專利名稱：用于除掉氣流中污染物的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少空氣中的氣體污染物，即氮的氧化物(NOX)、硫的氧化物和/或一氧化碳(CO)的方法，這些污染物是由烴類或氫在發(fā)動(dòng)機(jī)或鍋爐中以及主要地在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒生成的。本發(fā)明還涉及進(jìn)行此方法的裝置和制造反應(yīng)器/催化劑吸收劑的方法。
汽輪機(jī)發(fā)電廠正在成為產(chǎn)生電力的標(biāo)準(zhǔn)方法，因?yàn)榕c任何其它的電力生產(chǎn)形式相比，它的效率更高。為城市居民及生產(chǎn)設(shè)施供應(yīng)電力的燃燒甲烷的汽輪機(jī)發(fā)電廠，也產(chǎn)生作為污染物的一氧化碳和氮的氧化物。非常需要減少或消除這些污染物，以便使空氣不致因電力生產(chǎn)而被污染。
最初，發(fā)電廠污染的允許水平對于包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)在內(nèi)的氮的氧化物(NOX)是小于100ppm，對于一氧化碳(CO)是小于100ppm。后來，采取了第二個(gè)步驟將NOX減小到少于25ppm，CO現(xiàn)在仍允許為小于100ppm的任何數(shù)量。采用現(xiàn)代的技術(shù)，NOX的排出濃度可以減小到5-9ppm，外加由于下述的選擇性催化還原(SCR)技術(shù)而產(chǎn)生的NH3的逃逸。
現(xiàn)今能達(dá)到5-9ppmNOX濃度的僅有的技術(shù)稱作選擇性催化還原，其中將氨與煙道氣混合，然后從催化劑上面經(jīng)過，該催化劑選擇性地使氮的氧化物與氨結(jié)合，從而消除了大部分NOX。這種選擇性催化還原的一個(gè)問題是實(shí)際上它只能將NOX減少到5-9ppm。另一問題稱為逃逸，是由于有害的氨穿過催化劑造成的。
SCR技術(shù)的又一問題是，它所要求的操作條件只有將下游的鍋爐或熱交換系統(tǒng)進(jìn)行昂貴的改造才能達(dá)到。
還曾經(jīng)提出過其它的減少污染的方法，例如在燃燒室內(nèi)澆大量的水，這些方法也有可能減少NOX污染，但是其中沒有一個(gè)能將NOX減少到大大小于5-9ppm的水平。
在一項(xiàng)由本申請受讓人擁有的共同未決的申請中，介紹了一種主要包括兩步法的系統(tǒng)。在第一步中，煙道氣先與催化劑在引起包括NO和CO在內(nèi)的某些氧化物污染質(zhì)氧化的一定條件下接觸。在第二步中，氧化過的污染質(zhì)在吸收床內(nèi)被吸收。
最好是將氧化和吸收步驟結(jié)合成由單獨(dú)一種材料完成的一個(gè)步驟。
本發(fā)明能減少燃烴發(fā)動(dòng)機(jī)的排放污染物，特別是燃?xì)廨啓C(jī)的污染物，包括氮的氧化物、一氧化碳和硫的氧化物。正如后面所詳細(xì)說明的，本發(fā)明包括一種新的催化劑吸收劑和制造該吸收劑的方法，能減少空氣污染物的新方法和裝置，以及制造該裝置的方法。
在發(fā)電廠煙道中的汽輪機(jī)污染物主要以NO的形式存在。本發(fā)明的方法使NO氧化成NO2。這就使基本上所有的氮的氧化物(NO)都成為NO2。NO2是活潑得多的物質(zhì)，即使從ppm量級(jí)的低濃度存在時(shí)，也能夠并且容易被催化吸收劑從氣流中吸收。
汽輪機(jī)廢氣在已經(jīng)從中抽取了軸能之后最初約為1000°F。然后令這些氣體自熱交換器上流過以便去除能量和產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)將廢氣或煙道氣冷卻。煙道氣以高速運(yùn)動(dòng)，其速度與煙道直徑有關(guān)，在除掉了熱量之后，煙道氣通常為250-500°F，速度為30-50英尺/秒。該氣體中含13-15％氧、最高約12％的水和約4％的CO2。此外還有污染物，當(dāng)燃料是天然氣時(shí)，污染物是由約90％NO和10％NO2混合成的NOX、濃度為30-200ppm的CO和0.2-2.0ppm的二氧化硫(SO2)。
本發(fā)明涉及用于從煙道氣中除掉氮的氧化物、一氧化碳和硫的氧化物的一種一步/單元件方法和裝置。使用組合的催化劑/吸收劑，氮的氧化物被氧化成二氧化氮；一氧化碳被氧化成二氧化碳，二氧化硫(SO2)被氧化成三氧化硫(SO3)。氧化在150°-425°F的溫度下發(fā)生，優(yōu)選175°-400°F，最好是200°-365°F。廢氣的空間速度可以是5000-50000/hr-1，優(yōu)選10000-20000hr-1，但是預(yù)料可以在更大的空間流速下進(jìn)行有效的操作而不會(huì)使排出氣的質(zhì)量不利地降低。這里所用的空間速度一詞是指每小時(shí)每單位體積催化劑流過的體積單位。
