CN110270324A - 颗粒状蜂窝脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种催化剂及其制备方法,具体涉及一种颗粒状蜂窝脱硝催化剂及其制备方法。催化剂为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形,以TiO2为载体,以钒复合钨或钼的一种或多种为活性组分,以磷酸改性的玉米淀粉为造孔剂,同时加入拟薄水铝石和成型助剂;磷酸改性的玉米淀粉为:在反应釜中将磷酸溶液加热至45~90℃,再加入玉米淀粉,保温得到。本发明有效缓解ABS对催化剂的毒害,拓宽催化剂使用的温度窗口,降低最低喷氨温度,延长催化剂的解析周期,降低催化剂热解析频率,节能降耗,提高催化剂的使用寿命;且脱硝催化剂机械强度高、比表面积大,烟气与催化剂接触充分,节约催化剂用量,能够在低温、高空速下达到良好的脱硝效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂及其制备方法,具体涉及一种颗粒状蜂窝脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
随着环保要求的日益严格,除燃煤电厂外,众多非电力行业,包括:钢铁烧结、焦化、水泥、玻璃、工业窑炉及垃圾焚烧等排放出的废气也需要进行脱硝治理,个别地区甚至要求达到超低排放(NOx≤50mg/Nm3)。
面对如此严格的排放要求,选择性催化还原(SCR)技术成为首选,该技术脱硝效率高,氨逃逸低,无二次污染。SCR技术是在脱硝催化剂存在的条件下,采用NH3作为还原剂,将烟气中的NOx(主要是NO和NO2)还原为N2,同时生成H2O。决定该技术成败的关键是运行工况下脱硝催化剂的活性、选择性和寿命。
与燃煤电站相比,钢铁烧结、焦化、水泥、玻璃、工业窑炉及垃圾焚烧等非电行业排放的烟气温度较低,温度范围集中在130~300℃之间,SOx(SO2和SO3)和H2O浓度高。该温度区间内,喷入的NH3容易与SO3发生反应,生成硫酸氢铵(简写为ABS)。当烟气温度低于ABS的露点温度时,由于毛细凝聚现象,ABS凝聚在催化剂的微孔内,隔离催化剂与烟气接触的面积,导致催化剂活性的下降。催化剂活性降低的程度取决于催化剂表面积隔离的程度。反应方程式如下:
所谓毛细凝聚现象是指,在一个毛细孔中,若能因形成一个凹形的液面,与该液面成平衡的蒸汽压力P必小于同一温度下平液面的饱和蒸汽压力Po,当毛细孔直径越小时,凹液面的曲率半径越小,与其相平衡的蒸汽压力越低,换句话说,当毛细孔直径越小时,可在较低的P/Po压力下,在孔中形成凝聚液,但随着孔尺寸增加,只有在更高的P/Po压力下形成凝聚液。该现象符合开尔文公式:
其中:
P是凹面上的蒸气压;
Po是平面上的蒸气压;
R’是曲面的曲率半径,对凹面,R’取负值;
γ液体的表面张力;
M是液体的摩尔质量;
ρ是液体的密度。
目前广泛应用在非电领域的脱硝催化剂,微孔孔径一般在50A~100A,由于孔径较小,ABS可在较高温度,较低P/Po压力下,在微孔中形成凝聚液,导致催化剂活性下降,从而提高了SCR的MIT,限制了催化剂在低于MIT工况中的使用。被硫酸氢铵毒害的脱硝催化剂的示意图如图1所示。
由于ABS的生成是可逆的,遇到类似工况,一般选择采用外部热源提高烟气温度(提高到MIT之上)或定期加热解析的方法,保证催化剂的正常使用。具体办法为:将经过催化剂的烟气加热到350℃,保温12~24小时,让凝聚在催化剂微孔内的ABS分解挥发出来,从而恢复催化剂的活性。
目前广泛使用的脱硝催化剂为长方体蜂窝,孔道为正方形,该催化剂截面尺寸为150mm×150mm,需要装到模块箱内,一般是72条催化剂安装在一个箱子内,装填长方体蜂窝状脱硝催化剂的模块箱如图3所示。
然后将模块安装在反应器内(竖直安装),烟气自上往下流经催化剂。由于长方体催化剂的孔道结构及安装方式,烟气流经催化剂时(一般是层流),参与反应的NOx和NH3分子较少,加之蜂窝催化剂的比表面积较小(40m2/g GB31587-2015)因此需要的催化剂用量较多,反应器占地面积较大。很多项目由于现场空间限制,难以采用这种方式。此外,为了保证脱硝效率和氨逃逸,该种方式对烟气流场的要求较高,一般情况下,反应器前面需要安装导流板或静态混合器,安装模块后的反应器示意图如图4所示,图4中下面三排是图3中的模块箱。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种颗粒状蜂窝脱硝催化剂,有效缓解ABS对催化剂的毒害,拓宽催化剂使用的温度窗口,降低MIT,延长催化剂的解析周期,降低催化剂热解析频率,节能降耗,提高催化剂的使用寿命;且脱硝催化剂机械强度高、比表面积大,烟气与催化剂接触充分,节约催化剂用量,能够在低温、高空速下达到良好的脱硝效果。
