專利名稱：制備催化活性材料的方法
制備催化活性材料的方法 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)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(fā)明的催化活性材料設(shè)計(jì)為在各種主體環(huán)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(fèi)-托合成法；化學(xué)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(guān)分子 復(fù)合物或生物有機(jī)體(例如天然細(xì)菌或基因修飾細(xì)菌)共同影響化學(xué)或物理變化 的催化劑。本發(fā)明進(jìn)一步涉及適合在氣化反應(yīng)器容器(尤其是流化床氣化反應(yīng)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(fā)明涉及減少或 消除包括煤、生物質(zhì)(biomass)和廢棄物等各種原料的氣化及各種燃料的燃燒中所 產(chǎn)生的焦油和其它不需要的揮發(fā)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(jī)化合物，例如苯。
背景技術(shù)：
一般地說，氣化是將諸如煤和生物質(zhì)的固體含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化成清潔燃燒的氣體 燃料的過程。氣化常常在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行，流化床反應(yīng)器是一種反應(yīng)器室， 在該反應(yīng)器室內(nèi)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(nèi)部或之上的催 化活性組分。在氣化過程中，還會產(chǎn)生包括焦油和其它揮發(fā)性物質(zhì)等許多副產(chǎn)品。 環(huán)境規(guī)章要求對這些副產(chǎn)品進(jìn)行處理，或者以環(huán)境可接受的方式處置。催化劑被公認(rèn)為是減少或消除隨著固體物質(zhì)的氣化而產(chǎn)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(qiáng)勁有效的催化劑是一個顯著進(jìn)步，因?yàn)橥?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(xué)活性環(huán)境中保持其活性。但是，床內(nèi)催化劑的發(fā)展緩 慢，因?yàn)槠駷橹?，用于催化劑開發(fā)的最佳材料的選擇依賴于礦物地質(zhì)學(xué)。因此， 一個非常理想的目標(biāo)是能夠擺脫以土地礦物學(xué)作為鑒定和選擇合適材料的基礎(chǔ)， 這為由現(xiàn)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(fā)開辟了道路。用來減少或消除煤、生物質(zhì)或其它物質(zhì)的氣化中所產(chǎn)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(dān)載催化活性組分的基質(zhì)(base)或載體(substrate)組分?；|(zhì)或載體組分是對使用環(huán)境基本呈物 理及化學(xué)惰性的材料，其典型為固體整體結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)，在整體結(jié)構(gòu)中，催化 活性組分沉積在該結(jié)構(gòu)的表面之上，在多孔結(jié)構(gòu)中，催化活性組分沉積在該結(jié)構(gòu) 的表面上以及在該結(jié)構(gòu)的孔中。目前，大多數(shù)催化劑通過將催化活性材料薄層沉積在硬質(zhì)、耐磨耗的載體上 來制備或者通過涂漬硬質(zhì)、高熔點(diǎn)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(xué)合成的專用載體結(jié)構(gòu))來制備。典型的 載體包括oc-氧化鋁和氧化鋯。