[发明专利]一种天然铁锰复合氧化物SCR脱硝催化剂及利用其对烟气脱销的方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染控制领域，特别针对选择性催化还原烟气脱硝催化剂及其应用方法。

背景技术

火力发电厂、烧结厂、水泥窑等各类工业窑炉以及机动车辆等，在高温燃烧过程中产生大量NOx。氮氧化物排放不仅引起酸雨，还会导致光化学烟雾和臭氧层破坏等区域环境污染问题。现今降低烟气中氮氧化物的技术主要有两类：第一类是燃烧过程控制，即改进燃烧方式，在燃烧过程中降低氮氧化物的生成(包括低氧燃烧技术、多段燃烧技术等)；第二类是末端治理，即烟气脱硝，包括吸收法、吸附法、非选择性催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)等。

SCR脱硝催化剂的研究近年来受到极大的关注。根据中国知网文献资料检索，自2000年以来发表有关脱硝的中文论文高达1930篇。在Web of Science上用Selective Catalytic Reduction和NOx作为主题词搜索，自2000年以来发表有关催化还原脱硝论文高达1384篇。截止目前，已公开中国发明专利申请167项。表明脱硝催化剂一直是国内外研究的热点领域。这些脱硝催化剂，从载体来说主要是TiO₂、Al₂O₃、活性炭、粘土矿物等，催化活性组分主要是VO_x、MnO_x、CeO₂、SnO₂，一些催化剂中还添加辅助催化组分。

基于V₂O₅/TiO₂催化剂的SCR技术以其较高的脱硝效率在国外烟气脱硝工程上得到较广泛的应用，国内部分电厂已经引进该技术进行烟气脱硝。SCR法是以氨或尿素作为还原剂在催化剂作用下将NOx催化还原，使氨能有选择的与烟气中的NOx反应生成N₂和H₂O。

催化剂V₂O₅/TiO₂，具有脱硝效率高、稳定性好等优点，同时加入助剂WO₃可以提高其热稳定性。V₂O₅/TiO₂脱硝催化剂不足之处在于：一是催化制备成本较高；二是催化剂制备条件较为严格不易控制；三是操作温度较高(350～400℃)，且控制严格，不适合我国现有电厂烟气脱硫、除尘后温度偏低的实际情况。更为重要的是该类钒钛氧化物催化剂中的钒是毒性较大的重金属元素，在催化剂制备、催化反应器安装、失效后的处理和处置过程中都对对人体健康和环境造成很大危害。

开发低温催化剂可以使反应在较低的温度下(200℃左右)进行，这不但可以减少反应能耗、降低成本；还可以考虑采取将SCR装置放置在ESP(电除尘)之后降低或完全排除SO₂对催化剂的影响。国内外文献中提到的低温SCR脱硝催化剂主要是浸渍法制备的MnO_X/TiO₂、MnO_X/AC、MnO_X/Al₂O₃、MnO_X、MnO_x/凹凸棒石，具有较高的活性且水蒸气对催化剂的活性影响较小，但是烟气中SO₂会对反应活性产生较大副作用，锰基催化剂虽然具有低温活性高的特点，但是容易失活，寿命短。国内公开专利(CN101352681)公开了以活性碳为载体浸渍负载Mn、V、Cu、Co、Fe氧化物低温SCR催化剂的制备；公开专利(CN101011659)公开了以活性碳为载体浸渍负载MnO_X/CeO₂低温SCR催化剂的制备。以活性碳为载体制备的催化剂优点在于活性炭载体丰富的比表面积有利于活性组分的分散，并且具有一定的抗SO₂性能，但是在活化再生过程中活性炭高温烧蚀过于严重，导致催化剂损耗过大。因此，开发廉价、无毒、抗硫的脱硝催化剂是解决烟气脱硝的关键所在。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中的不足之处，提供一种生产方便、成本低廉、催化脱硝活性高、无毒无害、可回收的纳米结构化铁锰复合氧化物SCR脱硝催化剂。

天然铁锰氧化物矿石资源产出丰富(图1)，主要由纳米针铁矿和各种类型的锰氧化物组成，并且纳米铁氧化物和纳米锰氧化物以及粘土在纳米尺度上复合(图2)，构成天然的纳米复合材料。研究发现这种铁锰复合氧化物具有低温脱硝的优点，还具有一定的耐硫性和脱硫性能。