本发明所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂,催化剂为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形,以TiO2为载体,以钒复合钨或钼的一种或多种为活性组分,以磷酸改性的玉米淀粉为造孔剂,同时加入拟薄水铝石和成型助剂。
圆柱形蜂窝状催化剂的半径5~20mm,等边三角形的边长为1~10mm,圆柱形蜂窝状催化剂的长度为5~50mm。
本发明催化剂比表面积较大,≥100m2/g。
烟气流经本发明所述的催化剂的时候,气流比较紊乱,烟气为湍流,烟气与催化剂接触充分,加之催化剂质量比表面积较大,需要的催化剂量很少,大大降低了催化剂的用量,能够节约催化剂用量(重量)50%左右。
其中:磷酸改性的玉米淀粉为:在反应釜中将磷酸溶液加热至45~90℃,再加入玉米淀粉,保温,得到磷酸改性的玉米淀粉。本发明将玉米淀粉在磷酸和热的共同作用下降解为较小分子链物质。
本发明选择此种磷酸改性的玉米淀粉,相比于其它造孔剂,玉米淀粉价格低廉,最重要的是,在产品煅烧过程中易于排除,排除后在基体中无有害残留物,而且不与催化剂中其它物质发生反应,对环境无危害。
由于玉米淀粉的粒度为5~25um,部分粒度较大,不够均匀,本发明采用磷酸处理,在磷酸和热的共同作用下将玉米淀粉降解为较小的分子片段,且分布均匀。
本发明研究发现玉米淀粉相比于其它淀粉作为造孔剂,经加热酸解后,造出的催化剂微孔孔径均匀,孔径在40~70nm,孔径大小合理,既增加了催化剂的微孔孔径,降低了MIT,又没有严重影响催化剂的机械强度。
对脱硝催化剂来说,硫酸和盐酸的酸性较强,本发明经过研究发现如果采用盐酸或硫酸处理玉米淀粉,会引起载体TiO2的熔融,造成TiO2比表面积的下降,从而导致催化剂活性的降低。而且盐酸进入催化剂基体中,煅烧时会大量挥发含氯气体,味道较大,难以大量使用。磷酸属于中强酸,酸性较弱,对TiO2载体几乎无影响,而且加入磷酸可以作为钛白粉成型的良好粘结剂,磷酸的加入,大大增加了催化剂的机械性能,弥补了因微孔孔径增加对催化剂机械性能的不利影响。
其中加酸量、温度和反应时间对造孔剂分子链的影响较大,同时也影响到蜂窝催化剂产品的微孔孔径,对产品的微孔结构都有很大的影响。本发明玉米淀粉在磷酸和加热环境下依次经历了降解、低分子片段(转糖苷类物质)和再聚合过程。本发明采用的磷酸溶液的pH值为2~4,磷酸溶液与玉米淀粉的重量比为20:(1~3),保温时间为0.5~1h,所用的磷酸溶液的pH值越小,加酸量越大,温度越高,得到的分子片段越小。
磷酸溶液的pH如果过小,得到的分子直径太小,如果pH过大,玉米淀粉降解程度低,加入产品后,造出的孔径太大,影响了产品的机械强度。
如果反应时间过长,会导致生成的分子片段再聚合,产品的孔径过大,从而强度太低,如果反应时间过小,玉米淀粉降解程度低,加入产品后,造出的孔径太大,影响了产品的机械强度。因此,反应条件要严格控制在合适的范围内。
由开尔文公式可以看出,在相同的ABS蒸气压下,催化剂微孔孔径越小,ABS越容易凝聚在催化剂微孔内。本发明通过采用以磷酸改性的玉米淀粉为造孔剂,能够提高催化剂微孔直径,提高到40~70nm,降低ABS对催化剂的影响,降低ABS在催化剂微孔内的凝聚,拓宽催化剂使用的温度窗口,延长催化剂的解析周期。一般情况下,微孔孔径的增加会导致脱硝催化剂机械强度下降,但是本发明添加磷酸同时作为无机粘结剂,有利于钛白粉产品强度的增加。因此,造孔剂酸溶液加入后,虽然催化剂微孔平均孔径发生了增加,但强度基本不发生变化。
拟薄水铝石中氧化铝含量为15%~30%,成型助剂为田箐粉。
作为一种优选的技术方案,本发明所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂,包括以下重量份数的原料:载体80~120重量份,活性组分0.5~10重量份,磷酸改性的玉米淀粉5~15份、拟薄水铝石25~50重量份,成型助剂1~5重量份。
本发明所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)混料:
用捏合机将所有原料进行混料;
(2)挤出:
采用液压挤出机挤出成型,催化剂形状为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形;
