CN114177949A - 一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，涉及脱硝催化剂技术领域，具体包括如下步骤：配置硫酸钙/硫酸镁混合溶液，加热至一定温度并保持；将混凝土密封固化剂加热至一定温度并保持；将煅烧好的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体依次竖向插入A组份混合溶液和B组份混合溶液中，浸渍一定时间后取出晾干；浸渍完成后放入热风炉中干燥。本发明利用混凝土密封固化剂与硫酸钙/硫酸镁混合溶液反应，形成纳米级钙镁化合物充满蜂窝式SCR脱硝催化剂的迎风端孔道，使硬化后的催化剂的迎风端的抗磨蚀性能显著提高，从而抵挡水泥行业烟气中高浓度粉尘的冲刷，进一步提高了催化剂在反应器中的机械寿命。
Description
技术领域
本发明涉及脱硝催化剂技术领域，具体为一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法。
背景技术
目前，水泥行业的脱硝工艺面临由选择性非催化还原技术(SNCR)向选择性催化还原技术(SCR)的转变，其所选择的脱硝催化剂在组成上和电力、钢铁等行业所用的脱硝催化剂基本一致，都为钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂。但是水泥行业烟气区别于电力和钢铁行业烟气的最大一个特点就是其烟气中粉尘含量极高，粉尘浓度高达100-120g/Nm3。用于电力和钢铁行业烟气治理用的蜂窝式SCR脱硝催化剂虽然也对催化剂迎风端的抗磨蚀性能有一定的要求，一般催化剂厂家也因此对催化剂进行了端面硬化处理。
中国专利CN104028313B公开了一种SCR脱硝催化剂的端部硬化处理方法，其主要技术为将催化剂模块端部浸渍在SCR脱硝催化剂的端部硬化液中，再将浸渍好的催化剂煅烧，使其中的组分和催化剂发生反应，其使得催化剂的端部硬度提高，使得催化剂更耐磨，增加了催化剂的使用寿命。中国专利 CN105665032B公开了脱硝催化剂模块硬化液及硬化方法，本专利中采用稳定剂选择各种无机酸，活性组分优选硫酸氧化钒和偏钒酸铵等方案，增强催化剂的抗磨损能力，其主要技术能够使得硬化后的脱硝催化剂模块在高灰、高流速烟气中更加耐磨损，从而大大提高脱硝催化剂模块整体使用寿命和机械强度，相同情况下脱硝催化剂模块的磨损失重率可以降低30％以上。然而上述的技术存在的问题如下：由于烟气中粉尘浓度差异太大，用于电力和钢铁行业烟气治理的蜂窝式SCR脱硝催化剂还是无法抵挡高浓度粉尘的冲刷，不能直接用于水泥行业的烟气治理，磨损失重率较高，达不到工业要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效提高用于水泥行业烟气脱硝治理的蜂窝式SCR脱硝催化剂迎风端抗磨蚀性能的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，具体包括如下步骤：
(1)配置硫酸镁水溶液，再加入相同质量的纳米硫酸钙，将混合溶液搅拌均匀，加热至一定温度并保持，得到A组份混合溶液；
(2)将混凝土密封固化剂加热至一定温度并保持，得到B组份混合溶液；
(3)将煅烧好的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体竖向插入A组份混合溶液中，使蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的迎风端完全浸入A组份混合溶液，浸渍一定时间后取出晾干；
(4)将完成A组份混合溶液浸渍的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的迎风端再浸入B组份混合溶液中，浸渍一定时间后取出晾干；
(5)将浸渍过A组份混合溶液和B组份混合溶液的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体放入热风炉中干燥，干燥完成后取出组装成蜂窝式SCR脱硝催化剂单元。
作为本发明优选的，所述步骤(1)中硫酸镁水溶液中的硫酸镁占比为 20wt.％。
作为本发明优选的，所述步骤(1)中纳米硫酸钙的粒径D90为10nm。
作为本发明优选的，所述步骤(1)中A组份混合溶液的温度为80℃。
作为本发明优选的，所述步骤(2)中混凝土密封固化剂含有高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体。
作为本发明优选的，所述步骤(2)中B组份混合溶液的温度为50℃。
作为本发明优选的，所述步骤(3)中蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的迎风端浸渍时间为5min。
作为本发明优选的，所述步骤(4)中蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的迎风端浸渍时间为5min。
作为本发明优选的，所述步骤(3)和步骤(4)中浸渍一定时间后取出均为自然晾干。
作为本发明优选的，所述步骤(5)中热风炉的干燥温度为110℃，干燥时间为30min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种可有效提高用于水泥行业烟气脱硝治理的蜂窝式SCR 脱硝催化剂迎风端抗磨蚀性能的方法，通过依次浸渍不同温度的硫酸钙/硫酸镁混合溶液和混凝土密封固化剂，利用混凝土密封固化剂与硫酸钙/硫酸镁混合溶液反应，形成纳米级钙镁化合物充满蜂窝式SCR脱硝催化剂的迎风端孔道，使硬化后的催化剂的迎风端的抗磨蚀性能显著提高，从而抵挡水泥行业烟气中高浓度粉尘的冲刷，进一步提高了催化剂在反应器中的机械寿命。