本發(fā)明的催化劑吸收劑吸收氧化過的氧化物，從而使得只有很小百分?jǐn)?shù)的、通常為10％或更少的初始氧化物污染質(zhì)通過系統(tǒng)排放出去。雖然不受特定理論的約束，但是現(xiàn)在認(rèn)為，對于三種污染質(zhì)各發(fā)生了如下的反應(yīng)，隨后是與碳酸鹽例如碳酸鈉反應(yīng)催化劑催化劑催化劑催化劑/吸收劑可以是承載在氧化鋁上的鉑催化劑，上面涂敷著堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽或碳酸氫鹽，碳酸鹽涂層是碳酸鋰、鈉、鉀或鈣，目前優(yōu)選的涂層是碳酸鉀。
當(dāng)吸收劑不再有效時(shí)，具體地說，當(dāng)與催化劑吸收劑接觸后從裝置中排放出的污染物含量超過可接受的水平時(shí)，可以更換吸收劑，用過的吸收劑可以再裝填成有效狀態(tài)。催化劑的再裝填是通過將失效的(飽和或部分飽和的)碳酸鹽去掉并用未反應(yīng)的新鮮碳酸鹽代替失效的碳酸鹽來完成的。


圖1是本發(fā)明催化劑吸收劑的示意圖。
圖1a是一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施方案中的催化劑吸收劑球。
圖1b是本發(fā)明催化劑吸收劑球一部分表面的放大圖。
圖1c是本發(fā)明的整塊催化劑吸收劑的表面圖。
圖2是表示制造本發(fā)明催化劑的工藝流程圖。
圖3是用來改換和再生本發(fā)明的氧化催化劑/吸收劑的輪式裝置的圖示說明。
圖4是用來改換和再生本發(fā)明的氧化催化劑/吸收劑的園盤傳送帶裝置的示意圖。
圖5是用來改換和再生本發(fā)明的氧化催化劑/吸收劑的流化床裝置示意圖。
圖6是用來改換和再生本發(fā)明的氧化催化劑/吸收劑的多級(jí)流化床裝置示意圖。
本發(fā)明涉及一種用于除去燃燒廢氣流中氣體污染物的材料，該材料包括承載在高表面積載體上的涂覆著吸收劑材料的氧化催化劑。氧化催化劑物質(zhì)選自貴金屬元素、賤金屬過渡元素及它們的混合物。更具體地說，氧化催化劑選自鉑、鈀、銠、鈷、鎳、鐵、銅和鉬，優(yōu)選鉑和銠，最好是鉑。
氧化催化劑物質(zhì)的濃度為該材料的0.05-0.6％重量，優(yōu)選0.1-0.4％，最好是0.15-0.3％?？梢允褂靡环N以上的元素作為氧化催化劑，在這樣的條件下每種元素的濃度為0.05-0.6％重量。
高表面積的載體由氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦、二氧化硅或這些氧化物中兩種或多種的混合物構(gòu)成。最好是，高表面積載體由氧化鋁制成。載體的表面積為每克50-350平方米，優(yōu)選每克100-325平方米，最好是每克200-300平方米。這種高表面積載體可以涂覆在陶瓷或金屬基體結(jié)構(gòu)上。
這種催化劑吸收劑可以是例如球形、實(shí)心圓柱體、中空園柱體、星形或輪形等各種形狀。
吸收劑上涂覆著至少一種堿金屬或堿土金屬化合物，它們可以是氫氧化物、碳酸氫鹽或碳酸鹽，或是氫氧化物和/或碳酸氫鹽和/或碳酸鹽的混合物。吸收劑優(yōu)選主要含各種碳酸鹽，最好是碳酸鈉、碳酸鉀或碳酸鈣。分布在材料上的吸收劑的濃度為材料重量的0.5-20％，優(yōu)選5.0-15％，最好是約10％。
制造本發(fā)明新催化劑吸收劑的方法包括自溶液中施加氧化催化劑物質(zhì)。溶液最好是非水溶液。氧化催化劑物質(zhì)也可以從無氯的水溶液中施加。施加完后將氧化催化劑物質(zhì)干燥，并且可以通過煅燒進(jìn)行活化。
在催化劑吸收劑失效或部分失效之后，可以將其再活化。再活化是通過取出和更換失效的吸收劑并將取出的失效吸收劑進(jìn)行處置來完成的。失效的吸收劑可以作為肥料使用，因?yàn)樗缓⑻己土?。或者是，將污染物與吸收劑結(jié)合形成的組分分解并捕集濃縮的污染氣體以便丟棄或使用，以這種方式完成再活化。本發(fā)明的裝置支承著催化劑吸收劑并使催化劑吸收劑與燃燒廢氣接觸。它包括這樣一種裝置，該裝置取出與燃燒氣接觸的失效的催化劑吸收劑，同時(shí)運(yùn)入等量的新的或再生的催化劑吸收劑與燃燒氣接觸，以便保持指定的出口處污染濃度極限。該裝置為輪形或者是園盤轉(zhuǎn)送帶，也可以是一個(gè)流化床或者兩個(gè)或多個(gè)流化床，它們交替使用以便吸收污染物氣體和再活化。
如圖1所示，本發(fā)明的催化劑吸收劑可以采取不同的構(gòu)型。圖1a表示由氧化鋁球10和它上面的鉑涂層12及碳酸鹽涂層14作成的球形催化劑吸收劑。如圖1b中所示，球的表面很不規(guī)則，以致于每克材料有如本文所述的極大的表面積。如圖1c所示，催化劑吸收劑可以是大塊表面的形式，包括陶瓷的或不銹鋼的載體20、氧化鋁層22、鉑層24和碳酸鹽層26。