將催化活性層擔(dān)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(shí)現(xiàn)將載體浸漬在催化劑前驅(qū)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(qū)體轉(zhuǎn)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(fā)的制備催化劑的另 一種方法使用熱等離子體化學(xué)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(diǎn)載體上。因此，最終產(chǎn)品是包含具有薄的催化 活性外層的惰性、硬質(zhì)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(yōu)點(diǎn)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(zhì)或其它物質(zhì)的氣化 過程中所產(chǎn)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(yīng)器容器的下游，以使氣化產(chǎn)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資濾燭中， 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。第二條途徑是將適當(dāng)小的催化材料碎片或珠粒直接引入流化床氣化器的床 內(nèi)。這些催化活性材料通過將催化劑沉積到惰性、耐磨損的載體上(整體或多孔 的)來制備，或者采用具有催化活性的天然存在的礦物質(zhì)。這類天然存在的材料 的例子為白云石和橄欖石。當(dāng)把適當(dāng)大小的白云石或橄欖石碎片加到流化床氣化器的床內(nèi)時，它們開始密切參與到氣化過程中，與粗燃?xì)饬己媒佑|，對產(chǎn)生的焦 油進(jìn)行裂解或重整以生成低分子量烴和碳，從而抑制焦油形成。但是，有關(guān)白云石易碎，因此易于在床內(nèi)受到快速研磨直至其粒徑變得過小而不能保留在反應(yīng)器 容器中。這樣，需要更換磨損的催化劑，并產(chǎn)生必須從燃?xì)庵蟹蛛x的除灰以外的 不需要的廢棄顆粒物。因此，需要找到耐久的催化材料，其能經(jīng)受流化床溫度， 抵抗碎裂或至少磨損速度緩慢、可預(yù)測，以使新鮮催化劑保持可用。如前文所述，除了白云石，橄欖石是適于減少燃?xì)庵械慕褂偷奶烊淮嬖诘拇呋牧?。橄欖石非常?jiān)硬，耐磨耗，是具有很高熔點(diǎn)(176(TC)的玻璃態(tài)材料，約 900 。C下在空氣中長時間熱處理(extended heat treatment)后，其具有脫除焦油的催 化活性，它實(shí)際上是兩種礦物質(zhì)的混合物，即富含鐵的鐵橄欖石(Fe2Si04)和 富含鎂的鎂橄欖石(Mg2Si04)的混合物。未處理的天然存在的橄欖石脫除焦油 的活性小于白云石。但是，已發(fā)現(xiàn)，約90(TC下，在空氣中長時間加熱橄欖石， 似乎為橄欖石內(nèi)的鐵提供充分的移動性，從而使它富集在橄欖石-空氣界面上。 然后通過與空氣中的氧氣反應(yīng)，將橄欖石-空氣界面上的游離鐵轉(zhuǎn)化成氧化物， 發(fā)現(xiàn)以這種方式制備的橄欖石顯示出增強(qiáng)的催化活性，用來減少源自生物質(zhì)的燃 氣中的焦油。此外，通過在IIO(TC對經(jīng)Ni(N03)2 6H20水溶液處理至干燥時鎳 含量為約2.8重量％的橄欖石進(jìn)行煅燒，進(jìn)一步增強(qiáng)橄欖石的催化活性。由于這 種處理，制得活性很強(qiáng)的橄欖石載體催化劑，在橄欖石細(xì)碎粒(規(guī)格為約250 u m至約600ym)表面上載有足量的NiO。在更高或更低的溫度下煅燒似乎將NiO 驅(qū)入橄欖石內(nèi)部或使NiO限制附著到橄欖石的表面。例如在公開號為 WO01/89687A1的國際專利中教導(dǎo)了這種制備橄欖石栽體上的NiO基催化劑的方 法。發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的在于提供適合在諸如在氣化反應(yīng)器容器和燃燒系統(tǒng) 中所見到的粗糙環(huán)境中使用的催化活'性材料。本發(fā)明的另一個目的在于提供耐磨耗的催化活性材料。本發(fā)明的又一個目的在于提供一種制備催化活性材料的方法，所述催化活性 材料適合在氣化反應(yīng)器容器及燃燒系統(tǒng)的粗糙環(huán)境中使用。本發(fā)明的再一個目的在于提供用于減少或消除在氣化及燃燒過程中所產(chǎn)生的 焦油和其它揮發(fā)性化合物的催化活性材料。