一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂及其制备方法与流程

文档序号:11117827阅读:866来源:国知局
一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂及其制备方法与制造工艺

本发明涉及催化剂领域,具体来讲涉及一种二噁英类催化降解整体式催化剂及其制备方法。



背景技术:

国内现有具有二噁英类物质分解功能的催化剂,大多数用于电站锅炉或其他工业锅炉烟气脱硝、脱硫,附带脱除二噁英类。没有专用于脱除烟气中二恶因类污染物的催化剂产品,更没有用于设施配备简单,不完善的小型生活垃圾焚烧系统烟气净化的二恶因类分解催化剂产品。

用于电站锅炉或其他工业锅炉烟气脱硝、脱硫、脱除二噁英类催化剂多采用蜂窝陶瓷浸渍催化剂液制成。其催化剂含量受限,使用寿命相应较短。本发明采用纳米二氧化硅参入催化剂载体,它不但微结构为球形,呈絮状和网状,具有小尺寸效应、表面效应和宏观量子随药效应,而且可充分分散到体系当中,使载体能起很好的缓释作用。同样作为载体的超细斜发沸石和纳米二氧化硅一样具有庞大比表面积,多介孔结构、超抢的吸附能力和奇异的理化特性,适量的粘合性能强劲的硅溶胶把充分混合的催化剂、载体结合为一个整体,催化剂物质很好的沉集在介孔中,催化作用高效、持久。

由于生活垃圾焚烧烟气中的二噁英类污染物含量远高于电站锅炉烟气,小型生活垃圾焚烧系统烟气经急冷、除尘、脱酸气体等处理后温度已降到200℃以下,要求催化剂的活性要很高,催化反应温度要低。本发明采用具有快速氧空位扩散能力的二氧化铈与纳米二氧化钛结合,使原有钒-钨-钛系催化剂有效提高活性,降低反应温度,加强降解二噁英类能力,以满足生活垃圾焚烧烟气净化的需要。



技术实现要素:

本发明的目的在于研制一种适合于生活垃圾焚烧,特别是小型生活垃圾焚烧系统烟气脱除二噁英类污染物的催化剂。现有用于电站锅炉烟气脱硝、脱二噁英催化剂钒-钨-钛系催化剂的寿命、反应温度和降解率均不能满足小型生活垃圾焚烧系统烟气脱除二噁英类污染物的需要。

本发明是这样实现的,构造一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂,其特征在于:包括催化剂、助剂配方及选料,催化剂载体及选料,抑烟剂、粘合剂及选料,采用整体式蜂窝体成形、烘焙与催化剂激活工艺制成。

根据本发明所述一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂,其特征在于:所述催化剂、助剂配方及选料:V2O5 4%~6%, WO3 6%~8% , CeO2(纳米级超细) 0.3%~0.5%,BaSO4 1%~2%,TiO2(纳米级,锐钛A型)77%~85%。

根据本发明所述一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂,其特征在于:所述催化剂载体及选料:SiO2(无机纳米级)5%~10%,NaX型(13X)丝光沸石(na2o、al2o3、(2.8±0.2)sio2、(6-7)h2o)85%~90%。

根据本发明所述一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂,其特征在于:所述抑烟剂、粘合剂及选料:MOO3 2%~3%,(NH42MOO4 1%~2%,其余为硅溶胶(mSiO2nH2O)。

根据本发明所述一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂的制备方法,其特征在于:整体式蜂窝体成形是把配方好的催化剂、催化助剂、抑烟剂和载体物料(干料)放在搅拌器中搅拌1.5h~2h,待所有物料充分混合均匀后加入硅溶搅拌成泥料。用模具在20T液压机上把泥料挤压成150mm×150mm×100mm,36目的块状蜂窝体坯料;

将挤压成的坯料在常温下阴干48h~72h,对坯料基本脱水的坯料放入烘箱进行100℃低温烘焙3h,升温速度5℃~8℃/min, 200℃中温烘焙2h,升温速度10℃~15℃/min,最后把烘焙好的蜂窝体放入箱式马弗炉(900℃)对催化剂实施高温激活。激活温度550℃激活时间为1.5h,升温速度15℃~20℃/min。

1、借鉴已公布钒-钨-钛系催化剂技术,调整配方增加助剂并尽可能采用纳米材料。催化剂、助剂、抑烟剂配方及选料:V2O5 4%~6%, WO3 6%~8% , CeO2(纳米级超细) 0.3%~0.5%,BaSO4 1%~2%,MOO3 2%~3%+(NH42MOO4 1%~2%,TiO2(纳米级,锐钛A型)77%~85%。

2、催化剂载体及选料:SiO2(无机纳米级)5%~10%,NaX型(13X)丝光沸石(na2o、al2o3、(2.8±0.2)sio2、(6-7)h2o)85%~90%。