制造催化劑吸收劑的方法示于圖2。本發(fā)明的催化劑/吸收劑的制備由每克表面積為50-350m2的高表面積氧化鋁球開始，這些球可由幾個(gè)來源購得，最好是從La Roche Chemicals.Inc.，BatonRouge，La.購買。這些球的直徑約1/8英寸。應(yīng)該理解，可以使用其它形式的載體而不背離本發(fā)明的精神和范圍。用蒸鎦水洗氧化鋁球以便除掉松散地粘合在表面上的小顆粒。然后將球在300°F下干燥約16小時(shí)以保證球內(nèi)所有空穴和裂隙都完全干燥，表面無水。然后將球貯存在不透氣的容器中，直到準(zhǔn)備進(jìn)一步處理。
將含有25％pt的2-乙基己酸鉑的溶液加到甲苯中以便達(dá)到某個(gè)pt濃度，使得重量與甲苯吸收量相等的溶液中將含有足量的pt，能夠使氧化鋁的承載量為0.23％重量。然后將涂覆了鉑的球在空氣中于900°F下干燥1小時(shí)。再將球冷卻到室溫左右，貯存在不透氣的容器中。隨后用堿金屬或堿土金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽涂料涂敷已涂有鉑的球，堿金屬或堿土金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽選自鋰、鈉、鉀或鈣的碳酸鹽或碳酸氫鹽溶液，優(yōu)選濃度為14％重量的碳酸氫鈉在蒸鎦水中的溶液。將水加熱使所有的碳酸鈉溶解。然后將涂覆了碳酸鹽的球在300°F下干燥2小時(shí)，最終的催化劑吸收劑除氧化鋁之外有0.23％重量的鉑涂層和10.0％重量的Na2CO3。然后將球排布在一個(gè)3×3×3英寸的篩網(wǎng)籃中按下面所述使用。
或者是，可以用陶瓷或金屬的大塊載體制成另一種形式的催化劑吸收劑。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，取一個(gè)每平方英寸約有300個(gè)開孔的金屬整塊型芯塞，由它得到尺寸適合在試驗(yàn)設(shè)備中使用的芯材，用水漿體中的氧化鋁涂覆該整塊材料中的通道表面，在900°F下煅燒3小時(shí)，冷卻。然后如上面對球所述的用鉑涂層涂覆該芯材，隨之用對于球的同樣方法施加碳酸鹽。
在催化劑吸收劑被耗盡或飽和之后，可以將其再生。一種典型的再生步驟如下1.將球冷卻后轉(zhuǎn)移到約7”×10”×5”的容器中。容器有可蓋緊的蓋子和進(jìn)出氣體或排放管線。
2.將約260立方英寸的球在190°F下用4升軟化水在攪拌下洗5分鐘。
3.當(dāng)液體排完后取樣。
4.向容器中加入3升190°F的約14％的碳酸鈉或鉀溶液。
5.將球攪拌和侵泡20分鐘，或者短到2-5分鐘。
6.當(dāng)液體排完后取樣。
7.在300°F的爐中將球干燥約45分鐘，同時(shí)用約10SCfm(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方英尺)的干燥熱空氣流過容器。
8.將已加重的干燥的球送回到篩網(wǎng)容器中重新使用。
如圖3所示，本發(fā)明的催化劑吸收劑可以裝入一個(gè)輪式裝置內(nèi)以便使煙道氣能與催化劑吸收劑接觸，并使催化劑吸收劑在飽和或部分飽和之后能夠再生。如圖3所示，輪式裝置包括一個(gè)接收燃燒氣的入口30和用來排放處理過的氣體的煙道32、其中含有催化劑吸收劑的圓筒形組合件34和用來使失效的催化劑再生的再生裝置36，該再生裝置有入口37和出口38，用來補(bǔ)充新鮮的再生液體。鄰近煙道32的輪的一部分的內(nèi)壁39和外壁40是多孔的或者有孔的，以便使氣體能從中通過。輪的剩余部分的內(nèi)壁和/或外壁41和42是封閉的，因此廢氣只經(jīng)過煙道32排放。使用驅(qū)動(dòng)器44使輪斷續(xù)地或連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)。箭頭A代表驅(qū)動(dòng)器44的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，箭頭B代表輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
如圖4所示，公開了催化劑吸收劑的另一種布置，其中使用圓盤傳送帶。煙道氣經(jīng)入口50進(jìn)入，經(jīng)煙道52排出。催化劑吸收劑在54處嵌入有煙道氣的管道中，當(dāng)失效時(shí)在56處后移到圓盤傳送帶中并放入新的吸收劑。然后將失效的催化劑吸收劑再生。新鮮的再生流體經(jīng)入口管57進(jìn)入，經(jīng)出口管58排出。
如圖5所示，公開了一種流化床裝置。這種裝置有燃燒氣入口60和煙道出口70。在帶有氣體的管道中有一個(gè)內(nèi)裝活性催化劑吸收劑的流化床62。從流化床中取出一部分催化劑吸收劑移至再生裝置64處。再生流體在65處送入再生器中，用流體分離器66除去。
