CN111185086B - 一种脱硝催化剂模块框架组件的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，涉及脱硝催化剂技术领域，本发明包括以下步骤：将钢板表面粗糙处理，然后将催化剂材料通过涂覆方式沉积在粗糙的框架钢板表面，经过干燥、焙烧后制得脱硝催化剂模块框架组件。本发明还提供一种由上述制备方法制得的脱硝催化剂模块框架组件和脱硝催化剂模块。本发明的有益效果在于：本发明制得的脱硝催化剂模块框架组件可以直接通过铆钉或者螺丝或者焊接方式组装成的蜂窝催化剂模块框架，催化剂单体与框架接触面不需要填充陶瓷纤维垫片和陶瓷纤维毯，可减小模块两端压差，降低催化剂组装难度和人工成本，提高蜂窝脱硝催化剂单体利用率和脱硝活性。

Description

一种脱硝催化剂模块框架组件的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及脱硝催化剂技术领域，具体涉及一种脱硝催化剂模块框架组件的制备方法及应用。
背景技术
SCR脱硝技术是指在催化剂的作用下，氮氧化物被NH3还原成氮气的反应。SCR脱硝技术已在燃煤窑炉领域得到广泛应用。我国能源结构现状是多煤、少油、少气，所以针对燃煤窑炉的脱硝处理压力将会日益严峻。相关标准对绿色发展要求越来越严格，现阶段环境治理主要目标是加强大气污染治理、提高环境质量等，对氮氧化物继续实施总量控制。
脱硝催化剂模块作为SCR脱硝技术的核心部件，对SCR脱硝系统的整体效果有直接影响。目前主流SCR脱硝催化剂模块框架使用钢制模块框架，通过铆钉、螺丝或焊接将组件组成框架。如专利CN209451650U涉及一种蜂窝式脱硝催化剂模块，包括长方体壳体，长方体壳体由两块折弯成直角的钢板合围并焊接而成，长方体壳体的四面内壁均匀设有多个向内凸出的凸起，长方体壳体的底部设有水平向内翻折的底部折边，底部折边的上方放置有底部格栅网；长方体壳体的上端口设有上折边，上折边包括由壳体四壁的上缘向内水平翻折而成的顶部水平折边和由顶部水平折边的内缘竖直向上翻折而成的顶部竖折边，顶部竖折边的外壁与同侧底部折边的内缘相平齐，凸起凸出的壳体壁的高度小于底部折边的宽度。各凸起与脱硝催化剂单元之间设有陶瓷棉垫；顶部竖折边上分别设有吊耳孔。
这种催化剂单体固定方式的缺点就在于单体和框架之间存在缝隙，需要陶瓷纤维垫片和陶瓷纤维毯填充其中防止烟气从不具有脱硝活性的框架表面通过，使得脱硝效率下降。但是增加填充物质提高了催化剂组装难度，还加大了催化剂两端压差，使烟气流动性变差，降低脱硝效率。此外，与框架接触部分的催化剂无法被使用，造成了催化剂活性位的浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，可以解决现有的脱硝催化剂模块组装难、脱硝效率降低的技术问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，包括以下步骤：将钢板表面粗糙处理，然后将催化剂材料通过涂覆方式沉积在粗糙的框架钢板表面，经过干燥、焙烧后制得脱硝催化剂模块框架组件。
有益效果：本发明制得的脱硝催化剂模块框架组件的表面具有脱硝活性，且催化剂单体与框架接触面不需要填充陶瓷纤维垫片和陶瓷纤维毯，可减小模块两端压差，降低催化剂组装难度和人工成本，提高蜂窝脱硝催化剂单体的利用率和脱硝活性。
优选的，所述框架钢板表面采用抛丸机进行粗糙处理。
优选的，所述框架钢板表面的粗糙度为Rz为50-150μm。
优选的，所述脱硝催化剂模块框架组件的制备方法包括以下步骤：
(1)将羧甲基纤维素钠和固含量为50％的丁苯橡胶水溶液加入到二氧化钛水溶胶中，搅拌制得混合溶液；所述羧甲基纤维素钠在混合溶液中质量浓度为0.5-1.5％，丁苯橡胶固体占混合溶液中质量浓度为0.5-1.5％，二氧化钛水溶胶中二氧化钛质量浓度为20％；
(2)将粒度不大于30μm的五氧化二钒和粒度不大于50μm的三氧化钨颗粒加入步骤(1)的混合溶液中，搅拌后得到混合浆料，所述五氧化二钒与二氧化钛的质量比为1:25-100，所述三氧化钨与二氧化钛的质量比为1:5-20；
(3)将步骤(2)中制得的混合浆料喷淋在钢板的粗糙侧，涂覆厚度为100-200μm，将涂覆的框架钢板干燥、煅烧后制得脱硝催化剂模块框架组件。
