CN101474581A - 具有活性的催化剂模块边缘硬化液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有活性的催化剂模块边缘硬化液，该硬化液中包括如下各组分：30％～50％重量百分含量的硅酸钠以及活性成分，所述活性成分为偏钒酸铵、硫酸亚铁与硝酸锰中的一种或者两种以及两种以上的混合物，且偏钒酸铵在该硬化液中占0～6％的重量百分含量，硫酸亚铁在该硬化液中占0～1％的重量百分含量，硝酸锰在该硬化液中占0～5％的重量百分含量，余量为水。本发明的硬化液使得催化剂模块端部在SCR反应器中更加耐磨损，从而大大提高模块的整体使用寿命和模块强度，相同条件下催化剂模块的磨损失重率可以降低20％，催化剂寿命可提高30％以上。

Description

具有活性的催化剂模块边缘硬化液
技术领域
本发明公开了一种具有活性的催化剂模块边缘硬化液。
背景技术
目前，氮氧化物的污染不断加剧，特别是北京、上海、广州等一些大城市，氮氧化物含量大大超标，局部地区甚至出现了光化学烟雾污染，对经济发展和人们的生活产生了严重的影响。火电厂是NOx排放的最大污染源，占总排放量的36％以上，控制氮氧化物排放已成为火电厂继烟气除尘、脱硫之后的第三项污染重点治理工作。随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2003)的颁布，单纯的低氮燃烧技术已无法满足现行排放标准的要求，选择性催化还原(SCR)技术因其高效的脱硝性能开始在国内火电厂应用。SCR的主要原理是以NH3为还原剂，在催化剂的作用下，选择性地将NOx还原成N2。目前市场占有率最高的催化剂为蜂窝式催化剂。
蜂窝式催化剂是以蜂窝状陶瓷为载体，将催化剂活性成分烧制在陶瓷内部，形成发达的微孔结构，当含有氮氧化物的烟气通过催化剂的孔道时，在微孔内催化剂作用下，与烟气中的氨气发生氧化还原反应，生成氮气和水，从而实现烟气净化的目的。催化剂模块的结构为蜂窝状的条形长方体，其横截面为正方形，形状类似蜂窝，因而得名。
由于催化剂活性的需要，SCR装置绝大多数布置在电除尘器之前。国外电厂烟气含尘量一般都小于30g/Nm3，对催化剂的磨损问题并不突出；而国内燃用煤种比较复杂，特别是2008年煤价飞涨，许多电厂不得不燃用劣质煤，造成烟气中粉尘含量非常高，很多项目高达50-60g/Nm3，现有技术未做边缘硬化，当烟气通过催化剂的气流通道时，飞灰颗粒急速撞击催化剂端部，因此端部磨损最为严重，且随着时间的增长，催化剂模块会越来越短，使得催化剂的使用寿命大幅降低，并带来催化剂单体在模块中如何的固定问题。如何处理端部磨损问题，是急待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可大大提高催化剂模块的整体使用寿命和模块强度，使催化剂模块磨损失重率可以降低20％以上，催化剂模块寿命可提高30％以上，比未加活性组分的边缘硬化催化剂提高活性10％以上的具有活性的催化剂模块边缘硬化液。
按照本发明提供的技术方案，所述具有活性的催化剂模块边缘硬化液，其特征是该硬化液中包括如下各组分：24％～40％重量百分含量的偏硅酸钠和1～3％硫酸铝溶液以及活性成分，所述活性成分为偏钒酸铵、硫酸亚铁与硝酸锰中的一种或者两种以及两种以上的混合物，且偏钒酸铵在该硬化液中占0～6％的重量百分含量，硫酸亚铁在该硬化液中占0～1％的重量百分含量，硝酸锰在该硬化液中占0～5％的重量百分含量，余量为水。
