CN104368331B - 一种蜂窝式scr脱硝催化剂端部硬化液及硬化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液。所述硬化液的组成为5～15wt％的偏铝酸钠、1～5wt％的硼酸钠、0.3～2wt％的粘合剂、1～5wt％的偏钒酸铵、余量为水。一种蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化处理方法，其包括以下步骤：将偏铝酸钠、硼酸钠、粘合剂和偏钒酸铵溶于去离子水中，在搅拌条件下混合均匀，得到硬化液；将蜂窝式SCR脱硝催化剂的一端，距顶端20cm处浸渍于所述硬化液中，浸渍时间为10s～2min，之后自然固化，固化时间为8～30h；将固化后的SCR脱硝催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为200～400℃，时间为1～3h。本发明的硬化液可使蜂窝催化剂仍保持较高的脱硝活性，端部强度和耐磨损性能极大增强，有效延长了催化剂的整体使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂，具体涉及了一种蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液及硬化处理方法，属于SCR脱硝催化剂领域。
背景技术
火电厂是氮氧化物的主要排放源头之一，脱硝已成为继火电厂烟气除尘、脱硫之后的又一重点污染治理工作。2011年7月29日，我国环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，明确规定了火电厂燃煤锅炉氮氧化物的排放限值，要求极为严格。
选择性催化还原法(SCR)是目前世界上应用最多的烟气脱硝技术之一，SCR脱硝催化剂主要有蜂窝式、板式、波纹板式三种，其中蜂窝催化剂以68％的市场占有率居我国首位。蜂窝催化剂是由粉体材料直接挤压成型制备的，在使用过程中，催化剂顶端被烟道中的飞灰颗粒急速撞击，极易造成破损或断裂，这将使催化剂的脱硝活性迅速降低，使用寿命大大缩短。尤其是在中国煤质灰分高的情况下，蜂窝式SCR脱硝催化剂端部磨损问题已严重制约了此类催化剂的推广应用，成为脱硝行业当前急需解决的关键性技术难题。
于2009年7月8日公布的中国专利申请公布号CN101474581A公布一种具有活性的催化剂模块边缘硬化液，该硬化液主要由硅酸钠及活性组分偏钒酸铵、硫酸亚铁和硝酸锰中的一种或两种组成，相同条件下催化剂磨损失重率降低20％，有一定的效果，但提高幅度不大。于2013年9月25日公布的中国专利申请公布号CN103316717A公布一种SCR脱硝催化剂模块硬化液，包括氢氧化铝、磷酸及活性组分，处理后可使催化剂的抗磨损程度提高44～47％，取得较好的效果，但是磷酸和氢氧化铝反应仅生成磷酸二氢铝透明溶液的条件较难控制，会有其他副产物生成，这在实际的工业应用中将造成不利影响。
总之，现有的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液性能有待提高，硬化液的配制方法及硬化工艺流程需要优化，以使得硬化后的催化剂模块保持较高的脱硝活性，端部耐磨损性能大幅度提高，有效延长催化剂整体使用寿命。
发明内容
鉴于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液，其可在保持蜂窝式SCR脱硝催化剂模块的脱硝活性的前提下，极大地提高其端部的结构强度和耐磨损性能，有效延长催化剂的整体使用寿命。
为了实现本发明的目的，在本发明的第一个方面，本发明提供一种蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液，组成为5～15wt％的偏铝酸钠、1～5wt％的硼酸钠、0.3～2wt％的粘合剂、1～5wt％的偏钒酸铵、余量为水。
为了实现本发明的目的，在本发明的第二个方面，本发明提供一种蜂窝式SCR脱硝催化剂端部的硬化处理方法，其包括以下步骤：将偏铝酸钠、硼酸钠、粘合剂和偏钒酸铵溶于去离子水中，在搅拌条件下混合均匀，得到硬化液；将蜂窝式SCR脱硝催化剂的一端，距顶端20cm处浸渍于所述硬化液中，浸渍时间为10s～2min，之后自然固化，固化时间为8～30h；将固化后的SCR脱硝催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为200～400℃，时间为1～3h。
通过以上技术方案，本发明的有益效果如下：
发明提供的硬化液可在保持蜂窝式SCR脱硝催化剂模块的脱硝活性的前提下，极大地提高其端部的结构强度和耐磨损性能，有效延长催化剂的整体使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。
