[發明專利]一種鋯修飾的氣基直接還原鐵用催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201710992001.2
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107715886A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 史天石;謝建川;田兆利;史一欣;方科
• 申請（專利權）人: 江蘇中正陶瓷科技有限公司
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 向文

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，具體涉及一種鋯修飾的氣基直接還原鐵用催化劑的 制備方法。

背景技術

直接還原鐵是鐵礦在固態條件下直接還原為鐵，可以用來作為冶煉優質鋼、特殊 鋼的純凈原料，也可作為鑄造、鐵合金、粉末冶金等工藝的含鐵原料，是一種優質、 低耗、低污染的煉鐵新工藝，也是全世界鋼鐵冶金的前沿技術之一，到2013年全球 直接還原鐵產量達7700多萬噸。直接還原煉鐵工藝有氣基法和煤基法兩種，目前世 界上90％以上的直接還原鐵產量采用氣基法生產，也就是用氣態烴(天然氣)為原料來 制取還原性氣體，其中氣基豎爐MIDREX法直接還原鐵產生中占有較大優勢。 MIDREX法標準流程由還原氣制備和還原豎爐兩部分組成，還原氣制備爐為圓桶式轉 化爐，爐內布置有多根裝填催化劑的爐管。

但是現有的催化劑在制備過程中會生成大量的氮氧化物，這些氮氧化物的排放會 給環境帶來極大的危害，催化劑制備的環保性較差，無法達到環保標準要求；另外催 化劑被裝填在爐管內后，由于爐管內的溫度非常高，現有的催化劑的耐高溫性能無法 適應爐管內的高溫，從而嚴重影響催化劑的使用效果。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，提供一種能夠制備出耐高溫性能良 好的催化劑且能夠避免氮氧化物的排放，實現綠色環保制備的氣基直接還原鐵用催化 劑的制備方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供一種鋯修飾的氣基直接還原鐵用催化劑 的制備方法，包括如下具體步驟：

步驟1：催化劑載體的制備：首先選取氧化鋁、氧化鈣和/或氧化鎂化合物與脫模 劑按一定比例混合均勻，采用注射成型工藝制成坯體，然后將坯體經高溫燒結得到催 化劑載體，所述高溫燒結的作用一是高溫燒結是分解掉催化劑載體制備過程中加入的 脫模劑，二是經高溫燒結得到具有一定強度和孔容的催化劑載體成品，所述脫模劑的 作用一是在成型過程中保證催化劑載體成型后能順利從模具中分離出來，并保證表面 光潔，二是在高溫燒結過程中形成催化劑所需要的孔道；

步驟2：二氧化鋯修飾：將步驟1制得的催化劑載體置于配制好的硝酸鋯溶液中 進行載體修飾，待載體修飾完畢后對催化劑載體進行干燥和焙燒分解，得到經修飾后 的催化劑載體；

步驟3：活性組分鎳的浸漬：將步驟2修飾后的催化劑載體置于配制好的硝酸鎳 溶液中浸漬，使得催化劑活性組分鎳在催化劑載體上負載；

步驟4：催化劑的焙燒分解：在高溫下將負載有硝酸鎳的催化劑載體進行焙燒分 解，干燥后得到催化劑成品。

所述步驟4中采用雙通道爐窯對負載有硝酸鎳的催化劑載體進行焙燒分解，所述 雙通道爐窯包括A通道和B通道，所述負載有硝酸鎳的催化劑載體在A通道內焙燒分 解，A通道內所產生的氮氧化物氣體進入B通道內進行還原反應變成氮氣和二氧化碳 后排入大氣，所述B通道內還原反應的公式為：

C+2NO＝CO2+N2

2C+2NO2＝2CO2+N2

本發明的設計原理為：采用二氧化鋯對催化劑進行修飾，使得催化劑具備更好的 耐高溫性能，二氧化鋯本身具有較好的耐高溫性能，經表面修飾的催化劑，其二氧化 鋯主要分布在催化劑顆粒表面，在高溫下不易與催化劑的活性組分鎳形成共熔體而降 低催化劑的活性。未加二氧化鋯修飾的催化劑，在900℃左右以上使用時，氧化鋁就 會與活性組分鎳反應生成沒有催化活性的鎳鋁尖晶石，導致催化劑失去活性。經二氧 化鋯修飾的催化劑在1300℃使用時，均未發現有鎳鋁尖晶石的生成。所以經二氧化鋯 修飾的催化劑在高溫下使用具有更高的耐高溫性能，意味著催化劑的使用壽命更長。

進一步地，所述步驟2中硝酸鋯溶液中的Zr(NO₃)₄濃度為100-300g/l，所述載體 修飾的時間為10-50分鐘，所述焙燒分解的溫度為300-600℃，焙燒的時間為1-8小 時。

進一步地，所述步驟3中硝酸鎳溶液中Ni(NO₃)₂的濃度為100-400g/l，浸漬的時 間為10-70分鐘。

進一步地，所述步驟4中焙燒分解的溫度為250-600℃，干燥時間為2-10小時， 焙燒時間為1-12小時。

進一步地，所述步驟4中制得的催化劑成品中活性組分鎳的質量百分數為1-20％， 雜質二氧化硅的質量百分比數低于0.2％。

進一步地，所述脫模劑為石墨、稻殼粉、聚乙烯醇、石蠟的一種或多種。