CN106268774A - 一种宽活性温度窗口催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种宽活性温度窗口催化剂，其特征在于：包含活性组分前驱体、助剂前驱体、载体、添加剂，其余为去离子水；所述的助剂前驱体为仲钨酸铵，经高温处理形成催化剂助剂WO3，WO3在催化剂成品中的质量百分比为3％‑10％。本发明提供的SCR脱硝催化剂仅调整了配方中各组分的含量，仍为钒钛系配方，技术可靠性好。钒钛系配方经过长时间的工业运行，具有较好的工业适应性，通过调整配方中活性组分含量而得到性能优化的催化剂对现有催化剂生产工艺及燃煤电厂烟气条件适应性较好，保证了较好的烟气处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及脱硝催化剂技术领域，具体涉及一种宽活性温度(250-420℃)窗口催化剂及其制备方法。
背景技术
因燃煤机组低负荷低温氮氧化物(NOx)减排的需求及SCR脱硝技术在水泥窑、钢铁冶炼等工业窑炉领域的逐步推广应用，成为SCR脱硝技术尤其是中低温下具有高效脱硝性能的SCR脱硝催化剂抢占市场的新机遇。目前，国内中低温催化剂开发主要集中在锰、铈系催化剂，虽取得一定研究成果，但现有锰、铈系催化剂仍难以适应实际烟气复杂的应用环境，容易出现活性衰减快、SO2氧化率高等问题，仍停留在实验室研究阶段。因此，优化现有钒钛系催化剂配方是现阶段满足市场需求的主要方法。
裴叶舜等申请的《一种中低温烟气条件下脱硝催化剂及其制备方法》发明专利，通过调整活性组分种类及含量拓宽了催化剂的低温反应活性，但是高温反应窗口却降低至330℃，难以满足燃煤电厂烟气在330-420℃时的脱硝要求。侯娜娜等获授权公布的CN103894182A发明专利介绍的催化剂同样调整了活性组分的种类及含量，但是采用的机械混合法制备的催化剂中各组分相对独立，使催化剂的长期稳定运行存在困难，存在优化空间。方阳升等公布的CN101502796发明专利介绍了通过调整V2O5和WO3含量来改善催化剂性能的方法，但是其捏合后的可塑性泥料并未进行陈腐，并且不存在真空练泥过程，不利于泥料中各组分的充分作用及成品率的提高，同时存在活性组分分散不均匀等问题；在高钨含量时，其使用的偏钨酸铵极易导致催化剂成本居高不下；同时其未考察催化剂高温下的二氧化硫氧化性能，而该性能是判断催化剂脱硝性能优劣的重要指标之一。刘清才等获授权公布的CN102773090A发明专利中，钨盐前驱体及催化剂活性溶液均为酸性体系，泥料中各物种表面均被H+、NH4 +等阳离子包围而带正电荷，各物种相互排斥而不利于在载体表面的吸附和相互作用。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供一种宽活性温度窗口催化剂，本发明提供的SCR脱硝催化剂仅调整了配方中各组分的含量，仍为钒钛系配方，技术可靠性好；通过控制催化剂壁厚，降低其SO2氧化能力，使催化剂更符合工业应用实际需求，催化剂机械强度仍符合使用要求，磨损率降低；本发明提供的制备方法泥料混合后进行陈腐处理，改善泥料性能，对蜂窝式SCR脱硝催化剂挤出成型工艺、设备无特殊要求。经过工业级大试实验证明，催化剂高活性催化反应温度窗口拓宽至250-420℃，二氧化硫氧化率低于1％(两层催化剂)，本发明具有较高的工业化应用水平。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种宽活性温度窗口催化剂，包含活性组分前驱体、助剂前驱体、载体、添加剂，其余为去离子水；所述的助剂前驱体为仲钨酸铵，经高温处理形成催化剂助剂WO3，WO3在催化剂成品中的质量百分比为3％-10％(用以改善催化剂表面酸性、促进活性组分分散，并防止载体烧结)。
