CN108854323B - 一种蜂窝壁流式高温尘硝一体净化器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蜂窝壁流式高温尘硝一体净化器的制备方法，所述方法是采用氧化铝、氧化硅、高岑土、滑石、造孔剂、成型剂、定向排列剂为主料，经挤制成型、干燥、在高温烧成中经原位反应生成堇青石，而后经切割、交叉堵孔而制成低膨胀高孔隙率、高强度的壁流式滤筒。本发明配料→匀混→陈腐→成型→干燥→切割→第一次烧成→涂滤膜→交叉堵孔→形状优化再造→二次烧成→涂敷催化剂→三次烧成→尘硝一体净化器。本发明不需要对高温气体进行降温，同时还可以脱除有害的氮氧化物，不需要对烟气进行二次升温，可省略烟气除湿，降低建设成本，简化高温含尘含硝气体净化工艺，不仅集尘效率高，过滤面积大，装填密度高，且过滤设备体积很小，能耗低。

Description

一种蜂窝壁流式高温尘硝一体净化器的制备方法

技术领域:

本发明涉及除尘及脱硝领域,尤其是涉及高温烟尘过滤节能和高温烟气中硝(NOx)催化转化。

背景技术：

高温烟气过滤净化技术作为二十一世纪的关键技术已被世界各主要工业大国列为重点开发的领域；且随着工业的发展，人们对美好生活的向往，国家和人民对空气污染及节能方面提出了越来越高的要求；为了解决高温烟气直接排放带来的环境污染和能源浪费问题，人们想到了直接对高温烟气进行过滤，然后再利用纯净的高温气体的动能和热能。高温气体的净化除尘是实现高温气体资源合理利用所必不可以少的关键技术；同时也是一项先进的环保技术。由于高温烟气具有温度高、腐蚀性强等特点，故对过滤材料有很高的要求，同时还必须满足过滤特性，过滤效率，使用寿命和价格等多方面的要求；当前使用的高温烟气净化器主要有两种形式：管式和蜂窝壁流式；管式过滤器根据材质又分陶瓷（玻璃）纤维管和多孔陶瓷管；多孔陶瓷过滤管根据材质分：碳化硅质、堇青石质、莫来石质或它们的复合材质。目前在高温烟气过滤方面，用的较成熟的是陶瓷纤维管和碳化硅管，但是它们也有很多缺点，主要缺点是过滤壁太厚（10-30mm），过滤阻力大，单位体积过滤面积太小，单位体积装填密度低，导致相关设备体积庞大，能耗高；另一种蜂窝壁流式高温过滤器（筒），虽然克服了上述两种过滤器的缺点，有着过滤壁薄（0.5-2.0mm），阻力小，集尘效率高，过滤面积大，装填密度高，在同样的情况下，相应的过滤设备体积很小，能耗很低，但其目前没有被大量采用是有原因的，主要因素有：

①、蜂窝壁流式过滤器外壁太薄，在使用、运输、转运、装卸时，外壁很容易破裂，而导致报废；

②、用金属件卡住过滤器时，虽然过滤器之间用高温棉缓冲，力大时还是易卡破过滤器，力小时则卡不住，易滑脱；

③、由于现在产品虽然用堇青石和莫来石等相对膨胀系数较低的材料制成，但在使用过程中反复反吹反洗时，整个壁流式过滤器易从中间（拦腰）断裂，使系统崩溃，原因是产品强度（抗压强度<8MPa）不够，抗热冲击能力差，产品膨胀系数大于1.7×10^-6，显气孔率低约40-50（%）之间；

④、在过滤器安装时，滤筒之间有无机高温棉隔开，但在长期使用后，由于太频繁热胀冷缩及反吹反洗的冲击力的作用下，过滤器之间易松动，并导致整个系统不能有效的运行；

⑤、现在蜂窝壁流过滤器功能单一，只能过滤，没有对烟气中的NOx(硝）进行净化的能力。

发明内容

如何解决蜂窝壁流式高温过滤器（筒）存在的问题是关键，本发明采取的措施是：一种蜂窝壁流式高温尘硝一体净化器的制备方法，所述净化器由蜂窝壁流的滤筒组成，所述滤筒的制备方法步骤是：

a、先用氧化铝、氧化硅、高岑土、生滑石、煅烧氧化铝、造孔剂、定向排列剂、粘结剂、塑化剂、涧滑剂混合均匀，再经挤制成型、干燥定型和高温烧成后得到原位反应为合成堇青石的蜂窝壁流滤筒，再将蜂窝壁流滤筒分切成若干载体，所述蜂窝壁流滤筒的壁厚为1.5-3mm，

