CN110721735B - 一种静电除尘器联合脱硫脱硝催化剂及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静电除尘器联合脱硫脱硝催化剂及其制作工艺，联合脱硫脱硝催化剂组分包括载体Na‑ZSM‑5分子筛，负载在Na‑ZSM‑5分子筛上的活性组分为过渡金属V和金属元素Cu，助剂为稀土元素La和稀土元素Ce，其特征在于，该催化剂中载体与活性组分占总重量百分比为：48～50％的Na‑ZSM‑5分子筛载体；10～13％的V2O5、8～9％的草酸、5～6％的CuO的活性组分；所述助剂占总质量百分比为3％的La和4％的Ce。然后将制备的粉末催化剂通过分子筛粘合剂涂覆在收尘极板上，制成板式催化剂。本发明的优点是：可以使静电除尘器达到脱硫脱硝的效果，催化剂活性组分占比低，原料利用率高，不使用贵金属和还原气体，制作成本低，催化效率高。

Description

一种静电除尘器联合脱硫脱硝催化剂及其制作工艺
【技术领域】
本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种涂敷于静电除尘器极板上能同时脱硫脱硝的VCuLaCe/ZSM-5催化剂及其制作工艺。
【背景技术】
目前，我国能源消耗主要靠燃煤，煤化度未达到一定水平的煤炭的大量燃烧，将产生大量SO2和NOx，SO2和NOx等污染物是酸雨和光化学烟雾的主要成因，严重危害着环境，控制SO2和NOx的排放迫在眉睫。
传统烟气净化系统由烟气脱硝装置、除尘装置和烟气脱硫装置组成，各部分功能单一，使组成的处理系统结构复杂，运行维护成本高。
目前在工业生产中主要运用的烟气脱硫脱硝的技术有氨吸收法、旋转喷雾干燥法、铝基铜法、电子活化氧化法、一体化脱硫脱硝的固体吸附催化法和氧化还原法。催化氧化还原法主要是以金属氧化物为活性成分负载于载体上，烟气与催化剂颗粒接触后其中的SO2被催化氧化为SO3然后进一步生成硫酸盐实现硫元素资源化，将NOx催化还原为N2，达到脱硫脱硝的目的。
随着国家颁布了更加严格的SO2和NOx的排放标准，燃煤电厂净化设备的升级、改造迫在眉睫。因此，在现有电厂烟气设备上研究出具有降耗增效能力的同时脱硫脱硝技术具有十分重要的现实意义。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能够在静电除尘器(ESP)中稳定运行的联合脱硫脱硝催化剂及其制作工艺，克服传统催化剂成本高、使用寿命短的问题，以低成本实现了较高的催化效率。
本发明提供的用于ESP联合脱硫脱硝催化剂，是以水热处理过的硅铝比为50的Na-ZSM-5分子筛为载体，以过渡金属V作为脱硫催化剂的主要活性组分，稀土元素La作为脱硫催化剂助剂；金属元素Cu作为脱硝催化剂活性组分，稀土元素Ce作为脱硝催化剂助剂。活性组分通过浸渍、高温焙烧负载于载体上，其中V2O5的负载量占催化剂总质量的10～13％，La的负载量占催化剂总质量的3％。CuO的负载量占催化剂总质量的5～6％，Ce的负载量占催化剂总质量的4％。
优选的，所述分子筛载体上负载的V、Cu、La和Ce元素分别由对应的硝酸盐分解产生。
优选的，所述联合脱硫脱硝催化剂在ESP模型中的反应温度为110～130℃。
优选的，ESP外接的直流电源调为-30～-60kV。
上述联合脱硫脱硝催化剂制备工艺，步骤如下：
(1)取硅铝比为50的Na-ZSM-5分子筛，置于容器中，加入体积为分子筛体积2～3倍的蒸馏水，在60～70℃的环境中水浴3～5小时；然后将水浴后的分子筛置于干燥设备中100～120℃干燥6小时，接着置于马弗炉于550～650℃焙烧2小时，最后得到预处理后的Na-ZSM-5分子筛载体。
(2)按照偏钒酸铵重量百分比为27～28％，草酸重量百分比为30％，硝酸铜重量百分比为41～42％，制备偏钒酸铵、草酸和硝酸铜混合溶液。
(3)通过氨水调节溶液pH值至6～7之间，防止V与Cu在pH＜4的溶液中不共存生成浅绿色沉淀使有效含量下降。
(4)采用浸渍法，按照混合溶液溶质与分子筛载体重量比为36∶64，向混合溶液加入并浸渍分子筛载体，浸渍过程中先恒温水浴并搅拌3～5小时，水浴温度60～70℃，使其充分混合。再于100～120℃中干燥4小时，冷却至室温后焙烧5小时，焙烧温度600～700℃。
(5)将上述一次浸渍物再次浸渍于步骤(2)所得的溶液中，然后重复上述的步骤(3)～(4)，得到二次浸渍后焙烧的半成品催化剂。
(6)按照硝酸镧重量百分比43％，硝酸铈重量百分比57％制备溶液。
(7)将步骤(5)二次浸渍后焙烧的半成品冷却后，按照所用分子筛载体与硝酸镧和硝酸铈溶液体的溶质质量比为(2～3)∶(1～2)的比例混合。
(8)稀释上述混合溶液至pH值为6左右。
(9)将混合溶液先恒温水浴并搅拌3～5小时，水浴温度60～70℃，使其充分混合，再于100～120℃干燥4小时；冷却至室温后在马弗炉中焙烧5小时，焙烧温度600～700℃。
(10)将得到的浸渍物冷却后再次浸渍于步骤(7)的溶液中，重复步骤7～9，得到成品催化剂。
(11)将制备的催化剂通过分子筛粘合剂涂敷在收尘极板上，制成板式催化剂。
优选的，步骤(1)中，所述的分子筛载体颗粒的粒度为70～80目。
优选的，步骤(1)、(4)和(9)中，所述的干燥过程的处理温度为115℃，干燥方式为真空干燥，焙烧过程的处理温度为650℃。
优选的，所述偏钒酸铵溶液的用量为偏钒酸铵溶液中V元素的含量不低于分子筛要负载的V元素量，硝酸铜溶液的用量为硝酸铜溶液中Cu元素的含量不低于分子筛要负载的Cu元素量，硝酸镧溶液的用量为硝酸镧溶液中La元素的含量不低于分子筛要负载的La元素量，硝酸铈溶液中Ce元素的含量不低于分子筛要负载的Ce元素量。
与相关技术相比，本发明提供的烟气联合脱硫脱硝催化剂，具有以下优势：
本发明针对燃煤火力发电厂静电除尘器(ESP)设备中烟气所含有的大量SO2和NOx污染物所开发的一种能适应ESP工况环境的联合脱硫脱硝催化剂，使静电除尘器达到脱硫脱硝的效果，催化剂活性组分占比低，原料利用率高，不使用贵金属和还原气，制作成本低，无二次污染。
采用本发明提供的烟气联合脱硫脱硝催化剂对ESP中烟气进行脱硫脱硝，在电压-30～-60kV，温度110～130℃左右，氧气浓度为2～12％范围内具有较高的脱硫脱硝效率。催化剂寿命长总维护费用低，节约运行成本提高火电厂经济效益。
【具体实施】
为了更好得对本发明进行解释，下面用具体的实例来详细说明本发明的技术。实例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整进行具体实施是不需付出创造性劳动的，应仍属于本发明的保护范围。
在本发明的各实例依据实际火电厂锅炉燃烧产生的烟气进行配气，其中SO2的浓度为1500ppm、NO为600ppm、CO215％、O26％，按此浓度配制的气体作为实验烟气。实验的烟气流量为2L/min。依据实际电厂ESP内环境，利用管式电炉将烟气温度调为110℃～130℃，直流电源调为-30～-60kV。
实例1
1.向烧杯中加入4.8220g和5.1970g(V-7％)的偏钒酸铵和草酸、7.0838g的硝酸铜(Cu-8％)；
2.向加入药品的烧杯中加入去离子水，溶液没过催化剂载体，此时溶液呈酸性，当只有Cu和V两元素共同浸渍时，两种元素在pH＜4的水溶液不共存，有浅绿色沉淀产生，需用配制的0.01mol/L的氨水调节；
3.向溶液中滴加氨水调节pH直至溶液呈透明均一状，此时的pH＝6.4；
4.称取30g已经预处理的分子筛载体加入其中；
5.在电热恒温水浴锅中65℃水浴搅拌4小时，使其充分混合；
6.取出水浴后的催化剂，置于真空干燥烘箱中，以120℃恒温进行4小时干燥过程；
7.取出干燥箱中的催化剂，放入空烧杯，冷却至室温后，将催化剂置于陶瓷坩埚中，再放入马弗炉中，在600℃温度下，焙烧5小时；
8.将上述的一次浸渍物再次浸渍步骤3的溶液中，重复上述4-7制备过程，得到二次浸渍后焙烧的半成品催化剂；
9.向烧杯中加入5.6110g的硝酸镧(La-6％)、7.4372g的硝酸铈(Ce-8％)和去离子水，溶液呈均一透明状，然后将焙烧的半成品取出冷却至室温后放入烧杯中；
10.向加入药品的烧杯中加入去离子水，溶液没过催化剂载体；此时溶液pH在6左右；
11.在电热恒温水浴锅中60℃水浴搅拌2小时，使其充分混合；
12.取出水浴后的催化剂，置于真空干燥烘箱中，以120℃恒温进行4小时干燥过程；
13.取出干燥箱中的催化剂，放入空烧杯，冷却至室温后，将催化剂置于陶瓷坩埚中，再放入马弗炉中，在600℃温度下，焙烧5小时。
14.将得到的浸渍物冷切至室温后置于步骤9溶液中，重复步骤10-13，得到所需的催化剂，然后通过分子筛粘合剂涂敷于收尘极板上。
所得催化剂的脱硫效率达到92％，脱硝效率达到83％。

