專利名稱：用于排放廢氣控制的催化劑結(jié)構(gòu)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)。具體地，本發(fā)明涉及用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)和裝置，包含用氨氣(NH3)有效地還原廢氣中氮氧化物(以下稱為NOx)所用板狀催化劑。
背景技術(shù)：
發(fā)電廠、各種工廠、汽車等排放出的廢氣中氮氧化物(NOx)是光化學(xué)煙霧和酸雨的起因。中心熱電廠已廣泛采用通過用氨氣(NH3)等作為還原劑的選擇性催化還原的廢氣脫氮法作為去除NOx的方法。使用含例如二氧化鈦(TiO2)作為主組分和釩(V)、鉬(Mo)或鎢(W)作為活性組分的氧化鈦型催化劑作為用于此廢氣脫氮法的脫氮催化劑。特別地，含釩作為活性組分之一的催化劑已成為當(dāng)前脫氮催化劑的主流，因為該催化劑不僅活性高，而且很少因廢氣中所含雜質(zhì)而變質(zhì)，并且可在低溫下使用(JP-A-Sho.50-128681等)。
此廢氣脫氮法所用催化劑的形狀通常采用蜂窩狀或片狀，已提出各種各樣的生產(chǎn)方法。其中，通過堆疊a)將金屬薄片加工成金屬板條然后將熔融的鋁噴于其上制備的許多網(wǎng)狀產(chǎn)品或b)用陶瓷纖維的織物或非織造織物作為基質(zhì)(底板)、將上述催化劑組分涂于其上、然后將所述基質(zhì)壓成波形元件制備的許多片狀催化劑所得催化劑結(jié)構(gòu)(JP-A-Sho.54-79188和59-73053等)有極好的特性，風(fēng)壓損失(draft loss)小，氣流通道不易被煙塵或煤燃燒灰堵塞，因而目前許多用于熱電廠鍋爐廢氣的脫氮裝置中使用該催化劑結(jié)構(gòu)。
為提高廢氣脫氮裝置的效率，近年來許多領(lǐng)域已試圖通過降低催化劑片的厚度降低原料成本和風(fēng)壓損失。而且，甚至在以燃煤鍋爐排放的廢氣為處理目標(biāo)和迄今在低氣流速度下使用有大催化劑間距(催化劑之間距離)的催化劑的領(lǐng)域中，對氣流速度增加且催化劑間距減小同時脫氮效率提高的緊湊脫氮裝置的需要也已增加。
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明概述如下(1)一種設(shè)置在裝配在廢氣流動通道中的框架中用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，包括交替堆疊的通過在規(guī)定的間隔將平片狀催化劑交替地向相反方向彎曲形成的有許多突出部分、或山脈部分和山谷部分的片狀催化劑，和由有許多從正面通至其背面的孔的金屬、陶瓷、或玻璃網(wǎng)狀產(chǎn)品組成的氣體分散件。
(2)上面第(1)段中所述用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述片狀催化劑是將含氧化鈦作為主組分和釩、鉬和/或鎢的氧化物作為活性組分的催化劑組分涂于金屬板條或用無機(jī)粘合劑增強(qiáng)的玻璃纖維織物的網(wǎng)眼中使所述催化劑組分嵌入所述網(wǎng)眼中生產(chǎn)的產(chǎn)品。
(3)上面第(1)或(2)段中所述用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述網(wǎng)狀產(chǎn)品是金屬板條。
(4)上面第(1)或(2)段中所述用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述網(wǎng)狀產(chǎn)品是通過用無機(jī)粘合劑浸漬織物增強(qiáng)的玻璃纖維織物。
(5)上面第(1)至(4)段之任一中所述用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中催化劑組分沉積在所述網(wǎng)狀產(chǎn)品的表面上。
(6)上面第(5)段中所述用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述催化劑組分是選自鈦、釩、鉬和鎢的一或多種金屬的氧化物。
(7)上面第(1)至(6)段之任一中所述用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述片狀催化劑的突出部分或山脈部分是在其長度方向相對于所述片狀催化劑的一側(cè)傾斜規(guī)定的角度形成，在其間插入所述網(wǎng)狀產(chǎn)品并交替地交換所述片狀催化劑左右側(cè)的情況下堆疊多個所述片狀催化劑。
(8)一種用于凈化廢氣的裝置，有設(shè)置在廢氣流動通道中的上面第(1)至(7)段之任一中所述的催化劑結(jié)構(gòu)。
