【《催化剂成型技术概述》4000字】

催化剂成型技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u25627催化剂成型技术概述 1150681整体式SCR催化剂类型与特点 140602蜂窝状SCR脱硝催化剂制备方法 221385参考文献 5实验室阶段的低温SCR催化剂大多数是以粉末或颗粒形式存在REF_Ref72864534\r\h\#[0"[61-REF_Ref72864536\r\h\#0]"63]。然而，粉末或颗粒催化剂应用到实际工业中会导致催化剂床层压降大，特别在体积流量大的烧结烟气中，很容易造成堵塞，因此使用SCR方法去除烧结烟气中的NOX需要稳定和结构化的催化剂载体。在实际工业应用中SCR催化剂一般都采用整体式催化剂。1整体式SCR催化剂类型与特点与粉末催化剂相比，整体式催化剂有一定的优势，如：压降小、孔隙率大、易拆装、寿命长以及良好的防尘效果REF_Ref72864564\r\h[62]。目前，商用整体式催化剂类型主要有蜂窝式、直板式以及波纹式催化剂如图1.7所示。图1.7整体式催化剂类型Fig.1.7Typesofmonolithiccatalyst(a)-蜂窝式；(b)-直板式；(c)-波纹式高温商业蜂窝状SCR催化剂以TiO2载体和V、W活性组分共同混合挤压成型，在经过干燥、煅烧一系列工艺制备而成；直板式SCR催化剂是将活性成分涂覆到金属板上，通过干燥煅烧制成；波纹式SCR催化剂基底采用陶瓷或玻璃纤维，涂覆活性成分，干燥煅烧制成。三种商用催化剂的特点见表1.1。表1.1三种商用SCR催化剂比较Table1.1ComparisonofthreecommercialSCRcatalysts催化剂类型构造特点应用情况蜂窝催化剂共混挤压成型脱硝效率高，体积小，耐磨性好，较高的机械强度，但催化剂用量多，成本高。适合于各种烟气状况，且占据市场75%份额直板式催化剂以金属为载体，表面涂覆活性组分机械强度高，不容易堵塞，活性组分用量少，但体积大，且容易磨损适用于燃煤高灰尘烟气脱硝波纹式催化剂以陶瓷或玻璃纤维做载体，表面涂覆活性组分重量轻，催化剂用量少，自动化程度高，但耐磨性差，寿命短适用于灰尘较低的燃油燃气脱硝2蜂窝状SCR脱硝催化剂制备方法与平板式、波纹式催化剂相比，蜂窝式催化剂具有表面积大、体积小、寿命长的特点，广泛应用于燃煤电厂烟气脱硝，技术相对成熟且脱硝活性高。因此，本文采用蜂窝状催化剂脱除烧结烟气中的NOX。目前，蜂窝式催化剂的制备方法主要有共混挤压成型法和涂覆法。2.1共混挤压成型法共混挤压成型法是将粉末催化剂和润滑剂（甘油、石墨等）、造孔剂（活性炭、淀粉等）、增强剂（玻璃纤维、莫来石纤维等）、黏结剂（硅溶胶、田菁粉、水玻璃、甲基纤维素、聚丙烯酰胺等）按照一定比例均匀混合后，然后经过陈腐、练泥、挤出成型、干燥、煅烧等过程，最后制备成具有一定机械强度的成型催化剂。在制备过程中各种添加剂的种类以及添加量是共混挤压成型法成功的关键。杨REF_Ref72864583\r\h[64]等人研究了润滑剂、水粉比、黏结剂以及造孔剂对催化剂成型效果的影响，结果表明，甘油添加量为6%时，催化剂可以顺滑挤出，且催化剂表面光滑，裂缝也最少；水粉比为14%时，催化剂无裂痕产生且具有较好的机械强度；黏结剂为硅溶胶且添加量为46%时，催化剂的机械强度可以大幅提高，达到1513kPa，同时低温脱硝活性也较好；淀粉作为造孔剂且添加量为6%时，此时催化剂的比表面积最大，脱硝效率高，但造孔剂的加入对机械强度几乎没有影响。赵REF_Ref72864597\r\h[65]等人研究了黏结剂种类和颗粒催化剂添加量对催化剂成型效果和脱硝活性的影响，结果表明，当黏结剂为水玻璃时，成型催化剂几乎没有脱硝活性，当聚丙烯酰胺作为黏结剂时，脱硝活性有一定的提高，但机械强度较低，因此，添加了拟水薄铝石作为增强剂，加入之后，机械强度有很大改善，同时催化剂脱硝活性也没有受到影响，当颗粒催化剂的添加量为40mL时，催化剂的NOX转化率可以达到80%。