本发明的硬化液使得催化剂模块端部在SCR反应器中更加耐磨损，从而大大提高模块的整体使用寿命和模块强度，相同条件下催化剂模块的磨损失重率可以降低20％，催化剂寿命可提高30％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
取24g的偏硅酸钠和1g硫酸铝、16g的偏钒酸铵加入59g的水中搅拌均匀形成硬化液，即在该硬化液中偏硅酸钠占24％重量百分含量，偏钒酸铵在该硬化液中占6％的重量百分含量。
某300MW燃煤机组烟气脱硝工程，烟气中含尘量为40g/Nm3，氮氧化物浓度为400mg/Nm3，烟气温度为400℃，其SCR蜂窝式催化剂产品硬化工艺操作如下：
取两批数量相同的成型后干燥好的蜂窝式催化剂单体，其中一批蜂窝式催化剂单体两端模块两端距离端部15mm处采用硬化液进行浸泡，在温度为10～40℃下自然固化；在固化好后，将催化剂送入500℃以上的窑炉中进行煅烧，使硬化液中转化为有效的硬化和活性组分。
端部边缘硬化的蜂窝陶瓷催化剂模块，它的外观为多孔的蜂窝状长方体形状，其端部经过硬化工艺处理后形成边缘硬化区，模块的四个长方形外壁表面是密闭的，中间则由纵贯两端的气流通道组成，相邻的气流通道被十字形状的薄壁隔开，这些薄壁互相连接并最终与四个外壁相连。其外观几何尺寸为：长宽高500mm×150mm×150mm，在两端部形成长度约10～30mm的边缘硬化区。
工作原理：当烟气从模块的一端进入时，被气流通道分成数百条细小的流束，最终从模块的另一端流出，由于模块端部在烟气中受到飞灰的撞击最为剧烈，因此磨损最严重，缩短了模块整体使用寿命，而在模块的两端采用特殊的溶液浸泡后其端部强度增加，提高了端部的耐磨损性，延长了模块的整体使用寿命。
性能测试结果：
磨损失重率降低18.6～21.7％(相对于未做端头硬化的一批催化剂)；
催化剂活性提高12.6～15.1％(相对于端头硬化但未添加活性的一批催化剂)。
实施例2
取40g的偏硅酸钠、3g的硫酸铝、1g的硫酸亚铁加入56g的水中搅拌均匀形成硬化液，即在该硬化液中偏硅酸钠占40％重量百分含量，硫酸亚铁在该硬化液中占1％的重量百分含量。
某300MW燃煤机组烟气脱硝工程，烟气中含尘量为60g/Nm3，氮氧化物浓度为400mg/Nm3，烟气温度为370℃，其SCR蜂窝式催化剂产品硬化工艺操作如下：
取两批数量相同的成型后干燥好的蜂窝式催化剂单体，其中一批蜂窝式催化剂单体两端模块两端距离端部35mm处采用硬化液进行浸泡，在温度为10～40℃下自然固化；在固化好后，将催化剂送入500℃以上的窑炉中进行煅烧，使硬化液中转化为有效的硬化和活性组分。
对比性能测试结果：
磨损失重率降低24.1～25.8％(相对于未做端头硬化的催化剂)；
催化剂活性提高6.1～9.5％(相对于端头硬化但未添加活性的催化剂)。
实施例3
取32g的偏硅酸钠、2g的硫酸铝、5g的硝酸锰加入61g的水中搅拌均匀形成硬化液，即在该硬化液中偏硅酸钠占32％重量百分含量，硝酸锰在该硬化液中占5％的重量百分含量。
某600MW燃煤机组烟气脱硝工程，烟气中含尘量为50g/Nm3，氮氧化物浓度为400mg/Nm3，烟气温度为300℃，其SCR蜂窝式催化剂产品硬化工艺操作如下：
取两批数量相同的成型后干燥好的蜂窝式催化剂单体，其中一批蜂窝式催化剂单体两端模块两端距离端部25mm处采用硬化液进行浸泡，在温度为10～40℃下自然固化；在固化好后，将催化剂送入500℃以上的窑炉中进行煅烧，使硬化液中转化为有效的硬化和活性组分。
性能测试结果：
磨损失重率降低21.6～22.9％(相对于未做端头硬化的催化剂)；