b、再在滤筒载体外壁表面上用无机胶泥作粘合剂粘附陶瓷纤维层，

c、然后在滤筒载体端面上用无机胶泥作粘合剂粘附有法兰，

d、 再在滤筒载体内外表面上喷涂过滤膜，所述过滤膜中含有SiO₂、TiO₂、ZrO₂、SiC、ZnO的一种或多种，过滤膜孔径0.1-10um，过滤膜孔离散度控制在0.1-1.0，

e、然后将滤筒载体组合用无机粘接剂和堵片进行交叉堵孔，而后将其进行二次烧成，使陶瓷纤维层、法兰和堵头形成整体，

f、再在滤筒载体过滤面和非过滤面上同时镀膜，所述非过滤面上镀SCR催化剂，所述过滤面喷涂过滤膜，然后在300-500℃温度烧制，经检测后得到滤筒，所述过滤面是指烟气进入滤筒的表面，非过滤面是指烟气从滤筒出来的表面。

所述非过滤面先涂敷一层r-Al₂O_3，然后再在上面涂敷SCR型催化剂。

所述定向排列剂为蜡系有机物。

1、改进蜂窝壁流过滤器（筒）结构造型

a.增加蜂窝壁流过滤器（筒）外壁厚度，从原来0.5-1.5（mm）增加到1.5-3.0（mm)，这样可增加过滤器强度，增加抗转运，使用时破损的风险（备注：为什么以前过滤过滤器外壁不增加厚度呢，主要原因是蜂窝陶瓷成型时，内外壁相差太大，成型困难，外壁厚、阻力小、走泥快，会导致成型时模具口出泥时，外壁快、内壁慢，不同步，相差越大成型越难）；

b.在蜂窝壁流过滤筒外壁上加做一层和基本材质一样或相近（材料里面可添加纤维）材料的外皮、厚度可在1-20mm,进一步加强外壁厚度和强度；

c.在蜂窝壁流式陶瓷滤筒外壁上用无机胶泥作粘合剂（胶泥内可以添加载体料粉末），再用粘合剂粘附陶瓷纤维层3，陶瓷纤维层厚度在1-20mm之间即可；

d.在a、b、c基础上，再在滤筒1的一头做一个法兰2（见图1），制备方法同c以便使用时安装；

2、改进镀膜工艺

a.在蜂窝壁流式陶瓷滤筒内壁两侧同时镀膜，以前产品是单面镀膜，即过滤面镀膜；现在的改进是双面镀膜，即过滤面5（烟气进入的面）和非过滤面7（烟气出来的面）同时镀膜且内壁两侧膜作用不一样，非过滤面镀膜是镀SCR催化剂膜，主要作用是增比表面积，可大幅度提高SCR催化剂的脱硝催化转化效率，而过滤面作用是拦截烟气中的灰尘，从而可以避免灰尘阻隔催化剂和含有NOx气体的充分接触。

b.在蜂窝壁流式陶瓷滤筒内蜂窝壁非过滤面上涂敷SCR（TiO+V₂O₅+WO₂/M₀O₂)催化剂，也可以涂贵金属型SCR催化剂。当含有硝（NOx）的高温气体通过过滤面，灰尘被拦截，无尘含有NOx高温气体通过过滤层（孔壁）进入载体4的蜂窝孔8内，继续通过非过滤层（催化膜层）时，当烟气中添加适量氨水，既可进行SCR脱硝反应，去除烟气中的氮氧化物，NOx转化率大于85%。

该发明不仅解决了以前壁流式过滤器（筒）的缺点，而且在除尘过程中，不需要对高温气体进行降温，同时还可以脱除有害的氮氧（NOx）化物，更重要的是不需要对烟气进行二次升温，可省略烟气除湿和辅热设备，降低建设成本、运行成本，简化高温含尘含硝气体净化工艺。

3、改变蜂窝滤筒载体配方及工艺

以前制作蜂窝壁流滤筒均是用已合成堇青石粉或合成莫来石作骨料（主料），添加少量其它原料，如：高岑土或瓷土等粘土，也可以加少量其它原料混合，再加造孔剂、塑化剂、粘结剂、涧滑剂等混练，经挤制、干燥、烧成、交叉堵孔等工艺制成蜂窝壁流滤筒，膨胀系数较大（>1.7*10^-6）、强度（<8.0MPa）较低。如果用高岑土、生滑石、煅烧氧化铝、造孔剂、粘结剂、塑化剂、涧滑剂等混合均匀，在经挤制、干燥、高温烧成得到原位反应合成堇青石，这种方法制备出来的载体膨胀系数低（低于1.0*10^-7),强度高（抗压强度大于15MPa），显气孔率≥55%,镀膜（或两次）：交叉堵孔、烧成、涂敷SCR催化剂，300-500℃低温烧成，即得高温尘硝一体化净化器（或滤筒）。

