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一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂及其制备工艺制造技术

技术编号:13735954 阅读:531 留言:0更新日期:2016-09-22 02:51
本发明专利技术涉及船舶柴油机尾气后处理技术领域,特别涉及一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂及其制备工艺。一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂,该催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为载体,以堇青石蜂窝陶瓷的质量为100%计,负载在堇青石蜂窝陶瓷载体上的活性组分含量为:钯大于等于3%wt,氧化铈与氧化锆之和大于等于6%wt。该DOC催化剂能够较好的适应船舶柴油机尾气处理的特殊工况并可有效改善催化剂中毒、催化载体孔道堵塞、尾气中硫酸盐含量高的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及船舶柴油机尾气后处理
,特别涉及一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂及其制备工艺
技术介绍
柴油机以良好的经济性和动力性,广泛地应用于交通运输、农业机械和工程机械等领域。柴油机的尾气中主要包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、二氧化硫(SO2)、醛、颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等有害物质。近年来随着运输船舶数量、运载量的不断增加,船舶排放的污染物对大气和水体造成的污染和危害也日趋严重。据统计,以柴油为动力的船舶每年向大气排放氮氧化物(NOX)约650万吨、硫氧化物(SOX)约600万吨、颗粒物(PM)170万吨,对港口城市造成了严重的大气污染,其包括空气质量下降、温室效应、酸雨和大气臭氧层破坏等,在环境破坏的同时严重危及到了人体健康。随着环境的恶化,各国逐渐意识到环境问题的重要性,近年来陆续出台的限排政策对尾气排放的标准日趋严格,尾气后处理技术成为尾气排放领域中不可代替的主要手段。选择性催化还原反应(Selective Catalytic Reduction,SCR)是目前国内外最常用的尾气后处理技术之一,原理是在催化剂作用下,还原剂NH3在290-400℃范围内有选择的将NO和NO2高效的还原成N2的脱硝方式。船用柴油机工况不同于车用柴油机,其排尾气排气量大,同时船用燃油品质较差等因素导致其尾气含硫量高、碳烟颗粒含量高、温度波动窗口大。由于船舶柴油机的特殊工况,SCR系统在碳烟颗粒较多的使用过程中容易堵孔、失活,会增加SCR系统的运行成本并降低其工作效率。柴油氧化催化剂(Diesel Oxidation Catalyst,DOC),是安装在发动机排气管路中,通过氧化反应将发动机排气中一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、可溶性有机物(Soluble Organic Fractions,SOF)以及碳烟颗粒等转化成无害的水(H20)和二氧化碳(CO2)的装置。因此对于船舶柴油机尾气处理的DOC催化装置的开发需求已经十分迫切。商用的柴油车DOC催化剂在高SO2含量的尾气环境下,不仅会增加PM排放中的硫酸盐、降低氧化SOF的效果,还容易因尾气中的Pd、S而中毒,将其直接应用于船舶柴油机尾气处理领域的案例不多;船舶柴油机尾气处理需要相适应的反应面积和反应停留时间来保证反应的转换效率,如使用车用催化剂则存在转化效率过低,安装体积过大等问题,现有的柴油机催化剂和工业催化剂很少能满足船舶柴油机尾气处理的需要。