另外：
A组分和B组分混合溶液的温度如果不是80和50℃，对催化剂的抗磨损性能有一定影响：
A组分中硫酸镁的浓度基本达到常温下的饱和溶解度，由于又添加了微溶的纳米硫酸钙，为了防止硫酸镁的析出，需要将A溶液保持在稍高的温度下，防止硫酸镁结晶沉淀；
B组分混合溶液的温度设为50℃时为了在浸渍B溶液以后让催化剂微观孔道内的水分尽快散失出来，但是温度过高会导致B组分混合溶液的胶体固化无法进入催化剂微观孔道内与钙、镁进一步反应。
本发明为A溶液中的有效成分硫酸钙和硫酸镁与B溶液中的有效成分高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体相互作用才能起到抗磨损的效果，单独浸渍一种溶液时无法提高催化剂的耐磨性能的。
混凝土密封固化剂的原理为固化剂与混凝土中的钙镁化合物反应，形成纳米级硅氧化合物胶体并最后凝结固化，密封了混凝土的毛细孔，使混凝土更加耐磨。基于此，本发明选择硫酸钙(CaSO4)和硫酸镁(MgSO4)，浓度的选择是考虑为了尽量让催化剂孔道充满钙镁化合物，硫酸镁在20℃下的饱和溶液浓度基本为20wt.％，因此硫酸镁溶液浓度定为此数值。硫酸钙的加入量参考硫酸镁溶液中硫酸镁的量。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
因此，以下对本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)在一可加热恒温水槽中配置5cm深的20wt.％的硫酸镁水溶液，然后加入相同质量的粒径D90为10nm的纳米硫酸钙，搅拌均匀后将温度加热至80℃并保持，得到A组份混合溶液。
(2)在另一个可加热恒温水槽中倒入5cm深的含有高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体的混凝土密封固化剂，加热至50℃并保持，得到B组份混合溶液，其中该含有高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体的混凝土密封固化剂采用深圳市中坡工业地板有限公司的西卡福四代密封固化剂。
(3)将煅烧切割好的用于水泥行业烟气脱硝治理的13孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的5cm长迎风端浸渍在80℃的A组份混合溶液中5min后取出自然晾干。
(4)将完成A组份混合溶液浸渍的用于水泥行业烟气脱硝治理的13孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的5cm长迎风端再浸渍在50℃的B组份混合溶液中5min后取出晾干。
(5)将完成A组份混合溶液和B组份混合溶液浸渍的用于水泥行业烟气脱硝治理的13孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体放入热风炉中110℃干燥 30min，得到端面硬化的催化剂单体，将多个催化剂单体组装成蜂窝式SCR脱硝催化剂单元。
实施例2
(1)在一可加热恒温水槽中配置5cm深的20wt.％的硫酸镁水溶液，然后加入相同质量的粒径D90为10nm的纳米硫酸钙，搅拌均匀后将温度加热至80℃并保持，得到A组份混合溶液。
(2)在另一个可加热恒温水槽中倒入5cm深的含有高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体的混凝土密封固化剂，加热至50℃并保持，得到B组份混合溶液，其中该含有高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体的混凝土密封固化剂采用深圳市中坡工业地板有限公司的西卡福四代密封固化剂。
(3)将煅烧切割好的用于水泥行业烟气脱硝治理的9孔钒钛系蜂窝式SCR 脱硝催化剂单体的5cm长迎风端浸渍在80℃的A组份混合溶液中5min后取出自然晾干。
(4)将完成A组份混合溶液浸渍的用于水泥行业烟气脱硝治理的9孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的5cm长迎风端再浸渍在50℃的B组份混合溶液中5min后取出晾干；
(5)将完成A组份混合溶液和B组份混合溶液浸渍的用于水泥行业烟气脱硝治理的9孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体放入热风炉中110℃干燥30min，得到端面硬化的催化剂单体，将多个催化剂单体组装成蜂窝式SCR脱硝催化剂单元。
实施例3
(1)在一可加热恒温水槽中配置5cm深的20wt.％的硫酸镁水溶液，然后加入相同质量的粒径D90为10nm的纳米硫酸钙，搅拌均匀后将温度加热至80℃并保持，得到A组份混合溶液。
(2)在另一个可加热恒温水槽中倒入5cm深的含有高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体的混凝土密封固化剂，加热至50℃并保持，得到B组份混合溶液，其中该含有高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体的混凝土密封固化剂采用深圳市中坡工业地板有限公司的西卡福四代密封固化剂。
(3)将煅烧切割好的用于水泥行业烟气脱硝治理的18孔钒钛系蜂窝式 SCR脱硝催化剂单体的5cm长迎风端浸渍在80℃的A组份混合溶液中5min后取出自然晾干。