如圖6所示，公開了一種多級(jí)流化床裝置。該裝置有燃燒氣入口71和煙道氣出口80。在含氣體的管道中有一個(gè)內(nèi)裝活性催化劑吸收劑的第一流化床72。有一個(gè)正在被再生的第二流化床73。第一流化床有帶有閥門的入口76和出口77，使再生流體得以進(jìn)出。第二流化床有帶有閥門的入口74和出口75使再生流體得以進(jìn)出。閥78控制著燃燒氣是進(jìn)入第一還是第二流化床。
在以下實(shí)施例中，氣體測定如下進(jìn)行CO用TECO48型紅外分析儀測定，CO2用Horiba CO2紅外儀測定，NO和NO2用帶有不銹鋼轉(zhuǎn)換器的TECO#10R型化學(xué)發(fā)光檢測器測定。硫的氧化物用TECO#43a型脈中式熒光SO2分析儀測定。
下面陳述進(jìn)行本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)驗(yàn)1在以下各實(shí)施例中，起始?xì)怏w皆由熱電廠汽輪機(jī)廢氣的滑流得到。催化劑吸收劑安置在兩個(gè)尺寸為3×3×6英寸的篩網(wǎng)籃中，以串聯(lián)形式放在有滑流的管道中以減小邊緣效應(yīng)并保證所有的滑流與催化劑吸收劑接觸?；鞯目臻g速度為18,000hr-1。列出的兩個(gè)溫度代表上游第一個(gè)籃子的溫度和下游第二個(gè)籃子的溫度。所有的污染物測定值用ppm表示。NOX是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的總濃度。最初的起始污染物濃度CO，10.98ppmNO，29.0ppmNOX，33.0ppm時(shí)間溫度1 溫度2 排出氣CO排出氣NO 排出氣NOX小時(shí)分(°F) (°F) (ppm) (ppm) (ppm)15 2302160.363.03.030 3553230.183.04.045 3553280.203.04.01 hr. 3543290.193.05.01153523280.203.05.01303513280.232.56.01453503270.253.07.02 hrs. 3483250.177.08.02153483250.177.08.02303483250.198.010.02453483250.189.010.03 hrs. 3483250.1810.0 11.03153473250.1711.0 12.03303463230.1711.0 12.03453463220.1812.0 13.0實(shí)驗(yàn)1-a將催化劑吸收劑再生，用再生的催化劑吸收劑在同樣條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最初起始污染物濃度CO，9.91ppmNO，30.0ppmNOX，36.0ppm時(shí)間 溫度1 溫度2 排出氣CO 排出氣NO排出氣NOX小時(shí)分 (°F) (°F) (ppm) (ppm) (ppm)15 1351622.49 16.016.030 3651600.13 5.0 5.045 3633510.05 2.0 2.01 hr.3633530.05 2.5 2.5115 3623530.08 4.0 4.0130 3623520.05 4.5 5.0145 3623540.07 5.5 6.02 hrs. 3623540.07 6.0 7.0215 3623540.07 7.0 8.0230 3613530.06 7.5 8.5245 3623540.09 8.5 9.53 hrs. 3623540.08 9.0 10.0315 3623540.08 9.0 10.5330 3633550.08 10.011.5345 3633560.08 10.012.04 hrs. 3643560.07 10.512.5據(jù)信在第15分鐘的第一個(gè)讀數(shù)顯示出高的污染物濃度，因?yàn)榇呋瘎┪談┑臏囟鹊陀诒匾难趸瘻囟取?br> 實(shí)驗(yàn)1-b將催化劑吸收劑第二次再生，用二次再生的催化劑吸收劑在同樣條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最初起始污染物濃度CO，13.16ppmNO，26.0ppmNOX，32.5ppm時(shí)間 溫度1溫度2排出氣CO 排出氣NO 排出氣NOX小時(shí)分 (°F)(°F)(ppm) (ppm) (ppm)15 133 134 0.2 23.0 23.030 296 139 3.02 16.0 16.045 313 142 0.43 7.5 7.51 hr. 296 296 0.30 6.0 6.0115285 285 0.34 7.0 7.0130279 278 0.37 8.5 8.5145282 273 0.40 10.0 10.02 hrs. 304 290 0.30 9.5 9.5215320 308 0.25 9.5 10.0230330 319 0.22 10.0 11.0245339 329 0.20 10.5 12.03 hrs. 343 334 