[发明专利]超声波浸渍法制备低温选择性催化还原脱硝催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备方法，具体涉及一种超声波浸渍法制备低温选择性催化还原脱硝催化剂的方法，属于国内大型燃煤电厂排放烟气中氮氧化物的治理技术领域。

背景技术

近年来，随着工业技术的飞速发展使得人类对燃煤、石油、天然气的需求量也逐渐年增加，加上机动车数量的激增，不可避免的对大气环境造成了严重的污染。氮氧化物(NO_x)是造成大气环境污染的主要祸首之一，70%的NO_x排放来源于工业生产，尤其以燃煤电厂等为重，NO_x有很强的毒性，排放到大气中会对人体健康、生存环境及生态稳定性造成很大危害。

NO_x脱除技术主要可分为燃烧前脱硝、燃烧中脱硝和燃烧后脱硝三种。燃烧前脱硝主要是从源头控制NO_x排放，通过对煤等固体燃料进行预处理（如加氢脱硝、冼洗等方法）进行脱氮来提高燃烧效率，但是运行成本较高，不适合工业发展；研究者根据对燃烧中NO_x产生的机理研究，提出了在燃烧过程中通过辅助手段抑制NO_x的产生以及对产生的NO_x进行还原，从而较少NO_x的排放，目前已经开发并且取得了一定效果的燃烧中脱硝方法主要有将空气分级送入炉内使燃料分级分段的空气分级燃烧技术、根据燃烧中生成的NO与烃类化合物会发生反应提出了燃料分级燃烧技术、在锅炉空气预热器前抽取部分低温烟气直接送入炉内的烟气再循环技术以及成功开发了低NO_x燃烧器设备等；而燃烧后脱硝方法主要是对燃料燃烧后产生烟气中的NO_x排放进行控制，其相对于前两类方法的效率要高，并且容易控制，这也脱硝技术的研究热点。

目前最常用、研究最多的燃烧后脱硝方法是选择性催化还原法（简称SCR法），SCR脱硝法是指在一定的温度范围内，向烟道气中加入还原剂（常用的有HN₃、CO、尿素或者碳氢化合物等），在SCR脱硝催化剂催化的条件下，烟气中NO_x与氧气、还原剂发生氧化还原反应来脱除NO_x，从而达到净化烟气的目的。研究发现，一般以NH₃作为还原剂时能够得到较高的NO_x脱除效率，所以现在研究都一致认为以NH₃作为还原剂。从反应过程中可以看出， SCR脱硝方法中相对比较关键的部分是催化剂，催化剂的性能直接关系NO_x的脱除。最常用的商用SCR催化剂是以锐钛矿型TiO₂为载体，以V₂O₅、V₂O₅-WO₃、V₂O₅-MoO₃或V₂O₅-WO₃-MoO₃等金属氧化物为活性催化成分，常规SCR反应温度一般控制在300-400℃之间。

根据SCR反应器相对于除尘器的安装位置，可将SCR 脱硝工艺分为：（1）高粉尘工艺，其是将进行SCR反应的装置安装在省煤器和除尘器之间，这样出来的烟气温度较高，可以满足常用商业催化剂的活性温度范围。然而，在高粉尘烟气中会含有大量粉尘和SO₂颗粒，不可避免的会对催化剂造成堵塞并致使中毒，而后催化剂需要再生，无形中就大大增加运行成本；（2）低粉尘工艺，其是将进行SCR反应的装置安装在除尘器之后、脱硫装置之前，虽然烟气中粉尘颗粒大量减少，不会损害催化剂，但是烟气中SO₂的影响依然存在，其会与SCR反映中的还原剂发生反应生成固体颗粒覆盖催化剂表面，同样会堵塞催化剂使其中毒。

烟气在同时经过除尘器和脱硫之后温度会大幅下降，如此无法正常满足常用商业催化剂的最佳活性温度窗口范围，需要额外安装蒸汽加热装置和换热器来身高烟气温度，浪费大量能源，直接导致SCR工艺投入成本大幅增加，不利于工业的可行性。综上，开发低温环境下的SCR催化剂显然具有现实意义，这样可以同时解决粉尘颗粒和SO₂的影响的问题，投入反应装置设备费用和运行费用较低，同时还原剂的直接氧化耗损也将降低，因此低温SCR工艺具有优越的经济实用性^[26-28]。但是烟气经过除尘和脱硫后温度会降至200℃以下，在此温度内常用催化剂的催化性能极低，所以研究开发与此温度相匹配的低温SCR催化剂已成为研究者竞相研究的热点。