蜂窩狀催化組件及其應(yīng)用
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 依據(jù)35U.S.C. § 119(e)，本申請要求于2012年7月26日提交的美國臨時專利申 請序列號61/676, 165的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其整體結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及蜂窩狀催化劑組件并且，特別地，涉及結(jié)合的蜂窩狀催化劑組件。
【背景技術(shù)】
[0004] 氮氧化物的高毒性和它們形成酸雨和對流層臭氧的作用導(dǎo)致推出限制這些化合 物物質(zhì)排放的強制標(biāo)準(zhǔn)。為符合這些標(biāo)準(zhǔn)，通常需要去除存在于來自固定或移動燃燒源的 排放氣體中的至少部分的這些氧化物。
[0005] 脫硝或選擇性催化還原（SCR)技術(shù)通常應(yīng)用于來自燃燒的氣體用于去除氮氧化 物。脫硝包括使氣體中的氮氧化物，如一氧化氮（NO)或二氧化氮（NO2)與含氮還原劑，如 氨或尿素反應(yīng)，從而產(chǎn)生氮氣（N 2)和水。
[0006] SCR催化反應(yīng)器通常包括包含液體流動通道（使得煙道氣流股和蜂窩狀本體的催 化活性組分能夠接觸）的蜂窩狀結(jié)構(gòu)催化劑本體（body)。模塊化催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)通常由 一個或多個催化層組成，每個層包含大量模塊化的部分（modularized section)。每個模塊 化部分進(jìn)一步包括金屬支持框架（metal support framework)，其將蜂窩狀催化劑本體的 組件保持于適當(dāng)位置，其中，使用催化劑本體之間的非結(jié)合的，可壓縮的封裝材料用于通過 催化劑本體的液體流股的適當(dāng)?shù)牧鲃臃植肌?br>[0007] 蜂窩狀SCR催化劑本體通常提供有正方形或矩形橫剖面輪廓以有助于組裝和封 裝在正方形或矩形模塊化部分中。該橫截面幾何形狀不包括在多種領(lǐng)域中應(yīng)用蜂窩狀SCR 催化劑本體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 一方面，本發(fā)明提供了不同幾何形狀的催化組件。在一些實施方式中，催化組件可 操作以選擇性催化還原煙道氣或廢氣（exhaust gas)流股中的氮氧化物。
[0009] 在一些實施方式中，催化組件包括通過粘結(jié)材料彼此結(jié)合的多個蜂窩狀催化劑區(qū) 段（segment)，該蜂窩狀催化劑區(qū)段包括外周壁（outer peripheral wall)和多個內(nèi)部分 隔壁（inner partition wall)，所述內(nèi)部分隔壁限定了縱向通過催化劑區(qū)段延伸的流動通 道，其中，外部壁和內(nèi)部分隔壁各處分散包含50至99. 99重量百分?jǐn)?shù)的無機(jī)氧化物組分和 至少0. 1重量百分?jǐn)?shù)的催化活性金屬官能團(tuán)的化學(xué)組合物。在一些實施方式中，該催化活 性金屬官能團(tuán)可操作以選擇性催化還原氮氧化物。此外，在一些實施方式中，粘結(jié)材料包括 陶瓷粘合劑（ceramic cement) 〇
[0010] 另一方面，本發(fā)明描述了制造催化組件的方法。在一些實施方式中，制造催化組件 的方法包括：提供多個蜂窩狀催化劑區(qū)段并且用粘結(jié)材料將蜂窩狀催化劑區(qū)段彼此結(jié)合， 其中，該蜂窩狀催化劑區(qū)段包括外周壁以及多個內(nèi)部分隔壁，所述內(nèi)部分隔壁限定縱向通 過催化劑區(qū)段延伸的流動通道，其中，該外周壁和內(nèi)部分隔壁各處分散包含50至99. 9重量 百分?jǐn)?shù)無機(jī)氧化物組分和至少0. 1重量百分?jǐn)?shù)催化活性金屬官能團(tuán)的化學(xué)組合物。在一些 實施方式中，將該蜂窩狀催化劑區(qū)段的結(jié)合結(jié)構(gòu)可機(jī)械加工成期望的形狀或幾何形狀。 [0011] 在一些實施方式中，催化劑區(qū)段的催化活性的金屬官能團(tuán)可操作以選擇性催化還 原氮氧化物。在一些實施方式中，該粘結(jié)材料包括陶瓷粘合劑。
[0012] 在另一方面，本文描述了處理廢氣或煙道氣流股的方法。在一些實施方式中，處理 廢氣或煙道氣流股的方法包括：提供催化組件，使流體通過催化組件并且催化還原流股中 的氮氧化物，其中，催化組件包括通過粘結(jié)材料彼此結(jié)合的多個蜂窩狀催化劑區(qū)段，該蜂窩 狀催化劑區(qū)段包括外周壁和多個內(nèi)部分隔壁，所述內(nèi)部分隔壁限定縱向通過催化劑區(qū)段延 伸的流動通道，其中，外周壁和內(nèi)部分隔壁各處分散包含50至99. 9重量百分?jǐn)?shù)的無機(jī)氧化 物組分和至少0. 1重量百分?jǐn)?shù)的催化活性的金屬官能團(tuán)的化學(xué)組合物，用于催化還原氮氧 化物。
