CN107694558A - 一种兼具脱硝蓄热功能的scr催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，属于催化技术领域。在制备兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂时添加了润滑剂、粘结剂、脱模剂以及堇青石、莫来石等蓄热能力强的原料，以稀土氧化物CeO2、La2O3为主活性成分，WO3为助活性成分，采用强力混炼机依次有序的多步混料，混炼均匀的泥料经陈腐、预过滤挤出二次陈腐，通过真空挤出成型、干燥和煅烧，制备得到兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂。本发明制备的脱硝催化剂，具备良好的机械强度、抗酸腐蚀能力、抗热震性能，可适应于燃煤锅炉、火电机组的空预器中，以取代空预器中换热原件考登钢，兼具良好的换热性能、脱硝活性和较宽的温度窗口。
Description
技术领域
本发明涉及一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，本发明制备的脱硝催化剂，具备良好的机械强度、抗酸腐蚀能力、抗热震性能，可适应于燃煤锅炉、火电机组的空预器中，以取代空预器中换热原件考登钢，兼具良好的换热性能、脱硝活性和较宽的温度窗口。
背景技术
目前空气预热器中所用的换热原件材质为考登钢，考登钢具有机械强度高、不易破损、换热速率快、热容大等优点，但是在使用过程中，考登钢表面的搪瓷易脱落，钢材裸漏以后非常容易被硫酸氢铵或结露而成的硫酸腐蚀，尤其是全国燃煤电厂在全面实施超低排放之后。为使脱硝处理后的氮氧化物浓度达到超低排放标准，目前，主流的降低NOx排放方法是，增加一层催化剂，这样会导致系统阻力、空气预热器阻力提高，SO2向SO3的转化率上升，气溶胶排放增加，导致氨逃逸增大、腐蚀及堵塞现象增加等。
空气预热器在使用过程中，换热元件缓慢转动，温度较高的烟气和冷空气交替流经换热元件，进行周期性的换热。在一个换热周期内，换热元件的温度周期性变化，选用稀土元素Ce、La作为活性组分，具有较宽的脱硝活性温度区间。
传统的钒钛系脱硝催化剂，活性温度窗口较窄（320～400℃），运行过程中易受SO2中毒，低温下活性较低，且易产生硫铵，堵塞催化剂孔及空预器及下游设备，造成系统压降较大，增加引风机的用电成本等不利因素。
本发明研究了一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂，本发明制备的脱硝催化剂，具备良好的机械强度、抗酸腐蚀能力、抗热震性能，可适应于燃煤锅炉、火电机组的空预器中，以取代空预器中换热原件考登钢，兼具良好的换热性能、脱硝活性和较宽的温度窗口。该催化剂活性优于常规的钒钨钛系脱硝催化剂，此失活的脱硝催化剂可以再生，不可再生的催化剂由于不含有毒物质V2O5，不需单独处理。
发明内容
本发明提供一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明方案采用的技术方案是：一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂，其特征在于该脱硝催化剂主要由以下组分：工业级钛白粉、堇青石，莫来石、SiO2、蒙脱石、硝酸铈、偏钨酸铵、硝酸铈，硝酸镧，木浆棉，玻璃纤维，聚氧化乙烯、羟丙基甲基纤维素、单乙醇胺、硬脂酸、乳酸经过催化剂泥料捏合，催化剂泥料陈腐，催化剂泥料挤出成型，催化剂成型、湿坯干燥、煅烧工序制备而成；所述主要组分中，二氧化钛50～100份，堇青石5～15份，莫来石5～10份， SiO23～5份，蒙脱石为5～15份，偏钨酸铵5～8份、硝酸铈5～8份，硝酸镧2～4份，木浆棉1～3份，玻璃纤维2～5份，聚氧化乙烯3～6份、羟丙基甲基纤维素3～6份、单乙醇胺2～3份、硬脂酸1～3份、乳酸1～3份。
一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）活性溶液的制备：称取偏钨酸铵5～8份、硝酸铈5～8份，硝酸镧2～4份，在70～95℃将称取的硝酸铈、硝酸镧粉体溶于含有1.2～3.5份草酸的水溶液，所配置的活性溶液浓度为0.35～1.20g/mL，60℃保温备用；
