[發明專利]選擇性催化還原用催化劑模塊元件及含該元件的催化劑模塊以及它們制造方法

有效

• 申請號: 201310489054.4
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103769236A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 盧世菕
• 申請（專利權）人: 大英C&E
• 主分類號: B01J35/02
• 分類號: B01J35/02;B01J35/00;B01J37/02;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙) 31239
• 代理人: 胡艷

技術領域

本發明涉及用于選擇性催化還原的催化劑模塊元件及包括其的催化劑模塊，它們提供優良的耐磨性、持久性以及耐熱性及抗沖擊性，并且通過防止催化劑破裂而提供穩定且連續的操作，所述催化劑破裂是由在操作使用用于選擇性催化還原的催化劑移除廢氣中包括的氮氧化物的過程期間廢氣的流動速度而引起，還涉及制造所述催化劑模塊元件的方法以及制造所述催化劑模塊的方法。

背景技術

在從使用化石燃料的工業設施(例如發電廠、化工廠等)的燃燒設施(例如焚燒爐或鍋爐)排放的廢氣中包括有害的污染物質，例如氮氧化物(NO_x：NO、NO₂、N₂O、N₂O₅等)、硫氧化物(SO_x)、粉塵、二噁英、重金屬、揮發性有機化合物(VOC)等。這些污染物質在排放之前需要進行一定程度的處理以低于管控濃度。

在此類污染物質中，認為氮氧化物是發生大氣污染的直接原因物質，其誘發酸雨和煙霧。因此，全世界所有國家(包括韓國)通過各種法律嚴格禁止從工業設施等排放高于一定水平的氮氧化物。

氮氧化物通常在高溫的燃燒設施中在過量空氣存在下由氮氣和氧氣的反應產生。為限制氮氧化物的產生，已經研發通過改進燃燒條件限制氮氧化物產生的技術，包括在低氧濃度下燃燒、循環廢氣等。然而，不同于其它空氣污染物質，在高溫下燃燒期間不可避免地產生氮氧化物。另外，氮氧化物是非常穩定的化合物。氮氧化物不可通過改進燃燒條件完全移除。因此，用于處理廢氣的后處理方法正在研發中。

在后處理方法中，有吸引力的方法包括使用選擇性催化還原(SCR)及選擇性非催化還原(SNCR)的方法。SCR方法是通過在催化劑存在下注入還原劑(例如尿素或氨)將氮氧化物(NO_x)還原成氮氣(N₂)的方法，而SNCR方法是在不存在催化劑下使用SCR方法的方法。

已知在使用還原反應的方法中使用催化劑的方法以低成本有效地降低空氣污染物質的量。因此，鑒于經濟及技術現狀，通過將氨供應到廢氣以便在合適催化劑下與氮氧化物進行選擇性反應而產生氮氣及水的利用SCR的方法是后處理的主流。

SCR用催化劑主要包括載體，例如二氧化鈦、氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯等；及催化成分，例如金屬氧化物、沸石、堿土金屬、稀土金屬等，而且，具體來說，釩、鉬、鎳、鎢、鐵、銅等的氧化物廣泛使用。更具體來說，氧化釩(V₂O₅)及二氧化鈦(TiO₂)最廣泛用于商業化廢氣脫硝過程中。

作為用于SCR的催化劑模塊元件，通常使用蜂窩型陶瓷，而作為制造催化劑模塊元件的方法，通常使用洗滌涂覆(wash?coating)方法及擠出方法。

洗滌涂覆方法是用于制造用作汽車廢氣的純化設備的催化劑轉化器的技術，而且是用催化劑涂覆具有蜂窩形狀的堇青石載體的表面的技術。

根據上述方法，需要手動實施濃厚涂覆SCR用催化劑的過程，而且大規模生產較為困難。在價格方面，由于使用昂貴的堇青石作為載體，所以與直接擠出廉價的催化劑相比，價格競爭力較低。

另外，根據擠出方法，獲得呈液態且具有高粘度的SCR用催化劑粉末，而且可通過擠出來產生蜂窩形狀。

然而，通過擠出方法產生的蜂窩形狀較重，而且在干燥催化劑時發生放熱反應。因此，有機粘合劑可突然揮發，而且在干燥及烘焙擠出模具期間可產生裂縫。

另外，根據擠出方法，需要烘焙相當長的時間，因此，所述方法是不經濟的。而且，物理強度可能降低，氮氧化物的移除效率可能較低，而且制造具有各種形狀的催化劑模塊元件可能較困難。

SCR中的主反應是氮氧化物的還原。然而，當反應溫度較高，為400℃或高于400℃時，氨氣可發生氧化反應，而且催化劑的性能可能惡化，或可從氨氣重新產生氮氧化物。當反應溫度較低且低于300℃時，氨可與廢氣中的水分反應且可產生硝酸銨或硫酸銨，硝酸銨或硫酸銨可妨礙操作。

當停止操作且隨后在由催化劑層的載體吸收廢氣中的水分的同時重新操作時，可由于加熱在載體中產生裂縫，而且催化劑的功能可能損失。

在韓國注冊專利第0473080號中，通過鎢、銅、釩、鋯、銀或鈰金屬氧化物的浸漬同時使用天然錳礦石作為載體并且在300℃至400℃下熱處理來制造催化劑，并且揭示使用此類催化劑通過廢氣與氨的反應移除氮氧化物的SCR方法。