催化剂活性提高9.0～10.3％(相对于端头硬化但未添加活性的催化剂)。
实施例4
取36g的偏硅酸钠、2.5g的硫酸铝、3g的偏钒酸铵、0.5g的硫酸亚铁与1.5g的硝酸锰加入56.5g的水中搅拌均匀形成硬化液，即在该硬化液中偏硅酸钠占36％重量百分含量，偏钒酸铵占3％重量百分含量，硫酸亚铁占0.5％的重量百分含量，硝酸锰在该硬化液中占1.5％的重量百分含量。
某600MW燃煤机组烟气脱硝工程，烟气中含尘量为55g/Nm3，氮氧化物浓度为380mg/Nm3，烟气温度为350℃，其SCR蜂窝式催化剂产品硬化工艺操作如下：
取两批数量相同的成型后干燥好的蜂窝式催化剂单体，其中一批蜂窝式催化剂单体两端模块两端距离端部30mm处采用硬化液进行浸泡，在温度为10～40℃下自然固化；在固化好后，将催化剂送入500℃以上的窑炉中进行煅烧，使硬化液中转化为有效的硬化和活性组分。
性能测试结果：
磨损失重率降低22.5～24.8％(相对于未做端头硬化的催化剂)；
催化剂活性提高9.2～12.1％(相对于端头硬化但未添加活性的催化剂)。
实施例5
取28g的偏硅酸钠、1.5g的硫酸铝、4.5g的偏钒酸铵与0.5g的硫酸亚铁加入65.5g的水中搅拌均匀形成硬化液，即在该硬化液中偏硅酸钠占28％重量百分含量，偏钒酸铵占4.5％重量百分含量，硫酸亚铁占0.5％的重量百分含量。
某600MW燃煤机组烟气脱硝工程，烟气中含尘量为45g/Nm3，氮氧化物浓度为380mg/Nm3，烟气温度为380℃，其SCR蜂窝式催化剂产品硬化工艺操作如下：
取两批数量相同的成型后干燥好的蜂窝式催化剂单体，其中一批蜂窝式催化剂单体两端模块两端距离端部25mm处采用硬化液进行浸泡，在温度为10～40℃下自然固化；在固化好后，将催化剂送入500℃以上的窑炉中进行煅烧，使硬化液中转化为有效的硬化和活性组分。
性能测试结果：
磨损失重率降低19.8～22.3％(相对于未做端头硬化的催化剂)；
催化剂活性提高7.5～9.5％(相对于端头硬化但未添加活性的催化剂)。
实施例6
取36g的偏硅酸钠、2.5g的硫酸铝、3g的偏钒酸铵2g的硝酸锰加入56.5g的水中搅拌均匀形成硬化液，即在该硬化液中偏硅酸钠占36％重量百分含量，偏钒酸铵占3％重量百分含量，硝酸锰在该硬化液中占2％的重量百分含量。
某300MW燃煤机组烟气脱硝工程，烟气中含尘量为55g/Nm3，氮氧化物浓度为380mg/Nm3，烟气温度为330℃，其SCR蜂窝式催化剂产品硬化工艺操作如下：
取两批数量相同的成型后干燥好的蜂窝式催化剂单体，其中一批蜂窝式催化剂单体两端模块两端距离端部33mm处采用硬化液进行浸泡，在温度为10～40℃下自然固化；在固化好后，将催化剂送入500℃以上的窑炉中进行煅烧，使硬化液中转化为有效的硬化和活性组分。
性能测试结果：
磨损失重率降低22.4～24.5％(相对于未做端头硬化的催化剂)；
催化剂活性提高11.2～13.5％(相对于端头硬化但未添加活性的催化剂)。

Claims (1)

1、一种具有活性的催化剂模块边缘硬化液，其特征是该硬化液中包括如下各组分：24％～40％重量百分含量的偏硅酸钠、1～3％的硫酸铝以及活性成分，所述活性成分为偏钒酸铵、硫酸亚铁与硝酸锰中的一种或者两种以及两种以上的混合物，且偏钒酸铵在该硬化液中占0～6％的重量百分含量，硫酸亚铁在该硬化液中占0～1％的重量百分含量，硝酸锰在该硬化液中占0～5％的重量百分含量，余量为水。
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