CN111672491B - 一种煤渣制备的浸渍型scr烟道气脱硝催化剂载体及其制备方法 - Google Patents

一种煤渣制备的浸渍型scr烟道气脱硝催化剂载体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种煤渣制备的浸渍型SCR烟道气脱硝催化剂载体及其制备方法，属于催化剂技术领域。本发明所提供的浸渍型SCR烟道气脱硝催化剂载体是以工业煤渣为主要原料，在催化剂载体的表面浸渍一层TiO2无机氧化物用于负载SCR脱硝催化剂的活性组成。使用本发明所制备的催化剂载体所制造的脱硝催化剂的脱硝活性高，且反应温度窗口较宽,从而可以适用于不同工况的烟道气脱硝工艺中。同时，根据本发明方法所制备的浸渍型SCR脱硝催化剂不仅可以显著减少SCR烟道气脱硝催化剂对TiO2无机氧化物的使用，而且可以利用工业废料煤渣，实现工业煤渣的再利用。

Description

一种煤渣制备的浸渍型SCR烟道气脱硝催化剂载体及其制备 方法
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种煤渣制备的浸渍型SCR烟道气脱硝催化剂载体及其制备方法。
背景技术
我国不仅是世界上最大的能源消费国，而且也是世界上生产和消费煤炭最多的国家，据国家***数据，在2018年，我国煤炭的产量和消费量分别约占全球总量的46.0％和50.5％，2006-2018年期间，我国煤炭的消费量占全部能源消费总量的57％以上。根据我国的能量现状，在相当长的时间内，煤炭仍将在我国的能源结构中占绝对主导地位。我国煤炭超过80％的用量都直接用来燃烧，在煤炭燃烧的过程中产生的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和烟尘等污染物进入大气后会对生态环境和人体健康造成严重危害。
氮氧化物作为我国大气环境的主要污染气体之一，不仅仅造成酸雨，光化学污染等环境问题，还是PM2.5的主要组成成分。最有效治疗氮氧化物的治理方法是氨选择性催化还原法(NH3-SCR)，该方法是在世界上固定源NOx的去除方面应用最广泛的方法，该技术的主要核心技术SCR催化剂目前主要为V2O5/TiO2催化剂，TiO2作为催化剂载体在催化剂中的含量达95％以上。目前，我国的SCR催化剂需求量巨大，我国单火力发电锅炉就需要100多万立方SCR催化剂，其消耗大量的二氧化钛资源。煤炭燃烧之后，不仅产生大量的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)等气体污染物，同时还产生大量的煤渣。目前，我国的煤渣除了少量被用于制造水泥、砖和耐火材料外，大量的煤渣被采取填埋处理，此举不仅占用了大量的土地，还造成了新的污染。因此，实现煤渣的再利用和减少SCR催化剂中的TiO2的使用是目前急需解决的问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种使用工业煤渣制备的原料易得，生产成本低，TiO2含量少的浸渍型SCR烟道气脱硝催化剂载体。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种浸渍型SCR催化剂载体的制备方法，每100kg工业煤渣制备浸渍型SCR催化剂载体的制备方法包括如下步骤：
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，恒温焙烧，得到焙烧工业煤渣；
(2)将所述焙烧工业煤渣粉碎，过筛得到工业煤渣粉料；
(3)将乙醇胺和氨水加入到水中，配置成a溶液；
(4)将纸浆、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯加入到水中，配置成b溶液；
(5)将所述工业煤渣粉料，玻璃纤维和硬脂酸混合均匀，先后加入a溶液和b溶液，进行捏合，得到捏合物；
(6)将所述捏合物预挤，陈腐、成型、干燥、焙烧；
(7)将焙烧后的物料放入硫酸氧钛的水溶液中浸泡，浸泡后取出进行干燥，干燥后焙烧得到所述SCR烟道气脱硝催化剂载体。
优选地，所述步骤(1)中，所述恒温焙烧的温度为500-610℃，所述恒温焙烧的时间为3h。
优选地，所述步骤(2)中，过筛标准为90％以上所述工业煤渣大于200目；
优选地，所述步骤(3)中，所述乙醇胺的用量为1.20-1.50kg，所述氨水的用量为3-5kg，所述水的用量为10-11kg。
优选地，所述步骤(4)中，所述纸浆的用量为0.18-0.20kg，所述羧甲基纤维素钠0.35-0.45kg，所述聚氧化乙烯的用量为0.30-0.35kg，所述水的用量为26kg。
优选地，所述步骤(5)中，所述玻璃纤维的用量为3-6kg，所述硬脂酸的用量为0.30-0.50kg，所述捏合的时间为60min。
优选地，所述步骤(6)中，所述预挤的次数为2次，所述陈腐的时间为24h，所述干燥的温度为70-90℃，所述干燥的时间为10h，所述焙烧的温度为580-630℃，所述焙烧的时间为3h。