(9)一種設(shè)置在裝配在廢氣流動通道中的框架中用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，包括交替堆疊的通過將平片狀催化劑交替地向相反方向彎曲形成的在規(guī)定的間隔有許多對突出部分或山脈部分和山谷部分的片狀催化劑，和通過以規(guī)定的間隔平行排列線形、帶狀或棒狀的金屬、陶瓷、或玻璃材料制備的氣體分散件。
(10)上面第(9)段中所述用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述片狀催化劑是將含氧化鈦作為主組分和釩、鉬和/或鎢的氧化物作為活性組分的催化劑組分涂于金屬板條或用無機(jī)粘合劑增強(qiáng)的玻璃纖維織物的網(wǎng)眼中使所述催化劑組分嵌入所述網(wǎng)眼中生產(chǎn)的產(chǎn)品。
(11)上面第(9)段中所述催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述氣體分散件是通過連接部分或全部所述線形、帶狀或棒狀材料制成的結(jié)構(gòu)。
(12)上述第(9)至(11)段之任一中所述催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述氣體分散件設(shè)置在相鄰催化劑片之一的突出部分與堆疊的另一催化劑片的平片部分之接觸點(diǎn)的連線上。
(13)上面第(9)至(12)段之任一中所述催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述氣體分散件是通過用無機(jī)粘合劑浸漬所述氣體分散件增強(qiáng)的產(chǎn)品。
(14)上面第(9)至(13)段之任一中所述催化劑結(jié)構(gòu)，其中催化劑組分沉積在所述氣體分散件的表面上。
(15)上面第(14)段中所述催化劑結(jié)構(gòu)，其中沉積在所述氣體分散件的表面上的催化劑組分是選自鈦、釩、鉬和鎢的一或多種金屬的氧化物。
(16)上面第(9)至(15)段之任一中所述催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述片狀催化劑的突出部分或山脈部分是在其長度方向相對于所述片狀催化劑的一側(cè)傾斜規(guī)定的角度形成，在其間插入所述氣體分散件并交替地交換所述片狀催化劑左右側(cè)的情況下堆疊多個所述片狀催化劑。
(17)一種用于凈化廢氣的裝置，有設(shè)置在廢氣流動通道中的上面第(9)至(16)段之任一中所述的催化劑結(jié)構(gòu)。
附圖簡述

圖1示出用于本發(fā)明的片狀催化劑的橫截面圖。
圖2示出包括網(wǎng)狀產(chǎn)品作為氣體分散件的用于凈化廢氣的本發(fā)明催化劑結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖3示出本發(fā)明實施例中所用片狀催化劑的指出尺寸的橫截面圖。
圖4示出包括棒狀材料作為氣體分散件的用于凈化廢氣的本發(fā)明催化劑結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖5示出本發(fā)明所用氣體分散件的實施例(a)至(d)的平面圖。
圖6說明使用本發(fā)明氣體分散件的例子。
圖中，1為片狀催化劑，2為平片部分，3為突出部分，4為山脈部分，5為山谷部分，6為廢氣流動方向，7為網(wǎng)狀產(chǎn)品(氣體分散件)，8為催化劑結(jié)構(gòu)，和10為氣體分散件(棒狀材料)。
本發(fā)明最佳實施方式下面結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
本發(fā)明催化劑結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括交替堆疊的有通過在規(guī)定的間隔將平片狀催化劑交替地向相反方向彎曲形成的有許多突出部分或山脈部分和山谷部分的許多片狀催化劑，和由網(wǎng)狀產(chǎn)品或線形、帶狀或棒狀材料組成的許多氣體分散件。
圖1示出用于本發(fā)明的典型片狀催化劑的橫截面圖。圖1中，(a)示出有交替的平片部分2和突出部分3的片狀催化劑1的橫截面圖，(b)示出有交替的山脈部分4和山谷部分5的另一種波形(波紋板狀)片狀催化劑1的橫截面圖。圖1(a)中，盡管突出部分3有W-型橫截面，但也可以是Z-型橫截面。在波紋板狀催化劑的情況下，所述催化劑除有圖1(b)所示R型橫截面(橫截面有曲率半徑)的突出部分(山脈部分)之外還可有V-型突出部分。
圖2示出通過交替地堆疊有Z-型橫截面的突出部分3的片狀催化劑1和金屬網(wǎng)狀產(chǎn)品7形成的本發(fā)明催化劑結(jié)構(gòu)8的透視圖。該催化劑結(jié)構(gòu)8接收在適合的框中，設(shè)置在例如脫氮裝置的廢氣流動通道中，使突出部分3的長度方向平行于廢氣的流動方向6。
