專利名稱：一種低成本scr法脫硝催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙氣凈化的環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種利用礦渣微粉為載體的SCR法脫硝 催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
選擇性催化還原法(SCR法)，以其具有的脫硝效率高、技術(shù)成熟等特點，而在目前國 內(nèi)外煙氣脫硝工程上應(yīng)用最多。SCR法是還原劑(NH3 、尿素)在催化劑作用下，選擇性 地與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和H20，而不被02氧化，故稱為"選擇性"。其主要反應(yīng)
4NH3 + 4NO + 02= 4N2 + 6H20
8NH3 + 6N02 =7N2+12H20
現(xiàn)有技術(shù)中，SCR法常用的催化劑普遍使用二氧化鈦(Ti02)為載體、五氧化二釩0/205) 為活性成分并添加三氧化鎢(W03)為穩(wěn)定成分的三元組分。這種催化劑最早是在二十世紀 七十年代由日本發(fā)明出來，其優(yōu)點是脫硝活性高且副反應(yīng)小，但載體二氧化鈦0102)制造成 本較高。由于在我國煤炭燃燒過程中粉煤灰燒失量較高，化學成分中游離氧化鈣(CaO)、氧 化鎂(MgO)、三氧化硫(S03)也較高，加之鍋爐運行普遍負荷波動較大，造成現(xiàn)有SCR系統(tǒng) 裝置在運行中經(jīng)常出現(xiàn)催化劑堵塞、中毒、磨蝕失效等問題，必須定期更換，從而使運行和 投資成本較高。近年出現(xiàn)了以粉煤灰等低成本材料制備催化劑的載體，如中國專利號為 200310100420.9的發(fā)明專利，公開了名稱為一種用鍋爐粉煤灰制備選擇性還原脫硝催化劑的 方法，其以鍋爐粉煤灰為載體，載體制備時需要先經(jīng)過酸洗處理，然后再用濃硝酸溶液浸泡 成型，再用蒸餾水沖洗過濾出來的成型飛灰顆粒至中性，最后送入干燥箱經(jīng)過一次干燥，生 成飛灰改性的SCR脫硝催化劑載體；再將制得的載體浸入由未飽和的硝酸銅溶液組成的金
屬氧化物鹽溶液中，使金屬氧化物作為活性成分擔載到載體上，再經(jīng)二次干燥和煅燒，制得 催化劑；此催化劑的成本雖較傳統(tǒng)的催化劑有所降低，但仍較高，制備工藝較為復雜，而且 應(yīng)用于高塵煙氣時，由于載體的抗磨蝕性能差，而難以推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種以礦渣微粉為 載體的低成本SCR法脫硝催化劑，以降低催化劑的制備成本和運行費用，提高催化劑的抗 磨蝕性能，同時提供一種上述催化劑的制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種低成本SCR法脫硝催化劑，其重量百分比組成為
礦渣微粉52 55%，石膏2.7 2.9%，偏釩酸銨1.3 1.5%，仲鎢酸銨5. 5 5. 7 %，硅溶膠2.6 2.8%，粘土1.6 1.8%，玻璃纖維絲2. 5 3. 0%,甲基纖維素2. 7~ 2.9%,聚環(huán)氧乙烷1.3 1.5%， 一乙醇銨2. 7 3.0%，蒸餾水20 23%。
上述玻璃纖維絲的直徑< 0. 5mm。
上述低成本SCR法脫硝催化劑的制備方法，包括如下步驟