3、为保证催化剂的整体性粘合剂选料:硅溶胶(mSiO2nH2O)。

4、整体式蜂窝体成形是把配方好的催化剂、催化助剂、抑烟剂和载体物料(干料)放在搅拌器中搅拌1.5h~2h。(催化剂+助剂+抑烟剂)与载体的重量比为1:4。待所有物料充分混合均匀后加入适量硅溶搅拌成泥料。用模具在20T液压机上把泥料挤压成150mm×150mm×100mm,36目的块状蜂窝体坯料。

5、把挤压成的坯料在常温下阴干48h~72h,对坯料基本脱水的坯料放入烘箱进行100℃低温烘焙3h,升温速度5℃~8℃/min, 200℃中温烘焙2h,升温速度10℃~15℃/min,最后把烘焙好的蜂窝体放入箱式马弗炉(900℃)对催化剂实施高温激活。激活温度550℃激活时间为1.5h,升温速度15℃~20℃/min。

本发明公开了一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂及其制备方法,其特征在于:包括催化剂、助剂配方及选料,催化剂载体及选料,抑烟剂、粘合剂及选料,整体式蜂窝体成形、烘焙与催化剂激活工艺和方法;所述的催化剂、助剂、抑烟剂包括V2O5、WO3、MOO3、(NH42MOO4、CeO2、BaSO4;所述的载体、粘合剂包括TiO2、SiO2、斜发沸石(AmBpO2p·nH2O)、玻璃纤维、硅溶胶(mSiO2nH2O);所述的整体式蜂窝体成形,用模具和压力机把充分搅拌均匀混合的催化剂、助剂、载体泥料挤压成蜂窝体;所述烘焙与催化剂激活,把蜂窝体常温阴干,低温烘焙脱水,高温煅烧激发催化剂活性。

本发明的目的是专用于小型生活垃圾焚烧炉烟气清除二噁英类污染物的催化分解。目前市场销售具有催化降解二噁英类物质功能的催化剂,只有用于电站锅炉烟气净化的脱硝、脱硫、脱二噁英催化剂。因锅炉燃料多为煤、油或天然气,烟气中二噁英类含量相对不高,催化剂主要针对是脱硝、脱硫。而生活垃圾中有大量塑料、厨余有机物,燃烧时产生大量二噁英类污染物,即使采用高温裂解、急冷限制,烟气中二噁英类污染物含量依然较大。使用电站锅炉烟气净化的催化剂不能满足生活垃圾焚烧烟气脱除二噁英类污染物的需要,更不能满足设施不完善的小型生活垃圾焚烧系统的需要。再因小型生活垃圾焚烧系统烟气经除尘、脱除酸性气体等净化措施后,温度下降较大,若要达到常规二噁英类催化剂要求的反应温度,就需要对烟气加热升温处理,这样一方面增加了生活垃圾焚烧系统的制造成本,同时也会增加垃圾焚烧处理的运营成本。小型生活垃圾焚烧系统烟气脱除二噁英需要一种反应温度低、降解效率高、长效(寿命)的催化剂。已公开的专利,还没有一个能同时满足这些要求的。本发明借鉴已公开的钒-钨-钛系催化剂,选用纳米催化剂及载体材料,加入具有变价特性和快速氧空位扩散能力的稀土氧化物-CeO2,制成最佳反应温度区在130℃~180℃,寿命≥20000h,空速>5000h-1,二噁英类脱除率达95%~98%的催化剂,保证使用这种催化剂后,小型生活垃圾焚烧系统(日处理生活垃圾0.5t~50T)排放烟气中的二噁英类污染物含量≤0.1ngTEQ/m3

本发明的优点在于:该一体式二噁英类催化氧化蜂窝体,专门针对小型生活垃圾气化焚烧系统烟气研制。具有催化剂含量高、催化剂活性位置多,反应速度快,抗毒性强,使用寿命长等特点。不仅可用于小型生活垃圾气化焚烧系统烟气净化处理,还适用于其他二噁英类浓度大,污染物成分复杂的烟气净化。

附图说明

图1是本发明催化剂蜂窝体尺寸

图2是图1侧面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进提供一种小型生活垃圾焚烧炉烟气二噁英类催化降解整体式催化剂及其制备方法,可以按照如下方式予以实施;包括催化剂、助剂配方及选料,催化剂载体及选料,抑烟剂、粘合剂及选料,整体式蜂窝体成形、烘焙与催化剂激活工艺和方法。