本發(fā)明中，所述片狀催化劑這樣生產(chǎn)將包含氧化鈦作為主組分并包含選自釩(V)、鉬(Mo)和鎢(W)的一或多種金屬的氧化物的催化劑糊涂于催化劑基材如金屬絲網(wǎng)上使所述催化劑糊嵌入所述催化劑基材的網(wǎng)眼中，給所述材料施壓，使之成形制成規(guī)定形狀的材料，然后干燥所述成形材料。公知手段如添加無機(jī)纖維和粘合劑可同時應(yīng)用于所述催化劑糊。
作為催化劑基材，可使用例如金屬基質(zhì)如金屬絲網(wǎng)和有通孔的金屬板條、將無機(jī)纖維如陶瓷或玻璃纖維的加捻紗織成網(wǎng)狀產(chǎn)品制成的編織布、或通過用無機(jī)粘合劑浸漬或涂于上述編織布使之增強(qiáng)和賦予剛性制備的編織布。關(guān)于所述基材的網(wǎng)眼尺寸，在催化劑或催化劑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)盡可能大的尺寸趨于產(chǎn)生更好的結(jié)果。作為催化劑基材，還可使用通過將催化劑組分施涂(沉積或涂布)于金屬或無機(jī)纖維網(wǎng)狀產(chǎn)品的表面上使催化劑組分不阻塞所述網(wǎng)狀產(chǎn)品的通孔(網(wǎng)眼)而制成的材料。本說明書中所用術(shù)語“金屬板條”意指通過在規(guī)定的間隔以鋸齒形在金屬板中形成規(guī)定長度的許多切口、然后在與所述切口垂直的方向?qū)⑺鼋饘侔鍞U(kuò)孔使切口變形而形成許多從正面通至其背面的通孔而制成的金屬板。
作為有突出部分或山脈部分和山谷部分的片狀催化劑的制備方法，例如可采用以下方法通過將催化劑組分施涂于金屬基質(zhì)、或陶瓷基質(zhì)等上制備平片狀催化劑，然后用機(jī)械設(shè)備如輥壓機(jī)和平壓機(jī)通過塑性變形使所述平片狀催化劑成形為規(guī)定的形狀；或者用有加熱裝置的輥壓機(jī)或平壓機(jī)同時使上述平片狀催化劑變形和干燥。雖然成形時片狀催化劑的尺寸無特殊限制，但在有W型橫截面的脫氮催化劑的情況下，其厚度為0.5至2mm，平片部分的長度為10至100mm，突出部分的高度為1至10mm。
片狀催化劑1和網(wǎng)狀產(chǎn)品7的堆疊方法無特殊限制，除交替地堆疊有相同形狀和成形的片狀催化劑1和網(wǎng)狀產(chǎn)品7使突出部分3的長度方向平行于片狀催化劑1一側(cè)之外，還可在交替地交換催化劑的左側(cè)和右側(cè)的情況下堆疊其中突出部分3的長度方向以規(guī)定的角度例如30°相對于片狀催化劑的一側(cè)傾斜的片狀催化劑。
通過網(wǎng)狀產(chǎn)品堆疊許多片狀催化劑時，不再存在片狀催化劑直接相互堆疊的情況，不必在移動其山脈部分位置的情況下堆疊催化劑，從而甚至在使用相同形狀的片狀催化劑時也很容易裝配催化劑結(jié)構(gòu)。
此外，并入廢氣凈化裝置的情況下使用催化劑結(jié)構(gòu)時，由于網(wǎng)狀產(chǎn)品的氣體攪動作用，使催化劑反應(yīng)效率提高。在其中形成平行于氣流的氣體流動通道的催化劑結(jié)構(gòu)中，一般在所述流動通道內(nèi)流動的氣流形成層流，目標(biāo)組分?jǐn)U散至位于流動通道中心部分的催化劑表面的速度很慢。然而，在本發(fā)明中，目標(biāo)組分?jǐn)U散至催化劑表面的速度顯著提高，因為設(shè)置網(wǎng)狀產(chǎn)品使該產(chǎn)品阻塞擴(kuò)散速度變慢的氣體流動通道的中心部分，從而位于氣體流動通道中心部分的氣流被網(wǎng)狀產(chǎn)品表面或網(wǎng)狀產(chǎn)品本身的不規(guī)則形成的湍流或漩渦擾動。因此，根據(jù)本發(fā)明，甚至在催化劑量相同的情況下也可獲得極高的催化劑性能。
本發(fā)明中，使設(shè)置在網(wǎng)狀產(chǎn)品之上和之下的催化劑之間片狀催化劑的形狀不同時，或僅顛倒有相同形狀的催化劑之一或交替地交換有相同形狀的催化劑之一的左右側(cè)時，由于在網(wǎng)狀產(chǎn)品的正反面之間在氣體流動通道內(nèi)流動的氣流方向不同，使氣體攪動作用進(jìn)一步提高，從而可獲得更高的催化劑性能。
圖4示出催化劑結(jié)構(gòu)8，其中代替圖2所示催化劑結(jié)構(gòu)中所用網(wǎng)狀產(chǎn)品7，在與廢氣流動方向6垂直的方向以規(guī)定的間隔平行設(shè)置多個金屬棒狀氣體分散件10。作為氣體分散件10，除棒狀之外還可使用線形或帶狀的。
