[發明專利]制備催化活性材料的方法

無效

• 申請號: 200680014984.2
• 申請日: 2006-02-10
• 公開（公告）號: CN101237930A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: L·G·費利克斯;D·M·魯;R·B·蘇萊曼
• 申請（專利權）人: 瓦斯技術研究所
• 主分類號: B01J23/02
• 分類號: B01J23/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曹雯;李連濤

發明領域

本發明涉及制備適用于各種用途的高催化活性材料的一般方法。將本發明的催化活性材料設計為在各種主體環境(host?environment)中顯示出耐磨耗或具有控制的磨耗速度。這些用途包括但不限于石油煉制；費-托合成法；化學合成和制備，包括藥物化合物的合成與制備、塑料與食品的制備；以及與DNA相關分子復合物或生物有機體(例如天然細菌或基因修飾細菌)共同影響化學或物理變化的催化劑。本發明進一步涉及適合在氣化反應器容器(尤其是流化床氣化反應器容器)以及燃燒過程中使用的催化劑和催化活性材料。最后，本發明涉及減少或消除包括煤、生物質(biomass)和廢棄物等各種原料的氣化及各種燃料的燃燒中所產生的焦油和其它不需要的揮發性化合物的方法和裝置，一般將焦油定義為分子量等于或大于78的有機化合物，例如苯。

背景技術

一般地說，氣化是將諸如煤和生物質的固體含碳物質轉化成清潔燃燒的氣體燃料的過程。氣化常常在流化床反應器中進行，流化床反應器是一種反應器室，在該反應器室內配置有流化床支承，流化床床料安置在該流化床支承上，其中床料包含惰性組分(完全惰性或低催化活性)以及分散在惰性組分內部或之上的催化活性組分。在氣化過程中，還會產生包括焦油和其它揮發性物質等許多副產品。環境規章要求對這些副產品進行處理，或者以環境可接受的方式處置。

催化劑被公認為是減少或消除隨著固體物質的氣化而產生的焦油所必需的。在流化床氣化器的床料中加入或包含強勁有效的催化劑是一個顯著進步，因為通過并入氣化器，所述催化劑減少了氣化器整體占用面積，為充分消除焦油生成提供可能性，并在粗糙、化學活性環境中保持其活性。但是，床內催化劑的發展緩慢，因為迄今為止，用于催化劑開發的最佳材料的選擇依賴于礦物地質學。因此，一個非常理想的目標是能夠擺脫以土地礦物學作為鑒定和選擇合適材料的基礎，這為由現存的廢棄物(例如電弧爐粉塵、型砂、各種爐渣和軋屑)制成新催化劑的開發開辟了道路。

用來減少或消除煤、生物質或其它物質的氣化中所產生的焦油以及用于其它用途的催化活性材料一般包含兩種基本組分：催化活性組分和用于擔載催化活性組分的基質(base)或載體(substrate)組分。基質或載體組分是對使用環境基本呈物理及化學惰性的材料，其典型為固體整體結構或多孔結構，在整體結構中，催化活性組分沉積在該結構的表面之上，在多孔結構中，催化活性組分沉積在該結構的表面上以及在該結構的孔中。

目前，大多數催化劑通過將催化活性材料薄層沉積在硬質、耐磨耗的載體上來制備或者通過涂漬硬質、高熔點整料(通常用于自支承離床焦油裂解器(self-supporting?off-bed?tar-cracker)或用于化學合成的專用載體結構)來制備。典型的載體包括α-氧化鋁和氧化鋯。將催化活性層擔載到惰性載體上的方法多種多樣，但一般采用兩種方法。最常用的方法(初濕浸漬法或濕浸漬法)一般通過下列步驟實現：將載體浸漬在催化劑前驅體(一般為金屬鹽)水溶液中，得到包覆的載體，然后加熱該包覆載體，使催化劑前驅體轉化成催化活性材料(一般為金屬氧化物)。如果載體是多孔的，生成所謂的三維或3-D催化劑。如果載體無孔，生成所謂的二維或2-D催化劑。

最近開發的制備催化劑的另一種方法使用熱等離子體化學氣相沉積或TPCVD。該方法主要用于制備整體式二維催化劑，其包括通過等離子體炬將金屬鹽的濃溶液噴霧到合適的高熔點載體上。因此，最終產品是包含具有薄的催化活性外層的惰性、硬質載體的催化劑。若因磨耗或碎裂而損壞外層，則降低整體催化活性。但是，這種方法的優點在于用最小量的上述材料可制備相對大量的含貴金屬的高比表面積催化劑。

一般有兩條有效途徑來利用催化劑減少或消除煤、生物質或其它物質的氣化過程中所產生的焦油。第一種途徑是使用如上所述的沉積在其它惰性整體載體表面上的催化劑，其安置在氣化反應器容器的下游，以使氣化產物氣體接觸催化劑。典型的此類催化劑為鎳、鈰、釕和鑭的氧化物。還可將催化材料嵌入陶瓷濾燭中，從而在高溫氣體顆粒分離過程中，保證氣體與催化劑的緊密接觸。