(3)烘干:
采用热风烘干,烘干程序包括7个区段,分别如下:第1区段:温度为20±5℃,时间为10~15h;第2区段:温度为35±5℃,时间为10~15h;第3区段:温度为40±5℃,时间为10~15h;第4区段:温度为45±5℃,时间为10~15h;第5区段:温度为50±5℃,时间为10~15h;第6区段:温度为55±5℃,时间为10~15h;第7区段:温度为60±5℃,时间为5~10h;
(4)煅烧:
煅烧程序包括12个区段,分别如下:
第1区段:温度为30~60℃,升温速度为0.5℃/h,时间为1h,累计时间为1h;
第2区段:温度为60℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为2h;
第3区段:温度为60-120℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为4h;
第4区段:温度为120℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为6h;
第5区段:温度为120-180℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为8h;
第6区段:温度为180℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为10h;
第7区段:温度为180-270℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为11.5h;
第8区段:温度为270℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为12.5h;
第9区段:温度为270-370℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为14h;
第10区段:温度为370℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为16h;
第11区段:温度为370-550℃,升温速度为1℃/h,时间为3h,累计时间为19h;
第12区段:温度为550℃,升温速度为0℃/h,时间为4h,累计时间为23h;
(5)打磨。
其中:
步骤(1)混料为:用捏合机,按如下加料顺序进行混料:在捏合机中加入80~120重量份的钛白粉,25~50重量份的拟薄水铝石,捏合25~35min;加入0.5~10重量份的活性组分,捏合30~60min;加入5~15份的磷酸改性的玉米淀粉,捏合25~35min;加入1~5重量份的成型助剂田箐粉,捏合25~35min;排潮,保证泥料含水率25~35%,泥料塑性40~50之间,陈腐48~50小时。
步骤(2)为:采用液压挤出机挤出成型,挤出前进行真空练泥,真空度为-0.0933~-0.0988Mpa;将模具安装到液压挤出机上挤出成型,催化剂形状为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形;
步骤(5)为:打磨:将煅烧后的圆柱形蜂窝状催化剂进行打磨,将其两端打磨成弧形。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明克服了目前脱硝催化剂存在的问题,开发了一种微孔孔径较大、孔径分布均匀的催化剂,提高催化剂微孔直径,降低ABS在催化剂微孔内的凝聚,有效缓解ABS对催化剂的毒害,拓宽催化剂使用的温度窗口,降低MIT,延长催化剂的解析周期,降低催化剂热解析频率,节能降耗,提高催化剂的使用寿命。一般情况下,微孔孔径的增加会导致脱硝催化剂机械强度下降。但是本发明添加磷酸同时作为无机粘结剂,有利于产品强度的增加。因此,造孔剂酸溶液加入后,虽然催化剂微孔平均孔径发生了增加,但强度基本不发生变化。本发明催化剂能够有效抵抗ABS对脱硝催化剂的毒害,降低催化剂的最低喷氨温度。在150~300℃温度范围内,相同NH3和SOx(SO2&SO3,其中SO3约占总浓度的1%(v/v))浓度的使用环境中,比传统脱硝催化剂的MIT降低约50℃,再生周期延长30%以上。本发明的造孔方法具有工艺简单易操作,孔隙率可控,造孔剂原料成本低廉的优点。
