CN105521806A - 一种scr烟气脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SCR烟气脱硝催化剂，属于烟气脱硝技术领域，所述SCR烟气脱硝催化剂包括载体、活性组分和辅料，其中载体包括碳化硅45份~65份、三氧化二铝15份~30份，活性组分包括三氧化钨3份~10份、五氧化二钒1.5份~2.5份、二氧化铈1份~4份、二氧化锆1份~5份，辅料包括玻璃纤维1份~5份、纸浆棉1份~5份、硬脂酸1份~4份、聚氧化乙烯1份~3份。该技术方案中碳化硅和三氧化二铝为采用溶胶凝胶法制备的SiC-Al2O3复合载体，该复合载体能够有效提高催化剂的比表面积，增加了催化剂的高温耐受性，拓宽了催化剂的工作温度窗口，有益效果显著。本发明还提供了一种上述脱硝催化剂的制备方法，该方法生产的脱硝催化剂兼具大比表面积和较高的脱硝率，市场前景广阔。

Description

一种SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种SCR烟气脱硝催化剂，以及该催化剂的制备方法，属于烟气脱硝技术领域。
背景技术
随着国民经济发展、人口增长和城市化进程的加快，环境污染问题日益凸显，尤其是SO2和NOX的排放问题。NOX能引起酸雨、光化学烟雾、地表水富营养化等环境问题，并且能够危害人类健康，因此针对其采取防护措施刻不容缓。目前脱硝效率最高、最为成熟的技术是选择性催化还原（SCR）技术，该技术依赖催化剂中的活性组分将NOx催化还原为无污染的N2，从而达到净化空气的目的。
传统用于SCR脱硝催化剂的催化活性温度大致在300℃~430℃之间，在此温度区间内可以保持较高的脱硝率，但是，当温度高于500℃时，现有的催化剂普遍存在比表面积降低严重，脱硝效率低，使用寿命短的问题，而部分适用于高温环境的催化剂同样存在比表面较小，脱硝效率不理想的问题，因此，研发一种在高温条件下兼具大比表面积与高脱硝率的脱硝催化剂具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种SCR烟气脱硝催化剂，具体技术方案如下：
一种SCR烟气脱硝催化剂，所述SCR烟气脱硝催化剂包括载体、活性组分和辅料，其中载体包括碳化硅45份~65份、三氧化二铝15份~30份，活性组分包括三氧化钨3份~10份、五氧化二钒1.5份~2.5份、二氧化铈1份~4份、二氧化锆1份~5份，辅料包括玻璃纤维1份~5份、纸浆棉1份~5份、硬脂酸1份~4份、聚氧化乙烯1份~3份。
作为上述技术方案的改进，所述碳化硅和三氧化二铝为SiC-Al2O3复合载体。
作为上述技术方案的改进，所述碳化硅为粒径范围为10nm~50nm的纳米级碳化硅，所述三氧化二铝为粒径范围为20nm~30nm的纳米γ-Al2O3。
作为上述技术方案的改进，所述SCR烟气脱硝催化剂中碳化硅含量的重量分数为55份~65份，三氧化二铝含量为18份~30份，三氧化钨含量为4份~8份，二氧化铈含量为2份~4份，二氧化锆含量为2份~5份。
上述技术方案中碳化硅和三氧化二铝为采用溶胶凝胶法制备的SiC-Al2O3复合载体，该复合载体能够有效提高催化剂的比表面积，增加了催化剂的高温耐受性，拓宽了催化剂的工作温度窗口，有益效果显著。
本发明还提供了一种上述SCR烟气脱硝催化剂的制备方法，包括两个步骤：步骤一，载体的制备；步骤二，催化剂的制备；
所述步骤一中，先将阴离子表面活性剂与纳米级SiC颗粒混合分散，再利用Al2O3溶胶对SiC颗粒进行表面包覆改性，得到SiC-Al2O3复合颗粒，并制备得到SiC-Al2O3复合载体；
