CN103349981A - 一种板式scr脱硝催化剂及其制备方法以及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了催化剂领域内的一种板式SCR脱硝催化剂及其制备方法，该方法包括混捏、老化、钢网的拉伸制作、涂覆和焙烧步骤，其混捏步骤采用分步混合，是将TiO2-W-1、TiO2-D-2、去离子水、氨水、七钼酸铵、粘土、偏钒酸铵溶液、羟乙基纤维素和聚氧化乙烯加入到混合器中进行混捏。涂覆步骤是将老化后的物料均匀的涂覆在不锈钢网。本发明同时公开了将上述催化剂用于烟气脱硝的用途。采用本方法制备的板式SCR脱硝催化剂具有较高的机械强度和高效的脱硝效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂的制备方法极其用途，特别涉及一种用于烟气脱硝的催化剂的制备方法极其用途。
背景技术
SCR（Selective Catalytic Reduction,选择性催化还原）脱硝催化剂主要用于烟气的脱硝处理；现有技术中，有一种能够氧化零价汞的复合型烟气脱硝催化剂，其申请号 ：201110318071.2，申请日：2011.10.19，申请公布号：CN 102350340 A，申请公布日：2012.02.15；该催化剂是以TiO2载体的复合氧化物V2O5—CeO2—WO3/TiO2或V2O5—CeO2—MO3/TiO2，重量配比；TiO2为75—100，V为1—1.5，Ce为1—5，W或Mo为7.5—8.5。制备方法是将Ce(OH)3沉积在纳米TiO2上，再浸渍钒酸铵和钨酸铵/钼酸铵，经烘干、焙烧而成；也可由商用SCR催化剂浸渍硝酸铈水溶液，再烘干、焙烧获得。
现有技术中还公开了一种波纹板式SCR脱硝催化剂，其申请号：201110321163.6； 申请日：2011.10.20；该催化剂为波纹板式，属于非均质催化剂。催化剂骨架为316L不锈钢板、316L不锈钢网、钛板或者钛网。316L不锈钢板、316L不锈钢网、钛板或者钛网厚度为0.2—1mm；不锈钢网或钛网为200—600目；不锈钢板、不锈钢网、钛板或者钛网压成波纹状，波纹为直径2—30mm的半圆上下相接而成。
现有技术中还公开了低温SCR脱硝催化剂的制备方法，申请号：201210198298.2； 申请日：2012.06.16；该方法包括如下步骤：
（1）偏钒酸铵溶液的制备：称取偏钒酸铵1—20 份，在70—90℃将称取的偏钒酸铵搅拌溶解于0.4—10 份乙醇胺的水溶液中，乙醇胺的水溶液浓度为0.1—5g/mL ；
（2）金属盐类溶液的制备：取过渡金属盐类0—20 份溶解于0—150 份的水中；
（3）混合：称取钛钨粉70—95 份，在其中加入步骤（2）得到的金属盐类溶液，加热到70—90℃，保持恒温同时搅拌均匀至水蒸干，得到固体，再在其中加入步骤（1）得到的偏钒酸铵溶液，加热到70—90℃，保持恒温同时搅拌均匀至水蒸干，得到固体；
（4）干燥：将步骤（3）中最终得到的固体在50—70℃条件下干燥5—10 小时，然后在100—120℃的温度条件下干燥4—8 小时；
（5）煅烧：取步骤（4）干燥后得到的材料在350—550℃条件下煅烧4—8 小时，得到产品低温SCR 脱硝催化剂。
该低温SCR 脱硝催化剂中，按重量份计：TiO2 占70—85 份，WO3 占3—10 份，V-2O5 占1—15 份，过渡金属氧化物重量占0—10 份。
现有的SCR 脱硝催化剂，其不足之处在于：孔隙结构差，粘合性和可塑性不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种板式SCR脱硝催化剂的制备方法，使其能改善催化剂的孔隙率，增强其粘合性和可塑性。
本发明的目的是这样实现的：一种板式SCR脱硝催化剂的制备方法，包括混捏、老化、钢网的拉伸制作、涂覆和焙烧步骤，其特征在于：所述的混捏步骤包括以下过程：
第一次混合：将330—420重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1、360—460重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2、40—60重量份的去离子水、40—50重量份的5—15%（质量含量）的氨水、40—55重量份的七钼酸铵和60—80重量份的粘土加入混合器中进行混合；
第二次混合：第一次混合后，将220—280重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1与240—310重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2及30—40重量份的去离子水加入到混料中进一步混合；