本發(fā)明的還一個目的在于提供就地減少或消除在氣化及燃燒過程中所產(chǎn)生的 焦油和其它揮發(fā)性化合物的方法和裝置。通過制備催化活性材料的方法來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它目的，所述催 化活性材料具有至少一種基質(zhì)組分和至少一種催化活性組分，其中基質(zhì)組分對有 意使用催化活性材料的環(huán)境基本呈化學(xué)惰性和/或物理惰性，所述方法中，將至 少一種基質(zhì)組分加熱至軟化溫度或熔融溫度，在軟化或熔融的基質(zhì)組分中并入至 少一種催化活性組分或至少一種催化劑前驅(qū)體組分，由此形成催化活性軟化材料 或催化活性熔融材料，或者軟化或熔融的催化劑前驅(qū)體材料。根據(jù)所述實(shí)施方案， 其中在軟化或熔融的基質(zhì)組分中并入催化活性組分，然后對所得的催化活性軟化 材料或催化活性熔融材料進(jìn)行固化(一般通過冷卻)，得到所需要的催化活性材 料。根據(jù)本發(fā)明方法的這種實(shí)施方案制備催化活性材料的一個顯著優(yōu)點(diǎn)在于能夠 直接使用催化活性材料，與此對比，在制備催化劑的常規(guī)方法中，用催化劑前驅(qū) 體涂漬載體或基質(zhì)組分，然后加熱以使催化劑前驅(qū)體轉(zhuǎn)化成催化活性材料。根據(jù) 所述實(shí)施方案，其中在軟化或熔融的基質(zhì)組分中并入催化劑前驅(qū)體，使催化劑前 驅(qū)體與氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成催化劑活性材料。通過將催化劑前驅(qū)體組分暴 露于促進(jìn)化學(xué)轉(zhuǎn)化的環(huán)境中來實(shí)施所述化學(xué)反應(yīng)，所述化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生在對催 化劑前驅(qū)體軟化材料或催化劑前驅(qū)體熔融材料進(jìn)行固化之前、期間或之后。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案詳述 本文要求保護(hù)的發(fā)明為一種制備包含基本惰性組分(或基質(zhì)組分)和催化活 性組分的催化劑或催化活性材料的方法，其中在基質(zhì)組分中直接并入催化活性組 分，或者其中在基質(zhì)組分中并入催化劑前驅(qū)體材料，之后使催化劑前驅(qū)體材料發(fā) 生化學(xué)轉(zhuǎn)化以生成催化活性組分。本文所使用的術(shù)語"催化劑前驅(qū)體"指暴露于 適當(dāng)環(huán)境下，經(jīng)歷化學(xué)轉(zhuǎn)化而生成催化活性組分的材料。催化前驅(qū)體的例子為金屬，例如Ni，當(dāng)Ni與氧氣接觸時發(fā)生氧化，形成催化活性材料NiO。如前文所 述，催化劑載體一般由耐火陶瓷制得，催化材料通常由高熔點(diǎn)金屬氧化物制得。 因此，旨在將載體和催化劑加工成一種材料的制備方法必須實(shí)施若干非常高溫下 的加工步驟。雖然本發(fā)明方法可用來制備用于本文前面所提及的各種用途的催化劑，該方法特別適于制備適合在粗糙環(huán)境(例如氣化反應(yīng)器容器中的環(huán)境)中使 用的催化劑。根據(jù)本發(fā)明方法的一種實(shí)施方案，將基本化學(xué)惰性、耐久、耐磨耗的基質(zhì)組 分加熱至軟化溫度或熔融溫度，得到軟化或熔融的基質(zhì)組分，然后在軟化或熔融 的基質(zhì)組分中并入至少一種催化活性組分，隨后進(jìn)行固化得到催化活性材料。之 后對固化的催化活性材料進(jìn)行加工，使之成為適用于其期望用途的形態(tài)。根據(jù)本發(fā)明方法的一種實(shí)施方案，將基本化學(xué)惰性、耐久、耐磨耗的基質(zhì)組 分加熱至軟化溫度或熔融溫度，得到軟化或熔融的基質(zhì)組分，然后在軟化或熔融 的基質(zhì)組分中并入至少 一種催化劑前驅(qū)體，其中所述催化劑前驅(qū)體經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化形 成所需的催化活性材料。這種化學(xué)轉(zhuǎn)化可以發(fā)生在軟化材料或熔融材料被固化并 加工成適用于其期望用途的形態(tài)之前、期間或之后。無意受任何將催化劑前驅(qū)體 轉(zhuǎn)化成催化活性材料的單一機(jī)理的束縛，認(rèn)為催化劑前驅(qū)體材料在某些玻璃態(tài)材 料或玻璃陶瓷中是流動的，經(jīng)常遷移穿越基質(zhì)組分以保持或恢復(fù)催化活性材料表 面的催化活性。