CN109331886A - 一种应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统与工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统与工艺，其特征在于：包括相互独立且分别设置有可承载产品的支撑平台的八个区块，各区块之间的物料运转可采用以下方式：人工搬运、传输带输送、机械臂等；第一区块设置有第一称量装置，第二区块设置有计量涂覆系统，第三区块设置有高压反吹系统，第四区块设置有第二称量装置，第五区块设置有快速烘干设备，第六区块设置有煅烧设备，第七区块设置有检堵系统，第八区块设置有下料装置。本发明设计合理，工艺简洁，集成度和自动化程度高，涂覆效率及质量俱佳，适宜大批量生产多种规格的蜂窝状载体催化剂。
Description
技术领域
本发明属于催化剂生产制备技术领域，涉及工业尾气净化用催化剂的批量生产工艺，为一种应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统与工艺。
背景技术
工业尾气是指企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称，包括PM2.5等颗粒物、SOx、NOx、VOCs、COx和H2S等。随着人民环保意识的增强，工业尾气对自然环境和生物的危害越来越受到关注，相应地工业尾气处理技术也在不断地改进和创新。
催化技术是一类广泛应用于工业尾气净化的处理技术，比如催化燃烧、催化氧化和光催化等，该技术可使工业尾气在较温和的条件下得到净化，节能降耗，具有比较好的应用前景。其中，催化剂的生产工艺是该技术的关键，以脱硝催化剂(SCR)为例，由于燃煤电厂尾端可改造的空间较大，一般都选用30×30孔(催化剂横截面积为150mm×150mm)以下的蜂窝状钒钨钛催化剂(V2O5-WO3/TiO2)。但是像钢铁、焦化、玻璃和垃圾焚烧等行业尾端空间有限，因此，为了能够达到国家排放标准，都会采用35孔以上的催化剂来降低SCR反应器的体积，同时获得较好的脱硝效率。然而，采用传统蜂窝状钒钨钛催化剂的整体挤出成型生产线来生产多孔催化剂，存在着生产效率低、合格率不佳、容易开裂等不足，且目前国际领先水平也只能做到70×70孔的蜂窝状催化剂。
更何况在VOCs等工业尾气治理过程中，由于环境空间更加有限，治理设备更加小型化，使传统蜂窝状催化剂的应用严重受限。因此，开发一套适用于更多孔的蜂窝状催化剂生产工艺显得尤为重要，不仅可以进一步解决工业尾气治理的难题，同时还能满足日益严格的排放标准和节能环保的要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，生产适用于工业尾气净化的多孔催化剂，本发明的目的在于提供一种应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统与工艺，该工艺设计合理，工艺简洁，集成度和自动化程度高，可实现精确定量涂覆，涂覆效率及质量俱佳，适宜大批量生产多种规格的蜂窝状载体催化剂。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统，其特征在于，包括依次排布的第一区块I、第二区块II、第三区块III、第四区块IV、第五区块V、第六区块VI、第七区块VII和第八区块VIII，每个区块相互独立且分别设置有可承载产品的支撑平台；其中：
所述第一区块I为上料区，设置有第一称量装置，用于精确称量每件产品的初始重量；
所述第二区块II为涂覆区，设置有计量涂覆系统，用于将涂覆物料精确地涂覆至产品上；
