王 伟，郭休链，韩 航，周 康，陈 辉

(湖北省轻工业科学研究设计院，湖北 武汉 430052)



生产技术

蜂窝式SCR脱硝催化剂生产工艺关键技术分析

王 伟，郭休链，韩 航，周 康，陈 辉

(湖北省轻工业科学研究设计院，湖北 武汉 430052)

选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂具有比表面积大、脱硝效率高、氨逃逸率低等优点，广泛应用于燃煤锅炉废气中脱除氮氧化物的工艺。根据多年生产技术实践，介绍蜂窝式脱硝催化剂生产原料和其作用，并对生产过程中的各关键工艺技术进行深入分析，以期在理论和实践结合基础上探索催化剂生产过程出现问题的解决方法，保证脱硝催化剂生产中的质量和性能。

蜂窝式；SCR；脱硝催化剂；关键技术

氮氧化物是造成大气污染的主要污染物之一，SCR脱硝技术因具有脱硝效率高、系统运行稳定，在国内外火电锅炉、玻璃窑炉、水泥窑等脱硝工艺上得到广泛的应用。SCR催化剂是脱硝系统的核心，其质量和性能关系到脱硝效率和使用寿命[1-2]。近几年，脱硝催化剂市场处于低价竞争格局，迫使生产厂家控制壁厚或用劣质原料来降低成本，而这将严重影响催化剂质量和性能；此外，脱硝催化剂生产工艺控制是影响催化剂质量的主要因素[3]。本文据多年生产技术实践，对生产工艺关键技术进行分析，以期探索催化剂生产过程问题的解决方法。

1 催化剂原料及作用

主原料有钛白粉、三氧化钨、氧化钼、蒙脱石粘土、偏钒酸铵。二氧化钛为催化剂载体，大的比表面积可提高活性成分和助催化成分的分散度；三氧化钨为助催化剂，可提高载体的热稳定性，抑制锐钛型向金红石型转化，增强催化剂的酸性，减少SO2向SO3转化；氧化钼为助催化剂，使气态砷优先吸附氧化钼，防止活性位中毒；蒙脱土为无机胶粘剂，提高催化剂的抗压、磨损强度；偏钒酸铵为活性成分V2O5的前驱体，焙烧时分解成V2O5分布在整个催化剂中。

辅料主要有催化剂回收料、硬脂酸、单乙醇胺、玻璃纤维、乳酸、羧甲基纤维素(CMC)、聚氧化乙烯(PEO)、木浆、氨水、去离子水。回收料是催化剂废料粉碎并磨细后作为原料，避免固废处理的同时节省成本；硬脂酸为固体润滑剂，减少内摩擦，便于形成塑性泥料和挤出成型；单乙醇胺为溶剂，溶解活性成分偏钒酸铵，还起到助挤、调节泥料酸碱性的作用；玻纤为结构助剂，增加催化剂机械强度，防止开裂和变形；乳酸为吸附剂，利于还原物质在活性位上的吸附，增强催化活性；CMC在混炼中形成高粘度的胶体，起着胶粘、可塑、保水等作用，提高胚体的强度；PEO在催化剂中起着粘合、保水、增塑等作用；木浆为造孔剂，焙烧后形成微孔，增大比表面积；氨水调节泥料的酸碱性，泥料处于碱性状态具有较高的可塑性，利于挤出和成型；去离子水在粉体表面包覆一层很薄的“水膜”，加强粉体间润滑，依靠水的内聚力将相邻泥料颗粒“抱紧成团”，改善泥料的结合力和塑性。

2 催化剂生产工艺

催化剂生产工艺流程如下：

活性液配制→混炼→陈腐→过滤预挤→一级干燥→

二级干燥→焙烧→定尺切割→端面硬化→模块组装→模块装卸

3 生产工艺关键技术分析

3.1 活性液配制

活性液浓度决定催化剂活性成分的含量。将去离子水和单乙醇胺混合液加热至75 ℃后，加入偏钒酸铵，搅拌并加热至90 ℃左右，降温至55 ℃，保温待用。

3.2 混炼

混炼过程分6个阶段，各段加入原料，通过混炼机分散均匀，并将搅拌桨叶做功的能量分层切片输入到物料中，物料充分接触和分散后获得一定的塑性和pH值；混炼直接影响产品的质量和合格率。各混炼阶段泥料指标要求如表1所示。

