高性能锅炉脱硝催化剂制备方案.doc

海量资料 超值下载高性能锅炉脱硝催化剂制备方案项目背景：随着我国火电热力行业的迅速发展，其煤炭燃烧排放的锅炉废气中氮、硫氧化物造成的大气和酸雨污染日益加剧，给我们的生存环境带来了严重危害。尤其是近年来，大城市氮氧化物(NOx)污染严重，区域性NOx污染逐渐加剧，如2013年初我国中东部出现的大面积持续阴霾天气以及以北京为代表的多个城市的PM2.5爆表现象；同时，我国酸雨污染由以硫酸型为主向硫酸和硝酸复合型转变，其中硝酸型所占比例越来越大。从我国能源消费结构、减排标准、汽车拥堵情况等长期因素和钢厂排放等因素出发，不难找出这一变化产生的主要原因，我国在控制SO2排放的同时并未有效控制NOx的排放。有关专家预测，按照目前的排放情况，2015-2020年，火电NOx排放总量将会超过SO2，成为我国电力行业的第一大酸性气体污染物。因此，控制火电NOx排放对我国控制NOx排放总量不断增长的趋势至关重要。由环境保护部和国家质检总局共同发布的火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）要求在“十二五”期间，全部燃煤锅炉NOx排放限值定为100mg/m3，烟气脱硝技术是目前适合这一较高排放标准的NOx控制技术。其中，选择性催化还原脱硝 (SCR)是目前国际上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术，也是适合我国国情的火电烟气脱硝方案。催化剂是SCR体系的核心，其投资约占整个脱硝装置的30%。现阶段国内已建成的大型SCR脱硝工程基本是采用全套进口或引进技术及关键设备的方法，不但价格昂贵，而且对其检修维护也不方便。因此，开发具有我国自主知识产权、高效低成本的SCR脱硝催化技术是我国大面积实施烟气脱硝的关键问题，也将对我国环保事业做出积极贡献。SCR催化剂作为脱硝技术的核心，是目前研究的热点和重点，并主要集中在对其活性组分的组成上。由于粉末状的催化剂无法直接安装在烟道设备内，必须加工成一定的形状或负载在成型的载体上，但在SCR催化剂成型或载体制备技术上，鲜有相关报道。目前商业催化剂的主要成分均已公开，但我国仍不能独立自主的生产SCR催化剂，主要就是缺乏在保证催化剂活性的前提下能够达到工业应用尺寸的催化剂载体制备技术。行业现状：目前常规燃煤电站锅炉SCR系统采用的主要为金属氧化物催化剂，其中绝大多数是V2O5/TiO2基催化剂。根据其成型工艺，商业SCR催化剂主要有三种类型：蜂窝式、板式和波纹式。其中，蜂窝式SCR金属氧化物催化剂由于其活性高、N2选择性好、脱硝效率高和体积小等优点，成为我国目前应用最广泛、市场占有率最高的产品。国内有几个生产SCR催化剂的厂家，但是他们的技术主要通过国外引进。国内现阶段已建成的大型SCR脱硝工程其催化剂制备一般采用一体成型技术。以蜂窝式催化剂为例，其整体式工艺流程一般如下：计量混合挤出成型干燥煅烧切割裁剪模件组装其中，煅烧阶段温度对催化剂强度和水热稳定性有着重要影响。煅烧温度过高（800），催化剂中TiO2会发生晶型转变和烧结并聚，造成活性损失；同时催化剂比表面积降低，孔隙率下降，催化剂脱硝效率降低。因此，一般在较低温度下（600），而在此条件下，金属氧化物通常是热不稳定的，很容易产生烧结，发生结构坍塌，机械强度下降，使得活性位减少，使用寿命缩短。因此现有SCR工业催化剂存在转化效率仅60%、使用寿命仅2年、水热稳定性及机械强度差等缺点。此外，TiO2作为商业使用的SCR脱硝催化剂中活性组分的主要载体，含量占粉体质量百分比的80%左右，其性质对催化剂性能和成本有很大的影响。相关研究表明，纳米粒度的锐钛矿型TiO2具有巨大的比表面积、独特的电子作用和良好的晶型结构，会对催化剂脱硝性能产生正面促进作用。