所述第三区块III为反吹区，设置有高压反吹装置，所述高压反吹装置可自动控制压力和时间，用于使涂覆在产品上的物料能够均匀分布；
所述第四区块IV设置有第二称量装置，用于称量每件产品涂覆后的重量，以确定产品的涂覆量；
所述第五区块V为干燥区，设置有快速烘干设备，用于使涂覆后产品快速脱水干燥；
所述第六区块VI为煅烧区，设置有煅烧设备，用于将干燥后产品在不同气氛下煅烧，使产品具有催化活性；
所述第七区块VII为检验区，设置有检堵装置，用于检查催化剂孔道被堵塞情况；
第八区块VIII为下料区，将检测合格的产品从工艺线上取出，放置于指定区域。
各区块之间的物料运转可采用人工搬运、传输带输送或机械臂运输等方式，各区块的尺寸，可适用于截面为正方形，尺寸为50-150mm×50-150mm×50-300mm，目数为20-400目的陶瓷蜂窝载体或金属蜂窝载体。
所述第一区块I和第四区块IV的称量装置，其称量精度要求达到0.1g，配备防震装置或稳定设施，称量产品时稳定时间在1s以下或不设置。
所述第二区块II的计量涂覆系统，采用自下向上泵浆、上部负压吸浆或上部喷浆等涂覆方式，包括涂覆浆料配制装置、计量泵、密封模具和负压装置等设备，所述涂覆浆料配制装置采用伴有搅拌和超声功能的玻璃或不锈钢反应釜，所述计量泵的精度要求达到±50mL，密封模具尺寸随催化剂载体大小调节，负压装置的压力为0-5MPa，持续时间为0.2-3min。
所述第三区块III的高压反吹装置，用于将涂覆浆料后的催化剂反转，并通过高压反吹，使浆料在催化剂中分布均匀。
所述第五区块V的快速烘干设备采用热风连续干燥工艺；所述第六区块VI的煅烧设备采用电加热工艺。
所述第七区块VII的检堵装置，采用白炽灯的强光源或LED光源照射催化剂产品的内部孔道，通过相机或反射板等方式把数据收集汇总于计算机，利用软件分析检测产品内部孔道堵塞情况；所述第八区块VIII的下料区，采用人工或机械臂等方式进行产品的分拣和搬运，最后放置于指定区域。
本发明还提供了基于所述应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统的涂覆工艺，步骤如下：
1)、上料称量：将横截面为正方形，尺寸为(50-150mm)×(50-150mm)×(50-300mm)，目数为20-400目的陶瓷蜂窝载体或金属蜂窝载体置于第一区块(I)，稳定后称取其初始重量；
2)、涂覆：将称量后的催化剂载体置于第二区块II中，利用计量涂覆系统将涂覆物料精确地涂覆至催化剂载体上；
3)、反吹：将涂覆浆料后的催化剂反向置于第三区块III中，进行高压吹扫使浆料均匀分布；
4)、称量：反吹结束后，将涂覆后催化剂置于第四区块IV，称取重量，计算涂覆量，若涂覆偏差超过3％的则需停止生产，并调节浆液和设备参数；
5)、干燥：将称取重量后的催化剂置于第五区块V的快速烘干设备，进行脱水干燥；
6)、煅烧：将干燥后的催化剂置于第六区块VI的煅烧设备进行煅烧；
7)、检验：将煅烧后的催化剂侧向置于第七区块VII的检堵装置上，孔道正对光源，采用白炽灯的强光源或LED光源照射催化剂产品的内部孔道，然后通过相机或反射板方式把数据收集汇总于计算机，再利用软件分析检测产品内部孔道堵塞情况；
8)、下料：将检堵后的催化剂置于第八区块VIII的下料区，分拣搬运，最后放置于指定区域。
所述步骤2)中，通过密封模具夹紧催化剂载体，同时在伴有搅拌和超声功能的玻璃或不锈钢反应釜中配制含有活性物质的涂覆浆料，所述涂覆浆料的活性物质有效含量(折算为V、Ce、Zr、Ti、W、Mo、Pt、Pd、Cu、Fe、Al、Co、Mn、P、Si等元素的氧化物含量)为0.01-80％，固含量为20-40％，粘度为50-1000mpa·s，pH为2-9，颗粒度为10-20μm，粘结剂采用硅胶或铝胶，模板剂采用CMC、CTAB、PEO等有机物中的一种或多种，搅拌或超声时间为10-60min；然后采用计量泵量取一定量的浆料，通过负压装置将浆料在0-5MPa压力下，通过自下向上泵浆、上部负压吸浆或上部喷浆方式泵至催化剂孔中，停留时间为0.2-3min。
