一种催化陶瓷滤管及制备方法技术

本发明专利技术提供一种不仅粉尘捕集效率高、可高效氧化单质汞，而且还能高效还原NOx，实现同时除尘及SCR脱硝的催化陶瓷滤管及制备方法。催化陶瓷滤管，包括陶瓷过滤管基体，以及在陶瓷过滤管基体上依次涂覆的催化活性组分层和分离膜。制备方法，包括如下步骤，步骤1，通过等静压成型制备陶瓷过滤管基体，步骤2，在陶瓷滤管基体上涂覆的催化活性组分膜得到催化陶瓷过滤管基体；步骤3，在催化陶瓷滤管基体上制备分离膜。本发明专利技术所述的催化陶瓷滤管能够实现高温烟气(＞300℃)下的一体化高效脱除粉尘、NOx和单质汞，能够通过分离膜和基体对催化剂的保护能够延长催化剂的使用寿命，陶瓷滤管的结构设置能够减少设备占地面积和运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种催化陶瓷滤管及制备方法
本专利技术涉及火电厂的粉尘过滤和气态污染物的净化脱除领域，具体为一种催化陶瓷滤管及制备方法。
技术介绍
我国的大气污染非常严重，以燃煤为主的能源结构导致煤烟型污染特征，燃煤造成的大气污染物有粉尘、SO2、NOx、汞等。实际应用于火电厂燃煤锅炉的NOx排放控制技术主要是低NOx燃烧技术和干法烟气脱硝技术(主要是SNCR和SCR技术)。SCR脱硝最常用的催化活性组分是V2O5，它是一种剧毒物质，在生产、使用过程中都会产生严重污染，废旧催化剂会二次污染环境。中国几乎所有的火电厂都安装了除尘装置，如电除尘器、布袋除尘器、电袋复合除尘器、机械式除尘器等，这些除尘设备具有不同的特点和适用范围。电除尘器的投资费用高，占地面积大，对粒径小于5μm的粉尘的捕集效率不高。机械式除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器，其中前两者只能除去50μm以上的大颗粒，而旋风除尘对小于10μm的粉尘的捕集效率不高。由于受到滤袋的温度限制，布袋除尘器、电袋复合除尘器不适用于高温烟气(＞300℃)的粉尘脱除。对于高温烟气(＞300℃)的粉尘脱除，陶瓷管过滤除尘器是一种较理想的选择。陶瓷管过滤器采用微孔陶瓷管作为过滤材料，微孔陶瓷管具有耐高温、耐腐蚀，成本相对低廉，实用寿命长等优点。目前，电厂常用的除尘、脱硝技术都是分作两步独立进行：先通过除尘装置，后进入低粉尘的选择性催化还原(SCR)脱硝装置；或者先脱硝后除尘。这两种净化技术都有明显的缺点：第一种，没有成熟的低温催化剂可利用，只能将烟气加热到一定的催化反应温度(300-400℃)进行SCR脱硝；第二种粉尘会沉积在SCR催化剂上，堵塞SCR催化剂的孔隙和活性位，导致脱硝效率下降。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种不仅粉尘捕集效率高、可高效氧化单质汞，而且还能高效还原NOx，实现同时除尘及SCR脱硝的催化陶瓷滤管及制备方法。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种催化陶瓷滤管，包括陶瓷过滤管基体，以及在陶瓷过滤管基体上依次涂覆的催化活性组分层和分离膜。优选的，陶瓷过滤管基体的平均孔径在40～60μm，催化活性组分层由载体γ-Al2O3，以及摩尔比为1:1:3:1的活性组分MnO2、CeO2、CuO和Sb2O3组成，分离膜的膜平均孔径在2～6μm。