（2）泥料捏合：
i）称取工业级钛白粉50～100份，堇青石5～15份，莫来石5～10份，称取 SiO2为3～5份，蒙脱石为5～15份，硬脂酸1～3份、乳酸1～3份；20%氨水调节泥料pH，去离子水：粉料重量比为0.4～0.6，搅拌捏合20min左右，通过捏合及调节添加的去离子水、氨水调节泥料指标；
ii）添加20%氨水0.5～1.5份，盖上搅拌机顶盖，边搅拌边加热升温至95℃以上，然后打开顶盖，蒸发浓缩泥料水分至泥料呈颗粒状；
iii）边搅拌边依次添加木浆棉1～3份，玻璃纤维2～5份，步骤1）所制得的活性溶液，搅拌15min左右；
iv）依次添加聚氧化乙烯、羟丙基甲基纤维素及单乙醇胺，各为2～3份，搅拌10min以上；
v）二次添加聚氧化乙烯、羟丙基甲基纤维素，各为1～3份，搅拌10min以上；
（3）一次陈腐：将混炼好的泥料，用保鲜膜密封保存，陈腐；
（4）预过滤挤出：将陈腐好的泥料，在预过滤挤出机上，过滤挤出成泥砖；
（5）二次陈腐：将步骤（4）制得的泥砖，二次陈腐；
（6）成型挤出：在前端装有SCR成型模具的真空挤出机上进行挤出成型，得到催化剂湿坯；
（7）干燥-煅烧：将步骤（6）得到的催化剂湿坯，转移至铝合金托盘上，用带保温棉的玻璃钢材质的盒盖包装好，进行一次干燥，二次干燥过程中，窑炉煅烧；
（8）切割、端面硬化：将步骤（7）煅烧出来的催化剂成品进行定长度切割，最终得到兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂。
作为优选，所述载体TiO2为锐钛矿型，比表面积80～90m2/g，平均粒径＜2μm；所用堇青石、莫来石粒度为325目，所用蒙脱石为柱层蒙脱石，比表面积＞70 m2/g；羟丙基甲基纤维素，1%水溶液粘度为6000～10000 mPa･s；聚氧化乙烯平均分子量位360～400万，0.5%水溶液粘度为150～180mPa･s；木浆棉为阔叶木浆棉。
作为优选，步骤（2）所述的泥料捏合（i）泥料水分目标值38～45%，pH目标值7.8～9.4；所述的泥料捏合（ii）泥料水分目标值25～28%，pH目标值7.8～8.5；所述的泥料捏合（iii）泥料水分目标值29～34%，pH目标值8.1～9.2；所述的泥料捏合（iv）泥料水分目标值29～34%，pH目标值8.1～9.2；所述的泥料捏合（v）泥料水分目标值28～32%，pH目标值8.1～9.0，挤出力塑性1700～2200N。
作为优选，步骤（3）一次陈腐24h以上。
作为优选，步骤（4）预过滤挤出，滤网采用网孔规格为1.0x4mm 或0.8x3mm的不锈钢滤网。
作为优选，步骤（5）二次陈腐时间24h以上。
作为优选，步骤（6）成型挤出，挤出机控制条件为，挤出压力3～6MPa，挤出温度＜35℃，真空度-0.094MPa左右。
作为优选，步骤（6）成型挤出，挤出机控制条件为，挤出压力7MPa，挤出温度＜35℃，真空度-0.094MPa左右。
作为优选，步骤（7）干燥-煅烧，干燥温度为90℃，控制温度从30℃起，按5℃/小时梯度递增，干燥周期10h；将干燥后的催化剂坯料进行煅烧，煅烧温度1000℃，煅烧过程中，控制温度从100℃起，按100℃/小时梯度递增，煅烧时间为25～30h。
作为优选，步骤（8）切割、端面硬化，切割，把催化剂两端变形的孔切掉，将SCR催化剂两端浸入端面硬化液中，高度为20～25mm；端面硬化液成分包括6～10份偏钨酸铵、1～5份硝酸锰、0.5～2份偏钒酸铵、0.5～2份脂肪酸甘油酯、0.5～2份单乙醇胺、20～35份磷酸二氢铵、0.5～2份聚二甲基硅氧烷、6～10份硬脂酸铝、0.5～2份单乙醇；将浸渍好的催化剂单体取出放在马弗炉中250℃煅烧1.5小时，使硬化液中有效成分转化成活性和硬化组分；所得SCR催化剂产品几何尺寸为150x150x（500～1250）mm，孔径为5～8mm，内壁厚0.7～1.2mm，几何比表面积为360～700m2/m3。