优选地，所述步骤(7)中，所述硫酸氧钛水溶液中二氧化钛的含量为5-25％，所述浸泡的时间为3h，所述干燥的方式为蒸汽干燥，所述蒸汽干燥的温度为80℃，所述蒸汽干燥的时间为5h，所述焙烧的温度为560-600℃，所述焙烧的时间为3h。
此外，本发明提供了一种浸渍型SCR脱硝催化剂载体，所述催化剂载体由所述制备方法制备得到。
优选地，所述催化剂载体的核心由工业煤渣制备得到，所述催化剂载体表面浸渍一层氧化TiO2无机氧化物，所述催化剂载体中TiO2的含量为1.4-6.7％；所述催化剂载体用于负载SCR烟道气脱硝催化剂的活性组成。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种SCR烟道气脱硝催化剂载体，该催化剂载体以工业煤渣为主要原料，其载体表面浸渍一层TiO2无机氧化物用于负载SCR烟道气脱硝催化剂的活性组成。根据本发明方法所制备的SCR烟道气催化剂载体不仅可以显著减少SCR烟道气脱硝催化剂对TiO2无机氧化物的使用，而且可以利用工业废料煤渣实现工业煤渣的再利用。
其次，通过实验发现，使用本发明所制备的催化剂载体所制造的脱硝催化剂的脱硝活性高，且反应温度窗口较宽，且本发明催化剂载体的轴向抗压强度、径向抗压强度和磨损强度均达到工业催化剂的标准。
附图说明
图1脱硝装置示意图
1-氧气标气，2-氧化氮(NO)标气，3-氨气标气，4-流量计，5-气体混合器，6-催化剂填装层，7-电炉温度控制器，8-吸收液，9-烟气分析仪。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应当理解的是，本发明实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明。
实施例1
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，500℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎使80％的粉料大于300目；
(3)将1.20kg乙醇胺、5kg氨水和10kg水配制成a溶液；
(4)将0.18kg纸浆、0.35kg羧甲基纤维素钠、0.35kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg粉碎后的工业煤渣粉料、5kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料使用过滤预挤机预挤2次，陈腐24h，成型，70℃干燥10h，580℃恒温焙烧3h，得到浸渍型催化剂载体A。
实施例2
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，500℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎使80％的粉料大于300目；
(3)将1.20kg乙醇胺、5kg氨水和10kg水配制成a溶液；
(4)将0.18kg纸浆、0.35kg羧甲基纤维素钠、0.35kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg粉碎后的工业煤渣粉料、5kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料使用过滤预挤机预挤2次，陈腐24h，成型，70℃干燥10h，580℃恒温焙烧3h；
(7)将焙烧后的物料浸渍到含有10％二氧化钛的二氧化钛浆料中浸泡3h，然后取出放入蒸汽干燥箱80℃干燥5h，600℃焙烧3h得到浸渍型催化剂载体B。
实施例3
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，560℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎使60％的粉料大于300目；
(3)将1.20kg乙醇胺、5kg氨水和10kg水配制成a溶液；
(4)将0.18kg纸浆、0.35kg羧甲基纤维素钠、0.35kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg粉碎后的工业煤渣粉料、5kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料经过过滤预挤机，预挤2次，陈腐24h，然后成型，70℃干燥10h，580℃恒温焙烧3h；
(7)将焙烧后的物料浸渍到含有10％二氧化钛的二氧化钛浆料中浸泡3h，取出放入蒸汽干燥箱干燥5h，600℃焙烧3h得到浸渍型催化剂载体C。
实施例4
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，500℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎使80％的粉料大于300目；
