CN105749904A - 一种电加热scr催化材料、制备及应用 - Google Patents
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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
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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