[发明专利]一种水泥窑炉用蜂窝状SCR脱硝催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱硝催化材料及其制备技术，尤其涉及一种水泥窑用蜂窝状选择性催化还原(SCR)脱硝催化材料及其制备方法，属于催化技术领域。

背景技术

氮氧化物（NO_X）是大气污染物之一。2010年我国氮氧化物排放量为2273.6万吨，位居世界第一。我国“十二五”规划制定了到2015年氮氧化物排放量下降13%的目标。但是2011年全国氮氧化物排放量却增加为2404万吨，因此氮氧化物减排任务更加紧迫。水泥窑炉每年排放的NO_X约220万吨，约占全国氮氧化物排放量的10%。水泥窑炉的脱硝处理对实现氮氧化物减排目标具有重要意义。目前水泥窑炉脱硝技术主要采用低氮燃烧和非选择性催化还原(SNCR)技术，这两种技术投资小，设备简单，但脱硝效率较低。而选择性催化还原(SCR)技术脱硝效率高，无副产物，是水泥窑炉烟气脱硝的发展方向。SCR技术的关键是脱硝催化材料。目前火电厂等广泛使用的SCR脱硝催化材料为V₂O₅-WO₃/TiO₂体系催化材料，该体系催化材料的活性温度约为300~400℃。与火电厂烟气相比，水泥窑炉烟气中粉尘含量大、碱性物质多、出口烟气温度低，易造成V₂O₅-WO₃/TiO₂体系催化材料脱硝活性低、使用寿命短等问题。专利CN101474565A公开了一种用于火电厂烟气脱硝的蜂窝式SCR脱硝催化剂及其制备技术，其活性组分主要为WO₃、MoO₃、MnO₂、CuO，载体为TiO₂，采用干混法负载，然后整体挤出成型，但是该专利制备的催化剂的活性温度窗口较高，为300~450℃，在水泥窑炉150~300℃的烟气温度下其催化活性太低；专利CN102008952A公开了一种蜂窝状烟气脱硝复合金属氧化物催化材料及其制备方法，其活性组分为Sn-Ce-W-Ox复合氧化物，载体为Ti-Zr-Oy，并以蜂窝陶瓷为支撑体，该催化剂的中高温活性良好，但其制备步骤多，周期长，生产成本较高，而且活性组分负载在支撑体和载体表面，易脱落；专利CN101254464A 公开了一种以钛锆复合氧化物为载体，以锰的氧化物为催化活性组分，并添加了钒、铬、铁、铜、镍、铈的氧化物为助剂，该催化剂的中低温活性良好，但该专利制备的催化剂为颗粒状而不是蜂窝状，不能直接在水泥窑炉中应用；MnOx-CeO₂/TiO₂体系催化材料具有较好的低温催化活性，但目前的研究多集中于粉状材料。因此，针对水泥窑炉烟气特点、且具有脱硝作用的MnOx-CeO₂/TiO₂整体式催化材料受到人们的广泛关注。专利CN101947443A公开了一种以Mn-Ti为载体，以V、Ce、Se等为活性组分的蜂窝状催化剂。该催化剂虽然有良好的低温活性和抗硫中毒性能，但是其制备过程中先后采用了水热法合成粉状Mn-Ti载体、挤压成型法制备蜂窝状Mn-Ti载体、浸渍法负载活性组分等多步操作，因此其制备周期长，所用设备多，生产成本较高。专利CN102658124A公开了一种以TiO₂为载体，Mn、Ce、V、W等为活性组分的SCR催化剂。该催化剂强度高，制备方法简单，活性较好。但是该专利是先制备蜂窝状TiO₂载体，再浸渍活性组分，因此活性组分易脱落，不能用于粉尘较高、磨损较严重的脱硝环境。

发明内容

针对水泥窑炉烟气粉尘浓度高、碱性物质多、出口温度低的特点，以及现有蜂窝状SCR催化技术的不足，本发明提供一种水泥窑用蜂窝状SCR脱硝催化材料及其制备方法，如附图1的流程图所示。

一种水泥窑炉用蜂窝状SCR脱硝催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将二氧化钛粉体、二价锰盐、铈盐、石英砂、玻璃纤维和甲基纤维素按质量比为100：70~100：20~40：5~25：0.5~2：0.5~2称好，干混5~10min得到干混料；

(2)将30~60份重量百分比浓度为10~30wt%的硅溶胶和0.5~2份三乙醇胺充分混合，加入步骤(1)中的干混料中，在捏合机中捏合5~15min，使其成为湿料团；然后将该湿料团放入真空练泥机中反复混炼15~30min，得到脱气泥料；

(3)将步骤(2)得到的脱气泥料在螺旋挤出机中挤出成孔径6~10mm、壁厚1~3mm的蜂窝状催化材料坯体；