一种催化陶瓷滤管的制备方法，包括如下步骤，步骤1，通过等静压成型制备陶瓷过滤管基体，步骤2，在陶瓷滤管基体上涂覆的催化活性组分膜得到催化陶瓷过滤管基体；2.1在预热的勃姆石溶胶中加入其质量1％～5％的分散剂后搅拌，温度控制在70～75℃，制得浸渍原液；2.2将四水氯化锰和六水硝酸铈按照摩尔比为1：1加入去离子水中，搅拌至使其充分溶解，得到氯化锰与硝酸铈溶液；2.3将CuO和Sb2O3粉末按照摩尔比为3：1加入氯化锰与硝酸铈溶液中，搅拌均匀得到MnO2、CeO2、CuO和Sb2O3的摩尔比为1:1:3:1的Mn-Ce-Cu-Sb混合溶液；2.4在温度为70～75℃的浸渍原液中，加入勃姆石溶胶质量5％～40％的Mn-Ce-Cu-Sb混合溶液，边加边搅拌得到催化剂的浸渍液；2.5将陶瓷过滤管基体浸入催化剂的浸渍液中，0.5～5小时后将其在70～120℃下干燥，最后在空气气氛下于500～600℃温度煅烧3～6小时，制得催化陶瓷过滤管基体；步骤3，在催化陶瓷滤管基体上制备分离膜；3.1将催化陶瓷过滤管基体浸入莫来石悬浮液中，浸渍0.5～2小时后在100～140℃下干燥，然后在600～900℃温度下焙烧，得到催化陶瓷滤管基体上的一层多孔表面膜；3.2多次重复步骤3.1的操作，最终达到所需要的多孔表面膜厚度，制得催化陶瓷滤管。优选的，步骤1中制备陶瓷过滤管基体时，具体步骤如下，1.1将碳化硅预烧结并粉碎成颗粒后过筛，获得骨料，骨料中加入高温黏结剂，经造粒制得常规粉料；1.2将常规粉料冷等静压成型后在空气气氛下于110～140℃下干燥，再将干燥后的陶瓷型芯在900～1200℃下烧结2～6小时，得到陶瓷基体。优选的，步骤2.1中勃姆石溶胶的制备包括如下步骤，将异丙醇铝粉末与水按照质量比为3：20的比例混合，温度控制在70～90℃，搅拌直至液体呈白色悬浊液，然后滴入1mol/L的硝酸溶液直至悬浊液变成无色粘状液体；最后对空蒸发1～3小时，制得勃姆石溶胶。优选的，步骤2.4中，搅拌时，将采用恒温磁力搅拌器搅拌后的混合物持续2h暴露于超声波清洗器中。优选的，步骤2.5中，干燥前取出陶瓷过滤管基体通过吹扫清除陶瓷过滤管基体表面多余的催化剂的浸渍液。优选的，步骤2.5中，将陶瓷过滤管基体浸入其中30分钟后取出，在120℃干燥2小时，在550℃焙烧5小时。优选的，步骤3.1中，将莫来石粉料、分散剂、高温黏结剂和增塑剂按照1：0.03：0.05：0.01的质量比混合，并加入莫来石粉料质量3～10倍的水，搅拌均匀，得到莫来石悬浮液。进一步，分散剂选自十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、聚丙烯酰胺和正丁胺中的一种或几种；所述的高温黏结剂为聚乙烯醇、JN-20硅溶胶、JN-25硅溶胶、JN-30硅溶胶中的一种或几种；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二仲辛酯，邻苯二甲酸二乙酯，正丁胺中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术所述的催化陶瓷滤管能够实现高温烟气(＞300℃)下的一体化高效脱除粉尘、NOx和单质汞，能够通过分离膜和基体对催化剂的保护能够延长催化剂的使用寿命，陶瓷滤管的结构设置能够减少设备占地面积和运行成本。进一步的，通过对基体孔径的限制能够保证其较高的强度，通过对催化活性组分层的限定，保证了其对单质汞和氮氧化物的脱除效率，分离膜的限制保证了其对粉尘的脱除，而且能够更好的捕获PM2.5；使其具有良好的抗高温能力、耐腐蚀性、耐热性及较高的机械强度，完全适用于320-400℃的温度范围。本专利技术所述的催化陶瓷滤管的制备方法通过制备的催化活性组分膜中的MnO2和CeO2对单质汞实现氧化，通过组分CuO和Sb2O3实现对NOx的还原；当含NOx的高温烟气(280-400℃)从催化陶瓷滤管流过时，催化陶瓷滤管中的CuO、Sb2O3会促进NOx与在高温烟气过滤上游喷入的氨气反应，产生氮气及水蒸气；制备方法易于实施，便于控制，得到的催化陶瓷滤管耐磨损，耐高温，成本低。