催化燃燒器聯(lián)邦政府資助研究的聲明本發(fā)明是根據(jù)由能源部授予的合同號DE-EE0003491在政府支持下進行的。政府在本發(fā)明中享有一定的權(quán)利。技術(shù)領(lǐng)域本公開涉及催化燃燒器及其中使用的催化劑介質(zhì)。

背景技術(shù)：
在商用鍋爐中，在鍋爐內(nèi)容納的換熱器內(nèi)部的氣態(tài)烴燃料源被轉(zhuǎn)換為熱能。通常，換熱器內(nèi)部的空間保持為小的，以使鍋爐的尺寸最小化。為了使操作和環(huán)境成本最小化，希望燃料被有效地轉(zhuǎn)換為熱能并且最小化有害副產(chǎn)物(例如，NOx、CO)的量。先前嘗試解決該問題涉及通過多孔分配器和擴散器板(該專門術(shù)語較常用，即便“板”可能不平坦)控制氣體-空氣混合物的流體動力學，該多孔分配器和擴散器板常常被取向為同心、同軸圓柱體并且由耐熱金屬諸如不銹鋼構(gòu)造。雖然這些設(shè)計較緊湊并降低了NOx排放量，但該降低量正變得無法滿足逐漸嚴格的排放標準。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本公開通過建立設(shè)置在分配器與擴散器板之間的高空隙分數(shù)填充的催化劑介質(zhì)顆粒床而克服了上述問題。催化劑介質(zhì)顆粒降低了有效燃燒溫度，從而減少了所生成的熱NOx的量。填充的催化劑介質(zhì)顆粒床是在催化劑存在下實現(xiàn)燃料的足夠停留時間所需的。然而，催化劑介質(zhì)顆粒床的厚度(或深度)和空隙分數(shù)(ε)極大地影響催化劑介質(zhì)顆粒床中燃燒的燃料的熱傳遞速率。對于太厚和/或空隙分數(shù)太低的催化劑介質(zhì)顆粒床而言，來自燃燒反應的熱量從催化劑介質(zhì)顆粒床低效地去除，從而導致該床的溫度迅速升高并且可能超過催化劑的穩(wěn)定極限溫度，從而使其失活。在低空隙分數(shù)下，諸如在球形催化劑介質(zhì)顆粒(例如，空隙分數(shù)為約0.36的單分散球形顆粒)或破碎顆粒的情況下，根據(jù)催化劑介質(zhì)顆粒床的厚度，該床溫度可超過800℃。如本文所用，術(shù)語“空隙分數(shù)”是指在填充滿顆粒的容器中顆粒之間的空隙空間的體積與總?cè)萜黧w積(V容器，以立方厘米(cm3)表示)的比率，并且由以下表達式定義：其中V外部是以立方厘米(cm3)計的外部體積，包括所有固體材料、開放孔和不可滲透的部分。外部體積被定義為V外部＝W-S(2)其中W是以克計的飽和重量，S是以克計的懸浮重量，并且測試液體是密度為1克/立方厘米(g/cm3)的水。例如根據(jù)賓夕法尼亞州西康舍霍肯ASTM國際標準組織(ASTMInternational,WestConshohocken,Pennsylvania)制定的ASTM編號C20-00(2010年再批準)中對煅燒耐火磚所述的規(guī)程“StandardTestMethodsforApparentPorosity,WaterAbsorption,ApparentSpecificGravity,andBulkDensityofBurnedRefractoryBrickandShapesbyBoilingWater”(用沸水法測定煅燒耐火磚和異型磚的表觀多孔性、吸水性、表觀比重及體積密度的標準測試方法)來計算這些項。高床溫度可導致催化劑失活和/或從表面揮發(fā)掉并隨排出料流攜帶出該系統(tǒng)。雖然催化劑介質(zhì)顆?？蓪崿F(xiàn)低NOx排放量，但高催化劑床溫度逐漸降低了催化劑的有效性。在較大空隙分數(shù)下，床溫度隨空隙分數(shù)增加而降低，相伴的是催化劑介質(zhì)顆粒壽命延長，直到在大于0.6的空隙分數(shù)下，床溫度通常不超過800℃，并且鈀催化劑表現(xiàn)出較長壽命，同時仍然實現(xiàn)低NOx排放量。在一些實施例中，催化劑介質(zhì)顆?；旧喜缓?，或甚至不含內(nèi)部空隙空間。因此，在一個方面，本公開提供一種催化燃燒器，其包括：多孔擴散器構(gòu)件；多孔分配器構(gòu)件；至少一個密封件，該密封件在多孔擴散器構(gòu)件與多孔分配器構(gòu)件之間延伸，從而限定氧化室；和催化劑介質(zhì)顆粒，該催化劑介質(zhì)顆粒用于催化燃料料流的氧化反應以產(chǎn)生熱量和排出料流，其中該催化劑介質(zhì)顆粒設(shè)置在所述氧化室內(nèi)，其中該催化劑介質(zhì)顆粒包含載體顆粒，每個載體顆粒包含耐火材料，其中該載體顆粒中的至少一些在其上具有包含氧化催化劑的外涂層，并且其中該催化劑介質(zhì)顆粒的空隙分數(shù)為至少0.6。在一些實施例中，多孔擴散器構(gòu)件和多孔分配器構(gòu)件包括基本上平行的多孔板。