CN112237911A - 一种宽温域scr波纹式脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烟气脱硝技术领域，涉及一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂及其制备方法。该宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，适用于工作温度窗口在150℃‑420℃的烟气脱硝；以锐钛型钛白粉为载体负载1％‑2％的钒，以过渡金属氧化物为助剂，采用浸渍法制备脱硝催化剂；过渡金属氧化物为氧化钼、氧化铈及氧化锰的混合物。在中低温下，特别是在180‑300℃能有效地抵抗SO2和H2O对催化剂的影响。该催化剂活性温度区间介于工业窑炉烟气温度范围内，可应用于工业锅炉、冶金烧结炉、化工裂解炉、水泥和玻璃窑炉等窑炉的氮氧化物排放控制，无需按照原有中温SCR工艺烟气进入SCR反应器前需要经过空气预热器再热，减少能量损失。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硝技术领域，涉及适于宽温域烟气使用的脱硝催化剂，具体涉及一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着国家环保政策的实施，我国火电厂及各行各业脱硝市场正如火如荼地展开。NH3-SCR脱硝工艺因其经济性、高效性，成为脱除电厂锅炉烟气中的主流工艺。目前，商用的SCR催化剂主要是V2O5-WO3/TiO2，其最佳运行温度在300～420℃。
燃煤电厂的烟气温度一般可以满足该催化剂运行所需温度，但在实际运行过程中，电厂中使用催化剂时为了避免重复加热烟气，反应器必须安装在脱硫、除尘装置的上游，而该烟气段高浓度的烟尘会影响催化剂脱硝性能，降低催化剂使用寿命。另外，在经济转型升级过程中，电力行业也存在结构调整，很多电力企业机组存在低负荷运行情况，烟气温度低于300℃，并且该情况将长期存在。
与燃煤电厂的烟气相比，其他工业锅炉、玻璃陶瓷炉窑、水泥炉窑、冶金烧结炉等装置所排放的烟气温度相对较低，一般在200～300℃。已有的商业V2O5-WO3/TiO2催化剂在该温度范围内活性较低，并且喷入的氨气易与烟气中的SO2和H2O反应形成硫酸氢铵等物质覆盖在催化剂表面，从而引起催化剂的失活，很难满足烟气氮氧化物的排放标准。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂及其制备方法，该宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，适用于工作温度窗口在150℃～420℃之间的烟气脱硝，尤其是在150℃-300℃，能有效地抵抗SO2和H2O对催化剂的影响。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明提供了一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，以锐钛型钛白粉为载体负载钒，以过渡金属氧化物为助剂，采用浸渍法制备脱硝催化剂；所述过渡金属氧化物为氧化钼、氧化铈及氧化锰的混合物。
进一步，所述氧化钼的质量占比为5.5％-7.8％，氧化铈的质量占比为3.0％-5.5％，氧化锰的质量占比为5.2％-7.4％。
进一步，在浸渍法制备脱硝催化剂中，采用的浸渍液以质量百分比计为：催化剂活性粉末占40％-50％，粘结剂占6％-10％，甲醇占30％-40％，水占20％-25％。
进一步，所述脱硝催化剂适用于工作温度窗口在150℃～420℃之间的烟气脱硝。
第二方面，本发明又提供了一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂的制备方法，选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到活性粉末溶液中浸泡，以使活性成分能均匀吸附在基板上；具体包括如下步骤：
步骤1)、配制草酸溶液，向草酸溶液中加入质量浓度为1％-2％的偏钒酸铵，搅拌均匀后得到溶液A；
步骤2)、配制助溶剂溶液B，其中含质量浓度为5.5％-7.8％的七钼酸铵、3.0％-5.5％的氧化铈、5.5％-7.8％的氧化锰，加入去离子水搅拌溶解得溶液B；
