[发明专利]一种抗碱中毒高效脱硝催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种抗碱中毒高效脱硝催化剂的制备方法及其应用。本发明的催化剂以钛掺杂的介孔分子筛为载体，以钒、铈、锆、铌、锰为活性组分，以钨、钼、铁、铜为助剂；其中，以钛掺杂的介孔分子筛中Si元素质量为基准，掺杂元素钛的含量为15％～35％；以钛掺杂介孔分子筛载体质量为基准，活性组分钒、铈、锆、铌和锰氧化物质量百分含量为1％～5％，助剂钨、钼、铁和铜氧化物质量百分含量为1％～15％。本发明的催化剂在300℃～400℃范围具有高于90％的NO_x转化率，最高活性达到99.7％；具有更强的抗碱金属、碱土金属中毒能力，特别适用于水泥窑炉高粉尘、高碱金属和高碱土金属烟气中NO_x的脱除。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种抗碱中毒高效脱硝催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种以钛掺杂的介孔分子筛为载体的抗碱中毒高效脱硝催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

我国是世界上水泥生产和使用量最大的国家(占全世界总量50％以上)，2017年水泥产量23.16亿吨，全国水泥行业年排放氮氧化物约200万吨，占全国氮氧化物排放量的10％左右，居火力发电和汽车尾气排放之后的第三位。

最新的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)把排放浓度从原有的800mg/Nm³降低到400mg/Nm³(重点地区为300mg/Nm³)，部分地区标准更加严格，2017年江苏省环保厅印发关于开展全省非电行业NO_x深度减排的通知，要求水泥行业2019年6月1日前NO_x排放不高于100mg/Nm³，水泥行业NO_x控制迫在眉睫。

选择性催化还原(SCR)技术是脱除固定源排放烟气中氮氧化物(NO_x)的有效手段。水泥窑尾烟气具有高粉尘含量、高碱金属和碱土金属含量的特点，一方面高粉尘易造成SCR脱硝催化剂的孔道堵塞，另一方面高碱金属和碱土金属含量易造成催化剂的碱(土)金属中毒，最终导致催化剂失活，降低催化剂使用寿命，造成系统运行成本增加，SCR脱硝效率降低。

针对这一问题，CN107983354A公开了一种抗碱中毒铜基尖晶石低温脱硝催化剂的制备方法，包含如下步骤：步骤一、将铜盐和金属盐溶于蒸馏水，在30～80℃条件下搅拌2～10h，在搅拌的同时缓慢加入混酸溶液，所述铜盐、金属盐、蒸馏水和混酸溶液的比例为0.025～0.4mol：0.1mol：240mL：300～700mL；步骤二、将步骤一反应后的溶液放入烘箱，在50～100℃条件下烘干5～10h，得到干燥的固体，将所述干燥后的固体研磨并过80～400目筛；步骤三、在富氧气氛条件下，将步骤二处理后的固体煅烧2～12h，将得到的固体研磨均匀并过150～400目筛；步骤四、在还原性气氛保护下，将步骤三所得固体在400～700℃下煅烧0.5～2h，即为所述催化剂。该发明制备的催化剂具有较好的抗碱金属中毒性能，制得的钾中毒催化剂在180℃时NO的脱除率达到74％，在120～200℃时NO的脱除率达到65％以上，但是制作工艺复杂原料较贵，不适合大规模工业应用。

CN103230813A公开了一种适用于水泥窑炉的抗碱中毒的脱硝催化剂的制备方法，制备步骤如下：在钛源溶液中加入锰盐、铈盐及助剂后搅拌得到混合溶液，在上述混合溶液中按顺序加入尿素溶液、氨水、双氧水至不再产生沉淀为止，继续搅拌1～5小时，然后先后用蒸馏水与无水乙醇离心洗涤，在70～105℃干燥8～24小时，450～650℃煅烧2～6小时后，制备成40～60目的催化剂；其中，加入尿素溶液时保持水浴温度65～95℃，催化剂制备过程中锰盐为乙酸锰、硝酸锰、硫酸锰、氯化锰中的任一种；所述的铈盐为氯化亚铈、硝酸铈、硝酸铈铵或硫酸铈中的任一种；所述钛源溶液是硫酸氧钛、硫酸钛、钛酸丁酯中的任一种；所添加的助剂为硝酸铁、硝酸铜、硝酸镍、硝酸铬中的任一种。该发明使用共沉淀法通过添加不同助剂制备具有抗碱中毒的SCR催化剂材料，该发明的催化剂采用共沉淀法制备，但是活性位点利用率不高，催化效率最高仅99％。