一种拓宽scr催化剂反应温度窗口的催化剂及改性方法
阅读说明：本技术 一种拓宽scr催化剂反应温度窗口的催化剂及改性方法 (Catalyst for widening reaction temperature window of SCR (Selective catalytic reduction) catalyst and modification method ) 是由 徐晓涛 潘栋 刘国友 高太振 王长海 朱磊 唱文学 王芳 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种拓宽SCR催化剂反应温度窗口的催化剂及改性方法,所述方法包括以下步骤,步骤a,将SCR催化剂单体放在体积浓度1-2mol/L的NH-(4)VO-(3)溶液中进行浸渍；步骤b,将浸渍后的SCR催化剂单体在室温下自然风干；步骤c,将风干后的SCR催化剂单体进行煅烧,制得改性催化剂。本发明通过将SCR催化剂单体采用在NH-(4)VO-(3)溶液中进行浸渍、在室温下自然风干、在一定条件下进行煅烧的方式制备得到改性催化剂,有效提高了SCR催化剂单体在低温区域脱硝的活性和效率,并且在高温区域不失活,具有超宽温窗,对温度的适应性更好；同时本发明方法简单,容易操作,环保经济,具有较高的工业化应用水平。(The invention provides a catalyst for widening the reaction temperature window of an SCR (selective catalytic reduction) catalyst and a modification method thereof, wherein the method comprises the following step of (a) putting an SCR catalyst monomer in NH with the volume concentration of 1-2mol/L 4 VO 3 Dipping in the solution; step b, naturally drying the impregnated SCR catalyst monomer at room temperature; and c, calcining the air-dried SCR catalyst monomer to prepare the modified catalyst. The invention adopts SCR catalyst monomerAt NH 4 VO 3 The modified catalyst is prepared by soaking in the solution, naturally drying at room temperature and calcining under certain conditions, so that the activity and efficiency of the SCR catalyst monomer in denitration in a low-temperature area are effectively improved, the SCR catalyst monomer is not inactivated in a high-temperature area, and the SCR catalyst has an ultra-wide temperature window and is better in temperature adaptability; meanwhile, the method is simple, easy to operate, environment-friendly and economical, and has a high industrial application level.)
技术领域
本发明涉及火电行业SCR脱硝催化剂改性技术领域，具体为一种拓宽SCR催化剂反应温度窗口的催化剂及改性方法。
背景技术