所述步骤3)中，吹扫压力和时间随催化剂尺寸的不同而改变，分别为0-5MPa和0-1s。
所述步骤5)中，干燥条件为：温度100-150℃，风量100-500m3/h，升温速率10-50℃/min；
所述步骤6)中，煅烧条件为：梯形升温曲线，最高温度400-500℃，时间30-60mim，总煅烧时间1-2h。
与现有技术相比，本发明设计合理，工艺简洁，集成度和自动化程度高，涂覆效率及质量俱佳，适宜大批量生产多种规格的蜂窝状载体催化剂。
附图说明
图1是本发明系统布局示意图。
具体实施方式
以下结合具体附图和实施例来对本发明予以进一步的说明(实施例中所用试剂均为化学纯)，需要注意的是，下述实施例仅用作举例说明，本发明内容并不局限于此。
实施例1：堇青石蜂窝陶瓷负载V2O5-WO3-TiO2脱硝催化剂的制备
1、上料称量：将尺寸为150mm×150mm×300mm，目数为200目的堇青石蜂窝陶瓷载体置于如图1所示的第一区块I上，通过称量装置稳称取其初始重量M1。
2、涂覆：将称量后的催化剂载体置于如图1所示的第二区块II中，用密封模具夹紧；同时在伴有搅拌和超声功能的玻璃或不锈钢反应釜中配制含有活性物质的涂覆浆料，浆料中的V2O5和WO3和质量分数分别为5％和15％，固含量为30％，粘度为250mpa·s，pH为5-6，颗粒度为10μm，采用硅胶作为粘结剂，采用CMC和PEO作为模板剂，搅拌和超声时间设定为60min；然后采用计量泵量取一定量的浆料，通过负压装置将浆料在2MPa压力下，通过自下向上泵浆的方式泵至催化剂孔道中，停留3min。
3、反吹：将涂覆浆料后的催化剂反向置于如图1所示的第三区块III中，在2MPa的压力下吹扫0.5s。
4、称量：反吹结束后，将涂覆后催化剂置于二次称量区(如图1所示第四区块IV)，称取重量M2，通过公式(M2-M1)×100％/M1计算涂覆量。
5、干燥：将称取重量后的催化剂置于如图1所示第五区块V的采用热风干燥方式的烘干设备中，在温度为100℃，升温速率为10℃/min，风量为300m3/h的干燥条件下连续干燥。
6、将干燥后的催化剂置于如图1所示第六区块VI的采用电加热的煅烧设备中，设置梯形升温曲线，升温速率为10℃/min，总煅烧时间为2h，其中最高温度为500℃，持续时间为60mim。
7、将煅烧后的催化剂侧向(孔道正对光源)置于如图1所示第七区块VII的检堵装置上，采用LED光源照射催化剂产品的内部孔道，然后通过相机或反射板等方式把数据收集汇总于计算机，再利用特定软件来分析检测产品内部孔道堵塞情况。
8、将检堵后的催化剂置于如图1所示第八区块VIII的下料区，采用机械臂进行产品的分拣和搬运，最后放置于指定区域。
实施例2：不锈钢蜂窝陶瓷负载CeOx-MnOx复合氧化物脱硝催化剂的制备
1、上料称量：将尺寸为150mm×150mm×200mm，目数为400目的不锈钢蜂窝载体置于如图1所示的第一区块I上，通过称量装置稳称取其初始重量M1。
2、涂覆：将称量后的催化剂载体置于如图1所示的第二区块II中，用密封模具夹紧；同时在伴有搅拌和超声功能的玻璃或不锈钢反应釜中配制含有活性物质的涂覆浆料，浆料中的CeO2和MnO2和质量分数分别为25％和50％，固含量为40％，粘度为200mpa·s，pH为5-6，颗粒度为10μm，采用硅胶作为粘结剂，采用CMC和PEO作为模板剂，搅拌和超声时间设定为60min；然后采用计量泵量取一定量的浆料，通过负压装置将浆料在1.5MPa压力下，通过自下向上泵浆的方式泵至催化剂孔道中，停留2.2min。
