CN106540683B - 耐磨损scr催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及SCR脱硝催化剂技术领域，公开了一种耐磨损SCR催化剂的制备方法。本发明主要组分及其重量份数为：钛白粉60‑90份，偏钒酸铵0.6‑1.0份，偏钨酸铵2.5‑3.5份，乙醇胺0.5‑1份，硫酸铝0.8‑9.2份，聚乙烯醇0.1‑0.5份，增强剂1‑1.7份，成型助剂3‑15份，增韧剂4‑20份和适量除盐水；其中，所述成型助剂包括胶黏剂、造孔剂和润滑剂，胶黏剂、造孔剂和润滑剂的质量比为3:3:1。本发明活性成分负载量高、催化效率高、耐磨损。

Description

耐磨损SCR催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及SCR脱硝催化剂技术领域，特别是涉及一种耐磨损SCR催化剂的制备方法。
背景技术
近年来随着工业化的发展，大气污染尤其是氮氧化物的日趋严重，“十二五”期间我国对氮氧化物的排放做了严格控制。选择性催化还原(SCR)技术凭借其效率高、稳定性好、可靠性强而被广泛应用于燃煤电厂脱硝系统。
然而由于我国的煤质种类的复杂多样性以及电厂发电成本的考虑，电厂往往燃用劣质、高钙煤，这就造成了我国大多数电厂机组烟气飞灰含量高、粒径大、组成复杂多变等特点。在电厂高空速的烟气通道内，烟气中的飞灰颗粒对催化剂造成很强的冲蚀磨损，减少催化剂的机械寿命，严重时甚至会造成催化剂床层的坍塌损毁以至需要机组停车处理。由于催化剂的磨损消耗严重，使得设计使用寿命6-9年的催化剂在仅仅使用2-3年之后就不得不更换，极大增加了电厂的投资运行成本。
目前工业应用的脱硝催化剂大部分采用硬化元素的盐溶液浸渍催化剂的端面来提高催化剂的抗磨损性能，但我国煤质中灰分非常高，仅仅端面的硬化还不能完全解决催化剂磨损的问题，特别是在流场分布不均的情况下，催化剂的内部也会遭到烟气灰分的强力冲刷而引起催化剂模块的损坏、坍塌。此外，浸渍法需要在生产过程中多增加一道工序，同时耗费大量人力、物力增加了成产成本，且由于负载量较少、部分硬化液没有活性导致脱硝效率降低。
发明内容
本发明提供一种活性成分负载量高、催化效率高的耐磨损SCR催化剂的制备方法。
解决的技术问题是：目前的SCR催化剂采用浸渍法使催化剂端面硬化，在流场分布不均或灰分强力冲刷下易发生损坏、坍塌，且催化效率不高，工序复杂，成本较高。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明耐磨损SCR催化剂，其主要组分及其重量份数为：钛白粉60-90份，偏钒酸铵0.6-1.0份，偏钨酸铵2.5-3.5份，乙醇胺0.5-1份，硫酸铝0.8-9.2份，聚乙烯醇0.1-0.5份，增强剂1-1.7份，成型助剂3-15份，增韧剂4-20份和适量除盐水；其中，所述成型助剂包括胶黏剂、造孔剂和润滑剂，胶黏剂、造孔剂和润滑剂的质量比为3:3:1。
本发明耐磨损SCR催化剂，进一步的，所述增强剂为氧化硅或硅溶胶的一种或几种。
本发明耐磨损SCR催化剂，进一步的，所述胶黏剂为羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚环氧乙烯中的一种或几种；所述造孔剂为棉浆和/或碳粉；所述润滑剂为甘油、棕榈油、石蜡油的一种或几种；所述增韧剂为硅酸铝纤维和/或玻璃纤维。
本发明耐磨损SCR催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、备料：主要组分按照以下重量份数进行备料：