在圖2所示催化劑結(jié)構(gòu)中所用網(wǎng)狀產(chǎn)品中，不能根據(jù)廢氣的狀況調(diào)節(jié)壓力損失，因而在設(shè)計裝置時容差較小。然而，在圖4所示催化劑結(jié)構(gòu)中，可擴(kuò)大該裝置的設(shè)計范圍(靈活性)。例如，甚至在氣體分散件放在以小間距設(shè)置的催化劑片之間時也可通過增加氣體分散件(棒)的布置距離抑制壓力損失增加，因為通過在片狀催化劑1之間設(shè)置棒狀氣體分散件10和改變設(shè)置的分散件(棒)間距離可無限制地控制壓力損失。此外，可降低該裝置的生產(chǎn)成本，因為為擾動氣流可使用最少的氣體分散件(棒)。而且，甚至當(dāng)該催化劑結(jié)構(gòu)用于含大量灰塵的廢氣時也可防止氣體分散作用下降，因為充分地增加氣體分散件(棒)的設(shè)置間隔時，甚至當(dāng)灰塵沉積在氣體分散件上時在氣體分散件周圍流動的氣體除去了沉積的灰塵，因此在氣體分散件上不會殘留多于一定量的灰塵。此外，用重金屬作為片狀催化劑的基材時，優(yōu)選使用有足夠高強(qiáng)度的氣體分散件，如圖6所示在堆疊的兩個片狀催化劑接觸點(diǎn)的連線上放置氣體分散件10可提高催化劑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。
圖5(a)至(d)示出本發(fā)明所用氣體分散件10的不同實施方案的平面圖。
如圖5(a)和(b)所示，氣體分散件可以等間隔或不同間隔設(shè)置。而且，氣體分散件可有如圖5(c)和(d)所示通過彎曲長的棒狀件制成的整體結(jié)構(gòu)，或者可有其中部分或全部氣體分散件相連的結(jié)構(gòu)。氣體分散件的形狀或材料可與催化劑結(jié)構(gòu)相同或不同。
氣體分散件10的橫截面形狀可以是圓形、橢圓形、六角形或中空的，但本發(fā)明中所述形狀無特殊限制。氣體分散件10原則上在與氣體流動方向垂直的方向設(shè)置，但也可在片狀催化劑上下之間稍微改變其方向。
氣體分散件的材料可以是金屬、陶瓷或玻璃，但本發(fā)明中對該材料無特殊限制。
氣體分散件的尺寸越大，催化劑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度越高，但本發(fā)明中對該尺寸無特殊限制。氣體分散件的長度無特殊限制，只要有足夠在其寬度方向橫跨催化劑中氣體流動通道的長度。
氣體分散件可涂有催化劑組分、無機(jī)粘合劑和/或增強(qiáng)液。
下面結(jié)合實施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。但應(yīng)理解本發(fā)明的范圍決不受這些具體實施例限制。
實施例1用含40％氧化鈦、20％硅溶膠和1％聚乙烯醇的漿液浸漬以10根紗/25.4mm的密度平織纖維直徑為9μm的1400E玻璃纖維加捻紗所制成的網(wǎng)狀產(chǎn)品，然后將浸漬后的產(chǎn)品在150℃下干燥賦予剛性，得到催化劑基質(zhì)。
另一方面，在分開的步驟中將0.25kg仲鉬酸銨((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0.23kg偏釩酸銨(NH4VO3)和0.3kg草酸加入1.2kg比表面積為約270m2/g的氧化鈦中，再向其中加入20％(重)的硅溶膠(按SiO2計8％重)，然后捏和該混合物同時加水形成糊料。向該糊料中加入15％(重)高嶺土型無機(jī)纖維(商品名Kaowool)，進(jìn)一步捏和得到水含量為30.5％的糊料。
將上述糊料放在前面步驟中制備的500mm寬的兩片催化劑基質(zhì)之間，通過用一對壓輥加壓將該糊料涂于所述網(wǎng)狀產(chǎn)品(催化劑基質(zhì))的表面上及其網(wǎng)眼中，將該基質(zhì)切成480mm長，得到0.7mm厚的片狀催化劑。然后，將所得催化劑插入加熱模具中，在加熱干燥的同時加壓得到如圖3中所示平片部分長度(L)為44mm且有許多高度(H)為1.8mm的突出部分的片狀催化劑(以下稱為催化劑元件)。將許多片如此得到的催化劑元件堆疊，同時插入通過將如上所述用作催化劑基質(zhì)的有剛性的E玻璃纖維織物切成480mm的正方形制成的網(wǎng)狀產(chǎn)品，將此催化劑堆裝配在金屬框中，在通風(fēng)的情況下于500℃焙燒2小時得到催化劑結(jié)構(gòu)。
實施例2將3.8kg偏鎢酸銨((NH4)6·H2W12O40·23H2O)和1.28kg偏釩酸銨(NH4VO3)加入67kg偏鈦酸漿液(TiO2含量30％重，SO4含量8％重)中，用加熱捏和機(jī)在使水蒸發(fā)的同時捏和得到含約36％水的糊料。然后，將此糊料擠成3φ的棒狀材料，切粒，在流化干燥器中干燥，然后在大氣中于250℃焙燒2小時。將所得粒料用錘磨機(jī)磨成平均粒徑為5μm的粉末。將20kg所得粉末、3kg Al2O3·SiO2型無機(jī)纖維、和10kg水用捏和機(jī)捏和1小時使之呈糊狀。用輥式壓合機(jī)將此催化劑糊涂于寬490mm、厚0.2mm的SUS304金屬板條基質(zhì)的表面上和網(wǎng)眼中得到厚約0.9mm的催化劑元件。用壓模使這些催化劑元件成型以致平片部分的長度(L)變成60mm和高度改變部分的高度(H)變成5mm，得到催化劑元件。
