[发明专利]一种水泥窑用低温耐磨蜂窝状催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种水泥窑用低温耐磨蜂窝状催化剂、制备方法以及应用方法，涉及脱硝催化剂技术领域。本发明通过依次采用氨水、醋酸以及表面活性剂对锐钛型钛白粉进行改性处理，提高了钛白粉载体的机械强度以及与活性组分之间的结合能力，进而提高了催化剂在低温下的脱硝效率以及机械强度。本发明通过调整催化剂的组成使得所制备的催化剂在80‑100℃下具有较高的脱硝效率，能够直接对经布袋除尘后水泥窑低温烟气进行脱硝，无需额外补充热源，降低了工业脱硝的成本。

技术领域

本发明属于脱硝催化剂技术领域，具体涉及一种水泥窑用低温耐磨蜂窝状催化剂载体、蜂窝状催化剂以及制备方法。

背景技术

SCR脱硝技术是在催化剂以及一定温度下，向烟气中通入氨气，将NO_X氧化成氮气和水。目前SCR脱硝催化剂主要为蜂窝状催化剂，具有表面积大、活性高、催化剂体积小，催化剂再生性能优良等特点。

目前钒钛体系的蜂窝状催化剂是研究最多且最为成熟的催化剂体系，它的工作温度在300-450℃，脱硝效率可达到90％以上，但是由于钒钛体系工作温度偏高，需要将催化剂放置在脱硫和除尘之前，这极易造成催化剂堵塞，甚至产生中毒现象，使得该催化剂在工业上使用并未获得理想的脱硝效率。低温蜂窝状催化剂则可以布置在烟气脱硫或除尘设备后，能够极大延长催化剂寿命并提高脱硝效率，同时节能减排，有效降低了脱硝成本。

对于低温蜂窝状脱硝催化剂而言，机械强度和催化活性是两个最重要的影响因素，前者直接影响催化剂的成品率和抗挤压能力，后者则关系到催化剂的脱硝性能。因此提高低温蜂窝状脱硝催化剂的机械强度和催化活性至关重要。

例如在中国专利CN201610056551.9公开了一种蜂窝整体式低温脱硝催化剂及其制备方法，该专利技术是以蜂窝堇青石为载体，以催化剂活性组分、无机粘结剂、有机高分子溶液、表面活性剂和水配置成浆料；再将浆料涂覆到载体上，最后将涂覆好的石载体进行干燥、煅烧，得到蜂窝整体式低温脱硝催化剂。该催化剂的催化温度为80-200℃，脱硝效率为70-95％。对该技术进行分析发现，该催化剂在温度100℃以下使用，其脱硝效率低于80％。同时涂覆方式制备的催化剂使用过程中极易导致活性组分脱落，催化剂的稳定性受到极大的影响，降低了催化剂的使用寿命，并且在工业上难以重复使用。

在中国专利CN201510733302.4中公开了一种低温脱硝用蜂窝状催化剂及制备方法，该专利技术是将催化剂初料、表面活性剂、交联剂、增强剂中加入去离子水形成泥状混合物；然后将泥状混合物经过真空炼泥、在恒温恒湿条件下陈腐、成型、干燥、煅烧处理后制作成为低温脱硝用蜂窝状催化剂。该催化剂的催化温度为180～300℃，因此该催化剂仍存在催化温度高的问题。虽然挤压成型制成的蜂窝状催化剂相较于浸渍法提高了活性组分在催化剂中稳定性，但是利用该挤压成型方式进行工业化生产存在成型难度高且挤压过程中容易开裂的问题。

水泥生产过程中会产生大量的NO_x，据不完全统计，全国水泥行业氮氧化物年排放量约为200万吨，因此对水泥窑NO_x进行治理刻不容缓。目前水泥工业SCR 技术的主要方式有高温高尘布置、高温中尘布置、中温中尘布置以及低温低尘布置四种。

其中高温高尘布置是将温度为300-350℃的烟气经过沉降室预除尘后进行脱硝反应，脱硝后净气温度约为250℃，由于烟气含尘量大，对催化剂的磨损以及堵塞现象非常严重。

高温中尘布置是将烟气经过预除尘再通过电除尘器后进行脱硝反应，该方式虽然能改善尘粒对催化剂的磨损，但是催化温度仍旧较高且对涉及要求严格，水泥厂空间受限等问题突出。

中温中尘布置是将窑尾余热发电锅炉去高温风机出口处取200℃左右的烟气，经旋风收尘装置后进行脱硝反应。该脱硝方式仍旧无法避免烟尘对催化剂造成物理损伤。

低温低尘布置是烟气经过布袋除尘后进行脱硝，此时烟气的温度低于 150℃，而现有的脱硝催化剂催化在该温度下活性较低，往往需要对烟气进行加热，这进一步增加了脱硝的成本。