[发明专利]一种中低温钒钛基SCR脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中低温钒钛基SCR脱硝催化剂，包括TiO₂‑SiO₂载体、有效组分、钒质供体；所述TiO₂‑SiO₂载体采用非均相沉淀法制备而成；有效组分为过渡金属活性组分中的至少一种，或稀土元素活性组分中的至少一种；钒质供体的前驱体为可溶性钒盐，具体为偏钒酸钠、偏钒酸铵和偏钒酸钾中的至少一种。该催化剂为空心球型包覆结构，通过构建空心球型包覆结构复合载体及添加活性组分提高催化剂的抗热性，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‑SiO₂催化剂有很好的改性作用。

技术领域

本发明属于水泥工业中大气污染物减排领域，具体涉及一种中低温钒钛基SCR脱硝催化剂及制备方法。

背景技术

工业窑炉、机动车等不可避免的存在不同浓度的氮氧化物(NOx)的排放。继SO₂之后，NOx成为主要大气污染物之一，年排放量超过千万吨；会导致酸雨、光化学烟雾等诸多环境问题，也严重危害人体健康。对工业窑炉这类固定源NOx的脱除国际上主要采用最为成熟的选择性催化还原脱硝技术(SCR)。而SCR催化剂为该技术的核心组成部分，其化学组成以及物理结构对脱硝效率有着至关重要的影响。SCR催化剂的研究始于19世纪中后期，历经多年发展，早已实现商业化。

钒基SCR催化剂由于其优异的催化活性、抗硫性能以及高N₂选择性为目前主要应用的催化剂。目前商用SCR脱硝催化剂为V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂，其以V₂O₅作为主要的活性组分，WO₃(或MoO₃)为助剂，以锐钛矿型TiO₂为载体，V₂O₅的含量在1wt％左右，WO₃含量在7.0wt.％左右；其应用的温度窗口多在300～420℃之间，较高的应用温度使得其反应器通常布置于除尘器之前。然而，我国30％的工业锅炉，例如水泥窑炉、钢铁烧结机、玻璃窑炉等SCR脱硝装置于烟气温度较低的设备段中(如除尘器之后)，其烟气出口温度为150-250℃：电厂锅炉低负荷运行时的烟气出口温度可能低于300℃；玻璃运行烟气最低温度200℃；焦化厂运行烟气最低温度180℃；钢铁烧结机尾气通常只有120℃左右。由于烟气中存在一定含量的SO₃以及水蒸气，在烟气温度低于300℃的时候，还原剂氨与SO₃、水蒸气发生反应生成硫酸氢铵沉积在催化剂上，从而覆盖催化剂活性位点，堵塞孔道，从而降低脱硝活性，导致NOx排放浓度升高。然而，通过工业炉窑技术改造提高烟温，在空间上和经济上的可行性均不高。因此，常规的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂无法满足烟温要求。

此外，常规的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂也存在(1)具有生物剧毒性的V₂O₅在使用过程中容易发生升华或脱落，对环境和人体健康具有潜在的危害；(2)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；(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；(4)单一的TiO₂载体比表面积比较小。