本发明具有如下优点：本发明制备的脱硝催化剂兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂。本发明脱硝催化剂具备良好的机械强度、抗酸腐蚀能力、抗热震性能，远优于一般标准，由于不含有毒物质V2O5，不需单独处理。
可适应于燃煤锅炉、火电机组的空预器中，以取代空预器中换热原件考登钢，兼具良好的换热性能、脱硝活性和较宽的温度窗口。该催化剂活性也优于常规的钒钨钛系脱硝催化剂，失活后可以再生。
具体实施方式
实施例1
（1）活性溶液的制备：称取偏钨酸铵5～8份、硝酸铈5～8份，硝酸镧2～4份，在70～95℃将称取的硝酸铈、硝酸镧粉体溶于含有1.2～3.5份草酸的水溶液，所配置的活性溶液浓度为0.35～1.20g/mL，60℃保温备用。
（2） i）称取50份工业级TiO2粉，8份堇青石，15份莫来石，3份SiO2，10份蒙脱石，硬脂酸、乳酸各为2份，按去离子水：粉料重量比为0.4～0.6，加入去离子水，添加20%氨水，添加的量以泥料7.8～9.2为宜，搅拌捏合20min左右，制得泥料水分42%左右，pH目标值9.0；二次称取30份工业级TiO2粉添加至步骤i）所制得的泥料中，添加20%氨水，调节泥料pH值8.6左右，搅拌至温度95℃以上，然后蒸发浓缩泥料水分至泥料呈颗粒状，泥料水分26～27.5%，pH值8.2左右；iii）搅拌并依次添加木浆棉1份，玻璃纤维3份，所制得的活性溶液7份，并用20%氨水调节泥料pH，搅拌15min左右，泥料水分29～32%，pH值8.5～9.0；iv）依次添加聚氧化乙烯2份、羟丙基甲基纤维素1份、单乙醇胺，搅拌10min以上，所制得泥料水分29～32%，pH值8.2～8.6，挤出力塑性1700～2200N。
将混炼好的泥料，用保鲜膜密封保存，陈腐24h以上；用0.8x3mm的不锈钢滤网过滤挤出成泥砖并二次陈腐24h以上；
在前端装有SCR成型模具的真空挤出机上进行挤出成型，成型挤出所采用的成型模具，孔为四方孔，孔径为7.1mm，内壁厚1.1mm，外框宽156～158mm，挤出长度为600mm，孔数18x18，挤出压力7MPa，挤出温度＜35℃，真空度-0.094MPa左右。
将成型好的催化剂湿坯，转移至铝合金托盘上，用有保温棉的玻璃钢盒盖包装好进行干燥，干燥温度为90℃，控制温度从30℃起，按5℃/小时梯度递增，干燥周期10h；将干燥后的催化剂坯料进行煅烧，煅烧温度1000℃，煅烧过程中，控制温度从100℃起，按100℃/小时梯度递增，煅烧时间为25～30h。
煅烧出来的催化剂成品进行定长度切割，端面硬化，切割，把催化剂两端变形的孔切掉，将SCR催化剂两端浸入端面硬化液中，端面硬化液为高度20～25mm；端面硬化液成分包括9份偏钨酸铵、2份硝酸锰、2份偏钒酸铵、0.5份脂肪酸甘油酯、0.5份单乙醇胺、20份磷酸二氢铵、2份聚二甲基硅氧烷、6份硬脂酸铝、2份单乙醇；将浸渍好的催化剂单体取出放在马弗炉中250℃煅烧1.5小时，使硬化液中有效成分转化成活性和硬化组分；
所得SCR催化剂主要包括以下配比的有效组分：TiO2 68～80%，WO3 3～5%，CeO2 4～7%，La2O32～3%，SiO2 2～10%，Al2O3 5～20%。
SCR催化剂产品几何尺寸为150x150x（500～1250）mm，孔径为5～8mm，内壁厚0.7～1.2mm，几何比表面积为360～700m2/m3。体积密度：1.62g/cm3、导热系数：3.2w/m.k、耐压强度：轴向3.2MPa（标准要求≥2.6）、侧向1.1MPa（标准要求≥0.8）。
实施例2
（1）活性溶液的制备：称取偏钨酸铵5～8份、硝酸铈5～8份，硝酸镧2～4份，在70～95℃将称取的硝酸铈、硝酸镧粉体溶于含有1.2～3.5份草酸的水溶液，所配置的活性溶液浓度为0.35～1.20g/mL，60℃保温备用。
（2） i）称取50份工业级TiO2粉，15份堇青石，5份莫来石，3份SiO2，10份蒙脱石，硬脂酸、乳酸各为3份，按去离子水：粉料重量比为0.4～0.6，加入去离子水，添加20%氨水，添加的量以泥料7.8～9.2为宜，搅拌捏合20min左右，制得泥料水分42%左右，pH目标值9.0；二次称取30份工业级TiO2粉添加至步骤i）所制得的泥料中，添加20%氨水，调节泥料pH值8.6左右，搅拌至温度95℃以上，然后蒸发浓缩泥料水分至泥料呈颗粒状，泥料水分26～27.5%，pH值8.2左右；iii）搅拌并依次添加木浆棉1份，玻璃纤维3份，所制得的活性溶液7份，并用20%氨水调节泥料pH，搅拌15min左右，泥料水分29～32%，pH值8.5～9.0；iv）依次添加聚氧化乙烯2份、羟丙基甲基纤维素1份，单乙醇胺，搅拌10min以上，所制得泥料水分29～32%，pH值8.2～8.6，挤出力塑性1700～2200N。
