[发明专利]一种富氧条件下氢部分选择还原一氧化氮的方法

说明书

本发明涉及环境保护、工业催化、气体净化等领域。首次提供了一条在活性非均布Pd(-M)/Al₂O₃催化剂上，富氧条件下，氢部分选择性催化还原NO的新途径。

在化学、电力等工业中，有大量含NO的废气排放到大气中。NO经一系列变化，会变成酸雨、光化学烟雾、光化学污染等环境问题，对人类及生态环境造成巨大的损害。废气中NO的处理日益重要。氢部分选择性催化还原NO方法是众多NO脱除方法之一，一般是在贵金属催化剂(Pd、Pt、Rh)上，向废气中加入超过与O₂、NO进行化学反应的计量比的氢，使O₂、NO基本完全反应，达到脱除NO的目的。由于大量的氢与还原剂进行反应产生大量的热，所以一般配有能量回收系统。此过程存在明显的不足：

(1)氢配入量大，还原剂费用高；

(2)反应温度高，设备投资大；

(3)催化剂贵金属用量高，一般为0.5～1％(以重量计)；

(4)不适用于氧含量高的气氛。

本发明的目的在于提供一种富氧条件下氢部分选择还原NO的方法，其NO脱除率高，操作温度低，耗氢量低，催化剂贵金属用量少，流程简单，操作方便。

本发明提供了一种富氧条件下氢部分选择性还原NO的方法，其特征在于选择还原NO的反应在下述条件下进行：

(1)使用活性非均布Pd/Al₂O₃催化剂，即Pd活性组份在载体上呈蛋壳型分布，Pd含量为0.1～0.5％重量；

(2)在富氧条件下，即配入氢量低于废气中氧的进行反应的化学计量比，氢氧摩尔比在0.25～2之间；

(3)在较低温度下，操作温度常温～250℃。

本发明催化剂中，还可以添加Sr、Mg、Ca、Mn、Cr、V、Zn之一种为助剂，含量为0.1～10％重量。

本发明的原理是利用在活性非均布Pd(-M)/Al₂O₃催化剂上，氢还原NO反应在与氢氧反应的平行竞争过程中占优势，从而实现富氧条件下的氢部分选择性还原NO过程。常温、低温下(15～250℃)，氢还原NO选择性高，NO脱除率高达80～100％；高温下(250～700℃)，氢还原NO选择性低，NO脱除率相应降低。主要反应如下：

           I

             II

              III

                 IV

反应I II III为NO还原反应，反应IV为氢氧反应。反应引发后，H₂同时分配给NO、O₂进行还原反应和氢氧反应。此过程的关键在于控制温度，保证有足够的氢与NO进行还原反应I、II、III。

本发明采用以Pd为主要活性组份的低钯含量活性非均布Pd(-M)/Al₂O₃催化剂。该催化剂具有活性高、低温稳定性及多次启动性好、贵金属用量少的优点。贵金属的用量仅为0.1～0.5％，比常用催化剂的贵金属用量低5～10倍，从而使催化剂价格大幅度降低。

本发明采用氢作为部分选择性还原剂，配入的氢量根据废气中的氧量调节。氧量高，配入的氢量高；反之配氢量低。配入的氢量始终低于与氧进行反应的化学计量比。使得还原剂用量少，有效的降低了还原剂的费用。配入的氢既可以采用纯氢，也可以采用粗氢或废氢，这样可以进一步降低还原剂费用。

本发明的反应引发温度低(35～50℃)，反应引发后，利用反应热保持操作温度(50～250℃)，有效降低了能耗。

下面通过实施例详述本发明：

附图1为尾气H₂、O₂含量与NO脱除率随温度变化的结果；

-□-尾气氢含量    -■-尾气氧含量    -●-NO脱除率