[发明专利]低温烟气脱硝用Mn、Co、Ce、Ti四组分NH3-SCR负载型的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温烟气脱硝用NH₃-SCR催化剂，其是用Mn、Co、Ce等元素的硝酸盐以浸渍法负载于纳米级TiO₂-P₂₅，经过焙烧形成的多组分复合金属氧化物型催化剂，属于环保技术领域。

背景技术

SCR法目前是工业化程度最好的脱硝技术。既能单独使用，又可与其他脱氮除硫工艺联合使用。常用的还原剂有碳氢化合物、氨气等，其基本原理是利用氨、尿素和还原性碳氢化合物等物质，在一定的条件下，在催化剂表面发生氧化还原反应，将氮氧化物有选择性地还原成氮气和水。NH₃-SCR是工业化最好的还原方法，一般情况下，SCR反应温度在280℃到400℃之间，脱硝率基本可以保持在70%到90%左右。SCR技术的关键是选择优良的脱氮催化剂。常用的脱硝催化剂的种类总的来说可分为贵金属催化剂、碳基材料催化剂和过渡金属催化剂。贵金属催化剂具有很好的低温活性，但是抗中毒能力不足，同时高昂的成本也是制约贵金属催化剂普及化的一个弊端。目前研究重点是进一步提高催化剂在低温状态的活性和抗硫性。活性炭具有较大的比表面积，本身是一种很理想的催化剂载体，但是在起效过程中会产生CO₂，CO₂是一种温室气体，危害气候环境。过渡金属催化剂在SCR技术中是较为成熟的，其中许多种已经实现了工业化。目前工业上应用过渡金属催化剂按活性成分不同可分为两种，传统钒基催化剂和新型的过渡金属催化剂。以Mn、Fe、Mo和W等为活性组分的SCR催化剂是目前业内研究的热点。

Mn基是目前最受关注的低温型催化剂，近年来国内外学者针对Mn基催化剂进行了大量的研究。Mn基催化剂在NO的催化氧化和催化还原都有良好的表现，Mn和Co负载在TiO₂上，在350℃可以达到88%的去除率，而对于NH₃-SCR反应，以Mn的硝酸盐作为前驱体，相应催化剂的性能要优于乙酸盐的；MnO／TiO₂催化剂上Mn活性物种主要以MnO₂形式存在，同时还有少量的Mn₂O₃和部分未分解的Mn(NO₃)₂。Co元素也是常见的低温脱硝催化剂组分，可与Mo、W或Ag等元素结合使用，其中Co- Ag/TiO₂在450℃可以到达近90%的转化率。Ce元素具有很好的储氧功能，其中Ce-P-O 型催化剂，较宽的温度范围内(300~550℃) 表现出较高的NO转化能力，同时Ce常用作NH₃-SCR催化剂的助剂，如ZrO₂-TiO₂-CeO₂在275℃可到到近98%的脱硝效果。据研究，Mn-Fe-Ce/TiO₂在空速5000h^-1、NO体积分数0.1%、O₂体积分数6%、NH₃/NO 1.1、130℃条件下，持续进行SCR反应1500min，可以保持NO转化率达97.8%以上，证明了其良好的SCR低温活性，证明此类催化体系的低温效果很好。Mn-Fe/TiO₂在NH₃选择性还原NO反应体系中具有较高的催化活性，80℃时NOx转达化率即达92.5%，可以应用于不含SO₂或低硫烟气条件的末端NOx治理，如电站锅炉干法脱硫后、水泥窖炉及各类焚烧炉等排放的废气净化。此催化剂组成中，MnO₂是活性组分，Fe₂O₃为助催化剂。通过多组分的添加，可以有效地改善催化剂理化性质，MnO₂ CeO₂Ti_0.25Zr_0.25A1_0.5O_1.75表面活性组分与载体之间有最强的相互作用，比MnO₂CeO₂Ti_0.5Zr_0.5O₂和MnO₂CeO₂Ti₂具有更大的比表面积和孔容、更多的表面酸中心和表面酸量、更强的表面酸性和更好的储氧性能。