Claims (2)

1.一种静电除尘器联合脱硫脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于，催化剂制备工艺为：
(1)选取粒度为70～80目的Na-ZSM-5分子筛，首先经过水浴法预处理，水浴处理过程中分子筛与蒸馏水的体积比为1∶2～1∶3；
(2)活性组分及助剂负载均采用二次浸渍，首先对活性组分V2O5、CuO经过一、二次浸渍后焙烧，然后进行助剂La、Ce的一、二次浸渍后焙烧，得到成品催化剂；
所述催化剂以水热处理过的硅铝比为50的Na-ZSM-5分子筛为载体，以质量百分比计，载体为催化剂总质量的48～50％，活性组分为10～13％的V2O5与5～6％的CuO，助剂为3％的La和4％的Ce；
制备的粉末状脱硫脱硝催化剂通过分子筛粘合剂涂敷在静电除尘器的收尘极板上，在直流电压-30～-60kV、烟气温度110～130℃的静电除尘器中实现同时脱硫脱硝。
2.根据权利要求1所述的一种静电除尘器联合脱硫脱硝催化剂的制备工艺得到的催化剂的应用，其特征在于，将制备的脱硫脱硝催化剂通过分子筛粘合剂涂敷在收尘极板上，静电除尘器在直流-30～-60kV，烟气温度110～130℃的环境下运行时，联合脱硫效率在95％以上，联合脱硝效率在80％以上。
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