将混炼好的泥料，用保鲜膜密封保存，陈腐24h以上；用0.8x3mm的不锈钢滤网过滤挤出成泥砖并二次陈腐24h以上；
在前端装有SCR成型模具的真空挤出机上进行挤出成型，成型挤出所采用的成型模具，孔为四方孔，孔径为6.4mm，内壁厚1.0mm，外框宽156～158mm，挤出长度为600mm，孔数20x20，挤出压力7MPa，挤出温度＜35℃，真空度-0.094MPa左右。
将成型好的催化剂湿坯，转移至铝合金托盘上，用有保温棉的玻璃钢盒盖包装好进行干燥，干燥温度为90℃，控制温度从30℃起，按5℃/小时梯度递增，干燥周期10h；将干燥后的催化剂坯料进行煅烧，煅烧温度1000℃，煅烧过程中，控制温度从100℃起，按100℃/小时梯度递增，煅烧时间为25～30h。
煅烧出来的催化剂成品进行定长度切割，端面硬化，切割，把催化剂两端变形的孔切掉，将SCR催化剂两端浸入端面硬化液中，端面硬化液为高度20～25mm；端面硬化液成分包括7份偏钨酸铵、4份硝酸锰、1份偏钒酸铵、1份脂肪酸甘油酯、1份单乙醇胺、33份磷酸二氢铵、1份聚二甲基硅氧烷、7份硬脂酸铝、1份单乙醇；将浸渍好的催化剂单体取出放在马弗炉中250℃煅烧1.5小时，使硬化液中有效成分转化成活性和硬化组分。
所得SCR催化剂主要包括以下配比的有效组分：TiO2 68～80%，WO3 3～5%，CeO2 4～7%，La2O32～3%，SiO2 2～10%，Al2O3 5～20%。
SCR催化剂产品几何尺寸为150x150x（500～1250）mm，孔径为5～8mm，内壁厚0.7～1.2mm，几何比表面积为360～700m2/m3。体积密度：1.62g/cm3、导热系数：3.3w/m.k、耐压强度：轴向3.2MPa（标准要求≥2.6）、侧向1.1MPa（标准要求≥0.8）。
本发明制备的脱硝催化剂，具备良好的机械强度、抗酸腐蚀能力、抗热震、导热性能，可适应于燃煤锅炉、火电机组的空预器中，以取代空预器中换热原件考登钢，兼具良好的换热性能、脱硝活性和较宽的温度窗口。由于不含有毒物质V2O5，不需单独处理。
Claims (10)
1.一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于该脱硝催化剂主要由以下组分：工业级钛白粉、堇青石，莫来石、 SiO2、蒙脱石、硝酸铈、偏钨酸铵、硝酸镧，木浆棉，玻璃纤维，聚氧化乙烯、羟丙基甲基纤维素、单乙醇胺、硬脂酸、乳酸经过催化剂泥料捏合，催化剂泥料陈腐，催化剂泥料挤出成型，催化剂成型、湿坯干燥、煅烧工序制备而成；所述主要组分中，二氧化钛50～100份，堇青石5～15份，莫来石5～10份， SiO23～5份，蒙脱石为5～15份，偏钨酸铵5～8份、硝酸铈5～8份，硝酸镧2～4份，木浆棉1～3份，玻璃纤维2～5份，聚氧化乙烯3～6份、羟丙基甲基纤维素3～6份、单乙醇胺2～3份、硬脂酸1～3份、乳酸1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）活性溶液的制备：称取偏钨酸铵5～8份、硝酸铈5～8份，硝酸镧2～4份，在70～95℃将称取的硝酸铈、硝酸镧粉体溶于含有1.2～3.5份草酸的水溶液，所配置的活性溶液浓度为0.35～1.20g/mL，60℃保温备用；
（2）泥料捏合：
i）称取工业级钛白粉50～100份，堇青石5～15份，莫来石5～10份，称取 SiO2为3～5份，蒙脱石为5～15份，硬脂酸1～3份、乳酸1～3份；20%氨水调节泥料pH，去离子水：粉料重量比为0.4～0.6，搅拌捏合20min左右，通过捏合及调节添加的去离子水、氨水调节泥料指标；
ii）添加20%氨水0.5～1.5份，盖上搅拌机顶盖，边搅拌边加热升温至95℃以上，然后打开顶盖，蒸发浓缩泥料水分至泥料呈颗粒状；
