CN115722073A - 烧结烟气co净化催化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了烧结烟气CO净化催化材料，按照质量百分比由以下原料组分构成：ZrO230～40％，白钨矿粉20％～30％，V2O51％～1.5％，CeO24.5％～10％，Al2O35％，余量为SiO2，以上各组分含量的总和应为100％，本发明还公开了该材料的制备方法：步骤1、按参数称取材料混合均匀；步骤2、将步骤1中的混合物中加入0.3％大孔容拟薄水铝石、1％乙醇胺和去离子水并混合均匀；步骤3、将步骤2中得到的混合物在模具上挤压成型，制成规格为50*50*50mm的初成型蜂窝状催化剂；步骤4、将步骤3中得到的催化剂置于蒸发干燥箱内干燥处理，然后置于马弗炉中焙烧，即得。本发明解决了现有净化催化材料遇到重金属易中毒的问题，在脱除烧结烟气CO的同时收集热能，为NOx脱除系统供热。
Description
技术领域
本发明属于净化催化材料技术领域，具体涉及烧结烟气CO净化催化材料，本发明还涉及烧结烟气CO净化催化材料的制备方法。
背景技术
随着我国大气污染防治工作的不断深入，目前多地已陆续对CO减排实施管控。钢铁行业是CO排放主要来源之一，所排放的CO主要来源于三个方面：一是烧结机、高炉热风炉、轧钢加热炉、石灰窑、自备电厂燃烧过程中，煤、焦炭、高炉煤气、转炉煤气不完全燃烧；二是高炉上料均压放散、高炉休风放散、轧钢加热炉反吹煤气生产作业过程；三是高炉煤气、转炉煤气无下游煤气用户时排放的CO。
而现有的用于CO净化材料存在局限性，且催化剂遇碱金属易中毒，并且钢铁厂烧结烟气气量大，温度低、气体组分复杂、NOx含量高，粉尘含量高，含有大量碱金属元素，其中铅、锌、砷会导致催化剂易中毒、磨损快，烧结烟气治理运行费用高，能耗高。
发明内容
本发明的目的是提供烧结烟气CO净化催化材料，解决了现有净化催化材料遇到重金属易中毒的问题。
本发明的另一目的是提供烧结烟气CO净化催化材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，烧结烟气CO净化催化材料，按照质量百分比由以下原料组分构成：ZrO230～40％，白钨矿粉20％～30％，V2O51％～1.5％，CeO24.5％～10％，Al2O35％，余量为SiO2，以上各组分含量的总和应为100％。
本发明所采用的另一种技术方案是，烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比30％～40％称取超细ZrO2粉末，并加入5％Rs和20％～30％白钨矿粉充分混合，然后再加入5％ Al2O3水合物混合均匀，最后再加入4.5％～10％ CeO2、1％～1.5％ V2O5和SiO2充分混合；
步骤2、将步骤1中的混合物中加入0.3％大孔容拟薄水铝石、1％乙醇胺和去离子水并混合均匀；
步骤3、将步骤2中得到的混合物在模具上挤压成型，制成规格为50*50*50mm的初成型蜂窝状催化剂；
步骤4、将步骤3中得到的催化剂置于蒸发干燥箱内干燥处理，然后置于马弗炉中焙烧，即得。
本发明另一技术方案的特点还在于：
步骤1中白钨矿粉选用MgMoO4或CaWO4中的一种。
步骤1中的氧化铈可采用硝酸铈或硫酸铈中的一种。
步骤4中干燥时间为24h，干燥时温度从室温升高至105℃。
步骤4焙烧时间为20h，焙烧时温度从105℃升高至300℃。
本发明的有益效果是：
本发明烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，制备出的材料采用锆粉作为主载体，白钨矿粉作为载体助剂，添加独居石活性成分提高了载体的抗中毒能力和结构强度，烧结烟气中的水与催化材料中复合材料反应生成H2和O2，H2可作为脱硝还原剂，O2在催化剂的氧化位上可促进CO生成CO2，同时CO去除反应过程中释放出大量热能，供NOx脱除初步升温，进一步降低系统运行能耗及费用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
烧结烟气CO净化催化材料，按照质量百分比由以下原料组分构成：ZrO230～40％，白钨矿粉20％～30％，V2O51％～1.5％，CeO24.5％～10％，Al2O35％，余量为SiO2，以上各组分含量的总和应为100％。