我国燃煤电厂脱硝工艺以选择性催化还原(SCR)为主流技术，催化剂是SCR脱硝系统的核心部件，其性能对脱硝效果有直接影响，而烟气温度对反应速度和催化剂的反应活性及寿命有决定作用，是影响SCR脱硝效率的重要因素之一。目前国内煤燃电厂常用的SCR催化剂的脱硝催化剂反应温度一般为300～420℃，针对不同的项目，催化剂的设计反应温度不同，在设计温度下运行，催化剂活性最佳，脱硝效率最优。SCR反应效率随着温度的升高而提高，相应的氨逃逸率则逐渐降低，当烟气温度低于催化剂的适用温度范围下限时，在催化剂上会发生副反应，降低脱硝效率，副反应产物附着在催化剂表面，堵塞催化剂通道微孔进一步造成催化剂磨损；当烟气温度高于催化剂的适应温度时，会导致催化剂通道微孔变形，从而减少催化剂活性缩短寿命。目前应用最广的商业SCR催化剂为金属氧化物催化剂，其主要成分为V2O5-WO3/TiO2，现有采用的拓宽其反应温度窗口的方法一般为改变催化剂活性组分，常见的有添加低温下活性较好的金属氧化物，这种改性方法下的催化剂的制作工艺过程有很大变化，较为复杂，而且效率不高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种拓宽SCR催化剂反应温度窗口的催化剂及改性方法，设计合理，操作简单，能有效拓宽SCR催化剂反应温度窗口。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种拓宽SCR催化剂反应温度窗口的催化剂改性方法，包括以下步骤，
步骤a，将SCR催化剂单体放在体积浓度1-2mol/L的NH4VO3溶液中进行浸渍；
步骤b，将浸渍后的SCR催化剂单体在室温下自然风干；
步骤c，将风干后的SCR催化剂单体进行煅烧，制得改性催化剂。
可选的，步骤c中，所述煅烧过程为，
Ⅰ)，从室温升温至110～130℃，升温速率小于3℃/min，在110～130℃下保温至少24h；
Ⅱ)，从110～130℃升温至550～600℃，升温速率小于3℃/min，在550～600℃下煅烧至少96h；
Ⅲ)，将煅烧后的SCR催化剂单体自然冷却至室温。
可选的，步骤c中，所述煅烧过程为，
Ⅰ)，从室温升温至110℃，升温速率小于3℃/min，在110℃下保温24h；
Ⅱ)，从110℃升温至550℃，升温速率小于3℃/min，在550℃下煅烧96h；
Ⅲ)，将煅烧后的SCR催化剂单体自然冷却至室温。
可选的，步骤a中，所述1-2mol/L的NH4VO3溶液的制备步骤为，
将NH4VO3加入到除盐水中，充分搅拌后在恒温下，搅拌下添加乙醇胺溶液至体积浓度达到1-2mol/L。
可选的，所述恒温的温度为70～90℃。
可选的，所述乙醇胺溶液的加入总量为200～300ml，每次向烧杯中加入30～50ml乙醇胺溶液，直至NH4VO3完全溶解后体积浓度达到1-2mol/L。
可选的，步骤a中，SCR催化剂单体在1-2mol/L的NH4VO3溶液中的浸渍时间为3h。
一种拓宽SCR催化剂反应温度窗口的催化剂，由上述任意一项所述的方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过将SCR催化剂单体采用在NH4VO3溶液中进行浸渍、在室温下自然风干、在一定条件下进行煅烧的方式制备得到改性催化剂，有效提高了SCR催化剂单体在低温区域脱硝的活性和效率，并且在高温区域不失活，具有超宽温窗，对温度的适应性更好；同时本发明方法简单，容易操作，环保经济，具有较高的工业化应用水平。
进一步，本发明采用将浸渍和风干后的SCR催化剂单体进行长时间的煅烧过程，且煅烧时的温度较常规方法略高，可保证SCR催化剂单体浸渍后表面的负载物充分分解成有效活性成分，从而确保其在低温区域脱硝的活性和效率。
进一步，本发明通过在恒温加热状态下往NH4VO3溶液中加入乙醇胺溶液制备得到浸渍液，能使NH4VO3充分溶解，防止NH4VO3低温析出，保证浸渍液浓度精准可控。
进一步，本发明在制备浸渍液时采用70～～90℃的恒温环境，能有效保证溶解效果，避免温度过低发生NH4VO3低温析出现象的发生。
进一步，本发明通过将乙醇胺溶液分次加入的方式，能有效保证NH4VO3进行充分的溶解，从而提高浸渍效果。
附图说明
图1为本发明实施例1中所述模拟脱硝实验装置的结构示意图。
图中：1.氧气供给管路，2.二氧化硫供给管路，3.一氧化氮供给管路，4.氮气供给管路，5.氨气供给管路，6.混合罐，7.一级预热器，8.二级预热器，9.反应器，10.进口采样管路，11.出口采样管路，12.排空管路，13.球阀，14.转子流量计，15.质量流量计。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
本发明一种拓宽SCR催化剂反应温度窗口的催化剂改性方法，在本实施例中以一块运行了24000h蜂窝SCR催化剂单体为材料进行说明，该催化剂单体截距6.88mm，孔径6.22mm；