0.20 11.5 12.5315347 338 0.22 12.0 14.0實(shí)驗(yàn)1-c將催化劑吸收劑又一次再生，用三次再生的催化劑吸收劑在同樣條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最初起始污染物濃度CO，12.13ppmNO，28.0ppmNOX，34.0ppm時(shí)間溫度1 溫度2排出氣CO 排出氣NO 排出氣NOX小時(shí)分 (°F)(°F)(ppm) (ppm) (ppm)15 142 155 7.61 20.0 20.030 352 195 0.30 3.0 3.045 350 342 0.22 2.5 2.51 hr. 351 342 0.23 3.0 3.5115351 343 0.24 4.0 4.5130351 345 0.24 5.0 5.5145351 344 0.276.0 6.52 hrs. 352 345 0.246.5 7.5215351 346 0.248.0 9.0230351 345 0.238.0 9.0245351 345 0.309.0 10.03 hrs. 350 343 0.379.5 11.0315350 342 0.2810.0 12.0330348 341 0.3011.0 12.0345348 341 0.3012.0 13.5實(shí)驗(yàn)1-d將催化劑吸收劑再一次再生，用四次再生的催化劑吸收劑在同樣條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最初起始污染物濃度CO，13.16ppmNO，28.0ppmNOX，34.0ppm時(shí)間 溫度1 溫度2 排出氣CO排出氣NO 排出氣NOX小時(shí)分 (°F) (°F) (ppm) (ppm) (ppm)15 132 132 10.28 22.0 23.030 353 143 1.228.0 8.045 351 259 0.454.0 4.51 hr. 350 338 0.424.0 4.5115349 338 0.435.0 5.5130349 338 0.416.0 6.5145349 339 0.417.0 7.52 hrs. 349 339 0.428.0 9.0215348 338 0.468.5 9.5230349 339 0.459.5 10.5245349 339 0.4910.0 11.53 hrs. 349 339 0.4810.5 12.0315350 340 0.55 11.0 13.0實(shí)驗(yàn)2這一系列的實(shí)驗(yàn)的條件與實(shí)驗(yàn)1相同。此系列用與上述實(shí)驗(yàn)1相同類型和構(gòu)型的新的催化劑吸收劑開始。最初起始污染物濃度CO，10.98ppmNO，29.0ppmNOX，33.0ppm時(shí)間溫度1溫度2 排出氣CO 排出氣NO 排出氣NOX小時(shí)分(°F)(°F) (ppm) (ppm) (ppm)15 345 225 0.20 2.0 2.030 348 308 0.19 2.0 2.545 350 315 0.22 2.0 2.01 hr. 350 317 0.24 2.0 2.5115351 317 0.23 2.5 2.5130351 318 0.23 3.0 3.0145351 317 0.24 3.5 4.02 hrs. 351 317 0.26 5.0 7.0215350 318 0.24 6.0 8.0230351 319 0.25 8.0 10.0245351 320 0.23 10.0 11.03 hrs. 352 320 0.26 10.0 12.0315352 320 0.22 11.0 12.0330353 321 0.26 11.0 13.0實(shí)驗(yàn)2-a將催化劑吸收劑再生，用再生的催化劑吸收劑在相同的條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最初起始污染物濃度CO，11ppmNO，29ppmNOX，33ppm時(shí)間 溫度1 溫度2 排出氣CO 排出氣NO 排出氣NOX小時(shí)分 (°F) (°F) (ppm) (ppm) (ppm)15 1441427.75 20.0 20.030 3741420.39 5.05.045 3723580.17 2.02.01 hr.3713620.15 1.52.0115 3703630.17 3.03.5130 3703630.17 4.04.5145 3683610.18 4.55.02 hrs. 3673690.13 5.06.0215 3673600.15 6.57.5230 3663580.17 7.58.5245 3663590.18 8.09.03 hrs. 3663580.14 9.010.0315 3663580.17 10.0 11.0330 3653580.17 