(2)本发明能够提高脱硝催化剂的质量比表面积,本发明催化剂比表面积≥100m2/g,同时将传统长方体蜂窝催化剂调整为颗粒状蜂窝脱硝催化剂,烟气流经本发明所述的催化剂的时候,烟气为湍流,烟气与催化剂接触充分,加之催化剂质量比表面积较大,需要的催化剂量很少,大大降低了催化剂的用量,能够节约催化剂用量(重量)50%左右;节约了安装空间,能够在低温(≥140℃)、高空速(≥10000h-1)下达到良好的脱硝效果。
附图说明
图1是被硫酸氢铵毒害的脱硝催化剂的示意图;
图2是长方体蜂窝状脱硝催化剂实物图;
图3是装填长方体蜂窝状脱硝催化剂的模块箱图;
图4是安装模块后的反应器示意图;
图5是实施例1制备得到的颗粒状蜂窝脱硝催化剂截面图;
图6是实施例1制备得到的颗粒状蜂窝脱硝催化剂主视图;
图7是实施例1与对比例1-2制备的催化剂的ABS露点温度图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种颗粒状蜂窝脱硝催化剂,包括以下重量份数的原料:载体100重量份,活性组分5重量份,磷酸改性的玉米淀粉10份、拟薄水铝石40重量份,成型助剂田箐粉3重量份。
催化剂形状为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形,以TiO2为载体,以钒复合钼为活性组分,以磷酸改性的玉米淀粉为造孔剂,磷酸改性的玉米淀粉为:在反应釜中将pH值为3的磷酸溶液加热至70℃,加入玉米淀粉,磷酸溶液与玉米淀粉的重量比为20:2,保温0.8h,得到磷酸改性的玉米淀粉。
制备方法包括以下步骤:
(1)混料:
用捏合机按如下加料顺序进行混料:在捏合机中加入钛白粉、拟薄水铝石,捏合30min;加入活性组分,捏合45min;加入磷酸改性的玉米淀粉,捏合30min;加入成型助剂田箐粉,捏合30min;排潮,保证泥料含水率30%,泥料塑性45,陈腐48小时;
(2)挤出:
采用液压挤出机挤出成型,挤出前进行真空练泥,真空度为-0.0955Mpa;将模具安装到液压挤出机上挤出成型,催化剂形状为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形;
(3)烘干:
采用热风烘干,烘干程序包括7个区段,分别如下:第1区段:温度为20±5℃,时间为12h;第2区段:温度为35±5℃,时间为12h;第3区段:温度为40±5℃,时间为12h;第4区段:温度为45±5℃,时间为12h;第5区段:温度为50±5℃,时间为12h;第6区段:温度为55±5℃,时间为12h;第7区段:温度为60±5℃,时间为8h;
(4)煅烧:
煅烧程序包括12个区段,分别如下:
第1区段:温度为45℃,升温速度为0.5℃/h,时间为1h,累计时间为1h;
第2区段:温度为60℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为2h;
第3区段:温度为90℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为4h;
第4区段:温度为120℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为6h;
第5区段:温度为150℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为8h;
第6区段:温度为180℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为10h;
第7区段:温度为220℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为11.5h;
第8区段:温度为270℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为12.5h;
第9区段:温度为320℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为14h;
第10区段:温度为370℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为16h;
第11区段:温度为450℃,升温速度为1℃/h,时间为3h,累计时间为19h;
第12区段:温度为550℃,升温速度为0℃/h,时间为4h,累计时间为23h;
(5)打磨:将煅烧后的圆柱形蜂窝状催化剂进行打磨,将其两端打磨成弧形。
实施例1制备得到的颗粒状蜂窝脱硝催化剂截面图如图5所示,主视图如图6所示。
实施例2
一种颗粒状蜂窝脱硝催化剂,包括以下重量份数的原料:载体80重量份,活性组分1重量份,磷酸改性的玉米淀粉5份、拟薄水铝石30重量份,成型助剂田箐粉1重量份。
