專利名稱：一種用于研究燃煤煙氣脫硝的顆粒狀催化劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化學脫硝反應催化劑領域，特別涉及一種用于研究蜂窩狀堇青石基 Cu0/ y _A1203催化劑的脫硝本征動力學方程的催化劑及其制備方法。
背景技術：
選擇性催化還原NO(SCR)方法是目前最有效的脫硝方法，它的核心技術就是催化 劑的選擇。0!0/^1203在不同的溫度范圍內(nèi)都體現(xiàn)出較高的脫硫能力和脫硝活性，但由于其 顆粒狀結構，帶來流體阻力大、易被煙氣粉塵堵塞等問題，使得工業(yè)化應用比較困難。蜂窩 狀催化劑不僅能夠克服上述問題，而且易裝卸，已被廣泛用于汽車尾氣處理，煙道氣中氮氧 化物的脫除，內(nèi)燃機等的催化助燃及其它化學反應工程。蜂窩狀堇青石因其良好的機械性 能和熱穩(wěn)定性而廣泛用作催化劑第一載體，Al^膜為第二載體以增加比表面積?！度剂匣?學學報》2004年第32巻，第3期，報道了一篇關于蜂窩狀堇青石基CuO/Al203催化劑用于煙 氣同時脫硫脫硝的研究，以硝酸鋁為原料制得鋁溶膠前軀體，采用過量浸漬法制得鋁涂層； 以硝酸銅為浸漬液，采用過量浸漬法制得活性組分氧化銅，并對其活性進行了研究。
Sirdeshpande等人已經(jīng)對顆粒狀催化劑Cu0/ y _A1203的動力學做了研究，得到了 動力學方程式，并對參數(shù)進行估計(Kinetics of the Selective CatalyticReduction of NO with NH3 over Cu0/y _A1203)。而關于這種結構化催化劑蜂窩狀堇青石基Cu0/y _A1203 在煙氣脫硝方面的本征動力學卻沒有任何報道。原因之一由于催化劑的第一載體蜂窩狀堇 青石這一結構的存在本身就與顆粒狀的催化劑CuO/ y -A1203有很大的區(qū)別，給其脫硝本征 動力學的研究帶來了一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種催化劑及其制備方法，該催化劑可以用來研究蜂窩狀 堇青石基CuO/ y _A1203催化劑的脫硝本征動力學方程。 本發(fā)明的催化劑是由研碎的蜂窩狀堇青石、y _A1203和CuO組成的混合物，其中 y_A1203的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì)量的4. 5%，CuO的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì) 量的1% -3%， 20 100目，反應溫度為320°C -420。C，質(zhì)量空速為0. 018m3h—Y、
制備本發(fā)明的催化劑步驟如下 (1)將蜂窩狀堇青石研碎后用20-100目標準篩篩選，先用無水乙醇在室溫下超聲 清洗5-10min，再用去離子水洗3-5次，并在100-12(TC干燥箱里干燥2_3h ;
(2)常溫下往特種擬薄水鋁石(SB)粉中滴加0. 5%硝酸直至HI值為3. 5，充分攪 拌3-5h，即得到鋁溶膠前驅體，將該鋁溶膠前驅體通過等體積浸漬法擔載到步驟(1)得到 的顆粒物上，然后用6(TC的水浴鍋炒干，6(TC的干燥箱干燥24h，最后用50(TC馬弗爐煅燒 2-3h，通過控制擔載的次數(shù)使y_A1203的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì)量的4. 5% ;
(3)將質(zhì)量百分比為2. 5% -7. 5%的硝酸銅溶液通過等體積浸漬法擔載到步驟 (2)得到的顆粒物上，然后用6(TC的水浴鍋炒干，6(TC干燥箱干燥9 12h， ll(TC干燥箱干
3燥6 9h， 50(TC馬弗爐煅燒2 3h，通過控制擔載的次數(shù)使CuO的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì)量的1% _3%。 (4)再次用20-100目標準篩篩選步驟(3)得到的顆粒物即得到權利要求1所述的顆粒狀堇青石基Cu0/ y -A1203催化劑。 通過上述步驟制備的顆粒狀堇青石基Cu0/ y -A1203催化劑具可以用于研究蜂窩狀堇青石基Cu0/ y -A1203催化劑脫硝的本征動力學方程，模擬燃煤煙氣的組分，在消除內(nèi)外擴散影響的條件下，通過線性回歸的方法得到這種顆粒狀催化劑脫硝的一級反應模型，然后用FLUENT軟件去模擬蜂窩狀催化劑脫硝率。