表1 混炼阶段泥料指标要求

第一阶段将部分钛白粉、三氧化钨、氧化钼和蒙脱石粘土加入混炼机，正向低速搅拌下加入硬脂酸、乳酸、水、氨水，正向高速搅拌并使泥料达到表1要求，pH偏低可用氨水调节。第二阶段将剩余钛钨粉和回收料加入混炼机，正向低速搅拌下加入水和氨水，正向高速搅拌下升温至90 ℃以上，然后开排气阀抽湿至泥料达到表1要求。

第三阶段将活性液、木浆、玻纤和水加入混炼机，正向高速搅拌至泥料达到表1要求。第四阶段将部分CMC、PEO和水加入混炼机，反向高速搅拌至泥料达到表1要求。

第五阶段将剩余CMC和PEO加入混炼机，反向高速搅拌至泥料达到表1要求。第六阶段据第五阶段泥料情况，加入水和氨水，反向高速搅拌下调节泥料至指标要求；若第五阶段达到指标要求，则直接将泥料卸至陈腐箱中并密封。

3.3 陈腐

陈腐是将混炼后泥料密封后置于温度为20～30 ℃、湿度≥80%的陈腐室一段时间，以消除泥料应力，使泥料水分等更加均匀，进一步提高泥料性能。

3.4 过滤预挤

过滤预挤是除去混炼中泥料块和杂质，以防成型时堵塞模具，并使泥料中物质分散均匀；过滤时温度不能高于50 ℃，以防蒸发太快影响泥料含水率；过滤网孔大小为1 mm×3 mm，注意过滤网要及时更换，过滤后将泥料密封并再次陈腐。

3.5 挤出成型

挤出成型是将泥料通过真空挤出机挤成蜂窝状的泥胚，注意挤出速度保持在1～1.5 m/min，压力在2.5～5.5 MPa，温度在10～30 ℃，真空度小于-0.096 MPa，挤出长度在300～1300 mm，挤出胚体截面为155.5～157.5 mm，胚体用带海绵内衬的纸箱包装，置于干燥小车上。

3.6 一级干燥

一干是催化剂制造中关键的工序，耗时7～12 d。用热蒸汽加热和加湿，通过温度逐渐上升和湿度逐渐下降来干燥。一干中催化剂温度分布与热传递、湿度梯度方向相反，阻碍自由水的迁移，为避免干燥过快产生的应力导致催化剂开裂或变形，加热周期内多次经过恒湿升温、恒温恒湿、恒温降湿阶段，最后平缓降温，即关闭热源，等温度降至室温后，方可取出；一级干燥温湿度控制参数如表2所示。

表2 一级干燥温湿度参数

3.7 二级干燥

将一干后催化剂从纸箱内取出，放在二级干燥车上送入隧道窑内，在温度为(60±5)℃，湿度为20%±5%下进一步鼓风干燥，直至水分降至3%以内，不然焙烧时容易产生裂纹，影响产品质量。

3.8 焙烧

焙烧也是催化剂制造的关键工序，焙烧过程生成活性物质，形成大的比表面积、微孔及机械强度。焙烧依次经过升温段Ⅰ、恒温段Ⅱ、升温段Ⅰ、恒温段Ⅱ和降温段，应注意控制网带窑内各段的温度场、热风流场和排气管道静压，温度和湿度场不均会使同一催化剂失去水分不同，在冷却定型阶段则横纵方向收缩不一致，导致变形、开裂。焙烧曲线如图1所示。

图1 催化剂焙烧曲线

在不同温度段，催化剂发生一系列化学反应，加入物料、有机物和助剂如单乙醇胺在70 ℃、硬脂酸在100 ℃、乳酸在122 ℃、聚环氧乙烷在165 ℃、偏钒酸铵在210 ℃、羧甲基纤维素在252 ℃开始挥发、分解或碳化，其中最重要的是活性物质V2O5生成反应：2NH4VO3→V2O5+2NH3↑+H2O↑。

