一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂及其制备工艺的制作方法

1.本发明涉及一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂及其制备工艺。


背景技术：

2.水泥行业烟气no
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排放较大，是我国大气治理的重点行业。scr技术作为高效主流技术，是水泥行业烟气no
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深度治理的主要选择。scr催化剂作为该技术核心，其质量好坏直接关系到系统的稳定高效运行。由于水泥烟尘含量（100 g/m
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左右）远高于目前的火电发电、钢铁、焦化等行业，在系统设计时，需采用耙式及声波两种吹灰方式协同开展工作，避免催化剂堵灰，确保系统稳定高效运行。其中耙式吹灰器在水泥行业应用是采取了更为频繁的吹扫频率，吹灰压力也较其他行业更高，对催化剂抗磨损性能和机械性能都带来了较大的影响。部分项目由于催化剂性能不达标，造成催化剂破损严重，甚至出现坍塌的情况，给脱硝系统的稳定、高效、安全运行都带来了很大的挑战。此外，为尽量提高催化剂使用率以及减少废旧催化剂的处理量，通过催化剂再生可以进一步实现催化剂的继续使用。再生过程中涉及水洗、超声震荡以及清洗液鼓泡等工序，要求催化剂基体具有足够的机械强度，特别是考虑到水泥烟气工况的恶劣性和复杂性，新催化剂的机械强度要求较传统催化剂更高。公开号为cn102886266b的专利：一种用于scr烟气脱硝的整体挤压蜂窝催化剂，所述的催化剂的活性成分由以下重量分数的成分组成：二氧化钛65～80%、硫酸亚铁5～15%、三氧化钨5～15%、五氧化二钒1～4.5%、硝酸镧0.05～0.5%。一种上述用于scr烟气脱硝的整体挤压蜂窝催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）称量：按照上述比例称量各组分；（2）干混：将tio2、feso4、wo3、v2o5、海泡石、陶瓷纤维按上述比例配制好，混合均匀；（3）湿混和捏搓：将la(no3)3、甘油、甲基羟二基纤维素溶解于水，再与经步骤(2)混合均匀得到的粉末进行捏搓混合，得到湿料；（4）将步骤(3)得到的湿料通过模子挤压成型，形成整体蜂窝形状；（5）将步骤(4)得到的整体蜂窝催化剂坯体进行均匀干燥；（6）将步骤(5)干燥后的整体蜂窝催化剂坯体进行烧结，得到最终的scr烟气脱硝的整体挤压蜂窝催化剂。一方面，其用于电厂燃煤锅炉烟气条件，不能满足水泥烟气高尘的特点；另一方面，其在高温下烧结时间久，催化剂烧结程度相对严重，虽然强度有提高，但对于催化剂活性造成了负面影响，对于如何平衡scr催化剂强度和活性，并未解决这方面的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂，耐磨损强度明显提升、催化剂部分烧结，机械强度好，可以满足今后催化剂再生对强度要求。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂，包括锐钛矿型的钛白粉、活性物质、粘结剂和水；活性物质为五氧化二钒，三氧化钨，氧化铈、氧化锰、氧化钼其中的一种或多种。
5.进一步的技术方案是，粘结剂选自羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙二醇、聚
乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或多种任意组合而成。
6.进一步的技术方案是，各组分的重量份数如下：锐钛矿型的钛白粉为75-90份、活性物质为5-20份、粘结剂为5-10份、水为25-40份。
7.进一步的技术方案为，载体形状为蜂窝状，开孔率为40%~85%。
