用于凈化廢氣和用于再生氧化催化劑的方法
【專利說明】用于凈化廢氣和用于再生氧化催化劑的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于凈化廢氣和用于再生氧化催化劑的方法。
[0002] 自從廢氣凈化的出現(xiàn)以來，已作了很大的努力以將燃燒過程中的有害物質(zhì)降至越 來越低的水平。例如尤其對于廢氣后處理而言，已部分實現(xiàn)了如下的體系或者將其用于測 試中：
[0003] -選擇性催化還原（SCR法）
[0004] -NOx還原催化器（NSR)
[0005] -氧化催化劑
[0006]-催化涂覆的顆粒物過濾器
[0007] -組合，例如連續(xù)再生捕集器（CRT體系）、SCRT法（選擇性催化還原技術）、DPNR 法（柴油顆粒物NOx還原）。
[0008] 例如，SCR催化器是一種能選擇性催化還原來自內(nèi)燃機廢氣以及來自發(fā)電廠廢氣 的氮氧化物的催化器。采用該類SCR催化器選擇性地還原氮氧化物NO和NO 2 (通常稱為 NOx)，其中對于所述反應而言通?；烊隢H3 (氨）。因此，作為反應產(chǎn)物主要產(chǎn)生不令人擔心 的物質(zhì)水和氮氣。如果計量添加比在所述還原中與NOxR化的量更多的還原劑，則可能導 致不希望的NH 3泄漏。NH3的除去可通過SCR催化器之后的另外的氧化催化劑實現(xiàn)。該截 至催化器氧化任選出現(xiàn)的氨。
[0009] 目前，為了在發(fā)電廠領域和汽車領域中減少氮氧化物，主要使用基于氧化鎢、五氧 化二釩和二氧化鈦的催化器（VWT催化器）。除目前所使用的VWT催化器以外，證實有用的 是沸石（例如與Fe或Cu金屬交換的沸石）作為SCR催化中有希望的催化器。
[0010] 通過氧化催化劑可進行從廢氣中去除烴排放物和CO排放物。例如，柴油氧化催化 劑（DOC)基本上由陶瓷制成的載體結(jié)構(gòu)、氧化物混合物（載體涂層）以及催化劑活性貴金 屬組分如鉑、鈀和銠組成。在此，DOC實現(xiàn)了在該催化劑上將CO和烴氧化成0) 2和H 20的功 能。
[0011] 作為氧化催化劑，也可使用經(jīng)金屬交換的沸石。所述沸石包含例如通過金屬交換 嵌入的貴金屬，例如Pt或Pd。
[0012] 術語"沸石"通常根據(jù) International Mineralogical Association(D. S. Coombs 等，Can. Mineralogist，35,1997,1571)，理解為選自具有如下通式的空間結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽 的晶態(tài)物質(zhì)：
[0013] Mn+ [ (AlO2) x (SiO2) y] · z (H2O)
[0014] 其由通過共用氧原子連接成規(guī)整三維網(wǎng)絡的SiO4AlO4四面體構(gòu)成。所述沸石骨 架包含呈通道形式的開放空腔以及通常被水分子和可交換的額外骨架陽離子占據(jù)的籠。對 于一個鋁原子存在由這些陽離子補償?shù)囊粋€過量負電荷。所述沸石的不同之處主要在于由 SiO4AlO4四面體硬質(zhì)網(wǎng)絡形成的空腔的幾何結(jié)構(gòu)。空腔的入口由8、10或12個原子（窄 孔、中孔和寬孔沸石）的"環(huán)"形成。特定沸石顯示出具有線性或鋸齒形通道的均勻結(jié)構(gòu) (例如具有MFI拓撲的ZSM-5);在其它沸石中，除孔開口之后連接有較大空腔，例如在具有 FAU和LTA拓撲的Y型沸石和A型沸石中。
[0015] 水泥廠和其它高熱值的工業(yè)過程排放出在為了產(chǎn)生必要的高溫所需的燃燒過程 中釋放出的一氧化碳（高達g/Nm 3范圍）、氮氧化物和有機有害物質(zhì)。目前在這樣的工廠中 為了減少氮氧化物，除了熱方法（選擇性非催化劑還原；NSCR)以外，還使用用于用氨選擇 性催化還原（SCR)的釩-鎢-鈦（VWT)催化器。它們在約220-280°C運行，且通常具有數(shù)月 的壽命。然而，這些催化器的問題在于相對高的氨泄漏，這僅可由亞化學計量的劑量以氮氧 化物減少的效率為代價而受到限制。
