[发明专利]一种含元素铈的纳米MnTi复合氧化物催化剂

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种含有元素铈的纳米MnTi复合氧化物催化剂、其制备方法及其在低温SCR脱硝领域内的应用。

二、背景技术：

氮氧化物是大气的主要污染物之一，它包括多种形式，如N₂O、NO、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅等，其中又以NO和NO₂所占比例最大。氮氧化物属于有毒有害气体，人体直接吸入会损坏中枢神经和肺部组织。另外，氮氧化物还是酸雨的主要来源之一，并可与碳氢化合物形成光化学烟雾破坏臭氧层造成植物枯死和人群死亡，而且还是温室气体之一。

我国是以煤为主要能源的国家，煤在一次能源中约占70％，而且其中绝大部分是通过燃烧方式利用的。电力工业是我国的燃煤大户，火电厂是主要的NO_x污染物排放源之一。“十一五”期间，我国经济仍然将快速发展，能源需求旺盛。据预测，到2010年，我国煤炭消耗将达到16.9亿～19.9亿吨；到2020年，原煤消耗将达到20.5亿～29.0亿吨，燃煤产生的NO_x将急剧增加。根据国务院审议通过的电力工业“十一五”发展规划，“十一五”期间规划开工火电项目1.41亿千瓦，按照现有的NO_x控制政策，初步测算2010年NO_x排放量将达850亿吨左右。面对严峻的环保形势，国家于2004年实施了《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)及《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004)，其中规定国家允许的NO_x最高排放质量浓度为燃煤：450mg/m³(Vdaf＞20％)；燃油：200mg/m³；燃气：150mg/m³，并且于2004年7月开始征收NO_x排污费，标准为0.63元/kg。可见氮氧化物控制的重要性。

目前按照烟气的排放温度一般可将SCR催化剂分为高温、中温、低温三种不同的SCR催化剂。高温SCR催化剂一般要求温度窗口在300℃～400℃或更高，中温SCR催化剂的温度窗口一般在200℃～300℃，而低温SCR催化剂则一般要求温度窗口在100℃～200℃或更低。目前商业上应用比较广泛的是以TiO₂为载体负载钒、钨和钼等活性组分的中温催化剂。中温催化剂按照SCR装置布设位置可分为高灰段、低灰段和尾部布置三种类型。具体位置即安装于空预器和ESP电除尘前、空预器前但高温ESP后，以及FGD脱硫之后三种形式。布置在空预器和ESP电除尘前属于高灰段，催化剂除要求有较高的活性外还必须有较强的抗阻塞能力以及抗碱金属和SO₂毒性等能力。布置在空预器前但高温ESP后，催化剂可以免除粉尘的副作用，但仍然需要有较强的抗SO₂毒性能力，同时要求ESP具备耐受高温的性能。布置在FGD脱硫之后的中温催化剂，由于活性窗口的限制需要大量的烟气再热能耗。

我国自2004年已开始加强对NO_x排放的治理，但是中国现有锅炉的省煤器、空气预热器和锅炉本体是组成一体的，很难应用国外的SCR脱硝技术。而低温SCR催化剂则可在不改变我国现有锅炉系统及其配套电除尘器的条件下置于电除尘器之后，既可避免烟尘对催化剂的影响，又可利用烟气余热实现SCR高效脱硝。在工业生产中，燃烧烟气成分比较复杂，经静电除尘后，温度为140℃～150℃，含尘100mg/m³～150mg/m³，H₂O 5％～8％，SO₂ 1000ppm～4000ppm，NO 300ppm～800ppm，O₂4％～7％，CO₂12％～15％，N₂75％左右。因此开发一种在此温度区间内具有较高SCR脱硝活性的催化剂具有重要的意义。而低温SCR催化剂在国内外还处于研究和开发阶段，技术上还有待完善。文献数据表明当空间空速大于5万每小时以后，催化剂对NO的转化能力下降十分迅速，而提高催化剂的空速可以明显减小催化剂的用量，减小维护费用，提高反应效率，减小能耗等。