[发明专利]一种环保型低温抗水SCR脱硝催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化剂领域的一种环保型低温抗水SCR脱硝催化剂，为MnOx‑FeOx‑MOx多元金属氧化物催化剂；所述氧化物MOx的金属元素M选自W、V、Cu、Mo、Ni、Sn、Sb、La、Ce、Co、Zr、Pr、Nd、Pu中的一种或多种；其中优选W、V、Cu、Mo、Sn、La、Ce、Co、Zr中的一种或多种；其中，x为1‑4。该催化剂采用多元金属氧化物为活性组分，可采用强化分散的氧化还原共沉淀法制备，制备方法简便环保，易于工业化，且催化剂的低温脱硝和抗水性能得到了明显提高，尤其适用于诸如以天然气为原料的高水含量烟气的低温脱硝，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及大气污染控制技术领域，更进一步说，涉及一种环保型低温抗水SCR脱硝催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着人们环保意识的日益提高和国家环保要求的愈加严苛，各地区锅炉NOx的排放限值的执行标准也越来越苛刻，在北京、郑州、上海等重点区域新建锅炉的NOx指标是50mg/m³，甚至30mg/m³。通过改变燃烧条件来降低燃料燃烧过程中产生的NOx低NOx燃烧技术，最多仅能降低NOx排放量的50％左右，这就需要采用尾部烟气脱硝技术来进一步降低NOx的排放。

燃烧后烟气脱硝技术是指通过各种物理、化学过程使烟气中的NOx还原或分解为N₂，或者以清除含N物质的方式去除NOx。按反应体系的状态，烟气脱硝技术可大致分为干法(催化法)和湿法(吸收法)两类。湿法烟气脱硝是指各种利用水或酸、碱、盐及其他物质的水溶液来吸收废气中的NOx,使废气得以净化的工艺技术方法。但该技术存在一些难以克服的问题造成应用价值有限。干法烟气脱硝技术主要包括选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、电子束法(EB)、脉冲电晕低温等离子体法(PCIPCP)、SNRB(SOx-NOx-ROx-BOx)联合控制工艺、联合脱硝脱硫技术(SNOx)工艺、固体吸收/再生法等。与湿法脱硝技术相比，干法脱硝技术效率较高、占地面积较小、不产生或很少产生有害副产物,也不需要烟气加热系统，因此绝大部分电厂锅炉采用干法烟气脱硝技术，其中使用钒基催化剂的选择性催化还原法(NH₃-SCR)应用最为广泛，但仍存在一些问题：首先，钒基催化剂的有效活性温度区间较宽，对于商用的V₂O₅-WO₃/TiO₂和V₂O₅-MoO₃/TiO₂，在NH₃/NO为1:1的化学当量比情况下，最佳反应温度区间在380-420℃，当温度超过这一区间的上限时，NH₃氧化的副反应发生，生成N₂O和NO，从而降低了NO的转化率，这就要求脱硝装置必须安装在烟道合适的位置；其次，作为活性组分的V₂O₅是一种剧毒物质，容易对人体和环境造成二次污染；第三，V₂O₅易将烟气中的SO₂氧化成SO₃，从而与NH₃反应生成硫酸铵及硫酸氢铵从而造成催化剂活性下降，并且堵塞反应器造成安全隐患。综上所述，现有工业装置改造的空间和技术问题，造成了工程改造复杂和经济上的巨大损失，因此，大力发展低温SCR脱硝技术十分必要。

目前，低温SCR脱硝催化剂主要包括碳基催化剂、分子筛类和锰基催化剂等等。在文献报道中可见，各类低温SCR脱硝催化剂，脱硝反应温度大多在80-250℃之间，脱硝性能和N₂选择性也不乏优异者。但普遍存在的问题是，催化剂的抗水性能不佳，当烟气中水含量达到10％时，催化剂性能将大幅降低。在面对工业上诸如以天然气为原料的高水含量(15％-30％)烟气时，催化剂会很快失活。以锰基催化剂为例，单一Mn氧化物即表现出良好的低温脱硝性能，但其抗水性能欠佳。多种金属元素掺杂改性形成的混合金属氧化物的脱硝性能研究最为广泛，如Mn-Ce、Mn-Co、Mn-Fe、Mn-Cu等的SCR脱硝性能均较单一Mn氧化物有所提高，但离工业应用还有一定差距。