附图说明

图1是带有法兰的滤筒的剖面图，

图2是烟气在蜂窝孔载体中的流动图，

图3是蜂窝孔载体端面结构示意图。

在图中，1、滤筒 2、法兰 3、陶瓷纤维层 4、载体 5、过滤面 6、堵头 7、非过滤面 8、蜂窝孔。

本发明采用碳化硅和原位反应生成堇青石的高孔隙率、高强度壁流式的蜂窝体为支撑体，经形状优化再造，涂膜、烧成、催化剂涂敷等工艺制备而成的尘硝一体净化器；所述载体是采用氧化铝、氧化硅、高岑土、滑石、造孔剂、成型剂、定向排列剂为主料，经挤制成型、干燥、在高温烧成中经原位反应生成堇青石和孔隙，而后经切割、交叉堵孔而制成低膨胀高孔隙率、高强度的壁流式蜂窝滤筒。

本发明用载体配料（碳化硅质/堇青石质）→匀混→陈腐→成型→干燥→切割→第一次烧成→涂滤膜→交叉堵孔→形状优化再造→二次烧成→（涂非过滤膜）→涂敷催化剂→三次烧成→尘硝一体净化器。 所述催化剂是V₂O₅/W0₃(M₀O₃)/TiO₂或其它新型脱硝催化剂；所述滤膜材料为：SiO₂、TiO₂、ZrO₂、SiC、ZnO或它们的复合，膜孔分布狭窄，平均孔径在0.1-10（um）可调，离散度控制在0.1-1.0之间；

非过滤膜为V₂O₅/W0₃(M₀O₃)/TiO₂SCR催化剂本身，且其对过滤器阻力贡献要求在200Pa以下，一般在100Pa左后，整体背压（洁净空气）小于500Pa；

用贵金属作SCR催化剂时，非过滤面要涂敷一层r-Al₂O_3，以增大比表面积，然后再在上面涂敷SCR型贵金属催化剂；

所述过滤器载体4截面为圆形、正方形、长方形、正六角形，截面上蜂窝孔8为圆形、正方形、长方形、六角形等；过滤器直径控制在30-300（mm)、长度可以在500-2000（mm)。

Claims (4)

1.一种蜂窝壁流式高温尘硝一体净化器的制备方法，所述净化器包括滤筒，其特征在于：所述滤筒的制备方法步骤是：

a、先用氧化铝、氧化硅、高岑土、生滑石、煅烧氧化铝、造孔剂、定向排列剂、粘结剂、塑化剂、涧滑剂混合均匀，再经挤制成型、干燥定型和高温烧成后得到原位反应为合成堇青石蜂窝壁流的滤筒，再将滤筒分切成若干载体，所述滤筒的壁厚为1.5-3mm，

b、再在滤筒载体外壁表面上用无机胶泥作粘合剂粘附陶瓷纤维层，

c、然后在滤筒载体端面上用无机胶泥作粘合剂粘附有法兰，

d、再在滤筒载体内外表面上喷涂过滤膜，所述过滤膜中含有SiO₂、TiO₂、ZrO₂、SiC、ZnO的一种或多种，过滤膜孔径0.1-10um，过滤膜孔离散度控制在0.1-1.0，

e、然后将滤筒载体组合用无机粘接剂和堵片进行交叉堵孔，而后将其进行二次烧成，使陶瓷纤维层、法兰和堵头形成整体，

f、再在滤筒载体过滤面和非过滤面上同时镀膜，所述非过滤面上镀SCR催化剂，所述过滤面喷涂过滤膜，然后在300-500℃温度烧制，经检测后得到滤筒，所述过滤面是指烟气进入滤筒的表面，非过滤面是指烟气从滤筒出来的表面。

2.根据权利要求1所述的一种蜂窝壁流式高温尘硝一体净化器的制备方法，其特征是：所述造孔剂为木粉、核桃壳粉、碳粉、石墨中至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种蜂窝壁流式高温尘硝一体净化器的制备方法，其特征是：所述滤筒横截面为圆形、正方形或正六角形，所述横截面上的蜂窝孔为圆形、正方形或六角形。

4.根据权利要求1所述的一种蜂窝壁流式高温尘硝一体净化器的制备方法，其特征是：所述滤筒外径为30-300mm、长度为500-2000mm。

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