目前世界上主要的成品催化剂公司无能力生产SCR催化剂所需的TiO2，只能通过外购，而国外能够生产SCR催化剂所需的TiO2的厂商对其生产工艺和成分严格保密。为了实现脱硝催化剂的国产化，对SCR催化剂活性组分所需TiO2载体的研制也是必需的。针对目前整体式金属氧化物SCR脱硝催化剂在我国脱硝过程中存在的不足，我们提出一种基于沸石分子筛的高性能锅炉（SCR）脱硝催化剂制备技术，并将其应用于工业锅炉烟气脱硝、电站锅炉脱硝等锅炉SCR脱硝催化剂烟气治理制造技术领域。沸石分子筛具有丰富的孔隙结构和极高的比表面积，其热力学软化温度可达1000及以上，即使在很高的焙烧温度下其骨架结构也能稳定保持。因此沸石具有优良的吸附性、离子交换性和热稳定性，其热稳定性和憎水性随着结构中Si/Al比值的增加而增强。因此，本技术方案采用沸石粉作为原料，通过蜂窝陶瓷成型工艺制备高机械强度、高比表面的催化剂载体；降低粒度以制备高效纳米级TiO2基脱硝催化剂粉体，并采用钛转化及铜离子交换涂覆和热处理工艺，以期达到沸石蜂窝载体与催化剂粉体材料的最优协同，制得高性能锅炉（SCR）脱硝催化剂。技术方案：总体方案：采用高比表面积材料作为蜂窝陶瓷载体的生产原料，通过蜂窝陶瓷有机配方成型、烧制后得出高机械强度、高比表面催化剂载体，在烧制过程中由准确的温度曲线控制温度不破坏其粉料本身的比表面积，做到既有强度又有高吸水率，形成孔容中附带微孔容的高比表面积载体，催化剂制配采用钛转化及铜离子交换达到控制排放效果，将制配好的氧化型纳米催化剂浆液进行涂覆、干燥和焙烧制得高性能锅炉（SCR）脱硝催化剂，并检测其机械性能和脱硝性能。1. 预期产品标准1.1 载体标准：规格： 150 *150 *150 mm，25-100孔，200-400目；机械强度：莫氏6级；热稳定性：耐1100高温；水热稳定性：耐100高温水蒸气不溶化及不影响催化性能。1.2 催化剂粉体标准：粉体粒度：以实际进料或原料加工为准，纳米级。1.3 催化剂标准：脱硝率：95%，满足国家最新排放标准（100 mg/m3）；使用寿命：耐高温（500），40000小时。2. 生产方法2.1 沸石蜂窝陶瓷载体制备：使用高比表面积材料及有机配方加适量的水经过捏合、精练、挤压载体成型，通过微波干燥和10001100高温煅烧，在烧制过程中准确控制温度不破坏其粉料本身的比表面积，制成25100孔，200-400目，孔容中附带微孔容的高比表面积载体。2.2 高效脱硝纳米粉体催化剂制备：使用稀土及过渡金属氧化物为原料，经粉碎机进行初步粉碎，最后通过纳米研磨机进行深加工，制备得到纳米级的高效氧化型纳米稀土及过渡金属催化剂粉体材料。2.3 高性能锅炉（SCR）脱硝催化剂制备：将2.2中制备的氧化型纳米催化剂和超纯水按照一定比例一起于高速球磨机中磨浆适当时间，将混合好的催化剂浆液均匀涂覆于2.1中制成的高比表面积蜂窝陶瓷载体上，将涂覆后的蜂窝陶瓷载体在100-150下干燥，得到高性能锅炉（SCR）脱硝催化剂。2.4 载体及催化剂性能测试：对载体尺寸、机械性能及催化剂脱硝性能进行测试，以满足国家相关标准。3. 工艺流程本工艺流程包括三个方面，即高比表面积蜂窝陶瓷载体生产工艺、高效脱硝纳米催化剂粉体材料制备工艺和高性能锅炉（SCR）脱硝催化剂生产工艺流程。3.1 高比表面积蜂窝载体生产工艺：载体制备采用蜂窝陶瓷生产工艺流程，如图1所示：图1 高效锅炉（SCR）脱硝蜂窝陶瓷载体生产工艺流程3.2 高效脱硝纳米催化剂粉体材料制备工艺流程（如图2所示）：图2 高效纳米稀土及过渡金属催化剂粉体制备工艺流程3.3 高性能锅炉（SCR）脱硝催化剂生产工艺流程（如图3所示）：图3 高性能锅炉（SCR）脱硝催