在催化活性材料表面與周圍環(huán)境之間的界面處與氧氣接觸時，催 化劑前驅(qū)體可轉(zhuǎn)化成所需的催化活性材料。在流化床氣化反應(yīng)器中使用時，將根據(jù)本發(fā)明方法形成的催化活性材料制成 大小基本一致的碎片或球體。這可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式(例如機(jī)械研 磨和球磨)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方案，所述基本化學(xué)惰性、 耐久、耐磨耗的基質(zhì)組分為玻璃態(tài)、無定形材料。本文所用的術(shù)語"玻璃態(tài)"指 具有玻璃(包括玻璃陶瓷)特性的材料。這些玻璃能夠在長時間段內(nèi)耐受流化床 氣化器的環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，以能夠減緩其在流化床內(nèi)磨耗的方法制備催化 活性材料，從而得到所需的新鮮催化劑。這些顆粒以使其能夠被加到流化床氣化 器中的物料中，或者適當(dāng)時，能被用作流化床氣化器中的全部流化床床料的方法 制備。因此，根據(jù)所需的催化活性水平，可將形狀一致的催化活性材料碎片或珠 粒用作流化床床料的 一部分或全部。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，散布于基質(zhì)組分中的催化劑前驅(qū)體暴露在氣化 器內(nèi)的環(huán)境中而呈催化活性。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，基質(zhì)組分包含玻璃態(tài)材料，其允許分布在玻璃態(tài)材料中的懸浮金屬顆?；驊腋『辖痤w粒或懸浮的極小催化活性顆?；驊腋〉拇呋瘎┣膀?qū)體(金屬、半導(dǎo)體，或合金或此類成分的化合物)遷移至催化活性材 料的表面，從而再生或增加存在于催化活性材料表面的催化活性組分。根據(jù)本發(fā) 明的又一種實(shí)施方案，催化活性材料和/或催化劑前驅(qū)體材料為泡沫形態(tài)，可將其模塑成硬質(zhì)整料(rigid monoliths)或?qū)⑵錂C(jī)械粉碎或制成尺寸適于特定工藝 的催化活性顆粒。根據(jù)本發(fā)明的再一種實(shí)施方案，可用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的制 備石棉或玻璃纖維技術(shù)將催化活性材料和/或催化劑前驅(qū)體材料制成纖維?？墒?所述纖維聚集形成屏障濾器，對存在于液體或氣體載體中的化合物進(jìn)行過濾和催 化轉(zhuǎn)化。除了用作就地減少或消除氣化過程所產(chǎn)生的焦油的流化床床料之外，根據(jù)本 發(fā)明方法可以制成其它催化制劑，例如減少或結(jié)合堿物質(zhì)的催化劑以及減少或結(jié) 合卣素化合物的催化劑。除了流化床應(yīng)用外，可將根據(jù)本發(fā)明的降焦油用催化劑 制成高比表面積整料(即，熔合氧化鋁或氧化鋯的玻璃整料)，然后使其接觸燃 氣(即，氣化器排出的氣化產(chǎn)物)。這些材料還可以細(xì)碎顆粒形式加到氣化器排 出的燃?xì)庵校瑥亩鴮⑺鼈兪占谖⒘２都b置的塵餅上和塵餅內(nèi)，并在清潔微粒 捕集裝置時按需要進(jìn)行連續(xù)循環(huán)或再生。本發(fā)明催化活性材料的其它應(yīng)用包括用于高溫燃料電池入口以及燃?xì)廨啓C(jī)的 入口、葉片或內(nèi)表面的催化活性耐熱涂層。這些材料還可以用作管道內(nèi)側(cè)的涂層， 并入耐火襯或應(yīng)用于管道的內(nèi)側(cè)表面，以使焦油及其它物質(zhì)的沉積達(dá)到最低。根管匯內(nèi)放置提高碳利用率(經(jīng)由燃燒)和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)消除率(通過 催化)的催化劑。根據(jù)本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明方法制備的催化活性材 料的基本惰性基質(zhì)組分為橄欖石，催化活性組分為選自Al、 Ag、 Au、 Ca、 Co、 Cr、 Cu、 Eu、 Fe、 Gd、 Ir、 La、 Mg、 Mn、 Ni、 Pr、 Pt、 Ru、 Rh、 Sn、 Zn及其 合金和混合物的金屬或金屬氧化物。