第三次混合：第二次混合后，加入15—20重量份的5—15%（NH3的质量含量）的氨水的到混料中进行混合；第三次混合后，测量所得混料的pH值， pH值低于7.5时，加入5—15%（NH3的质量含量）的氨水进行调节，使pH值不小于7.5；
第四次混合：第三次混合后，加入5—10重量份的去离子水和12—18重量份的偏钒酸铵溶液继续混合，所述偏钒酸铵的浓度为0.02—0.20g/ml；
第五次混合：再依次加入3—5重量份的羟乙基纤维素、3—5重量份的聚氧化乙烯、5—10重量份的5—15%（NH3的质量含量）的氨水与5—10重量份的去离子水进行混合，同时对混合器内物料进行冷却；
所述述二氧化钛粉末TiO2—W—1的组成为：
二氧化钛 96.5±1.5%；
四氧化硫 1.5±0.5%；
余量为杂质；
其比表面积为90±10m2/g；
上述二氧化钛粉末TiO2—D—2的组成为：
二氧化钛 97.5±1.5%；
余量为杂质；
其比表面积大于等于250m2/g。
上述第一至第五次混合是在同一混合器内进行，所述混合器内设有搅拌件，第一至第四次搅拌，搅拌件沿同一方向旋转，第五次混合时，搅拌器转向相反。可获得更好的混合效果。
在老化步骤中，老化的环境温度为20—30℃，湿度大于80%，老化时间为3—5小时。
钢网的拉伸制作步骤所得的钢网的厚度为：0.3—0.35mm；宽度为：450—700mm。
涂覆步骤后的板式催化剂单板的厚度为0.7—0.8mm。催化剂覆盖在钢网表面，粘连牢固。
所述的焙烧步骤中，涂覆步骤后的板式催化剂单板依次经过三个区，分别为加热升温区、煅烧区和降温冷却区；各区的温度分别如下:
加热升温区：进口20℃逐步过渡至出口400℃；
煅烧区：进口400℃逐步过渡至出口620℃；
降温冷却区：进口400℃逐步过渡至出口20℃。
通过上述步骤制备的板式SCR脱硝催化剂，其可用于对烟气进行脱硝处理。
本发明中，分步混合的目的：第一次混合、第二次混合的主要是使粉料混合均匀，优化孔隙结构；第三次混合的主要目的是使泥料混合均匀，具有较好的可塑性；第四次混合时加入了活性前体偏钒酸铵，混合的目的是使活性物质均匀分布；第五次混合时加入了粘合剂，混合是使其分布均匀，使泥料具有较好的粘合性和可塑性。不同比表面积的二氧化钛的加入，可以改善空隙结构，使其能与烟气具有更大的接触面积，提高脱硝催化效果，本发明的板式SCR脱硝催化剂还具有较高的机械强度。
具体实施方式
实施例1
一种板式SCR脱硝催化剂的制备方法，包括混捏、老化、钢网的拉伸制作、涂覆和焙烧步骤，所述的混捏步骤包括以下过程：
第一次混合：将330重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1、460重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2、40重量份的去离子水、50重量份的5%（质量含量）的氨水、55重量份的七钼酸铵和60重量份的粘土加入混合器中进行混合；
第二次混合：第一次混合后，将280重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1与240重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2及40重量份的去离子水加入到混料中进一步混合；
第三次混合：第二次混合后，加入15重量份的15%（NH3的质量含量）的氨水的到混料中进行混合；第三次混合后，测量所得混料的pH值， pH值低于7.5时，加入5%（NH3的质量含量）的氨水进行调节，使pH值不小于7.5；
第四次混合：第三次混合后，加入10重量份的去离子水和12重量份的偏钒酸铵溶液继续混合，所述偏钒酸铵的浓度为0.20g/ml；
第五次混合：再依次加入3重量份的羟乙基纤维素、5重量份的聚氧化乙烯、5重量份的15%（NH3的质量含量）的氨水与5重量份的去离子水进行混合，同时对混合器内物料进行冷却；
所述述二氧化钛粉末TiO2—W—1的组成为：
二氧化钛 96.5±1.5%；
四氧化硫 1.5±0.5%；
余量为杂质；
其比表面积为90±10m2/g；
上述二氧化钛粉末TiO2—D—2的组成为：
二氧化钛 97.5±1.5%；
余量为杂质；
其比表面积大于等于250m2/g。
第一至第五次混合是在同一混合器内进行，所述混合器内设有搅拌件，第一至第四次搅拌，搅拌件沿同一方向旋转，第五次混合时，搅拌器转向相反。
表1本实施例中挤出物料的物性数据
| 水分（%） | 33±1 |
| pH值 | 8.0 |
| 可塑性（塑性指数） | 23.0-25.0 |