所述步骤二中，将SiC-Al2O3复合载体与活性组分混炼，经过预挤出、陈腐、挤出、一次干燥、二次干燥、焙烧，得到SCR烟气脱硝催化剂产品。
作为上述技术方案的改进，所述步骤一中，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
作为上述技术方案的改进，所述步骤一中，向SiC-Al2O3复合颗粒中加入二氧化铈和二氧化锆，加入硼氢化钠，洗涤、烘干、焙烧得到SiC-Al2O3复合载体。
上述技术方案首先通过阴离子表面活性剂改善SiC的分散性及表面特性，再利用Al2O3溶胶对SiC颗粒进行表面包覆改性，进一步改善SiC纳米粉的分散性，搅拌干燥后得到比表面较大的SiC-Al2O3复合载体，再对载体进行活性组分负载，得到的SCR烟气脱硝催化剂产品经检测，在600℃高温环境下脱硝效率达到85%以上，比表面积为85m2/g，高于一般的钒钨钛催化剂，且明显大于单纯SiC做载体制备的高温催化剂，从而实现高温条件下兼具大比表面积和高效脱硝的有益效果。
具体实施方式
本发明提供了一种SCR烟气脱硝催化剂，所述SCR烟气脱硝催化剂包括载体、活性组分和辅料，其中载体包括碳化硅45份~65份、三氧化二铝15份~30份，活性组分包括三氧化钨3份~10份、五氧化二钒1.5份~2.5份、二氧化铈1份~4份、二氧化锆1份~5份，辅料包括玻璃纤维1份~5份、纸浆棉1份~5份、硬脂酸1份~4份、聚氧化乙烯1份~3份，其中碳化硅和三氧化二铝为采用溶胶凝胶法制备的SiC-Al2O3复合载体，该复合载体能够有效提高催化剂的比表面积，增加了催化剂的高温耐受性，拓宽了催化剂的工作温度窗口。
为了提高碳化硅和三氧化二铝的分散效果，上述技术方案中碳化硅可以采用粒径范围为10nm~50nm的纳米级碳化硅，三氧化二铝可以采用粒径范围为20nm~30nm的纳米级γ-Al2O3，其中二氧化锆的作用是提高催化剂的催化效率，延长了催化剂的使用寿命，其中二氧化铈的作用是提高催化剂的高温稳定性，延长了催化剂的高效率，从而延长了催化剂的使用寿命。
上述技术方案中三氧化钨、五氧化二钒、玻璃纤维、纸浆棉、硬脂酸、聚氧化乙烯、二氧化铈和二氧化锆均可采用市售产品。
本发明还提供了一种上述催化剂的制备方法，该制备方法包括两个步骤：步骤一，载体的制备：
先将阴离子表面活性剂与纳米级SiC颗粒混合分散，再利用Al2O3溶胶对SiC颗粒进行表面包覆改性，得到SiC-Al2O3复合颗粒，向SiC-Al2O3复合颗粒中加入二氧化铈和二氧化锆，加入硼氢化钠，洗涤、烘干、焙烧得到SiC-Al2O3复合载体，其中所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠，例如采用0.05g/L~0.25g/L的十二烷基硫酸钠溶液，能够显著改善纳米级SiC颗粒的分散效果；
步骤二，催化剂的制备：
该催化剂的制备步骤可以采用现有技术中的制备方法，例如，将SiC-Al2O3复合载体与活性组分混炼，经过预挤出、陈腐、挤出、一次干燥、二次干燥、焙烧，得到SCR烟气脱硝催化剂产品，其中预挤出压力1Mpa～4Mpa；陈腐时间为18h～32h；挤出压力2Mpa～5Mpa，温度26℃～30℃；一次干燥时间为8天～12天；二次干燥时间为1天～2天；焙烧温度580℃～650℃，时间为20h～40h。
上述技术方案首先通过阴离子表面活性剂改善SiC的分散性及表面特性，再利用Al2O3溶胶对SiC颗粒进行表面包覆改性，进一步改善SiC纳米粉的分散性，搅拌干燥后得到比表面较大的SiC-Al2O3复合载体，再对载体进行活性组分负载，得到的SCR烟气脱硝催化剂产品经检测，在600℃高温环境下脱硝效率达到85%以上，比表面积为85m2/g，高于一般的钒钨钛催化剂，且明显大于单纯SiC做载体制备的高温催化剂，从而实现高温条件下兼具大比表面积和高效脱硝的有益效果。
