[发明专利]一种用于中高温脱硝的铁基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于中高温烟气脱硝的催化剂及其制备方法和应用，包括活性金属成分和负载载体。活性金属成分包括铁以及镍和/或钨元素。负载载体包括流化床锅炉循环灰、天然沸石、分子筛。制备方法主要为液态离子交换法或浸渍法。制备完成的催化剂在500～900℃温度范围内具有较强催化脱硝活性，实验室内脱除氮氧化物效率为53‑99％，无毒且氮气选择性强，可用于工业过程的中高温烟气中氮氧化物的排放控制。本发明具有脱硝效果好且制备便捷等优点。

技术领域

本发明涉及一种用于中高温脱硝的铁基催化剂及其制备方法和应用，属于气体污染控制技术领域。

背景技术

氮氧化物(NO、NO₂、N₂O、N₂O₄、N₂O₅等，统称NOx)是一类污染环境、破坏人体健康的有害气体，主要来源于燃煤电厂、化工厂、钢铁厂等行业或燃煤/燃油锅炉。2012年开始实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011),规定即时起新建火力发电锅炉及燃气轮机组NOx排放限值小于(6％基准含氧，下同)100mg/m³。而燃煤电厂超低排放更是要求NOx排放量小于50mg/m³。

选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)是目前世界各地应用最为广泛的烟气脱硝方法，即以NH₃为还原剂的条件下，在催化剂的表面吸收NO气体并生成一系列中间产物(如NH₂NO)，最终以N₂和H₂O的形式脱除。这个过程中常采用V₂O₅-WO₃/TiO₂商业型催化剂，其具体反应方程式如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O (1)

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O (2)

该催化脱硝体系应用温度窗口窄(300～400℃)，其中主要活性成分V₂O₅具有毒性，且存在易流失、废弃物处理困难等问题，还容易将烟气中的二氧化硫氧化成为三氧化硫后结合NH₃分子生成硫酸氢氨，造成下游烟道及受热面产生堵塞和腐蚀。

目前已有的脱硝催化剂研究中主要集中在低温(100～450℃)温度区间。在中高温宽区域(500-900℃)内可应用催化剂种类极其少。现有氨基选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝技术最佳反应温度主要为900-950℃，当工业装置负荷降低时，烟气温度随之降低，远离SNCR最佳反应温度，造成系统脱硝效率明显下降。因此，开发相应温度区间的催化剂具有重要的实际意义。

发明内容

本发明旨在提供一种高温脱硝的铁基催化剂及其制备方法和应用，以用来开发能够有效在500～850℃的宽温度范围内脱硝的催化剂。

本发明通过以下技术方案实现：

一种用于中高温脱硝的铁基催化剂，包括活性金属成分和负载体，所述活性金属成分包括铁元素以及镍元素和/或钨元素；所述负载体包括分子筛、天然沸石、流化床锅炉循环灰中的任一种或多种混合物。

上述技术方案中，所述分子筛选用HZSM-5型分子筛。

上述技术方案中，所述活性金属成分的质量百分比为0.1％～25％，且其中铁元素为40％～80％，镍元素为0～50％，钨元素为0～35％。

一种如上所述的用于中高温脱硝的铁基催化剂的制备方法，所述方法包括：

称取适量含铁前驱体；