施REF_Ref72864612\r\h[66]等人研究了黏结剂种类以及添加量对成型催化剂脱硝活性的影响，结果表明，在聚丙烯酰胺、田菁粉、甲基纤维素、瓜尔胶、CMC五种黏结剂中，田菁粉作为黏结剂时，催化剂的脱硝活性最高，但其添加量对催化剂的脱硝活性影响较小，当田菁粉添加量为15%时，田菁粉在煅烧过程中可以完全分解并放出气体，同时也起到了造孔剂的作用。黄REF_Ref72864630\r\h[67]等人采用共混挤压成型法制备了Ho改性Fe-Mn/TiO2蜂窝催化剂，探究了各类添加剂及添加量对成型催化剂脱硝活性的影响，提出了一套比较理想的成型配方：水粉比为40%，10%的玻璃纤维，5%的甲基纤维素，10%的甘油，2%的活性炭。该蜂窝催化剂在120℃时，NOX转化率可达到90%，此外，还具有一定的抗水抗硫性。吴REF_Ref72864643\r\h[68]等人探究了中各类添加剂的选择对Mn-Ce/TiO2蜂窝催化剂成型工艺的影响，指出8%的水，3%的黏结剂甲基纤维素，12%的甘油与色拉油，15%的杆状玻璃纤维是一种比较理想的配方。此外，煅烧温度对蜂窝催化剂的制备也有较大的影响。王REF_Ref72864657\r\h[69]等人研究了煅烧温度对蜂窝催化剂的机械强度、比表面积以及脱硝活性的影响，结果表明，煅烧温度对蜂窝催化剂的机械强度影响不大，煅烧温度在525℃时，此时蜂窝催化剂具有最大的比表面积，达79m2/g，同时蜂窝催化剂具有最高的NOX转化率，最高可达94.8%。徐REF_Ref72864672\r\h[70]等人考察了煅烧温度对低温蜂窝催化剂NOX转化率的影响，研究表明，煅烧温度在500℃时，蜂窝催化剂具有最大的比表面积和最高的NOX转化率，同时机械强度并没有下降很多。共混挤出成型法制备的蜂窝催化剂具有活性组分分布均匀、脱硝活性高的特点，但粉末催化剂的用量大，导致脱硝成本增加。2.2涂覆法涂覆法是将粉末催化剂的分担载体先涂覆在堇青石上，再负载活性组分，或者直接将合成的粉末催化剂一步涂覆到蜂窝堇青石上，经过干燥、煅烧后即可得到蜂窝状催化剂。相比于共混挤压成型法，涂覆法制备的蜂窝催化剂很好的解决了催化剂机械强度差、难回收、易粉化的缺点，还大大减少了粉末催化剂的使用量，降低了催化剂的成本，已成为目前的研究热点。SuREF_Ref72864685\r\h[71]等人研究了三种铝溶胶对Cu/Al2O3/CC蜂窝催化剂涂覆效果和脱硝活性的影响，发现溶胶的黏度和平均粒径对Al2O3涂层负载率和稳定性有显著的影响，其中，由AlCl3和Al合成的溶胶在Al2O3涂层稳定性以及选择性催化还原活性等方面是这三种溶胶中最好的。这主要归因于这种溶胶黏度非常低，能够填充堇青石的部分孔，从而形成相对较薄但坚固的Al2O3涂层。KongREF_Ref72864699\r\h[72]等人探究了Al2O3黏结剂对Cu-SAPO-34整体式催化剂附着力和内聚力的影响，发现添加α-Al2O3黏结剂不仅可以提高负载率，还可以增强涂层与堇青石的结合力，同时黏结剂的加入并没有改变原有Cu-SAPO-34粉末催化剂的孔结构和催化活性，并通过制备条件的优化，获得了高性能的蜂窝催化剂，NOX转化率最高可达97.4%。LiREF_Ref72864712\r\h[73]等人研究了不同涂覆方法（浸渍法IMP、沉淀沉积法DP、改性沉淀沉积法MDP）对Mn-Ce/Al2O3/CC蜂窝催化剂SCR脱硝活性的影响，三种制备方法负载方式如图1.8所示，发现采用MDP法制备的蜂窝催化剂具有最高的脱硝活性，在220℃时，NOX转化率达到90.08%，这主要是由于MDP法在制备过程中形成了小Mn-Al团簇和大Mn-Al-Ce团簇，促进了涂层与活性组分之间的相互关系，增强了各氧化物之间的相互作用，从而表现出较好的脱硝活性。图1.8催化剂负载方式示意图Fig.1.8SchematicdiagramofloadingwaysofcatalystsMytarevaREF_Ref72864728\r\h[74]等人采用涂覆法和浸渍法制备了双区域FeBeta‖Mn-Ce/FeBeta蜂窝催化剂（上半部分为FeBeta催化剂，下半部分为Mn-Ce/FeBeta催化剂），这种双区域蜂窝催化剂在空速为18000h-1时，NOX转化率为80-90%，同时具有100%的N2选择性。