載體空隙埋沒型scr催化劑結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是為了解決用于處理高硫含量尾氣的現(xiàn)有擠壓型或涂層型SCR催化劑存在的問題而研發(fā)的。本發(fā)明涉及一種空隙沉積型或埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)，即涉及一種催化劑活性物質(zhì)沉積于載體內(nèi)部，實(shí)際上載體內(nèi)壁不存在催化劑活性物質(zhì)的沉積型SCR催化劑結(jié)構(gòu)。
【專利說明】載體空隙埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種載體空隙埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)。具體講，就是涉及一種載體空隙沉積型或埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)，即對(duì)于可適用于處理高硫磺含量尾氣的SCR催化劑來說，催化劑活性物質(zhì)沉積在載體內(nèi)部，而實(shí)際上載體內(nèi)壁上不存在催化劑活性物質(zhì)。

【背景技術(shù)】
[0002]一般來說，在工業(yè)、多用途鍋爐、發(fā)動(dòng)機(jī)及火爐(furnace)領(lǐng)域正在使用對(duì)系統(tǒng)排出的氮氧化合物進(jìn)行控制的選擇性催化還原(SCR !selective catalytic reduct1n)系統(tǒng)。SCR系統(tǒng)用于從鍋爐、發(fā)動(dòng)機(jī)和火爐的尾氣減少氮氧化合物的排出。在上述系統(tǒng)中，氨噴射到裝有催化劑的鍋爐的尾氣流中，氨從尾氣中將大量氮氧化合物還原從而轉(zhuǎn)化成水和氮?dú)?。用于SCR系統(tǒng)的脫氮氧化合物催化劑為高價(jià)產(chǎn)品，因此可以對(duì)尾氣/氨/催化劑反應(yīng)的化學(xué)當(dāng)量進(jìn)行控制是優(yōu)選的。這種脫氮氧化合物等催化劑活性物質(zhì)可以被無機(jī)耐火材料或金屬材質(zhì)的載體支撐。
[0003]用于SCR系統(tǒng)的催化劑根據(jù)制造方法的不同大致可分為擠壓型SCR催化劑和涂層型SCR催化劑。所謂“擠壓型”是指將活性物質(zhì)及載體組成材料制作成料漿形態(tài)后再使用擠出機(jī)擠出成型的結(jié)構(gòu)，在這種情況下，為了防止因催化劑導(dǎo)致尾氣壓力下降通常將該結(jié)構(gòu)制作成蜂窩型。與此相對(duì)照，所謂“涂層型”是指具有在陶瓷或金屬材質(zhì)的蜂窩型載體上涂覆活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)的催化劑。更具體地，可以使用帶有蜂窩型結(jié)構(gòu)的從載體流入面或排出面開始通過其延長的細(xì)小并列氣體流動(dòng)通道形態(tài)的單片載體，而且所述通道開放，因此流體可以通過所述通道流動(dòng)。在這種情況下，從流體流入口至流體排出口的實(shí)質(zhì)上是直線路徑的通道被用催化劑活性物質(zhì)作為膠固底漆(washcoat)涂覆，因此通過所述通道流動(dòng)的尾氣由內(nèi)壁限制，該內(nèi)壁使尾氣與催化物質(zhì)接觸。單片載體的流動(dòng)通道可以是梯形、長方形、正方形、正弦曲線形、六邊形、橢圓形、圓形等任意適合的截面形態(tài)及大小，是一種內(nèi)壁較薄的通道結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)體每平方英寸截面可以設(shè)置約60至900個(gè)以上的氣體流入開口(即，單元格)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:
[0005]發(fā)電站及船舶上通常使用擠壓型SCR催化劑。例如:五氧化二釩類擠壓型催化劑就是一種蜂窩狀擠壓型催化劑，它以氧化鈦為耐火性負(fù)載材料，在脫氮活性物質(zhì)方面將五氧化二釩用作主要原料，為了能夠順利進(jìn)行擠出并保持形狀且提高機(jī)械強(qiáng)度，分別添加有機(jī)物的粘合添加劑及無機(jī)物的粘合添加劑后再擠壓成型。雖然船舶或發(fā)電站等產(chǎn)生大量粉塵的地方使用的催化劑要求具有相當(dāng)高的機(jī)械強(qiáng)度，但是船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或火力發(fā)電站的燃料，即C重油中含有2%以上的硫，如果擠壓型SCR催化劑長時(shí)間暴露在硫中，其機(jī)械強(qiáng)度就會(huì)急劇下降。另外，還會(huì)出現(xiàn)催化劑結(jié)構(gòu)被破壞，施加至SCR催化劑的背壓增加導(dǎo)致船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率下降。此外，如果使用涂層型催化劑，又會(huì)出現(xiàn)涂覆的活性物質(zhì)從載體內(nèi)壁脫落等催化劑活性成份物理消失的問題。
[0006]技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明就是為解決現(xiàn)有用于處理高硫含量尾氣的擠壓型或涂層型SCR催化劑存在的問題而研發(fā)的。本發(fā)明涉及一種空隙沉積型或埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)，更具體地，就是涉及一種催化劑活性物質(zhì)沉積在載體內(nèi)部而載體內(nèi)壁實(shí)質(zhì)上不存在催化劑活性物質(zhì)的沉積型SCR催化劑結(jié)構(gòu)。
[0008]非限制性地，對(duì)于依據(jù)本發(fā)明的沉積型或埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)來說，載體呈蜂窩型結(jié)構(gòu)，其多孔度達(dá)到20%至80%，可以由堇青石、碳化硅、堇青石-α -氧化鋁、氮化硅、鋯莫來石、鋰輝石、氧化鋁-二氧化硅-氧化鎂、硅酸鋯、硅線石、硅酸鎂、鋯石、透鋰長石、α -氧化鋁、鋁硅酸鹽等構(gòu)成，優(yōu)選地，由堇青石構(gòu)成。對(duì)于依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑結(jié)構(gòu)來說，沉積于載體內(nèi)部的催化劑活性物質(zhì)可以是將氧化鈦(T12)、氧化鎢(WO3)或氧化鑰(MoO3)添加到釩中的釩系列、沸石系列或非金屬(base metal)氧化物，但并非僅限定于此。
[0009]有益效果:
[0010]依據(jù)本發(fā)明的沉積型或埋沒型SCR催化劑，即使暴露在高硫含量尾氣中之后也能夠保持與新品幾乎相同的壓縮強(qiáng)度，因此能夠克服現(xiàn)有擠壓型結(jié)構(gòu)隨時(shí)間流逝而產(chǎn)生的機(jī)械脆弱性。另外，依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑，由于催化劑活性物質(zhì)沉積于載體空隙內(nèi)，因此即使長時(shí)間暴露在高硫含量尾氣中后也能夠保持催化劑活性物質(zhì)，從而可以防止現(xiàn)有涂層型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的催化劑活性物質(zhì)從載體內(nèi)壁脫落等物理損失。同時(shí)，相比于現(xiàn)有的涂層型結(jié)構(gòu)保持相對(duì)寬的載體通道空間，因此可以降低施加至催化劑的背壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是針對(duì)現(xiàn)有擠壓型及涂層型SCR催化劑因硫成份導(dǎo)致的形狀變更評(píng)估實(shí)驗(yàn)照片;
[0012]圖2是針對(duì)現(xiàn)有擠壓型及涂層型SCR催化劑因硫成份導(dǎo)致的壓縮強(qiáng)度影響評(píng)估測(cè)定結(jié)果的圖表；
[0013]圖3是是現(xiàn)有涂層型SCR催化劑及依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑的概略截面圖；
[0014]圖4是依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑中催化劑活性物質(zhì)分布的照片；