在一些實施例中，多孔擴散器構(gòu)件包括第一開口端，多孔分配器構(gòu)件至少部分地設(shè)置在多孔擴散器構(gòu)件內(nèi)部，并且多孔分配器構(gòu)件包括第二開口端。在考慮具體實施方式以及所附權(quán)利要求書之后，將進一步理解本公開的特征和優(yōu)點。附圖說明圖1是根據(jù)本公開的示例性催化燃燒器100的示意透視圖。圖1A是圖1中的區(qū)域1A的放大細部。圖2是示例性催化燃燒器200的示意性剖視圖。圖3是示例性催化劑介質(zhì)顆粒270的放大示意性剖視圖。圖4是示例性催化燃燒器400的示意性剖視圖。圖5是“催化劑介質(zhì)顆粒E的制備”中制備的示例性鞍形載體顆粒的顯微照片。圖6是根據(jù)本公開的包括催化燃燒器的示例性鍋爐的示意性剖視圖。在本說明書和附圖中重復使用附圖標記旨在表示本公開的相同或相似的特征或元件。應當理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能構(gòu)思出落入本公開的原理的范圍和實質(zhì)之內(nèi)的多種其他修改和實施例。附圖可未按比例繪制。具體實施方式參見圖1，示例性催化燃燒器100具有燃料料流(未示出)的入口開口110、相鄰密封件160，該燃料料流穿過多孔分配器構(gòu)件115中的孔113(參見圖1A)，在燃燒器內(nèi)部被氧化，然后作為排出料流(未示出)穿過多孔擴散器構(gòu)件120中的孔129釋放。催化燃燒器的除催化劑介質(zhì)顆粒之外的部件可包含能夠承受燃料料流的氧化所引起的熱量(例如，最高至至少800℃)和腐蝕的任何材料。不銹鋼(例如，等級304或316)是示例性的此類材料。催化燃燒器可具有例如如本領(lǐng)域已知的任何合適設(shè)計，包括未在本文示例的設(shè)計。各種設(shè)計的示例包括柱形(例如，如圖1-3所示)、截頭圓錐形(例如，如PCT公布申請WO2011/076220A1所述)、平行板和球狀構(gòu)形(例如，如美國專利5,474,443(Viessmann等人)所述)。多孔分配器構(gòu)件通常包括具有多個貫穿延伸的孔的壁，可被成型為例如柱形管、錐形管、中空球狀體、或它們的組合，但這不是必需?？卓删哂腥魏涡螤?例如，狹縫和/或圓孔)和圖案，但優(yōu)選地尺寸被充分設(shè)定成催化劑介質(zhì)顆粒不從中穿過。在一些實施例中，基于壁的總表面積計，多孔分配器構(gòu)件的壁中的多個孔占1至30面積百分比、優(yōu)選地5至25面積百分比、并且更優(yōu)選地5至15面積百分比，但這不是必需。優(yōu)選地，孔應足夠小，這防止回火點火?？仔螤詈统叽绲倪x擇可取決于燃料料流的成分及其壓力，并且將是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。在一些實施例中，多孔分配器構(gòu)件包括燒結(jié)的多孔金屬玻璃料。同樣，多孔擴散器構(gòu)件通常包括具有多個貫穿延伸的孔的壁，可被成型為例如柱形管、錐形管、中空球狀體、或它們的組合，但這不是必需。和此前一樣，孔可具有任何形狀和圖案，但優(yōu)選地尺寸被充分設(shè)定成催化劑介質(zhì)顆粒不從中穿過。在一些實施例中，基于壁的總表面積計，多孔分配器構(gòu)件的壁中的多個孔占10至90面積百分比、優(yōu)選地15至45面積百分比，但這不是必需。在一些實施例中，多孔擴散器構(gòu)件包括絲網(wǎng)。通常，多孔擴散器構(gòu)件適于至少部分地包封多孔分配器構(gòu)件，同時形成在多孔擴散器構(gòu)件與多孔分配器構(gòu)件之間具有基本上恒定的間隙的氧化室(例如，至少部分地填充有催化劑介質(zhì)顆粒)。針對用于家用鍋爐，間隙通常為0.5毫米至3毫米，而較高的間隙通常具有旨在與商用和工業(yè)鍋爐一起使用的較大燃燒器。在一些實施例中，多孔分配器構(gòu)件和/或多孔擴散器構(gòu)件是中空的。在圖2中所示的一個實施例中，具有催化燃燒器100(圖1中所示)的相同外部概貌的催化燃燒器200包括多孔擴散器構(gòu)件220，該多孔擴散器構(gòu)件220包括柱形導管221并且包括第一開口端225和第二開口端227，柱形導管221具有帶有多個從中穿過的孔(未示出)的壁222。多孔分配器構(gòu)件230(包括具有壁232的柱形導管231，壁232帶有多個從中穿過的孔233)設(shè)置在多孔擴散器構(gòu)件220內(nèi)部并且包括第三開口端235和第四開口端237。第一開口端225被第一端蓋240覆蓋并且包括對準銷245，該對準銷沿著多孔擴散器構(gòu)件220的縱向軸線250向內(nèi)延伸。第二端蓋244覆蓋第四開口端237，但適于接收對準銷245的中央開口239除外。環(huán)形密封件260在多孔擴散器構(gòu)件220與多孔分配器構(gòu)件230之間延伸，從而限定(與第一端蓋240結(jié)合)氧化室270。