CN108283921A - 60孔scr脱硝催化剂模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供60孔SCR脱硝催化剂模块及其制备方法，60孔SCR脱硝催化剂模块的横截面孔数为60孔×60孔，60孔SCR脱硝催化剂模块的各组份的重量份配比为：脱硝钛钨粉50～60份、偏钒酸铵0.5～1份、增塑剂1～2.5份、增韧剂0.20～0.6份、脱模剂1～2份、增稠剂1～1.5份、去离子水33.4～42.5份。本发明的60孔SCR脱硝催化剂模块成型率高，机械强度较高，几何比表面积大，脱硝效率高，对设备的要求较低，设备维护费用较低，节省了成本。
Description
技术领域
本发明涉及SCR脱硝催化剂技术领域，尤其涉及SCR脱硝催化剂模块及其制备方法。
背景技术
选择性催化还原(SCR)脱硝技术是一种高效、可靠、成熟的烟气脱硝技术，广泛应用于国内外烟气脱硝系统中，SCR脱硝催化剂是该技术的核心，V2O5～WO3(MoO3)/TiO2催化剂是目前世界上应用最为广泛的一种催化剂。
燃气、燃油机组的脱硝催化剂常用规格一般为30孔、35孔、40孔、50孔、55孔及以上孔数(以截面单边15cm上的孔数计算)。30孔、35孔、40孔的脱硝催化剂由于比表面积较小、单位体积活性较低、应用占地大，脱硝成本较高。50孔以上的脱硝催化剂比表面积较大，脱硝效率高，但是在制备上存在一定的技术难题，例如催化剂在挤出时容易出现裂缝或者容易粘结在模具上，成型率低、机械强度低，造成制作资源的浪费，增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于提供60孔SCR脱硝催化剂模块及其制备方法，在于解决常规脱硝催化剂比表面积较小、单位体积活性较低、应用占地大，而50孔以上的脱硝催化剂在挤出时容易出现裂缝或者容易粘结在模具上，成型率低、机械强度低，造成制作资源的浪费，增加了成本的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述60孔SCR脱硝催化剂模块的横截面孔数为60孔×60孔，60孔SCR脱硝催化剂模块的各组份的重量份配比为：脱硝钛钨粉50～60份、偏钒酸铵0.5～1份、增塑剂1～2.5份、增韧剂0.2～0.6份、脱模剂1～2份、增稠剂1～1.5份、去离子水33.4～42.5份。
优选地，所述增塑剂为环氧树脂、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种的混合物。
优选地，所述增韧剂为石棉纤维、玻璃纤维、矿物纤维中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述脱模剂为硬脂酸、桐油、甘油、石蜡中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述增稠剂为羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚环氧乙烷中的一种或多种的混合物。
优选地，所述脱硝钛钨粉粒度为d90≤1.5μm，粒度分布为单峰分布，其比表面积≥100m2/g。
优选地，所述60孔SCR脱硝催化剂模块的横截面尺寸为15cm×15cm，开孔间距为2.08mm～2.29mm，内壁厚0.31mm～0.35mm，开孔率75.1％～76.8％。
优选地，所述60孔SCR脱硝催化剂模块的几何比表面积大于1300m2/m3。
优选地，所述60孔SCR脱硝催化剂模块的轴向抗压强度大于2MPa，径向抗压强度大于0.7MPa。
另外，本发明还提供上述60孔SCR脱硝催化剂模块的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：备料，按照以下重量份进行备料：
脱硝钛钨粉50～60份、偏钒酸铵0.5～1份、增塑剂1～2.5份、增韧剂0.2～0.6份、脱模剂1～2份、增稠剂1～1.5份、去离子水33.4～42.5份；
步骤二：混料，将脱硝钛钨粉放入混炼捏合机中；将偏钒酸铵和增韧剂加入脱硝钛钨粉中，开启混炼捏合机，缓慢搅拌至混合均匀；
步骤三：混炼，向混炼捏合机中，分别加入去离子水、结构助剂、增塑剂、脱模剂和增稠剂，持续快速搅拌，至手触泥料无颗粒感、且水分含量为30％时，停止搅拌；
步骤四：调节pH，加入氨水调节pH至7.5～8.0；
步骤五：陈腐，将步骤四所得泥料从捏合机中取出，包裹泥料，放入封闭式料箱，并将料箱放置在无阳光照射的环境中；
