CN107138152A - 一种高强度的脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度的脱硝催化剂及其制备方法，所述脱硝催化剂包括如下重量份的原料：二氧化钛80～100份、二氧化硅20～35份、三氧化钨8～16份、五氧化二钒3～8份、膨胀珍珠岩1～6份、凹凸棒土2～7份、中空玻璃微珠1～3份、聚酯纤维1～3份。该脱硝催化剂的制备方法包括催化剂基材的制备、混合液浸泡吸附、干燥煅烧。本发明的脱硝催化剂耐压强度、劈裂强度高，孔隙率适中，不易粉化开裂，催化效率高，用量大大减少，使用寿命长，制备工艺简单可控，节约能耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力催化剂领域，具体涉及一种高强度的脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
我国火电行业的装机容量、发电量与煤耗量均呈不断增长的趋势，由此产生的氮氧化物对环境的危害日趋严重。根据催化剂载体的不同，目前市场上应用于固定源尾气脱硝的催化剂主要是蜂窝式催化剂。该催化剂具有较低的压降、耐磨损性能以及优良的脱硝活性而得到越来越广泛的应用，但现有的蜂窝式催化剂存在一些缺点，其最佳工作温度一般在300～450℃，而在实际工况中，烟气温度难以达到这个温度区间；另一方面为了达到较好的脱硝效果和抗硫抗水性能，蜂窝式脱硝催化剂一般具有较高的孔密度，但是实际烟气中含有的大量水、二氧化硫和粉尘很容易使催化剂发生堵塞。因此，仍然存在催化剂强度低、易粉化、使用寿命短、催化效率低、催化剂用量大、成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高强度的脱硝催化剂及其制备方法，该脱硝催化剂耐压强度、劈裂强度高，孔隙率适中，不易粉化开裂，催化效率高，用量大大减少，使用寿命长，制备工艺简单可控，节约能耗。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种高强度的脱硝催化剂，包括如下重量份的原料：二氧化钛80～100份、二氧化硅20～35份、三氧化钨8～16份、五氧化二钒3～8份、膨胀珍珠岩1～6份、凹凸棒土2～7份、中空玻璃微珠1～3份、聚酯纤维1～3份。
优选地，所述脱硝催化剂包括如下重量份的原料：二氧化钛92份、二氧化硅26份、三氧化钨10份、五氧化二钒4份、膨胀珍珠岩3份、凹凸棒土5份、中空玻璃微珠2份、聚酯纤维3份。
优选地，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛，粒径范围为90～110nm。
优选地，所述膨胀珍珠岩选取的标准为膨胀系数10～20倍，导热系数0.045～0.052W/(m·K)。
上述高强度的脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)催化剂基材的制备：按照重量份称取二氧化钛、二氧化硅、三氧化钨、五氧化二钒，30～40℃混合搅拌均匀后，送入带有齿轮的压延机，通过两个齿轮咬合压延得到基材板，再通入液压机压缩得到催化剂基材；
(2)混合液浸泡、吸附：称取膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合搅拌均匀，使用去离子水浸泡30～40min后，超声波清洗3～5min，减压过滤；滤饼中加入无水乙醇，得到混合液；混合液中放入催化剂基材，升温至60～80℃，接入电动搅拌器以40～60r/min搅拌1～2小时后，取出催化剂基材，完成混合液的吸附；
(3)干燥煅烧：将吸附后的催化剂基材放置在无菌干燥机中，以15～20℃/min恒速升温至140～160℃，干燥2～3小时后取出；放入460～480℃的高温窑炉内煅烧20～24小时，自然冷区至室温，得到该脱硝催化剂。
优选地，所述步骤(1)压延机的压延温度为18～25℃，压延速率为60～80m/min，辊筒的长径比为1.6～2.2。
优选地，所述步骤(1)液压机选用万能液压机，工作压强为15～20MPa。
优选地，所述步骤(2)无水乙醇的用量以膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合物质量的5～10倍为宜。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的脱硝催化剂耐压强度、劈裂强度高，孔隙率适中，不易粉化开裂，催化效率高，用量大大减少，使用寿命长；制备工艺包括催化剂基材的制备、混合液浸泡吸附、干燥煅烧等步骤，工艺简单可控，节约能耗。
(2)本发明的脱硝催化剂，以耐腐蚀性、机械性能优良的多个金属或非金属氧化物二氧化钛、二氧化硅、三氧化钨、五氧化二钒为基板基体，配合质轻、多孔、耐高温的膨胀珍珠岩、中空玻璃微珠，粘结性能优良、疏松多孔的凹凸棒土，牢固耐用、回弹耐压的聚酯纤维，不仅明显增加了催化剂的孔隙度，增加了催化剂的比表面积，还降低了成型难度，从而显著提高催化脱硝效率，降低了用量和成本。
(3)本发明的脱硝催化剂的制备方法，通过高压压延、液压形成催化剂基材，基材机械、力学性能稳定，混合液的浸泡能够使微小颗粒被基材的孔隙吸附，明显增加了孔隙率，煅烧后具有良好的成型效果，使得催化剂更加适合火电行业的高温脱硝设备。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1
