脱硝催化剂模块硬化液及硬化方法

摘要

本发明提供了一种脱硝催化剂模块硬化液及硬化方法，脱硝催化剂模块硬化液包括稳定剂、硬化组分和活性组分；以重量百分含量计，所述稳定剂含量为25％～45％，所述硬化组分含量为10％～35％，所述活性组分含量为0.1％～3％，余量为水。本发明的硬化方法，包括S100：配制脱硝催化剂模块硬化液，S200：将脱硝催化剂模块浸渍在脱硝催化剂模块硬化液中；S300：从脱硝催化剂模块硬化液中取出脱硝催化剂模块并风干；S400：对所述风干的脱硝催化剂模块焙烧。本发明能够解决脱硝催化剂模块磨损问题，以及脱硝催化剂模块单体在模块中固定等问题，避免对后续的应用产生一定的影响，使其使用效果较佳。

权利要求

1.一种脱硝催化剂模块硬化液，其特征在于：包括稳定剂、硬化组分和活性组分，所述稳定剂的质量百分比为25%～45%，硬化组分的质量百分比为10%～35%，所述活性组分的质量百分比为0.1%～3%，余量为水;所述稳定剂为硫酸、硝酸、磷酸或盐酸中的一种或多种;所述硬化组分为硫酸铝盐、硝酸铝、磷酸铝盐或氯化铝中的一种或多种；

所述活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种；

所述硫酸铝盐为硫酸铝和硫酸氢铝中的一种或两种；

所述磷酸铝盐为磷酸一氢铝和磷酸二氢铝中的一种或两种；

所述水为去离子水。

2.一种脱硝催化剂模块的硬化方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：配制脱硝催化剂模块硬化液，所述脱硝催化剂模块硬化液为权利要求1所述的脱硝催化剂模块硬化液；

S200：将所述脱硝催化剂模块浸渍在所述脱硝催化剂模块硬化液中；

S300：从所述脱硝催化剂模块硬化液中取出所述脱硝催化剂模块并风干；

S400：对所述风干的脱硝催化剂模块进行焙烧。

3.根据权利要求2所述的脱硝催化剂模块的硬化方法，其特征在于：步骤S200中，浸渍在所述脱硝催化剂模块硬化液中的所述脱硝催化剂模块，将其轴向的端面30～50mm浸渍在所述脱硝催化剂模块硬化液中，浸渍时间在20 45s。

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4.根据权利要求2所述的脱硝催化剂模块的硬化方法，其特征在于：在步骤S300中，在温度10 35℃条件下进行风干，风干的时间在12 24h。

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5.根据权利要求2所述的脱硝催化剂模块的硬化方法，其特征在于：在步骤S400中，在温度300 400℃条件下进行焙烧，焙烧时间在4 8h。

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说明书

脱硝催化剂模块硬化液及硬化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及脱硝催化剂制备技术领域，尤指一种脱硝催化剂模块硬化液及硬化方法。

背景技术

[0002] 近年来，煤炭的大量燃烧使得SO2、NOX和粉尘排放量严重超标，造成环境恶化，致使我国环保事业面临着严峻的考验。随着各项大气污染防治政策的推行，我国SO2及烟尘脱除技术已较为成熟，SO2和烟尘排放基本得到有效控制，然而NOX却未得到有效的处理，日益排放增多造成对大气污染，进而对生态环境和人体健康构成巨大的威胁。氮氧化物(NOX)不仅是形成酸雨的主要来源，同时诱发光化学烟雾、破坏臭氧层等，也是引起温室效应和光化学反应的主要物质之一，因此，在国家环保“十二五”规划中，氮氧化物成为继SO2之后的实行总量控制的污染物。

[0003] 目前，我国70％的氮氧化物排放均来自煤炭的燃烧，电厂是用煤大户，如何有效控制NOX的排放已成为我国乃至全世界关注的焦点。而在治理NOX技术领域中，选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)以其无副产物，系统装置简单并且脱硝效率高(可达90％以上)、运行可靠，便于维护等优势，得到了大面积的应用。SCR的基本原理是以NH3为还原剂，在催化剂的作用下，选择性的将NOX还原为N2。