将本发明的一种SCR烟气脱硝催化剂中各组分按照不同配比设计得到实施例一、二、三、四，并将上述实施例中脱硝效果最佳的一组中载体完全替换为碳化硅作为对比例一，并将现有的以锐钛矿型TiO2作为载体的催化剂作为对比例二，将得到的产品自制管式SCR反应器中进行脱硝反应活性评价，其中模拟烟气的组成为600ppmNH3、600ppmNO和3%O2，总流速为350ml/min，设计反应温度区间为430℃～670℃，反应器尾管进出口气体浓度由Testo350-XL烟气分析仪进行在线检测，其脱硝效率见下表1。
并按照国家标准GB/T19587-2004《气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法》进行比表面积测定，其结果见下表1。
表1催化剂中各组分的含量及脱硝性能
实验发现，本发明的脱硝催化剂在碳化硅与三氧化二铝比例为65:20时催化剂脱硝效率最高，在600℃高温环境的脱硝率能保持在85%以上，明显优于其他SCR脱硝催化剂；
比较而言，使用锐钛矿型TiO2作为载体的脱硝催化剂，由于高温条件下锐钛矿型TiO2向金红石型TiO2转变，脱硝效率急剧降低，因此不适合高温环境；
并且，本发明的脱硝催化剂比表面积较单纯使用碳化硅为载体的催化剂更高，更有利于高温条件下持久稳定脱硝，有益效果显著，同时三氧化二铝成本更低，更适合规模化生产应用。

Claims (7)

1.一种SCR烟气脱硝催化剂，其特征在于，所述SCR烟气脱硝催化剂包括载体、活性组分和辅料，其中各组分的重量份数按照以下比例：
载体
碳化硅45份~65份
三氧化二铝15份~30份
活性组分
三氧化钨3份~10份
五氧化二钒1.5份~2.5份
二氧化铈1份~4份
二氧化锆1份~5份
辅料
玻璃纤维1份~5份
纸浆棉1份~5份
硬脂酸1份~4份
聚氧化乙烯1份~3份
制备而成。
2.如权利要求1所述的一种SCR烟气脱硝催化剂，其特征在于，所述碳化硅和三氧化二铝为SiC-Al2O3复合载体。
3.如权利要求2所述的一种SCR烟气脱硝催化剂，其特征在于，所述碳化硅为粒径范围为10nm~50nm的纳米级碳化硅，所述三氧化二铝为粒径范围为20nm~30nm的纳米γ-Al2O3。
4.如权利要求1所述的一种SCR烟气脱硝催化剂，其特征在于，所述SCR烟气脱硝催化剂中碳化硅含量的重量分数为55份~65份，三氧化二铝含量为18份~30份，三氧化钨含量为4份~8份，二氧化铈含量为2份~4份，二氧化锆含量为2份~5份。
5.一种如权利要求1所述的SCR烟气脱硝催化剂的制备方法，包括两个步骤：步骤一，载体的制备；步骤二，催化剂的制备；其特征在于，
所述步骤一中，先将阴离子表面活性剂与纳米级SiC颗粒混合分散，再利用Al2O3溶胶对SiC颗粒进行表面包覆改性，得到SiC-Al2O3复合颗粒，并制备得到SiC-Al2O3复合载体；
所述步骤二中，将SiC-Al2O3复合载体与活性组分混炼，经过预挤出、陈腐、挤出、一次干燥、二次干燥、焙烧，得到SCR烟气脱硝催化剂产品。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，向SiC-Al2O3复合颗粒中加入二氧化铈和二氧化锆，加入硼氢化钠，洗涤、烘干、焙烧得到SiC-Al2O3复合载体。
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