專利名稱：用于脫硫脫硝的蜂窩狀活性炭基催化劑及制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種脫硫脫硝催化劑，具體地說是涉及一種在低溫具有高效同時脫除煙氣SO2和NOX的蜂窩狀活性炭基催化劑及制備和應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
排放于大氣中的SO2和NOX是形成“酸雨”和“酸霧”的主要原因之一，其中氮氧化物和碳?xì)浠衔锝Y(jié)合形成光化學(xué)煙霧，它們對人類健康和自然界的生態(tài)平衡造成了極大危害。我國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，煤的大量燃燒，致使我國大氣呈煤煙型污染。據(jù)煤炭轉(zhuǎn)化，1998，21(3)1-6報道，1995年我國有2370萬t SO2和800萬t NOX排入大氣，成為大氣中的主要污染源。SO2和NOX排放量的增加，使得全國酸雨面積不斷擴大。我國酸雨區(qū)內(nèi)的酸沉降對農(nóng)業(yè)、林業(yè)和材料破壞造成的經(jīng)濟損失每年高達(dá)二百多億元。因此，有效控制燃煤煙氣中的SO2和NOX的排放勢在必行。
煙氣脫硫(FGD)被認(rèn)為是控制SO2污染最為行之有效的途徑之一，最常用的是鈣基脫硫劑工藝過程，其中濕法石灰石(石灰)～石膏工藝較為成熟。燃煤煙氣脫NOX用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)。目前工業(yè)上采用的煙氣脫硫和脫硝技術(shù)多為兩個獨立的工藝過程，總體投資量大。相比之下，干法催化同時脫硫脫硝技術(shù)具有很大的優(yōu)勢。目前，用于同時脫硫脫硝的技術(shù)主要有大連理工大學(xué)學(xué)報，1996，36(1)47-50報道的電子束輻射、脈沖電暈技術(shù)；Bull.Chem.Soc.Jpn.，Vol.53，No.11，19803356報道的活性炭和Ind.Eng.Chem.Res.，Vol.39，20003868-3874報道的CuO/Al2O3法等。然而前者由于耗電量大運行費用較高，不適合大規(guī)模應(yīng)用；活性炭又因其較低的活性，僅適合在較低空速1000h-1以下運行；CuO/Al2O3法操作溫度在300~400℃，遠(yuǎn)高于我國大部分鍋爐的煙氣排煙溫度，較難與現(xiàn)有工業(yè)鍋爐匹配。另外，目前現(xiàn)有催化劑大多為顆粒狀，其床層壓降非常嚴(yán)重，限制了其工業(yè)應(yīng)用。為克服上述不足，我們發(fā)明了以工業(yè)蜂窩狀活性炭為載體，在其上擔(dān)載V2O5的同時脫硫脫硝催化劑(CN1475305A，2004)。但由于該催化劑所用的工業(yè)蜂窩狀活性炭是以硅酸鹽等無機物為粘結(jié)劑，因而其同時脫硫脫硝活性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種床層壓降低，適用于工業(yè)鍋爐的能夠同時高效脫硫脫硝的蜂窩狀活性炭基催化劑及制備和應(yīng)用方法。
本發(fā)明催化劑的組成為蜂窩狀活性炭95-99.9wt％五氧化二釩 0.1-5wt％；本發(fā)明催化劑的制備，其特征在于催化劑的制法包括如下步驟(1)在比表面積800-1200m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加15-50％的酚醛樹脂或呋喃樹脂含碳有機物粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體；(2)將蜂窩塊體在150-200℃下固化；再在惰性氣氛下于700-1000℃炭化，制得蜂窩狀活性炭載體；(2)采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043-0.11g/ml的偏釩酸銨和草酸的混合溶液浸漬蜂窩狀活性炭載體4-12小時，干燥，然后于惰性氣氛中400-500℃煅燒5-10小時，并在空氣中200-250℃氧化5-10小時，即得到催化劑。
本發(fā)明催化劑應(yīng)用于煙氣同時脫硫脫硝的方法是將催化劑裝于固定床反應(yīng)器中，通入常壓煙氣，操作溫度為180-250℃，操作空速為500-5000h-1。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1.以含碳有機物為粘結(jié)劑的蜂窩狀活性炭基同時脫硫脫硝催化劑，床層壓降低，適用于工業(yè)鍋爐煙氣排煙溫度150-250℃下使用，能與現(xiàn)有工業(yè)鍋爐匹配；2.該催化劑具有很好的脫硫活性和較高的脫硝活性。
3.本發(fā)明催化劑的硫容為67-90mgSO2/100g催化劑(在SO2轉(zhuǎn)化率大于80％時)，NO轉(zhuǎn)化率達(dá)55-90％。
具體實施例方式
實施例1將比表面積800m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在150℃固化，再在700℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含2wt％V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×50mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為2000h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為67mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為82％。
實施例2將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在180℃固化，再在700℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含2wt％V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×49mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為2100h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為70mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為80％。
實施例3將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在200℃固化，再在700℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含2wt％V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×49mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為2100h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為73mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為85％。
實施例4將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在150℃固化，再在900℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含2wt％V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×48mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為2200h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為80mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為78％。