一种高强度的脱硝催化剂，包括如下重量的原料：二氧化钛92g、二氧化硅26g、三氧化钨10g、五氧化二钒4g、膨胀珍珠岩3g、凹凸棒土5g、中空玻璃微珠2g、聚酯纤维3g。其中，二氧化钛为金红石型二氧化钛，粒径范围为90～110nm；膨胀珍珠岩选取的标准为膨胀系数10～20倍，导热系数0.045～0.052W/(m·K)。
上述高强度的脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)催化剂基材的制备：按照重量称取二氧化钛、二氧化硅、三氧化钨、五氧化二钒，35℃混合搅拌均匀后，送入带有齿轮的压延机，通过两个齿轮咬合压延得到基材板，再通入液压机压缩得到催化剂基材；其中，压延机的压延温度为20℃，压延速率为60～80m/min，辊筒的长径比为1.6～2.2，液压机选用万能液压机，工作压强为15～20MPa。
(2)混合液浸泡、吸附：称取膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合搅拌均匀，使用去离子水浸泡36min后，超声波清洗3min，减压过滤；滤饼中加入无水乙醇，得到混合液；混合液中放入催化剂基材，升温至68℃，接入电动搅拌器以40～60r/min搅拌1～2小时后，取出催化剂基材，完成混合液的吸附。无水乙醇的用量为膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合物质量的6倍。
(3)干燥煅烧：将吸附后的催化剂基材放置在无菌干燥机中，以16℃/min恒速升温至160℃，干燥2.5小时后取出；放入460℃的高温窑炉内煅烧22小时，自然冷区至室温，得到该脱硝催化剂。
实施例2
一种高强度的脱硝催化剂，包括如下重量的原料：二氧化钛88g、二氧化硅27g、三氧化钨12g、五氧化二钒5g、膨胀珍珠岩2g、凹凸棒土4g、中空玻璃微珠2g、聚酯纤维3g。其中，二氧化钛为金红石型二氧化钛，粒径范围为90～110nm；膨胀珍珠岩选取的标准为膨胀系数10～20倍，导热系数0.045～0.052W/(m·K)。
上述高强度的脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)催化剂基材的制备：按照重量称取二氧化钛、二氧化硅、三氧化钨、五氧化二钒，40℃混合搅拌均匀后，送入带有齿轮的压延机，通过两个齿轮咬合压延得到基材板，再通入液压机压缩得到催化剂基材；其中，压延机的压延温度为22℃，压延速率为60～80m/min，辊筒的长径比为1.6～2.2，液压机选用万能液压机，工作压强为15～20MPa。
(2)混合液浸泡、吸附：称取膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合搅拌均匀，使用去离子水浸泡32min后，超声波清洗4min，减压过滤；滤饼中加入无水乙醇，得到混合液；混合液中放入催化剂基材，升温至60～80℃，接入电动搅拌器以40～60r/min搅拌1～2小时后，取出催化剂基材，完成混合液的吸附。无水乙醇的用量为膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合物质量的8倍。
(3)干燥煅烧：将吸附后的催化剂基材放置在无菌干燥机中，以17℃/min恒速升温至147℃，干燥2.8小时后取出；放入466℃的高温窑炉内煅烧23小时，自然冷区至室温，得到该脱硝催化剂。
实施例3
一种高强度的脱硝催化剂，包括如下重量的原料：二氧化钛83g、二氧化硅30g、三氧化钨15g、五氧化二钒6g、膨胀珍珠岩5g、凹凸棒土3g、中空玻璃微珠2g、聚酯纤维1g。其中，二氧化钛为金红石型二氧化钛，粒径范围为90～110nm；膨胀珍珠岩选取的标准为膨胀系数10～20倍，导热系数0.045～0.052W/(m·K)。
上述高强度的脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)催化剂基材的制备：按照重量称取二氧化钛、二氧化硅、三氧化钨、五氧化二钒，30～40℃混合搅拌均匀后，送入带有齿轮的压延机，通过两个齿轮咬合压延得到基材板，再通入液压机压缩得到催化剂基材；其中，压延机的压延温度为25℃，压延速率为60～80m/min，辊筒的长径比为1.6～2.2，液压机选用万能液压机，工作压强为15～20MPa。
(2)混合液浸泡、吸附：称取膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合搅拌均匀，使用去离子水浸泡40min后，超声波清洗5min，减压过滤；滤饼中加入无水乙醇，得到混合液；混合液中放入催化剂基材，升温至80℃，接入电动搅拌器以40～60r/min搅拌1～2小时后，取出催化剂基材，完成混合液的吸附。无水乙醇的用量为膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合物质量的5倍。
(3)干燥煅烧：将吸附后的催化剂基材放置在无菌干燥机中，以20℃/min恒速升温至160℃，干燥2小时后取出；放入472℃的高温窑炉内煅烧21小时，自然冷区至室温，得到该脱硝催化剂。