對于適宜用作流化床的惰性組成部分的微粒 材料，要求所形成的顆粒的規(guī)格適合在流化床反應(yīng)器中使用(優(yōu)選為約250/im ~ 約600 um)，以及適合催化活性組分在惰性組分顆粒內(nèi)的分布。常規(guī)的玻璃熔 化器和鐵熔融加工在低于橄欖石熔點(diǎn)的溫度下操作，因此， 一般不適用于本發(fā)明 方法。但是，本發(fā)明方法中可使用任何產(chǎn)生足以熔融"黑色，，玻璃的溫度的工藝。 滿足該標(biāo)準(zhǔn)的玻璃炫化器包括浸沒燃燒熔化器(submerged combustion melter)、感應(yīng)熔化器、等離子體熔化器和浸沒管熔化器(immersed tube melter)。由于浸沒 燃燒熔化器的燃燒器出口與被熔融的材料緊密接觸，浸沒燃燒熔融是特別適合制 備根據(jù)本發(fā)明方法的包含催化活性材料和/或催化劑前驅(qū)體材料的軟化材料或熔 融材料的工藝。浸沒燃燒并不是新概念，適用于熔融高熔融溫度材料(例如玻璃、金屬等) 的燃燒器也是已知的。例如參見Doff等的美國專利3,260,587，該專利教導(dǎo)了浸 沒燃燒熔融玻璃或類似材料的方法和設(shè)備，其中將具有空氣冷卻套的燃燒器插入 爐壁(爐側(cè)壁或爐底)中。該燃燒器配備有混合燃?xì)夂涂諝?，將其燃燒，以及?高溫高速下將燃燒產(chǎn)物排放至玻璃內(nèi)。熱氣攪動玻璃，將高百分比的熱量轉(zhuǎn)移至 玻璃，從而迅速熔融玻璃。Feng的美國專利3,738,792描述了一種用于浸沒燃燒 用途的燃燒器，其能使用液體燃料。從而，通過燃燒產(chǎn)物與熔融玻璃或其它熔融 材料之間的緊密接觸，浸沒燃燒熔化器能在比傳統(tǒng)熔化器高得多的溫度下運(yùn)行。因此，適用于就地減少或消除在煤、生物質(zhì)和廢棄物的氣化過程中產(chǎn)生的焦 油和其它揮發(fā)物的流化床床料可通過以下方法制備在浸沒燃燒熔化器中熔融橄 欖石或其它合適的玻璃態(tài)材料，形成熔融玻璃，將其形態(tài)適于形成催化活性組分 的材料(例如NiO細(xì)粉)引入浸沒燃燒熔化器中，使得催化活性組分分布于熔 融材料或催化劑前驅(qū)體組分(例如氧化形成催化活性材料的金屬)中。 一旦催化 活性材料或催化劑前驅(qū)體材料與熔融材料混合，隨后可通過任何合適的玻璃成形 工藝對其進(jìn)行加工并在其冷卻之前或冷卻時拉成纖維或使熔融材料形成模塑整體 產(chǎn)品，成為催化活性材料或催化劑前驅(qū)體材料的固體或泡沫、泡沫碎片或小球、 薄片、碎片或特殊形狀碎片?；蛘?，在精煉以及后續(xù)將精煉的流化床床料從熔融 處理中脫除后，可利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的許多技術(shù)中的任何一種(例如機(jī)械 碎裂、燒結(jié)和化學(xué)研磨)處理冷卻材料以制備所需的材料粒徑。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，通過數(shù)種方法中的任何一種，可以在熔化器外 面將仍然處于軟化或熔融狀態(tài)的催化活性材料和/或催化劑前驅(qū)體加到所述熔體 中，從而使其不均衡地嵌入或強(qiáng)化于所制得的泡沫、碎片、珠?；蚱破耐鈱又小?可以通過在熔融加工期間，在熔融材料的所謂工作點(diǎn)(working point)和所謂軟化 點(diǎn)之間的溫度下，加入材料來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。不同玻璃的工作點(diǎn)和軟化點(diǎn)不同，但 通常分別為約IOO(TC和約650°C。由于橄欖石的熔融溫度為約1760°C，比普通玻璃高得多，因此該材料的工作點(diǎn)和軟化點(diǎn)會更高。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，通過從玻璃熔化器中取出時迅速淬火來固化用 催化活性材料和/或催化劑前驅(qū)體材料浸漬的熔融基質(zhì)組分，以形成無定形玻璃， 與較慢冷卻的相似材料相比，其更容易進(jìn)行后續(xù)的機(jī)械加工或化學(xué)加工。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明方法制備的催化活性材料的基本惰 性基質(zhì)組分為金屬，催化活性組分為任何催化活性的高熔點(diǎn)金屬合金、氧化物或 化合物，當(dāng)其加到熔融或軟化的惰性基質(zhì)金屬中保持其催化活性。對于適合用作 催化活性材料的惰性組分的金屬，要求其在加工中呈惰性，并能被加工或制成顯 示催化活性的任意型材、整料和顆粒。