钛白粉60-90份，偏钒酸铵0.6-1.0份，偏钨酸铵2.5-3.5份，乙醇胺0.5-1份，硫酸铝0.8-9.2份，聚乙烯醇0.1-0.5份，增强剂1-1.7份，成型助剂3-15份，增韧剂4-20份和适量除盐水；其中，所述成型助剂包括胶黏剂、造孔剂和润滑剂，胶黏剂、造孔剂和润滑剂的质量比为3:3:1；所述增强剂为氧化硅或硅溶胶的一种或几种；
步骤二、配制复合溶胶：在乳酸溶液中依次加入硫酸铝和草酸，溶解后加入增强剂和聚乙烯醇，混合均匀即得水合氧化铝-氧化硅溶胶；
步骤三、配制复合活性剂：以除盐水配制浓度为1％的乙醇胺溶液，然后在其中加入偏钒酸铵，溶解后制得复合活性剂；
步骤四、一级混炼：将钛白粉、偏钨酸铵和润滑剂混合均匀，加入步骤二制得的复合溶胶，混合均匀后进行高速混炼；
步骤五、混合：在步骤四制得的一级混炼料中加入步骤三制得的复合活性剂，混匀后加入胶黏剂、造孔剂和增韧剂，混合均匀；
步骤六、二级混炼：将步骤五制得的混合料送入真空练泥机中混炼，然后送入挤出机中挤出成型，得到蜂窝式SCR催化剂坯体；
步骤七、干燥与焙烧：将步骤六制得的蜂窝式SCR催化剂坯体进行干燥和焙烧，得到耐磨损SCR催化剂。
本发明耐磨损SCR催化剂的制备方法，进一步的，步骤二中乳酸溶液的体积百分数为1-5％；加入的硫酸铝与乳酸溶液的质量体积比为(1-10)：1。
本发明耐磨损SCR催化剂的制备方法，进一步的，步骤三中加入的偏钒酸铵与乙醇胺溶液的质量体积比为1：1。
本发明耐磨损SCR催化剂的制备方法，进一步的，步骤五中所述胶黏剂为羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚环氧乙烯中的一种或几种；所述造孔剂为棉浆、碳粉、石墨中的一种或几种；所述增韧剂为硅酸铝纤维和/或玻璃纤维。
本发明耐磨损SCR催化剂的制备方法，进一步的，步骤六中混炼次数为2-4遍。
本发明耐磨损SCR催化剂的制备方法，进一步的，步骤七中干燥温度为50-120℃，干燥时间为10-12d，干燥后送入隧道窑炉中烧成，温度由常温升至580～650℃保持15～24h，再冷却至室温，烧成总时间36-48h。
本发明耐磨损SCR催化剂与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明耐磨损SCR催化剂的耐磨性能良好，经过较高浓度的烟气的长时间冲撞，磨损率仍控制在0.09％/kg以内，使用寿命更长。与市售以盐酸溶液浸渍实现催化剂端面硬化得到的SCR催化剂相比，本发明制得的耐磨损SCR催化剂通过改变了生产工艺步骤，将催化剂内部也进行了硬化，大大降低了催化剂在面对长时间的气流对冲和高浓度的烟气灰分的强力冲刷时的磨损程度，延长了催化剂的使用寿命；同时提高了催化剂内部的比表面积，增大了单位质量的催化剂的活性成分的负载量，最大程度的保障了硬化液的活化完成度，提高了催化剂的脱硝效率，本发明耐磨损SCR催化剂的制备方法制得的催化剂的脱硝效率可达88％，磨损率可降低至0.06％。
本发明耐磨损SCR催化剂的制备方法单独制备了水合氧化铝—氧化硅溶胶做粘结剂，在经干燥、焙烧后催化剂的密实度和硬度得到很大提高，同时氧化铝、氧化硅本身抗压、耐磨机械性能良好，有效增强了催化剂的抗压、耐磨损性能；并单独配制了复合活性剂，将偏钨酸铵和偏钒酸铵分别以不同的形式加入，提高了硬化液的活性，提高了活性成分的负载量，提高了催化剂的脱硝效率。
具体实施方式
制备实施例
首先按照表1所示重量份数进行备料。
表1制备实施例的具体组分和重量份数
采用以下方法制备耐磨损SCR催化剂
制备实施例1