进一步的，通过超声波的作用，能够使制得的Mn-Ce-Cu-Sb混合溶液中的活性组分的均匀性和分散性都得以提高。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术采用等静压成型工艺制备陶瓷过滤管基体，在基体上涂覆催化活性组分膜，外层采用热喷涂覆膜，得到一种新型的三层结构的多功能催化陶瓷滤管。内层是陶瓷过滤管基体，平均孔径较大在40～60μm，确保过滤管的强度；中间为催化活性组分层，含MnO2、CeO2、CuO、Sb2O3，可以高效氧化单质汞、还原NOx；外层是一层平均粒径较小的分离膜，其平均孔径在2～6μm，可以高效脱除粉尘。这种催化陶瓷滤管具有良好的抗高温能力、耐腐蚀性、耐热性及较高的机械强度，完全适用于320-400℃温度范围。采用该新型催化陶瓷滤管可以实现一体化高效脱除粉尘、NOx、氧化单质汞。氧化单质汞的活性组分为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化陶瓷滤管，其特征在于，包括陶瓷过滤管基体，以及在陶瓷过滤管基体上依次涂覆的催化活性组分层和分离膜。

【技术特征摘要】
1.一种催化陶瓷滤管，其特征在于，包括陶瓷过滤管基体，以及在陶瓷过滤管基体上依次涂覆的催化活性组分层和分离膜；所述的陶瓷过滤管基体的平均孔径在40～60μm，催化活性组分层由载体γ-Al2O3，以及摩尔比为1:1:3:1的活性组分MnO2、CeO2、CuO和Sb2O3组成，分离膜的膜平均孔径在2～6μm。2.一种催化陶瓷滤管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1，通过等静压成型制备陶瓷过滤管基体，步骤2，在陶瓷滤管基体上涂覆的催化活性组分膜得到催化陶瓷过滤管基体；2.1在预热的勃姆石溶胶中加入其质量1％～5％的分散剂后搅拌，温度控制在70～75℃，制得浸渍原液；2.2将四水氯化锰和六水硝酸铈按照摩尔比为1：1加入去离子水中，搅拌至使其充分溶解，得到氯化锰与硝酸铈溶液；2.3将CuO和Sb2O3粉末按照摩尔比为3：1加入氯化锰与硝酸铈溶液中，搅拌均匀得到MnO2、CeO2、CuO和Sb2O3的摩尔比为1:1:3:1的Mn-Ce-Cu-Sb混合溶液；2.4在温度为70～75℃的浸渍原液中，加入勃姆石溶胶质量5％～40％的Mn-Ce-Cu-Sb混合溶液，边加边搅拌得到催化剂的浸渍液；2.5将陶瓷过滤管基体浸入催化剂的浸渍液中，0.5～5小时后将其在70～120℃下干燥，最后在空气气氛下于500～600℃温度煅烧3～6小时，制得催化陶瓷过滤管基体；步骤3，在催化陶瓷滤管基体上制备分离膜；3.1将催化陶瓷过滤管基体浸入莫来石悬浮液中，浸渍0.5～2小时后在100～140℃下干燥，然后在600～900℃温度下焙烧，得到催化陶瓷滤管基体上的一层多孔表面膜；3.2多次重复步骤3.1的操作，最终达到所需要的多孔表面膜厚度，制得催化陶瓷滤管。3.根据权利要求2所述的一种催化陶瓷滤管的制备方法，其特征在于，步骤1中制备陶瓷过滤管基体时，具体步...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭增强，牛国平，王晓冰，罗志，侯炜，齐全，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司，西安热工研究院有限公司，西安西热锅炉环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11