一種蜂窩型薄壁船用SCR脫硝催化劑及其製備方法與流程
2023-04-24 05:53:56
本發明涉及船舶柴油機尾氣脫硝領域的SCR脫硝催化劑，具體涉及一種蜂窩型薄壁船用SCR脫硝催化劑及其製備方法。
背景技術：
選擇性催化還原法(SCR)一種高效、成熟的脫硝方法。常見的蜂窩型商用SCR脫硝催化劑為主要成分為V2O5- WO3/TiO2。根據不同成型技術和設備，可得到不同規格的商用催化劑。
隨著市場需求行業不斷拓展，對脫銷催化劑性能的要求逐漸提升，特別是單位體積內的脫銷效率。例如，隨著環保要求的提高，船舶行業開始採用SCR脫銷催化劑用於脫銷。由於大功率低速柴油機排氣量大、NOx濃度高，傳統SCR催化劑已無法滿足船舶柴油機煙氣脫硝要求，特別是對啟動及負荷變化情況下導致的煙氣溫度變化響應能力較差；此外，船舶布局十分緊湊，空間狹小，很難預留足夠的空間布置SCR系統。因此，存在脫銷效率低和改造空間不足等困難。
有文獻報導，對催化劑進行薄壁化改進不僅可增大催化劑的比表面積，還能使活性組分更均勻的分布在催化劑表面，讓催化反應物充分接觸，提高單位體積催化劑的脫硝效率。然而，目前國內船舶脫硝領域尚未涉及到薄壁化。
為解決單位體積催化劑效率偏低的問題，充分改善新脫硝市場存在的問題，有必要通過薄壁化等手段提高催化劑的脫硝性能，並將該技術推廣到商用催化劑生產應用中。
技術實現要素：
本發明針對商用催化劑應用到新脫硝市場存在的問題，在原蜂窩型SCR催化劑生產工藝基礎上提供了一種簡單易行的薄壁船用SCR催化劑生產工藝。具體而言，所述催化劑採用全新的分散劑、潤滑劑作為輔助原料，同時調整玻璃纖維的長度和添加量，最後以薄壁模具擠出成型。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種蜂窩型薄壁船用SCR脫硝催化劑，其製備方法為：
（1）按(5-50):(500-800)質量比向混煉機中加入活性組分前驅體、鈦白粉，再高速混合；
（2）按質量比(20-80):(2-8):(2-30):(2-50):(2-20): (10-225):(200-600)將短玻璃纖維、羥丙甲基纖維素、分散劑、潤滑劑、聚氧化乙烯、氨水、水加入到混煉機中後，高速混鍊形成泥料；
（3）泥料陳腐6-36h後過濾除雜，再陳腐6-24h後用薄壁模具擠出，經乾燥、煅燒、切割、包裝等工序得到催化劑模塊。
所述的短玻璃纖維作為強度增強材料，其長度為0~10mm，單絲直徑1-50μm；
優選地，所述短玻璃纖維長度為0~5mm；
優選地，所述短玻璃纖維單絲直徑為1-10μm。
採用短玻璃纖維，在過濾擠出時能夠順利通過緻密的過濾網而不被截留在過濾網上，同時更加均勻的分散在泥料中，提高催化劑的機械強度。
所述的分散劑為甲基戊醇、聚丙烯酸鈉中的一種或兩種；
優選地，所述聚丙烯酸鈉分子量為1000~10000。
分散劑的加入，大大提高了各生產原料的混合均勻性，特別是提高了玻璃纖維的分散性，間接提高了催化劑成品的抗壓強度。
所述的潤滑劑為1,2—丙二醇、季戊四醇、甲基丙二醇中的一種或多種。
加入潤滑劑，經混合形成的泥料在擠出成型時具有更好的塑性，有利於通過薄壁高孔模具擠出成型。
所述催化劑單邊孔數為30~60的蜂窩型SCR脫銷催化劑，催化劑內壁厚為0.2~0.7mm，催化劑比表面積大於600 m2/m3。
本發明所述的薄壁船用催化劑單位體積中具有更大的催化反應表面積，直接提升了催化效率。常規SCR脫硝催化劑表面，活性組分呈堆積狀態，不僅造成活性組分浪費，而且影響了催化劑微孔結構中的氣體吸附過程，降低了催化反應效率。因此，薄壁催化劑中活性組分可更均勻地分布在催化劑表面，間接提升催化效率。
總之，本發明提供的內壁為0.2~0.7mm的薄壁化船用催化劑單位體積下可實現更高的脫硝效率。
本發明的有益效果如下：
1. 節約成本：本發明所述催化劑內壁厚較薄，單位體積產品所需原材料更少，直接降低了催化劑生產成本；
2. 比表面積大、催化活性高：本發明所述催化劑比表面積大於600m2/m3，最高達到1200m2/m3，單位體積催化劑反應表面積是常規產品的2倍以上，脫硝效率有較大提升。
附圖說明
圖1為薄壁船用SCR脫硝催化劑脫硝效率曲線。
具體實施方式
以下通過具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發明的範圍僅限於以下的實例。在不脫離本發明上述方法思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發明的範圍內。
實施例1
本實施例公開了一種蜂窩型薄壁船用SCR脫硝催化劑，按以下步驟進行。將活性組分前驅體、鈦白粉按40：680質量比混合均勻，再將3mm、直徑10μm玻璃纖維、羥丙甲基纖維素、聚丙烯酸鈉、聚氧化乙烯、1,2—丙二醇、氨水、水等按質量比45：5：15：10：7：105：480在500rpm下混煉，最終形成含水量為30%，pH為9的泥料；泥料陳腐24後過濾，再陳腐12h後用40孔0.6mm壁厚模具擠出，經乾燥、煅燒、切割、包裝等工序得到40孔0.6mm壁厚船用SCR脫硝催化劑成品。成品比表面積為882 m2/m3。
實施例2
本實施例公開了一種蜂窩型薄壁船用SCR脫硝催化劑，按以下步驟進行。將活性組分前驅體、鈦白粉按50：660質量比混合均勻，再將2mm、直徑6μm玻璃纖維、羥丙甲基纖維素、聚丙烯酸鈉、聚氧化乙烯、1,2—丙二醇、氨水、水等按質量比55：4：12：8：10：100：500在500rpm下混煉，最終形成含水量為29%，pH為8.4的泥料；泥料陳腐24後過濾，再陳腐12h後用50孔0.5mm壁厚模具擠出，經乾燥、煅燒、切割、包裝等工序得到50孔0.5mm壁厚船用SCR脫硝催化劑成品。成品比表面積為1088 m2/m3。
對實施例中的兩種催化劑成品進行臺架脫硝性能檢測，檢測條件為：NO=NH3=1500ppm, O2=5.5%, SO2=250ppm, H2O=5%, GHSV=7000h-1，結果如附圖1所示。