催化劑介質(zhì)顆粒280設(shè)置在氧化室270內(nèi)，并且催化燃料料流中的氧化反應，從而產(chǎn)生熱量和排出料流。催化劑介質(zhì)顆粒280包括含有耐火材料的載體顆粒284。催化劑介質(zhì)顆粒以至少0.6的空隙分數(shù)填充。任選地，管狀篩網(wǎng)可設(shè)置在多孔分配器構(gòu)件內(nèi)部以防止可能形成的催化劑介質(zhì)顆粒的任何碎片向內(nèi)穿過多孔擴散器構(gòu)件中的孔?，F(xiàn)現(xiàn)在參見圖3，載體顆粒184具有包含氧化催化劑182的外涂層186。外涂層186包括與載體顆粒184接觸的包含氧化鈰的內(nèi)層188并且支撐包含氧化催化劑的外層189。在在圖4所示的另一個實施例中，具有催化燃燒器100(圖1中所示)的相同外部概貌的柱形催化燃燒器400包括多孔擴散器構(gòu)件420，該多孔擴散器構(gòu)件包括具有壁422的柱形導管421并且包括第一開口端425和第二開口端427，壁422帶有多個從中穿過的孔(未示出)。柱形多孔分配器構(gòu)件430(包括具有壁432的柱形導管431，壁432帶有多個從中穿過的孔433)設(shè)置在多孔擴散器構(gòu)件420內(nèi)部并且包括第三開口端435和第四開口端437。第一開口端425被端蓋440覆蓋。第三開口端435接合端蓋440中的凹槽446，從而形成密封件。環(huán)形密封件460在多孔擴散器構(gòu)件420與多孔分配器構(gòu)件430之間延伸，從而限定(與端蓋440結(jié)合)氧化室470。催化劑介質(zhì)顆粒480設(shè)置在氧化室470內(nèi)。在使用時，催化劑介質(zhì)顆粒催化燃料料流的氧化反應以產(chǎn)生熱量和排出料流。催化劑介質(zhì)顆粒包含多個載體顆粒，載體顆粒的至少一些在其相應外表面的至少一部分上具有外涂層。載體顆粒通常因用于制備它們的工藝(例如，通過擠出或模塑)而有意地成型(即，不是例如破碎顆粒或粉末那樣隨機成型)，但這不是必需。催化劑介質(zhì)顆粒的尺寸的選擇通常至少部分地由燃燒器的尺寸以及多孔分配器構(gòu)件與多孔擴散器構(gòu)件之間的間距控制。在一些實施例中，催化劑介質(zhì)顆粒的平均粒徑(即，顆粒的最大尺寸)或最大粒徑為0.5至20毫米、0.5至6毫米、0.5至3毫米，但也可使用其他粒徑。由于外涂層通常較薄，催化劑介質(zhì)顆粒的形狀和尺寸通?；旧吓c載體顆粒相同。擴散器構(gòu)件與分配器構(gòu)件之間的平均間距一般大于催化劑介質(zhì)顆粒的平均粒徑。在一些實施例中，擴散器構(gòu)件與分配器構(gòu)件之間的平均間距為0.5至20毫米、0.5至10毫米、或1至6毫米，但這不是必需。在一些實施例中，載體顆粒的形狀是預先確定的，例如諸如由模制工藝所產(chǎn)生。載體顆粒包含耐火材料(即，一種或多種耐火材料)并可由耐火材料構(gòu)成。合適的耐火材料的示例包括氧化鋁(例如，α氧化鋁、β氧化鋁、γ氧化鋁、η氧化鋁、和/或θ氧化鋁)、莫來石、鈦酸鋁、氧化鋯、鋯石、二氧化硅、耐火粘土(不純高嶺土)、堇青石、碳化硅，以及它們的混合物。合適的耐火材料的另外的示例包括選自以下的金屬的氧化物：鎂、鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、鈰、銅、鋅、鎵、鍺、鍶、釔、鋯、鈮、鉬、釕、銠、銀、釤、銦、鐵、錫、銻、鋇、鑭、鉿、鎢、錸、銥、鉑、以及它們的組合。優(yōu)選的耐火材料包括無機金屬氧化物(例如，氧化鋁和莫來石)。優(yōu)選地，耐火材料具有較低的熱膨脹系數(shù)和/或能夠耐受多個熱循環(huán)而不破裂和破碎?？捎玫妮d體顆粒可購自商業(yè)來源或例如根據(jù)已知方法制備。例如，氧化鋁載體顆?？赏ㄟ^如下步驟制備：擠出并任選地成型(例如，卷曲)包含氧化鋁前體(例如，膠態(tài)的勃姆石)的漿液或溶膠-凝膠，將擠出物切成所需長度，干燥擠出物顆粒，任選地對其進行煅燒，然后將其燒結(jié)，這些步驟大體上如美國專利4,314,827(Leitheiser等人)；4,518,397(Leitheiser等人)；4,881,951(Monroe等人)中所述。合適的鞍形載體顆?？赏ㄟ^如下步驟制備且在圖5中示出：按照下文實例部分中“催化劑介質(zhì)顆粒E的制備”中所述，通過具有彎曲尖端的中空針擠出勃姆石溶膠-凝膠。在一些實施例中，載體顆粒沿著其長度具有基本上恒定的橫截面輪廓。對于通過擠出工藝形成的載體顆粒而言，尤其是如此。催化劑介質(zhì)顆粒以其間具有大量空間的方式填充(例如，它們以至少0.6的空隙分數(shù)填充)。