合適的金屬包括鐵、銅和鋁。可使用標(biāo) 準(zhǔn)的金屬成形技術(shù)來制備催化活性材料顆粒，所述顆粒的尺寸適合在流化床反應(yīng)器中使用(優(yōu)選為約250/im 約600 um)以及適合催化活性組分在惰性組分顆 粒中的分布。'雖然本發(fā)明主要就較高軟化及熔融溫度的基質(zhì)組分以及適合在相對高溫的應(yīng) 用中使用的催化活性組分方面進(jìn)行說明，但是根據(jù)本發(fā)明方法可制備其它的催化 活性材料，并認(rèn)為此類材料落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。舉例來說，合適的基質(zhì)組分包 括有機(jī)聚合物，例如RYTON、尼龍、人造絲、NEXTEL、 MYLAR和蠟。雖然在以上說明書就其某些優(yōu)選實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行描述，并且為說明目 的，給出了許多細(xì)節(jié)，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然本發(fā)明可容許其它的實(shí) 施方案，并且在不脫離本發(fā)明的基本原則下，可考慮對本文所述的某些細(xì)節(jié)進(jìn)行 變化。
權(quán)利要求
1.一種制備具有至少一種基質(zhì)組分和至少一種催化活性組分的催化活性材料的方法，它包括以下步驟將所述至少一種基質(zhì)組分加熱至軟化溫度或熔融溫度，形成軟化基質(zhì)組分或熔融基質(zhì)組分；在所述軟化基質(zhì)組分或熔融基質(zhì)組分中并入所述至少一種催化活性組分，形成所述催化活性材料；以及對所述催化活性材料進(jìn)行固化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分為玻璃態(tài)、無 定形材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分為橄欖石。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分為玻璃陶瓷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分包含金屬和金 屬合金中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種催化活性組分包含金屬 和金屬氧化物中的至少 一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述金屬和所述金屬氧化物中的至少 一種包括選自Al、 Ag5Au、 Ca、 Co、 Cr、 Cu、 Eu、 Fe、 Gd、 Ir、 La、 Mg、 Mn、 Ni、 Pr、 Pt、 Ru、 RIi、 Sn、 Zn及其合金和混合物的金屬。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種催化活性組分包含適于 減少氣化過程和燃燒過程中的至少一種所產(chǎn)生的揮發(fā)物的催化材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種催化活性組分基本均勻 地分散遍布于所述催化活性材料中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分適于使所述至 少一種催化活性組分能夠從所述固化的催化活性材料的內(nèi)部遷移至表面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在浸沒燃燒熔化器中加熱所述至少一 種基質(zhì)組分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述浸沒燃燒熔化器中將所述至 少一種催化活性組分直接并入所述至少一種基質(zhì)組分中。
13、 一種制備催化活性材料的方法，它包括如下步驟將至少 一 種基質(zhì)組分加熱至軟化溫度或熔融溫度，形成軟化基質(zhì)組分或熔融 基質(zhì)組分；在所述軟化基質(zhì)組分或熔融基質(zhì)組分中并入至少一種催化劑前驅(qū)體，形成催化劑前驅(qū)體材料；以及將所述至少一種催化劑前驅(qū)體轉(zhuǎn)化成催化活性組分，形成催化活性材料。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括對所述催化劑前驅(qū)體材料 進(jìn)行固化。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括對所述催化活性材料進(jìn)行 固化。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述軟化基質(zhì)組分或熔 融基質(zhì)組分中并入至少 一種催化活性組分。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分為玻璃態(tài)、 無定形材料。