10.0 11.5345 3633560.18 10.5 12.04 hrs. 3623540.17 11.5 13.0實(shí)驗(yàn)2-b將催化劑吸收劑再次再生，用二次再生的催化劑吸收劑在相同的條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最初起始污染物濃度CO，11ppmNO，29ppmNOX，33ppm時(shí)間 溫度1 溫度2 排出氣CO 排出氣NO 排出氣NOX小時(shí)分 (°F) (°F) (ppm) (ppm) (ppm)15 1861425.53 18.0 18.030 2791442.65 12.0 13.045 275 2550.85 7.07.01 hr. 271 2540.65 7.07.0115267 2530.77 9.09.0130274 2550.78 10.0 10.0145283 2620.73 11.0 11.02 hrs. 284 2660.68 11.0 11.5215282 2660.68 13.0 13.0實(shí)驗(yàn)2-c將催化劑吸收劑又一次再生，用三次再生的催化劑吸收劑在相同的條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最初起始污染物濃度CO，9.05ppmNO，26.0ppmNOX，32.0ppm時(shí)間溫度1溫度2 排出氣CO 排出氣NO 排出氣NOX小時(shí)分(°F)(°F) (ppm) (ppm) (ppm)15 354 1421.06 7.07.030 356 1500.49 2.02.045 354 3380.41 2.02.01 hr. 351 3370.43 2.03.0115352 3380.45 3.05.0130352 3390.50 6.07.0145352 3370.50 7.08.02 hrs. 351 3380.50 8.09.0215350 3360.49 8.59.5230349 3350.50 9.010.0245348 3340.56 10.0 11.03 hrs. 348 3340.58 11.0 12.0實(shí)驗(yàn)3-第一輪此實(shí)驗(yàn)用大塊的芯材催化劑在于下述條件下建立的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。空間速度為10000hr-1·S最初起始污染物濃度列在時(shí)間0分處。只使用一個(gè)催化劑吸收劑裝置，在緊靠催化劑吸收劑的前面測定溫度。時(shí)間 溫度 CO NOXNO 硫(SO2)(分) (°F) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)035118.0 33.0 29.0 0.514050 1.0 0.52415 1.00.50.355420 0.75 0.05910 480 0.45 0.00420 4010 0.4 032 380 2.4 0.00442 408 2.3 0.00748 360 1.5 0.00150 344 1.85 0.00264 296 5.24.20.01675 291 8.67.10.02385 291 9.0 0.037實(shí)驗(yàn)3-第二輪將催化劑吸收劑再生，用再生的催化劑吸收劑在同樣條件下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。時(shí)間 溫度CONOXNO硫(SO2)(分) (°F) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)0 20.0 34.0 31.0 0.510.5 3780.11.8 0.0813690.11.8 0.0223430.11.75 1.55 0.3233260.11.75 1.60.196 3000.12.01.85 0.05102860.12.62.60.025122840.13.0 0.021212870.15.0 0.021252880.16.26.20.024302910.19.07.90.02473000.113.5 12.5 0.05實(shí)驗(yàn)4在以下實(shí)驗(yàn)中，象實(shí)驗(yàn)1和2一樣，由熱電廠汽輪機(jī)的廢氣滑流得到起始?xì)怏w。催化劑與實(shí)驗(yàn)1和2中的構(gòu)型相同。滑流的空間速度為18000hr-1。上游第一個(gè)籃子的溫度為330°F，下游第二個(gè)籃子為300°F。所有污染物測量值均用ppm表示。時(shí)間O NOXNO NO2(分)(ppm) (ppm) (ppm) (ppm)0 20.033 27 60 0 1.5 1.50.5 0 1.5 1.501.5 0 5 5 103 0 10 10 0裝置為了將催化劑吸收劑用于連續(xù)減少煙道氣中的氣體污染物，需要一種裝置。催化劑吸收劑被移入與煙道氣接觸，并在那里保持到一氧化碳、氮的氧化物和/或硫的氧化物的濃度超過某個(gè)指定的低濃度。然后使催化劑吸收劑與煙道氣脫離接觸以便再生，同時(shí)用新的或預(yù)先再生的催化劑吸收劑代替。再生好的催化劑吸收劑依次循環(huán)送回，與煙道氣接觸。
