一种同时脱硫脱硝催化剂及应用方法

摘要

一种同时脱硫脱硝催化剂的重量百分比组成为蜂窝状活性90－99.9％，五氧化二钒0.1～10％。将催化剂装于固定床反应器内部特殊设计的支撑架上，反应温度控制在150～250℃，通入常压烟气，空速为500～5000h

说明书

技术领域：

本发明属于一种催化剂及其应用方法，具体地说是涉及一种在低温同时脱硫脱硝的蜂窝状活性炭催化剂及其应用方法

背景技术：

燃煤烟气所含SO₂和NO_x的排放是形成酸雨和酸雾的主要原因，对人类赖以生存的生态环境和人体健康造成极大的危害，因此有效消除二者的隐患势在必行。

目前工业上采用的烟气脱硫(FGD)和选择性催化还原(SCR)技术多为两个独立的工艺过程。其中，燃煤烟气脱硫(FGD)是目前控制SO₂排放常用的途径，主要有湿法和干法两种，其中湿法脱硫工艺较为成熟(如石灰石—石膏法)，但存在设备庞大、占地面积广、耗水量大、生产的副产物易造成二次污染及脱硫后的烟气需再加热方可排放等缺点，使其应用范围受到限制。干法脱硫因其具有工艺简单、耗水量少而且易于将硫资源化和脱硫后烟气可自行排放等优点而具有很好的发展前景。在燃煤烟气脱NO_x领域，选择性催化还原(SCR)技术应用最广，如工业V/TiO₂催化剂，但现有的催化剂必须操作在350℃以上，以避免由于烟气中的SO₂与还原剂NH₃反应生成硫酸铵盐阻塞孔道而导致催化剂失活。目前，还有许多同时脱SO₂和NO_x的方法处于研发之中，如大连理工大学学报，1996，36(1)：47-50报道的电子束辐射、脉冲电晕技术；Bull.Chem.Soc.Jpn.，Vol.53，No.11，1980：3356报道的活性炭和Ind.Eng.Chem.Res.，Vol.39，2000：3868-3874报道的CuO/Al₂O₃催化剂等。然而前者由于耗电量大运行费用较高，不适合大规模应用；活性炭又因其较低的活性，仅适合在较低空速1000h^-1以下运行；CuO/Al₂O₃催化剂操作温度在300～400℃，远高于我国大部分锅炉的烟气排烟温度，较难与现有工业锅炉匹配。另外，目前现有的催化剂大多为颗粒状，易造成烟气中粉尘的聚集，堵塞反应器，限制了其实际工业应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种在低温下能够同时脱硫脱硝、且抗烟尘的催化剂及其应用方法。

本发明催化剂的重量百分比组成为：

            蜂窝状活性炭        90-99.9％

            五氧化二钒          0.1～10％；

本发明的催化剂是先将蜂窝状活性炭载体活化，再采用等体积浸渍法，将偏钒酸铵和草酸的混合溶液浸渍经过活化的蜂窝状活性炭载体，干燥，然后在惰性气氛中煅烧，并在空气中氧化而制得。

本发明的催化剂应用方法是将催化剂装于固定床反应器中，反应温度控制在150～250℃，通入常压烟气，空速为500～5000h^-1。

本发明催化剂的硫容为35～65mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，NO转化率达50～100％。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.在同一反应器中达到同时脱硫脱硝；而且适宜于工业锅炉烟气排烟温度150～250℃下使用，能与现有工业锅炉匹配；

2.与颗粒状活性炭相比，蜂窝状活性炭具有直通的大孔道结构，开孔率高，气体通过时产生的压力降很小，可在除尘之前使用；

3.五氧化二钒担载的蜂窝状活性炭催化剂克服了活性炭自身的低活性，易大规模成批量生产，成本较低。

具体实施方式：

实施例1：

蜂窝状活性炭在800℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为48mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.043g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为2％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1900h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为45.2mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为82％。

实施例2：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为50mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.043g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为2％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1820h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为47.3mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为82％。

实施例3：

蜂窝状活性炭在900℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为49mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.043g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为2％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1850h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为46.8mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为79％。

实施例4：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为48mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.043g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为2％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至180℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1900h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为55.3mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为50％。

实施例5：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为49mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.043g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为2％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至230℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1850h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为42.8mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率高达100％。实施例6：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为49mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.021g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为1％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1880h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为43.6mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为91％。

实施例7：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为48mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.064g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为3％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1900h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为51.0mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为89％。

实施例8：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为48mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.11g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为5％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％ O₂，Ar为平衡气，空速为1820h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为60.0mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为81％。

实施例9：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为49mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.19g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为9％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1850h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为84.0mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为60％。

实施例10：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为75mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.043g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为2％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为1200h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为62.1mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为81％。

实施例11：

蜂窝状活性炭在850℃用水蒸气活化60分钟，然后切割成直径为19mm、高度为22mm的圆柱形小块，采用等体积法，浸渍偏钒酸铵和草酸的混合溶液(其中偏钒酸铵的浓度为0.043g/ml)，于110℃干燥，然后依次在惰性气氛中煅烧和空气中氧化制得催化剂，其中V₂O₅的担载量为2％。

将该催化剂置于固定床反应器中部的支撑架上，升温至200℃通气，其模拟烟气组成为：1370ppm SO₂，390ppm NO，430ppm NH₃，3vol％H₂O，3.9vol％O₂，Ar为平衡气，空速为4000h^-1。实验结果为：催化剂的硫容为39.3mgSO₂/100g催化剂(在SO₂转化率达80％时)，此时的NO转化率为60％。