应注意物质分解使网带窑内温度场变化和炉内氧气含量，氧气量低导致催化剂颜色变深。因催化剂陶瓷化才具有较高强度，且要避免烧结，而锐钛型TiO2在625 ℃以上易金红石型转化，故焙烧最高温度不超过625 ℃。

3.9 定尺切割

切割是将经焙烧后的催化剂用双端面切割锯床切割成设计尺寸，应避免切割时催化剂不平稳导致掉角破损，或位置偏移致催化剂过多切割、漏切的现象发生。

3.10 端面硬化

端面硬化是对催化剂端部强化，提高抗磨损强度，延长寿命。将催化剂一端浸入硬化液中，浸渍后晾干，硬化液一般为硫酸铝和有机酸的水溶液，煅烧后在端面覆盖一层致密的氧化铝。控制硬化液温度在50 ℃，浸入深度为20 mm，浸渍时间为30 s。

3.11 模块组装

模块组装是催化剂单体组合成一个整体的过程，组装质量影响着脱硝性能的发挥。将催化剂单体整齐排列填满模块箱，硬化端位于烟气入口方向，模块箱与催化剂接触处垫衬陶瓷纤维棉，单体间隔有陶瓷纤维垫片，以保证密封。侧板通过螺栓固定在顶板和底板上，并通过侧板的挤压力将催化剂紧固在模块箱内，侧板间间隙采用角钢焊接牢固，并在模块格栅顶板面安装防大颗粒灰尘的金属过滤网，模块用塑料膜打包密封，并内置干燥剂防潮。

3.12 模块装卸

用叉车装卸模块，模块用木托盘支撑固定。模块装卸要轻放轻移，防止倾倒而损坏单体，防止薄膜破损而使单体吸潮。模块装车时，模块内单体水平放置，单体孔道与行进方向垂直，防止单体在运输中错位。车厢底部必须装橡胶垫板，模块之间以木板间隔，防止模块在车厢内倾斜、碰撞而损坏单体薄膜，用防潮防雨篷布完全覆盖并固定。

4 结 语

随着市场竞争日趋激烈，脱硝催化剂由价格竞争必然走向质量竞争，产品质量过硬才是走出困境和突出自身优势的办法。脱硝催化剂的生产工艺非常复杂，技术含量高，对原料品质和设备性能要求较高，尤其是混炼、一干和焙烧，设备和控制操作复杂、影响因素多，任一环节的问题将影响催化剂质量。因此，要求在每个工艺阶段严格按照标准控制生产，以生产出高质量的催化剂产品。

[1] 华攀龙,于光喜,华杰,等.蜂窝式SCR脱硝催化剂制造中几个关键工序的技术分析[J].机械制造与工程,2015,44(7):71-73.

[2] 朱崇兵,金保升,仲兆平.蜂窝式SCR脱硝催化剂的工业制备及性能试验[J].锅炉技术,2012, 43(2):69-74.

[3] 董长青.火电厂SCR脱硝催化剂寿命预估研究[J].华北电力大学学报,2016,43(3):64-68.

Key Technical Analysis of Honeycomb SCR Denitration Catalyst Production Process

WANGWei,GUOXiu-lian,HANHang,ZHOUKang,CHENHui

(Hubei Light Industry Institute of Research and Design, Hubei Wuhan 430052, China)

SCR (Selective Catalytic Reduction) denitration catalyst has a large specific surface area, high denitration efficiency and low rate of ammonia escape, which is widely used in coal-fired boiler flue gas removal process. Based on years of production technology practice, raw materials and its effect of honeycomb denitration catalyst production were introduced and the key technology in the process of production was further analyzed. The theory and practice were combined in order to find a solution to solve the problems of catalyst production process and ensure the quality and performance in the production process of denitration catalyst.

honeycomb; SCR; denitration catalyst; key technical

王伟(1985-)，男，硕士，主要研究纳米功能材料、脱硝催化剂材料、陶瓷材料等。

TQ032.47

A

1001-9677(2016)020-0132-03