[发明专利]一种添加凹凸棒石的SCR脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，特别是涉及一种用于火电厂和工业窑炉烟气的SCR脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物(NOx)是除烟尘和二氧化硫之外主要的大气污染物之一，任其排放将对自然环境和人体健康造成危险。国外对氮氧化物减排的技术和政策研究已经有约30年的历史。“十一五”期间，我国开始启动氮氧化物减排工作，尤其是针对氮氧化物污染较严重的京津冀、长三角和珠三角地区。鉴于火力发电行业排放的氮氧化物占我国总排放量的40％左右，《2009-2010年全国污染防治工作要点》中要求2010年后在京津冀、长三角和珠三角地区，新建火电厂必须同步建设脱硝装置，并在2015年年底前现役机组全部完成脱硝改造。因此，我国“十二五”期间将形成对脱硝技术的巨大需求。

在目前主流的脱销技术中，国外90％以上的脱硝工程采用以选择性催化还原(SelectiveCatalytic Reduction，SCR)技术为主的脱硝工艺。SCR技术具有最高的脱硝效率和较好的经济性，其核心是选择性还原催化剂。在催化剂存在的条件下，喷入烟气中的氨能选择性地与NOx反应形成N₂和H₂O从而脱硝。目前SCR催化剂的主流是V-W-Ti催化剂，成分以TiO₂为载体，以V₂O₅或WO₃-V₂O₅为活性组分，同时添加MnO₂和MoO₃等作为抗烧结和抗中毒组分。国内部分脱销工程中发现，由于煤质较差、燃烧控制等因素，导致烟气中烟尘、砷和碱土金属对催化剂造成物理和催化性能的损害，活性下降较为严重，使用寿命普遍难以达到36000h。提前更换催化剂使得SCR工艺的经济性下降，因此需对催化剂抗毒性能、机械强度和耐烧结性能进行改进以使其适合我国的烟气情况。

SCR反应过程是一个催化剂参与的多相反应，更大的表面积，更多的活性位以及优化的孔道结构为反应物的吸附、反应和脱附提供有利条件，因此提高SCR催化剂性能的一个重要工作就是优化其微观结构，并保持微观结构的稳定。微孔-介孔-宏孔组合的多级孔道结构对催化过程的吸附、反应和传质有利。地球上多种非金属矿具有天然的一维和二维结构，因此被关注并应用到催化剂中。

美国专利US 4188365公开了一种以TiO₂和平均粒径为0.1-100微米的蒙脱石型的高岭土颗粒混合物做载体的SCR催化剂，其中添加了其他纤维结构的材料来优化载体的结构性能。

国内专利CN200810195864.8公开了一种以粉煤灰为载体的低成本SCR法脱硝催化剂及其制备方法，其中添加硅溶胶、粘土、玻璃纤维丝以增加催化剂强度。

凹凸棒石(Attapulgite)，又称坡缕石(Palygorskite)或坡缕缟石，是一种具有丰富微观结构的含水富镁硅酸盐矿物。凹凸棒石的晶体呈针状、纤维状或纤维集合状，微观上具有直径20nm长度约200-2000nm的孔道，呈现一维纳米结构的特征；宏观上表现出具有较大的比表面积、氨选择性吸附及离子交换特性。这些特征使得凹凸棒土作为SCR脱硝催化剂的结构优化组分成为可行。我国具有凹凸棒石的资源优势，占全世界已探明凹凸棒石黏土储量的44％。至今尚未有添加凹凸棒石以提高SCR催化剂性能的研究和文献报告。

发明内容

本发明的目的是添加凹凸棒石以改进SCR脱硝催化剂的性能，其机理是使得SCR催化剂具有微孔-介孔-宏孔交联的网状结构，同时优化催化剂的弹性和强度，从而提升催化剂的传质、抗中毒性能和抗飞灰磨蚀的性能。本发明制备的SCR脱硝催化剂可用于火电厂和工业窑炉烟气中NOx的脱除。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在SCR脱硝催化剂配方中，添加3-50％质量比的凹凸棒石。制备这种SCR脱硝催化剂所用原料配比(质量百分比)为：

二氧化钛                                       40-90

凹凸棒石                                       3.0-50.0

活性组分：V₂O₅、MoO₃、WO₃、MnO₂                1-10

成型助剂：羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、碳纤维     1-10