[0004] 目前市场占有率最高的催化剂为蜂窝式催化剂。蜂窝式催化剂是以TiO2(二氧化钛)为载体，与催化活性成分充分混合、烧制而成，形成发达的微孔结构。当含有氮氧化物的烟气通过催化剂孔道时，在微孔内催化活性作用下，与烟气中的氨发生反应，生成氮气和水，从而实现烟气净化的目的。

[0005] 由于催化剂活性的要求，SCR装置多数布置在电除尘器之前，且国内电厂的烟气含尘量非常高，很多项目高达50-60g/Nm3，而国外电厂烟气含尘量往往小于30g/Nm3，加上制备催化剂的主体钛白粉粘接性不强，在烟气通过催化剂的气流通道时，飞灰颗粒急速撞击催化剂，易造成磨损、起尘，特别是顶端的磨损最为突出，会引发催化剂的破损和断裂，不仅导致催化剂的使用寿命大幅降低，还会造成催化剂孔道的堵塞，并给催化剂单体的固定带来困难，引起一系列后续问题。

[0006] 专利申请号为200780034929.4的专利将催化剂置于偏钨酸铵和偏钒酸铵混合溶液中进行端面硬化，之后取出烘干，并再次浸泡，之后再煅烧完成硬化过程。实际硬化效果比较理想，但硬化操作较复杂，需要反复浸渍和煅烧。

[0007] 专利申请号200910024785.5的中国发明专利提供了一种催化剂边缘硬化液，包含有30～50％的硅酸钠以及含有偏钒酸铵、硫酸亚铁与硝酸锰中的一种或者两种及以上的混合物的活性成分。该发明简化硬化过程，且提高催化剂迎风端的抗磨损强度，从而提高了整体模块的使用寿命，相同条件下催化剂模块的磨损失重率可降低20％，催化剂寿命可提高30％以上。硬化液的制备由于pH的原因几个组分之间可能会产生一些沉淀，对后续的应用有一定的影响，效果不明显。

[0008] 因此，本申请致力研发一种能够解决催化剂磨损问题，以及催化剂单体在模块中固定等问题的脱硝催化剂模块硬化液及硬化方法。

发明内容

[0009] 本发明提供一种脱硝催化剂模块硬化液，能够解决催化剂磨损问题，以及催化剂单体在模块中固定等问题，避免对后续的应用产生一定的影响，使其使用效果较佳。

[0010] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

[0011] 一种脱硝催化剂模块硬化液，包括稳定剂、硬化组分和活性组分；以重量百分含量计，所述稳定剂含量为25％～45％，所述硬化组分含量为10％～35％，所述活性组分含量为0.1％～3％，余量为水。

[0012] 优选地，所述稳定剂为硫酸，硝酸，磷酸或盐酸中的一种或多种。

[0013] 优选地，所述硬化组分为硫酸铝盐、硝酸铝、磷酸铝盐或氯化铝中的一种或多种。

[0014] 优选地，所述硫酸铝盐为硫酸铝和硫酸氢铝中的一种或两种；

[0015] 和/或；

[0016] 所述磷酸铝盐为磷酸一氢铝和磷酸二氢铝中的一种或两种。

[0017] 优选地，所述活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0018] 优选地，所述水为去离子水。

[0019] 本发明还提供了一种脱硝催化剂模块硬化液的硬化方法：

[0020] S100：配制脱硝催化剂模块硬化液的，所述脱硝催化剂模块硬化液为上述所述的脱硝催化剂模块硬化液；

[0021] S200：将所述脱硝催化剂模块浸渍在所述脱硝催化剂模块硬化液中；

[0022] S300：从所述脱硝催化剂模块硬化液中取出所述脱硝催化剂模块并风干；

[0023] S400：对所述风干的脱硝催化剂模块进行焙烧。

[0024] 优选地，步骤S200中，浸渍在所述脱硝催化剂模块硬化液中的所述脱硝催化剂模块，将其轴向端面30～50mm浸渍在所述脱硝催化剂模块硬化液中，浸渍时间在20～45s。