在一些實施例中，空隙分數(shù)為至少0.63、至少0.65、至少0.68、至少0.70、至少0.72、至少0.75、至少0.78、或甚至至少0.80。優(yōu)選地，催化劑介質(zhì)顆粒不以有序的陣列填充?？墒褂靡运杩障斗謹?shù)填充的任何形狀或形狀組合?？梢运杩障斗謹?shù)填充的成型顆粒的示例包括彎棒、彎管和鞍形顆粒(例如，如在下文的實例中)。催化劑介質(zhì)顆?？删哂腥魏魏线m的理論密度。例如，它們可具有至少1.5g/cm3、至少1.7g/cm3、至少1.9g/cm3、至少2.1g/cm3、至少2.3g/cm3、至少2.5g/cm3、至少2.7g/cm3、至少2.9g/cm3、至少3.0g/cm3、至少3.1g/cm3、至少3.3g/cm3、至少3.5g/cm3、至少3.6g/cm3、至少3.7g/cm3、至少3.8g/cm3或甚至至少3.9g/cm3的理論密度。載體顆粒中的至少一些、優(yōu)選地載體顆粒的至少大多數(shù)或甚至全部在其外表面的至少一部分上具有外涂層。被外涂層覆蓋的程度通常將取決于用于將其沉積在載體顆粒上的工藝。例如，溶劑涂覆工藝可有效涂覆整個表面，而物理氣相沉積可導致單獨載體顆粒表面的部分覆蓋。外涂層可包括一個或多個層(例如，一、二或三個層)。外層可具有任何厚度，但通常較薄。例如，其可具有1納米(nm)至10微米的厚度，優(yōu)選地1納米至1微米。外涂層包含用于氧化燃料料流中的可氧化氣體的氧化催化劑。此類材料是本領(lǐng)域熟知的并且包括例如包含鉑、銥、鋨、鈀、釕、銠、它們的合金、它們的氧化物、以及它們的組合的材料。其中，鈀及其氧化物是優(yōu)選的。基于鈀的催化劑已知具有用于甲烷氧化的高催化活性。據(jù)信，這些催化劑中活性最強的相是通常在300至600℃之間穩(wěn)定的氧化物形式。在高于約800℃的升高的溫度下，除了通過例如燒結(jié)使活性表面積減小之外，氧化鈀(PdO)還分解為Pd金屬，據(jù)信，Pd金屬活性不及氧化物形式。重要的是，金屬形式還具有比氧化物更高的揮發(fā)性，因此存在催化材料在燃燒器操作期間通過蒸發(fā)過程損失的更大風險。這些考慮因素指示介于300至600℃之間的最佳溫度范圍使得鈀催化劑在根據(jù)本公開的催化燃燒器中有效且長期地使用。在一些實施例中，外涂層包括內(nèi)層和外層，這些層可包含不同材料。在一個實施例中，內(nèi)層(即，與載體顆粒接觸的層)包含氧化鈰。內(nèi)層支撐包含氧化催化劑的外層。示例性雙層構(gòu)造及其制備在下文實例中的“催化劑介質(zhì)顆粒G的制備”中有所描述。在一些示例性實施例中，使用物理氣相沉積將催化活性鈀沉積在載體顆粒上。物理氣相沉積是指鈀從含鈀源或靶向載體顆粒的物理轉(zhuǎn)移。物理氣相沉積可被視為涉及一個原子接一個原子地沉積，但在實際的實施過程中，鈀也可以作為極其細小的團粒進行轉(zhuǎn)移，每個團粒由多于一個原子構(gòu)成。一旦處于載體顆粒的表面，鈀可以與表面發(fā)生物理、化學、離子和/或其他方式的相互作用。有多種不同的用于實施物理氣相沉積(PVD)的方法。代表性的方法包括濺射沉積、蒸發(fā)、和陰極電弧沉積?？梢允褂眠@些方法中的任一種或其他PVD法，但采用的PVD技術(shù)的性質(zhì)會影響催化活性。例如，使用的物理氣相沉積技術(shù)的能量可影響移動性，并且因此沉積的鈀原子和簇趨于在載體表面上聚結(jié)成較大的團粒。較高的能量趨于對應于增加的鈀聚結(jié)趨勢。增加的聚結(jié)繼而趨于降低催化活性。一般來講，蒸發(fā)中沉積物質(zhì)的能量最低，濺射沉積中的較高(其中可以包含一些離子含量，其中小部分碰撞的金屬物質(zhì)發(fā)生離子化)，陰極電弧中的最高(其中的離子含量可以占百分之幾十)。因此，如果一種具體的PVD技術(shù)導致沉積的鈀比所需的更容易移動，則用較低能量的PVD技術(shù)來替代可能是有用的。一般來講，物理氣相沉積是鈀源與載體顆粒之間的瞄準式/表面涂覆技術(shù)。這意味著僅直接涂覆載體顆粒的暴露外表面，而不涂覆完全在基質(zhì)內(nèi)的內(nèi)孔(如果有的話)。雖然非直接瞄準源的內(nèi)表面也將趨于不直接涂覆有鈀，但在一些基質(zhì)上，沉積的鈀的原子和小簇可以通過擴散到多孔載體顆粒中小距離而滲透。在一些優(yōu)選的實施例中，活性鈀物質(zhì)基本上完全在載體顆粒的最外側(cè)部分上收集到。這可是可取的，因為例如在燃燒器系統(tǒng)中，這是最易于與可氧化的氣體相互作用的催化劑體系的表面。鈀金屬可以是金屬、氧化物、或一些其他氧化形式的形式，并且可具有例如0、+2、或+4的氧化態(tài)。一般來講，優(yōu)選的是，鈀的至少一部分在催化燃燒器正促進燃燒的期間以氧化形式存在。在一些實施例中，物理氣相沉積在載體顆粒上的鈀金屬可具有0.1nm至500nm、1nm至400nm、或甚至5nm至250nm的厚度。