[發(fā)明專利]一種炭基光催化氧化脫硝催化劑及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN104307542B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設計）人: 李春虎;楊微微;王亮;馮麗娟;卞俊杰
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;B01J23/10;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司37201
• 代理人: 王鐸

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于燃煤電廠、燃煤鍋爐和燃煤窯爐等煙氣光催化氧化脫硝的催化劑及其制備方法，更具體地說是一種炭基光催化氧化脫除NO催化劑及其制備方法。

背景技術

燃煤煙氣中含有大量的大氣污染物，主要為SO₂、NO_x。其中，NO_x不僅對人體、植物，尤其是農作物以及經濟作物產生損害作用，還可以形成酸雨、光學煙霧，破壞臭氧層等。如果不迅速采取措施，將會對生態(tài)環(huán)境和國民經濟造成巨大的影響。2000年中國環(huán)境公報報道，在統計的338個城市中，63.5%的城市超過國家空氣質量二級標準，其中超過三級標準的有112個城市，占監(jiān)測城市的33.1%。預計到2020年和2030年，我國NOx排放量將分別達到2900和4000萬噸。2011 年我國修訂了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223－2011）；2012 年國務院及相關部門又出臺了《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》、《環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》、《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》等。火電企業(yè)面臨的環(huán)保標準越來越嚴，排放標準要求現有火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組自 2012年1月1日起 NO_x排放將執(zhí)行 100 mg/m³的濃度限值。同時，2012年全國環(huán)境污染治理投資為8253.6億元，占國內生產總值的1.59%，占社會固定資產投資的2.20%，比上年增加37.0%。可見，NO_X控制技術的開發(fā)和大氣污染物治理已成為目前及未來相當長時間內的重要課題之一。

目前燃煤電廠成熟應用的煙氣脫硝技術主要有SCR選擇性催化劑還原法、SNCR選擇性非催化還原法、電子束照射法和同時脫硫脫硝法。SCR選擇性催化還原法目前已成為世界上應用最多且最為成熟的一種煙氣脫硝技術。SCR選擇性催化還原法是指在催化劑的作用下，以NH₃作為還原劑，“有選擇性”地與煙氣中的NOx反應并生成無毒、無污染的N₂和H₂O。該方法最早由Engelhard公司發(fā)現，該公司于1957年就申請了相關專利。而后日本在其政府環(huán)保政策的壓力下，成功實現了現今被廣泛使用的V₂O₅/TiO₂催化劑，并分別在1977年和1979年在燃油和燃煤鍋爐上成功投入商業(yè)運用。但是傳統SCR仍然存在如下缺點：(1)催化劑長期受到粉塵的磨損和堿/堿土金屬的侵蝕容易出現中毒現象；(2)催化劑的高反應溫度需要在省煤器和空氣預熱器之間預留較大的催化裝置布置空間；(3)傳統SCR催化法存在必然的熱量損失，造成能源浪費；(4)由于SCR技術消耗NH₃，液氨的存儲、泄露、運輸等問題造成運行費用高、設備投資大缺點。

與SCR不同，選擇性催化氧化法SCO主要是把煙氣中的NO在富氧條件下轉化為NO₂，并結合濕法脫硫工藝利用氨水吸收NO₂后生成高附加值的硝酸銨。與一般的高溫SCR技術相比具有能耗低、系統布置方便、催化劑使用壽命長、運行成本低等優(yōu)點，極具有工業(yè)應用前景，是當前國內外煙氣脫硝技術研究的熱點。目前，選擇性催化氧化法SCO的催化劑研究主要集中在碳材料、分子篩和金屬氧化物。其中，活性半焦是以煤炭為原料制備的一種多孔碳材料，以其來源廣泛、價格低廉、易于再生等優(yōu)勢成為最具前景的脫硝催化劑。李春虎等人在此領域已申請多項中國專利，如《一種成型半焦SO₂和NO吸附催化劑及其制備方法》（申請?zhí)?00810139810.X），《一種用于低溫催化氧化的半焦煙氣脫硝劑的制備方法》（申請?zhí)?01010204883.X）等。并指導完成數篇研究生論文，如《活性半焦用于煙氣脫硫脫硝的研究》（碩士畢業(yè)論文，2009年），《活性半焦低溫催化氧化脫除煙氣中NO的研究》（博士畢業(yè)論文，2010年），《磷鎢酸改性碳材料提高煙氣氧化脫硝抗水性能研究》（碩士畢業(yè)論文，2013年）。同時，李春虎提出將價廉易得的活化半焦催化氧化脫硝技術與電廠超潔凈煙氣養(yǎng)殖微藻技術聯合，有效利用廢氣廢熱，可生產出高附加值的含氮化肥和生物柴油。但活性半焦用于煙氣氧化脫硝過程中由于NO和H₂O的競爭吸附易造成催化劑的“水中毒”現象，使脫硝活性明顯下降。