ZrO2耐磨性好、抗腐蚀性能强，化学稳定性好，可与活性组分产生较强的相互作用，因此作为主载体含量30％～40％，使其比表面积增大，催化性能提高。为进一步增大活性，促使所制备催化剂催化活性增强，添加MgMoO4白钨矿型氧化物作为活性载体含量20％～30％，使得混合后载体各分子保持分散状态，所形成的孔隙均匀分布。
由于烧结烟气温度较低，二氧化硅可增强低温催化活性，同时抗水性能较好。
本催化剂所负载的催化助剂还包括V2O5，能改善烧结低温烟气中催化剂的低温活性，同时烧结烟气中SO2被氧化为SO3，会造成催化剂中毒，而催化剂制备中还添加独居石活性助剂成分CeO2，与锆粉、白钨矿粉共同作用，增强对烧结催化剂中CO的脱除的同时，规避催化剂中毒。
Rs-ZrO2结合可大幅促进催化剂分散度、比表面积，使催化剂活性进一步增强。
本催化剂材料主要功能为脱除CO，CO+O2＝CO2，在CO去除反应过程中释放出大量热能，供给NOx脱除反应初步升温用。辅助作用：因为CO具有还原性，NOx脱除反应中：烧结烟气中含CO、NOx，烟气中NOx与还原性CO反应，经催化剂的作用，在高温环境下，2NOx+2xCO＝催化剂＝2xCO2+N2，NOx脱除需要较高温度，CO脱除过程可提供部分热能，但热源不足，还需外部补充其他热源，因此，CO脱除可为NOx脱除节约能耗。
烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比30％～40％称取超细ZrO2粉末，并加入5％Rs和20％～30％白钨矿粉充分混合，然后再加入5％ Al2O3水合物混合均匀，最后再加入4.5％～10％ CeO2、1％～1.5％ V2O5和SiO2充分混合；
步骤1中白钨矿粉选用MgMoO4或CaWO4中的一种；
骤1中的氧化铈可采用硝酸铈或硫酸铈中的一种；
步骤2、将步骤1中的混合物中加入0.3％大孔容拟薄水铝石、1％乙醇胺和去离子水并混合均匀；
步骤3、将步骤2中得到的混合物在模具上挤压成型，制成规格为50*50*50mm的初成型蜂窝状催化剂；
步骤4、将步骤3中得到的催化剂置于蒸发干燥箱内干燥处理，然后置于马弗炉中焙烧，即得；
步骤4中干燥时间为24h，干燥时温度从室温升高至105℃；
步骤4焙烧时间为20h，焙烧时温度从105℃升高至300℃。
其中，小块状蜂窝状催化剂增大了与烧结烟气接触表面积，缩短了蒸发干燥及焙烧的时间，减少催化剂的制备周期，提高了CO脱除效率。
实施例1
烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比30％称取超细ZrO2粉末，并加入5％Rs和25％MgMoO4充分混合，然后再加入5％ Al2O3水合物混合均匀，最后再加入10％CeO2、1.5％ V2O5和SiO2充分混合；
步骤2、将步骤1中的混合物中加入0.3％大孔容拟薄水铝石、1％乙醇胺和去离子水并混合均匀；
步骤3、将步骤2中得到的混合物在模具上挤压成型，制成规格为50*50*50mm的初成型蜂窝状催化剂；
步骤4、将步骤3中得到的催化剂置于蒸发干燥箱内经24h逐步由常温升温至105℃干燥处理，然后置于马弗炉中焙烧20h，过程中由105℃升温至300℃，即得。
将制备的催化剂材料装填在烟道中，通入含CO浓度2000ppm、NOx浓度300ppm的烧结烟气，烟道内空速50min-1，烟温150℃时，含水量10％，CO脱除效率95％，深度净化出口烟气CO含量＜100ppm。NOx脱除效率90％，深度净化出口烟气NOx含量＜30ppm。
实施例2
烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比30％称取超细ZrO2粉末，并加入5％Rs和30％MgMoO4充分混合，然后再加入5％ Al2O3水合物混合均匀，最后再加入5％CeO2、1％ V2O5和SiO2充分混合；
步骤2、将步骤1中的混合物中加入0.3％大孔容拟薄水铝石、1％乙醇胺和去离子水并混合均匀；
步骤3、将步骤2中得到的混合物在模具上挤压成型，制成规格为50*50*50mm的初成型蜂窝状催化剂；
步骤4、将步骤3中得到的催化剂置于蒸发干燥箱内经24h逐步由常温升温至105℃干燥处理，然后置于马弗炉中焙烧20h，过程中由105℃升温至300℃，即得。