[0025] 优选地，在步骤S300中，在温度10～35℃条件下进行风干，风干的时间在12～24h。

[0026] 优选地，在步骤S400中，在温度300～400℃条件下进行焙烧，焙烧时间在4～8h。

[0027] 综上所述，本发明提供的脱硝催化剂模块硬化液及硬化方法，能够带来以下至少一种有益效果：

[0028] 1、本发明中，稳定剂选择各种无机酸，考虑到可以形成一个偏酸性的环境有利于活性成分发挥作用及便于保存。而选择硬化组分考虑到经过焙烧后铝盐能在脱硝催化剂表面形成一层高硬度的聚合物，增强催化剂的抗磨损能力，并且具有一定的耐火性，可以保证在脱硝反应器的工作温度下稳定存在。

[0029] 2、本发明中，各原料间不发生反应即可直接发挥效果，使用效果较佳，有效地避免现有技术中的原料间需要发生反应才能发挥作用，而现有技术中的反应是在一定的条件才能进行，有可能有沉淀残留影响使用效果。

[0030] 3、本发明中，各个原料的比例是考虑到形成的最终产品的稳定性，以及产生一定的粘度，有利于硬化液在催化剂表面的附着。而一定的范围的比例配比主要是考虑到对应不同的脱硝催化剂模块，按实际情况可以有不同的配比方案。

[0031] 4、本发明中，活性组分优选硫酸氧化钒和偏钒酸铵，上述两种成分中均含有钒元素，钒元素是脱硝催化剂的主要活性成分。在脱硝催化剂模块硬化液中能够稳定存在，并在负载于脱硝催化剂模块上后能发挥作用，使得在脱硝催化剂模块硬化液中浸渍后的脱硝催化剂模块边缘仍具有活性。

[0032] 5、本发明的硬化方法能够使得硬化后的脱硝催化剂模块在高灰、高流速烟气中更加耐磨损，从而大大提高脱硝催化剂模块整体使用寿命和机械强度。相同情况下脱硝催化剂模块的磨损失重率可以降低30％以上，催化活性提高10％以上，催化剂寿命可提高20％以上。

具体实施方式

[0033] 以下通过具体实施例来说明本发明的技术方案。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明，且本发明中所用的原料和试剂均市售可得。

[0034] 本发明提供了一种脱硝催化剂模块硬化液，脱硝催化剂模块硬化溶液是由稳定剂、硬化组分和活性组分，以及水，按照一定比例配制。使得脱硝催化剂模块经过浸渍、风干和焙烧后磨损失重率可以降低30％以上，催化活性提高10％以上，催化剂寿命可提高20％以上。

[0035] 实施例1

[0036] 称取硫酸25g、硬化组分10g、活性组分0.1g加入64.9g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为硫酸25％，硬化组分10％，活性组分0.1％。其中，硬化组分为硫酸铝和硫酸氢铝中的一种或者两种，活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0037] 实施例2

[0038] 称取硫酸30g、硬化组分20g、活性组分3g加入47g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为硫酸30％，硬化组分20％，活性组分3％。其中，硬化组分为硫酸铝和硫酸氢铝中的一种或者两种，活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0039] 实施例3

[0040] 称取硝酸25g、硬化组分10g、活性组分0.1g加入64.9g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为硝酸25％，硬化组分10％，活性组分0.1％。其中，硬化组分为硝酸铝，而活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0041] 实施例4

[0042] 称取硝酸25g、硬化组分15g、活性组分3g加入57g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为硝酸25％，硬化组分15％，活性组分3％。其中，硬化组分为硝酸铝，而活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0043] 实施例5

[0044] 称取盐酸25g、硬化组分10g、活性组分0.1g加入64.9g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为盐酸25％，硬化组分10％，活性组分0.1％。其中，硬化组分为氯化铝，而活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0045] 实施例6

[0046] 称取盐酸45g、硬化组分35g、活性组分3g加入17g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为盐酸45％，硬化组分35％，活性组分3％。其中，硬化组分为氯化铝，而活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0047] 实施例7

[0048] 称取磷酸25g、硬化组分10g、活性组分0.1g加入64.9g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为磷酸25％，硬化组分10％，活性组分0.1％。其中，硬化组分为磷酸铝、磷酸一氢铝、磷酸二氢铝中的一种或多种，而活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0049] 实施例8