3、反吹：将涂覆浆料后的催化剂反向置于如图1所示的第三区块III中，在1.5MPa的压力下吹扫0.5s。
4、称量：反吹结束后，将涂覆后催化剂置于二次称量区(如图1所示第四区块IV)，称取重量M2，通过公式(M2-M1)×100％/M1计算涂覆量。
5、干燥：将称取重量后的催化剂置于如图1所示第五区块V的采用热风干燥方式的烘干设备中，在温度为120℃，升温速率为10℃/min，风量为300m3/h的干燥条件下连续干燥。
6、将干燥后的催化剂置于如图1所示第六区块VI的采用电加热的煅烧设备中，设置梯形升温曲线，升温速率为10℃/min，总煅烧时间为2h，其中最高温度为400℃，持续时间为60mim。
7、将煅烧后的催化剂侧向(孔道正对光源)置于如图1所示第七区块VII的检堵装置上，采用LED光源照射催化剂产品的内部孔道，然后通过相机或反射板等方式把数据收集汇总于计算机，再利用特定软件来分析检测产品内部孔道堵塞情况。
8、将检堵后的催化剂置于如图1所示第八区块VIII的下料区，采用机械臂进行产品的分拣和搬运，最后放置于指定区域。
实施例3：堇青石蜂窝陶瓷负载CeOx-WO3-TiO2脱硝催化剂的制备
1、上料称量：将尺寸为150mm×150mm×300mm，目数为200目的堇青石蜂窝陶瓷载体置于如图1所示的第一区块I上，通过称量装置稳称取其初始重量M1。
2、涂覆：将称量后的催化剂载体置于如图1所示的第二区块II中，用密封模具夹紧；同时在伴有搅拌和超声功能的玻璃或不锈钢反应釜中配制含有活性物质的涂覆浆料，浆料中的CeOx和WO3和质量分数分别为0.5％和10％，固含量为35％，粘度为230mpa·s，pH为3-5，颗粒度为10μm，采用硅胶作为粘结剂，采用CMC和CTAB作为模板剂，搅拌和超声时间设定为60min；然后采用计量泵量取一定量的浆料，通过负压装置将浆料在2MPa压力下，通过自下向上泵浆的方式泵至催化剂孔道中，停留2min。
3、反吹：将涂覆浆料后的催化剂反向置于如图1所示的第三区块III中，在1.9MPa的压力下吹扫0.4s。
4、称量：反吹结束后，将涂覆后催化剂置于二次称量区(如图1所示第四区块IV)，称取重量M2，通过公式(M2-M1)×100％/M1计算涂覆量。
5、干燥：将称取重量后的催化剂置于如图1所示第五区块V的采用热风干燥方式的烘干设备中，在温度为100℃，升温速率为8℃/min，风量为400m3/h的干燥条件下连续干燥。
6、将干燥后的催化剂置于如图1所示第六区块VI的采用电加热的煅烧设备中，设置梯形升温曲线，升温速率为8℃/min，总煅烧时间为2.5h，其中最高温度为450℃，持续时间为70mim。
7、将煅烧后的催化剂侧向(孔道正对光源)置于如图1所示第七区块VII的检堵装置上，采用LED光源照射催化剂产品的内部孔道，然后通过相机或反射板等方式把数据收集汇总于计算机，再利用特定软件来分析检测产品内部孔道堵塞情况。
8、将检堵后的催化剂置于如图1所示第八区块VIII的下料区，采用机械臂进行产品的分拣和搬运，最后放置于指定区域。
实施例4：堇青石蜂窝陶瓷负载PdOx/CeOx-ZrO2-Al2O3易挥发性有机物(VOCs)氧化催化剂的制备
1、上料称量：将尺寸为150mm×150mm×200mm，目数为200目的堇青石蜂窝陶瓷载体置于如图1所示的第一区块I上，通过称量装置稳称取其初始重量M1。