[0015]圖5是現(xiàn)有涂層型SCR催化劑與依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑活性度比較圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0016]依據(jù)本發(fā)明的埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)涉及一種催化劑活性物質(zhì)沉積在載體內(nèi)部，而載體內(nèi)壁上實(shí)質(zhì)上不存在催化劑活性物質(zhì)的沉積型SCR催化劑結(jié)構(gòu)。
[0017]本申請(qǐng)中使用的“沉積”或“埋沒”是指催化劑活性物質(zhì)滲透至載體上形成的空隙內(nèi)部并在空隙內(nèi)部被支撐，催化劑活性物質(zhì)實(shí)際上沒有涂覆到載體內(nèi)壁上。
[0018]優(yōu)選地，在本發(fā)明中，為了使催化劑活性物質(zhì)在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的前提下沉積于載體內(nèi)部，在載體全部容積中空隙所占容積的比率，即多孔度為20%至80%。當(dāng)多孔度為20%以下時(shí)，就不能提供SCR反應(yīng)所需充足的催化劑功能。當(dāng)多孔度為80%以上時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度就會(huì)下降。因此，載體的多孔度為40至70%比較理想，更優(yōu)選地，載體的多孔度為65%。為了使發(fā)電站或船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣經(jīng)由催化劑時(shí)最小化壓力下降幅度，載體優(yōu)選地制造成蜂窩型。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知蜂窩型或蜂巢型的結(jié)構(gòu)，但這里還是概略介紹一下，它帶有從載體流入的前面或排出的后面延長的并列氣體流動(dòng)通道，所述通道前面及后面開放，從氣體流入的前面到排出的后面具有實(shí)質(zhì)上直線路徑的開放通路，即通道。這些通道由較薄的內(nèi)壁形成。
[0019]依據(jù)本發(fā)明的載體由能夠提供高度多孔性的陶瓷材質(zhì)構(gòu)成,可以由堇青石、碳化硅、堇青石-a-氧化鋁、氮化硅、氧化鋁-二氧化硅-氧化鎂、硅酸鋯、硅線石、硅酸鎂、鋯石、透鋰長石、α -氧化鋁、鋁硅酸鹽等構(gòu)成，優(yōu)選由堇青石構(gòu)成。催化劑活性物質(zhì)沉積于在載體上形成的多個(gè)空隙內(nèi)。沉積于載體內(nèi)部的物質(zhì)可以是將氧化鈦(T12)、氧化鎢(WO3)或氧化鑰(MoO3)添加到釩中的釩系列、沸石系列或非金屬(base metal)氧化物，但并非僅限定于此。
[0020]依據(jù)本發(fā)明的沉積型或埋沒型SCR催化劑制造方法，是為了使載體內(nèi)壁上不存在催化劑活性物質(zhì)因此進(jìn)行了定量化，從而實(shí)際上所有的催化劑活性物質(zhì)沉積于載體內(nèi)部而內(nèi)壁表面實(shí)際上不存在催化劑活性物質(zhì)的制造過程，它與現(xiàn)有涂層型SCR催化劑制造方法沒有不同之處。也就是說，現(xiàn)有涂層型SCR催化劑為了確保在載體內(nèi)壁上形成厚或薄的涂層而將催化劑活性料漿進(jìn)行定量化處理，但是依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑為了確保實(shí)質(zhì)上所有催化劑活性物質(zhì)滲透到載體細(xì)孔內(nèi)部而將催化劑活性料漿進(jìn)行定量化處理后，再將多孔性載體浸潰到料漿中，然后再進(jìn)行焙燒。即，本發(fā)明的沉積型SCR催化劑通過以下幾個(gè)步驟就能夠很容易地制造出來:(a)對(duì)載體的多孔度進(jìn)行測(cè)定的步驟；(b)確定能夠全量沉積到載體空隙的催化劑活性料漿含量的步驟；(c)使催化劑活性料漿沉積到載體內(nèi)的步驟；(d)煅燒通過步驟(C)獲得的催化劑的步驟。(c)步驟中的定量沉積方法可以通過本 申請(qǐng)人:2011年9月29日申請(qǐng)的大韓民國專利申請(qǐng)?zhí)柕?0-2011-0098682號(hào)(催化劑載體定量涂覆裝置及方法)實(shí)現(xiàn)，所述在先申請(qǐng)作為參考納入本申請(qǐng)中。
