一种蜂窝体成型催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种蜂窝体成型催化剂及其制备方法、应用，所述蜂窝体成型催化剂的制备方法包括：将催化剂原粉与粘结剂、胶溶剂、助挤剂、造孔剂、成型助剂混合形成混合物；所述混合物加水混匀后，依次经过捏合、老化、挤出成型、干燥以及焙烧；其中，所述干燥为分段干燥，每段干燥保持恒温恒湿，湿度保持在50～90wt％，所述焙烧为分段焙烧。本发明专利技术的蜂窝体成型催化剂的制备方法显著提高了催化剂本身的稳定性，以及抗压性能，并将其很好的应用在CO催化方面。并将其很好的应用在CO催化方面。并将其很好的应用在CO催化方面。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝体成型催化剂及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及CO催化领域，具体而言，涉及一种蜂窝体成型催化剂及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]钢铁烧结烟气CO含量高，通常浓度可达6000～20000ppm(7500～25000mg/m3)，但目前尚未有具体净化手段或明确环保指标及监管措施对烧结烟气CO进行减排管控。烟气CO直接排空，导致钢厂内部及相关区域环境大气中CO浓度水平普遍偏高。CO是剧毒气体，当空气中CO含量达到12000ppm时，会在1～3min内致人死亡。国家《工业企业设计卫生标准》(TJ 36～1979)中要求居住区大气中有害物质的最高CO容许浓度为3.00mg/m3(2.4ppm，一次值)；《职业性接触毒物危害程度分级》(GBZ230～2010)中职业接触限值最高CO容许浓度为20mg/m3(16ppm)。
[0003]开发针对烧结烟气中CO的高效净化脱除技术较为迫切。烧结烟气流量大(100～200万Nm3/h)、温度较低(50～130℃)、湿度高(RH>90％)，成分复杂，高效且适配的CO净化技术有限。在众多方法中，基于促进CO与烟气中O2(浓度约15％)反应转化形成CO2原理的低温催化氧化法因净化效率高、操作温度低、易于操作和环境友好等特点而备受青睐。然而，催化剂的长期应用实践证实，较低操作温度会造成较低催化效率，高湿度则会导致常见贵金属基或非贵金属基催化剂严重失活，复杂烟气成分亦会进一步加剧催化剂的失活速率。此外，大流量烟气会在有限催化剂填装占地空间条件下引起较大的风阻，提高风机能耗；对应较高速气流的长期冲击则会引起成型催化剂粉化，被吹入管路中造成堵塞问题。因此，在烧结烟气严苛条件下保持催化剂催化活性及机械性能的长期稳定，并同时兼顾解决能耗、占地、管路堵塞等工程问题，成为当前烧结烟气CO低温催化氧化技术应用所面临的最大挑战。
[0004]在一氧化碳的选择性氧化反应中，研究较多的催化剂有金、铂和铑等贵金属体系，但由于储量有限和成本较高限制了此类催化剂的发展。目前广泛用于净化CO净化的主要由霍加拉特颗粒催化剂与铂、钯等贵金属整体式催化剂。霍加拉特催化剂极其怕水，使用时需要配用大量干燥剂；铂、钯贵金属整体式催化剂具有较好的抗水性，但是成本高，使用温度一般需要300℃以上，且贵金属易烧结失活。该类催化剂具有优异的催化活性及稳定性，但是价格昂贵；非贵金属一氧化碳催化剂主要为霍加拉特剂，矿井避难洞室以及其他密闭空间普遍采用将大量霍加拉特催化剂放在通风管道中的方式进行一氧化碳气体净化，这种净化方式对一氧化碳净化效率极低、并造成催化剂浪费。因此研究一种用于一氧化碳净化的非贵金属整体式催化剂具有重要社会意义。
[0005]此外，传统CO氧化催化剂载体均为粉末颗粒，使得催化剂的存在如下缺点(1)装卸麻烦；(2)不易成型且机械强度不能达到要求；(3)传质传热受阻很大，降低处理效率；(4)催化剂床层前后压降相差大，增加能耗。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的第一目的在于提供一种蜂窝体成型催化剂，该蜂窝体成型催化剂为整体床蜂窝结构的催化剂，克服了采用传统颗粒物状催化剂所造成的诸多缺陷(气流压阻大、所需鼓风机能耗高、催化剂颗粒机械强度不够易导致粉化等)，稳定性以及催化效果均比较优异。
[0008]本专利技术的第二目的在于提供上述蜂窝体成型催化剂的制备方法，该制备方法通过多段焙烧以及多段干燥的方式，显著提高了催化剂稳定性、抗压性，以及催化剂本身的催化效果。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]本专利技术提供了一种蜂窝体成型催化剂，主要由氧化锰、氧化铜为主要成分，其他金属氧化物为辅助成分制备得到；其中所述氧化铜、氧化锰以及其他金属氧化物之间的质量比为(5～50)：(50～90)：(1～10)。
[0011]上述催化剂属于整体式催化剂，克服了现有技术中的颗粒结构催化剂存在的诸多缺陷，并通过对催化剂活性成分的有效配比，提高了催化剂的催化效果。
