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一种电加热scr催化材料、制备及应用 Download PDF

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Abstract

一种电加热SCR催化材料、制备及应用,属于脱硝催化剂领域。除SCR催化剂粉末外添加粘结剂如羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、硬脂酸和甘油、氨水等试剂,特别是添加了石墨、石墨烯、碳纤维或碳纳米管等导电材料中一种或几种经过捏合、挤出成型、烘干、焙烧,得到蜂窝型或波纹板式等其他多种形状的催化材料。催化材料在施加一定电压下,能够导电并实现自身发热,可在一定时间内达到所需的反应温度,有望解决烟气加热耗能高的问题,缩短加热时间,降低能源消耗,提高经济性。

Description

一种电加热SCR催化材料、制备及应用
技术领域
本发明属于脱硝催化剂领域,更具体地涉及一种电加热SCR催化材料、制备及应用。
背景技术
工业烟气中SO2、NO等大气污染物大量排放是造成大气污染的首要原因,尤其是SO2、NO形成的酸雨、光化学烟雾,多数人类健康问题与之有关。我国主要是以煤炭作为主要能源,火力发电厂发展又比较迅猛,导致了我国的二氧化硫和氮氧化物排放量逐年增加,我国大气污染的控制和治理刻不容缓。
SCR是工业上应用最广的一种脱硝技术,可应用于电站锅炉、工业锅炉等,理想状态下,可使NOx的脱除率达90%以上,由于此法效率较高,是目前能找到的最好的可以广泛应用于固定源NOx治理的技术。此法的原理为:使用适当的催化剂,在一定条件下,用氨作为催化反应的还原剂,使氮氧化物转化为无害的氮气和水蒸气。反应如下:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
目前,工业SCR催化剂的组成主要为V2O5-WO3/TiO2,钒钛基催化剂在电力行业得到了广泛的应用。
目前单独脱硫脱硝技术都相对成熟。脱硫技术按脱硫剂分类主要有湿法、干法、半干法,脱硝技术大多建立在脱硫技术之后,分成两段式。但经过脱硫之后,烟气温度明显降低,大量锅炉烟气温度在180℃以下,远远低于脱硝所需反应温度300~400℃。为使脱硝过程进行,需加装换热器或烟气加热器等大型设备,不仅造成能源的浪费且成本提高、经济性下降(环境催化原理及应用,贺泓等)。如何解决这一问题,是推动脱硝工业发展的重要研究方向。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术提供一种电加热催化材料,使催化材料在施加一定电压下,能够导电并实现自身发热,可达到所需的反应温度,改变传统加热烟气的耗能方式。有望解决烟气加热耗能高的问题,缩短加热时间,降低能源能耗,提高经济性。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下。
一种电加热SCR催化材料,其特征在于,电加热SCR催化材料主要由SCR催化剂、导电材料和粘结剂组成的成型固体材料。
所述的电加热SCR催化材料的结构优选为蜂窝型或波纹板式等。
所述电加热SCR催化材料中所述的SCR催化剂为复合型的或单一性的;如V2O5-WO3/TiO2催化剂。
所述的导电材料选自石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、SP导电剂等中的一种或几种,导电材料的添加量为SCR催化剂用量的3~10wt%,优选添加量为SCR催化剂质量的5wt%。
所述粘结剂常规的胶黏剂均可,如羟丙基甲基纤维素。
进一步在电加热SCR催化材料还可添加不同的助剂,如聚乙烯醇、硬脂酸、甘油、氨水等试剂中的一种或几种。
上述电加热SCR催化材料的制备方法。其特征在于,将所用材料混合,添加液体溶剂(如水),经过捏合、挤出成型、烘干、焙烧,得到成型催化材料。
所述的捏合过程,可使材料达到均匀的泥状;烘干条件优选为温度30℃湿度70%保温4小时,然后温度50℃湿度70%保温4小时,然后温度50℃湿度50%保温4小时,然后温度70℃湿度30%保温4小时。焙烧条件优选为450℃3小时。
电加热SCR催化材料应用时:将电加热SCR催化材料置于脱硝系统中,在电加热SCR催化材料的两端加上电极并通电,调整电压,电加热SCR催化材料能够导电并实现自身发热,可在一定时间内达到所需的反应温度。
进一步通过调整电加热SCR催化材料的相关尺寸来调整调整电加热SCR催化材料的电阻,使得电阻范围在103-104欧姆,电加热催化材料,长、宽、高(圆柱型时为直径)可以调整,形状也可以变化为波纹板式等其他形状。但应具有合适的电阻,范围在103-104欧姆。如尺寸为150*150*500mm时优选电阻在5×103~7×103欧姆。
所用电压为一定电压为220V或经调压器输出为0~320V的电压。
电加热SCR催化材料的功率P=I2R可通过调节电流来选定并调节,P为功率,I为电流,R为电加热SCR催化材料的电阻;其中一般限制电流为0~1A,否则会造成功率过大。
本发明的有益效果是:
不需要加热烟气,而通过加电直接加热SCR催化剂本身,实现NOx的脱除。这改变了传统的加热方式,即省掉了换热器等大型装置,减少了大量烟气加热的能耗。拓展了SCR脱硝技术的应用领域,可大幅度节约工程建设投资和施工周期,降低能源消耗,是一种高效节能的技术。此外,由于整个催化剂体系加热功率便于调节,可通过电流、电压等成熟技术实现,更加的迅速达到催化剂所需温度,便于硫酸氢铵中毒后热再生环节。可将其应用于火电厂、工业锅炉,尤其是低温烟气条件下的烟气脱硝处理中。由于该技术的施工、操作等的低成本优势,有望大大提高NOx的处理比例,减少NOx的排放。
附图说明
图1是电加热SCR催化材料俯视图。
图2是电加热SCR催化材料左视图。
图3是电加热SCR催化材料反应器通电示意图。
图4是催化材料A的NH3-SCR活性曲线图。
图5是催化材料B的NH3-SCR活性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明,但本发明并不限于以下实施例。
描述本质上仅仅为示范性的,其并非意于限制本发明,其应用或使用。应当理解的是,所有附图中,相应的附图标记表示表示相同或者相应的部件或特征。电加热SCR催化材料主要由SCR催化剂、导电材料和粘结剂组成的成型固体材料,可添加少量助剂。
实施例1
本发明提供的用于NH3-SCR脱硝活性测试的应用条件为:原料气组成部分为NO(1000ppm)、NH3(1000ppm)、O2(6.0%)、He平衡,反应空速为30000h-1。以10℃/min的升温速率将反应器温度从室温升至400℃,以IR(Brukertensor27)在线检测模拟气经过催化剂后NO、NO2、N2O的浓度。由测试结果在100~400℃范围内对比SCR脱硝活性。
在成型工艺材料基础上添加碳纤维导电材料,SCR催化剂为V2O5-WO3/TiO2催化剂,碳纤维导电材料添加量为碳纤维导电材料的5wt%,物料经过捏合、挤出成型、烘干、焙烧后得到蜂窝型电加热催化剂模块,如附图1俯视图、2左视图所示。将导电银浆涂敷到电加热催化剂模块各2cm宽,通过万用表测定电阻为6120欧母左右,表示为催化材料A。
将供电辅助模块中的电极两端打孔,上下两片为一组,通过金属螺栓固定在电加热催化剂模块的两端。并保持两组电极距电加热催化剂模块两端的距离相等。
在使用时,通过施加一定电压到螺栓上,应用一定功率到电加热催化剂模块,如附图3所示。所述的功率P=I2R可通过调节电流来选定。如选定电流0.5A,电加热催化剂模块开始发热,经过10h左右,可达到脱硝催化剂所需反应温度200℃。在线检测模拟气经过催化剂后NO、NO2、N2O的浓度,在100~400℃范围内对比SCR脱硝活性,测试结果如图4所示,催化材料A在180℃时达到NO转化率99%。
实施例2
在成型工艺材料基础上添加碳纤维为SCR催化剂的5wt%同时添加碳纳米管为SCR催化剂1.5wt%,SCR催化剂为V2O5-WO3/TiO2催化剂,物料经过捏合、挤出成型、烘干、焙烧后得到蜂窝型电加热催化剂模块,如附图1俯视图、2左视图所示。将导电银浆涂敷到电加热催化剂模块各2cm宽,通过万用表测定电阻为2600欧母左右,表示为催化材料B。
将供电辅助模块中的电极两端打孔,上下两片为一组,通过金属螺栓固定在电加热催化剂模块的两端。在使用时,通过施加一定电压到螺栓上,应用一定功率到电加热催化剂模块,如附图3所示。所述的功率P=I2R可通过调节电流来选定。如选定电流0.5A,电加热催化剂模块开始发热,经过15h左右,可达到脱硝催化剂所需反应温度200℃。在线检测模拟气经过催化剂后NO、NO2、N2O的浓度,在100~400℃范围内对比SCR脱硝活性,测试结果如图5所示,催化材料B在200℃时达到NO转化率99%。
现在本领域技术人员能够从上文的描述知道,可以以多种形式实施本发明的宽泛教导。因此,尽管用特定例子描述了本发明,但是本发明的实际范围不会因此受到限制,因为对本领域技术人员来说通过研究附图、说明书和所附权利要求书的基础上可以很明显地得到其它变型。

Claims (7)

1.一种电加热SCR催化材料,其特征在于,电加热SCR催化材料主要由SCR催化剂、导电材料和粘结剂组成的成型固体材料。
2.按照权利要求1所述的一种电加热SCR催化材料,其特征在于,所述的电加热SCR催化材料的结构为蜂窝型或波纹板式。
3.按照权利要求1所述的一种电加热SCR催化材料,其特征在于,所述的SCR催化剂为复合型的或单一性的。
4.按照权利要求1所述的一种电加热SCR催化材料,其特征在于,所述的导电材料选自石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、SP导电剂中的一种或几种,导电材料的添加量为SCR催化剂用量的0~10wt%。
5.按照权利要求4所述的一种电加热SCR催化材料,其特征在于,添加量为SCR催化剂的5wt%。
6.按照权利要求1所述的一种电加热SCR催化材料,其特征在于,进一步在电加热SCR催化材料还添加不同的助剂。
7.按照权利要求1所述的电加热SCR催化材料的应用,其特征在于,将电加热SCR催化材料置于脱硝系统中,在电加热SCR催化材料的两端加上电极并通电,调整电压,电加热SCR催化材料能够导电并自身发热,在一定时间内达到所需的反应温度。
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