將許多片如此得到的催化劑元件堆疊，同時插入通過將如上所述用作催化劑基質(zhì)的SUS304金屬板條切成480mm的正方形制成的網(wǎng)狀產(chǎn)品形成催化劑堆，將此催化劑堆裝配在金屬框中，在通風(fēng)的情況下于500℃焙燒2小時得到實施例2的催化劑結(jié)構(gòu)。
實施例3和4將0.25kg仲鉬酸銨((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0.23kg偏釩酸銨(NH4VO3)、0.3kg草酸、和水加入1.2kg比表面積為約270m2/g的氧化鈦中，捏和該混合物同時加水形成糊料。然后，將該糊料擠出，用造粒機(jī)制成3φ的柱狀產(chǎn)品。將該產(chǎn)品干燥，在550℃焙燒2小時，用粉碎機(jī)研磨得到其中多于60％的顆粒尺寸小于1μm的粉末。向所得粉末中加水制成固含量為40％的催化劑漿液。用該催化劑漿液浸漬實施例1和2中所用網(wǎng)狀產(chǎn)品，然后從漿液中取出，通過空氣吹風(fēng)除去過量的漿液，將產(chǎn)品干燥得到表面上分別涂有催化劑組分的網(wǎng)狀產(chǎn)品。重復(fù)與實施例1和2相同的方法，但用上述網(wǎng)狀產(chǎn)品分別代替實施例1和2中所用網(wǎng)狀產(chǎn)品，得到實施例3和4的催化劑結(jié)構(gòu)。
對比例1和2以與實施例1和2中相同的方式制備對比例1和2的催化劑結(jié)構(gòu)，但所述催化劑元件這樣成型以致成型時山脈部分(高度改變部分)的位置分別移動5mm和8mm，依次直接堆疊不插入網(wǎng)狀產(chǎn)品以致不干擾上述位移的次序。
實施例5以與實施例1相同的方式通過堆疊催化劑元件同時插入與實施例1相同的網(wǎng)狀產(chǎn)品制備實施例5的催化劑結(jié)構(gòu)，但使用其中突出部分的長度方向相對于催化劑元件的一側(cè)傾斜30°的“突出部分傾斜的催化劑元件”，在交替地顛倒其左側(cè)和右側(cè)的情況下堆疊該元件。
實施例6用許多實施例5中所用“突出部分傾斜的催化劑元件”和許多實施例1中所用催化劑元件，交替地堆疊同時在其間插入與實施例1中相同的網(wǎng)狀產(chǎn)品，得到實施例6的催化劑結(jié)構(gòu)。
對實施例1至6和對比例1至2的催化劑，在表1所示條件下測試催化劑結(jié)構(gòu)兩端流動通道形狀的干擾，并測定脫氮性能。所得結(jié)果示于表2中。
表1

表2

附注1)兩端流動通道形狀的干擾2)增強(qiáng)的玻璃纖維織物3)涂有催化劑組分的增強(qiáng)玻璃纖維織物4)涂有催化劑組分的金屬板條表2中，實施例1和2與對比例1和2比較時，對比例中催化劑結(jié)構(gòu)兩端催化劑元件之間間隔的干擾較大，實施例中保持均勻的間隔。此外，可見與不使用網(wǎng)狀產(chǎn)品的對比例相比，實施例的催化劑結(jié)構(gòu)由于插入催化劑元件之間的網(wǎng)狀產(chǎn)品的氣體攪動作用使脫氮率提高。從這些事實可見本發(fā)明催化劑結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度和均勻的流動通道，有比對比例提高的脫氮性能。
實施例1和2與實施例3和4對比時，實施例3和4的催化劑性能比實施例1和2更好，因為在實施例3和4中，使用涂有催化劑組分的網(wǎng)狀產(chǎn)品，從而使催化劑位于其中氣體攪動作用最大的氣體流動通道中。實施例5和6的催化劑結(jié)構(gòu)的脫氮性能與實施例1對比時，可見使用突出部分的長度方向以規(guī)定角度傾斜的催化劑元件使脫氮性能提高。
使用上述實施例的催化劑結(jié)構(gòu)，利用通過平片狀的網(wǎng)狀產(chǎn)品堆疊有突出部分或山脈部分和山谷部分的片狀催化劑這樣簡單的方法幾乎不發(fā)生氣體流動通道的破碎或干擾；可獲得高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)；還使催化劑性能顯著提高。
實施例7將0.25kg仲鉬酸銨((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0.23kg偏釩酸銨(NH4VO3)和0.3kg草酸加入1.2kg比表面積為270m2/g的氧化鈦中，再向其中加入20％(重)的硅溶膠(按SiO2計8％重)，然后捏和該混合物同時加水形成糊料。向該糊料中加入15％(重)高嶺土型無機(jī)纖維(商品名Kaowool)，進(jìn)一步捏和得到水含量為30.5％的糊料。