此外，即使NH3/NO=1.6时，双区域蜂窝催化剂也不会造成NH3逃逸。涂覆型蜂窝催化剂在烟气长时间的冲刷下会造成涂层的脱落，影响涂覆型蜂窝催化剂的寿命，因此，牢固性也是涂覆型催化剂的一个重要评价指标。王REF_Ref72864742\r\h[75]等人以铝溶胶作为黏结剂，采用浆液涂覆法对载体堇青石涂覆，制备了TiO2涂层，单次涂覆率为8.58%，脱落率为12.84%。FronteraREF_Ref72864755\r\h[76]等人将沸石分子筛涂覆在堇青石表面，涂覆率为70%，但脱落率达到13%。GanREF_Ref72864767\r\h[77]等人研究了涂覆型催化剂涂层的耐磨强度，结果表明，在流速为10m/s、含沙量为300g/m3的气流下，经过4小时的冲刷，涂层厚度为260μm的涂覆型蜂窝催化剂仍能保留起始脱硝效率的92%，通过等效耐磨公式评估，该涂覆型蜂窝催化剂在1g/m3的飞灰下磨损一年，其脱硝活性最多会下降8%，表现出很强的耐磨性。综上所述，采用涂覆法将粉末催化剂负载到堇青石表面的涂覆工艺，具有工艺流程简单、粉末催化剂用量少、机械强度大等特点，因此，本文采用此方法。参考文献杨加强,梅毅,王驰,等.湿法烟气脱硝技术现状及发展[J].化工进展,2017,36(2):695-704.苏涛.大气中氮氧化物的形成及防治[J].科学咨询(决策管理),2009(06):43-44.LarssenT,LydersenE,TangD,etal.AcidraininChina[J].EnvironmentalScience&Technology,2006,40(2):418-425.中华人民共和国统计局.中国统计年鉴-2020[M].北京:中国统计出版社,2020.中华人民共和国生态环境部.环境统计年报(2011-2015)[R].2013-2017.HanZC,YuQB,XieHQ,etal.Fabricationofmanganese-basedZr-Fepolymericpillaredinterlayeredmontmorilloniteforlow-temperatureselectivecatalyticreductionofNOXbyNH3inthemetallurgicalsinteringfluegas[J].EnvironmentalScienceandPollutionResearch,2018,25(32):32122-32129.巩磊,邓平,周雄豪.烧结烟气脱硝工艺和适用性分析[C].2018年烧结烟气脱硝及综合治理技术研讨会论文集.唐山:河北省金属学会,2018:91-94.黄燕婷.第十五届科博会中国能源战略高层论坛召开[J].高科技与产业化,2012(07):111-111.韩星北,彭晓兰.执行烧结行业污染物排放新标准的解决方案探讨[J].冶金管理,2014(6):13-17.中华人民共和国生态环境保护部.《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准GB28662-2012》修改单[S].2017:7-18.中华人民共和国生态环境部,发展改革委,工业和信息化部,财政部,交通运输部.关于推进实施钢铁行业超低排放的意见[EB/OL].2019.周立荣,高春波,杨石玻.钢铁厂烧结烟气SCR脱硝技术应用探讨[J].中国环保产业,2014,15(6):33-36.陈丽丽,刘守军,杨颂,等.炭基燃料燃烧利用过程中NOX释放控制技术进展[J].应用化工,2018,47(10):2279-2286.邹威,赵树果,张亚伦,等.我国洗选煤现状及节能对策[J].现代矿业,2016,32(8):91-93.HillSC,SmootDL.Modelingofnitrogenoxidesformationanddestructionincombustionsystems[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