下面说明根据本发明的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液及硬化处理方法以及实施例。
首先说明根据本发明的第一方面的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液。
根据本发明的第一方面的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液，组成为5～15wt％的偏铝酸钠、1～5wt％的硼酸钠、0.3～2wt％的粘合剂、1～5wt％的偏钒酸铵、余量为水。
在根据本发明的第一方面的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液中，组成为偏铝酸钠的含量为10～13wt％，硼酸钠的含量为2～4wt％，粘合剂的含量为1～1.5wt％，偏钒酸铵的含量为2～4wt％，余量为水。
在根据本发明的第一方面的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液中，所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素与聚乙烯醇中的一种或两种。
根据本发明的第二方面的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部的硬化处理方法，其包括以下步骤：将偏铝酸钠、硼酸钠、粘合剂和偏钒酸铵溶于去离子水中，在搅拌条件下混合均匀，得到硬化液；将蜂窝式SCR脱硝催化剂的一端，距顶端20cm处浸渍于所述硬化液中，浸渍时间为10s～2min，之后自然固化，固化时间为8～30h；将固化后的SCR脱硝催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为200～400℃，时间为1～3h。
在根据本发明的第二方面的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部的硬化处理方法中，所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素与聚乙烯醇中的一种或两种。
在根据本发明的第二方面的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部的硬化处理方法中，所述硬化液的组成为5～15wt％的偏铝酸钠、1～5wt％的硼酸钠、0.3～2wt％的粘合剂、1～5wt％的偏钒酸铵、余量为水。
对比例
蜂窝式SCR脱硝催化剂的端部未采用硬化液处理
实施例1
取5g偏铝酸钠、1g硼酸钠、0.3g羟丙基甲基纤维素与1g偏钒酸铵溶于92.7g去离子水中，搅拌使其均匀混合，制得硬化液。
将蜂窝催化剂一端，距顶端20cm处浸于上述硬化液中，浸渍时间为10s，取出后自然固化8h；固化好的催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为200℃，时间为1h，使硬化液的组分与催化剂结合并发生硬化。
实施例2
取10g偏铝酸钠、2g硼酸钠、1g羟丙基甲基纤维素与2g偏钒酸铵溶于85g去离子水中，搅拌使其均匀混合，制得硬化液。
将蜂窝催化剂一端，距顶端20cm处浸于上述硬化液中，浸渍时间为40s，取出后自然固化18h，固化好的催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为300℃，时间为3h，使硬化液的组分与催化剂结合并发生硬化。
实施例3
取13g偏铝酸钠、4g硼酸钠、1.5g羟丙基甲基纤维素与3g偏钒酸铵溶于78.5g去离子水中，搅拌使其均匀混合，制得硬化液。
将蜂窝催化剂一端，距顶端20cm处浸于上述硬化液中，浸渍时间为60s，取出后自然固化30h；固化好的催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为350℃，时间为3h，使硬化液的组分与催化剂结合并发生硬化。
实施例4
取15g偏铝酸钠、5g硼酸钠、2g羟丙基甲基纤维素与4g偏钒酸铵溶于74g去离子水中，搅拌使其均匀混合，制得硬化液。
将蜂窝催化剂一端，距顶端20cm处浸于上述硬化液中，浸渍时间为2min，取出后自然固化30h；固化好的催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为400℃，时间为3h，使硬化液的组分与催化剂结合并发生硬化。
实施例5
取10g偏铝酸钠、3g硼酸钠、1g聚乙烯醇与2g偏钒酸铵溶于84g去离子水中，搅拌使其均匀混合，制得硬化液。