將上述糊料放在前面步驟中制備的500mm寬的兩片催化劑基質(zhì)之間，通過用一對壓輥加壓將該糊料涂于所述網(wǎng)狀產(chǎn)品的表面上及其網(wǎng)眼中，將該基質(zhì)切成480mm長，得到0.7mm厚的片狀催化劑。然后，將所得催化劑元件插入加熱模具中，在加熱干燥的同時加壓而得到橫截面形狀與實施例1相同的片狀催化劑。
另一方面，將直徑1.2mm的不銹鋼絲拉直，然后切成每段478mm得到約2000段鋼絲。還制備切成約5mm正方形、長480mm的約200段“Kaowool”。
使用通過前面所述步驟得到的催化劑片、鋼絲和“Kaowool”。即將以10mm的間距平行放置的鋼絲兩端上下用“Kaowool”固定得到棒狀件，將所述棒狀件和催化劑片交替堆疊，然后裝配在金屬框中。此時，使鋼絲的方向垂直于氣體流動方向。將催化劑片在通風(fēng)的情況下于500℃焙燒2小時得到如圖4所示催化劑結(jié)構(gòu)。
參考例1用含40％氧化鈦、20％硅溶膠和1％聚乙烯醇的漿液浸漬以10根紗/英寸的密度平織纖維直徑為9μm的1400E玻璃纖維加捻紗所制成的織物，在150℃下干燥賦予剛性，切成480mm正方形，得到厚度1.2mm的織物。這些織物代替實施例7中所用含鋼絲和“Kaowool”的棒狀件，與實施例7中所用催化劑片交替堆疊，裝配在金屬框中，然后在通風(fēng)的情況下于500℃焙燒2小時得到催化劑結(jié)構(gòu)。
實施例8稱取氧化鈦(TiO2)粉末、偏鎢酸銨((NH4)6·H2W12O40·23H2O)、偏釩酸銨(NH4VO3)液體使Ti/W/V之摩爾比為89/5/6，然后向其中加入基于所述氧化鈦的量為30％(重)的水，將混合物在捏和機(jī)中捏和30分鐘，向其中加入基于作為起始原料的氧化鈦的量為25％(重)的“Kaowool”，將混合物再捏和30分鐘得到糊料。將此糊料涂于500mm寬、0.8mm厚的金屬板條上得到平片狀催化劑。使該催化劑加壓成形，切成480mm的正方形得到有圖1(a)所示橫截面的催化劑片。
另一方面，將直徑0.7mm的黃銅絲切成550mm。將一些銅絲以20mm的間距放在所述催化劑片之一上，將另一片催化劑堆疊于其上使之呈圖6中所示形狀。以與上述相同的方式進(jìn)一步堆疊催化劑片和銅絲制備成形件，裝配在金屬框中。此時，這樣設(shè)置銅絲使其方向垂直于氣體流動方向。將催化劑在通風(fēng)的情況下于500℃焙燒2小時得到催化劑結(jié)構(gòu)。
實施例9將0.25kg仲鉬酸銨((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0.23kg偏釩酸銨(NH4VO3)、0.3kg草酸、和水加入1.2kg比表面積為270m2/g的氧化鈦中，捏和形成糊料。將該糊料擠出，用造粒機(jī)制成3φ的圓柱。將該成形產(chǎn)品(圓柱)干燥，在550℃焙燒2小時，用粉碎機(jī)研磨得到其中多于60％的顆粒的顆粒尺寸小于1μm的粉末。向所得粉末中加水制成固含量為40％的催化劑漿液。
用上述步驟所得催化劑漿液浸漬實施例7中所用鋼絲，取出，然后干燥得到上面涂有催化劑組分的鋼絲。
以與實施例7中相同的方式，但用上述鋼絲代替實施例7中所用鋼絲，得到圖4中所示催化劑結(jié)構(gòu)。
實施例10和11以與實施例7中相同的方式，但將實施例7中所用鋼絲的放置間隔分別改成40mm和80mm，制備催化劑結(jié)構(gòu)。
對比實施例7和參考例1中催化劑片的用量，結(jié)果示于表3中。
表3

表3所示實例中，催化劑片之間所用鋼絲和織物厚度均為1.2mm，可見實施例7的催化劑片數(shù)量更少而強(qiáng)度比參考例1更高。
在表4所示條件下測定實施例7、9、10和11及參考例1中催化劑的脫氮性能和壓力損失。所得結(jié)果示于表5中。
表4

表5

表5中，對比實施例7、參考例1和實施例10的試驗結(jié)果時，可見其中金屬絲的設(shè)置距離(金屬絲設(shè)置間隔)為10mm的實施例7中壓力損失比使用網(wǎng)狀產(chǎn)品的參考例1大，盡管基于面積的總反應(yīng)速率常數(shù)近似相同，但在其中金屬絲設(shè)置間隔為40mm的實施例10中，壓力損失可降至低于參考例1。然而，從這些實施例與實施例11的比較結(jié)果可見為保持基于面積的總反應(yīng)速率常數(shù)，金屬絲設(shè)置間隔是有限制的。此外，對比實施例7和實施例9可見，由上面沉積有催化劑組分的金屬絲制成的催化劑提高基于面積的總反應(yīng)速率常數(shù)的作用很大。
