[发明专利]一种低温抗硫脱硝催化剂及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及化石燃料燃烧尾气的处理领域，特别涉及一种低温抗硫脱硝催化剂及其制备方法。

【背景技术】

众所周知，氮氧化物(NO_x)是一种有害气体，主要的大气污染物，不仅可以引起酸雨、光化学烟雾、温室效应及臭氧层的破坏；还能造成严重的水质和土质恶化、城市灰霾天气(PM2.5)等环境污染问题，对人类的健康造成极大危害。大气污染物中90％SO₂以及70％NO_x来自于煤炭的燃烧，以煤为主的能源结构导致大气污染物排放总量居高不下，潜在的环境问题不断显现，长三角、珠三角和京津冀地区等城市群大气污染逐渐呈现出明显的区域性特征，酸雨的类型已经从硫酸型向硫酸和硝酸复合型转化，氮氧化物的污染问题一直未得到有效控制。另一方面，工业锅炉和窑炉(如陶瓷窑炉、玻璃窑炉)等排放的NO_x约占氮氧化物排放总量的23％，目前尚无成熟的脱硝技术可用，产生的NO_x直接排放。工业窑炉烟气具有飞灰含量高、SO₂及NO_x浓度高和烟温偏低(180～300℃)等特点，传统的商用SCR催化剂活性温度高、范围窄(350～450℃)，不能适用于工业窑炉烟气脱硝工况。

由环境保护部和国家质检总局共同发布的《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2011)从2012年1月1号起正式实施，其中要求新建机组2012年开始、老机组2014年开始，其氮氧化物排放量不得超出100ppm。目前国内氮氧化物的控制主要依靠低NO_x燃烧控制技术，燃烧后的烟气脱硝技术在国内的研究和应用还相对较少，而随着环保形势的日益严峻，仅靠低NO_x燃烧已不能满足更加严格的排放标准。因此需要加强技术引进及技术转化，引进国外脱硝高端技术；另一方面加强技术研发，努力开发具有自主知识产权的脱硝技术，特别是加强对SCR催化剂的研究及脱硝新技术的开发，研究适合我国的低温SCR技术，降低脱硝成本。

在氮氧化物控制方面，主要有低NO_x燃烧技术和烟气脱硝。根据国民经济可持续发展的要求，国家对NO_x排放要求限制越来越严格，仅靠低NO_x燃烧技术降低排放，远远不能达到排放标准，烟气脱硝则是普遍采用减少氮氧化物排放的方法。目前应用较为成熟的主要有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、电子束法以及炽热碳还原等技术。其中SCR是目前绝对主流的也是商业化最为成功的烟气脱硝技术，当要求氮氧化物的脱除率大于50％时，SCR是世界公认的最有效的脱硝技术。SCR技术作为一种高效的脱氮技术应用于NO_x的控制已有30多年的历史，在国外研究较多，技术较为成熟。国内在氮氧化物处理方面才刚刚起步，脱硝技术主要依赖进口，合作范围主要有SCR系统成套技术、关键工艺和关键设备；针对旧机组改造的低NO_x技术；针对新建机组的非烟煤煤种的低NO_x技术；引进催化剂的生产技术和工艺；更先进的新脱硝技术等。

SCR技术核心是催化剂，催化剂的研究也是氮氧化物控制技术研究的热点。催化剂按种类可分为贵金属、分子筛、炭基和金属氧化物催化剂四大类。这四类催化剂的应用现状如下：(1)贵金属催化剂虽然催化活性高，但其活性温度范围较窄，价格昂贵，N₂选择性差，表面易吸附其它物质造成氧抑制和硫中毒等问题，影响了其大规模工业应用。随着SCR催化剂的深入研究，贵金属催化剂很快被金属氧化物催化剂所取代。(2)分子筛催化剂在较高的温度下，选择性还原NO_x具有高的催化活性，并且活性温度范围比较宽，但是抗H₂O和SO₂的能力差。在工业应用中尚存在水抑制及硫中毒等问题，这也是本身分子筛的结构所决定的。(3)炭基催化剂在低温条件下表现出较好的SCR活性，但其抗硫中毒能力不强，特别是在高于250℃的环境下不稳定、易燃，阻碍了其在中SCR研究中的发展。(4)金属氧化物催化剂的研究是最为热门的一类，如商用V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂。这类催化剂需要的起活温度较高，常被用于300～400℃的传统SCR装置中，具有很高的催化活性和脱硝效率，但仍需提高其抗SO₂和H₂O中毒能力。