步骤六：预挤出，将步骤五所得泥料从料箱中取出，去除塑料膜，然后放入真空双轴挤出机料仓内，使泥料通过真空双轴挤出机出口的滤网，并将滤出的泥料存放在收集箱中；
步骤七：挤出成型，将步骤六所得泥料放入真空双轴挤出机料仓中，使泥料通过真空双轴挤出机端口的60孔催化剂模具，切割挤出泥料，得到催化剂坯体；
步骤八：干燥，包裹催化剂坯体，在常温、无阳光照射的环境中放置，然后将包裹体放置在干燥箱中；
步骤九：焙烧，将干燥后的催化剂坯体放置在网带式隧道窑的传送带上，焙烧得到催化剂成品。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果在于：
1、本发明的60孔SCR脱硝催化剂模块成型率高，机械强度较高，在制作和搬运过程中不会出现损坏，降低了成本。
2、本发明的60孔SCR脱硝催化剂模块为小孔催化剂，其几何比表面积大于1300m2/m3，脱硝效率高达97.3％。
3、本发明的60孔SCR脱硝催化剂模块为小孔催化剂的制备方法对设备的要求较低，设备维护费用较低，节省了成本。
4、本发明60孔蜂窝式脱硝催化剂的关键制备技术，获得了60孔催化剂产品，填补了相关技术和产品市场空白。
5、本发明的60孔SCR脱硝催化剂模块为小孔催化剂能广泛应用于燃气锅炉，以及船舶、燃油锅炉烟气脱硝工程，推进了国内相关领域环保事业的发展。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
按照表1所示重量份进行备料。
表1.配料的组份及配比
脱硝钛钨粉为市售常规脱硝钛钨粉，脱硝钛钨粉粒度为d90≤1.5μm，粒度分布为单峰分布，其比表面积≥100m2/g。
偏钒酸铵为市售常规偏钒酸铵。
增塑剂选自环氧树脂、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种的混合物。
增韧剂为石棉纤维、玻璃纤维、矿物纤维中的一种或者多种的混合物。
脱模剂为硬脂酸、桐油、甘油、石蜡中的一种或者多种的混合物。
增稠剂为羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚环氧乙烷中的一种或多种的混合物。
采用以下方法制备60孔SCR脱硝催化剂模块。
实施例1
将脱硝钛钨粉(d90≤1.5μm，比表面积≥100cm2/g)放入混炼捏合机中，然后将偏钒酸铵和玻璃纤维加入脱硝钛钨粉中，开启混炼捏合机，慢慢搅拌30min；向混炼机中，分别加入去离子水、聚乙二醇、桐油和羧甲基纤维素，持续快速搅拌，至手触泥料无颗粒感，且水分含量为30％时，停止搅拌；加入氨水调节pH至7.5，继续搅拌15min；将泥料从混炼捏合机中取出，用塑料膜包裹，放入封闭式料箱，并将封闭式料箱放置在无阳光照射的环境中，放置约48小时；将泥料从封闭式料箱中取出，去除塑料膜，然后放入真空双轴挤出机料仓内，使泥料通过真空双轴挤出机出口的滤网，并将滤出的泥料存放在收集箱中；将泥料放入真空双轴挤出机料仓中，以1m/min的速度使泥料通过真空双轴挤出机端口的60孔催化剂模具，切割挤出泥料，得到催化剂坯体；使用海绵和厚纸板包裹催化剂坯体，在常温、无阳光照射的环境中放置56小时，然后将包裹体放置在60℃、湿度55％的干燥箱中干燥200小时；将干燥后的催化剂坯体，放置在网带式隧道窑的传送带上，在600℃下焙烧30小时，得到催化剂模块成品。
实施例2
将脱硝钛钨粉(d90≤1.5μm，比表面积≥100cm2/g)放入混炼捏合机中，然后将偏钒酸铵、石棉纤维和玻璃纤维加入脱硝钛钨粉中，开启混炼捏合机，慢慢搅拌30min至混合均匀；向混炼机中，分别加入去离子水、聚乙二醇、聚乙烯醇、甘油、羧甲基纤维素和聚环氧乙烷，持续快速搅拌，至手触泥料无颗粒感，且水分含量为30％时，停止搅拌；加入氨水调节pH至7.5，继续搅拌15min；将泥料从捏合机中取出，用塑料膜包裹，放入封闭式料箱，并将料箱放置在无阳光照射的环境中，放置约48小时；将泥料从封闭式料箱中取出，去除塑料膜，然后放入真空双轴挤出机料仓内，使泥料通过真空双轴挤出机出口的滤网，并将滤出的泥料存放在收集箱中；将泥料放入真空双轴挤出机料仓中，以1m/min的速度使泥料通过真空双轴挤出机端口的60孔催化剂模具，切割挤出泥料，得到催化剂坯体；使用海绵和厚纸板包裹催化剂坯体，在常温、无阳光照射的环境中放置56小时，然后将包裹体放置在50℃、湿度60％的干燥箱中干燥20小时；将干燥后的催化剂坯体，放置在网带式隧道窑的传送带上，在600℃下焙烧26小时，得到催化剂模块成品。
实施例3
