[发明专利]一种整体式高温烟气脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

传统的燃煤机组V₂O₅-WO₃/TiO₂脱硝催化剂温度窗口为300-420℃，而在有些领域如燃气（天然气，煤层气、沼气）机组等领域，机组运行时的高温可达500℃，高温将导致V₂O₅-WO₃/TiO₂脱硝催化剂活性组分挥发、比表面积降低，最终造成活性选择性下降。

为了让传统燃煤机组V₂O₅-WO₃/TiO₂脱硝催化剂适用于高温烟气进行脱硝处理，需改造烟气余热利用系统，将余热锅炉进行拆分，但此方法对发电系统影响较大，投资也较高，并且管理难度也有所提升，所以急需一种催化剂能够在高温下将NOx进行直接脱除。

高温烟气脱硝技术在国内属于新兴环保领域，其技术并不成熟。范建伟等申请的CN105013523A发明专利中，用原材料制备成催化剂浆液，再将制备好的浆液涂覆于蜂窝陶瓷表面，但该方法在制备涂层浆料时，浆料需连续球磨24-72 h，在工业大批量生产时，不仅对设备的的投资较大，性能要求较高，且生产周期较长。任衍伦等申请的CN105413740A发明专利，将Fe基分子筛加入到粘结剂中制成涂层浆液，再涂覆于载体表面制成整体式脱硝催化剂，在制备过程中，为涂覆至目标涂覆量，需重复多次浸渍涂覆，加重了生成过程中的工作量。张景文等申请的CN104741114A发明专利中，以WO₃为活性组分与载体混合，通过辊压涂覆、压褶、剪切、干燥和焙烧等步骤，获得平板式高温SCR脱硝催化剂，但该催化剂一方面由于不锈钢与催化剂涂层之间的热膨胀系数差较大，在温度波动或机组启停过程中，特别是在不锈钢网的褶皱处，催化剂涂层易从不锈钢表面脱落，另一方面，在催化剂参与反应的表面积相等的前提下，平板式催化剂的体积要略大于蜂窝催化剂，这无疑增加了工程的设备成本。

纵观已经公开的关于燃气机组等领域的高温SCR脱硝催化剂技术，一方面用的都是涂覆式催化剂，而涂敷式催化剂最大的问题就是涂层剥落，尤其是烟气温度波动及机组启停的过程，将加速涂层的脱落；另一方面，这些新的工艺技术并不成熟，新的配方涂层不仅需要考察其催化性能，还需重新考证涂层的粘附性，这需要大量的人力物力去研究。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是提供一种整体式高温烟气脱硝催化剂，该催化剂包括活性组分前驱体、助剂前驱体、载体、添加剂与去离子水，其中，活性组分前驱体，活性组分前驱体为钒酸盐，具体为偏钒酸铵，其重量份数为0.1-5，最终催化剂中以钒氧化物形式存在，其作用为催化剂的活性中心，用以选择性催化还原NOx。

助剂前驱体包括钨酸盐和硅源，其中，钨酸盐具体为钨酸铵或仲钨酸铵中的一种或多种，重量份数为0.2-20，最终以钨氧化物形式存在其作用为增加催化剂高温稳定性及抗中毒性；硅源具体为钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、硅溶胶中的一种或多种，重量份数为0.3-30，最终以硅氧化物形式存在，其作用为增加催化剂高温稳定性。

载体为钛白粉，其重量份数为40-70，其作用是为活性组分及助剂提供表面支撑，并在一定程度上能与活性组分、助剂产生协同效应。

添加剂包括玻璃纤维、羧甲基纤维素和氨水，其重量份数为10-20，去离子水的重量份数为15-30，用于改善催化剂泥料的粘结性、塑性、抱团效果，以利于催化剂的挤出成型和提高催化剂成型后的机械强度、磨损强度等。

本发明还提供一种上述催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：将适量的羧甲基纤维素与钛白粉于混练机中混合均匀；

步骤二：将活性组分前驱体与钨酸盐分别于去离子水中溶解，配置成溶液备用，其中活性组分前驱体溶液浓度为30-50 wt%，钨酸盐溶液浓度为40-60 wt%；

步骤三：控制混练机转速100-400 r/min，依次向混炼机中加入活性组分前驱体溶液、钨酸盐溶液、硅源、玻璃纤维，并加入适量的去离子水跟氨水，在恒定转速下进行泥料混炼，其中整个混炼时长为0.5-3 h；

步骤四：将混炼后的泥料于室温进行陈腐，陈腐时长为10-50 h；

步骤五：将陈腐后的泥料进行挤出成型，并于干燥室中干燥10-20 h，干燥温度60-150 ℃；