催化剂为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形,以TiO2为载体,以钒复合钼为活性组分,以磷酸改性的玉米淀粉为造孔剂,磷酸改性的玉米淀粉为:在反应釜中将pH值为4的磷酸溶液加热至50℃,加入玉米淀粉,磷酸溶液与玉米淀粉的重量比为20:3,保温0.6h,得到磷酸改性的玉米淀粉。
制备方法包括以下步骤:
(1)混料:
用捏合机按如下加料顺序进行混料:在捏合机中加入钛白粉、拟薄水铝石,捏合25min;加入活性组分,捏合35min;加入磷酸改性的玉米淀粉,捏合25min;加入成型助剂田箐粉,捏合25min;排潮,保证泥料含水率25%,泥料塑性40,陈腐48小时;
(2)挤出:
采用液压挤出机挤出成型,挤出前进行真空练泥,真空度为-0.0933Mpa;将模具安装到液压挤出机上挤出成型,催化剂形状为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形;
(3)烘干:
采用热风烘干,烘干程序包括7个区段,分别如下:第1区段:温度为20±5℃,时间为10h;第2区段:温度为35±5℃,时间为10h;第3区段:温度为40±5℃,时间为10h;第4区段:温度为45±5℃,时间为10h;第5区段:温度为50±5℃,时间为10h;第6区段:温度为55±5℃,时间为10h;第7区段:温度为60±5℃,时间为5h;
(4)煅烧:
煅烧程序包括12个区段,分别如下:
第1区段:温度为30℃,升温速度为0.5℃/h,时间为1h,累计时间为1h;
第2区段:温度为60℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为2h;
第3区段:温度为70℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为4h;
第4区段:温度为120℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为6h;
第5区段:温度为145℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为8h;
第6区段:温度为180℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为10h;
第7区段:温度为200℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为11.5h;
第8区段:温度为270℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为12.5h;
第9区段:温度为300℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为14h;
第10区段:温度为370℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为16h;
第11区段:温度为420℃,升温速度为1℃/h,时间为3h,累计时间为19h;
第12区段:温度为550℃,升温速度为0℃/h,时间为4h,累计时间为23h;
(5)打磨:将煅烧后的圆柱形蜂窝状催化剂进行打磨,将其两端打磨成弧形。
实施例3
一种颗粒状蜂窝脱硝催化剂,包括以下重量份数的原料:载体120重量份,活性组分10重量份,磷酸改性的玉米淀粉15份、拟薄水铝石50重量份,成型助剂田箐粉4重量份。
催化剂为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形,以TiO2为载体,以钒复合钨为活性组分,以磷酸改性的玉米淀粉为造孔剂,磷酸改性的玉米淀粉为:在反应釜中将pH值为2的磷酸溶液加热至90℃,加入玉米淀粉,磷酸溶液与玉米淀粉的重量比为20:1,保温1h,得到磷酸改性的玉米淀粉。
制备方法包括以下步骤:
(1)混料:
用捏合机按如下加料顺序进行混料:在捏合机中加入钛白粉、拟薄水铝石,捏合35min;加入活性组分,捏合60min;加入磷酸改性的玉米淀粉,捏合35min;加入成型助剂田箐粉,捏合35min;排潮,保证泥料含水率35%,泥料塑性50,陈腐50小时;
(2)挤出:
采用液压挤出机挤出成型,挤出前进行真空练泥,真空度为-0.0988Mpa;将模具安装到液压挤出机上挤出成型,催化剂形状为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形;