首先，从上述催化剂单体中截取两块6×6孔的小型催化样品A和B，作为实验用SCR催化剂单体；同时，称取351g(3mol)NH4VO3于烧杯中，加适量除盐水并充分搅拌，然后将烧杯置于恒温水浴锅中，待水温升至80℃时，向烧杯中边加乙醇胺溶液边搅拌，每次加50ml至NH4VO3完全溶解(共加乙醇胺250ml)，最后将溶液定容至3L，制得的体积浓度1-2mol/L的NH4VO3溶液作为浸渍液；
其次，将样品B放入上述溶液中浸渍约3h后取出，在室温下自然风干，然后放入电阻炉中煅烧，具体煅烧过程如下：
Ⅰ、从室温缓慢升温至110℃，升温速率小于3℃/min；
Ⅱ、在110℃下保温24h；
Ⅲ、从110℃升温至550℃，升温速率小于3℃/min；
Ⅳ、在550℃下煅烧96h；
Ⅴ、自然冷却至室温。
最终，煅烧完成后制得了改性催化剂样品B。
本实施例中，采用模拟脱硝实验装置对样品A和改性催化剂样品B进行模拟脱硝实验，实验烟气由N2、O2、NO、SO2和NH3混合配制而成，其中模拟烟气中O2浓度3.6％，NO浓度360ppm，SO2浓度360～390ppm，NH3/NO摩尔比为1，反应温度300～400℃；
如图1所示，模拟脱硝实验装置中的各气体均为标准钢瓶气，O2通过氧气供给管路1、SO2通过二氧化硫供给管路2、NO通过一氧化氮供给管路3、N2通过氮气供给管路4、NH3通过氨气供给管路5送入装置中，每个管路上均设置有球阀13，N2、O2的流量由转子流量计14控制，NO、SO2和NH3的流量由质量流量计15控制；一级预热器7和二级预热器8均采用电加热，且自带温控仪；反应器9为不锈钢圆筒形结构，直径60mm、长500mm；反应器9为电加热方式，温度由温控表控制，其进口设置有进口采样管路10，出口设置有出口采样管路11和排空管路12；进口采样管路10和出口采样管路11上均设置有球阀13。
模拟实验开始时，分别将样品A和改性催化剂样品B放入反应器9内进行模拟实验，NH3和N2混合形成NH3/N2直接进入反应器9，NO和N2先混合形成NO/N2，再与O2和SO2混合后经过一级预热器7和二级预热器8预热到一定的温度再进入反应器9；利用testo350XL烟气分析仪分别在进口采样管路10和出口采样管路11处在线测量烟气中NO和O2浓度；
根据模拟实验测量结果可知，在300℃以下，样品A的脱硝效率为46.7％，改性催化剂样品B的脱硝效率为68.5％，样品A的脱硝效率明显低于改性催化剂样品B；而且随着温度的升高，两个样品的脱硝效率逐渐增大，样品A在380℃时脱硝效率达到最大值72.5％，改性催化剂样品B在360℃时脱硝效率达到最大值74.2％。测试结果说明改性催化剂样品B在低温段的脱硝性能要强于样品A，在整个测试温度范围内改性催化剂样品B脱硝效率变化幅度小，最低脱硝效率为68.5％，最高脱硝效率为74.2％，改性催化剂样品B对温度的适应性更好，表明本发明所述的催化剂改性方法有助于拓宽催化剂脱硝活性温度区间。
本发明还提供一种拓宽SCR催化剂反应温度窗口的催化剂，采用上述任意一项所述的方法制备得到。
实施例2
本实施例中，体积浓度1-2mol/L的NH4VO3溶液的制备是在70℃恒温环境下进行，乙醇胺溶液的总加入量为300ml；煅烧过程中的温度分别为130℃和600℃；
具体的过程如下所述，
首先，将NH4VO3加入到除盐水中，充分搅拌后在70℃恒温搅拌下，每次加入30ml乙醇胺溶液，直至NH4VO3完全溶解后体积浓度达到1-2mol/L后作为浸渍液备用；将SCR催化剂单体放在该浸渍液中进行浸渍；
其次，将浸渍后的SCR催化剂单体在室温下自然风干；
最后，将风干后的SCR催化剂单体进行煅烧，所述煅烧过程为，
Ⅰ)，从室温升温至130℃，升温速率小于3℃/min，在130℃下保温至少24h；
Ⅱ)，从130℃升温至600℃，升温速率小于3℃/min，在600℃下煅烧至少96h；
Ⅲ)，将煅烧后的SCR催化剂单体自然冷却至室温。
煅烧完成后制得改性SCR催化剂。
实施例3
本实施例中，体积浓度1-2mol/L的NH4VO3溶液的制备是在90℃恒温环境下进行，乙醇胺溶液总加入量为200ml；煅烧过程中的温度分别为120℃和570℃；
具体的过程如下所述，
首先，将NH4VO3加入到除盐水中，充分搅拌后在90℃恒温搅拌下，每次加入40ml，乙醇胺溶液，直至NH4VO3完全溶解后体积浓度达到1-2mol/L后作为浸渍液备用；将SCR催化剂单体放在该浸渍液中进行浸渍；
其次，将浸渍后的SCR催化剂单体在室温下自然风干；
最后，将风干后的SCR催化剂单体进行煅烧，所述煅烧过程为，
Ⅰ)，从室温升温至120℃，升温速率小于3℃/min，在120℃下保温至少24h；
Ⅱ)，从120℃升温至570℃，升温速率小于3℃/min，在570℃下煅烧至少96h；
Ⅲ)，将煅烧后的SCR催化剂单体自然冷却至室温。
煅烧完成后制得改性SCR催化剂。