提出一种具有叶腊石-钨掺杂二氧化钛(TiO₂-WO₃)-五氧化二钒(V₂O₅)三层微观结构的蜂窝SCR催化剂及其生产工艺，可避免叶腊石中含有微量的Na和K元素对蜂窝SCR催化剂活性的负面影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种应用于火电、钢铁、水泥、固废和石化行业的烟气脱硝领域，以叶腊石替代TiO₂作为SCR催化剂的载体，具有叶腊石-钨掺杂二氧化钛(TiO₂-WO₃)-五氧化二钒(V₂O₅)三层微观结构的蜂窝SCR催化剂。

本发明的技术方案是：选择低碱金属含量的叶腊石并添加有机助剂进行造粒后作为蜂窝SCR催化剂的载体层；进一步负载钨掺杂二氧化钛(TiO₂-WO₃)形成过渡层；最后以过比例浸渍方法浸渍偏钒酸铵形成五氧化二钒(V₂O₅)活性层。三层微观结构颗粒形成后，再添加玻璃纤维辅以粘合剂制成挤出泥料，通过过滤和挤出工艺得到各种孔数和壁厚的蜂窝SCR催化剂。