(3)烘干:
采用热风烘干,烘干程序包括7个区段,分别如下:第1区段:温度为20±5℃,时间为15h;第2区段:温度为35±5℃,时间为15h;第3区段:温度为40±5℃,时间为15h;第4区段:温度为45±5℃,时间为15h;第5区段:温度为50±5℃,时间为15h;第6区段:温度为55±5℃,时间为15h;第7区段:温度为60±5℃,时间为10h;
(4)煅烧:
煅烧程序包括12个区段,分别如下:
第1区段:温度为50℃,升温速度为0.5℃/h,时间为1h,累计时间为1h;
第2区段:温度为60℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为2h;
第3区段:温度为110℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为4h;
第4区段:温度为120℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为6h;
第5区段:温度为160℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为8h;
第6区段:温度为180℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为10h;
第7区段:温度为250℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为11.5h;
第8区段:温度为270℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为12.5h;
第9区段:温度为330℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为14h;
第10区段:温度为370℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为16h;
第11区段:温度为500℃,升温速度为1℃/h,时间为3h,累计时间为19h;
第12区段:温度为550℃,升温速度为0℃/h,时间为4h,累计时间为23h;
(5)打磨:将煅烧后的圆柱形蜂窝状催化剂进行打磨,将其两端打磨成弧形。
对比例1
催化剂原料及制备方法均与实施例1相同,唯一的不同在于不添加造孔剂。
对比例2
催化剂原料及制备方法均与实施例1相同,唯一的不同在于将玉米淀粉换为稻米淀粉。
对比例3
催化剂原料及制备方法均与实施例1相同,唯一的不同在于将玉米淀粉换为土豆淀粉。
对比例4
催化剂原料及制备方法均与实施例1相同,唯一的不同在于将磷酸换为硫酸。
对比例5
催化剂原料及制备方法均与实施例1相同,唯一的不同在于:玉米淀粉加入磷酸溶液后的加热温度为20℃。
对比例6
催化剂原料及制备方法均与实施例1相同,唯一的不同在于:催化剂形状为长方体蜂窝,孔道为正方形,该催化剂实物图如图2所示。
对实施例1-3、对比例1-6制备得到的脱硝催化剂进行性能测试。
1、通过压汞法测试催化剂的平均孔径,N2吸附测试催化剂的质量比表面积,抗压强度测试仪测试催化剂的抗压强度,测试标准参考GB31587-2015,测试数据如表1所示,表1中活性是指催化剂的初始活性,这个活性的单位是m/h(不是脱硝率(脱硝率单位是%),比脱硝率更全面的反应催化剂的活性),具体见GB31587,活性测试时,颗粒催化剂和蜂窝催化剂采取相同的面速度(AV值)。
表1
分析:
对比例1由于没有加造孔剂,颗粒催化剂微孔平均孔径太小,质量比表面积小,催化剂活性低。
对比例2采用稻米淀粉为造孔剂,由于稻米淀粉粒度较小(1~5um),颗粒催化剂微孔平均孔径较小,MIT的降低不明显(图7)。
对比例3采用土豆淀粉为造孔剂,由于土豆淀粉粒度较大(20~100um),颗粒催化剂微孔平均孔径较大,产品强度下降明显,比表面积和活性均出现降低。
对比例4采用硫酸,由于酸腐蚀影响催化剂活性,导致催化剂活性出现了明显的下降。
对比例5玉米淀粉加入磷酸溶液后的加热温度为20℃,由于温度较低,玉米淀粉降低程度不够,分子链较大,颗粒催化剂微孔平均孔径较大,产品强度,比表面积和活性均出现降低。
2、某RTO炉脱硝,工况参数要求如表2,性能要求如表3。
表2烟气工况参数
序号 | 项目 | 单位 | 数值 | 备注 |
1 | 烟气量 | Nm<sup>3</sup>/hr | 60000 | 湿基,实际氧 |
2 | 烟气温度 | ℃ | 200~370 | 以反应器出口温度为准 |