在体积百分数为1％的乳酸溶液中依次加入硫酸铝和草酸，加入的硫酸铝与乳酸溶液的质量体积比为10：1；溶解后加入增强剂和聚乙烯醇，混合均匀即得水合氧化铝-氧化硅溶胶；然后以除盐水配制浓度为1％的乙醇胺溶液，在乙醇胺溶液中加入偏钒酸铵，溶解后制得复合活性剂；其中，加入的偏钒酸铵与乙醇胺溶液的质量体积比为1：1；然后将钛白粉、偏钨酸铵和润滑剂混合均匀，加入水合氧化铝-氧化硅溶胶，混合均匀后进行高速一级混炼；然后在一级混炼料中加入复合活性剂，混匀后加入胶黏剂、造孔剂和增韧剂，混合均匀；将混合料送入真空练泥机中混炼2遍，然后送入挤出机中挤出成型，得到蜂窝式SCR催化剂坯体；将坯体在50-120℃下流动干燥10d，干燥后送入隧道窑炉中烧成，温度由常温升至600℃保持22h，再冷却至室温，烧成总时间42h，得到耐磨损SCR催化剂。
制备实施例2
在体积百分数为3％的乳酸溶液中依次加入硫酸铝和草酸，加入的硫酸铝与乳酸溶液的质量体积比为5：1；溶解后加入增强剂和聚乙烯醇，混合均匀即得水合氧化铝-氧化硅溶胶；然后以除盐水配制浓度为1％的乙醇胺溶液，在乙醇胺溶液中加入偏钒酸铵，溶解后制得复合活性剂；其中，加入的偏钒酸铵与乙醇胺溶液的质量体积比为1：1；然后将钛白粉、偏钨酸铵和润滑剂混合均匀，加入水合氧化铝-氧化硅溶胶，混合均匀后进行高速一级混炼；然后在一级混炼料中加入复合活性剂，混匀后加入胶黏剂、造孔剂和增韧剂，混合均匀；将混合料送入真空练泥机中混炼4遍，然后送入挤出机中挤出成型，得到蜂窝式SCR催化剂坯体；将坯体在50-120℃下流动干燥10d，干燥后送入隧道窑炉中烧成，温度由常温升至580℃保持24h，再冷却至室温，烧成总时间36h，得到耐磨损SCR催化剂。
制备实施例3
在体积百分数为5％的乳酸溶液中依次加入硫酸铝和草酸，加入的硫酸铝与乳酸溶液的质量体积比为1：1；溶解后加入增强剂和聚乙烯醇，混合均匀即得水合氧化铝-氧化硅溶胶；然后以除盐水配制浓度为1％的乙醇胺溶液，在乙醇胺溶液中加入偏钒酸铵，溶解后制得复合活性剂；其中，加入的偏钒酸铵与乙醇胺溶液的质量体积比为1：1；然后将钛白粉、偏钨酸铵和润滑剂混合均匀，加入水合氧化铝-氧化硅溶胶，混合均匀后进行高速一级混炼；然后在一级混炼料中加入复合活性剂，混匀后加入胶黏剂、造孔剂和增韧剂，混合均匀；将混合料送入真空练泥机中混炼4遍，然后送入挤出机中挤出成型，得到蜂窝式SCR催化剂坯体；将坯体在50-120℃下流动干燥10d，干燥后送入隧道窑炉中烧成，温度由常温升至650℃保持15h，再冷却至室温，烧成总时间38h，得到耐磨损SCR催化剂。
制备实施例4
在体积百分数为4％的乳酸溶液中依次加入硫酸铝和草酸，加入的硫酸铝与乳酸溶液的质量体积比为7：1；溶解后加入增强剂和聚乙烯醇，混合均匀即得水合氧化铝-氧化硅溶胶；然后以除盐水配制浓度为1％的乙醇胺溶液，在乙醇胺溶液中加入偏钒酸铵，溶解后制得复合活性剂；其中，加入的偏钒酸铵与乙醇胺溶液的质量体积比为1：1；然后将钛白粉、偏钨酸铵和润滑剂混合均匀，加入水合氧化铝-氧化硅溶胶，混合均匀后进行高速一级混炼；然后在一级混炼料中加入复合活性剂，混匀后加入胶黏剂、造孔剂和增韧剂，混合均匀；将混合料送入真空练泥机中混炼3遍，然后送入挤出机中挤出成型，得到蜂窝式SCR催化剂坯体；将坯体在50-120℃下流动干燥10d，干燥后送入隧道窑炉中烧成，温度由常温升至600℃保持20h，再冷却至室温，烧成总时间48h，得到耐磨损SCR催化剂。
制备实施例5