| TiO2含量（wt%） | 87±5 |
| V2O5含量（wt%） | 1.5±0.5 |
| MoO3含量（wt%） | 5±1 |
在老化步骤中，老化的环境温度为30℃，湿度大于80%，老化时间为3小时。
钢网的拉伸制作步骤所得的钢网的厚度为： 0.35mm；宽度为：450mm。
涂覆步骤后的板式催化剂单板的厚度为0.8mm。
所述的焙烧步骤中，涂覆步骤后的板式催化剂单板依次经过三个区，分别为加热升温区、煅烧区和降温冷却区；各区的温度分别如下:
加热升温区：进口20℃逐步过渡至出口400℃；
煅烧区：进口400℃逐步过渡至出口620℃；
降温冷却区：进口400℃逐步过渡至出口20℃。
表2本实施例中焙烧后催化剂产品物性数据
| 水分（%） | 0.5 |
| 物理耐磨性（mg/100U） | 80 |
| 比表面积（m2/g） | 82 |
| 孔体积（mm3/g） | 377 |
| 单板宽度（mm） | 451 |
| 单板厚度（mm） | 0.8 |
| 重量（kg） | 0.43 |
本实施例中制得板式SCR脱硝催化剂可用于对烟气进行脱硝处理。
实施例2
一种板式SCR脱硝催化剂的制备方法，包括混捏、老化、钢网的拉伸制作、涂覆和焙烧步骤，所述的混捏步骤包括以下过程：
第一次混合：将420重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1、360重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2、60重量份的去离子水、40重量份的15%（质量含量）的氨水、40重量份的七钼酸铵和80重量份的粘土加入混合器中进行混合；
第二次混合：第一次混合后，将220重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1与310重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2及30重量份的去离子水加入到混料中进一步混合；
第三次混合：第二次混合后，加入20重量份的5%（NH3的质量含量）的氨水的到混料中进行混合；第三次混合后，测量所得混料的pH值， pH值低于7.5时，加入15%（NH3的质量含量）的氨水进行调节，使pH值不小于7.5；
第四次混合：第三次混合后，加入5重量份的去离子水和18重量份的偏钒酸铵溶液继续混合，所述偏钒酸铵的浓度为0.02g/ml；
第五次混合：再依次加入5重量份的羟乙基纤维素、3重量份的聚氧化乙烯、10重量份的5%（NH3的质量含量）的氨水与10重量份的去离子水进行混合，同时对混合器内物料进行冷却；
所述述二氧化钛粉末TiO2—W—1的组成为：
二氧化钛 96.5±1.5%；
四氧化硫 1.5±0.5%；
余量为杂质；
其比表面积为90±10m2/g；
上述二氧化钛粉末TiO2—D—2的组成为：
二氧化钛 97.5±1.5%；
余量为杂质；
其比表面积大于等于250m2/g。
第一至第五次混合是在同一混合器内进行，所述混合器内设有搅拌件，第一至第四次搅拌，搅拌件沿同一方向旋转，第五次混合时，搅拌器转向相反。
在老化步骤中，老化的环境温度为20℃，湿度大于80%，老化时间为5小时。
钢网的拉伸制作步骤所得的钢网的厚度为：0.3mm；宽度为： 700mm。
涂覆步骤后的板式催化剂单板的厚度为0.7mm。
所述的焙烧步骤中，涂覆步骤后的板式催化剂单板依次经过三个区，分别为加热升温区、煅烧区和降温冷却区；各区的温度分别如下:
加热升温区：进口20℃逐步过渡至出口400℃；
煅烧区：进口400℃逐步过渡至出口620℃；
降温冷却区：进口400℃逐步过渡至出口20℃。
表3本实施例中焙烧后催化剂产品物性数据
| 水分（%） | 0.5 |
| 物理耐磨性（mg/100U） | 79 |
| 比表面积（m2/g） | 82 |
| 孔体积（mm3/g） | 379 |
| 单板宽度（mm） | 700 |
| 单板厚度（mm） | 0.7 |
| 重量（kg） | 0.67 |
本实施例中制得板式SCR脱硝催化剂可用于对烟气进行脱硝处理。
实施例3
一种板式SCR脱硝催化剂的制备方法，包括混捏、老化、钢网的拉伸制作、涂覆和焙烧步骤，所述的混捏步骤包括以下过程：
第一次混合：将380重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1、380重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2、50重量份的去离子水、45重量份的10%（质量含量）的氨水、50重量份的七钼酸铵和70重量份的粘土加入混合器中进行混合；