[0013] 在以下【具體實施方式】中更詳細(xì)地描述這些和其他實施方式。
【附圖說明】
[0014] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明描述的一個實施方式，催化組件的單個蜂窩狀催化劑區(qū)段 的立體圖。
[0015] 圖2是根據(jù)本發(fā)明描述的一個實施方式，用于測定催化組件的開放前部面積 (open frontal area)的圓形催化組件的示意圖。
[0016] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明描述的一個實施方式，催化組件的結(jié)合的蜂窩狀催化劑區(qū) 段的迀移區(qū)中陶瓷粘合劑的二氧化硅含量。
[0017] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明描述的一個實施方式，催化組件的立體圖。
[0018] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明描述的一個實施方式，催化組件的立體圖。
[0019] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明描述的一個實施方式，經(jīng)歷單點升高測試的熱循環(huán)催化組 件的立體圖。
【具體實施方式】
[0020] 通過參考下面的【具體實施方式】和實施例以及它們之前和之后的描述可以更容易 理解本文描述的實施方式。然而，本文描述的元件、設(shè)備和方法并不限于在【具體實施方式】和 實施例中提供的特定實施方式。應(yīng)該認(rèn)識到這些實施方式僅僅是說明本發(fā)明的原理。大量 的修改和調(diào)整對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見并且并不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
[0021] I.催化組件
[0022] 一方面，本發(fā)明描述了催化組件。在一些實施方式中，催化組件包括通過粘結(jié)材料 彼此結(jié)合的多個蜂窩狀催化劑區(qū)段，該蜂窩狀催化劑區(qū)段包括外周壁（outer peripheral wall)和多個內(nèi)部分隔壁（inner partition wall)，所述內(nèi)部分隔壁限定了通過所述催化 劑區(qū)段縱向延伸的流動通道，其中，所述外周壁和內(nèi)部分隔壁各處分散包含50至99. 99重 量百分?jǐn)?shù)的無機(jī)氧化物組分和至少〇. 1重量百分?jǐn)?shù)的催化活性金屬官能團(tuán)的化學(xué)組合物。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明描述的一個實施方式，圖1示出了催化組件的單個蜂窩狀催化劑區(qū)段 的立體圖。圖1的蜂窩狀催化劑區(qū)段顯示了催化活性的外周壁（10)和在所述外周壁（10) 內(nèi)的多個催化活性的內(nèi)部分隔壁（11)。所述內(nèi)部分隔壁（Il)限定了縱向通過所述蜂窩狀 催化劑區(qū)段延伸的多個流動通道或單元（cell) (12)蜂窩狀。當(dāng)結(jié)合至本發(fā)明描述的催化 組件中時，圖1的蜂窩狀催化劑區(qū)段通過粘結(jié)材料（bonding material)沿著外周壁（10) 的側(cè)面結(jié)合至一個或多個類蜂窩狀催化劑區(qū)段，使得結(jié)合的蜂窩狀催化劑區(qū)段的流動通道 在軸向方向上彼此平行或基本平行。
[0024] 如本文描述的，催化組件的蜂窩狀催化劑區(qū)段的內(nèi)部分隔壁和外周壁由包含50 至99. 9重量百分?jǐn)?shù)的無機(jī)氧化物組分和至少0. 1重量百分?jǐn)?shù)的催化活性金屬官能團(tuán)的化 學(xué)組合物形成。在一些實施方式中，化學(xué)組合物是均勻的或基本均勻的?？商娲?，在一些 實施方式中，內(nèi)部分隔壁和外周壁的化學(xué)組合物是非均質(zhì)的（heterogeneous)。
[0025] 在由化學(xué)組合物形成時，內(nèi)部分隔壁和外周壁各處分散50至99. 9重量百分?jǐn)?shù)的 無機(jī)氧化物組合物和至少0. 1重量百分?jǐn)?shù)的催化活性金屬官能團(tuán)。在一些實施方式中，化 學(xué)組合物包括70至98重量百分?jǐn)?shù)的無機(jī)氧化物組合物。無機(jī)氧化物組合物包括，但不限 于，二氧化鈦（TiO 2)、氧化鋁（Al2O3),或氧化鋯（ZrO2)或它們的混合物。在一些實施方式 中，例如，化學(xué)組合物包含80至98重量百分?jǐn)?shù)的量的二氧化鈦。在一些實施方式中，化學(xué) 組合物的無機(jī)氧化物僅是二氧