优选的，所述步骤(1)中于800rpm条件下搅拌1小时。
优选的，所述步骤(2)中于1500rpm条件下搅拌3小时。
优选的，所述步骤(3)中将框架钢板于100℃干燥8小时、300-500℃煅烧6小时。
本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种由上述制备方法制得的脱硝催化剂模块框架。
优选的，将脱硝催化剂模块框架组件组装成脱硝催化剂框架，所述脱硝催化剂模块框架组件的涂覆层朝内设置。
优选的，将脱硝催化剂模块框架组件通过铆钉或者螺丝或者焊接方式组装成蜂窝催化剂模块框架。
有益效果：本发明制得的脱硝催化剂模块框架组件可以直接通过铆钉或者螺丝或者焊接方式组装，然后加入催化剂单体，组装成蜂窝催化剂模块，催化剂单体与框架接触面不需要填充陶瓷纤维垫片和陶瓷纤维毯，可减小模块两端压差，降低催化剂组装难度和人工成本，提高蜂窝脱硝催化剂单体利用率和脱硝活性。
本发明的优点在于：
(1)本发明制得的脱硝催化剂模块框架组件可以直接通过铆钉或者螺丝或者焊接方式组装成的蜂窝催化剂模块框架；
(2)催化剂模块内表面具有脱硝活性，催化剂单体与框架接触面不需要填充陶瓷纤维垫片和陶瓷纤维毯，可减小模块两端压差，降低催化剂组装难度和人工成本，提高蜂窝脱硝催化剂单体利用率和脱硝活性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
脱硝催化剂模块框架组件的制备方法
(1)将框架钢板表面采用抛丸机进行抛丸处理，并通过砂轮机进行表面清理，使得钢板表面粗糙度Rz达到50μm；
(2)常温下降羧甲基纤维素钠和固含量为50％的丁苯橡胶水溶液加入到二氧化钛水溶胶中，800rpm条件下搅拌1小时得到混合溶液，其中羧甲基纤维素钠在混合溶液中质量浓度为0.5％，丁苯橡胶固体占混合溶液中质量浓度为0.5％，二氧化钛水溶胶中二氧化钛质量浓度为20％；
(3)将粒度为30μm的五氧化二钒和粒度为50μm的三氧化钨颗粒加入到上一步制备的混合溶液中，1500rpm条件下搅拌3小时后得到混合浆料，其中五氧化二钒与二氧化钛的质量比为1：100，三氧化钨与二氧化钛的质量比为1：20；
(4)将得到的混合浆料喷淋在钢板的抛丸处理侧，保证抛丸处理侧完全被混合浆料覆盖，涂覆厚度为100μm，额外的浆料通过风刀除去；
(5)将涂覆后的钢板在100℃干燥8小时后，300℃煅烧6小时得到催化剂模块框架组件。
实施例2
脱硝催化剂模块框架组件的制备方法
(1)将框架钢板表面采用抛丸机进行抛丸处理，并通过砂轮机进行表面清理，使得钢板表面粗糙度Rz达到100μm；
(2)常温下降羧甲基纤维素钠和固含量为50％的丁苯橡胶水溶液加入到二氧化钛水溶胶中，800rpm条件下搅拌1小时得到混合溶液，其中羧甲基纤维素钠在混合溶液中质量浓度为1％，丁苯橡胶固体占混合溶液中质量浓度为1％，二氧化钛水溶胶中二氧化钛质量浓度为20％；
(3)将粒度为30μm的五氧化二钒和粒度为50μm的三氧化钨颗粒加入到上一步制备的混合溶液中，1500rpm条件下搅拌3小时后得到混合浆料，其中五氧化二钒与二氧化钛的质量比为1：50，三氧化钨与二氧化钛的质量比为1：10；
(4)将得到的混合浆料喷淋在钢板的抛丸处理侧，保证抛丸处理侧完全被混合浆料覆盖，涂覆厚度为150μm，额外的浆料通过风刀除去；
(5)将涂覆后的钢板在100℃干燥8小时后，400℃煅烧6小时得到催化剂模块框架组件。
实施例3
脱硝催化剂模块框架组件的制备方法
(1)将框架钢板表面采用抛丸机进行抛丸处理，并通过砂轮机进行表面清理，使得钢板表面粗糙度Rz达到150μm；
(2)常温下降羧甲基纤维素钠和固含量为50％的丁苯橡胶水溶液加入到二氧化钛水溶胶中，800rpm条件下调节下搅拌1小时得到混合溶液，其中羧甲基纤维素钠在混合溶液中质量浓度为1.5％，丁苯橡胶固体占混合溶液中质量浓度为1.5％，二氧化钛水溶胶中二氧化钛质量浓度为20％；
(3)将粒度为30μm的五氧化二钒和粒度为50μm的三氧化钨颗粒加入到上一步制备的混合溶液中，1500rpm条件下搅拌3小时后得到混合浆料，其中五氧化二钒与二氧化钛的质量比为1：25，三氧化钨与二氧化钛的质量比为1：5；