第二次混合：第一次混合后，将250重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1与250重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2及35重量份的去离子水加入到混料中进一步混合；
第三次混合：第二次混合后，加入18重量份的10%（NH3的质量含量）的氨水的到混料中进行混合；第三次混合后，测量所得混料的pH值， pH值低于7.5时，加入10%（NH3的质量含量）的氨水进行调节，使pH值不小于7.5；
第四次混合：第三次混合后，加入8重量份的去离子水和15重量份的偏钒酸铵溶液继续混合，所述偏钒酸铵的浓度为0.10g/ml；
第五次混合：再依次加入4重量份的羟乙基纤维素、4重量份的聚氧化乙烯、7重量份的10%（NH3的质量含量）的氨水与7重量份的去离子水进行混合，同时对混合器内物料进行冷却；
所述述二氧化钛粉末TiO2—W—1的组成为：
二氧化钛 96.5%；
四氧化硫 1.5%；
余量为杂质；
其比表面积为90±10m2/g；
上述二氧化钛粉末TiO2—D—2的组成为：
二氧化钛 97.5%；
余量为杂质；
其比表面积大于等于250m2/g。
第一至第五次混合是在同一混合器内进行，所述混合器内设有搅拌件，第一至第四次搅拌，搅拌件沿同一方向旋转，第五次混合时，搅拌器转向相反。
在老化步骤中，老化的环境温度为25℃，湿度大于80%，老化时间为4小时。
钢网的拉伸制作步骤所得的钢网的厚度为：0.3mm；宽度为：550mm。
涂覆步骤后的板式催化剂单板的厚度为0.75mm。
所述的焙烧步骤中，涂覆步骤后的板式催化剂单板依次经过三个区，分别为加热升温区、煅烧区和降温冷却区；各区的温度分别如下:
加热升温区：进口20℃逐步过渡至出口400℃；
煅烧区：进口400℃逐步过渡至出口620℃；
降温冷却区：进口400℃逐步过渡至出口20℃。
表4本实施例中焙烧后催化剂产品物性数据
| 水分（%） | 0.5 |
| 物理耐磨性（mg/100U） | 81 |
| 比表面积（m2/g） | 83 |
| 孔体积（mm3/g） | 378 |
| 单板宽度（mm） | 550 |
| 单板厚度（mm） | 0.75 |
| 重量（kg） | 0.47 |
本实施例中制得板式SCR脱硝催化剂可用于对烟气进行脱硝处理。
实施例4
一种板式SCR脱硝催化剂的制备方法，包括混捏、老化、钢网的拉伸制作、涂覆和焙烧步骤，所述的混捏步骤包括以下过程：
第一次混合：将330重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1、360重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2、40重量份的去离子水、60重量份的15%（质量含量）的氨水、40重量份的七钼酸铵和80重量份的粘土加入混合器中进行混合；
第二次混合：第一次混合后，将250重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1与240重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2及40重量份的去离子水加入到混料中进一步混合；
第三次混合：第二次混合后，加入20重量份的15%（NH3的质量含量）的氨水的到混料中进行混合；第三次混合后，测量所得混料的pH值， pH值低于7.5时，加入15%（NH3的质量含量）的氨水进行调节，使pH值不小于7.5；
第四次混合：第三次混合后，加入5重量份的去离子水和12重量份的偏钒酸铵溶液继续混合，所述偏钒酸铵的浓度为0.20g/ml；
第五次混合：再依次加入3重量份的羟乙基纤维素、5重量份的聚氧化乙烯、10重量份的8%（NH3的质量含量）的氨水与10重量份的去离子水进行混合，同时对混合器内物料进行冷却；
所述述二氧化钛粉末TiO2—W—1的组成为：
二氧化钛 98%；
四氧化硫 2%；
其比表面积为90±10m2/g；
上述二氧化钛粉末TiO2—D—2的组成为：
二氧化钛 99%；
余量为杂质；
其比表面积大于等于250m2/g。
第一至第五次混合是在同一混合器内进行，所述混合器内设有搅拌件，第一至第四次搅拌，搅拌件沿同一方向旋转，第五次混合时，搅拌器转向相反。
在老化步骤中，老化的环境温度为20℃，湿度大于80%，老化时间为4小时。
钢网的拉伸制作步骤所得的钢网的厚度为：0.3mm；宽度为：600mm。
涂覆步骤后的板式催化剂单板的厚度为0.75mm。
所述的焙烧步骤中，涂覆步骤后的板式催化剂单板依次经过三个区，分别为加热升温区、煅烧区和降温冷却区；各区的温度分别如下:
加热升温区：进口20℃逐步过渡至出口400℃；
煅烧区：进口400℃逐步过渡至出口620℃；
降温冷却区：进口400℃逐步过渡至出口20℃。
表5本实施例中焙烧后催化剂产品物性数据
| 水分（%） | 0.5 |
| 物理耐磨性（mg/100U） | 80 |
| 比表面积（m2/g） | 85 |
| 孔体积（mm3/g） | 376 |
| 单板宽度（mm） | 601 |
| 单板厚度（mm） | 0.75 |
| 重量（kg） | 0.57 |
本实施例中制得板式SCR脱硝催化剂可用于对烟气进行脱硝处理。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种板式SCR脱硝催化剂的制备方法，包括混捏、老化、钢网的拉伸制作、涂覆和焙烧步骤，其特征在于：所述的混捏步骤包括以下过程：
第一次混合：将330—420重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1、360—460重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2、40—60重量份的去离子水、40—50重量份的5—15%（质量含量）的氨水、40—55重量份的七钼酸铵和60—80重量份的粘土加入混合器中进行混合；
第二次混合：第一次混合后，将220—280重量份的二氧化钛粉末TiO2—W—1与240—310重量份的二氧化钛粉末TiO2—D—2及30—40重量份的去离子水加入到混料中进一步混合；
第三次混合：第二次混合后，加入15—20重量份的5—15%（NH3的质量含量）的氨水的到混料中进行混合；
第四次混合：第三次混合后，加入5—10重量份的去离子水和12—18重量份的偏钒酸铵溶液继续混合，所述偏钒酸铵的浓度为0.02—0.20g/ml；
第五次混合：再依次加入3—5重量份的羟乙基纤维素、3—5重量份的聚氧化乙烯、5—10重量份的5—15%（NH3的质量含量）的氨水与5—10重量份的去离子水进行混合，同时对混合器内物料进行冷却；
所述述二氧化钛粉末TiO2—W—1的组成为：
二氧化钛 96.5±1.5%；
四氧化硫 1.5±0.5%；
余量为杂质；
其比表面积为90±10m2/g；
上述二氧化钛粉末TiO2—D—2的组成为：
二氧化钛 97.5±1.5%；
余量为杂质；
其比表面积大于等于250m2/g。
2.根据权利要求1所述的板式SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，第三次混合后，测量所得混料的pH值， pH值低于7.5时，加入5—15%（NH3的质量含量）的氨水进行调节，使pH值不小于7.5。
3.根据权利要求1所述的板式SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一至第五次混合是在同一混合器内进行，所述混合器内设有搅拌件，第一至第四次搅拌，搅拌件沿同一方向旋转，第五次混合时，搅拌器转向相反。
4.根据权利要求1所述的板式SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，在老化步骤中，老化的环境温度为20—30℃，湿度大于80%，老化时间为3—5小时。
5.根据权利要求1所述的板式脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，钢网的拉伸制作步骤所得的钢网的厚度为：0.3—0.35mm；宽度为：450—700mm。
6.根据权利要求1所述的板式SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，涂覆步骤后的板式催化剂单板的厚度为0.7—0.8mm。
7.根据权利要求1所述的板式SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述的焙烧步骤中，涂覆步骤后的板式催化剂单板依次经过三个区，分别为加热升温区、煅烧区和降温冷却区；各区的温度分别如下:
加热升温区：进口20℃逐步过渡至出口400℃；
煅烧区：进口400℃逐步过渡至出口620℃；
降温冷却区：进口400℃逐步过渡至出口20℃。
8.一种板式SCR脱硝催化剂，其特征在于其由权利要求1—7任一项所述的板式SCR脱硝催化剂的制备方法制备得到的催化剂。
9.一种板式SCR脱硝催化剂的用途，其特征在于，权利要求8所述的板式SCR脱硝催化剂用于对烟气进行脱硝处理。
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