一、載體的粉磨及活化將礦渣和石膏按17.9 20.4: 1的重量比送入粉磨設(shè)備中， 并在粉磨設(shè)備中通入高溫水蒸汽，進行粉磨和活化，制得載體。這是由于物料在粉磨的同 時，因高溫水蒸汽的作用，礦渣中化學成分CaO、 Si02、 Al203等在硫酸鹽-石膏的激發(fā)下， 發(fā)生熱解水合反應(yīng)，生成中性的水化產(chǎn)物硅酸鈣、硫鋁酸鈣及鋁酸鈣等硅酸鹽水化礦物， 從而形成性能穩(wěn)定的催化劑載體。硅酸鈣、硫鋁酸鈣及鋁酸鈣在500'C以下都呈晶體狀態(tài) 存在，難溶于水，熱穩(wěn)定性好，與煙氣中的各類物質(zhì)不發(fā)生化合反應(yīng)。
.二、漿體的配制將上述載體和偏釩酸銨、仲鎢酸銨、硅溶膠、粘土、玻璃纖維絲、 甲基纖維素、聚環(huán)氧乙垸和一乙醇銨，送入攪拌器中，在攪拌的同時加入蒸餾水，攪拌均 勻，制成漿體；
三、催化劑的成型用制得的漿體根據(jù)催化劑形狀要求，送入擠壓機擠壓成蜂窩式催 化劑毛坯，或送入板式催化劑制備裝置制成板式催化劑毛坯；催化劑毛坯經(jīng)烘干、煅燒， 制得催化劑成品。
在上述步驟一中，所述的高溫蒸汽100 120。C，在此溫度下能使粉磨設(shè)備內(nèi)的相對 溫度及濕度適合于礦渣和石膏的水化反應(yīng)。
在上述步驟一中制得的載體為比表面積大于400m7kg的微粉。此微粉結(jié)構(gòu)致密，比 表面積大，與催化劑活性成分接觸面積大，抗裂性、抗蝕性非常好。對催化劑成品的強度 提高、體積安定性有著積極作用。
在上述步驟二中，首先將玻璃纖維絲、甲基纖維素、聚環(huán)氧乙垸和一乙醇銨放入容器 中，進行攪拌，至玻璃纖維絲在溶液中均勻分布，無成團、粘結(jié)現(xiàn)象；然后加入載體、偏 釩酸銨、仲鎢酸銨、硅溶膠和粘土，繼續(xù)進行攪拌，攪拌過程中按少量多次的原則分步加 入蒸餾水，攪拌時間大于2小時，制得催化劑漿體。
在上述步驟二中制成的漿體含水量在25%以下。
在上述步驟三中，所述的烘干為在密閉的恒溫恒濕箱中，先在55 65。C溫度下烘干 45 50小時，再在75 85。C溫度下烘干65 75小時。
在上述步驟三中，所述煅燒為先在250 255'C溫度下煅燒45 50小時，再在370 390。C溫度下煅燒23 25小時，然后在445 455。C溫度下煅燒11 13小時。
本發(fā)明采用礦渣作為載體，是由于礦渣的礦物組成主要是硅酸二鈣、鈣鋁黃長石、鈣 長石等，含有大量的玻璃體，具有潛在的活性；礦渣與石膏在高溫蒸汽的作用下一同粉磨， 使礦渣中的CaO、 Si02、 A1203等在硫酸鹽一石膏激發(fā)劑的作用下，發(fā)生熱解水合反應(yīng)， 生成中性的硅酸鹽水化礦物。具體反應(yīng)為
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3Ca(0H) 2 + Si02 — 3CaO Si02 3H20 3Ca卿2 + A1203— 3Ca0 A1203 3H20
CaS04 + Ca(OH) 2 + A1203 + &0個—3CaO A1203 3CaS04 32H20
選用比表面積400m2/kg以上的微粉載體，提高了載體與活性物的接觸面積，使活性 物在載體上附著均勻、致密。在催化劑的組成中，五氧化二釩(V205)作為催化劑的活性 成分，在載體表面有很好的分散度，并且能夠提供大量的表面活性酸性位；三氧化鎢(WOs) 作為穩(wěn)定劑，保證催化劑中的活性成分有效反應(yīng)，并提高催化劑的熱穩(wěn)定性和脫硝活性； 硅溶膠、粘土、玻璃纖維絲具有增加強度和減少開裂的功能；甲基纖維素、環(huán)氧乙垸作為 粘接劑保證催化劑的各類成分粘結(jié)牢固；乙醇胺作為潤濕劑能使玻璃纖維在催化劑制備過 程中均勻溶于混和溶液中。
本發(fā)明的有益效果在于由于采用礦渣微粉作為載體，其生產(chǎn)工藝簡單，催化劑具有 良好的活性和抗磨蝕性能，使用壽命長，從而有效地降低了催化劑的制造成本以及脫硝處 理的運行費用。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明-