2、涂覆：将称量后的催化剂载体置于如图1所示的第二区块II中，用密封模具夹紧；同时在伴有搅拌和超声功能的玻璃或不锈钢反应釜中配制含有活性物质的涂覆浆料，浆料中的PdOx和CeOx-ZrO2和质量分数分别为0.4％和50％，固含量为40％，粘度为280mpa·s，pH为4-6，颗粒度为10μm，采用铝胶作为粘结剂，采用CTAB作为模板剂，搅拌和超声时间设定为45min；然后采用计量泵量取一定量的浆料，通过负压装置将浆料在1.8MPa压力下，通过自下向上泵浆的方式泵至催化剂孔道中，停留2.2min。
3、反吹：将涂覆浆料后的催化剂反向置于如图1所示的第三区块III中，在1.8MPa的压力下吹扫0.5s。
4、称量：反吹结束后，将涂覆后催化剂置于二次称量区(如图1所示第四区块(IV))，称取重量M2，通过公式(M2-M1)×100％/M1计算涂覆量。
5、干燥：将称取重量后的催化剂置于如图1所示第五区块V的采用热风干燥方式的烘干设备中，在温度为100℃，升温速率为10℃/min，风量为350m3/h的干燥条件下连续干燥。
6、将干燥后的催化剂置于如图1所示第六区块VI的采用电加热的煅烧设备中，设置梯形升温曲线，升温速率为10℃/min，总煅烧时间为2.2h，其中最高温度为450℃，持续时间为50mim。
7、将煅烧后的催化剂侧向(孔道正对光源)置于如图1所示第七区块VII的检堵装置上，采用LED光源照射催化剂产品的内部孔道，然后通过相机或反射板等方式把数据收集汇总于计算机，再利用特定软件来分析检测产品内部孔道堵塞情况。
8、将检堵后的催化剂置于如图1所示第八区块VIII的下料区，采用机械臂进行产品的分拣和搬运，最后放置于指定区域。
Claims (10)
1.一种应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统，其特征在于，包括依次排布的第一区块(I)、第二区块(II)、第三区块(III)、第四区块(IV)、第五区块(V)、第六区块(VI)、第七区块(VII)和第八区块(VIII)，每个区块相互独立且分别设置有可承载产品的支撑平台；其中：
所述第一区块(I)为上料区，设置有第一称量装置，用于精确称量每件产品的初始重量；
所述第二区块(II)为涂覆区，设置有计量涂覆系统，用于将涂覆物料精确地涂覆至产品上；
所述第三区块(III)为反吹区，设置有高压反吹装置，用于使涂覆在产品上的物料能够均匀分布；
所述第四区块(IV)设置有第二称量装置，用于称量每件产品涂覆后的重量，以确定产品的涂覆量；
所述第五区块(V)为干燥区，设置有快速烘干设备，用于使涂覆后产品快速脱水干燥；
所述第六区块(VI)为煅烧区，设置有煅烧设备，用于将干燥后产品在不同气氛下煅烧，使产品具有催化活性；
所述第七区块(VII)为检验区，设置有检堵装置，用于检查催化剂孔道被堵塞情况；
第八区块(VIII)为下料区，将检测合格的产品从工艺线上取出，放置于指定区域。
2.根据权利要求1所述应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统，其特征在于，各区块之间的物料运转采用人工搬运、传输带输送或机械臂运输方式，各区块的尺寸，适用于截面为正方形，尺寸为(50-150mm)×(50-150mm)×(50-300mm)，目数为20-400目的陶瓷蜂窝载体或金属蜂窝载体。
3.根据权利要求1所述应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统，其特征在于，所述第一区块(I)和第四区块(IV)的称量装置，其称量精度要求达到0.1g，配备防震装置或稳定设施，称量产品时稳定时间在1s以下或不设置。