對于在鍋爐中使用，催化燃燒器通常聯(lián)接到入口構(gòu)件并且安裝在鍋爐內(nèi)，該入口構(gòu)件具有入口端口，該入口端口與入口開口流體連通以用于從源供應燃料料流?，F(xiàn)在參見圖6，示例性鍋爐600包括催化燃燒器605，該催化燃燒器聯(lián)接到入口構(gòu)件610并且設(shè)置在外殼630中的腔體615內(nèi)。入口構(gòu)件610包括入口端口620，該入口端口與催化燃燒器605的入口開口625流體連通以用于從源供應燃料料流670。外殼630具有排出端口640和換熱器盤管650以用于循環(huán)熱交換流體(例如，水)。一旦氧化，則燃料料流被轉(zhuǎn)變?yōu)榕懦隽狭?90，該排出料流從催化燃燒器600排放，繞過絕緣擋板680，穿過熱交換盤管650，然后穿過排出端口640排出。鍋爐還可包括一個或多個另外的部件，諸如例如冷凝物排放管。典型的燃料料流是氣態(tài)的，并且通常包含可氧化組分和氧化性組分(即，氧化劑)。合適的可氧化組分的示例包括乙炔、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、以及它們的組合，但也可使用其他可氧化氣態(tài)材料。合適的氧化性組分的示例包括空氣、氧氣(純的或與其他氣體諸如氮氣、二氧化碳、和/或稀有氣體結(jié)合，例如在空氣中)或另一種氧化性氣體(例如，一氧化二氮)。根據(jù)本公開的催化燃燒器可用于例如家用、商用、和/或工業(yè)鍋爐。如本文所用，詞語形式“包含”、“具有”和“包括”在法律上等同且具有開放式含義。因此，除了列舉的元件、功能、步驟、或限制之外，還可存在其他未列舉的元件、功能、步驟或限制。本公開的精選實施例在第一實施例中，本公開提供一種催化燃燒器，其包括：多孔擴散器構(gòu)件；多孔分配器構(gòu)件；至少一個密封件，該密封件在多孔擴散器構(gòu)件與多孔分配器構(gòu)件之間延伸，從而限定氧化室；和催化劑介質(zhì)顆粒，該催化劑介質(zhì)顆粒用于催化燃料料流的氧化反應以產(chǎn)生熱量和排出料流，其中所述催化劑介質(zhì)顆粒設(shè)置在氧化室內(nèi)，其中所述催化劑介質(zhì)顆粒包含載體顆粒，每個載體顆粒包含耐火材料，其中所述載體顆粒中的至少一些在其上具有包含氧化催化劑的外涂層，并且其中所述催化劑介質(zhì)顆粒的空隙分數(shù)為至少0.6。在第二實施例中，本公開提供根據(jù)第一實施例所述的催化燃燒器，其中所述多孔擴散器構(gòu)件包括第一開口端，其中所述多孔分配器構(gòu)件至少部分地設(shè)置在所述多孔擴散器構(gòu)件內(nèi)部，其中所述多孔分配器構(gòu)件包括第二開口端。在第三實施例中，本公開提供根據(jù)第一或第二實施例所述的催化燃燒器，所述催化燃燒器還包括第一端蓋，其中所述多孔擴散器構(gòu)件還包括第三開口端，并且其中所述第一端蓋覆蓋所述第一開口端。在第四實施例中，本公開提供根據(jù)第三實施例所述的催化燃燒器，所述催化燃燒器還包括第二端蓋，其中：所述第一端蓋包括沿著所述多孔分配器構(gòu)件的縱向軸線從其向內(nèi)延伸的對準銷；所述多孔分配器構(gòu)件還包括第四開口端；并且所述第二端蓋覆蓋所述第四開口端，但適于接收所述對準銷的所述第二端蓋中的中央開口除外。在第五實施例中，本公開提供根據(jù)第三或第四實施例所述的催化燃燒器，其中所述多孔擴散器構(gòu)件包括柱形導管或截頭圓錐導管中的至少一種。在第六實施例中，本公開提供根據(jù)第一至第五實施例中任一項所述的催化燃燒器，其中所述多孔擴散器構(gòu)件包括球狀部分。在第七實施例中，本公開提供根據(jù)第一至第六實施例中任一項所述的催化燃燒器，其中所述外涂層是不連續(xù)的。在第八實施例中，本公開提供根據(jù)第一至第七實施例中任一項所述的催化燃燒器，其中所述空隙分數(shù)為至少0.65。在第九實施例中，本公開提供根據(jù)第一至第八實施例中任一項所述的催化燃燒器，其中所述多孔分配器構(gòu)件和所述多孔擴散器構(gòu)件彼此分隔開1至6毫米的平均距離。在第十實施例中，本公開提供根據(jù)第一至第九實施例中任一項所述的催化燃燒器，其中所述催化劑介質(zhì)顆粒的平均粒徑為0.5毫米至3毫米。在第十一實施例中，本公開提供根據(jù)第一至第十實施例中任一項所述的催化燃燒器，其中所述載體顆粒為鞍形的。在第十二實施例中，本公開提供根據(jù)第一至第十一實施例中任一項所述的催化燃燒器，其中所述載體顆粒沿著其長度具有基本上恒定的橫截面輪廓。在第十三實施例中，本公開提供根據(jù)第十二實施例所述的催化燃燒器，其中所述氧化催化劑包含鈀。在第十四實施例中，本公開提供根據(jù)第十三實施例所述的催化燃燒器，其中所述鈀通過物理氣相沉積來沉積。