3 | 含NO<sub>x</sub>量 | mg/Nm<sup>3</sup> | <400 | 干基,15%O<sub>2</sub> |
4 | 含SO<sub>2</sub>量 | mg/Nm<sup>3</sup> | ≤2 | 干基,15%O<sub>2</sub> |
5 | 含尘量 | mg/Nm<sup>3</sup> | ≤6 | 干基,15%O<sub>2</sub> |
6 | 含H<sub>2</sub>O量 | Vol-% | 3 | |
7 | 含O<sub>2</sub>量 | Vol-% | 13~15 | 实际氧 |
表3性能要求表
采用对比例6脱硝催化剂需要12吨(25孔催化剂),反应器截面尺寸4m×3m,高9m。采用本发明实施例1的催化剂仅需要5吨,反应器截面尺寸4m×3m,高度仅需要3m,大大节约了安装空间。
3、某天然气锅炉脱硝,工况参数要求如表4,性能要求如表5。
表4烟气工况参数
表5性能要求表
采用对比例6脱硝催化剂需要115吨(30孔催化剂),反应器截面尺寸12m×7m,高9m。现场无这么大的空间,导致脱硝装置无法安装。
采用本发明实施例2制备的颗粒状蜂窝脱硝催化剂仅需要48吨,反应器截面尺寸5m×5m,高度需要5m,大大节约了安装空间,可以采用SCR脱硝。
4、某硝酸厂脱硝,烟气温度较低,脱硝温度150℃,由于烟气温度较低,入口NOx浓度偏高,烟气参数如表6所示。采用对比例6脱硝催化剂很难达标,采用本发明实施例3制备的颗粒状蜂窝脱硝催化剂及安装方式,可以实现95%以上的脱硝效率,从而保证达标排放。
表6烟气工况参数
序号 | 项目名称 | 单位 | 数值 | 备注 |
1 | 烟气流量 | Nm<sup>3</sup>/hr | 5000 | 湿基,实际氧 |
2 | 烟气温度 | ℃ | 200~250 | 设计脱硝入口烟气温度 |
3 | 烟气含尘 | mg/Nm<sup>3</sup> | 2 | 标态,干基,实际氧 |
4 | 含SO<sub>2</sub>量 | mg/Nm<sup>3</sup> | 0 | 标态,干基,实际氧 |
5 | 含NO<sub>X</sub>量 | mg/Nm<sup>3</sup> | 1200~1500 | 标态,干基,实际氧 |
6 | 含H<sub>2</sub>O量 | % | / | 未知 |
7 | 含O<sub>2</sub>量 | % | / | 接近空气,未知 |
表7性能要求表
序号 | 项目名称 | 单位 | 数值 | 备注 |
1 | NO<sub>X</sub>脱除率 | % | 95 | |
2 | 氨逃逸 | ppm | 3 | 标态,干基,实际氧 |
3 | 化学寿命 | h | 24000 |
5、露点温度测试:
设计烟气参数如表8。
表8
在反应器入口通入设计烟气(NH3在第3层前喷入)。
调整SO2和NH3的喷入量,在第3层催化剂前测试NH3和SO3浓度,计算二者浓度乘积,从100℃开始,每隔20℃取1个温度点,在该温度点持续通气2h,然后取出催化剂样品后测试表面ABS浓度,逐渐缩小温度范围。测试催化剂在不同温度,不同NH3和SO3浓度下,表面ABS浓度,直至找出ABS沉积的起点温度。实施例1与对比例1-2制备的催化剂的ABS露点温度图见图7。
由图7可以知道,通过添加磷酸改性的玉米淀粉为造孔剂,赠加了催化剂的微孔孔径,结合开尔文公式可以得出,相同条件下,造孔剂的加入降低了ABS的露点温度,降低了最低喷氨温度,拓宽了催化剂的使用温度区间。
Claims (10)
1.一种颗粒状蜂窝脱硝催化剂,其特征在于:催化剂为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形,以TiO2为载体,以钒复合钨或钼的一种或多种为活性组分,以磷酸改性的玉米淀粉为造孔剂,同时加入拟薄水铝石和成型助剂。
2.根据权利要求1所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂,其特征在于:圆柱形蜂窝状催化剂的半径5~20mm,等边三角形的边长为1~10mm,圆柱形蜂窝状催化剂的长度为5~50mm。
3.根据权利要求1所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂,其特征在于:磷酸改性的玉米淀粉为:在反应釜中将磷酸溶液加热至45~90℃,再加入玉米淀粉,保温,得到磷酸改性的玉米淀粉。