在DOC+SCR协同技术中,将烟道尾气先后通过DOC、SCR装置进行处理,在经DOC装置处理后可以氧化尾气中的CO、HC、SOF以及碳烟颗粒等物质,可以在一定程度上缓解SCR装置因颗粒物堆积造成的催化剂失活。同时经DOC氧化后能将NO部分氧化为NO2,使尾气中NO2/NOx比例达到1/2左右,该比例最适宜进行快速SCR反应。DOC+SCR协同尾气处理装置可以延长SCR催化剂的使用寿命并提高其催化效率。在小型船舶柴油机尾气后处理中已经可见到DOC+SCR系统协同工作的案例,可以使尾气中排放的污染物浓度大量降低,但其在大型船舶柴油机后处理系统中仍然很少见。为了减少船舶尾气中的污染物排放量以满足国际海事组织(IMO)未来更加严格的排放标准,例如于2016年1月1日起施行的Tier III排放标准,同时降低船舶柴油机尾气处理系统的整体操作成本、运行成本,我国必将大力发展用于船舶柴油机的DOC催化装置,相应的制备船舶尾气DOC催化剂的制备方法也亟待开发。
技术实现思路
为解决上述问题,本专利技术提供了一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂的制备工艺,该工艺生产的DOC催化剂能够较好的适应船舶柴油机尾气处理的特殊工况并可有效改善催化剂中毒、催化载体孔道堵塞、尾气中硫酸盐含量高的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂的制备工艺,包括如下步骤:1)预处理:将堇青石蜂窝陶瓷载体置于60℃条件下质量浓度为20-25%的草酸溶液中浸泡2小时以上,其中草酸溶液浓度优选为20wt%。2)活性组分浆料的制备:活性组分浆料配方以质量分数计包括:拟薄水铝石(以氧化铝质量计算)8-12%,氧化铈粉末、氧化锆粉末中的一种或二种以任意比例的混合物,其加入质量之和占浆料质量分数2.67-4%,钯1-2%,尿素1.6-4%,硝酸,使氢离子物质的量达到拟薄水铝石物质的量的6-10%,即n(H+)/n(Al)=0.06-0.10,粘结剂,选自聚乙二醇(400)3-6%、柠檬酸1-3%、凹凸棒石0.5-3%或蔗糖1-3%,其余组分为去离子水,活性组分浆料的总质量计为100%;上述组分在行星球磨机中球磨12-48h,得到活性组分浆料,时间参数优选为24-46h;3)负载:用活性组分浆料浸渍负载预处理后得到的堇青石蜂窝陶瓷,用离心泵上吸浆料并在上吸过程中穿插空气正压吹扫过程,使浆料中的待负载组分能够均匀的进入载体表面;4)干燥:步骤3)得到的载体在20-30℃的干燥环境中晾干4-8h,优选为8h,然后在60±5℃的温度下干燥4-8h,优选为8h,然后进行烘干以保证涂覆率;5)烘干:在100-120℃的温度下烘干6-10h,优选为6-8h,最优选为8h;6)焙烧步骤为:以5-10℃/分钟的速率升温至600-950℃,优选为600-900℃;维持温度3-5h,具体优选为4h,随后自然降至室温,得到DOC催化剂。本专利技术选用堇青石蜂窝陶瓷作为载体,采用了浸渍法中的新型涂覆工艺,以上吸式涂覆法对堇青石蜂窝陶瓷进行涂层负载制备DOC柴油机氧化催化剂。DOC含有Pd以及Ce、Zr、Co、Mn、Al等金属元素,将氧化铝、氧化铈制成涂覆浆料用以涂覆蜂窝陶瓷载体,使CeO2活性组分涂覆于其上。在操作过程中控制涂覆次数将活性组分分数达到5wt%以上。在涂覆浆料配制上加入聚乙二醇、聚乙烯醇、柠檬酸、凹凸棒石、蔗糖等物质作为粘结剂,在负载步骤中以上吸式涂覆的方法进行负载。通过控制涂覆浆料的组分比例以及浸渍操作中的浸渍时间可以得到均匀、牢固、机械强度高的涂层。作为优选,步骤3)中,以离心泵上吸浆料3min后正压吹扫2min交替进行1-4次。作为优选,粘结剂为凹凸棒石0.5-1.5%或柠檬酸1.5-3%,最优选为凹凸棒石1%或柠檬酸3%。作为优选,控制步骤3)、步骤4)的重复次数,使活性组分的负载量达到5%以上。最佳为负载量为7%以上。一般是待负载载体干燥后再一次进行步骤3)的浸渍过程和4)的干燥过程,即为重复一次。