在第十五實施例中，本公開提供根據(jù)第一至第十四實施例中任一項所述的催化燃燒器，其中所述外涂層包括含有氧化鈰的內(nèi)層，所述內(nèi)層與所述載體顆粒接觸并支撐包含所述氧化催化劑的外層。在第十六實施例中，本公開提供根據(jù)第二實施例中任一項所述的催化燃燒器，所述催化燃燒器還包括氣體入口構(gòu)件，所述氣體入口構(gòu)件覆蓋所述多孔分配器構(gòu)件的所述第一開口端，其中所述氣體入口構(gòu)件包括氣體入口端口。在第十八實施例中，本公開還包括至少部分地設(shè)置在所述多孔分配器構(gòu)件內(nèi)部的篩網(wǎng)。在第十九實施例中，本公開提供一種鍋爐，所述鍋爐包括：根據(jù)本公開的催化燃燒器，所述催化燃燒器設(shè)置在外殼中的腔體內(nèi)，其中所述催化燃燒器聯(lián)接到入口構(gòu)件，所述入口構(gòu)件包括入口端口以用于供應燃料料流；用于循環(huán)熱交換流體的換熱器，所述換熱器設(shè)置在所述外殼內(nèi)，并且與所述催化燃燒器流體連通，其中所述外殼還包括排出端口，所述排出端口通過所述催化燃燒器與所述入口端口流體連通。通過以下非限制性實例進一步說明本公開的目的和優(yōu)點，但這些實例中所述的具體材料及其用量，以及其它條件和細節(jié)不應視為對本公開進行不當限定。實例除非另有說明，否則在實例及本說明書的其余部分中的所有份數(shù)、百分數(shù)、比率等均為以重量計。鈀含量測定方法使用電感耦合等離子體-光發(fā)射光譜法(ICP-OES)設(shè)備(以商品名OPTIMA4300DV購自馬薩諸塞州沃爾瑟姆的珀金埃爾默公司(PerkinElmer,Waltham,Massachusetts))測定催化劑介質(zhì)顆粒的鈀含量。針對使用包含0、0.5、1和2百萬分率(ppm)鈀的酸性比對溶液標準品生成的外部校準曲線，分析催化劑介質(zhì)顆粒。使用0.5ppm的質(zhì)量控制標準物來監(jiān)測分析期間校準曲線的精確性。0.5ppm的鈧?cè)芤号c催化劑介質(zhì)顆粒和作為內(nèi)標的標準品一起在線流動。以重復樣品來測量催化劑介質(zhì)顆粒。將約100mg的每個重復樣品稱量到相應的酸洗石英燒杯中。將約2mL的濃硫酸添加到樣品燒杯中和兩個空對照燒杯中。在燒杯上覆蓋酸洗的石英表面皿，并在回流(約337℃)下加熱兩小時。接著，部分揭開燒杯以允許過量的酸蒸發(fā)，直至獲得約0.5mL的溶液體積。向每個燒杯中添加約1mL的30％過氧化氫，隨后添加4mL的王水(3:1HCl:HNO3)，并且將溶液加熱至約90-100℃持續(xù)15分鐘。然后添加約10mL的去離子水，并漸漸地加熱溶液，直到剩余的固體已經(jīng)部分溶解。冷卻重復樣品和對照物，定量轉(zhuǎn)移到聚丙烯離心管中，用去離子水稀釋至25mL，并置于ICP-OES設(shè)備中。鈀含量以基于催化劑介質(zhì)顆粒總重量計的鈀重量百分比記錄。催化劑介質(zhì)顆粒的制備催化劑介質(zhì)顆粒A的制備在1200℃下對1.8mm的γ氧化鋁球體(德克薩斯州休斯敦的薩索爾公司(SasolLLC,Houston,Texas))進行初始熱處理8小時(下文稱為載體顆粒A)。載體顆粒A的空隙分數(shù)為0.38，如使用公式1和2以及ASTMC20-00(均在上文描述)所計算。然后通過金屬氧化物溶膠和金屬鹽溶液的受控溶劑蒸發(fā)，將基于可見于Haneda等人，Bull.Chem.Soc.Jpn.(1993),vol.66,pp.1279-1288(Haneda等人，《日本化學會通報》，1993年，第66卷，第1279-1288頁)的修改合成法由鈰和鋁的氧化物(5.25重量％)構(gòu)成的納米多孔載體材料沉積在載體顆粒A的表面上。簡而言之，用包含勃姆石和硝酸鈰的酸性水溶膠潤濕載體顆粒A(潤濕到接近初期濕度)，并去除溶劑，從而產(chǎn)生部分干燥、涂覆的球體，然后在600℃下煅燒4小時以形成金屬氧化物(下文稱為“Ce/Al氧化物”)涂層?；谥亓吭鲆?，Ce/Al氧化物的典型重量百分比為所得涂覆的載體顆粒的約5重量％。然后使用磁控濺射和顆粒攪拌器系統(tǒng)，通過物理氣相沉積(PVD)將鈀沉積在Ce/Al氧化物涂覆的載體顆粒上至各種負載水平。將Ce/Al氧化物涂覆的載體顆粒的每個樣品置于圖1和2中、尤其是美國專利申請公布2009/054230A1(Veeraraghavan等人)的第[0074]-[0076]段中所述的PVD設(shè)備中，不同的是，葉片42不包括孔44。顆粒攪拌器16具有6.3mm的葉片間隙。然后把真空室14抽空至約5×10-5托(6.6mPa)或更低的背景壓力，使氬濺射氣以約10毫托(133.3mPa)的壓力進入該室。