18、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分為玻璃陶瓷。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分包括橄欖石。
20、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分適于使所述 催化劑前驅(qū)體和所述催化活性組分中的至少 一種能夠從所述基質(zhì)組分的內(nèi)部遷移 至表面。
21、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分包含金屬和 金屬合金中的至少一種。
22、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一種催化活性組分包含金 屬和金屬氧化物中的至少 一種。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述金屬和所述金屬氧化物中的至 少一種包括選自Al、 Ag、 Au、 Ca、 Co、 Cr、 Cu、 Eu、 Fe、 Gd、 Ir、 La、 Mg、 Mn、 Ni、 Pr、 Pt、 Ru、 Rh、 Sn、 Zn及其合金和混合物的金屬。
24、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一種催化劑前驅(qū)體基本均 勻地分散遍布于所述基質(zhì)組分中。
25、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述催化劑前驅(qū)體和/或所述催化活 性組分基本均勻地分散遍布于所述基質(zhì)組分中。
26、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在浸沒燃燒熔化器中加熱所述至少 一種基質(zhì)組分。
27、 一種從含有揮發(fā)物的氣流中脫除揮發(fā)物的方法，其包括以下步驟催化活性材料包含至少一種基質(zhì)組分和至少一種催化活性組分，其中通過以下方 式在所述至少一種基質(zhì)組分中并入所述至少一種催化活性組分將所述至少一種 基質(zhì)組分加熱至軟化溫度或熔融溫度，形成軟化基質(zhì)組分或熔融基質(zhì)組分，在所 述軟化基質(zhì)組分或熔融基質(zhì)組分中引入所述至少一種催化活性組分。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述至少一種基質(zhì)組分為玻璃態(tài)、 無定形材料。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中將所述催化活性材料配置在流化床 氣化反應(yīng)器的流化床內(nèi)。
30、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中將所述催化活性材料配置在煙道氣 通道內(nèi)，所述煙道氣產(chǎn)自燃燒過程。
31、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中將所述催化活性材料配置在產(chǎn)生所 述揮發(fā)物的器皿的內(nèi)表面上。
全文摘要
一種制備含有至少一種基質(zhì)組分和至少一種催化活性組分的催化活性材料的方法，其中將至少一種基質(zhì)組分加熱至軟化溫度或熔融溫度以形成軟化或熔融的基質(zhì)組分。當(dāng)基質(zhì)組分處于軟化或熔融狀態(tài)時，將至少一種催化活性組分并入基質(zhì)組分之中或之上，形成催化活性材料。根據(jù)一種實(shí)施方案，將催化劑前驅(qū)體引入基質(zhì)組分，隨后使之轉(zhuǎn)化成催化活性組分。
文檔編號B01J37/00GK101237930SQ200680014984
公開日2008年8月6日 申請日期2006年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者D·M·魯, L·G·費(fèi)利克斯, R·B·蘇萊曼 申請人:瓦斯技術(shù)研究所