一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂,该催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为载体,以堇青石蜂窝陶瓷的质量为100%计,负载在堇青石蜂窝陶瓷载体上的活性组分含量为:钯大于等于3%wt,氧化铈与氧化锆之和大于等于6%wt。最优为钯在3-3.5%wt之间,氧化铈与氧化锆之和为6-6.5%wt。本专利技术制得的催化剂具有适用于船舶工况、涂层分布均匀、机械强度高、催化活性高、抗碳烟颗粒好、抗硫性强、抗老化性强、稳定性好、成本低廉的优点。本专利技术通过在堇青石载体上负载活性组分得到最终催化剂成品,在此过程中消耗的原料为堇青石载体、粘结剂、活性组分,而通过这种方法制备的催化剂较通过挤出法本文档来自技高网
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一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂及其制备工艺

【技术保护点】
一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂的制备工艺,其特征在于包括如下步骤:1)预处理:将堇青石蜂窝陶瓷载体置于60℃条件下质量浓度为20‑25%的草酸溶液中浸泡2小时以上,2)活性组分浆料的制备:活性组分浆料配方以质量分数计包括:拟薄水铝石(以氧化铝质量计算)8‑12%,氧化铈粉末、氧化锆粉末中的一种或二种以任意比例的混合物,其加入质量之和占浆料质量分数2.67‑4%,钯 1‑2%,尿素1.6‑4%,硝酸,使氢离子物质的量达到拟薄水铝石物质的量的6‑10%,即n (H+)/n(Al)= 0.06‑0.10,粘结剂,选自聚乙二醇3‑6%、柠檬酸1‑3%、凹凸棒石0.5‑3%或蔗糖1‑3%,其余组分为去离子水,活性组分浆料的总质量计为100%;上述组分在行星球磨机中球磨12‑48h,得到活性组分浆料,3)负载:用活性组分浆料浸渍负载预处理后得到的堇青石蜂窝陶瓷,用离心泵上吸浆料并在上吸过程中穿插空气正压吹扫过程,使浆料中的待负载组分能够均匀的进入载体表面;4)干燥:步骤3)得到的载体在20‑30℃的干燥环境中晾干4‑8h,然后在60±5℃的温度下干燥4‑8h,然后进行烘干以保证涂覆率;5)烘干:在100‑120℃的温度下烘干6‑10h;6)焙烧步骤为:以5‑10℃/分钟的速率升温至600‑950℃,优选为600‑900℃;维持温度3‑5h,具体优选为4h,随后自然降至室温,得到DOC催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种用于船舶柴油机尾气净化的整体式DOC催化剂的制备工艺,其特征在于包括如下步骤:1)预处理:将堇青石蜂窝陶瓷载体置于60℃条件下质量浓度为20-25%的草酸溶液中浸泡2小时以上,2)活性组分浆料的制备:活性组分浆料配方以质量分数计包括:拟薄水铝石(以氧化铝质量计算)8-12%,氧化铈粉末、氧化锆粉末中的一种或二种以任意比例的混合物,其加入质量之和占浆料质量分数2.67-4%,钯 1-2%,尿素1.6-4%,硝酸,使氢离子物质的量达到拟薄水铝石物质的量的6-10%,即n (H+)/n(Al)= 0.06-0.10,粘结剂,选自聚乙二醇3-6%、柠檬酸1-3%、凹凸棒石0.5-3%或蔗糖1-3%,其余组分为去离子水,活性组分浆料的总质量计为100%;上述组分在行星球磨机中球磨12-48h,得到活性组分浆料,3)负载:用活性组分浆料浸渍负载预处理后得到的堇青石蜂窝陶瓷,用离心泵上吸浆料并在上吸过程中穿插空气正压吹扫过程,使浆料中的待负载组分能够均匀的进入载体表面;4)干燥:步骤3)得到的载体在20-30℃的干燥环境中晾干4-8h,然后在6...

【专利技术属性】
技术研发人员:高翔竺新波郑成航岑可法骆仲泱倪明江周劲松翁卫国吴卫红张涌新宋浩王耀霖赵昊鹰
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江;33

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