根據(jù)所附權(quán)利要求1中所述本發(fā)明，可用相同形狀的片狀催化劑生產(chǎn)催化劑結(jié)構(gòu)，因為通過有許多從正面通至其背面的通孔的網(wǎng)狀產(chǎn)品堆疊有突出部分或山脈部分和山谷部分的片狀催化劑，這些片狀催化劑在催化劑結(jié)構(gòu)中不直接相互接觸。因此，可簡化催化劑結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)步驟，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)一步地，可防止氣流通道變形，并可提高催化劑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。此外，根據(jù)本發(fā)明，由于網(wǎng)狀產(chǎn)品位于氣體流動通道的中心部分使氣體在所述結(jié)構(gòu)中的分散速度增加；形成高催化劑性能；并使廢氣凈化率例如脫氮率提高。
根據(jù)所附權(quán)利要求2中所述本發(fā)明，由于所述片狀催化劑是通過先將脫氮催化劑組分涂于金屬板條或用無機(jī)粘合劑增強(qiáng)的玻璃纖維織物的網(wǎng)眼中、然后將所述金屬板條或增強(qiáng)織物制成適合的形狀制備的，所以除上述作用之外，片狀催化劑的表面積擴(kuò)大使目標(biāo)組分(NOx)的接觸效率提高，并提高了片狀催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。
根據(jù)所附權(quán)利要求3中所述本發(fā)明，由于用上述金屬板條作為網(wǎng)狀產(chǎn)品，除上述作用之外，還使催化劑結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
根據(jù)所附權(quán)利要求4中所述本發(fā)明，由于用包括氧化硅或氧化鈦的無機(jī)粘合劑浸漬而增強(qiáng)的玻璃纖維織物作為網(wǎng)狀產(chǎn)品，除上述作用之外，還使片狀催化劑的強(qiáng)度提高，并可節(jié)省催化劑的用量。
根據(jù)所附權(quán)利要求5中所述本發(fā)明，由于催化劑組分沉積在網(wǎng)狀產(chǎn)品表面，除上述作用之外，還使催化劑反應(yīng)效率進(jìn)一步提高。
根據(jù)所附權(quán)利要求6中所述本發(fā)明，由于用上述催化劑組分作為脫氮催化劑組分，除上述作用之外，還使脫氮效率進(jìn)一步提高。
根據(jù)所附權(quán)利要求7中所述本發(fā)明，由于所述片狀催化劑這樣成形或裝配在框中以使所述片狀催化劑的全部或部分突出部分或山脈部分的長度方向相對于被處理氣體的流動方向有規(guī)定的角度，所以除上述作用之外，還加強(qiáng)了氣體攪動作用使催化劑反應(yīng)效率進(jìn)一步提高。
根據(jù)所附權(quán)利要求8中所述本發(fā)明，利用所附權(quán)利要求1至7之任一的催化劑結(jié)構(gòu)可生產(chǎn)高效且緊湊的廢氣凈化裝置。
根據(jù)所附權(quán)利要求9至14之任一，通過任意改變?nèi)缟纤鲈O(shè)置在催化劑結(jié)構(gòu)中的所述線形、帶狀或棒狀氣體分散件的設(shè)置間隔可抑制通過堆疊氣體分散件所得催化劑結(jié)構(gòu)中壓力損失的增加。此外，由于可通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)氣體分散件的設(shè)置間隔防止灰塵沉積(甚至在臟氣中)，可保持氣流擾動作用。進(jìn)一步地，甚至要求催化劑結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度高時，利用有足夠高強(qiáng)度的氣體分散件可防止氣流通道變平或破碎并可抑制壓力損失增加。因此，可提供高效且緊湊的廢氣凈化裝置。
工業(yè)實用性本發(fā)明催化劑結(jié)構(gòu)適用于廢氣凈化裝置如廢氣脫氮裝置，還適用于凈化電廠、各種工廠、和汽車等排放出的廢氣。
權(quán)利要求
1．一種設(shè)置在裝配在廢氣流動通道中的框架中用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，包括交替堆疊的通過在規(guī)定的間隔將平片狀催化劑交替地向相反方向彎曲形成的有許多突出部分、或山脈部分和山谷部分的片狀催化劑，和由有許多從正面通至其背面的通孔的金屬、陶瓷、或玻璃網(wǎng)狀產(chǎn)品組成的氣體分散件。
2．權(quán)利要求1的用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述片狀催化劑是將含氧化鈦作為主組分和釩、鉬和/或鎢的氧化物作為活性組分的催化劑組分涂于金屬板條或用無機(jī)粘合劑增強(qiáng)的玻璃纖維織物的網(wǎng)眼中使所述催化劑組分嵌入所述網(wǎng)眼中生產(chǎn)的產(chǎn)品。
3．權(quán)利要求1或2的用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述網(wǎng)狀產(chǎn)品是金屬板條。