(3)将1.50kg乙醇胺、3kg氨水和11kg水配制成a溶液；
(4)将0.18kg纸浆、0.35kg羧甲基纤维素钠、0.30kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg的粉碎后的工业煤渣粉料、3kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料使用过滤预挤机预挤2次，陈腐24h，成型，90℃干燥10h，580℃恒温焙烧3h；
(7)将焙烧后的物料浸渍到含有10％二氧化钛的二氧化钛浆料中浸泡3h，取出放入蒸汽干燥箱80℃干燥5h，600℃焙烧3h，得到浸渍型催化剂载体D。
实施例5
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，610℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎使90％的粉料大于300目；
(3)将1.30kg乙醇胺、4kg氨水和10kg水配制成a溶液；
(4)将0.20kg纸浆、0.45kg羧甲基纤维素钠、0.30kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg的粉碎后的工业煤渣粉料、6kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料使用过滤预挤机预挤2次，陈腐24h，成型，90℃干燥10h，630℃恒温焙烧3h；
(7)将焙烧后的物料浸渍到含有10％二氧化钛的二氧化钛浆料中浸泡3h，取出放入蒸汽干燥箱80℃干燥5h，600℃焙烧3h，得到浸渍型催化剂载体E。
实施例6
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，500℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎使80％的粉料大于300目；
(3)将1.20kg乙醇胺、5kg氨水和10kg水配制成a溶液；
(4)将0.18kg纸浆、0.35kg羧甲基纤维素钠、0.35kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg的粉碎后的工业煤渣粉料、5kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料使用过滤预挤机预挤2次，陈腐24h，成型，70℃干燥10h，580℃恒温焙烧3h；
(7)将焙烧后的物料浸渍到含有5％二氧化钛的二氧化钛浆料中浸泡3h，取出放入蒸汽干燥箱80℃干燥5h，600℃焙烧3h，得到浸渍型催化剂载体F。
实施例7
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，500℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎，使80％的粉料大于300目；
(3)将1.20kg乙醇胺、5kg氨水和10kg水配制成a溶液；
(4)将0.18kg纸浆、0.35kg羧甲基纤维素钠、0.35kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg的粉碎好的工业煤渣粉料、5kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料经过过滤预挤机，预挤2次，陈腐24h，然后成型，70℃干燥10h，580℃恒温焙烧3h；
(7)将焙烧后的物料放入含有15％二氧化钛的二氧化钛浆料中浸泡3h，取出放入蒸汽干燥箱80℃干燥5h，600℃焙烧3h，得到浸渍型催化剂载体G。
实施例8
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，500℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎，使80％的粉料大于300目；
(3)将1.20kg乙醇胺、5kg氨水和10kg水配制成a溶液；
(4)将0.18kg纸浆、0.35kg羧甲基纤维素钠、0.35kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg的粉碎好的工业煤渣粉料、5kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料经过过滤预挤机，预挤2次，陈腐24h，然后成型，70℃干燥10h，580℃恒温焙烧3h；
(7)将焙烧后的物料放入含有20％二氧化钛的二氧化钛浆料中浸泡3h，取出放入蒸汽干燥箱干燥5h，600℃焙烧3h，得到浸渍型催化剂载体H。
实施例9
(1)将工业煤渣放入焙烧炉中，500℃恒温焙烧3h；
(2)将焙烧的工业煤渣粉碎，使80％的粉料大于300目；