步骤3)、将所述溶液A和溶液B混合并搅拌均匀后得到浸渍液；
步骤4)、将所述浸渍液加入称量好的锐钛型钛白粉粉末中，其中载体占77.3％-85.3％，充分搅拌并经过干燥、捏合、烘干、焙烧、研磨后得到催化剂粉末。
进一步，上述步骤1)中，所述草酸溶液的质量浓度为4.5％。
进一步，上述步骤1)中，所述偏钒酸铵的加入质量是草酸溶液质量的二分之一。
第三方面，本发明还提供了一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂单元的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a)、选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，将所述骨架材料通过成型工艺制造成波纹板，再和一定尺寸的平板叠装成单元；
步骤b)、将制作好的单元进行粘结剂一次浸渍液浸渍，浸渍液为80％-85％的粘结剂、5％-10％的钛白粉、5％-8％的JDG10的混合液；
步骤c)、将制作好的单元进行催化剂粉末溶液浸渍；
步骤d)、将浸渍好的单元在烧结炉煅烧后进行边缘硬化处理，处理完成后得到催化剂单元。
进一步，上述步骤c)中，所述浸渍液为40％-50％的催化剂活性粉末、6％-10％粘结剂、30％-40％甲醇、20％-25％水的混合液。
进一步，上述步骤d)中，浸渍好的单元在烧结炉煅烧时间为7个小时。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：这种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，适用于150℃-420℃温度窗口的高效环保的氮氧化物净化的SCR催化剂。一方面，在中低温下，特别是在180-300℃，能有效地抵抗SO2和H2O对催化剂的影响。该催化剂活性温度区间介于工业窑炉烟气温度范围内，可以应用于工业锅炉、冶金烧结炉、化工裂解炉、水泥和玻璃窑炉等窑炉的NOx排放控制，也可应用于硝酸生产、己内酰胺生产以及酸洗等工业过程，无需按照原有中温SCR工艺烟气进入SCR反应器前需要经过预热器再热，减少了能量的不必要损害，填补了我国中低温SCR技术空白，另一方面，可以满足电力企业低负荷运行使用常规催化剂带来的空预器因ABS堵塞带来的一系列问题，带来巨大的经济效益和环境效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
本发明提供了一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，适用于工作温度窗口在150℃～420℃之间的烟气脱硝。其以锐钛型钛白粉为载体负载1％-2％的钒，以过渡金属氧化物为助剂，采用浸渍法制备脱硝催化剂；所述过渡金属氧化物为氧化钼、氧化铈及氧化锰的混合物。
进一步地，所述氧化钼的质量占比为5.5％-7.8％，氧化铈的质量占比为3.0％-5.5％，氧化锰的质量占比为5.2％-7.4％。
进一步地，在浸渍法制备脱硝催化剂中，采用的浸渍液以质量百分比计为：催化剂活性粉末占40％-50％，粘结剂占6％-10％，甲醇占30％-40％，水占20％-25％。
上述宽温域SCR波纹式脱硝催化剂的制备方法，选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到活性粉末溶液中浸泡，以使活性成分能均匀吸附在基板上；具体包括如下步骤：
步骤1)、配制草酸溶液，向草酸溶液中加入质量浓度为1％-2％的偏钒酸铵，搅拌均匀后得到溶液A；其中，草酸溶液的质量浓度为4.5％，偏钒酸铵的加入质量是草酸溶液质量的二分之一；
步骤2)、配制助溶剂溶液B，其中含质量浓度为5.5％-7.8％的七钼酸铵、3.0％-5.5％的氧化铈、5.5％-7.8％的氧化锰，加入去离子水搅拌溶解得溶液B；
步骤3)、将所述溶液A和溶液B混合并搅拌均匀后得到浸渍液；
步骤4)、将所述浸渍液加入称量好的锐钛型钛白粉粉末中，其中载体占77.3％-85.3％，充分搅拌并经过干燥、捏合、烘干、焙烧、研磨后得到催化剂粉末。