施加本發(fā)明催化劑吸收劑的裝置可以是輪式或園盤轉(zhuǎn)送帶式，它的一部分與煙道氣接觸，另一部分不與煙道氣接觸。在這種情形，裝在輪上的催化劑吸附劑隨著輪子轉(zhuǎn)送而進(jìn)入和移出煙道氣流。該裝置也可以是一種移動(dòng)的連續(xù)帶，催化劑吸收劑放在帶上?；蛘呤牵梢栽跓煹罋饬髦邪仓靡粋€(gè)催化劑吸收劑氧化鋁球的流化床。在這種實(shí)施方案中，連續(xù)地取出、再生和送回一小部分催化劑吸收劑，例如每分鐘1％。任何其它的裝置均可用來完成本發(fā)明規(guī)定的目標(biāo)，這些裝置的選擇取決于專門的用途。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，顯然可以對所述的工藝、裝置和方法作許多變動(dòng)和修改而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā)明將由本文列出的權(quán)利要求限定并且將所有處在與之相符的等價(jià)物范圍內(nèi)的變動(dòng)都包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于除掉燃燒廢氣中氣體污染物的材料，其中含有一種分布在高表面積載體上的氧化催化劑，該催化劑選自鉑、鈀、銠、鈷、鎳、鐵、銅、鉬或它們的混合物，催化劑組分被一種吸收劑材料緊密而完全地包覆，該吸收劑材料選自堿金屬或堿土金屬的氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽或它們的混合物。
2.權(quán)利要求1的材料，其中的氧化催化劑物質(zhì)是鉑。
3.權(quán)利要求1的材料，其中的氧化催化劑物質(zhì)的濃度為該材料的0.05-0.6％重量。
4.權(quán)利要求3的材料，其中的氧化催化劑物質(zhì)的濃度為該材料的0.1-0.4％重量。
5.權(quán)利要求4的材料，其中的氧化催化劑物質(zhì)的濃度為該材料的0.15-0.3％重量。
6.權(quán)利要求1的材料，其中使用一種以上的元素作為氧化催化劑物質(zhì)，每種元素的濃度均為0.05-0.6％重量。
7.權(quán)利要求1的材料，其中的高表面積載體包括氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦、二氧化硅或這些氧化物的兩種或多種的混合物。
8.權(quán)利要求7的材料，其中的高表面積載體包括氧化鋁。
9.權(quán)利要求1的材料，其中載體的表面積為每克50-350平方米。
10.權(quán)利要求9的材料，其中載體的表面積為每克100-325平方米。
11.權(quán)利要求10的材料，其中載體的表面積為每克200-300平方米。
12.權(quán)利要求1的材料，其中的堿金屬選自鋰、鈉和鉀。
13.權(quán)利要求1的材料，其中(至少一部分)吸收劑含有氫氧化物。
14.權(quán)利要求1的材料，其中至少一部分吸收劑含有碳酸氫鹽。
15.權(quán)利要求1的材料，其中至少一部分吸收劑含有碳酸鹽。
16.權(quán)利要求1的材料，其中吸收劑含有氫氧化物和/或碳酸氫鹽和/或碳酸鹽的混合物。
17.權(quán)利要求15的材料，其中的吸收劑主要由碳酸鹽構(gòu)成。
18.權(quán)利要求17的材料，其中的吸收劑主要由碳酸鈉構(gòu)成。
19.權(quán)利要求17的材料，其中吸收劑主要由碳酸鉀構(gòu)成。
20.權(quán)利要求17的材料，其中的吸收劑主要含鉀。
21.權(quán)利要求1的材料，其中吸收劑分布在該材料上，濃度為該材料的0.5-20％重量。
22.權(quán)利要求21的材料，其中吸收劑濃度為材料的5.0-15％重量。
23.權(quán)利要求22的材料，其中吸收劑濃度為材料的約10％重量。
24.一種制備用于去除氣體污染物的材料的方法，該方法包括，使選自鉑、鈀、銠、鈷、鎳、鐵、銅、鉬或它們的混合物的一種氧化催化劑物質(zhì)從溶液中沉積到一種高表面積的載體上，將載體干燥，自溶液中在該氧化催化劑物質(zhì)上沉積一種吸附劑材料，該材料選自堿金屬或堿土金屬的氫氧化物、碳酸鹽或碳酸氫鹽或其混合物，將載體干燥，由此用吸收劑包覆該氧化催化劑物質(zhì)。
25.權(quán)利要求24的方法，其中將氧化催化劑物質(zhì)在施加后活化。
26.權(quán)利要求24的方法，其中將氧化催化劑物質(zhì)在施加后干燥。
27.權(quán)利要求24的方法，其中的氧化催化劑物質(zhì)在施加和干燥后煅燒。