8.本发明还提供的技术方案为，制备用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂的工艺，包括如下依次进行的工艺步骤：s1：锐钛矿型的钛白粉、活性物质、粘结剂混合后加水；s2：将s1步骤制得的混合物投入到混炼机制得泥料；s3：泥料通过挤出机挤出成型后制得scr脱硝催化剂湿胚，然后干燥脱水；s4：干燥定型后的scr脱硝催化剂生胚通过煅烧、切割后最终得到scr脱硝催化剂成品；其中s4步骤中，催化剂煅烧窑烧结区的温度为620℃，烧结时间为2~3小时；s3步骤中，挤出机的电机频率为24hz，模具出口压力为0.5mpa。混炼机对混合物混炼捏泥，然后依次经过粗炼过筛、陈腐、精炼过筛后获得泥料。s2步骤中混炼捏泥的时间为20分钟~80分钟，粗炼过筛使用的滤网规格为40目-90目，陈腐时间为12小时~24小时，精炼过筛使用的滤网规格为100目-150目。s3步骤中scr脱硝催化剂生胚干燥定型的干燥温度为100℃~150℃，干燥时间为8小时~12小时。s4步骤中scr脱硝催化剂生胚烧结过程中温度为600℃~1400℃，烧制时间为6小时~18小时，升温速率为50℃/小时~100℃/小时。增加催化剂挤出压力，通过适当增加挤出机电机频率，增加螺杆送料频率，使催化剂挤出压力增大，提高催化剂致密程度，通过该方式，催化剂密度可以提高5%-10%左右（原先工艺制备的催化剂的密度为395kg/m3）。增加催化剂煅烧温度。催化剂煅烧窑烧结区温度为560-580摄氏度，通过提高该煅烧达到620摄氏度，可以增加催化剂的烧结程度，使催化剂机械性能提高。经过抗压强度测试，催化剂经过提问处理后，轴向抗压强度由原来的2-2.5mpa提高到3-4mpa，纵向抗压强度由原来的0.4-0.45mpa提高到0.6-0.75mpa。催化剂在煅烧窑里面，大概是一个煅烧窑里有二二十个温区，温度是逐渐升上去的，升温线是条曲线，在最高温度的时候，大概是600度左右（优选为本方案中的620℃），在这个温度段催化剂是发生一个相应的烧结，但因为烧结时间仅为一段时间，让催化剂在高温区（620℃）待两到三个小时，这时候催化剂是发生的部分烧结，如果要彻底烧结的话，时间很长。而且若真正彻底烧结，催化剂就会失去活性，但本方案采用高温煅烧就是采用逆向思维，让催化剂发生一部分烧结，这样机械强度会比较高，能满足催化剂化学寿命达三年之久，机械寿命达到10年以上。目前的scr催化剂，其壁不是实心壁，存在丰富的各种尺寸的孔道，通过部分烧结的方式，使催化剂物质颗粒高温受热发生变化，结合性更强，提高scr催化剂的强度。经过检测，通过在620摄氏度短时间煅烧，催化剂活性未出现下降。
9.进一步的技术方案为，在s4步骤后，还设有对scr脱硝催化剂成品端面硬化的工序。
10.进一步的技术方案为，端面硬化工序包括如下操作步骤：制备80℃的无铁硫酸铝饱和水溶液（即端部硬化液），将scr脱硝催化剂成品的迎风端面浸渍到无铁硫酸铝饱和水溶液中5分钟，取出后室温自然风干。相比于常规的端部硬化液配制（25-40℃），在80摄氏度条件下配制无铁硫酸铝饱和溶液，饱和溶液中硫酸铝的浓度更高，催化剂迎风端面经过浸
渍该饱和溶液，端部硬化效果更好，抗磨损强度为0.07（%，kg-1
），耐磨损强度可以明显提升。
11.本发明的优点和有益效果在于：增加催化剂挤出压力，通过适当增加挤出机电机频率（20提高24hz），增加螺杆送料频率，使催化剂挤出压力增大（模具出口压力从3.5公斤提高到5公斤），提高催化剂致密程度，通过该方式，催化剂密度可以提高5-10%左右。
12.增加催化剂煅烧温度。催化剂煅烧窑烧结区温度为560-580摄氏度，通过提高该烧结区温度达到620摄氏度，可以增加催化剂的烧结程度，使催化剂机械性能提高。经过抗压强度测试，催化剂经过提问处理后，轴向抗压强度由原来的2-2.5mpa提高到3-4mpa，纵向抗压强度由原来的0.4-0.45mpa提高到0.6-0.75mpa。
13.相比于常规的端部硬化液配制（25-40℃），在80摄氏度条件下配制无铁硫酸铝饱和溶液，饱和溶液中硫酸铝的浓度更高，催化剂迎风端面经过浸渍该饱和溶液80摄氏度时，端部硬化效果更好，抗耐磨损强度为0.07（%，kg-1
），耐磨损强度可以明显提升。
实施方式
14.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
15.本发明是一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂，催化剂为锐钛矿型的钛白粉（比例为75-90），活性物质为五氧化二钒，三氧化钨，氧化铈、氧化锰、氧化钼其中的一种或多种（比例为5-20）。
16.增加催化剂挤出压力，通过适当增加挤出机电机频率（20提高24hz）， 增加螺杆送料频率，使催化剂挤出压力增大（模具出口压力从3.5公斤提高到5公斤）（1公斤就是0.1mpa），提高催化剂致密程度，通过该方式，催化剂密度可以提高5-10%左右。
17.一、 通过升温方式，促进无铁硫酸铝的溶解度，提高端部硬化液（即无铁硫酸铝水溶液）的饱和浓度，增强端部硬化效果。（实验设计：空白、50摄氏度、80摄氏度各配一个饱和溶液，让催化剂浸渍5分钟，测试耐磨损性能）迎风面端部硬化液主要成分是无铁硫酸铝，其通常在室温下溶解得到饱和溶液，作为端部硬化液，通过对催化剂迎风面进行浸渍，使迎风面的抗磨损强度显著提高。催化剂未经端部硬化时，其耐磨强度为0.12（%，kg-1），在室温下（20-25摄氏度）的饱和溶液经过端部硬化后，耐磨损强度为0.08（%，kg-1） ，在80摄氏度时，耐磨损强度为0.07（%，kg-1），耐磨损强度可以明显提升。