4.根据权利要求1所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂,其特征在于:所述的磷酸溶液的pH值为2~4,磷酸溶液与玉米淀粉的重量比为20:(1~3),保温时间为0.5~1h。
5.根据权利要求1所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂,其特征在于:拟薄水铝石中氧化铝含量为15%~30%,成型助剂为田箐粉。
6.根据权利要求1-5任一所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂,其特征在于:包括以下重量份数的原料:载体80~120重量份,活性组分0.5~10重量份,磷酸改性的玉米淀粉5~15份,拟薄水铝石25~50重量份,成型助剂1~5重量份。
7.一种权利要求1-5任一所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)混料:
用捏合机将所有原料进行混料;
(2)挤出:
采用液压挤出机挤出成型,催化剂形状为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形;
(3)烘干:
采用热风烘干,烘干程序包括7个区段,分别如下:第1区段:温度为20±5℃,时间为10~15h;第2区段:温度为35±5℃,时间为10~15h;第3区段:温度为40±5℃,时间为10~15h;第4区段:温度为45±5℃,时间为10~15h;第5区段:温度为50±5℃,时间为10~15h;第6区段:温度为55±5℃,时间为10~15h;第7区段:温度为60±5℃,时间为5~10h;
(4)煅烧:
煅烧程序包括12个区段,分别如下:
第1区段:温度为30~60℃,升温速度为0.5℃/h,时间为1h,累计时间为1h;
第2区段:温度为60℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为2h;
第3区段:温度为60-120℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为4h;
第4区段:温度为120℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为6h;
第5区段:温度为120-180℃,升温速度为0.5℃/h,时间为2h,累计时间为8h;
第6区段:温度为180℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为10h;
第7区段:温度为180-270℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为11.5h;
第8区段:温度为270℃,升温速度为0℃/h,时间为1h,累计时间为12.5h;
第9区段:温度为270-370℃,升温速度为1℃/h,时间为1.5h,累计时间为14h;
第10区段:温度为370℃,升温速度为0℃/h,时间为2h,累计时间为16h;
第11区段:温度为370-550℃,升温速度为1℃/h,时间为3h,累计时间为19h;
第12区段:温度为550℃,升温速度为0℃/h,时间为4h,累计时间为23h;
(5)打磨。
8.根据权利要求7所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(1)混料为:用捏合机,按如下加料顺序进行混料:在捏合机中加入80~120重量份的钛白粉,25~50重量份的拟薄水铝石,捏合25~35min;加入0.5~10重量份的活性组分,捏合30~60min;加入5~15份的磷酸改性的玉米淀粉,捏合25~35min;加入1~5重量份的成型助剂田箐粉,捏合25~35min;排潮,保证泥料含水率25~35%,泥料塑性40~50之间,陈腐48~50小时。
9.根据权利要求7所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(2)为:采用液压挤出机挤出成型,挤出前进行真空练泥,真空度为-0.0933~-0.0988Mpa;将模具安装到液压挤出机上挤出成型,催化剂形状为圆柱形蜂窝状,孔道为等边三角形。
10.根据权利要求7所述的颗粒状蜂窝脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(5)为:打磨:将煅烧后的圆柱形蜂窝状催化剂进行打磨,将其两端打磨成弧形。
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