(4)将完成A组份混合溶液浸渍的用于水泥行业烟气脱硝治理的18孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的5cm长迎风端再浸渍在50℃的B组份混合溶液中5min后取出晾干。
(5)将完成A组份混合溶液和B组份混合溶液浸渍的用于水泥行业烟气脱硝治理的18孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体放入热风炉中110℃干燥 30min，得到端面硬化的催化剂单体，将多个催化剂单体组装成蜂窝式SCR脱硝催化剂单元。
对比例1
通过浸渍硫酸铝钾水溶液对煅烧切割好的用于水泥行业烟气脱硝治理的 13孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的5cm长迎风端进行硬化处理，得到端面硬化的催化剂单体，将多个催化剂单体组装成蜂窝式SCR脱硝催化剂单元。
对比例2
通过浸渍硫酸铝钾水溶液对煅烧切割好的用于水泥行业烟气脱硝治理的 9孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的5cm长迎风端进行硬化处理，得到端面硬化的催化剂单体，将多个催化剂单体组装成蜂窝式SCR脱硝催化剂单元。
对比例3
通过浸渍硫酸铝钾水溶液对煅烧切割好的用于水泥行业烟气脱硝治理的18孔钒钛系蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的5cm长迎风端进行硬化处理，得到端面硬化的催化剂单体，将多个催化剂单体组装成蜂窝式SCR脱硝催化剂单元。
本发明对上述实施例1、2、3和对比例1、2、3得到的端面硬化的催化剂单体样品进行抗磨损强度检测，具体方法为：
将经过硬化处理的催化剂单体样品放置在按照国标要求自制的磨损率测试装置中进行石英砂加速冲刷磨损试验，催化剂通道内风速为14.5m/s± 0.5m/s(标准状态)，石英砂浓度为100g/m3±10g/m3，冲刷时间为2h；检测前使用电子天平称量样品的干燥质量，以此计算催化剂的磨损率。
检测后再次使用电子天平称量样品后计算，得出检测结果如下表：
由以上检测结果表明，本发明实施例1、2、3得到的用于水泥行业烟气脱硝治理的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的端面硬化性能明显优于通过现有的硬化技术得到的催化剂，说明催化剂的抗磨损强度得到大大增强，磨损率降低82.8-87.5％，从而可避免脱硝催化剂在水泥行业烟气环境中高尘的影响，减少机械磨损现象，从而延长催化剂的使用寿命。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)配置硫酸镁水溶液，再加入相同质量的纳米硫酸钙，将混合溶液搅拌均匀，加热至一定温度并保持，得到A组份混合溶液；
(2)将混凝土密封固化剂加热至一定温度并保持，得到B组份混合溶液；
(3)将煅烧好的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体竖向插入A组份混合溶液中，使蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的迎风端完全浸入A组份混合溶液，浸渍一定时间后取出晾干；
(4)将完成A组份混合溶液浸渍的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的迎风端再浸入B组份混合溶液中，浸渍一定时间后取出晾干；
(5)将浸渍过A组份混合溶液和B组份混合溶液的蜂窝式SCR脱硝催化剂单体放入热风炉中干燥，干燥完成后取出组装成蜂窝式SCR脱硝催化剂单元。
2.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(1)中硫酸镁水溶液中的硫酸镁占比为20wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(1)中纳米硫酸钙的粒径D90为10nm。
4.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(1)中A组份混合溶液的温度为80℃。
5.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(2)中混凝土密封固化剂含有高活性锂钾基硅酸盐材料和有机硅胶体。
6.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(2)中B组份混合溶液的温度为50℃。
7.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(3)中蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的迎风端浸渍时间为5min。
8.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(4)中蜂窝式SCR脱硝催化剂单体的迎风端浸渍时间为5min。
9.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(3)和步骤(4)中浸渍一定时间后取出均为自然晾干。
10.根据权利要求1所述的一种提高蜂窝式脱硝催化剂单元迎风端抗磨蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤(5)中热风炉的干燥温度为110℃，干燥时间为30min。
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