此外，本发明还提供了一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂单元的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a)、选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，将所述骨架材料通过成型工艺制造成波纹板，再和一定尺寸的平板叠装成单元；
步骤b)、将制作好的单元进行粘结剂一次浸渍液浸渍，浸渍液为80％-85％的粘结剂、5％-10％的钛白粉、5％-8％的JDG10的混合液；
步骤c)、将制作好的单元进行催化剂粉末溶液浸渍，浸渍液为40％-50％的催化剂活性粉末、6％-10％粘结剂、30％-40％甲醇、20％-25％水的混合液；
步骤d)、将浸渍好的单元在烧结炉煅烧7个小时后进行边缘硬化处理，处理完成后得到催化剂单元。
实施例2：
本实施例提供的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，适用于工作温度窗口在150℃～420℃之间的烟气脱硝，以锐钛型钛白粉为载体负载1％-2％的钒，以过渡金属氧化物为助剂，采用浸渍法制备脱硝催化剂；所述过渡金属氧化物为氧化钼、氧化铈及氧化锰的混合物。
进一步地，所述氧化钼的质量占比为5.5％，氧化铈的质量占比为4.2％，氧化锰的质量占比为5.8％。
进一步地，在浸渍法制备脱硝催化剂中，采用的浸渍液以质量百分比计为：催化剂活性粉末占40％，粘结剂占8％，甲醇占30％，水占22％。
这种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂的制备方法，选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到活性粉末溶液中浸泡，以使活性成分能均匀吸附在基板上；具体包括如下步骤：
步骤1)、配制草酸溶液，向草酸溶液中加入质量浓度为1％-2％的偏钒酸铵，搅拌均匀后得到溶液A；草酸溶液的浓度为：4.5％，偏钒酸铵的加入质量是草酸溶液质量的二分之一；
步骤2)、配制助溶剂溶液B，其中含质量浓度为5.5％的七钼酸铵、4.2％的氧化铈、5.8％的氧化锰，加入去离子水搅拌溶解得溶液B；
步骤3)、将所述溶液A和溶液B混合并搅拌均匀后得到浸渍液；
步骤4)、将所述浸渍液加入称量好的锐钛型钛白粉粉末中，其中载体占82.5％，充分搅拌并经过干燥、捏合、烘干、焙烧、研磨后得到催化剂粉末。
此外，本实施例还提供了宽温域SCR波纹式脱硝催化剂单元的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a)、选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，将所述骨架材料通过成型工艺制造成波纹板，再和一定尺寸的平板叠装成单元；
步骤b)、将制作好的单元进行粘结剂一次浸渍液浸渍，浸渍液为82％的粘结剂、10％的钛白粉、8％的JDG10的混合液；
步骤c)、将制作好的单元进行催化剂粉末溶液浸渍，其中，浸渍液为40％的催化剂活性粉末、8％粘结剂、30％甲醇、22％水的混合液
步骤d)、将浸渍好的单元在烧结炉煅烧7个小时后进行边缘硬化处理，处理完成后得到催化剂单元。
实施例3：
本实施例提供的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，适用于工作温度窗口在150℃～420℃之间的烟气脱硝，以锐钛型钛白粉为载体负载1％-2％的钒，以过渡金属氧化物为助剂，采用浸渍法制备脱硝催化剂；所述过渡金属氧化物为氧化钼、氧化铈及氧化锰的混合物。
进一步地，所述氧化钼的质量占比为7.8％，氧化铈的质量占比为3.0％，氧化锰的质量占比为7.4％。
进一步地，在浸渍法制备脱硝催化剂中，采用的浸渍液以质量百分比计为：催化剂活性粉末占43％，粘结剂占7％，甲醇占30％，水占20％。
这种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂的制备方法，选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到活性粉末溶液中浸泡，以使活性成分能均匀吸附在基板上；具体包括如下步骤：
步骤1)、配制草酸溶液，向草酸溶液中加入质量浓度为1％-2％的偏钒酸铵，搅拌均匀后得到溶液A；草酸溶液的浓度为：4.5％，偏钒酸铵的加入质量是草酸溶液质量的二分之一；