将蜂窝催化剂一端，距顶端20cm处浸于上述硬化液中，浸渍时间为40s，取出后自然固化10h；固化好的催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为250℃，时间为1h，使硬化液的组分与催化剂结合并发生硬化。
实施例6
取13g偏铝酸钠、4g硼酸钠、1.5g聚乙烯醇，与4g偏钒酸铵溶于77.5g去离子水中，搅拌使其均匀混合，制得硬化液。
将蜂窝催化剂一端，距顶端20cm处浸于上述硬化液中，浸渍时间为60s，取出后自然固化20h；固化好的催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为300℃，时间为2h，使硬化液的组分与催化剂结合并发生硬化。
实施例7
取15g偏铝酸钠、5g硼酸钠、2g聚乙烯醇与5g偏钒酸铵溶于73g去离子水中，搅拌使其均匀混合，制得硬化液。
将蜂窝催化剂一端，距顶端20cm处浸于上述硬化液中，浸渍时间为2min，取出后自然固化30h；固化好的催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为400℃，时间为3h，使硬化液的组分与催化剂结合并发生硬化。
将对比例与实施例1-7的催化剂进行耐磨损实验。进行耐磨损实验前将样品在60℃烘箱中烘烤30min，取出并称重。将试验样品放置在含有石英砂的风机装置中进行冲刷磨损模拟实验，风机风速为15m/s，石英砂质量浓度为45g/m3，磨损时间为2.5h，实验结束后将催化剂样品取出置于60℃烘箱中烘烤30min，取出称重，计算其重量损失(％)。
将对比例与实施例1-7的催化剂进行脱硝活性实验。反应器内催化剂装载量为1ml，重约1g，程序升温仪控制反应温度。
配置组分及浓度如下的模拟烟气：CNOx＝CNH3＝0.045％、CO2≈4.8％、CH2O≈6.0％、CSO2≈0.05％、CCO2≈12％、CHCl≈0.002％，N2作为平衡气，空速GHSV＝20000h-1。此模拟烟气未包含烟尘，其他组分与实际烟气组成基本一致。
利用以上模拟烟气在300℃、350℃、400℃下测定NOx的脱除率，反应条件稳定10h后测量，并求出300℃～400℃下的平均脱硝率。
表1为催化剂样品的重量损失与脱硝活性
| 重量损失(％) | 脱硝活性(％) | |
| 对比例 | 24.52 | 92 |
| 实施例1 | 11.5 | 92.2 |
| 实施例2 | 6.94 | 93.1 |
| 实施例3 | 5.33 | 94.2 |
| 实施例4 | 9.36 | 94.7 |
| 实施例5 | 8.83 | 92.7 |
| 实施例6 | 5.82 | 95 |
| 实施例7 | 8.20 | 95.2 |
本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液，其特征在于，组成为5～15wt％的偏铝酸钠、1～5wt％的硼酸钠、0.3～2wt％的粘合剂、1～5wt％的偏钒酸铵、余量为水，所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素与聚乙烯醇中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液，其特征在于，组成为偏铝酸钠的含量为10～13wt％，硼酸钠的含量为2～4wt％，粘合剂的含量为1～1.5wt％，偏钒酸铵的含量为2～4wt％，余量为水。
3.根据权利要求1所述的蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化液，其特征在于，
所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素与聚乙烯醇中的一种或两种。
4.一种蜂窝式SCR脱硝催化剂端部硬化处理方法，其包括以下步骤：
将偏铝酸钠、硼酸钠、粘合剂和偏钒酸铵溶于去离子水中，在搅拌条件下混合均匀，得到硬化液；
将蜂窝式SCR脱硝催化剂的一端，距顶端20cm处浸渍于所述硬化液中，浸渍时间为10s～2min，之后自然固化，固化时间为8～30h；
将固化后的SCR脱硝催化剂送入焙烧炉进行煅烧，煅烧温度为200～400℃，时间为1～3h，所述硬化液的组成为5～15wt％的偏铝酸钠、1～5wt％的硼酸钠、0.3～2wt％的粘合剂、1～5wt％的偏钒酸铵、余量为水，所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素与聚乙烯醇中的一种或两种。
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