实施例4
一种高强度的脱硝催化剂，包括如下重量的原料：二氧化钛100g、二氧化硅35g、三氧化钨16g、五氧化二钒3g、膨胀珍珠岩6g、凹凸棒土7g、中空玻璃微珠2g、聚酯纤维3g。其中，二氧化钛为金红石型二氧化钛，粒径范围为90～110nm；膨胀珍珠岩选取的标准为膨胀系数10～20倍，导热系数0.045～0.052W/(m·K)。
上述高强度的脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)催化剂基材的制备：按照重量称取二氧化钛、二氧化硅、三氧化钨、五氧化二钒，30～40℃混合搅拌均匀后，送入带有齿轮的压延机，通过两个齿轮咬合压延得到基材板，再通入液压机压缩得到催化剂基材；其中，压延机的压延温度为25℃，压延速率为60～80m/min，辊筒的长径比为1.6～2.2，液压机选用万能液压机，工作压强为15～20MPa。
(2)混合液浸泡、吸附：称取膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合搅拌均匀，使用去离子水浸泡40min后，超声波清洗3min，减压过滤；滤饼中加入无水乙醇，得到混合液；混合液中放入催化剂基材，升温至80℃，接入电动搅拌器以40～60r/min搅拌1～2小时后，取出催化剂基材，完成混合液的吸附。无水乙醇的用量为膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合物质量的10倍。
(3)干燥煅烧：将吸附后的催化剂基材放置在无菌干燥机中，以18℃/min恒速升温至146℃，干燥2～3小时后取出；放入480℃的高温窑炉内煅烧20小时，自然冷区至室温，得到该脱硝催化剂。
实施例5
性能测试：对实施例1-4的脱硝催化剂进行了抗压强度、劈裂强度、孔隙率、磨耗率的测试，具体结果见下表。
表1、脱硝催化剂性能测试结果
由上表可以看出，本发明实施例的脱硝催化剂具有优良的抗压强度、劈裂强度、孔隙率和较低的磨耗率，延长了使用寿命，扩大了适用范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高强度的脱硝催化剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：二氧化钛80～100份、二氧化硅20～35份、三氧化钨8～16份、五氧化二钒3～8份、膨胀珍珠岩1～6份、凹凸棒土2～7份、中空玻璃微珠1～3份、聚酯纤维1～3份。
2.根据权利要求1所述的高强度的脱硝催化剂，其特征在于，所述脱硝催化剂包括如下重量份的原料：二氧化钛92份、二氧化硅26份、三氧化钨10份、五氧化二钒4份、膨胀珍珠岩3份、凹凸棒土5份、中空玻璃微珠2份、聚酯纤维3份。
3.根据权利要求1所述的高强度的脱硝催化剂，其特征在于，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛，粒径范围为90～110nm。
4.根据权利要求1所述的高强度的脱硝催化剂，其特征在于，所述膨胀珍珠岩选取的标准为膨胀系数10～20倍，导热系数0.045～0.052 W/(m·K)。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的高强度的脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）催化剂基材的制备：按照重量份称取二氧化钛、二氧化硅、三氧化钨、五氧化二钒，30～40℃混合搅拌均匀后，送入带有齿轮的压延机，通过两个齿轮咬合压延得到基材板，再通入液压机压缩得到催化剂基材；
（2）混合液浸泡、吸附：称取膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合搅拌均匀，使用去离子水浸泡30～40min后，超声波清洗3～5min，减压过滤；滤饼中加入无水乙醇，得到混合液；混合液中放入催化剂基材，升温至60～80℃，接入电动搅拌器以40～60r/min搅拌1～2小时后，取出催化剂基材，完成混合液的吸附；
（3）干燥煅烧：将吸附后的催化剂基材放置在无菌干燥机中，以15～20℃/min恒速升温至140～160℃，干燥2～3小时后取出；放入460～480℃的高温窑炉内煅烧20～24小时，自然冷区至室温，得到该脱硝催化剂。
6.根据权利要求5所述的高强度的脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）压延机的压延温度为18～25℃，压延速率为60～80m/min，辊筒的长径比为1.6～2.2。
7.根据权利要求5所述的高强度的脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）液压机选用万能液压机，工作压强为15～20MPa。
8.根据权利要求5所述的高强度的脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）无水乙醇的用量以膨胀珍珠岩、凹凸棒土、中空玻璃微珠、聚酯纤维混合物质量的5～10倍为宜。
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