[发明专利]催化还原脱氮催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高脱氮性能的催化剂及负载制备方法，属于大气污染控制技术领域。

技术背景

氮氧化物(NO_x)的治理目前主要采用选择性催化还原SCR(Selective Catalytic Reduction)技术，这 是由于它具有高效率、高选择性和高经济性的特点，且已在欧美日等发达国家燃煤电厂中商业应用。国外 很多发达国家对SCR脱硝的催化反应机理、反应动力学、催化剂性能改进等进行了大量的研究，目前的研 究仍很活跃，而我国在这方面的研究仍处于起步阶段。尽管我国已有部分电厂投入了脱硫装置，但是在降 低NO_x排放方面与世界先进国家比起来，还存在很大的差距。就当前的技术发展而言，仅靠低NO_x燃烧技 术降低NO_x的排放是远远不够的。其主要原因是这项技术发展比较晚，需要的投资比较大而且国内目前尚 未具备生产制造能力。针对国内近2亿千瓦的装机容量，而且绝大多数为燃煤机组，环保的任务十分艰巨。 环境保护是关系到子孙后代的大事，污染越严重，治理就越困难，造成的损失也越大，投入资金也就越大， 所以治理环境污染要及早动手。

催化剂是SCR工艺的核心，它的类型、结构和表面积都对脱除NO_x效果有很大影响。催化剂的特性 包括反应温度范围、烟气流速、烟气特性、催化活性和选择性以及催化剂的运行寿命，另外，还要考虑催 化剂的成本。SCR催化剂有几种不同的类型，但是所有类型的催化剂在SCR系统中的功能都是一样的。 近年来的研究表明，用于SCR系统脱除NO_x的催化剂大致有以下几大类：贵金属催化剂、金属氧化物催 化剂、分子筛催化剂、类水滑石化合物催化剂。

催化剂在NO_x治理中的地位举足轻重，长时间以来，催化剂的组成、结构、催化活性等方面的研究， 一直是SCR方法研究的重点，未来的工作主要有三个方面：

(1)基于对现有催化剂的组成、表面物理化学性质、活性中心及催化机理的认识，有目的地组合多 组分催化体系，以提高催化活性并降低成本；

(2)设计并应用新型载体，不仅使活性组分更有效地分布于载体表面，同时有较好的稳定性而不受 水蒸气及SO₂的影响；

(3)特别注重催化剂的实用性，尽可能地使研究、测试在接近于实际工作条件的环境下进行。

发明内容

催化剂的制备方案

由于V₂O₅作为催化剂主要活性成分，在采用氨作还原剂时，它对烟气中的氮氧化物的还原具有相当 高的活性。而且与其它氧化物相比，具有良好的水、热稳定性。本课题制备的催化剂以TiO₂为载体，V₂O₅为活性成分。

采用浸渍法制备颗粒状钒系催化剂，利用这种方法制备是由于钒络合阴离子基团与TiO₂表面酸性中心 存在着协同作用^[68]，使活性组分在表面上均匀地分布，形成单分子层覆盖，最大程度地暴露出活性中心， 获得良好的活性。此外，传统的混合法是将组成催化剂的原料(包括载体、活性成分)按一定比例进行机 械混合后挤压成型，因而很难做到混合均匀，容易出现组分分布不均，造成活性组分的浪费而加大成本。 本文采用的方法是将组成催化剂的活性成分和载体分别制成一定浓度的溶液，然后进行混合制成混合溶 液，再将载体与溶液混合，接下来进行老化、脱水、干燥、焙烧。如此制得的催化剂活性组分分布均匀， 减小了活性组分用量而节约成本。

本文制备的钒系催化剂中V₂O₅含量控制在2％～6％(指V₂O₅与TiO₂的质量比)，制备出的不同组分含 量的催化剂样品。

本文为研究不同组分含量对催化剂活性的影响，制备了V₂O₅/TiO₂系列催化剂具体制备步骤如下：

1)配置NH₄VO₃老化溶液