實施例5將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在150℃固化，再在1000℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含2wt％ V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×48mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為2200h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為75mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為70％。
實施例6將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加40％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在150℃固化，再在900℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含2wt％V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×49mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為2100h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為70mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為65％。
實施例7將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在150℃固化，再在900℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.065g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含3wt％V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×49mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為2100h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為85mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為70％。
實施例8將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在150℃固化，再在900℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.11g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含5wt％ V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×49mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為2100h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為90mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為60％。
實施例9將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在150℃固化，再在900℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含2wt％ V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×22mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為200℃，空速為4000h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為68mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為60％。
實施例10將比表面積900m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加30％的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體。然后將蜂窩狀活性炭在150℃固化，再在900℃炭化1小時，制得蜂窩狀活性炭載體。采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨和草酸的混合溶液(其中偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043g/ml)浸漬蜂窩狀活性炭載體6小時，干燥，然后于惰性氣氛中500℃煅燒8小時，并在空氣中250℃氧化5小時，得到含2wt％ V2O5的蜂窩狀活性炭基催化劑。取Φ19×48mm的催化劑置于固定床反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度為230℃，空速為2200h-1，模擬煙氣組成為1360ppm SO2，400ppm NO，400ppmNH3，2.5vol％ H2O，3.9vol％ O2，Ar為平衡氣。實驗結(jié)果為SO2轉(zhuǎn)化率大于80％的硫容為70mgSO2/100g，此時的NO轉(zhuǎn)化率為55％。
權(quán)利要求
1.一種用于脫硫脫硝的蜂窩狀活性炭基催化劑，其特征在于組成為蜂窩狀活性炭95-99.9wt％五氧化二釩 0.1-5wt％；
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于脫硫脫硝的蜂窩狀活性炭基催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)在比表面積800-1200m2/g、粒度小于200目的活性炭粉中添加15-50％的酚醛樹脂或呋喃樹脂含碳有機物粘結(jié)劑，經(jīng)充分捏合后擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體；(2)將蜂窩塊體在150-200℃下固化；再在惰性氣氛下于700-1000℃炭化，制得蜂窩狀活性炭載體；(3)采用等體積浸漬法，用偏釩酸銨的質(zhì)量百分濃度為0.043-0.11g/ml的偏釩酸銨和草酸的混合溶液浸漬蜂窩狀活性炭載體4-12小時，干燥，然后于惰性氣氛中400-500℃煅燒5-10小時，并在空氣中200-250℃氧化5-10小時，即得到催化劑。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于脫硫脫硝的蜂窩狀活性炭基催化劑的應(yīng)用方法，其特征在于將催化劑裝于固定床反應(yīng)器中，通入常壓煙氣，操作溫度為180-250℃，操作空速為500-5000h-1。
全文摘要
一種用于脫硫脫硝的蜂窩狀活性炭基催化劑組成為蜂窩狀活性炭95－99.9wt％，五氧化二釩0.1－5wt％；采用在活性炭粉中添加酚醛樹脂或呋喃樹脂粘結(jié)劑，擠壓成一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的規(guī)整塊體進(jìn)行炭化，用等體積浸漬法，在偏釩酸銨和草酸混合溶液浸漬、干燥、煅燒、氧化制備催化劑。本發(fā)明具有床層壓降小，適合工業(yè)化應(yīng)用，催化劑的硫容為67－90mgSO
文檔編號B01J21/00GK1597094SQ20041001246
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月2日
發(fā)明者劉振宇, 王艷莉 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所