[發明專利]一種水泥窯爐煙氣脫硝用催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410076700.9
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103846094A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 沈岳松;付偉良;祝社民;縱宇浩
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J27/053
• 分類號: B01J27/053;B01J27/055;B01D53/90;B01D53/56
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種水泥窯爐煙氣脫硝用催化劑及其制備方法，屬于環保催化材料和大氣污染治理領域，特別適用于水泥窯爐高粉塵、高堿金屬和高堿土金屬含量的煙氣脫硝處理。

背景技術

氮氧化物（NO_x）是造成霧霾、酸雨、光化學煙霧及溫室效應的罪魁禍首之一。我國是世界第一大NO_x排放國，2013年NO_x排放量達到2240萬噸，NO_x治理（煙氣脫硝）成為國家“十二五”大氣污染強治的重點。水泥廠作為第二大NO_x排放固定源，其煙氣脫硝成為NO_x減排的重中之重。選擇性催化還原（Selective?Catalytic?Reduction，簡稱SCR）脫硝技術成熟、效率高、穩定性好，成為當前國內外治理NO_x的主流技術和發展方向，其中，SCR技術核心為脫硝催化劑。目前，商用脫硝催化劑主要是V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂體系，釩鈦催化劑在300-400℃具有較高的脫硝活性，并廣泛的應用于電廠，只有意大利、德國、瑞典等少數水泥廠用釩鈦催化劑做了實驗，溫度在300-400℃進行脫硝，證明了SCR脫硝技術在水泥窯爐的可行性。但其中V₂O₅是劇毒物質，它在水中溶解度為8g/L（20℃），對人體的呼吸系統和皮膚會產生嚴重損害，長期接觸可引起支氣管炎、視力障礙、腎損害等。水泥窯爐煙氣粉塵含量高，富含堿金屬和堿土金屬，這些粉塵進入SCR脫硝系統后，會高速沖擊催化劑，且粉塵容易吸附在催化劑表面，造成催化劑堿金屬和堿土金屬中毒，導致催化劑失活。現有商業釩鈦體系催化劑強度低、易粉化、耐磨性差，難以在水泥窯爐煙氣高飛灰環境下長期有效運行。至今，SCR脫硝技術還沒有在我國水泥工業成功應用的先例。因而發展適用于水泥窯爐煙氣脫硝用的環境友好型耐磨脫硝催化劑具有重大的意義。

目前國內外已有大量專利公開了各種類型的脫硝催化劑及制備工藝，但針對水泥窯爐煙氣處理的脫硝催化劑相對較少。水泥窯爐脫硝技術主要采用分解爐分級燃燒和非選擇性催化還原（SNCR）技術，這兩種技術投資雖然小，但脫硝效率低，隨著氮氧化物排放要求日益嚴格，現今的技術已很難滿足排放要求。國內針對水泥窯爐煙氣脫硝用的催化劑研制的還處于起步階段。專利（CN102500358B）、（CN103240081A）、（CN103230813A）是幾篇專門針對水泥窯爐脫硝用催化劑專利。其中，專利（CN102500358B）是以鈰、釩、銅、鈷等的氧化物作為活性組分，以質子化的鈦納米管為載體，從而提高抗堿金屬和堿土金屬中毒能力，質子化的鈦納米管價格昂貴，制備過于復雜，且活性組分中有劇毒物質釩，容易造成二次污染。專利（CN103240081A）制備了以TiO₂-SiO₂為載體的錳基脫硝催化劑，該催化劑適用于除塵后的低溫環境，然而錳基脫硝催化劑遇到SO₂很容易失活。專利（CN103230813A）制備了一種抗堿中毒的催化劑，該催化劑是以錳、鈰等氧化物作為活性組分，但該催化劑適于較低的脫硝溫度，最佳脫硝溫度低于250℃，同樣該催化劑遇到SO₂很容易失活。

發明內容

本發明的目的是針對水泥窯爐煙氣中高粉塵含量，并富含堿金屬和堿土金屬的工況條件，提出了一種水泥窯爐煙氣脫硝用催化劑；該催化劑脫硝效率高、成本低廉，工藝簡單、環保且不會造成二次污染的煙氣脫硝催化劑，這種催化劑抗磨損和抗堿中毒性能優異；本發明的另一目的還提供了上述催化劑的制備方法。

本發明的技術方案為：一種水泥窯爐煙氣脫硝用催化劑，其特征在于以鈦鈰鋯鎢復合硫酸鹽為催化劑活性組分，以鐵、銅、鉬或鑭氧化物中的一種或幾種為助催化劑，以鋁硅鈦混合氧化物為載體；以鋁硅鈦混合氧化物載體質量為基準，其中鈦鈰鋯鎢復合硫酸鹽質量百分含量為5%～15%，助催化劑氧化物質量百分含量為3%～20%。

優選所述的鈦鈰鋯鎢復合硫酸鹽活性組分中Ti/Ce/Zr/W的元素摩爾比為1：（0.1～10）：（0.1～10）：（0.1～5）；所述的鋁硅鈦混合氧化物載體中Al/Si/Ti的元素摩爾比為1：（0.1～2）：（0.1～100）。

本發明還提供了上述催化劑的制備方法，其具體步驟為：

（1）鈦鈰鋯鎢復合硫酸鹽前軀體的配制