本发明所述的活性组分前驱体为含有目标元素的铵盐，具体为偏钒酸铵，经高温处理形成活性组分。
本发明所述的载体为钛白粉(TiO2)，使活性组分、助剂附着在其表面。
本发明所述的添加剂为玻璃纤维、CMC、氨水等中的一种或以上，用于改善催化剂泥料性能及提高成型催化剂强度等。
本发明所述的活性组分为V2O5，其在催化剂成品中的含量为1％-3％，用以还原NOx。
本发明所述的TiO2，其在催化剂成品中的质量百分比不高于96％；
其余为添加剂煅烧后产物。
具体的，本发明的催化剂由以下各个组分制备：偏钒酸铵0.05-3重量份，仲钨酸铵1-8重量份，TiO260-80重量份，添加剂10-20重量份，去离子水15-30重量份。
为实现上述目的，本发明提供的制备方法为：配制偏钒酸铵、仲钨酸铵溶液，仲钨酸铵溶液随添加剂加入钛白粉中进行混合(氨水调节泥料pH)，然后加入偏钒酸铵溶液进一步混合，得到结块性能较好的泥料，泥料经陈腐后利用挤出机挤出成型形成蜂窝式催化剂坯体，坯体经过干燥、煅烧等热处理后形成成品；通过控制模具缝宽调整催化剂壁厚。
所述的陈腐，时间为15-50小时；
所述的干燥，温度为60-150℃，干燥时间为5-15小时；
所述的煅烧，温度为300-650℃，煅烧时间为10-20小时；
所述的模具缝宽为0.6-1.5mm。
本发明的优点和有益效果：
1.本发明提供的SCR脱硝催化剂仅调整了配方中各组分的含量，仍为钒钛系配方，技术可靠性好。钒钛系配方经过长时间的工业运行，具有较好的工业适应性，通过调整配方中活性组分含量而得到性能优化的催化剂对现有催化剂生产工艺及燃煤电厂烟气条件适应性较好，保证了较好的烟气处理效果。
2.本发明利用具有不同缝宽的模具进行催化剂挤出成型，控制催化剂壁厚在0.6-1.1mm(传统催化剂壁厚在1.1mm甚至更厚)，低于传统催化剂的壁厚使得本发明提供的催化剂中更多的活性组分用于SCR脱硝反应，从而减少SO2氧化副反应发生，降低其SO2氧化能力，而催化剂壁厚的降低并没有影响其机械强度，同时较低的壁厚使得催化剂具有较大的开孔率，气体在本发明提供的催化剂单元孔道内流速小于传统催化剂，从而磨损率有效降低。
3.作为偏钨酸铵的替代品，仲钨酸铵的使用降低了催化剂的生产成本。三氧化钨作为催化剂中的助剂含量较低，但因其前驱体较贵，是催化剂制造成本的重要组成部分，而仲钨酸铵因其较低的市售价格在本发明提供的催化剂制造中作为三氧化钨前驱体可有效降低催化剂成本，使催化剂制造成本不会因三氧化钨的含量提高而大幅上升。
4.本发明提供的制备方法泥料混合后进行陈腐处理，改善泥料性能，对蜂窝式SCR脱硝催化剂挤出成型工艺、设备无特殊要求。陈腐处理可加强泥料各组分间相互作用，使活性组分前驱体、助剂前驱体、添加剂在泥料中分散更加均匀，提高泥料的塑性，利于泥料的挤出成型，提高泥料利用率和成品率。
附图说明
附图1模具示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。实施例(仅介绍优选条件)
表1脱硝性能测试数据
注：SO2氧化率为400℃的测试值；V1.5W6Ti-1经300℃煅烧处理样品；V1.5W6Ti-2经650℃煅烧处理样品。
表2结构性能测试数据
其中，
(1)制备的催化剂为V2O5-WO3/TiO2，实验中制备的一系列催化剂记为VxWyTi，其中x、y分别代表催化剂中V2O5、WO3的质量百分含量。
(2)催化剂制备方法对催化剂性能的影响
优选条件中的催化剂制备方法均为陈腐时间32小时；干燥温度为110℃，干燥时间为12小时；煅烧温度为550℃，煅烧时间为8小时。