iii）边搅拌边依次添加木浆棉1～3份，玻璃纤维2～5份，步骤1）所制得的活性溶液，搅拌15min左右；
iv）依次添加聚氧化乙烯、羟丙基甲基纤维素及单乙醇胺，各为2～3份，搅拌10min以上；
v）二次添加聚氧化乙烯、羟丙基甲基纤维素，各为1～3份，搅拌10min以上；
（3）一次陈腐：将混炼好的泥料，用保鲜膜密封保存，陈腐；
（4）预过滤挤出：将陈腐好的泥料，在预过滤挤出机上，过滤挤出成泥砖；
（5）二次陈腐：将步骤（4）制得的泥砖，二次陈腐；
（6）成型挤出：在前端装有SCR成型模具的真空挤出机上进行挤出成型，得到催化剂湿坯；
（7）干燥-煅烧：将步骤（6）得到的催化剂湿坯，转移至铝合金托盘上，用带保温棉的玻璃钢材质的盒盖包装好，进行一次干燥，二次干燥过程中，窑炉煅烧；
（8）切割、端面硬化：将步骤（7）煅烧出来的催化剂成品进行定长度切割，最终得到兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于，所述载体TiO2为锐钛矿型，比表面积80～90m2/g，平均粒径＜2μm；所用堇青石、莫来石粒度为325目，所用蒙脱石为柱层蒙脱石，比表面积＞70 m2/g；羟丙基甲基纤维素，1%水溶液粘度为6000～10000 mPa･s；聚氧化乙烯平均分子量位360～400万，0.5%水溶液粘度为150～180mPa･s；木浆棉为阔叶木浆棉。
4.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的泥料捏合（i）泥料水分目标值38～45%，pH目标值7.8～9.4；所述的泥料捏合（ii）泥料水分目标值25～28%，pH目标值7.8～8.5；所述的泥料捏合（iii）泥料水分目标值29～34%，pH目标值8.1～9.2；所述的泥料捏合（iv）泥料水分目标值29～34%，pH目标值8.1～9.2；所述的泥料捏合（v）泥料水分目标值28～32%，pH目标值8.1～9.0，挤出力塑性1700～2200N。
5.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤（3）一次陈腐24h以上。
6.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤（4）预过滤挤出，滤网采用网孔规格为1.0x4mm 或0.8x3mm的不锈钢滤网。
7.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤（5）二次陈腐时间24h以上。
8.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤（6）成型挤出，挤出机控制条件为，挤出压力7MPa，挤出温度＜35℃，真空度-0.094MPa左右。
9.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤（7）干燥-煅烧，干燥温度为90℃，控制温度从30℃起，按5℃/小时梯度递增，干燥周期10h；将干燥后的催化剂坯料进行煅烧，煅烧温度1000℃，煅烧过程中，控制温度从100℃起，按100℃/小时梯度递增，煅烧时间为25～30h。
10.根据权利要求1所述的一种兼具脱硝蓄热功能的SCR催化剂及其制备方法，其特征在于：步骤（8）切割、端面硬化，切割，把催化剂两端变形的孔切掉，将SCR催化剂两端浸入端面硬化液中，高度为20～25mm；端面硬化液成分包括6～10份偏钨酸铵、1～5份硝酸锰、0.5～2份偏钒酸铵、0.5～2份脂肪酸甘油酯、0.5～2份单乙醇胺、20～35份磷酸二氢铵、0.5～2份聚二甲基硅氧烷、6～10份硬脂酸铝、0.5～2份单乙醇；将浸渍好的催化剂单体取出放在马弗炉中250℃煅烧1.5小时，使硬化液中有效成分转化成活性和硬化组分；所得SCR催化剂产品几何尺寸为150x150x（500～1250）mm，孔径为5～8mm，内壁厚0.7～1.2mm，几何比表面积为360～700m2/m3。
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