[发明专利]一种担载尿素的炭基脱硝催化剂及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种担载尿素的炭基脱硝催化剂及其制备和应用方法。

技术背景

NOx(x＝1，2)是大气主要污染物之一，主要来源于生产、生活中所使用的煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，其中约70％来自于煤炭的直接燃烧。NOx的排放使大气氧化性增加，导致严重的环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大的威胁，例如：NOx能够使人体中毒、使植物生长受到损害、能够引起酸雨和酸雾、导致光化学烟雾、破坏臭氧层等。目前我国NOx排放量估计在1000多万吨，但鉴于我国的能源消耗量今后将随经济的发展不断增长，因此NOx排放量也将持续增加。据有关研究的估算，到2010年，我国的NOx排放量将达到2194万吨。由此可见，今后我国NOx排放量将十分巨大，如果不加强控制，NOx将对我国大气环境造成严重的污染，制约社会和经济的可持续发展。因此，研究和开发高效的脱硝技术具有极为重要的现实意义。

选择性催化还原法由于具有脱硝效率较高，反应温度较低，催化剂的选择范围广，寿命长等优点，成为目前能找到的最好的脱硝技术之一。比如，文献1(Zhenping Zhu等，Applied Catalysis B：Environmental，2000年，第26卷，第25～35页)报道了在煤基活性炭上担载CuO用于催化NO与NH₃的还原反应，在有氧气存在且反应温度高于180℃的情况下，脱硝率可达100％。文献2(中国专利CN101053838A)报道了中国科学院山西煤炭化学研究所开发的一种用于烟气脱硝的堇青石基CuO/γ-Al₂O₃催化剂，脱硝反应以NH₃作为还原剂，脱硝率大于90％。文献3(美国专利US6475944)报道了一种用于NOx选择性催化还原的V₂O₅/TiO₂催化剂，根据催化剂的具体组成和反应体系温度的不同，脱硝率为20～99％(NH₃/NO＝1)。

从以上典型的国内外有关的脱硝论文和专利中可以看出，通过氨法SCR脱除NOx已经比较成熟，研究和发展的重点在于不断完善工艺、提高脱硝率、资源尽可能回收、降低成本等。但是引人注意的是绝大部分技术中都有氨的出现，氨具有很强的腐蚀性，对管路设备的要求高；脱硝过程中氨的加入量难以控制，容易引起二次污染；氨易泄露，给操作及存储造成困难。在多孔活性炭质材料上担载尿素用于NOx(x＝1，2)的脱除，是一条没有氨出现的环保型的脱硝技术，代表着一个脱硝新技术的发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种担载尿素的炭基脱硝催化剂及其制备和应用方法，以克服现有技术存在的上述缺陷，实现绿色环保的无氨脱硝工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种担载尿素的炭基脱硝催化剂，其特征在于，所述的催化剂的组分及重量百分含量为：活性炭质载体  75～99.9％

尿素                    0.1～25％

本发明所用活性炭质载体为选自球状活性炭、柱状活性炭、颗粒状活性炭、蜂窝状活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶中的一种；

本发明所用活性炭质载体的比表面积为100～2500m²/g。

本发明还提供一种所述的担载尿素的炭基脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，采用等体积浸渍方法，将活性炭质载体浸渍于0.01g/ml～1g/ml的尿素水溶液中0.5～24h，随后在30～70℃下干燥0.5～24h，制得所需催化剂。

本发明还提供所述催化剂的应用方法，其特征在于，将制得的催化剂装于固定床反应器中，反应温度控制在30～90℃，一个大气压下通入含NO浓度为50～1000ppm的烟气，空速为2000～12000h^-1。

以尿素作为还原剂，脱硝涉及的主要反应式为：

NO+0.5O₂→NO₂

NO₂+NO+(NH₂)₂CO→2N₂+CO₂+H₂O