18.二、 增加催化剂挤出压力，通过适当增加挤出机电机频率，增加螺杆送料频率，使催化剂挤出压力增大 ，提高催化剂致密程度，通过该方式，催化剂密度可以提高5%-10%左右。
19.三、 增加催化剂煅烧温度。催化剂煅烧窑烧结区温度为560-580摄氏度，通过提高该温度煅温度达到620摄氏度，可以增加催化剂的烧结程度，使催化剂机械性能提高。经过抗压强度测试，催化剂经过提问处理后，轴向抗压强度由原来的2-2.5mpa提高到3-4mpa，纵向抗压强度由原来的0.4-0.45mpa提高到0.6-0.75mpa。
20.磨损测试的方法采用如下国标：gbt 31587-2015 蜂窝式烟气脱硝催化剂。
21.其原理大致如下：做两组催化剂，一组催化剂只吹空气，另外一组催化剂同时做，但另一组在吹气时放一些沙子，沙子就代表的是烟尘里的颗粒，再做沙子一直往随着空气往前走（以用于模拟
烟气），经过一个小时后看看原来催化剂被磨损掉多少，以用于测催化剂的抗磨损性能。
22.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂，其特征在于，包括锐钛矿型的钛白粉、活性物质、粘结剂和水；活性物质为五氧化二钒，三氧化钨，氧化铈、氧化锰、氧化钼其中的一种或多种。2.如权利要求1所述的一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂，其特征在于，所述粘结剂选自羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或多种任意组合而成。3.如权利要求2所述的一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂，其特征在于，各组分的重量份数如下：锐钛矿型的钛白粉为75-90份、活性物质为5-20份、粘结剂为5-10份、水为25-40份。4.如权利要求3所述的一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂，其特征在于，所述载体形状为蜂窝状，开孔率为40％～85％。5.制备如权利要求1至4任一项所述用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂的工艺，其特征在于，包括如下依次进行的工艺步骤：s1：锐钛矿型的钛白粉、活性物质、粘结剂混合后加水；s2：将s1步骤制得的混合物投入到混炼机制得泥料；s3：泥料通过挤出机挤出成型后制得scr脱硝催化剂湿胚，然后干燥脱水；s4：干燥定型后的scr脱硝催化剂生胚通过煅烧、切割后最终得到scr脱硝催化剂成品；其中s4步骤中，催化剂煅烧窑烧结区的温度为620℃，烧结时间为2～3小时；s3步骤中，挤出机的电机频率为24hz，模具出口压力为0.5mpa。6.如权利要求5所述的一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于，在所述s4步骤后，还设有对scr脱硝催化剂成品端面硬化的工序。7.如权利要求6所述的一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于，所述端面硬化工序包括如下操作步骤：制备80℃的无铁硫酸铝饱和水溶液，将scr脱硝催化剂成品的迎风端面浸渍到无铁硫酸铝饱和水溶液中5分钟，取出后室温自然风干。

技术总结
本发明公开了一种用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂，包括锐钛矿型的钛白粉、活性物质、粘结剂和水；活性物质为五氧化二钒，三氧化钨，氧化铈、氧化锰、氧化钼其中的一种或多种。本发明还公开了用于水泥行业的高机械性能脱硝催化剂的制备工艺，包括如下依次进行的工艺步骤：锐钛矿型的钛白粉、活性物质、粘结剂混合后加水；然后投入到混炼机制得泥料；泥料通过挤出机挤出成型后制得SCR脱硝催化剂湿胚，然后干燥脱水；再煅烧、切割、端部硬化后最终得到SCR脱硝催化剂成品；其中煅烧步骤中，催化剂煅烧窑最高温度区的温度为620℃，此区煅烧时间为2～4小时，催化剂发生部分烧结；挤出步骤中，挤出机的电机频率为24Hz，模具出口压力为0.5MPa；在端部硬化步骤中，将催化剂迎风面浸入液体温度为80℃的无铁硫酸铝的饱和水溶液进行端部硬化。本发明抗磨损强度明显提升、催化剂部分烧结，机械强度高。机械强度高。


技术研发人员：赵会民 霍文强 陶金 刘长东
受保护的技术使用者：江苏中创清源科技有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/7/20