4.根据权利要求1所述应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统，其特征在于，所述第二区块(II)的计量涂覆系统，采用自下向上泵浆、上部负压吸浆或上部喷浆的涂覆方式，包括涂覆浆料配制装置、计量泵、密封模具和负压装置，所述涂覆浆料配制装置采用伴有搅拌和超声功能的玻璃或不锈钢反应釜，所述计量泵的精度要求达到±50mL，密封模具尺寸随催化剂载体大小调节，负压装置的压力为0-5MPa，持续时间为0.2-3min。
5.根据权利要求1所述应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统，其特征在于，所述第五区块(V)的快速烘干设备采用热风连续干燥工艺；所述第六区块(VI)的煅烧设备采用电加热工艺。
6.根据权利要求1所述应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统，其特征在于，所述第七区块(VII)的检堵装置，采用白炽灯的强光源或LED光源照射催化剂产品的内部孔道，通过相机或反射板方式把数据收集汇总于计算机，利用软件分析检测产品内部孔道堵塞情况；所述第八区块(VIII)的下料区，采用人工或机械臂方式进行产品的分拣和搬运，最后放置于指定区域。
7.一种基于权利要求1所述应用于工业尾气净化的催化剂涂覆系统的涂覆工艺，其特征在于，步骤如下：
1)、上料称量：将横截面为正方形，尺寸为(50-150mm)×(50-150mm)×(50-300mm)，目数为20-400目的陶瓷蜂窝载体或金属蜂窝载体置于第一区块(I)，稳定后称取其初始重量；
2)、涂覆：将称量后的催化剂载体置于第二区块(II)中，利用计量涂覆系统将涂覆物料精确地涂覆至催化剂载体上；
3)、反吹：将涂覆浆料后的催化剂反向置于第三区块(III)中，进行高压吹扫使浆料均匀分布；
4)、称量：反吹结束后，将涂覆后催化剂置于第四区块(IV)，称取重量，计算涂覆量，保证涂覆偏差小于3％；
5)、干燥：将称取重量后的催化剂置于第五区块(V)的快速烘干设备，进行脱水干燥；
6)、煅烧：将干燥后的催化剂置于第六区块(VI)的煅烧设备进行煅烧；
7)、检验：将煅烧后的催化剂侧向置于第七区块(VII)的检堵装置上，孔道正对光源，采用白炽灯的强光源或LED光源照射催化剂产品的内部孔道，然后通过相机或反射板方式把数据收集汇总于计算机，再利用软件分析检测产品内部孔道堵塞情况；
8)、下料：将检堵后的催化剂置于第八区块(VIII)的下料区，分拣搬运，最后放置于指定区域。
8.根据权利要求7所述涂覆工艺，其特征在于，所述步骤2)中，通过密封模具夹紧催化剂载体，同时在伴有搅拌和超声功能的玻璃或不锈钢反应釜中配制含有活性物质的涂覆浆料，所述涂覆浆料的活性物质有效含量为0.01-80％，固含量为20-40％，粘度为50-1000mpa·s，pH为2-9，颗粒度为10-20μm，粘结剂采用硅胶或铝胶，模板剂采用CMC、CTAB、PEO中的一种或多种，搅拌或超声时间为10-60min；然后采用计量泵量取一定量的浆料，通过负压装置将浆料在0-5MPa压力下，通过自下向上泵浆、上部负压吸浆或上部喷浆方式泵至催化剂孔中，停留时间为0.2-3min。
9.根据权利要求7所述涂覆工艺，其特征在于，所述步骤3)中，吹扫压力和时间随催化剂尺寸的不同而改变，分别为0-5MPa和0-1s。
10.根据权利要求7所述涂覆工艺，其特征在于，
所述步骤5)中，干燥条件为：温度100-150℃，风量100-500m3/h，升温速率10-50℃/min；
所述步骤6)中，煅烧条件为：梯形升温曲线，最高温度400-500℃，时间30-60mim，总煅烧时间1-2h。
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