(3)将1.20kg乙醇胺、5kg氨水和10kg水配制成a溶液；
(4)将0.18kg纸浆、0.35kg羧甲基纤维素钠、0.35kg聚氧化乙烯和26kg水配制成b溶液；
(5)称取100kg的粉碎好的工业煤渣粉料、5kg玻璃纤维、0.50kg硬脂酸加入到捏合机中，加入a溶液和b溶液，捏合60分钟；
(6)捏合后的物料经过过滤预挤机，预挤2次，陈腐24h，然后成型，70℃干燥10h，580℃恒温焙烧3h；
(7)将焙烧后的物料放入含有25％二氧化钛的二氧化钛浆料中浸泡3h，取出放入蒸汽干燥箱80℃干燥5h，560℃焙烧3h，得到浸渍型催化剂载体I。
实验方法
1.采用相同的浸渍方法对实施例1-9所制备得到的催化剂载体A-I浸渍负载1.00％的V2O5活性组分，采用同样的方法干燥，焙烧得到SCR烟道气脱硝催化剂。
2.测定催化载体的粉碎强度和孔容，并测定催化剂的脱硝活性。
催化剂的脱硝活性评价在连续流固定床催化反应器中进行，整个评价装置有配气、反应和烟气分析测试三部分组成，装置如图1所示。
配气部分由高压钢瓶气瓶、聚四氟乙烯材料管、流量计、气体混合器及保温带组成。气瓶中的NH3的浓度为20％，NO的浓度为10％。N2使用的是工业氮，O2为工业氧。模拟烟气通过流量计进入气体混合器混合后再进入反应器。
反应压力为常压，原料工艺气中n(NO):n(NH3)＝1:1，工艺气空速19000h-1，反应温度范围220-380℃。
NOx转化率由反应前后NOx的浓度计算：
η＝(C0-C1)/C0*100％
式中：η-代表的是脱硝率，单位：％
C0-代表的反应前的NO的浓度，单位：ppmC1-代表的反应后的NO的浓度，单位：ppm
实验结果：
表1载体组成
Figure BDA0002550493740000101
表2载体的抗压强度、磨损强度、孔容
Figure BDA0002550493740000102
表3催化剂活性测定实验结果
Figure BDA0002550493740000111
通过结果可以看出，本发明所制备的浸渍型催化剂载体具有优异的抗压强度、磨损强度和孔容；同时，利用本发明载体所制备的脱硝催化剂的脱硝活性高且反应温度窗口较宽。
上述实施例和结果显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书只用于说明本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种浸渍型SCR烟道气脱硝催化剂载体的制备方法，其特征在于，每100kg工业煤渣制备浸渍型SCR脱硝催化剂载体的制备方法包括如下步骤：
（1）将工业煤渣放入焙烧炉中，恒温焙烧，得到焙烧工业煤渣；
（2）将所述焙烧工业煤渣粉碎，过筛得到工业煤渣粉料；
（3）将乙醇胺和氨水加入到水中，配置成a溶液；
（4）将纸浆、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯加入到水中，配置成b溶液；
（5）将所述工业煤渣粉料，玻璃纤维和硬脂酸混合均匀，先后加入a溶液和b溶液，进行捏合，得到捏合物；
（6）将所述捏合物预挤、陈腐、成型、干燥、焙烧；
（7）将焙烧后的物料放入硫酸氧钛的水溶液中浸泡，浸泡后取出进行干燥，干燥后焙烧得到所述浸渍型SCR烟道气脱硝催化剂载体；
所述步骤（1）中，所述恒温焙烧的温度为500-610℃，所述恒温焙烧的时间为3h；
所述步骤（2）中，过筛标准为90%以上所述工业煤渣大于200目；
所述步骤（3）中，所述乙醇胺的用量为1.20-1.50kg，所述氨水的用量为3-5kg，所述水的用量为10-11kg；
所述步骤（4）中，所述纸浆的用量为0.18-0.20kg，所述羧甲基纤维素钠 0.35-0.45kg，所述聚氧化乙烯的用量为0.30-0.35kg，所述水的用量为26kg；
所述步骤（5）中，所述玻璃纤维的用量为3-6kg，所述硬脂酸的用量为0.30-0.50kg，所述捏合的时间为60min；
所述步骤（6）中，所述预挤的次数为2次，所述陈腐的时间为24h，所述干燥的温度为70-90℃，所述干燥的时间为10h，所述焙烧的温度为580-630℃，所述焙烧的时间为3h；
所述步骤（7）中，所述硫酸氧钛水溶液中二氧化钛的含量为5-25%，所述浸泡的时间为3h，所述干燥的方式为蒸汽干燥，所述蒸汽干燥的温度为80℃，所述蒸汽干燥的时间为5h，所述焙烧的温度为560-600℃，所述焙烧的时间为3h。
2.一种浸渍型SCR脱硝催化剂载体，其特征在于，所述催化剂载体由权利要求1所述的制备方法制备得到。
3.根据权利要求2所述的一种浸渍型SCR脱硝催化剂载体，其特征在于，所述催化剂载体的核心由工业煤渣制备得到，所述催化剂载体表面浸渍一层氧化TiO2无机氧化物，所述催化剂载体中TiO2的含量为1.4-6.7%；所述催化剂载体用于负载SCR烟道气脱硝催化剂的活性组成。
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