[0050] 称取磷酸25g、硬化组分35g、活性组分0.1g加入49.9g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为磷酸25％，硬化组分35％，活性组分0.1％。其中，硬化组分为磷酸铝、磷酸一氢铝、磷酸二氢铝中的一种或多种，而活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0051] 实施例9

[0052] 称取磷酸45g、硬化组分10g、活性组分0.1g加入44.9g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为磷酸45％，硬化组分10％，活性组分0.1％。其中，硬化组分为磷酸铝、磷酸一氢铝、磷酸二氢铝中的一种或多种，活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0053] 实施例10

[0054] 称取磷酸45g、硬化组分35g、活性组分3g加入17g水中溶解并搅拌均匀，即为所制硬化液。各成分所占质量百分比即为磷酸45％，硬化组分35％，活性组分3％。其中，硬化组分为磷酸铝、磷酸一氢铝、磷酸二氢铝中的一种或多种，活性组分为硫酸氧化钒和偏钒酸铵中的一种或两种。

[0055] 对比例1

[0056] 去离子水100克。

[0057] 对比例2

[0058] 称取磷酸45g、硬化组分35g加入17g水中溶解并搅拌均匀，制得不含活性成分硬化液。各成分所占质量百分比即为磷酸45％，磷酸二氢铝35％。其中，硬化组分为磷酸铝、磷酸一氢铝、磷酸二氢铝中的一种或多种。

[0059] 此外，本发明还提供了一种脱硝催化剂模块的硬化方法，该方法采用了上述实施例1～10中配制的脱硝催化剂模块硬化液对脱硝催化剂模块进行浸渍，具体包括以下步骤:

[0060] S100：配制脱硝催化剂模块硬化液；本申请中配制的比例按照上述实施例1～10进行配比，当然也可以根据脱硝催化剂模块的实际大小进行合理的比例均可。

[0061] S200：将脱硝催化剂模块浸渍在脱硝催化剂模块硬化液中。

[0062] S300：从脱硝催化剂模块硬化液中取出脱硝催化剂模块并风干；

[0063] S400：对所述风干的脱硝催化剂模块进行焙烧。

[0064] 其中，步骤S200中，取蜂窝式SCR催化剂小块，即脱硝催化剂模块磨损强度测试块，浸渍在脱硝催化剂模块硬化液中，该脱硝催化剂模块磨损强度测试块的长宽在60～80mm，高在100mm±2mm，需保证脱硝催化剂模块沿轴向的端面30～50mm浸渍在脱硝催化剂模块硬化液中，浸渍20～45s。而步骤S300：取出脱硝催化剂模块后在风温为10～35℃条件下自然风干，风干时间为12～24h，使脱硝催化剂模块硬化液充分渗入脱硝催化剂模块端；另外，S400：再在300～400℃下焙烧4～8h以确保其中的活性组分与脱硝催化剂模块结合并发生硬化。

[0065] 应说明的是，主要利用本公司自制催化剂磨损测试仪测试脱硝催化剂模块的磨损强度。测试条件按照《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》中所注蜂窝式催化剂磨损强度3
测试条件孔道风速为14m/s，磨损剂浓度为52g/m ，测试时间为2小时。磨损强度的计算同样按照《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》中的如下公式进行计算：

[0066]

[0067] 式中：

[0068] ξh—蜂窝式催化剂的磨损强度，％kg。

[0069] W1—测试样品测试前质量，g

[0070] W2—测试样品测试后质量，g

[0071] W3—对比样品测试前质量，g

[0072] W4—对比样品测试后质量，g

[0073] W—磨损剂质量，kg

[0074] 并按照《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》中测试条件，采用本公司自制催化剂全尺寸检测装置测量催化剂的活性并与未添加活性成分的硬化组进行对比[0075] 测试的结果如下表：

[0076]

[0077]

[0078] 由上表可以看出，使用不同配比的脱硝催化剂模块硬化液硬化之后的催化剂相较于未硬化处理的催化剂，磨损强度均大幅度减小，耐磨程度均提高30％以上，其中实例10的配比耐磨程度提高最大。活性相较于未添加活性成分的硬化液也有相应的提高，其中实例13、5、7～9的配比活性提高在7.6％左右，实例2、4、6、10的配比活性提高在11.9％左右。

[0079] 上述仅为本发明的部分优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明技术方案的构思范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。