具有讀出器的質(zhì)量流量控制器(可購自馬薩諸塞州威爾明頓的MKS儀器公司(MKSInstruments,Inc.,Wilmington,Massachusetts))用來控制室內(nèi)氬氣的流速，并且氬氣流速保持在47標準立方厘米每分鐘(sccm)。然后通過向鈀濺射靶32供電2小時的預先設(shè)定時段進行鈀沉積工藝，其中顆粒攪拌器軸40和葉片42以6rpm旋轉(zhuǎn)。鈀沉積工藝的持續(xù)時間為2小時。施加的鈀濺射靶功率為110瓦特。在完成鈀沉積工藝之后，在真空室中通入空氣達到環(huán)境條件，并將所得的涂覆顆粒(催化劑介質(zhì)顆粒A)從PVD設(shè)備中去除。根據(jù)鈀含量測定方法(上文)測得鈀含量為0.19重量％Pd。催化劑介質(zhì)顆粒B的制備催化劑介質(zhì)顆粒B是50％(以體積計)的載體顆粒A與50％的催化劑介質(zhì)顆粒A的混合物。催化劑介質(zhì)顆粒C的制備根據(jù)催化劑介質(zhì)顆粒A的制備方法將鈀沉積在載體顆粒A上，從而得到催化劑介質(zhì)顆粒C。催化劑介質(zhì)顆粒C不包含Ce/Al氧化物涂層。根據(jù)鈀含量測定方法(上文)測得鈀含量為0.18重量％Pd。催化劑介質(zhì)顆粒D的制備催化劑介質(zhì)顆粒D的制備物是50％(以體積計)的載體顆粒A與50％的催化劑介質(zhì)顆粒C的混合物。催化劑介質(zhì)顆粒E的制備利用40重量％的如下固體勃姆石凝膠，使用針擠出工藝來形成鞍形載體顆粒。通過在包含水(7087份)和70％的水性硝酸(212份)的溶液中進行高剪切混合13分鐘，來分散勃姆石氧化鋁粉(4824份，以“DISPERAL”購自德克薩斯州休斯敦的沙索北美有限公司(SasolNorthAmericaInc.HoustonTexas))。在使用前將所得溶膠-凝膠老化至少1小時。使老化的溶膠-凝膠擠出通過10號針，該10號針已沿著縱向軸線卷邊且末端切成約45°以引起所擠出的部件的卷曲。一旦擠出，則將鞍形溶膠-凝膠顆粒切斷、干燥并焙燒。焙燒分布圖(firingprofile)為20℃/分鐘漸升到750℃、18分鐘熱煉、20℃/分鐘漸升到1200℃、48分鐘熱煉、以及20℃/分鐘冷卻到25℃。圖5是經(jīng)焙燒的鞍形α氧化鋁載體顆粒的代表性光學顯微鏡圖像。經(jīng)焙燒的鞍形α氧化鋁載體顆粒具有約2毫米的平均最長尺寸。這些顆粒的空隙分數(shù)為0.61，如使用公式1和2以及ASTMC20-00(均在上文描述)所計算。該介質(zhì)此后稱為載體顆粒B。根據(jù)催化劑介質(zhì)顆粒A的制備方法將鈀沉積在載體顆粒B上，導致Pd含量為0.21重量％，從而得到催化劑介質(zhì)顆粒E。催化劑介質(zhì)顆粒E不包含Ce/Al氧化物涂層。催化劑介質(zhì)顆粒F的制備催化劑介質(zhì)顆粒F是50％(以體積計)的載體顆粒B與50％的催化劑介質(zhì)顆粒E的混合物。催化劑介質(zhì)顆粒G的制備對以商品名BEKAERTBEKINIT100購自比利時科特賴克的貝卡爾特公司(Bekaert,Kortrijk,Belgium)的厚度為約1.5mm且面密度為1,500g/m2的FeCrAl金屬纖維網(wǎng)片進行熱處理至900℃持續(xù)4小時，從而得到載體網(wǎng)片A。使用與催化劑介質(zhì)顆粒A中所述的方法類似的方法施加Ce/Al氧化物，從而得到3.56重量％的Ce/Al氧化物含量。然后使用物理氣相沉積在250瓦特下用Pd氣相涂覆載體網(wǎng)片A持續(xù)5分鐘，從而得到0.06重量％的Pd含量(相對于總基質(zhì)質(zhì)量)。PVD設(shè)備在圖1和2中描述，并且尤其在美國專利申請公布2009/054230A1(Veeraraghavan等人)的第[0074]-[0076]段中描述，不同的是基質(zhì)安裝在與Pd靶平行的平坦載體(取代16)上。性能測試壓降測試在內(nèi)徑為17mm且床厚度為3至20mm的豎直填充的管中測量跨越載體顆粒A和B的床的壓降。通過網(wǎng)片篩網(wǎng)(任一側(cè)上的150-160微米開口不銹鋼網(wǎng)片)將顆?；蚓W(wǎng)片的床保持在適當位置，其中計量的空氣在床的底部進入，行進通過顆粒床，然后在頂部排出到大氣環(huán)境中。通過測量剛好在介質(zhì)上游的壓力以及下游的大氣壓，來計算壓差。使用相同的設(shè)備測量跨越載體網(wǎng)片A的壓降，其中纖維網(wǎng)片替換了填充床并且具有等于測試設(shè)備的內(nèi)徑的直徑。表1和2(以下)記錄了載體顆粒A和B以及載體網(wǎng)片A的結(jié)果。表1表2實例1在家用尺寸的鍋爐(NTITrinityTi150，可從加利福尼亞州新不倫瑞克省圣約翰的NYThermal公司(NYThermal-St.John,NewBrunswick,California)商購獲得)中進行鍋爐測試。