步骤2)、配制助溶剂溶液B，其中含质量浓度为7.8％的七钼酸铵、3.0％的氧化铈、7.8％的氧化锰，加入去离子水搅拌溶解得溶液B；
步骤3)、将所述溶液A和溶液B混合并搅拌均匀后得到浸渍液；
步骤4)、将所述浸渍液加入称量好的锐钛型钛白粉粉末中，其中载体占79.8％，充分搅拌并经过干燥、捏合、烘干、焙烧、研磨后得到催化剂粉末。
此外，本实施例还提供了宽温域SCR波纹式脱硝催化剂单元的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a)、选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，将所述骨架材料通过成型工艺制造成波纹板，再和一定尺寸的平板叠装成单元；
步骤b)、将制作好的单元进行粘结剂一次浸渍液浸渍，浸渍液为85％的粘结剂、10％的钛白粉、5％的JDG10的混合液；
步骤c)、将制作好的单元进行催化剂粉末溶液浸渍，其中，浸渍液为43％的催化剂活性粉末、7％粘结剂、30％甲醇、20％水的混合液
步骤d)、将浸渍好的单元在烧结炉煅烧7个小时后进行边缘硬化处理，处理完成后得到催化剂单元。
实施例4：
本实施例提供的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，适用于工作温度窗口在150℃～420℃之间的烟气脱硝，以锐钛型钛白粉为载体负载1％-2％的钒，以过渡金属氧化物为助剂，采用浸渍法制备脱硝催化剂；所述过渡金属氧化物为氧化钼、氧化铈及氧化锰的混合物。
进一步地，所述氧化钼的质量占比为6.3％，氧化铈的质量占比为5.5％，氧化锰的质量占比为6.0％。
进一步地，在浸渍法制备脱硝催化剂中，采用的浸渍液以质量百分比计为：催化剂活性粉末占40％，粘结剂占7％，甲醇占32％，水占21％。
这种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂的制备方法，选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到活性粉末溶液中浸泡，以使活性成分能均匀吸附在基板上；具体包括如下步骤：
步骤1)、配制草酸溶液，向草酸溶液中加入质量浓度为1％-2％的偏钒酸铵，搅拌均匀后得到溶液A；草酸溶液的浓度为：4.5％，偏钒酸铵的加入质量是草酸溶液质量的二分之一；
步骤2)、配制助溶剂溶液B，其中含质量浓度为6.3％的七钼酸铵、5.5％的氧化铈、6.0％的氧化锰，加入去离子水搅拌溶解得溶液B；
步骤3)、将所述溶液A和溶液B混合并搅拌均匀后得到浸渍液；
步骤4)、将所述浸渍液加入称量好的锐钛型钛白粉粉末中，其中载体占80.7％，充分搅拌并经过干燥、捏合、烘干、焙烧、研磨后得到催化剂粉末。
此外，本实施例还提供了宽温域SCR波纹式脱硝催化剂单元的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a)、选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，将所述骨架材料通过成型工艺制造成波纹板，再和一定尺寸的平板叠装成单元；
步骤b)、将制作好的单元进行粘结剂一次浸渍液浸渍，浸渍液为84％的粘结剂、9％的钛白粉、7％的JDG10的混合液；
步骤c)、将制作好的单元进行催化剂粉末溶液浸渍，其中，浸渍液为41％的催化剂活性粉末、8％粘结剂、30％甲醇、21％水的混合液
步骤d)、将浸渍好的单元在烧结炉煅烧7个小时后进行边缘硬化处理，处理完成后得到催化剂单元。
因此，本实施例提供的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂的制备方法，选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到活性粉末溶液中浸泡，以使活性成分能均匀吸附在基板上。此外，制备得到的催化剂单元可在宽温150℃～420℃烟气中使用，且始终保持较高的活性，能有效地抵抗SO2和H2O对催化剂的影响。