为考察制备工艺对催化剂性能的影响，对V1.5W6Ti催化剂分别调变了陈腐时间为15小时，发现催化剂挤出效果较差，成品率较低，陈腐时间延长至50h后，泥料性质无明显变化，挤出效果与陈腐32h相差不大；调变了0.6mm壁厚V1.5W6Ti催化剂干燥温度为100℃，则干燥至2％含水量时的时间延长到15小时；调变干燥温度为150℃时，干燥时间降低为8.5小时，但催化剂容易开裂，导致成品率由95％下降至83％；调变煅烧温度为300℃、650℃时，催化剂性能(如表1)降低，650℃处理后可能是催化剂载体部分烧结，导致比表面积下降所致，300℃可能是催化剂中活性物质氧化不完全所致。
(3)活性测试条件
烟气测试条件统一为：
表3活性测试条件
其中测试温度点为250℃、300℃、350℃、400℃。
通过上述实施例可知，本发明提供的SCR脱硝催化剂为钒钛系配方，技术可靠性好；通过控制催化剂壁厚，降低其SO2氧化能力；催化剂机械强度符合使用要求，磨损率降低；本发明提供的制备方法对蜂窝式SCR脱硝催化剂挤出成型工艺、设备无特殊要求；仲钨酸铵的使用降低了催化剂的生产成本。
上述实施例对本发明进行说明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求书的保护范围内，对本发明的任何修改和改变，都将落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种宽活性温度窗口催化剂，其特征在于：包含活性组分前驱体、助剂前驱体、载体、添加剂，其余为去离子水；所述的助剂前驱体为仲钨酸铵，经高温处理形成催化剂助剂WO3，WO3在催化剂成品中的质量百分比为3％-10％。
2.根据权利要求1所述的宽活性温度窗口催化剂，其特征在于：所述的活性组分前驱体为偏钒酸铵，经高温处理形成活性组分，V2O5，其在催化剂成品中的含量为1％-3％。
3.根据权利要求1所述的宽活性温度窗口催化剂，其特征在于：所述的载体为钛白粉，在催化剂成品中的质量百分比不高于96％。
4.根据权利要求1所述的宽活性温度窗口催化剂，其特征在于：所述的添加剂为玻璃纤维、CMC、氨水中的一种或以上。
5.根据权利要求4所述的宽活性温度窗口催化剂，其特征在于：该催化剂的原料包括：偏钒酸铵0.05-3重量份，仲钨酸铵1-8重量份，TiO2 60-80重量份，添加剂10-20重量份，去离子水15-30重量份。
6.根据权利要求5所述的宽活性温度窗口催化剂的制备方法，其特征在于：配制偏钒酸铵、仲钨酸铵溶液，仲钨酸铵溶液随添加剂加入钛白粉中进行混合，然后加入偏钒酸铵溶液进一步混合得到泥料，泥料经陈腐后利用挤出机挤出成型形成蜂窝式催化剂坯体，坯体经过干燥、煅烧等热处理后形成成品；通过控制模具缝宽调整催化剂壁厚。
7.根据权利要求6所述的宽活性温度窗口催化剂的制备方法，其特征在于：所述的陈腐，时间为15-50小时；所述的干燥，温度为60-150℃，干燥时间为5-15小时；所述的煅烧，温度为300-650℃，煅烧时间为10-20小时；所述的模具缝宽为0.6-1.5mm。
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2016
- 2016-06-29 CN CN201610559218.XA patent/CN106268774A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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