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CN111822009A - 一种低温脱硫、脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种低温脱硫、脱硝催化剂及其制备方法 Download PDF

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刘长余
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Abstract

本发明公开了一种低温脱硫脱硝催化剂及其制备方法。所述低温脱硫脱硝催化剂以廉价的粘土和粉煤灰作为催化剂载体，先经过硝酸预氧化(酸化)，将低温催化剂的活性成分用盐酸溶解，再用等量浸渍的方法，使金属氧化物附着在低温脱硫脱硝催化剂的载体上，成为低温脱硫脱硝催化剂。本发明所述的低温脱硫脱硝催化剂制作工艺简单，成本低，能够实现在脱硫同时也可以脱硝的技术效果，且使用方法简便，降低了企业的治理成本和治理难度，具有巨大的工业应用价值。

Description

一种低温脱硫、脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及催化剂及其制备领域，特别涉及一种含有锰铈铁铜氧化物的催化剂。
背景技术
目前我国的空气污染情况日益严重，其中锅(窑)炉烟气排放巨大，严重影响我国空气质量。锅(窑)炉烟气中含有大量的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)，而这两者也是雾霾的主要成分和大气污染的主要污染源。因此，锅(窑)炉烟气中的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)成为我国重点防治的污染物之一。自20世纪70年代起，国家相继对燃煤工业锅(窑)炉的一氧化氮排放量进行了严格的限制，并且随着科学技术和经济建设的发展，对其的限制也越来越严格。
煤炭在燃烧过程中，其中的绝大多数可燃物都能够在窑炉内燃尽，其余的不可燃物质主要为灰分，这些不可燃的灰分与气体结合在一起形成了大量废烟气，其中含有的大量SO2、NO、CO、CO2和烃类等物质，这些物质是造成大气环境污染的主要来源。
目前，国内外在锅(窑)炉烟气脱硫、脱硝催化剂的制备方面，均是以单独制作脱NOx催化剂和脱SO2催化剂为主。而环保设计单位在对锅(窑)炉烟气治理脱NOx脱SO2技术的设计方面，也需要根据废烟气中SO2和NOx的含量以及当地环保部门对SO2和NOx的脱除标准分别设计制作出具有脱NOx和脱SO2作用的两种不同的反应装置，然后再将两个装置按照前后顺序进行布置。在实际应用过程中，这样的做法存在几个重要问题：一是设计工艺复杂；二是占地面积大；三是制作费用高、耗能高；四是给环境治理企业增加了治理成本和治理难度。这些问题为NOx和SO2的治理带来的极大的困难和挑战。
目前，在现有技术中还没有任何关于能够在脱除SO2的同时还可以脱除NOx催化剂的制备及其相关应用技术方面的报导。因此，开发一种在低温(160℃-250℃)环境下不使用还原剂就能制备的，可以脱除工业锅(窑)炉烟气中SO2同时可以脱NOx的催化剂具有巨大的工业应用需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种低温脱硫脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂主要以粘土和粉煤灰等原料作为载体，以金属氧化物作为活性成分，制备出的催化剂能够实现在脱硫同时也可以脱硝的技术效果。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种低温脱硫脱硝催化剂，包括催化剂载体，所述催化剂载体负载有催化剂活性成分。
所述催化剂载体由以下组分组成：
Figure BDA0002600349250000021
所述催化剂活性成分以催化剂载体重量计包括以下组分：
Figure BDA0002600349250000022
进一步的，所述低温脱硫脱硝催化剂中元素Mn与元素Ce的摩尔比为4：1。
进一步的，所述低温脱硫脱硝催化剂中以金属氧化物的质量为100％计，Mn的氧化物的含量为5wt％-25wt％；Ce的氧化物的含量为1wt％-4wt％。
进一步的，所述粘土材料为高岭石粘土，绢云母粘土和蒙脱石粘土中的一种或多种。
本发明还提供了所述低温脱硫脱硝催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蒙脱石粘土35份,沸石25份,烧失剂1.5份，硅藻土30份,氧化铁2.5份，氧化铜1份，按照比例混合，加入适当的水后均匀搅拌成泥状，置于阴凉干燥处自然陈腐；
(2)将陈腐后的坯泥通过模压成型或挤出成型得到所需要的催化剂坯体；
(3)将坯体自然阴干24h，再放入200℃下热风干燥炉中干燥2h，将干燥后的催化剂坯体置于温度为950℃的马弗炉内8h，得到多空隙的泡沫陶瓷基催化剂载体；
(4)将多空隙的泡沫陶瓷基催化剂载体浸泡于浓度为35％的硝酸中进行酸化，浸泡时间为2h；
(5)将催化剂的活性成分经过等量浸渍的方法附着在催化剂载体的表面上；
(6)由催化剂载体的吸水率计算出所需溶液的重量和各种催化剂活性成分的重量，其中包含乙酸锰占9wt％，硝酸铈占3wt％，硫酸铜占2wt％,硫酸亚铁占1wt％，将各组分溶解在适量水中，制得含有催化剂载体活性成分的水溶液；
(7)将催化剂载体浸入含有催化剂载体活性成分的水溶液中，浸泡2h后取出，放入200℃下干燥10h；
(8)将干燥后的催化剂置于950℃的马弗炉中8h后，制得可同时脱除CO、SO2和NOx的催化剂。进一步的，步骤(2)所述催化剂坯体的形状为蜂窝状、球状和板状中的一种或几种。
进一步的，步骤(4)所述的盐酸溶液体积等于催化剂载体的吸水量。
进一步的，步骤(5)中所述的干燥方法为热风干燥，红外干燥，微波干燥和自然干燥中的一种。