本發(fā)明實施例所述的催化劑，其組成重量百分比為礦渣微粉54%，石膏2.8%，偏 釩酸銨1.3%，仲鎢酸銨5.7%，硅溶膠2.7%，粘土 1.7%，玻璃纖維絲(<0. 5mffl) 、2. 8 %，甲基纖維素2.8%，聚環(huán)氧乙烷(液態(tài))1.4%， 一乙醇銨2.8%，蒸餾水22%。
本發(fā)明實施例所述的催化劑的制備方法，包括如下步驟-
一、將礦渣和石膏按19: 1的重量比，通過輸送設(shè)備喂入球磨機粉共同粉磨。在球磨 機的進料口通入11(TC的高溫水蒸汽，礦渣在粉磨的同時，在硫酸鹽-石膏的激發(fā)劑和高溫 水蒸汽的作用下，使礦渣中的CaO、 Si02、 Ab03等發(fā)生熱解水合反應(yīng)，生成中性的水化 產(chǎn)物硅酸鈣、硫鋁酸鈣及鋁酸鈣等硅酸鹽水化礦物，從磨機出料口排出，再進入選粉機進 行選粉，比表面積達到400n^/kg以上的細粉顆粒被選出，即為催化劑載體。而細度較粗 的大顆粒通過輸送設(shè)備，回到磨機的喂料口，再進行粉磨、選粉。
二、 漿體的配制首先將39.44千克的玻璃纖維絲、39.44千克的甲基纖維素、19.72 千克的聚環(huán)氧乙烷(液態(tài))、49.9千克的一乙醇銨放入容器中，進行攪拌，攪拌時間控制在 0.5小時以上，以玻璃纖維絲在溶液中均勻分布，無成團、粘結(jié)為宜。然后加入步驟一制 得的載體800千克，以及偏釩酸銨18.3千克、仲鎢酸銨80.28千克、硅溶膠(液態(tài))38.03 千克、粘土 23.94千克，繼續(xù)迸行攪拌，攪拌過程中按少量多次的原則分步加入310千克 的蒸餾水，保證攪拌時間在2小時以上，制得催化劑漿體。
三、 催化劑的成型將制得的催化劑漿體根據(jù)催化劑形狀要求，送入擠壓機擠壓成蜂 窩式催化劑毛坯(或送入板式催化劑制備裝置制成板式催化劑毛坯)；制好的催化劑毛坯 送入密閉的恒溫恒濕箱中，首先在6(TC溫度下烘干48小時，再在8(TC溫度下烘千72小 時，進行干燥處理；然后再送入馬弗爐中煅燒，先在25(TC溫度下煅燒48小時，再在'380 。C溫度下煅燒24小時，最后在450。C溫度下煅燒12小時，制得催化劑成品。
實驗測試表明本實施例制得的催化劑在固定床活性反應(yīng)裝置中應(yīng)用于SCR脫硝時的 催化活性高于91%的脫硝率，且可保持長時間的連續(xù)催化脫硝活性。在工作溫度超過450 。C的情況下，本發(fā)明催化劑可以在保證催化脫硝率高于82%,連續(xù)工作120小時以上。
權(quán)利要求
1、一種低成本SCR法脫硝催化劑，其特征在于所述催化劑的重量百分比組成為礦渣微粉52～55％，石膏2.7～2.9％，偏釩酸銨1.3～1.5％，仲鎢酸銨5.5～5.7％，硅溶膠2.6～2.8％，粘土1.6～1.8％，玻璃纖維絲2.5～3.0％，甲基纖維素2.7～2.9％，聚環(huán)氧乙烷1.3～1.5％，一乙醇銨2.7～3.0％，蒸餾水20～23％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本SCR法脫硝催化劑及其制備方法，其特征在f: 上述玻璃纖維絲的直徑< 0. 5咖。
3、 一種低成本SCR法脫硝催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟一、 載體的粉磨及活化將礦渣和石膏按17.9 20.4: 1的重量比送入粉磨設(shè)備中， 并在粉磨設(shè)備中通入高溫水蒸汽，進行粉磨和活化，制得載體；二、 漿體的配制將上述載體和偏釩酸銨、仲鎢酸銨、硅溶膠、粘土、玻璃纖維絲、甲基纖維素、聚環(huán)氧乙垸和一乙醇銨，送入攪拌器中，在攪拌的同時加入蒸餾水，攪拌均勻，制成漿體；三、 催化劑的成型用制得的漿體根據(jù)催化劑形狀要求，送入擠壓機擠壓成蜂窩式 催化劑毛坯，或送入板式催化劑制備裝置制成板式催化劑毛坯；催化劑毛坯經(jīng)烘干、煅 燒，制得催化劑成品。