在体积百分数为2％的乳酸溶液中依次加入硫酸铝和草酸，加入的硫酸铝与乳酸溶液的质量体积比为3：1；溶解后加入增强剂和聚乙烯醇，混合均匀即得水合氧化铝-氧化硅溶胶；然后以除盐水配制浓度为1％的乙醇胺溶液，在乙醇胺溶液中加入偏钒酸铵，溶解后制得复合活性剂；其中，加入的偏钒酸铵与乙醇胺溶液的质量体积比为1：1；然后将钛白粉、偏钨酸铵和润滑剂混合均匀，加入水合氧化铝-氧化硅溶胶，混合均匀后进行高速一级混炼；然后在一级混炼料中加入复合活性剂，混匀后加入胶黏剂、造孔剂和增韧剂，混合均匀；将混合料送入真空练泥机中混炼4遍，然后送入挤出机中挤出成型，得到蜂窝式SCR催化剂坯体；将坯体在50-120℃下流动干燥10d，干燥后送入隧道窑炉中烧成，温度由常温升至620℃保持18h，再冷却至室温，烧成总时间46h，得到耐磨损SCR催化剂。
测试实施例1：磨损率测试
将上述制备实施例制得的耐磨损SCR催化剂成品进行磨损率测试，磨损率测试方法参考GB/T 315877-2015国标中磨损率的测定，具体操作方法为：截取长度和宽度均为60～70mm、高度为100±2mm的试样两块作为测试样品和对比样品；将样品置于105±2℃的恒温烘箱中干燥2h，取出并自然冷却至室温后称重；将样品用高岭棉包裹，置于样品仓中，催化剂通道内风速14.5±0.5m/s，磨损剂浓度50±5g/m3，2h后停止。取出试样，置于烘箱中105±2℃干燥2h，取出并自然冷却至室温后，称重精确至0.01g。以同样方法测未添加增强剂空白样品块的磨损率。具体的测试结果如表2所示。
磨损率通过下列公式计算：
式中：
ξh——样品的磨损率，％/kg；
m1——测试前试样的重量，g；
m2——测试后试样的重量，g；
m3——测试前对比样重量，g；
m4——测试后对比样重量，g；
m——磨损剂重量，kg。
表2制备实施例磨损率测试结果
磨损率(％/kg) 制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5 空白
2h 0.064 0.080 0.071 0.060 0.068 0.102
由表2可知，本发明的耐磨损SCR脱硝催化剂的耐磨性能良好，经过较高浓度的烟气的长时间冲撞，磨损率仍控制在0.08％/kg以内，使用寿命更长。
测试实施例2：脱硝催化活性测试
将上述制备实施例对制备得到的蜂窝式SCR催化剂进行模拟烟气脱硝实验，将其应用于不同烟气脱硝处理的情况下，具体的烟气脱硝条件如表3所示，蜂窝式SCR催化剂的脱硝效率如表4所示。
表3应用实施例的烟气脱硝条件
应用1 应用2 应用3
入口烟气NO浓度ppm 580 580 580
入口烟气O2的体积百分比％ 5 5 5
氨氮摩尔比 1:1 1:1 1:1
空速h-1 33800 33800 33800
脱硝温度℃ 280 340 400
反应时间h 2 2 2
表4各催化剂的应用实施例的脱硝效果
％ 制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5 空白
应用1 63.15 65.36 66.82 64.91 62.80 60.92
应用2 81.33 84.80 83.75 87.63 83.14 81.49
应用3 85.50 88.51 86.63 89.18 87.03 84.36
由表4可知，采用本发明所述方法制得的耐磨损SCR催化剂对各种浓度条件下的烟气的脱硝效率均在80-90％之间，脱硝效率稳定，且脱硝效果略优于不添加增强剂制得的产品。
对比实施例
以制备实施例2为对照组，同时设置实验组，实验组选用市售盐酸浸渍类型的SCR催化剂，将对照组与实验组的SCR催化剂分别应用在上述所示应用条件下进行对比试验，具体的脱硝效果如表5所示。
表5对比实施例的脱硝效果
由表4可知，与市售以硬化液溶液浸渍实现催化剂端面硬化得到的SCR催化剂相比，本发明制得的耐磨损SCR催化剂通过改变了生产工艺步骤，将催化剂内部也进行了硬化，大大降低了催化剂在面对长时间的气流对冲和高浓度的烟气灰分的强力冲刷时的磨损程度，延长了催化剂的使用寿命；同时提高了催化剂内部的比表面积，增大了单位质量的催化剂的活性成分的负载量，最大程度的保障了硬化液的活化完成度，提高了催化剂的脱硝效率。