4．權(quán)利要求1或2的用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述網(wǎng)狀產(chǎn)品是通過用無機(jī)粘合劑浸漬所述織物增強(qiáng)的玻璃纖維織物。
5．權(quán)利要求1至4之任一的用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中催化劑組分沉積在所述網(wǎng)狀產(chǎn)品的表面上。
6．權(quán)利要求5的用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述催化劑組分是選自鈦、釩、鉬和鎢的一或多種金屬的氧化物。
7．權(quán)利要求1至6之任一的用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述片狀催化劑的突出部分或山脈部分是在其長度方向相對于所述片狀催化劑的一側(cè)傾斜規(guī)定的角度形成，在其間插入所述網(wǎng)狀產(chǎn)品并交替地交換所述片狀催化劑左右側(cè)的情況下堆疊多個所述片狀催化劑。
8．一種凈化廢氣裝置，有設(shè)置在廢氣流動通道中的權(quán)利要求1至7之任一的催化劑結(jié)構(gòu)。
9．一種設(shè)置在裝配在廢氣流動通道中的框架中用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，包括交替堆疊的通過將平片狀催化劑交替地向相反方向彎曲形成的在規(guī)定的間隔有許多對突出部分或山脈部分和山谷部分的片狀催化劑，和通過以規(guī)定的間隔平行排列線形、帶狀或棒狀的金屬、陶瓷、或玻璃材料制備的氣體分散件。
10．權(quán)利要求9的用于凈化廢氣的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述片狀催化劑是將含氧化鈦作為主組分和釩、鉬和/或鎢的氧化物作為活性組分的催化劑組分涂于金屬板條或用無機(jī)粘合劑增強(qiáng)的玻璃纖維織物的網(wǎng)眼中使所述催化劑組分嵌入所述網(wǎng)眼中生產(chǎn)的產(chǎn)品。
11．權(quán)利要求9的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述氣體分散件是通過連接部分或全部所述線形、帶狀或棒狀材料制成的結(jié)構(gòu)。
12．權(quán)利要求9至11中任一項的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述氣體分散件設(shè)置在相鄰催化劑片之一的突出部分與堆疊的另一催化劑片的平片部分之接觸點(diǎn)的連線上。
13．權(quán)利要求9至12中任一項的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述氣體分散件是通過用無機(jī)粘合劑浸漬所述氣體分散件增強(qiáng)的產(chǎn)品。
14．權(quán)利要求9至13中任一項的催化劑結(jié)構(gòu)，其中催化劑組分沉積在所述氣體分散件的表面上。
15．權(quán)利要求14的催化劑結(jié)構(gòu)，其中沉積在所述氣體分散件的表面上的催化劑組分是選自鈦、釩、鉬和鎢的一或多種金屬的氧化物。
16．權(quán)利要求9至15中任一項的催化劑結(jié)構(gòu)，其中所述片狀催化劑的突出部分或山脈部分是在其長度方向相對于所述片狀催化劑的一側(cè)傾斜規(guī)定的角度形成，在其間插入所述氣體分散體并交替地交換所述片狀催化劑左右側(cè)的情況下堆疊多個所述片狀催化劑。
17．一種凈化廢氣的裝置，有設(shè)置在廢氣流動通道中的權(quán)利要求9至16中任一項的催化劑結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種廢氣排放控制的催化劑結(jié)構(gòu)；設(shè)置在廢氣流動通道中以便于廢氣排放控制，通過交替地堆疊片狀催化劑1和由有許多從正面通至其背面的通孔的網(wǎng)狀產(chǎn)品7或線形、帶狀或棒狀金屬、陶瓷或玻璃材料組成的氣體分散件生產(chǎn)，以擾動廢氣在氣體流動通道中的流動從而促進(jìn)被處理氣體與催化劑的接觸，由此制成適用于高效且緊湊的廢氣排放控制體系的結(jié)構(gòu)。
文檔編號B01J19/32GK1316915SQ99810710
公開日2001年10月10日 申請日期1999年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月9日
發(fā)明者加藤泰良, 橫山公一, 宮本英治, 藤澤雅敏 申請人:巴布考克日立株式會社