具體實施例方式實施例1 取蜂窩狀催化劑，滿足^^1203涂層含量4.5%， CuO含量為lwt^，模擬燃煤煙氣的組分，其中NO的體積濃度是500卯m， NH3的體積濃度為500卯m， 02的體積濃度為5%，H20的體積濃度為5%，其余為N2。氣體的質(zhì)量空速為0. 018m3h—、保溫爐的溫度控制在40(TC，煙氣分析儀在線測得NO的轉化率為21. 37%。 用研缽把蜂窩狀堇青石研碎到一定粒度后，用標準篩篩選出80 100目的顆粒，用無水乙醇在室溫下超聲清洗10min后，取出，用去離子水洗3次。上述清洗后的顆粒狀堇青石在ll(TC干燥箱里干燥2h后取出。選用特種的擬薄水鋁石(SB)粉為原料和0. 5%HN03為解膠劑，常溫下往SB粉中滴加稀硝酸，直至ra值為3. 5，充分攪拌3h后即得鋁溶膠。上述顆粒狀催化劑采用等體積浸漬法涂上鋁溶膠后，在6(TC的水浴鍋上炒干，然后在6(TC的干燥箱里干燥24h，在50(TC馬弗爐煅燒2h，即得^41203涂層，得到y(tǒng)-A1203含量為4. 5%。以質(zhì)量分數(shù)為2. 5%的硝酸銅溶液為浸漬液，采用等體積浸漬法得到硝酸銅涂層后，在60°C的水浴鍋上炒干，然后在60°C干燥12h， 1 l(TC干燥6h， 500°C煅燒2h，即得活性組分CuO，其中CuO含量為lwt%。在消除內(nèi)外擴散影響的條件下，通過線性回歸的方法得到這種顆粒狀催化劑脫硝的一級反應模型，然后用FLUENT軟件去模擬蜂窩狀催化劑得到在40(TC，氨氮比為1時脫硝率為22. 16%，與實際值的相對誤差為-3. 7%。
實施例2 取蜂窩狀催化劑，滿足y _A1203涂層含量4. 5X，CuO含量為1. 5wt^，模擬燃煤煙氣的組分，其中NO的體積濃度是500卯m， NH3的體積濃度為500卯m， 02的體積濃度為5%，H20的體積濃度為5%，其余為N2。氣體的質(zhì)量空速為0. 018m3h—、保溫爐的溫度控制在420°C ，煙氣分析儀在線測得NO的轉化率為57. 68% 。 用研缽把蜂窩狀堇青石研碎到一定粒度后，用標準篩篩選出80 100目的顆粒，用無水乙醇在室溫下超聲清洗10min后，取出，用去離子水洗3次。上述清洗后的顆粒狀堇青石在ll(TC干燥箱里干燥2h后取出。選用特種的擬薄水鋁石(SB)粉為原料和0. 5%HN03為解膠劑，常溫下往SB粉中滴加稀硝酸，直至ra值為3. 5，充分攪拌3h后即得鋁溶膠。上述顆粒狀催化劑采用等體積浸漬法涂上鋁溶膠后，在6(TC的水浴鍋上炒干，然后在6(TC的干燥箱里干燥24h，在50(TC馬弗爐煅燒2h，即得^41203涂層，得到y(tǒng)-A1203含量為4. 5%。以質(zhì)量分數(shù)為3. 8%的硝酸銅溶液為浸漬液，采用等體積浸漬法得到硝酸銅涂層后，在60°C的水浴鍋上炒干，然后在60°C干燥12h， 1 l(TC干燥6h， 500°C煅燒2h，即得活性組分CuO，其中CuO含量為1.5wt%。在消除內(nèi)外擴散影響的條件下，通過線性回歸的方法得到這種顆粒狀催化劑脫硝的一級反應模型，然后用FLUENT軟件去模擬蜂窩狀催化劑得到在42(TC，氨氮比為1時脫硝率為59. 02%，與實際值的相對誤差為-2.3%。
實施例3 取蜂窩狀催化劑，滿足^^1203涂層含量4.5%， Cu0含量為3wt^，模擬燃煤煙氣的組分，其中NO的體積濃度是500卯m， NH3的體積濃度為500卯m， 02的體積濃度為5%，H20的體積濃度為5%，其余為N2。氣體的質(zhì)量空速為0. 018m3h—、保溫爐的溫度控制在40(TC，煙氣分析儀在線測得NO的轉化率為32. 57%。 用研缽把蜂窩狀堇青石研碎到一定粒度后，用標準篩篩選出80 100目的顆粒，用無水乙醇在室溫下超聲清洗10min后，取出，用去離子水洗3次。上述清洗后的顆粒狀堇青石在ll(TC干燥箱里干燥2h后取出。選用特種的擬薄水鋁石(SB)粉為原料和0.5%HN03為解膠劑，常溫下往SB粉中滴加稀硝酸，直至ra值為3. 5，充分攪拌3h后即得鋁溶膠。上述顆粒狀催化劑采用等體積浸漬法涂上鋁溶膠后，在6(TC的水浴鍋上炒干，然后在6(TC的干燥箱里干燥24h，在50(TC馬弗爐煅燒2h，即得^41203涂層，得到y(tǒng)-A1203含量為4. 5%。以質(zhì)量分數(shù)為7. 5%的硝酸銅溶液為浸漬液，采用等體積浸漬法得到硝酸銅涂層后，在60°C的水浴鍋上炒干，然后在60°C干燥12h， 1 l(TC干燥6h， 500°C煅燒2h，即得活性組分CuO，其中CuO含量為3wt%。在消除內(nèi)外擴散影響的條件下，通過線性回歸的方法得到這種顆粒狀催化劑脫硝的一級反應模型，然后用FLUENT軟件去模擬蜂窩狀催化劑得到在40(TC，氨氮比為1時脫硝率為30. 98%，與實際值的相對誤差為4.7%。