将脱硝钛钨粉(d90≤1.5μm，比表面积≥100cm2/g)放入混炼捏合机中，然后将偏钒酸铵、石棉纤维、玻璃纤维和矿物纤维加入脱硝钛钨粉中，开启混炼捏合机，慢慢搅拌30min至混合均匀；向混炼机中，分别加入去离子水、聚乙二醇、聚乙烯醇、桐油和聚环氧乙烷，持续快速搅拌，至手触泥料无颗粒感，且水分含量为30％时，停止搅拌；加入氨水调节pH至7.8，继续搅拌15min；将泥料从捏合机中取出，用塑料膜包裹，放入封闭式料箱，并将料箱放置在无阳光照射的环境中，放置约48小时；将泥料从封闭式料箱中取出，去除塑料膜，然后放入真空双轴挤出机料仓内，使泥料通过真空双轴挤出机出口的滤网，并将滤出的泥料存放在收集箱中；将泥料放入真空双轴挤出机料仓中，以1m/min的速度使泥料通过真空双轴挤出机端口的60孔催化剂模具，切割挤出泥料，得到催化剂坯体；使用海绵和厚纸板包裹催化剂坯体，在常温、无阳光照射的环境中放置56小时，然后将包裹体放置在70℃、湿度60％的干燥箱中干燥200小时；将干燥后的催化剂坯体，放置在网带式隧道窑的传送带上，在500℃下焙烧36小时，得到催化剂模块成品。
实施例4
将脱硝钛钨粉(d90≤1.5μm，比表面积≥100cm2/g)放入混炼捏合机中，然后将偏钒酸铵、石棉纤维和矿物纤维加入脱硝钛钨粉中，开启混炼捏合机，慢慢搅拌30min至混合均匀；向混炼机中，分别加入去离子水、聚乙二醇、聚乙烯醇、桐油和羧甲基纤维素，持续快速搅拌，至手触泥料无颗粒感，且水分含量为30％时，停止搅拌；加入氨水调节pH至8.0，继续搅拌15min；将泥料从捏合机中取出，用塑料膜包裹，放入封闭式料箱，并将料箱放置在无阳光照射的环境中，放置约48小时；将泥料从封闭式料箱中取出，去除塑料膜，然后放入真空双轴挤出机料仓内，使泥料通过真空双轴挤出机出口的滤网，并将滤出的泥料存放在收集箱中；将泥料放入真空双轴挤出机料仓中，以1m/min的速度使泥料通过真空双轴挤出机端口的60孔催化剂模具，切割挤出泥料，得到催化剂坯体；使用海绵和厚纸板包裹催化剂坯体，在常温、无阳光照射的环境中放置56小时，然后将包裹体放置在60℃、湿度55％的干燥箱中干燥200h；将干燥后的催化剂坯体，放置在网带式隧道窑的传送带上，在600℃下焙烧30小时，得到催化剂模块成品。
实施例5
将脱硝钛钨粉(d90≤1.5μm，比表面积≥100cm2/g)放入混炼捏合机中，然后将偏钒酸铵和石棉纤维加入脱硝钛钨粉中，开启混炼捏合机，慢慢搅拌30min至混合均匀；向混炼机中，分别加入去离子水、聚乙二醇、聚乙烯醇、桐油、甘油、羟乙基纤维素和聚环氧乙烷，持续快速搅拌，至手触泥料无颗粒感，且水分含量为30％时，停止搅拌；加入氨水调节pH至8.0，继续搅拌15min；将泥料从捏合机中取出，用塑料膜包裹，放入封闭式料箱，并将料箱放置在无阳光照射的环境中，放置约48小时；将泥料从封闭式料箱中取出，去除塑料膜，然后放入真空双轴挤出机料仓内，使泥料通过真空双轴挤出机出口的滤网，并将滤出的泥料存放在收集箱中；将泥料放入真空双轴挤出机料仓中，以1m/min的速度使泥料通过真空双轴挤出机端口的60孔催化剂模具，切割挤出泥料，得到催化剂坯体；使用海绵和厚纸板包裹催化剂坯体，在常温、无阳光照射的环境中放置56小时，然后将包裹体放置在65℃、湿度50％的干燥箱中干燥180小时；将干燥后的催化剂坯体，放置在网带式隧道窑的传送带上，在600℃下焙烧30小时，得到催化剂模块成品。
表2是60孔脱硝催化剂模块的外观测试结果。
催化剂模块的几何比表面积按照下列公式进行计算：
催化剂模块单元的开孔率按照下列公式进行计算：
式中：
d－催化剂模块孔径的数值，单位为毫米(mm)；
n－催化剂模块单元体断面上一排孔的数量；
a、b－单元横截面长和度，一般取150mm。
表2根据实施例制得的外观测试结果
由表2可知，采用本发明的方法制得的60孔SCR脱硝催化剂模块的几何比表面积高达1400m2/m3以上，开孔率高达76％以上，成型率高达99％。
将上述实施例制得的60孔SCR脱硝催化剂模块进行脱硝效率测试，实验装置由配气系统、流量控制(质量流量计)、气体混合器、气体预热器、催化反应器和烟气分析系统构成。将整装60孔脱硝催化剂(150×150×1000mm)切割为小型检测块(45×45×200mm)，然后将小型检测块放入固定管式反应器。模拟烟道气组成为：NO、NH3、O2、H2O以及载气N2组成，混合气体总流量608L/h，空速为6000h～1，NH3/NO＝1，反应温度控制在300℃。各气体流量由质量流量计和转子流量计控制。气体进入反应器之前先通过气体混合器混合，再经过预热器预热。进气口与出气口的NO浓度由烟气分析仪测定。为了消除表面吸附的影响，系统在通气运行稳定20～30分钟开始采集测试。表3是60孔脱硝催化剂模块性能测试结果。
