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一种用于烟气脱汞的催化剂及其制备方法和应用

阅读：61发布：2023-03-07

专利汇可以提供一种用于烟气脱汞的催化剂及其制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于烟气脱汞的催化剂及其制备方法和应用，该催化剂由载体、活性组分和助剂三部分组成，所述载体为二氧化钛，所述活性组分为锰元素，所述助剂为镨元素，其中，锰元素：镨元素：钛元素的摩尔比为0.15：0.03：1，催化剂制备采用共沉淀法，最后制得的催化剂可对发电用燃气轮机和燃煤锅炉等排出的废气中汞元素进行处理，可明显提高低温脱汞的活性和催化能力，250℃以上即可达到98％以上的汞脱除率，具有较强的工业应用价值，可以广泛用于汞的催化氧化。，下面是一种用于烟气脱汞的催化剂及其制备方法和应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于烟气脱汞的催化剂，由载体、活性组分和助剂三部分组成，其特征在于，所述载体为二氧化钛，所述活性组分为锰元素，所述助剂为镨元素，其中，锰元素：镨元素：钛元素的摩尔比为0.15：0.03：1。
2.一种如权利要求1所述的一种用于烟气脱汞的催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将可溶性镨盐、可溶性锰盐以及可溶性钛盐溶解在去离子水中，室温下搅拌均匀，得到混合溶液；
(2)将氨水倒入混合溶液，并调整混合溶液的PH值达到10，形成沉淀，搅拌5～10min后静置，多次倒去上层清液并添加新的去离子水，直至溶液的PH值达到7；
(3)将沉淀过滤，烘干后移至马弗炉煅烧，即得到产品。
3.根据权利要求2所述的一种用于烟气脱汞的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述可溶性镨盐为Pr(NO3)3·6H2O。
4.根据权利要求2所述的一种用于烟气脱汞的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述可溶性锰盐为C4H6MnO4。
5.根据权利要求2所述的一种用于烟气脱汞的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述可溶性钛盐为Ti(SO4)2。
6.根据权利要求2所述的一种用于烟气脱汞的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)烘干是在100℃烘箱中烘24小时。
7.根据权利要求2所述的一种用于烟气脱汞的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)在马弗炉煅烧时，在空气气氛下，以2-8℃/min的升温速率升至500℃，煅烧时间为4小时。
8.一种如权利要求1所述的一种用于烟气脱汞的催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂用于烟气脱汞。

说明书全文

一种用于烟气脱汞的催化剂及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种催化剂，尤其是涉及一种用于烟气脱汞的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 元素汞(Hg0)是煤燃烧设备烟气中重要的污染物，对生态环境和人体健康具有较强的毒性作用。目前，对于Hg0排放控制，活性炭喷射(ACI)技术在燃煤电厂中表现出最佳性能。然而，这技术仍然存在一些固有的缺陷，例如ACI的高成本。

[0003] 由于Hg2+的高溶解度，如果Hg0被氧化成Hg2+，通过在燃煤电厂的湿式烟气脱硫2+ 0
(WFGD)洗涤器中吸收Hg 可以获得一个经济的去除Hg的过程。研究表明基于某些金属氧化物SCR催化剂将Hg0转化为Hg2+的可行性，如果Hg0转化率超过80％，与传统的ACI方法相比，SCR和WFGD的组合将更加经济地去除Hg0。

[0004] 在脱硝和Hg0氧化的SCR催化剂中，Mn/TiO2催化剂因其环保性质和低温SCR反应活2
性高而成为人们关注的焦点。除此之外，MnOx中具有各种价态的Mn物种使得Mn/TiO催化剂成为氧化还原反应的竞争选择，包括Hg0氧化。然而，用于Hg0氧化的SCR反应器仍位于WFGD洗涤器的上游，因此Mn/TiO2催化剂与SO2的接触是不可避免的。然而，Mn/TiO2催化剂对SO2的不良抵抗是一个众所周知的事实，在低温脱汞的过程中催化剂不能保持高活性，催化效率低，此外，还存在抗水抗硫中毒问题。如果能开发出高效的脱汞催化剂，则可以很好的解决上述问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于烟气脱汞的催化剂及其制备方法和应用，解决在低温脱汞的过程中催化剂能保持高活性，抗水抗硫中毒的技术问题。

[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现：

[0007] 一种用于烟气脱汞的催化剂，由载体、活性组分和助剂三部分组成，所述载体为二氧化钛，所述活性组分为锰元素，所述助剂为镨元素，其中，锰元素：镨元素：钛元素的摩尔比为0.15：0.03：1。

[0008] 一种用于烟气脱汞的催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

[0009] (1)将可溶性镨盐、可溶性锰盐以及可溶性钛盐溶解在去离子水中，室温下搅拌均匀，得到混合溶液；

[0010] (2)将氨水倒入混合溶液，并调整混合溶液的PH值达到10，形成沉淀，搅拌5～10min后静置，多次倒去上层清液并添加新的去离子水，直至溶液的PH值达到7；

[0011] (3)将沉淀过滤，烘干后移至马弗炉煅烧，即得到产品。

[0012] 优选地，步骤(1)所述可溶性镨盐为Pr(NO3)3·6H2O。

[0013] 优选地，步骤(1)所述可溶性锰盐为C4H6MnO4。

[0014] 优选地，步骤(1)所述可溶性钛盐为Ti(SO4)2。

[0015] 优选地，步骤(3)烘干是在100℃烘箱中烘24小时。

[0016] 优选地，步骤(3)在马弗炉煅烧时，在空气气氛下，以2-8℃/min的升温速率升至500℃，煅烧时间为4小时。

[0017] 所制得的催化剂可对发电用燃气轮机和燃煤锅炉等排出的废气中汞元素进行处理，可明显提高低温脱汞的活性和催化能力。

[0018] 本发明采用选择性催化还原(SCR)技术，以锰元素为活性组分、二氧化钛为载体，制备催化剂的方法采用共沉淀法，最后制得的催化剂可对发电用燃气轮机和燃煤锅炉等排出的废气中汞进行处理，可明显提高低温脱汞活性和催化能力，250℃以上可达到98％以上的Hg脱除率，具有较强的工业应用价值，可广泛用于汞的催化氧化。