[0012]优选地，本专利技术的蜂窝体成型催化剂中，其他金属氧化物可包括氧化铈、氧化锡、氧化钴、氧化镧、氧化镨、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化钾、氧化钙、氧化锌、氧化镁以及氧化镍中的任意一种或几种。上述金属氧化物通过与氧化锰、氧化铜等主要成分的配合提高了整体催化剂的催化效果。
[0013]为了解决颗粒状催化剂在使用中的问题，优化非均相催化反应，本专利技术提供了一种整体式催化剂，该类型催化剂兼有催化剂和反应器两者的性能与特点，相比于颗粒状催化剂有如下优点：1)催化剂床层局部孔隙率呈均匀分布；2)催化剂床层的压降低；3)传质速率快，反应迅速；4)催化剂的活性和选择性较高；5)不易粉化；6)机械强度高，稳定性强；7)催化剂装卸简便，其反应器也易于维护，减少了操作费用，由于成型蜂窝体催化剂整体都是由催化剂组成，更加有助于提高催化效率。
[0014]本专利技术除了提供了一种蜂窝体成型催化剂产品，还提供了上述蜂窝体成型催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0015]将催化剂原粉与粘结剂、胶溶剂、助挤剂、造孔剂、成型助剂混合形成混合物；
[0016]所述混合物加水混匀后，依次经过捏合、老化、挤出成型、干燥以及焙烧；
[0017]其中，所述干燥为分段干燥，每段干燥保持恒温恒湿，湿度保持在50～90％，所述焙烧为分段焙烧。
[0018]专利技术人通过长期实践发现，整体式催化剂在实际应用中也存在问题，催化剂活性与稳定性欠佳，尤其抗压性能不佳。
[0019]因此为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种蜂窝体成型催化剂的制备方法，该制备方法通过分段干燥以及分段焙烧的方式提高了催化剂本身的稳定性，降低脱落率，使得催化剂粉末更为均匀。在干燥的过程中需要保证环境的恒温恒湿，之所以需要维持恒温恒湿的状态也是为了降低催化剂成型过程中的开裂，提高催化剂的稳定性。
[0020]优选地，催化剂原粉的质量为所述混合物质量的40～80wt％，通过控制适量的催化剂原粉含量以保证制备得到的成型催化剂的催化效果。优选地，混合物加水混匀过程中，加入水的质量为混合物质量的0.5～1.5倍，通过配合适量的水保证混合物的分散均匀。优
选地，所述干燥过程的分段数为2～10段，第1段的干燥温度为15～20℃，后续每段温度依次高10～15℃，最后一段的干燥温度为100～110℃。
[0021]具体实际操作时，对于二段、三段、四段、五段、六段、七段、八段、九段以及十段干燥的工艺过程分别按照以下方式操作：
[0022]二段：先在20℃进行干燥，干燥至水分含量小于10wt％后在再将胚体缓慢升温至110℃至干燥完全；
[0023]三段：先在20℃进行干燥，干燥至水分含量小于20wt％后，在将胚体缓慢升温至30℃进行干燥，干燥至水分含量小于10wt％后在再将胚体缓慢升温至110℃至干燥完全；
[0024]四段：先在20℃进行干燥，干燥至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝体成型催化剂，其特征在于，主要由氧化锰、氧化铜为主要成分，其他金属氧化物为辅助成分制备得到；其中所述氧化铜、氧化锰以及其他金属氧化物之间的质量比为(5～50)：(50～90)：(1～10)。2.根据权利要求1所述的蜂窝体成型催化剂，其特征在于，其他所述金属氧化物包括氧化铈、氧化锡、氧化钴、氧化镧、氧化镨、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化钾、氧化钙、氧化锌、氧化镁以及氧化镍中的任意一种或几种。3.权利要求1～2任一项所述的蜂窝体成型催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将催化剂原粉与粘结剂、胶溶剂、助挤剂、造孔剂、成型助剂混合形成混合物；所述混合物加水混匀后，依次经过捏合、老化、挤出成型、干燥以及焙烧；其中，所述干燥为分段干燥，每段干燥保持恒温恒湿，湿度保持在50～90％，所述焙烧为分段焙烧。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述干燥过程的分段数为2～10段，第1段的干燥温度为15～20℃，后续每段温度依次高10～15℃，最后一段的干燥温度为100～110℃。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧过程的分段数为2～4段，前1～3段的每段焙烧升温速率控制在0.5～2℃/min，温度控制在100～300℃，焙烧时间为2～12h，最后一段的升温速率控制在2～10℃/min，温度控制在400～700℃，焙烧时间为2～12h。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为所述混合物质量的10～50wt％；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子宜，刘应书，张璇，姜理俊，杨雄，刘梦溪，刘文海，
申请(专利权)人：中大汇智源创北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：