[发明专利]一种用于同时脱除烟气中氮氧化物和有机污染物的铁基复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及脱硝用铁基复合催化剂技术领域，具体来说，涉及一种用于同时脱除烟气中氮氧化物和有机污染物的铁基复合催化剂及其制备方法。

背景技术

NH₃选择催化性能还原(NH₃-SCR)法目前被认为是最高效的烟气脱硝技术，已广泛应用于火力发电厂燃煤烟气NO_X的脱除，而且最有希望应用于钢铁烧结烟气NO_X的净化。SCR技术是指在催化剂存在下，向烟气中喷入NH₃，尿素等还原剂，使其选择性地与NO_X反应生成N₂，而不与O₂发生非选择性氧化，从而达到降低NO_X还原温度和提高NO_X脱除效率的目的。NH₃-SCR技术的核心是SCR催化剂体系；SCR催化剂不同，其还原NO_X的最佳温度区间不同。目前工业上用V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂作为SCR脱硝的催化剂，该反应一般在300～450℃的温度范围内进行，脱硝效率可达80～90％。在工程应用中主要存在着以下问题：1)催化剂昂贵(如V₂O₅-WO₃/TiO₂和V₂O₅-MoO₃/TiO₂等)；2)催化剂窗口温度高(一般为320～450℃)。但烧结烟气温度一般为100～200℃，达不到商用催化剂的窗口温度，需要消耗大量燃料加热烧结烟气，从而增加了SCR烧结烟气脱硝成本；3)烟气脱硝过程中面临着飞灰和杂质的影响，会引起催化剂的堵塞、中毒甚至烧结，导致活性下降。

中国专利号CN20131031303070.8公开了一种用于烧结烟气NH3-SCR脱硝的铁基催化剂，在固定床脱硝应用中，该催化剂温度为350～450℃、NH3/NO＝0.8和空速比为5000h^-1的烧结烟气中的脱硝效率为12.25～39.2％。

中国专利号CN201611216729.8公开了一种移动床热烧结矿脱硝装置，在该装置中，该催化剂温度为350～450℃、NH3/NO＝0.5和空速比为5000h^-1的O₂浓度为15％，NO浓度为400mg/Nm³，SO₂浓度为50/ppm，湿度为6.9％，CO₂浓度为5％的混合气体中的脱硝效率为39.46～42.62％。

根据新修订的环保法，燃煤锅炉烟气NO_X的排放标准限值为200mg/Nm³，燃油锅炉烟气NO_X的排放标准限值为300mg/Nm³，燃气锅炉烟气NO_X的排放标准限值为150mg/Nm³，烧结烟气NO_X的排放标准限值为300mg/Nm³。目前的高效脱硝催化剂价格高昂且使用条件需在高温下进行能耗较高难以大规模使用，但价格较低的铁基催化剂在低温段脱硝转化率难已达到50％以上，脱硝后烟气NO_X的排放无法达标。工业烟气中除了含氮氧化物需要净化外，还含有持久性的剧毒有机污染物如多环芳烃和二噁英等需要进行脱除，但是目前国内外还没有研发出价格低廉、来源广泛的同时脱除烟气中氮氧化物和有机污染物的催化剂。

近年来，以铁的氧化物为活性组分的脱硝催化剂表现出了优异的热稳定性和选择性，且其来源广泛、价格低廉和无毒副作用。常用的铁基催化剂制备方法主要有离子交换法、浸渍法、沉淀法、溶胶一凝胶法和化学气相沉积法等。离子交换法、浸渍法、沉淀法、溶胶一凝胶法和化学气相沉积法具有制备催化剂要求较高、制备工艺复杂和成本也相对较高等缺陷。

为此，基于铁的氧化物具有优异的低温活性和热稳定性的特点，采用来源广泛、价格低廉和无毒副作用的铁矿粉为原料，开发一种制备工艺简单、价格低廉、且能够在250～350℃的低温下同时脱除烟气中氮氧化物和有机污染物的铁基复合催化剂，满足氮氧化物和有机污染物含量较低且空速较低的烟气达标排放的需求，转化率较高的催化剂。

发明内容