(4)将得到的混合浆料喷淋在钢板的抛丸处理侧，保证抛丸处理侧完全被混合浆料覆盖，涂覆厚度为200μm，额外的浆料通过风刀除去；
(5)将涂覆后的钢板在100℃干燥8小时后，500℃煅烧6小时得到催化剂模块框架组件。
对比例1
脱硝催化剂模块框架组件的制备方法
(1)将框架钢板表面采用抛丸机进行抛丸处理，并通过砂轮机进行表面清理，使得钢板表面粗糙度Rz达到100μm；
(2)常温下降羧甲基纤维素钠和固含量为50％的丁苯橡胶水溶液加入到二氧化钛水溶胶中，800rpm条件下搅拌1小时得到混合溶液，其中羧甲基纤维素钠在混合溶液中质量浓度为0.3％，丁苯橡胶固体占混合溶液中质量浓度为0.3％，二氧化钛水溶胶中二氧化钛质量浓度为20％；
(3)将粒度为30μm的五氧化二钒和粒度为50μm的三氧化钨颗粒加入到上一步制备的混合溶液中，1500rpm条件下搅拌3小时后得到混合浆料，其中五氧化二钒与二氧化钛的质量比为1：50，三氧化钨与二氧化钛的质量比为1：10；
(4)将得到的混合浆料喷淋在钢板的抛丸处理侧，保证抛丸处理侧完全被混合浆料覆盖，涂覆厚度为150μm，额外的浆料通过风刀除去；
(5)将涂覆后的钢板在100℃干燥8小时后，500℃煅烧6小时得到催化剂模块框架组件。
对比例2
脱硝催化剂模块框架组件的制备方法
(1)将框架钢板表面采用抛丸机进行抛丸处理，并通过砂轮机进行表面清理，使得钢板表面粗糙度Rz达到100μm；
(2)常温下降羧甲基纤维素钠和固含量为50％的丁苯橡胶水溶液加入到二氧化钛水溶胶中，800rpm条件下搅拌1小时得到混合溶液，其中羧甲基纤维素钠在混合溶液中质量浓度为1.8％，丁苯橡胶固体占混合溶液中质量浓度为1.8％，二氧化钛水溶胶中二氧化钛质量浓度为20％；
(3)将粒度为30μm的五氧化二钒和粒度为50μm的三氧化钨颗粒加入到上一步制备的混合溶液中，1500rpm条件下搅拌3小时后得到混合浆料，其中五氧化二钒与二氧化钛的质量比为1：50，三氧化钨与二氧化钛的质量比为1：10；
(4)将得到的混合浆料喷淋在钢板的抛丸处理侧，保证抛丸处理侧完全被混合浆料覆盖，涂覆厚度为150μm，额外的浆料通过风刀除去；
(5)将涂覆后的钢板在100℃干燥8小时后，500℃煅烧6小时得到催化剂模块框架组件。
对比例3
脱硝催化剂模块框架组件的制备方法
(1)将框架钢板表面采用抛丸机进行抛丸处理，并通过砂轮机进行表面清理，使得钢板表面粗糙度Rz达到100μm；
(2)常温下降羧甲基纤维素钠和固含量为50％的丁苯橡胶水溶液加入到二氧化钛水溶胶中，800rpm条件下搅拌1小时得到混合溶液，其中羧甲基纤维素钠在混合溶液中质量浓度为1％，丁苯橡胶固体占混合溶液中质量浓度为1％，二氧化钛水溶胶中二氧化钛质量浓度为20％；
(3)将粒度为40μm的五氧化二钒和粒度为60μm的三氧化钨颗粒加入到上一步制备的混合溶液中，1500rpm条件下搅拌3小时后得到混合浆料，其中五氧化二钒与二氧化钛的质量比为1：50，三氧化钨与二氧化钛的质量比为1：10；
(4)将得到的混合浆料喷淋在钢板的抛丸处理侧，保证抛丸处理侧完全被混合浆料覆盖，涂覆厚度为150μm，额外的浆料通过风刀除去；
(5)将涂覆后的钢板在100℃干燥8小时后，400℃煅烧6小时得到催化剂模块框架组件。
实施例7
催化剂活性测试
将本实施例制备的催化剂模块框架组件切割成50mm×50mm的小组件，将3片小组件置于石英管性能评价反应装置中，石英管内径为100mm，通入模拟气，通过调节固定床温度改变催化反应温度进行活性评价。模拟的气体的组成为：NO(1000ppm)、NH3(1000ppm)、O2(6vol％)、N2为载气，气体总流量为2000mL/min。催化效率见表1。
表1为实施例1-实施例3、对比例1-对比例3中制得的催化剂模块框架组件的催化效率表
Figure BDA0002346641740000091
如表1所示，将钢板表面粗糙处理，然后将催化剂材料通过涂覆方式沉积在粗糙的框架钢板表面，经过干燥、焙烧后制得脱硝催化剂模块框架组件具有SCR脱硝活性。当羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的浓度都在0.5-1.5％，五氧化二钒和三氧化钨粒度分别不大于30μm和50μm时，催化剂模块框架组件的脱硝效率都在80％以上。