[0021 ] 下面，將參照附圖對(duì)依據(jù)本發(fā)明的沉積型催化劑進(jìn)行說明。首先對(duì)現(xiàn)有擠壓型催化劑及涂層型催化劑的問題進(jìn)行評(píng)估，然后再對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]圖1是針對(duì)硫成份對(duì)現(xiàn)有擠壓型及涂層型SCR催化劑的影響進(jìn)行的評(píng)估，特別是對(duì)硫成份是否將所述SCR催化劑的形狀破壞進(jìn)行的評(píng)估。本評(píng)估中使用的擠壓型催化劑是一種以T12及WO3為耐火性負(fù)載材料、，在脫氮氧化合物活性物質(zhì)方面將V2O5用作主要原料的蜂窩結(jié)構(gòu)擠壓型催化劑結(jié)構(gòu)(直徑I英寸、長度2英寸、50cpi)。另外，涂層型催化劑的耐火性載體是一種在堇青石材質(zhì)蜂窩結(jié)構(gòu)載體(直徑I英寸、長度2英寸、50cpi)內(nèi)壁涂覆同一催化劑活性物質(zhì)(V2O5-T12-WO3)的結(jié)構(gòu)。圖1是顯示將所述擠壓型及涂層型催化劑暴露在硫酸氣體中后(24小時(shí))與水接觸時(shí)結(jié)構(gòu)改變結(jié)果的示意圖。如圖1所示，對(duì)于擠壓型催化劑來說，催化劑結(jié)構(gòu)緩慢融入而導(dǎo)致形態(tài)幾乎完全被破壞。相反，對(duì)于涂層型催化劑來說，即使暴露在硫酸氣體中載體結(jié)構(gòu)也能夠保持不變，但是涂覆在載體內(nèi)壁的催化劑活性材料卻消失了。上述評(píng)估結(jié)果表明，現(xiàn)有的擠壓型或涂層型催化劑不適合用于處理含有大量硫成份的船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電站的尾氣。
[0023]圖2是顯示硫成份對(duì)現(xiàn)有擠壓型及涂層型SCR催化劑壓縮強(qiáng)度引起的影響的評(píng)估測(cè)定結(jié)果圖表。如上所述，除了對(duì)擠壓型及涂層型催化劑用硫酸氣體處理之外，還將其暴露在由1800pm 302、10%!120、其余為空氣組成的3001:的302氣體中24小時(shí)后，再對(duì)其壓縮強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。如圖2所示，擠壓型與涂層型相比，雖然新品本身的壓縮強(qiáng)度會(huì)下降，但是利用SO2氣體處理或用硫酸氣體處理之后其壓縮強(qiáng)度顯著下降，最終會(huì)導(dǎo)致催化劑結(jié)構(gòu)崩潰。與此相反，對(duì)于涂層型來說，即使利用SO2氣體處理或用硫酸氣體處理后其強(qiáng)度不會(huì)發(fā)生變化，但是會(huì)發(fā)生如圖1所示的催化劑活性成份從載體內(nèi)部脫落的附著異常的問題，因此需要對(duì)擠壓型及涂層型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良。
[0024]圖3是現(xiàn)有涂層型SCR催化劑及依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑的概略截面圖。適用于本發(fā)明的載體實(shí)際上是一種能夠?qū)⒋呋瘎┗钚猿煞萑砍练e的高度多孔性載體。因此，如圖3所示，沉積型催化劑的膠固底漆(催化劑活性成份)全部沉積到載體內(nèi)部，載體內(nèi)壁上實(shí)際上不存在膠固底漆。與此對(duì)比，現(xiàn)有涂層型催化劑使用常規(guī)的耐火陶瓷材質(zhì)的載體，因此膠固底漆在載體內(nèi)壁以一定厚度涂覆。這樣，催化劑活性成份沉積到載體空隙內(nèi)部，從而可以解決現(xiàn)有涂層型催化劑存在的附著力方面的問題。另外，在載體通道內(nèi)形成的能夠使尾氣流動(dòng)的容積相比于涂層型催化劑相對(duì)增加，因此背壓減小，由此可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率。
