用于催化氧化氨气的铂/铈铝-分子筛催化剂及其制备方法

2017-01-10
研发部

     用于催化氧化氨气的铂/铈铝-分子筛催化剂及其制备方法

  柴油机以其低油耗、高功率的特点得到越来越广泛的应用,但是柴油机缸内的高温高压会产生大量的氮氧化物,带来了严重的环境问题。目前,我国基本是采用选择性催化还原(SCR)来处理柴油机产生的氮氧化物,其中应用最多的还原剂是尿素水溶液,尿素水解生成氨气。为了达到更严格的NOx排放标准,国际上主要采用以下两种方法:(I)喷射更多的尿素溶液,这种方法的缺点在于会造成多余的氨气泄漏;(2)使用吸附氨气的催化剂,这种方法的缺点在于当柴油车进行急加速时,会使排放的尾气温度急剧升高,脱附的氨气加剧了氨气的泄漏,引起新的环境二次污染。

氨气是一种无色且具有强烈刺激性恶臭的气体,并能以任何比例与水相互溶解且极易挥发。其对人体呼吸道有刺激和腐蚀作用,降低人体对疾病的抵抗力。人在短期内吸入大量的氨气,可能出现流泪、咽痛、声音撕哑、头晕、恶心、胸闷、乏力等症状,严重者会出现肺气肿,同时还会发生呼吸道刺激症状。氨气已被我国列入恶臭污染物排放,成为环保领域控制项目,必须严格控制氨气的排放。

目前,去除氨气的方法主要有化学吸收法、物理吸附法、催化裂解法、生物过滤法以及催化氧化法。化学吸收法和物理吸附法虽然操作简单,但是需要定期更换吸附剂,易产生二次污染。催化裂解法需要在较高温度下才能分解,且固定设备投资较大。生物过滤法,虽不产生二次污染,但因净化氨气效率低而很难实现工业化。

催化氧化法是一种较为理想的治理技术,是在催化剂和氧气的气氛下,将氨气催化氧化成无污染的氮气和水。实际应用中,需要催化剂低温性能好,才能使氨气最大程度的转化为氮气和水,减少氮氧化物副产物的生成。常用的催化剂体系主要有以下几类:金属氧化物型催化剂、离子交换分子筛型催化剂及贵金属型催化剂。金属氧化物型催化剂虽然选择性好且价格便宜,但是其低温活性较低,在250°C时的转化率仅为60%。离子交换分子筛型催化剂虽然低温窗口宽,但是在250〜300°C易产生氧化二氮,造成二次污染物。

贵金属型催化剂是将钼、钮等负载在氧化销等无机材料上,在250〜450°C有较高的催化氧化活性,较好的低温活性窗口,将泄漏的氨气进行氧化,其反应式如下式(I)所不O

4NH3+302— 2N2+6H20 (I)

然而,目前现有的贵金属型催化剂大多是以氧化铝为载体材料,贵金属分布在氧化铝上,导致贵金属催化剂在进行氨气氧化的同时,易引起N20、N0、N(V污染物产生,因此严重限制了贵金属型催化剂在实际中的应用,具体反应如下式⑵〜⑶所示。

4NH3+502— 4N0+6H20 (2)

4NH3+702— 4N0 2+6H20 (3)

2NH3+202— N 20+3H20 (4)

CN 103476495A公开了一种氨氧化催化剂以及使用了其的废气净化装置和使用方法,采用双层涂覆,下层是负载了贵金属的无机材料,上层是分子筛催化剂,虽然在250〜400°C对NH3有较高的催化氧化活性,但同时也产生了较高浓度N 20和NOx。

因此,在使用尿素水溶液作为柴油机还原剂的选择性催化还原(SCR)系统中,开发出低温催化氧化氨气性能好,并且可以有效抑制Ν20、Ν0、Ν02等污染物产生的贵金属型催化剂非常迫切和必要。

来源:内江洛伯尔材料科技有限公司