實施例4 取蜂窩狀催化劑，滿足^41203涂層含量4. 5X，CuO含量為1. 5wt^，模擬燃煤煙氣的組分，其中NO的體積濃度是500卯m， NH3的體積濃度為500卯m， 02的體積濃度為5%，H20的體積濃度為5%，其余為N2。氣體的質(zhì)量空速為0. 018m3h—、保溫爐的溫度控制在32(TC，煙氣分析儀在線測得NO的轉化率為11. 02%。 用研缽把蜂窩狀堇青石研碎到一定粒度后，用標準篩篩選出80 100目的顆粒，用無水乙醇在室溫下超聲清洗10min后，取出，用去離子水洗3次。上述清洗后的顆粒狀堇青石在ll(TC干燥箱里干燥2h后取出。選用特種的擬薄水鋁石(SB)粉為原料和0. 5%HN03為解膠劑，常溫下往SB粉中滴加稀硝酸，直至ra值為3. 5，充分攪拌3h后即得鋁溶膠。上述顆粒狀催化劑采用等體積浸漬法涂上鋁溶膠后，在6(TC的水浴鍋上炒干，然后在6(TC的干燥箱里干燥24h，在50(TC馬弗爐煅燒2h，即得^41203涂層，得到y(tǒng)-A1203含量為4. 5%。以質(zhì)量分數(shù)為3. 8%的硝酸銅溶液為浸漬液，采用等體積浸漬法得到硝酸銅涂層后，在60°C的水浴鍋上炒干，然后在60°C干燥12h， 1 l(TC干燥6h， 500°C煅燒2h，即得活性組分CuO，其中CuO含量為1.5wt%。在消除內(nèi)外擴散影響的條件下，通過線性回歸的方法得到這種顆粒狀催化劑脫硝的一級反應模型，然后用FLUENT軟件去模擬蜂窩狀催化劑得到在32(TC，氨氮比為l時脫硝率為10. 46%，與實際值的相對誤差為5.0%。
權利要求
一種用于研究燃煤煙氣脫硝的顆粒狀催化劑，其特征在于，該催化劑是由研碎的蜂窩狀堇青石、γ-Al2O3和CuO組成的混合物，其中γ-Al2O3的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì)量的4.5％，CuO的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì)量的1％-3％，20～100目，反應溫度為320℃-420℃，質(zhì)量空速為0.018m3h-1g-1。
2. —種制備權利要求1所述的催化劑的方法，其特征在于，該制備步驟如下(1) 將蜂窩狀堇青石研碎后用20-100目標準篩篩選，先用無水乙醇在室溫下超聲清洗 5-10min，再用去離子水洗3-5次，并在100-12(TC干燥箱里干燥2_3h ;(2) 常溫下往特種擬薄水鋁石(SB)粉中滴加0.5X硝酸直至ra值為3.5，充分攪拌 3-5h，即得到鋁溶膠前驅體，將該鋁溶膠前驅體通過等體積浸漬法擔載到步驟(1)得到的 顆粒物上，然后用6(TC的水浴鍋炒干，6(TC的干燥箱干燥24h，最后用50(TC馬弗爐煅燒 2-3h，通過控制擔載的次數(shù)使y_A1203的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì)量的4. 5% ;(3) 將質(zhì)量百分比為2. 5% -7. 5%的硝酸銅溶液通過等體積浸漬法擔載到步驟(2)得 到的顆粒物上，然后用6(TC的水浴鍋炒干，6(TC干燥箱干燥9 12h， 11(TC干燥箱干燥6 9h，50(TC馬弗爐煅燒2 3h，通過控制擔載的次數(shù)使CuO的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì) 量的1% -3%。(4) 再次用20-100目標準篩篩選步驟(3)得到的顆粒物即得到權利要求l所述的顆粒 狀堇青石基Cu0/ y -A1203催化劑。
全文摘要
一種用于研究燃煤煙氣脫硝的顆粒狀催化劑及其制備方法，屬于化學脫硝反應催化劑領域，該催化劑是由研碎的蜂窩狀堇青石、γ-Al2O3和CuO組成的混合物，其中γ-Al2O3的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì)量的4.5％，CuO的含量為研碎的蜂窩狀堇青石質(zhì)量的1％-3％，20～100目，320℃-420℃，質(zhì)量空速為0.018m3h-1g-1，制備步驟(1)將蜂窩狀堇青石研碎后清洗、干燥；(2)等體積浸漬法擔載γ-Al2O3；(3)等體積浸漬法擔載CuO；(4)20-100目標準篩篩選步驟。
文檔編號B01D53/56GK101716509SQ20091023764
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權日2009年11月13日
發(fā)明者賈美如, 雷志剛 申請人:北京化工大學