将制备的催化剂材料装填在烟道中，通入含CO浓度2000ppm、NOx浓度300ppm的烧结烟气，烟道内空速50min-1，烟温150℃时，含水量10％，CO脱除效率93％，深度净化出口烟气CO含量＜140ppm。NOx脱除效率85％，深度净化出口烟气NOx含量＜45ppm。
实施例3
烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比40％称取超细ZrO2粉末，并加入5％Rs和20％CaWO4充分混合，然后再加入5％ Al2O3水合物混合均匀，最后再加入4.5％CeO2、1.5％ V2O5和SiO2充分混合；
步骤2、将步骤1中的混合物中加入0.3％大孔容拟薄水铝石、1％乙醇胺和去离子水并混合均匀；
步骤3、将步骤2中得到的混合物在模具上挤压成型，制成规格为50*50*50mm的初成型蜂窝状催化剂；
步骤4、将步骤3中得到的催化剂置于蒸发干燥箱内经24h逐步由常温升温至105℃干燥处理，然后置于马弗炉中焙烧20h，过程中由105℃升温至300℃，即得。
将制备的催化剂材料装填在烟道中，通入含CO浓度2000ppm、NOx浓度300ppm的烧结烟气，烟道内空速50min-1，烟温150℃时，含水量10％，CO脱除效率96％，深度净化出口烟气CO含量＜80ppm。NOx脱除效率88％，深度净化出口烟气NOx含量＜36ppm。
本发明烧结烟气CO净化催化材料的制备方法的催化材料，因其优异的催化活性，CO浓度高达9000ppm的条件下，在烟温200～240℃范围内，CO脱除效率＞99％，深度净化出口烟气＜30ppm。CO脱除同时能收集热能，可为NOx脱除系统提供释放30％热量，脱除反应仅需从外界补充70％热源，即可在催化剂作用下实现NOx有效脱除。在烟气含水量10％-20％范围内，催化剂无明显水中毒现象，具有更长的使用寿命。
Claims (6)
1.烧结烟气CO净化催化材料，其特征在于，按照质量百分比由以下原料组分构成：ZrO230～40％，白钨矿粉20％～30％，V2O51％～1.5％，CeO24.5％～10％，Al2O35％，余量为SiO2，以上各组分含量的总和应为100％。
2.烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按质量百分比30％～40％称取超细ZrO2粉末，并加入5％Rs和20％～30％白钨矿粉充分混合，然后再加入5％Al2O3水合物混合均匀，最后再加入4.5％～10％CeO2、1％～1.5％V2O5和SiO2充分混合；
步骤2、将步骤1中的混合物中加入0.3％大孔容拟薄水铝石、1％乙醇胺和去离子水并混合均匀；
步骤3、将步骤2中得到的混合物在模具上挤压成型，制成规格为50*50*50mm的初成型蜂窝状催化剂；
步骤4、将步骤3中得到的催化剂置于蒸发干燥箱内干燥处理，然后置于马弗炉中焙烧，即得。
3.根据权利要求2所述的烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中白钨矿粉选用MgMoO4或CaWO4中的一种。
4.根据权利要求2所述的烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的氧化铈可采用硝酸铈或硫酸铈中的一种。
5.根据权利要求2所述的烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中干燥时间为24h，干燥时温度从室温升高至105℃。
6.根据权利要求2所述的烧结烟气CO净化催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4焙烧时间为20h，焙烧时温度从105℃升高至300℃。
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2022
- 2022-12-09 CN CN202211580196.7A patent/CN115722073A/zh active Pending
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