与实验组的不同的制备方法相比，本发明所示的制备方法制得的耐磨损SCR催化剂的脱硝效率提高了3-5％，磨损率下降了0.02-0.022％/kg，催化效率和抗磨损性能都得到了较大的提升，催化剂结构本身得到了从内而外的硬化，而不单单只是硬化催化剂的端面，本发明制备方法单独制备了水合氧化铝—氧化硅溶胶做粘结剂，在经干燥、焙烧后催化剂的密实度和硬度得到很大提高，同时氧化铝、氧化硅本身抗压、耐磨机械性能良好，有效增强了催化剂的抗压、耐磨损性能；并单独配制了复合活性剂，将偏钨酸铵和偏钒酸铵分别以不同的形式加入，提高了硬化液的活性，提高了活性成分的负载量，提高了催化剂的脱硝效率。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.耐磨损SCR催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、备料：主要组分按照以下重量份数进行备料：
钛白粉60-90份，偏钒酸铵0.6-1.0份，偏钨酸铵2.5-3.5份，乙醇胺0.5-1份，硫酸铝0.8-9.2份，聚乙烯醇0.1-0.5份，增强剂1-1.7份，成型助剂3-15份，增韧剂4-20份和适量除盐水；其中，所述成型助剂包括胶黏剂、造孔剂和润滑剂，胶黏剂、造孔剂和润滑剂的质量比为3:3:1；所述增强剂为氧化硅或硅溶胶的一种或几种；
步骤二、配制复合溶胶：在乳酸溶液中依次加入硫酸铝和草酸，溶解后加入增强剂和聚乙烯醇，混合均匀即得水合氧化铝-氧化硅溶胶；
步骤三、配制复合活性剂：以除盐水配制浓度为1%的乙醇胺溶液，然后在其中加入偏钒酸铵，溶解后制得复合活性剂；
步骤四、一级混炼：将钛白粉、偏钨酸铵和润滑剂混合均匀，加入步骤二制得的复合溶胶，混合均匀后进行高速混炼；
步骤五、混合：在步骤四制得的一级混炼料中加入步骤三制得的复合活性剂，混匀后加入胶黏剂、造孔剂和增韧剂，混合均匀；
步骤六、二级混炼：将步骤五制得的混合料送入真空练泥机中混炼，然后送入挤出机中挤出成型，得到蜂窝式SCR催化剂坯体；
步骤七、干燥与焙烧：将步骤六制得的蜂窝式SCR催化剂坯体进行干燥和焙烧，得到耐磨损SCR催化剂。
2.根据权利要求1所述的耐磨损SCR催化剂的制备方法，其特征在于：步骤二中乳酸溶液的体积百分数为1-5%；加入的硫酸铝与乳酸溶液的质量体积比为（1-10）：1。
3.根据权利要求1所述的耐磨损SCR催化剂的制备方法，其特征在于：步骤三中加入的偏钒酸铵与乙醇胺溶液的质量体积比为1：1。
4.根据权利要求1所述的耐磨损SCR催化剂的制备方法，其特征在于：步骤五中所述胶黏剂为羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚环氧乙烯中的一种或几种；所述造孔剂为棉浆、碳粉、石墨中的一种或几种；所述增韧剂为硅酸铝纤维和/或玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的耐磨损SCR催化剂的制备方法，其特征在于：步骤六中混炼次数为2-4遍。
6.根据权利要求1所述的耐磨损SCR催化剂的制备方法，其特征在于：步骤七中干燥温度为50-120℃，干燥时间为10-12d，干燥后送入隧道窑炉中烧成，温度由常温升至580~650℃保持15~24h，再冷却至室温，烧成总时间36-48h。
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