[发明专利]一种钒系负载型高温SCR催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及火电厂烟气高温脱硝SCR反应催化剂，具体地涉及一种钒系负载型高温SCR催化剂及其制备方法。

背景技术

在我国，以煤炭为主的一次能源生产和消费结构带来了严重的环境污染问题。其中，氮氧化物的污染不断加剧，局部地区甚至出现了光化学烟雾污染。目前，火电厂氮氧化物的排放量约占全国氮氧化物排放总量的一半，随着火电厂数量的不断增加，火电厂氮氧化物的排放量及所占比例还将不断上升。控制氮氧化物排放量已成为火电厂污染重点治理工作。

目前SCR反应中广泛使用的载体为单一的TiO₂。以其为载体的催化剂在SCR选择性催化还原的工程应用中存在诸多问题，主要存在以下三个方面的问题：(1)温度窗口较窄，起活温度比较高，低温下该类催化剂的反应活性较低；(2)烟气中含有的H₂O、SO₂以及Hg等金属会对催化剂酸性位以及活性物种表面状态产生影响，从而对活性有一定影响；(3)催化剂的使用成本较高，钒/钛类催化剂的机械强度不高、使用寿命较短。

研究发现以钛锡固溶体为载体的催化剂能较好地解决上述载体存在的问题。前人通过对不同晶型TiO₂进行研究，如金红石型、锐钛矿型和混合晶型，对不同晶型TiO₂载体对SCR催化剂性能的影响的结论并不一致。但金红石由于其比表面积较小(＜5m²/g)，在负载型催化剂制备中使用不多。然而，SnO₂和TiO₂均有金红石结构，且具有相同的结构、独特的电子构型和化学性质，能够形成稳定的TiO₂-SnO₂固溶体，具有较大的比表面积，同时其晶型稳定，能在较高温度下工作，因此，有关Ti_1-xSn_xO₂固溶体催化剂研究日益受到重视。钛锡固溶体之所以有较高的催化活性，是由于SnO₂和TiO₂之间发生了协同作用。SnO₂和TiO₂之间的相互作用大大降低了TiO₂从锐钛矿转变为金红石的相变温度；另外SnO₂和TiO₂之间的相互作用使形成的固溶体具有较大的比表面积、较小的粒度和较多的表面晶格氧，还原后生成更多的氧阴离子空穴；同时SnO₂-TiO₂固溶体中的TiO₂以金红石结构存在，而且SnO₂促使Ti⁴⁺还原成Ti³⁺，从而形成强碱中心，此中心和邻近的氧阴离子空穴共同吸附SO₂形成SO₂还原反应的吸附络合物中间体。

目前，国内外对以钛锡固溶体为载体的催化剂的研究较少，对于其表面的结构以及其在催化中的作用机理仍不是非常清晰。但在钛锡催化剂上SO₂对NO-CO联合脱除有促进作用，同时不生成有毒害的副产物COS(羰基硫)，这对联合脱除硫氧化物和氮氧化物提供了很好的研究方向。

稀土氧化物CeO2也是较好的助催化剂组分，具有极好的储存氧和释放氧的能力，可增加反应过程中催化剂表面氧的浓度，增加催化剂的催化活性。CeO₂在催化剂中还能起分散性能，增进催化剂的热稳定性和抗烧结能力和抗积炭等作用。另外，CeO₂还表现出较好的抗水、抗SO₂作用。烟气中SO₂对催化剂的脱硝活性产生一定的影响，并且随着SO₂浓度升高，对催化剂脱硝活性的抑制作用增强。CeO₂/TiO₂受水蒸气和SO₂共同作用，脱硝效率保持在85％左右。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种钒系负载型高温SCR催化剂，该催化剂通过添加CeO₂提高了催化剂的抗热性，降低催化剂的还原温度，提高脱硝效率，拓宽其选择性催化还原脱硝活性温度窗口，对V₂O₅/TiO₂-SnO₂催化剂有很好的改性作用。

本发明还要解决的技术问题是提供上述钒系负载型高温SCR催化剂的制备方法。