燃燒器可商購獲得，且具有FeCrAl金屬纖維網(wǎng)片。將該網(wǎng)片移除并替換為各種用于測試的介質(zhì)。以30％過量空氣(EA)和15.8-158MJ/h(15-150kBtu/h)的焙燒速率(等同于544-5440MJ/h/m2(48-480kBtu/h/ft2)的輸入功率密度)開展實驗。鍋爐入口水溫恒定保持在60℃，且穿過鍋爐的溫升(出口溫度減去入口溫度)為11℃。從鍋爐的排煙中對氣體排放物采樣，并在發(fā)送到一系列氣體分析儀之前，使氣體排放物穿過冷卻器以去除任何水蒸氣。使用HoribaVIA-510氣體分析儀(加利福尼亞州爾灣(Irvine,California))通過紅外吸收方法測定所采樣的氣體中的二氧化碳、一氧化碳、和甲烷的濃度。使用得自加利福尼亞州圣地亞哥的特利丹先進污染檢測儀器公司(TeladyneAdvancedPollutionInstrumentation,SanDiego,California)的TeledyneT200mNOx分析儀通過化學發(fā)光法測量氮氧化物(NOx)濃度。排放數(shù)據(jù)被稀釋校正到采樣氣體中的0％氧氣。表3記錄了來自這些測試的NOx排放結(jié)果。首先的兩組數(shù)據(jù)比較了載體網(wǎng)片A與催化劑介質(zhì)顆粒G。在整個焙燒范圍，催化劑介質(zhì)顆粒G未表現(xiàn)出與載體網(wǎng)片A的顯著偏差。這是由于物理氣相沉積的瞄準限制，從而產(chǎn)生僅有限穿透網(wǎng)片厚度的表面涂層。該表面集中的覆蓋提供了燃料與催化劑之間的不充分接觸，并限制了其有效性。其次的兩組數(shù)據(jù)是對于催化劑介質(zhì)顆粒B和催化劑介質(zhì)顆粒A而言的。相對于載體網(wǎng)片A和催化劑介質(zhì)顆粒G，填充的介質(zhì)在低焙燒速率和高焙燒速率下均示出NOx排放量的顯著降低。表3實例2在定制的露天燃燒器中進行燃燒器測試。使用質(zhì)量流量控制器(以AALBORGGFCS-010066購自紐約州奧蘭治堡的奧爾堡公司(Aalborg,Orangeburg,NewYork))來計量甲烷和干燥空氣，并將其發(fā)送通過包含一系列穿孔圓盤的混合室。然后在半柱形燃燒器頭部中燃燒預混合的氣體，該半柱形燃燒器頭部模擬實例1中的鍋爐燃燒器的幾何結(jié)構(gòu)并且安裝在平坦面上。使用K型熱電偶(康乃狄克州斯坦福的歐米茄工程公司(OmegaEngineering,Stamford,Connecticut))監(jiān)測填充床的溫度，同時使用實例1中所述的方法測量排放量。由于氣體采樣中夾雜環(huán)境氣體，使用測得的二氧化碳和未燃燒的甲烷濃度來將NOx結(jié)果縮放到對于已知輸入適當?shù)娜紵a(chǎn)物。表4、5匯總了載體B、載體A、催化劑介質(zhì)顆粒D、和催化劑介質(zhì)顆粒F的NOx排放量和填充床溫度數(shù)據(jù)。首先比較催化劑對NOx排放量的效應，當介質(zhì)被催化時，載體B和載體A的排放量均顯著降低。但催化劑介質(zhì)顆粒F的NOx排放量示出相比于催化劑介質(zhì)顆粒D的最小限度的改善，盡管存在表1、2中所示的壓降差異。然而，介質(zhì)溫度數(shù)據(jù)具有顯著差異。對于催化劑介質(zhì)顆粒F，不僅填充床溫度在所有焙燒條件下均保持低于600℃，而且在整個焙燒范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的322-575℃，而非下降到低于200℃(如催化劑介質(zhì)顆粒D所示)。另外，催化劑介質(zhì)顆粒F在低燒制條件下不發(fā)生1200℃溫度峰值，如在初始循環(huán)期間催化的球體可見。這導致更寬的工作范圍，在該范圍內(nèi)，催化劑既有活性又是熱穩(wěn)定的。這對催化劑壽命而言有著重大意義。表4表5在不脫離本公開的實質(zhì)和范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實踐本公開的其他修改和變型，本公開的實質(zhì)和范圍在所附權(quán)利要求書中有更具體地示出。應當理解，各種實施例的方面可以整體地或部分地與各種實施例的其他方面互換或結(jié)合。以上獲得專利證書的專利申請中所有引用的參考文獻、專利或?qū)＠暾埖娜耐ㄟ^一致的方式以引用方式并入本文。在并入的參考文獻部分與本專利申請之間存在不一致或矛盾的情況下，應以前述說明中的信息為準。為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`受權(quán)利要求書保護的本公開而給定的前述說明不應理解為是對本公開的范圍的限制，本公開的范圍由權(quán)利要求書及其所有等同形式所限定。