[0025]圖4是顯示使用具有65%多孔度的堇青石材質(zhì)載體時(shí)依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑中催化劑活性物質(zhì)的分布照片。如圖所示，從左側(cè)照片開始越往右側(cè)照片，催化劑活性成份分別按干燥后所剩成分量(D/G) 100g/L、135g/L及212g/L適用。即當(dāng)100g/L或135g/L的催化劑活性成份施加到65%多孔度的堇青石載體后，實(shí)際上催化劑成份的大部分都滲透到載體空隙內(nèi)，而表面實(shí)質(zhì)上不存在對(duì)活性作出貢獻(xiàn)的催化劑成份。但是，如果使用212g/L的活性成份，則在填充空隙后剩余的活性成份涂覆到載體內(nèi)壁，從而形成與涂層型類似的結(jié)構(gòu)。依據(jù)本發(fā)明的沉積型催化劑具有開始形成類似于所述涂層型結(jié)構(gòu)之前的含量的催化劑活性成份。這種催化劑成份實(shí)際上全部滲透到細(xì)孔內(nèi)部，經(jīng)煅燒后被空隙內(nèi)部支撐。因此，依據(jù)本發(fā)明的催化劑制造方法包括:(a)對(duì)載體的多孔度進(jìn)行測(cè)定的步驟；(b)確定能夠全量沉積到載體空隙的催化劑活性料漿含量的步驟；(C)將催化劑活性料漿沉積到載體內(nèi)的步驟；以及(d)煅燒通過步驟(C)獲得的催化劑的步驟。
[0026]圖5是現(xiàn)有涂層型SCR催化劑與依據(jù)本發(fā)明的沉積型SCR催化劑活性比較圖表。如圖所示，沉積型催化劑中催化劑活性成份3% V205/Ti02, Dry Gain 100g/L的含量沉積于多孔度65%的堇青石材質(zhì)載體(300cpsi)內(nèi)部,涂層型催化劑中催化劑活性成份2.5%V2O5A12, Dry Gain 139.8g/L的含量涂覆在多孔度35%的堇青石材質(zhì)載體(400cpsi)內(nèi)壁。這兩種催化劑活性評(píng)估條件為空間速度(SV):50，0001/hr，供給氣體成份:500ppmN0、500ppm NH3>10% O2,5% Η20、Ν2平衡(balance)。如圖5所示，沉積型或埋沒型SCR催化劑相對(duì)于涂層型SCR催化劑幾乎顯示出相同的催化劑活性。
【權(quán)利要求】
1.一種載體空隙埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)， 由載體及催化劑活性物質(zhì)構(gòu)成的高硫含量尾氣的氮氧化合物處理用催化劑結(jié)構(gòu)，其特征在于:催化劑活性物質(zhì)只沉積于載體內(nèi)部空隙內(nèi)，載體內(nèi)壁實(shí)質(zhì)上不存在催化劑活性物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載體空隙埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述載體多孔度的范圍為20%至80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載體空隙埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述載體為蜂窩型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的載體空隙埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述載體從由堇青石、碳化硅、堇青石-α -氧化鋁、氮化硅、鋯莫來石、鋰輝石、氧化鋁-二氧化硅-氧化鎂、硅酸鋯、硅線石、硅酸鎂、鋯石、透鋰長石、α -氧化鋁及鋁硅酸鹽構(gòu)成的陶瓷材質(zhì)中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載體空隙埋沒型SCR催化劑結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述催化劑活性物質(zhì)從由將氧化鈦(T12)、氧化鎢(WO3)或氧化鑰(MoO3)添加到釩中的鑰;系列、沸石系列及非金屬(base metal)氧化物構(gòu)成的組中選擇。
【文檔編號(hào)】B01D53/56GK104411403SQ201380035836
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日
【發(fā)明者】韓賢植, 金垠錫, 安陵均 申請(qǐng)人:喜星觸媒株式會(huì)社