催化剂模块的脱硝效率按照下列公式进行计算：
式中：
C1－反应器入口NOx体积分数(标准状态，干基)的数值，单位为微升每升(μL/L)；
C2－反应器出口NOx体积分数(标准状态，干基)的数值，单位为微升每升(μL/L)。
催化剂模块的轴向和径向抗压强度按照下列公式进行计算：
式中：
F－最大压力示值的数值，单位为牛顿(N)；
L－试样底部(或顶部)长度的数值，单位为毫米(mm)；
W－试样底部(或顶部)宽度的数值，单位为毫米(mm)。
表3根据实施例制得的产品的性能测试结果
由表3可知，采用发明的方法制得的60孔脱硝催化剂模块，在保证抗压强度的前提下脱硝效果显著，高达97％以上。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述60孔SCR脱硝催化剂模块的横截面孔数为60孔×60孔，60孔SCR脱硝催化剂模块的各组份的重量份配比为：脱硝钛钨粉50～60份、偏钒酸铵0.5～1份、增塑剂1～2.5份、增韧剂0.2～0.6份、脱模剂1～2份、增稠剂1～1.5份、去离子水33.4～42.5份。
2.根据权利要求1所述的60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述增塑剂为环氧树脂、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述增韧剂为石棉纤维、玻璃纤维、矿物纤维中的一种或者多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述脱模剂为硬脂酸、桐油、甘油、石蜡中的一种或者多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述增稠剂为羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚环氧乙烷中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述脱硝钛钨粉粒度为d90≤1.5μm，粒度分布为单峰分布，其比表面积≥100m2/g。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述60孔SCR脱硝催化剂模块的横截面尺寸为15cm×15cm,开孔间距为2.08mm～2.29mm，内壁厚0.31mm～0.35mm，开孔率75.1％～76.8％。
8.根据权利要求7所述的60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述60孔SCR脱硝催化剂模块的几何比表面积大于1300m2/m3。
9.根据权利要求8所述的60孔SCR脱硝催化剂模块，其特征在于：所述60孔SCR脱硝催化剂模块的轴向抗压强度大于2MPa，径向抗压强度大于0.7MPa。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的60孔SCR脱硝催化剂模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：备料，按照以下重量份进行备料：
脱硝钛钨粉50～60份、偏钒酸铵0.5～1份、增塑剂1～2.5份、增韧剂0.2～0.6份、脱模剂1～2份、增稠剂1～1.5份、去离子水33.4～42.5份；
步骤二：混料，将脱硝钛钨粉放入混炼捏合机中；将偏钒酸铵和增韧剂加入脱硝钛钨粉中，开启混炼捏合机，缓慢搅拌至混合均匀；
步骤三：混炼，向混炼捏合机中，分别加入去离子水、结构助剂、增塑剂、脱模剂和增稠剂，持续快速搅拌，至手触泥料无颗粒感、且水分含量为30％时，停止搅拌；
步骤四：调节pH，加入氨水调节pH至7.5～8.0；
步骤五：陈腐，将步骤四所得泥料从混炼捏合机中取出，包裹泥料，放入封闭式料箱，并将封闭式料箱放置在无阳光照射的环境中；
步骤六：预挤出，将步骤五所得泥料从封闭式料箱中取出，去除塑料膜，然后放入真空双轴挤出机料仓内，使泥料通过真空双轴挤出机出口的滤网，并将滤出的泥料存放在收集箱中；
步骤七：挤出成型，将步骤六所得泥料放入真空双轴挤出机料仓中，使泥料通过真空双轴挤出机端口的60孔催化剂模具，切割挤出泥料，得到催化剂坯体；
步骤八：干燥，包裹催化剂坯体，在常温、无阳光照射的环境中放置，然后将包裹体放置在干燥箱中；
步骤九：焙烧，将干燥后的催化剂坯体放置在网带式隧道窑的传送带上，焙烧得到催化剂成品。
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