从对比例1-对比例3中看出，当羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的浓度低于0.5％或者高于1.5％时，脱硝效率明显下降，浓度过低即分散剂量不够，浓度过高会导致溶胶粘度过大，都会导致五氧化二钒和三氧化钨在溶胶中分散不均匀，涂覆于钢板以后，涂覆活性物质少的部位活性低，涂覆活性物质多的地方则只有表面层有活性，导致整体催化活性下降。当五氧化二钒和三氧化钨粒度大于30μm和50μm时，由于涂覆厚度是一定的，所以大颗粒的活性物质会在制备过程中被刮刀除去，同时导致涂覆表面凹凸不均，在活性测试过程中会遭到反应气过多的冲刷导致活性位流失，造成催化活性下降。
实施例1中得到的催化剂模块框架组件通过螺丝拼接成催化剂模块框架，在不填充陶瓷纤维垫片和陶瓷纤维毯的条件下将截面积为150mm×150mm，长度为1m，孔数为20的蜂窝脱硝催化剂单体放入其中进行组装，在7m/s烟气流速下，催化剂模块两端压差为50Pa。而将蜂窝脱硝催化剂单体放入钢板螺丝拼接成的催化剂模块框架，填充陶瓷纤维垫片和陶瓷纤维毯，在同样烟气流速下，催化剂模块两端压差为120Pa。综上所示，本发明制备的一种脱硝活性的蜂窝催化剂模块框架组件，由这种组件通过铆钉或者螺丝或者焊接方式组装成的蜂窝催化剂模块，由于内表面具有脱硝活性，催化剂单体与框架接触面不需要填充陶瓷纤维垫片和陶瓷纤维毯，可减小模块两端压差，降低催化剂组装难度和人工成本，提高蜂窝脱硝催化剂单体利用率和脱硝活性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将钢板表面粗糙处理，然后将催化剂材料通过涂覆方式沉积在粗糙的框架钢板表面，经过干燥、焙烧后制得脱硝催化剂模块框架组件；
具体包括以下步骤：(1)将羧甲基纤维素钠和固含量为50％的丁苯橡胶水溶液加入到二氧化钛水溶胶中，搅拌制得混合溶液；所述羧甲基纤维素钠在混合溶液中质量浓度为0.5-1.5％，丁苯橡胶固体占混合溶液中质量浓度为0.5-1.5％，二氧化钛水溶胶中二氧化钛质量浓度为20％；
(2)将粒度不大于30μm的五氧化二钒和粒度不大于50μm的三氧化钨颗粒加入步骤(1)的混合溶液中，搅拌后得到混合浆料，所述五氧化二钒与二氧化钛的质量比为1:25-100，所述三氧化钨与二氧化钛的质量比为1:5-20；
(3)将步骤(2)中制得的混合浆料喷淋在钢板的粗糙侧，涂覆厚度为100-200μm，将涂覆的框架钢板干燥、煅烧后制得脱硝催化剂模块框架组件。
2.根据权利要求1所述的脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，其特征在于：所述框架钢板表面采用抛丸机进行粗糙处理。
3.根据权利要求2所述的脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，其特征在于：所述框架钢板表面的粗糙度为Rz为50-150μm。
4.根据权利要求1所述的脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中于800rpm条件下搅拌1小时。
5.根据权利要求1所述的脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中于1500rpm条件下搅拌3小时。
6.根据权利要求1所述的脱硝催化剂模块框架组件的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中将框架钢板于100℃干燥8小时、300-500℃煅烧6小时。
7.一种采用权利要求1-6中任一项所述的脱硝催化剂模块框架组件的制备方法制得的脱硝催化剂模块框架。
8.根据权利要求7所述的脱硝催化剂模块框架，其特征在于：将脱硝催化剂模块框架组件组装成脱硝催化剂模块框架，所述脱硝催化剂模块框架组件的涂覆层朝内设置。
9.根据权利要求8所述的脱硝催化剂模块框架，其特征在于：将脱硝催化剂模块框架组件通过铆钉或者螺丝或者焊接方式组装成蜂窝催化剂模块框架。
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