所述的催化剂、助剂、抑烟剂配方及选料包括V2O5(纳米级)4%~6%, WO3 6%~8% , CeO2(纳米级超细) 0.3%~0.5%,BaSO4 1%~2%,MOO3 2%~3%+(NH42MOO4 1%~2%,TiO2(纳米级,锐钛A型)77%~85%。所述的纳米V2O5为层状结构,存在V+、V+3、V+4和V+5等价态,有活性的配位点,可以发生配位加成、氧化还原、配位消除等反应参与催化循环,是中强氧化物,可使二噁英类催化氧化。所述的助剂WO3、BaSO4可提高V2O5的活性,并能增加催化剂对SO2、HCl、重金属等的抗毒性。所述的稀土CeO2由于具有储存和释放氧的性质,而该性质主要是由于CeO2 的晶格氧缺陷决定的。CeO2的立方萤石结构可以看作是由大量氧离子形成四方晶格,而每隔一个立方体,都有一个阳离子占据下一个立方体的中心。一些阴离子可能会从四面体的位置自行转移到八面体上的位置上来,在四面体上留下空缺,使二氧化铈晶体中存在大量游离的氧,成为重要的贮氧/供氧材料。又由于CeO2的Ce3+和Ce4+离子对之间易于进行转换,使其具有独特的氧化还原性能。氧化铈作为助催化剂起两个主要作用:一是储氧,在氧气缺乏时转化为CeO,当氧过剩时又转化为CeO2;二是控制催化剂中的金属微粒。当CeO2与锐态纳米TiO2结合,一方面使高度分散的V2O5增多了活性组分、比表面积,从而增加了活性,同时有效减少其激活能量、降低催化反应温度。所述的抑烟剂MOO3 2%~3%+(NH42MOO4是一种高效抑烟剂,可以有效抑制排放的烟气量。

所述的催化剂载体及选料包括SiO2(无机纳米级)5%~10%,NaX型(13X)丝光沸石(na2o、al2o3、(2.8±0.2)sio2、(6-7)h2o)85%~90%;所述的无机纳米SiO2,微结构为球形,呈絮状和网状的准颗粒结构,比表面积庞大、表面多介孔结构和超强的吸附能力,还可充分分散到催化体系中去,让催化剂缓释,延长使用寿命。所述的NaX型(13X)丝光沸石(na2o、al2o3、(2.8±0.2)sio2、(6-7)h2o),对气体的吸附容量大,能有效增加催化剂与烟气污染气体的反应接触面。为使催化剂载体混合泥料干燥成形不开裂,NaX型(13X)丝光沸石需选用300目细粉。

所述的粘合剂硅溶胶(mSiO2nH2O)的粘合剂粘度较低,水能渗透的地方都能渗透,因此和催化剂及载体物质混合时分散性和渗透性都非常好。由于胶体粒子微细(10-20nm), 有相当大的比表面积,当硅溶胶水分蒸发时,胶体粒子牢固的附着在物体表面,粒子间形成硅氧结合,既是很好的粘合剂又是催化剂载体。

所述的整体式蜂窝体成形:包括把配方好的催化剂、催化助剂、抑烟剂和载体物料(干料)放在搅拌器中搅拌1.5h~2h。(催化剂+助剂+抑烟剂):载体的重量比为1:4。待所有物料充分混合均匀后加入适量硅溶搅拌成泥料。为便于规模生产,用模具在20T液压机上把泥料挤压成150mm×150mm×100mm,36目的块状蜂窝体坯料。

烘陪与催化剂激活工艺和方法:把挤压成的坯料在常温下阴干48h~72h,对坯料基本脱水的坯料放入烘箱进行100℃低温烘焙3h,升温速度5℃~8℃/min, 200℃中温烘焙2h,升温速度10℃~15℃/min,最后把烘焙好的蜂窝体放入箱式马弗炉(900℃)对催化剂实施高温激活。激活温度550℃激活时间为1.5h,升温速度15℃~20℃/min。

本实发明的原理:在钒-钨-钛系催化剂基础上,不但采用纳米V2O5,还提高了配方中V2O5的重量比,使二噁英吸附在比表面巨大的催化剂上,能在催化剂活性位置快速发生催化氧化反应,把二噁英类分解生成CO2、H2O、HCl、H2O等无机产物。由于生活垃圾焚烧尾气含有大量HCl、SO2等气体,催化助剂中增加稀土铈和硫酸钡,目的在于一方面大幅增强催化剂活性,另一方面提高催化剂的抗毒性。针对生活垃圾焚烧尾气量大的特点,在催化剂配方中加了高效抑烟剂MOO3和(NH42MOO4混合物。

因小型生活垃圾焚烧系统尾气中不但二恶因类污染物含量大,还有成分复杂的有机物、重金属污染物,对催化剂的损耗量比其他工业尾气净化损耗量大得多,采用常用的蜂窝陶瓷㓎渍催化剂液制备法,催化剂承载量很有限,本发明采用催化剂配方物料与载体物料混合制备泥料,经挤压、烘焙成形为一体式蜂窝催化体,极大的提高了催化剂含量,载体中配有缓释剂无机纳米SiO2进一步延长了催化体使用寿命。

本发明的优点在于:该一体式二噁英类催化氧化蜂窝体,专门针对小型生活垃圾气化焚烧系统烟气研制。具有催化剂含量高、催化剂活性位置多,反应速度快,抗毒性强,使用寿命长等特点。不仅可用于小型生活垃圾气化焚烧系统烟气净化处理,还适用于其他二噁英类浓度大,污染物成分复杂的烟气净化。

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