综上所述，本发明提供的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，能够满足宽温域150℃～420℃烟气脱硝工况的特殊要求，具有良好的催化活性，不仅在常规温度300-420℃具有催化活性，且在低温区也表现出较强的催化活性，适用温度范围得到很大拓展，对反应条件要求更低，可以满足不同工况不同行业催化场合脱硝的需要。同时，能够将自身生产的波纹式脱硝催化剂的应用范围在燃煤电厂进一步拓宽使用温度窗口的同时，使用范围也从电力、工业锅炉行业拓展至焦化、烧结、玻璃窑炉等其他烟气脱硝行业，充分发挥波纹式催化剂相比于蜂窝催化剂的优势。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，其特征在于，以锐钛型钛白粉为载体负载1％-2％的钒，以过渡金属氧化物为助剂，采用浸渍法制备脱硝催化剂；所述过渡金属氧化物为氧化钼、氧化铈及氧化锰的混合物。
2.根据权利要求1所述的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，其特征在于，所述氧化钼的质量占比为5.5％-7.8％，氧化铈的质量占比为3.0％-5.5％，氧化锰的质量占比为5.2％-7.4％。
3.根据权利要求1所述的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，其特征在于，在浸渍法制备脱硝催化剂中，采用的浸渍液以质量百分比计为：催化剂活性粉末占40％-50％，粘结剂占6％-10％，甲醇占30％-40％，水占20％-25％。
4.根据权利要求1所述的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂，其特征在于，所述脱硝催化剂适用于工作温度窗口在150℃～420℃之间的烟气脱硝。
5.一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到活性粉末溶液中浸泡，以使活性成分能均匀吸附在基板上；具体包括如下步骤：
步骤1)、配制草酸溶液，向草酸溶液中加入质量浓度为1％-2％的偏钒酸铵，搅拌均匀后得到溶液A；
步骤2)、配制助溶剂溶液B，其中含质量浓度为5.5％-7.8％的七钼酸铵、3.0％-5.5％的氧化铈、5.5％-7.8％的氧化锰，加入去离子水搅拌溶解得溶液B；
步骤3)、将所述溶液A和溶液B混合并搅拌均匀后得到浸渍液；
步骤4)、将所述浸渍液加入称量好的锐钛型钛白粉粉末中，其中载体占77.3％-85.3％，充分搅拌并经过干燥、捏合、烘干、焙烧、研磨后得到催化剂粉末。
6.根据权利要求5所述的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂粉末的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述草酸溶液的质量浓度为4.5％。
7.根据权利要求5所述的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂粉末的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述偏钒酸铵的加入质量是草酸溶液质量的二分之一。
8.一种宽温域SCR波纹式脱硝催化剂单元的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤a)、选用玻璃纤维薄毡作为骨架材料，将所述骨架材料通过成型工艺制造成波纹板，再和一定尺寸的平板叠装成单元；
步骤b)、将制作好的单元进行粘结剂一次浸渍液浸渍，浸渍液为80％-85％的粘结剂、5％-10％的钛白粉、5％-8％的JDG10的混合液；
步骤c)、将制作好的单元进行催化剂粉末溶液浸渍；
步骤d)、将浸渍好的单元在烧结炉煅烧后进行边缘硬化处理，处理完成后得到催化剂单元。
9.根据权利要求8所述的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂单元的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述浸渍液为40％-50％的催化剂活性粉末、6％-10％粘结剂、30％-40％甲醇、20％-25％水的混合液。
10.根据权利要求8所述的宽温域SCR波纹式脱硝催化剂单元的制备方法，其特征在于，步骤d)中，浸渍好的单元在烧结炉煅烧时间为7个小时。
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