[0016] 在這樣的高熱值的過程中，出于經(jīng)濟原因通常使用所謂的替代燃料。在這種情況 下例如為廢輪胎、廢溶劑和其它可燃廢棄物。使用這些替代燃料導致在燃燒過程中可能形 成超細碳煙顆粒。當用于分解一氧化碳和有機有害物質(zhì)的氧化催化劑在使用VWT催化器的 SCR條件下運行時，這些碳煙顆?？蓪е滤鲅趸呋瘎┛焖偈Щ睿瑥亩诖俗疃鄬崿F(xiàn)數(shù)小 時的使用壽命。例如，包含作為催化活性組分的貴金屬的新鮮氧化催化劑可在水泥廠的廢 氣處理中在2-6小時后完全失活。
[0017] 本發(fā)明的目的在于說明一種用于凈化廢氣的方法，其中避免或降低在此使用的氧 化催化劑的失活。
[0018] 該目的通過一種用于凈化廢氣和用于再生氧化催化劑的方法實現(xiàn)，所述方法包括 在包含催化活性材料的氧化催化劑中處理所述廢氣，所述催化活性材料包含至少一種貴金 屬和/或至少一種非貴過渡金屬，其中所述氧化催化劑在使得碳煙顆粒和/或碳顆粒氧化 的溫度連續(xù)或間歇運行，和/或其中將所述氧化催化劑周期性地加熱至使得碳煙顆粒和/ 或碳顆粒氧化的溫度。
[0019] 令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，用于分解一氧化碳和有機有害物質(zhì)的氧化催化劑的失活可通 過在使得碳煙顆粒和/或碳顆粒氧化的溫度下持續(xù)或者在該溫度下周期性地再生這些催 化器來應對。所述使得碳煙顆粒和/或碳顆粒氧化的溫度可以尤其高于280°C，優(yōu)選高于 300°C 或 320°C，更優(yōu)選高于 350°C 或 400°C。
[0020] 其它特征和有用方面由下文描述的實施方案、附圖和從屬權利要求給出。
[0021] 所有本文描述的且非彼此排斥的實施方案的特征可彼此組合。在不進一步提及 下，一個實施方案的要素可用于其它實施方案中。現(xiàn)通過下文的實施例并且借助附圖詳細 描述本發(fā)明的實施方案，而絕非意欲將其限制于此。
[0022] 圖Ia顯示了實施例1-3的作為溫度函數(shù)的乙烯轉(zhuǎn)化率；
[0023] 圖Ib顯示了實施例1-3的作為溫度函數(shù)的CO轉(zhuǎn)化率；
[0024] 圖2顯示了實施例2的作為溫度函數(shù)的CO2Wz = 44)熱解吸；和
[0025] 圖3顯示了實施例2的作為時間函數(shù)的CO2(m/z = 44)熱解吸。
[0026] 在下文的實施方案描述中，下文借助含Pt和/或Pd的氧化催化劑描述本發(fā)明的 實施方案，而非將本發(fā)明限制于此。
[0027] 實施方案中的術語"包含"、"基本上由……組成"或"由……組成"由此可替代。這 相應地適用于措辭"包含"的語法派生詞。此外，對值范圍的描述而言，寬范圍與較窄方案 或優(yōu)選范圍的描述還公開了可由給出的所述的下限和上限的任意組合構(gòu)成的范圍。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的方法用于凈化廢氣和同時再生用于凈化所述廢氣的氧化催化劑。在 此包括氧化存在于所述氧化催化劑之上或之中的在例如有機有害物質(zhì)如烯烴和芳族化合 物的催化期間形成的碳煙并如此使得其無害化，和/或?qū)⑵鋸乃鲅趸呋瘎┲谐?。?述碳煙尤其可包括碳煙顆?；蛱碱w粒。
[0029] 在所述方法的實施方案中，在包含催化活性材料的氧化催化劑中處理廢氣，所述 催化活性材料包含至少一種貴金屬和/或至少一種非貴過渡金屬，其中所述氧化催化劑在 高于280°C，優(yōu)選高于300°C，更優(yōu)選高于350°C的溫度連續(xù)或間歇運行，和/或其中將所述 氧化催化劑周期性地加熱至高于280°C，優(yōu)選高于300°C，更優(yōu)選高于350°C的溫度。
[0030] 在一個實施方案中，所述方法包括在包含催化活性材料的氧化催化劑中處理廢 氣，所述催化活性材料包含至少一種貴金屬和/或至少一種非貴過渡金屬，其中所述氧化 催化劑在高于280°C，