28.權(quán)利要求27的方法，其中用于催化劑吸附劑的載體是高表面積的無軌材料，其形狀選自球形、實(shí)心園柱體、空心園柱體、星形和車輪形。
29.權(quán)利要求27的方法，其中高表面積載體是包覆在金屬基質(zhì)結(jié)構(gòu)上。
30.權(quán)利要求27的方法，其中的高表面積載體是包覆在陶瓷基質(zhì)結(jié)構(gòu)上。
31.權(quán)利要求27的方法，其中的金屬基質(zhì)結(jié)構(gòu)被高表面積材料包覆，涂層則經(jīng)過煅燒穩(wěn)定。
32.權(quán)利要求27的方法，其中吸收劑材料從含有溶劑的溶液施加到穩(wěn)定的氧化催化劑物質(zhì)的表面上，然后除掉溶劑。
33.權(quán)利要求27的方法，其中的吸收劑從水溶液中施加到已穩(wěn)定的氧化催化劑物質(zhì)表面上并干燥之。
34.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中的氧化催化劑物質(zhì)含有鉑。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中的吸收劑含一種碳酸鹽。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中的吸收劑含一種堿金屬碳酸鹽。
37.根據(jù)權(quán)利要求1的材料，其中的高表面積載體涂敷在陶瓷或金屬基質(zhì)結(jié)構(gòu)上。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的材料，其中的陶瓷或金屬基質(zhì)結(jié)構(gòu)包括整塊結(jié)構(gòu)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的材料，其中的基質(zhì)結(jié)構(gòu)包括金屬整塊結(jié)構(gòu)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的材料，其中的高表面積載體含氧化鋁。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的材料，其中的氧化催化劑物質(zhì)含鉑，吸收劑材料含碳酸鹽。
42.根據(jù)權(quán)利要求1的材料，其中吸收劑涂層與氧化催化劑物質(zhì)相鄰接。
43.根據(jù)權(quán)利要求1的材料，其中的氧化催化劑物質(zhì)與載體相鄰接。
44.一種從汽輪機(jī)廢氣中除掉氮的氧化物、一氧化碳和硫的氧化物的方法，包括以下步驟提供一種催化劑吸收劑，其中包含一個(gè)氧化鋁載體、在該氧化鋁載體上的鉑涂層和一個(gè)碳酸鹽層；使廢氣與所述催化劑吸附劑在至少150°F的溫度下接觸，由此將氮的氧化物、一氧化碳和硫的氧化物氧化并隨后被催化劑吸收劑吸收，直到該催化劑吸收劑變成至少部分飽和。
45.權(quán)利要求44的方法，其中的溫度為200°-400°F。
46.權(quán)利要求45的方法，其中的溫度為300°-365°F。
47.權(quán)利要求44的方法，其中的鉑分布在催化劑上，其數(shù)量為氧化鋁重量的約0.23％。
48.權(quán)利要求44的方法，其中的碳酸鹽是碳酸鈉，它分布在催化劑上，其數(shù)量為氧化鋁重量的約10.0％。
49.權(quán)利要求44的方法，其中的催化劑吸收劑由表面積為每克50-350平方米的氧化鋁球組成。
50.權(quán)利要求44的方法，其中的催化劑吸收劑包含許多放置在篩網(wǎng)容器中的氧化鋁球。
51.權(quán)利要求44的方法，其中將催化劑吸收劑在用完后再生。
52.權(quán)利要求44的方法，其中的步驟還包括，在氣體污染物的濃度增加到某個(gè)預(yù)定水平時(shí)，從氣流中取出吸收劑并裝入新的吸收劑。
53.一種用于支承催化劑吸收劑和使催化劑吸收劑與燃燒廢氣相接觸的裝置，其中包括這樣的裝置，它們用來使失效的催化劑吸收劑與燃燒氣脫離接觸并同時(shí)移入等量的新的或再生的催化劑吸收劑與燃燒氣接觸，以便保持規(guī)定的出口污染物濃度限制。
54.權(quán)利要求53的裝置，該裝置的形狀為輪形。
55.權(quán)利要求53的裝置，該裝置是園盤傳送帶。
56.權(quán)利要求53的裝置，該裝置是流化床。
57.權(quán)利要求56的裝置，該裝置有兩個(gè)或更多的床體，它們交替地用于吸收污染氣和再活化。
全文摘要
公開了一種減少燃?xì)廨啓C(jī)的NO
文檔編號(hào)F01N13/04GK1143335SQ95191939
公開日1997年2月19日 申請日期1995年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月4日
發(fā)明者L·E·卡姆貝爾, R·丹茲格爾, E·D·古斯, S·帕德朗 申請人:門線環(huán)境技術(shù)公司