[0019] 与现有技术相比，本发明以镨元素作为催化剂助剂，可极大提高催化剂的比表面积、Mn4+、化学吸附氧的比例，进而提高催化剂的脱汞催化剂的活性与抗水抗硫性能。在水和硫的毒化作用下，在250℃条件下抗水抗硫毒化作用明显。另外，本发明催化剂中锰元素、镨元素、钛元素的摩尔比按0.15：0.03：1的摩尔比复配，使所提供的活性组分与载体的质量比例为固定比例，如改动其中的比例，则会影响催化剂的性能，从而达不到上述效果。本发明通过共沉淀法制备催化剂，制备工艺简单，易于操作，所用原料容易获得，因而催化剂制备成本低，便于工业化推广。

具体实施方式

[0020] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。

[0021] 本发明实施例中所用催化反应器采用购自浙江泛泰仪器有限公司的外径为16nm、长为480mm的4100型固定床装置，原料气经过预热进入反应器，反应温度在150-450℃，流速为1000ml/min，空间速度108000h-1。

[0022] 模拟烟气组成：NO为500ppm，NH3为500ppm，O2为4％，CO2为12％、Hg为75μg/Nm3。其余气体N2作为平衡气，气体流量由购自北京七星华创电子有限公司的CS200型质量流量计控制。

[0023] 本发明所用的NO、NH3摩尔浓度为1％，余量为Ar，购自上海伟创标准气体有限公司。

[0024] 所用药品均购自阿拉丁。

[0025] 实施例1

[0026] 一种用于烟气脱汞的催化剂Mn-Pr/TiO2，按所含的活性组分与载体的摩尔比例为0.15：1，该催化剂制备方法包括如下步骤：

[0027] (1)将0.003mol硝酸镨，0.015mol乙酸锰，0.1mol硫酸酞溶解在去离子水中，在室温下搅拌5～10min；得到混合溶液；

[0028] (2)将氨水倒入混合溶液后直至溶液PH值达到10，形成沉淀，搅拌5～10min后静置，多次倒去上层清液并且添加新的去离子水，直至PH值到7；

[0029] (3)将沉淀过滤，在100℃烘箱下烘干24小时后移至马弗炉，在500℃下煅烧4小时后得到黑色颗粒即为脱汞催化剂。

[0030] 对比例1

[0031] (1)将0.1mol硫酸钛，0.015mol乙酸锰溶解在去离子水中搅拌5～10min，形成混合溶液；

[0032] (2)将氨水倒入混合溶液后直至溶液PH值达到10，形成沉淀，搅拌5～10min后静置，多次倒去上层清液并且添加新的去离子水，直至PH值到7；

[0033] (3)将沉淀过滤，在100℃烘箱下烘干24小时后移至马弗炉，在500℃下煅烧4小时后得到黑色颗粒即为脱汞催化剂。

[0034] 将实施例1、对比例1所制得的催化剂分别在150℃，175℃，200℃，225℃，250℃，275℃，300摄氏度下进行脱汞反应实验。

[0035] 实验室测试开始前先用模拟烟气中的NO和Hg通入固定床0.5～1h，让改良催化剂与普通催化剂吸附Hg饱和，避免因催化剂的吸附引起Hg的减少。

[0036] 模拟烟气一(烟气流速1000ml/min，气体成分为：NO为500ppm，NH3为500ppm，Hg为75μg/Nm3，O2为4％，CO2为12％，其余气体为N2)在混气瓶中混合后，送入固定床装置在改良
2+
催化剂和普通催化剂的作用下，将Hg氧化成Hg ，反应后的混合气体经磷酸溶液吸收未反应的NH3后经排气管排入大气，进出口的Hg浓度采用VM3000测汞仪检测，其脱汞的结果见下表
1。

[0037] 表1实施例1及对比例1脱汞结果

[0038]

[0039] 脱汞效率计算公式如下：

[0040] 脱汞效率＝(进口Hg浓度-出口Hg浓度)/进口Hg浓度×100％。

[0041] 从表1可以看出，采用本发明制备得到的催化剂和普通催化剂在相同的条件下进行烟气脱汞，均比普通催化剂效率高，在250-300℃时催化剂脱汞效率高达98％。

[0042] 模拟烟气二(烟气流速1000ml/min，气体成分为：NO为500ppm，NH3为500ppm，Hg为75μg/Nm3，SO2为100ppm，O2为4％，CO2为12％，其余气体为N2)在混气瓶中混合后，送入固定床装置在改良催化剂和普通催化剂的作用下，将Hg氧化成Hg2+，反应后的混合气体经磷酸溶液吸收未反应的NH3后经排气管排入大气，进出口的Hg浓度采用VM3000测汞仪检测，其脱硝脱汞的结果见下表2。

[0043] 表2实施例1及对比例1脱汞结果

[0044]

[0045] 从表2可以看出，采用本发明制备得到的催化剂和普通催化剂在相同的SO2毒化条件下进行烟气脱汞，均比普通催化剂效率高。

[0046] 综上所述，本发明制备的催化剂在相同气体的情况下脱汞效率比普通催化剂有了显著的提高，更有利于SCR反应的进行，较少电厂余热损失，提高火电厂运行经济性。

[0047] 以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而根据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均属于本发明保护的范围。

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