进一步的，步骤(6)所述的加热温度为220℃-240℃。
进一步的，步骤(6)所述的加热温度为230℃。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明以所述的低温脱硫脱硝催化剂以廉价的粘土和粉煤灰作为催化剂载体，先经过硝酸预氧化(酸化)，将低温催化剂的活性成分用盐酸溶解，再用等量浸渍的方法，使金属氧化物附着在低温脱硫脱硝催化剂的载体上，成为低温脱硫脱硝催化剂。通过对加热温度的控制，保证了催化剂活性成分极佳的点阵密度同时避免了活性成分中金属氧化物形成不利于催化反应的相变，且不需要任何外加还原剂即可将氮氧化物还原。
本发明所述的低温脱硫脱硝催化剂制作工艺简单，成本低，能够实现在脱硫同时也可以脱硝的技术效果，降低了企业的治理成本和治理难度，具有巨大的工业应用价值。
具体实施方式
下面结合河北省承德市畅远酿造有限公司4蒸吨燃气锅炉废烟气治理的实施例对本发明作进一步的说明，但应了解的是，这些实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。
实施例1
(1)将蒙脱石粘土36份,粉煤灰25份,烧失剂1.5份，硅藻土37份和机油0.5份,添加部分水使之含水量为28％，经过混炼，陈腐和模压成型，定型干燥后再经过950℃焙烧后成为多空隙泡沫陶瓷基催化剂的载体；
(2)将多空隙的泡沫陶瓷基催化剂载体浸泡于浓度为35％的硝酸中进行酸化，浸泡时间为2h；
(3)分别称取重量为催化剂载体重量4.2％的MnO2，3.3％的CeO2和2.5％的CuO。将这些已经称量好的催化剂活性成分的药品缓慢多次地倒入装满浓度为20％盐酸池中(千万要注意不要一次地快速地将药品倒入盐酸池中)，得到含有催化剂活性成分的盐酸溶液。
(4)将由硝酸酸化过的多空隙泡沫陶瓷基催化剂载体，等量地浸渍到含有催化剂活性成分的盐酸溶液中2.5h后取出，然后再把取出后的多空隙的泡沫陶瓷基催化剂载体干燥10h。
(5)把干燥后的催化剂放入到马弗炉中，在200℃条件下加热10h后，制备出低温脱硫脱硝催化剂。
将本实施例所制备的低温脱硫脱硝催化剂应用于河北省承德市畅远酿造有限公司4蒸吨燃气锅炉废烟气治理的实际应用中，并分别测定了未采用本催化剂进行处理前和采用本催化剂进行处理后烟气中的SO2和NOx的情况。
表1燃气锅炉烟气处理实际检测情况
Figure BDA0002600349250000051
Figure BDA0002600349250000061
由表1可知，经本申请所述催化剂处理后，锅炉烟气中SO2和NOx含量显著降低，两者的脱除率分别达到85.7％和77.8％。处理后，烟气中SO2和NOx含量远低于排放标准，具有良好脱除效果。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低温脱硫脱硝催化剂，其特征在于，包括催化剂载体，所述催化剂载体负载有催化剂活性成分；
其中所述催化剂载体包括以下组分：
Figure FDA0002600349240000011
所述催化剂活性成分以催化剂载体重量计包括以下组分：
Figure FDA0002600349240000012
2.根据权利要求1所述的低温脱硫脱硝催化剂，其特征在于，催化剂中元素Mn与元素Ce的摩尔比为4:1。
3.根据权利要求1所述的低温脱硫脱硝催化剂，其特征在于，以金属氧化物的质量为100％计，Mn的氧化物的含量为5wt％-25wt％；Ce的氧化物的含量为1wt％-4wt％。
4.根据权利要求1所述的低温脱硫脱硝催化剂，其特征在于，所述的粘土材料为高岭石粘土，绢云母粘土和蒙脱石粘土中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的低温脱硫脱硝催化剂，其特征在于，所述的烧失剂为面粉。
6.根据权利要求1-5所述的低温脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将催化剂载体的组成原料按比例混合，加入适量的水后均匀搅拌成泥状，置于阴凉干燥处陈腐；
(2)将陈腐后的泥状物通过模压机或挤出机模压或挤出成型，得到催化剂坯体；
(3)将坯体置于阴凉干燥处自然阴干24h后，再经过200℃的热风干燥2-4h，把干燥后的催化剂坯体置于马弗炉内，在950℃的条件下焙烧8h，得到多空隙的泡沫陶瓷基催化剂坯体；
(4)将多空隙的泡沫陶瓷基催化剂坯体浸入浓度为35％的硝酸溶液中，浸泡2h，置于阴凉干燥处自然阴干后得到催化剂载体；
(5)按比例称量催化剂活性成分，将称量好的催化剂活性成分缓慢多次地加入到25％盐酸溶液中，充分搅拌，制得含催化剂活性成分的盐酸溶液；
(6)将催化剂载体浸入含有催化剂活性成分的盐酸溶液中，浸泡2-4h后取出，在经过200℃热风干燥10-24h；
(7)将干燥后的催化剂载体置于马弗炉内，在200℃-250℃的条件下加热8-15h，得到低温脱硫脱硝催化剂成品。
7.根据权利要求6所述的低温脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的盐酸溶液体积由催化剂载体的吸水率计算得出。催化剂载体的吸水率由实际实验得出的实验数据，一般的催化剂载体的吸水率为38％—50％。
8.根据权利要求6所述的低温脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的干燥方法为热风干燥，红外干燥，微波干燥和自然干燥中的一种。
9.根据权利要求3所述的低温脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述的加热温度为220℃-240℃。
10.根据权利要求3所述的低温脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述的加热温度为230℃。
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