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本SCR法脫硝催化劑的制備方法，其特征在于 在上述步驟一中，所述的高溫蒸汽100 12(TC，在此溫度下能使粉磨設(shè)備內(nèi)的相對溫度 及濕度適合于礦渣和石膏的水化反應(yīng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本SCR法脫硝催化劑的制備方法，其特征在于 在上述步驟一中制得的載體為比表面積大于400mVkg的微粉。此微粉結(jié)構(gòu)致密，比表面 積大，與催化劑活性成分接觸面積大，抗裂性、抗蝕性非常好。對催化劑成品的強度提 高、體積安定性有著積極作用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本SCR法脫硝催化劑的制備方法，其特征在于 在上述步驟二中，首先將玻璃纖維絲、甲基纖維素、聚環(huán)氧乙烷和一乙醇銨放入容器中， 進行攪拌，至玻璃纖維絲在溶液中均勻分布，無成團、粘結(jié)現(xiàn)象；然后加入載體、偏釩 酸銨、仲鎢酸銨、硅溶膠和粘土，繼續(xù)進行攪拌，攪拌過程中按少量多次的原則分步加 入蒸餾水，攪拌時間大于2小時，制得催化劑漿體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本SCR法脫硝催化劑的制備方法，其特征在于-在上述步驟二中制成的漿體含水量在25%以下。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本SCR法脫硝催化劑的制備方法，其特征在于 在上述步驟三中，所述的烘干為在密閉的恒溫恒濕箱中，先在55 65'C溫度下烘干45 50小時，再在75 85'C溫度下烘干65 75小時。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本SCR法脫硝催化劑的制備方法，其特征在手-在上述步驟三中，所述煅燒為先在250 255。C溫度下煅燒45 50小時，再在370 390 'C溫度下煅燒23 25小時，然后在445 455'C溫度下煅燒11 13小時。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低成本SCR法脫硝催化劑及其制備方法。本催化劑的重量百分比組成為礦渣微粉52～55％，石膏2.7～2.9％，偏釩酸銨1.3～1.5％，仲鎢酸銨5.5～5.7％，硅溶膠2.6～2.8％，粘土1.6～1.8％，玻璃纖維絲2.5～3.0％，甲基纖維素2.7～2.9％，聚環(huán)氧乙烷1.3～1.5％，一乙醇銨2.7～3.0％，蒸餾水20～23％。首先將礦渣和石膏在高溫水蒸汽條件下，進行粉磨和活化，制得載體；再將載體和其它組分攪拌均勻，制成漿體；根據(jù)催化劑形狀要求，將漿體制成催化劑毛坯，然后經(jīng)烘干、煅燒，制得催化劑成品。本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，催化劑具有良好的活性和抗磨蝕性能，使用壽命長，有效地降低了催化劑的制造成本以及脫硝處理的運行費用。
文檔編號B01D53/56GK101347722SQ20081019586
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者何美華, 俞進旺, 宋正華, 楊正平, 袁海燕, 陳開明 申請人:江蘇中科節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司