用于还原六价铬Cr(VI)的催化器及方法技术

本发明专利技术涉及一种用于还原六价铬Cr(VI)的催化器及方法。高温钛催化器包括主体，所述主体具有热气体进口和热气体出口。所述主体包括含有钛的催化元件的阵列，其中含有钛的催化元件的阵列被布置成使得含有一定量六价铬Cr(VI)的热气体可在所述热气体进口处进入所述主体，可经过含有钛的所述催化元件的阵列并且可在所述热气体出口处离开所述主体。当所述钛催化器被使用时，含有一定量Cr(VI)的所述热气体中的Cr(VI)与含有钛的催化元件的表面层中的二氧化钛起反应，由此Cr(VI)被还原成三价铬Cr(III)，因此减少了含有一定量Cr(VI)的所述热气体中的Cr(VI)的量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于还原六价铬的催化器及方法。更具体地，本专利技术涉及一种用于使用二氧化钛来还原六价铬的钛催化器及方法。
技术介绍
大多数高温应用的不锈钢合金含有铬。高温下可形成六价铬或Cr(VI)。Cr(VI)来自气态形式且有毒，并且在被吸入时可致癌。因此，离开系统的含有Cr(VI)的化合物必须受限，这不仅仅是因为法律的要求。Cr(VI)可还原成固体且无害的三价铬或Cr(III)。在公知的过程中，这使用二氧化钛粒子和紫外线辐射在室温下进行，以实现光致反应。其中，Cr(VI)吸附在水溶液中的TiO2粒子处并被光致还原成Cr(III)。需要有一种用于独立于紫外线辐射来还原Cr(VI)的催化器和方法。尤其是，需要有一种用于与热交换器组合来还原Cr(VI)的催化器和方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于还原热气体中的六价铬Cr(VI)的方法。所述方法包括以下步骤：提供含有一定量Cr(VI)的热气体；以及引导含有一定量Cr(VI)的所述热气体经过催化元件的二氧化钛表面。所述催化元件是含有金属钛的催化元件，更优选地，是由纯钛制成或由钛合金制成的催化元件。所述方法进一步包括以下步骤：让含有一定量Cr(VI)的所述热气体中的Cr(VI)与所述催化元件的所述二氧化钛表面起反应，从而将Cr(VI)还原成三价铬Cr(III)，并因此形成具有减少量的Cr(VI)的热气体。Cr(VI)的还原反应发生在高温下，因此不需要紫外线辐射源或其它活化剂或催化器。高温在本文中应理解为远高于室温的温度。例如，该温度可基于用于执行根据本专利技术的方法的热气体源的所述热气体的温度而变化。例如，离开热交换器的热气体的温度可基于所述热交换器的应用而变化。另外，温度还可相对于Cr(VI)还原在根据本专利技术的催化器中的有效性而变化。例如，基于所述催化元件的钛材料的纯度或成分，Cr(VI)还原可能在不同的温度范围内是最有效的。在根据本专利技术的方法的一些优选实施方式中，含有一定量Cr(VI)的所述热气体或含有金属钛的所述催化元件的所述二氧化钛表面，或者优选地，含有一定量Cr(VI)的所述热气体以及所述催化元件的所述二氧化钛表面这两者的温度高于400摄氏度，优选地高于600摄氏度，更优选地高于750摄氏度。在根据本专利技术的方法的一些优选实施方式中，含有一定量Cr(VI)的所述热气体或所述催化元件的所述二氧化钛表面或这两者的温度低于1100摄氏度，优选地低于1000摄氏度，更优选地低于950摄氏度。在一些优选实施方式中，所述温度处于500摄氏度和1100摄氏度之间的范围内，更优选地处于600摄氏度和1000摄氏度之间的范围内，最优选地处于700摄氏度和950摄氏度或750摄氏度和950摄氏度之间的范围内。本文中以及下文中，术语“高于”和“低于”应理解为明确地还包括并公开了相应的边界值。本文中以及下文中，术语“在/处于...之间的范围内”应理解为明确地也包括并公开了相应的边界值。Cr(VI)对环境而言是有毒的，同时Cr(VI)还可加速技术装置(例如，燃料电池或燃料电池的部件)的退化。燃料电池的部件可例如是重整器或补燃器。所述燃料电池中的沉积物减慢了催化反应，并且所述燃料电池系统的电压随着时间的推移而降低。这样的电压降可因为所述燃料电池中的Cr(VI)的沉积而加速。出于能源效率和运行优化的原因，尤其是高温燃料电池(诸如，高温固体氧化物燃料电池(SOFC))的燃料电池常常与热交换器组合。在所述交换器中取得的热可用于使然后将用在所述燃料电池中的流体预热。另外，离开所述燃料电池的温的或热的流体的能量可在热交换器中复原。热交换器含有钢部件并具有大的表面积。因此，当被加热至通常高于650摄氏度的高温时，Cr(VI)可能形成。Cr(VI)主要形成CrO2(OH)2。这及其它的Cr(VI)化合物然后由经过所述热交换器的气流输送并将在常规应用中被导向到环境或连接到所述热交换器的燃料电池。根据本专利技术，由经过所述热交换器的所述热气体流输送的Cr(VI)现在被做成分别通过催化元件的金属二氧化钛表面或做成通过根据本专利技术的催化器。因此，在根据本专利技术的方法的一些优选实施方式中，提供含有一定量Cr(VI)的热气体的步骤包括提供热交换器的热出口气体。例如，这样处理并纯化(从Cr(VI)纯化)的热气体然后可进一步输送到环境或输送到与所述催化器流体连接的燃料电池。被蒸发的Cr(VI)的问题并不限于热交换器。还可能发生在任何其它含铬的钢部件中，其被加热至通常高于650摄氏度的高温，例如可以是工业应用中的情况。通过让含有Cr(VI)的热气体与二氧化钛表面起反应或让含有Cr(VI)的热气体被捕获在二氧化钛表面处，可防止或至少限制进一步输送Cr(VI)。另外，利用根据本专利技术的方法，Cr(VI)还原可直接被并入高温过程中，而无需发生用于化学反应的进一步活化能量或能量源。术语“减少量”的Cr(VI)在本文中应理解为这样一定量的Cr(VI)，该量小于在与所述催化元件的所述二氧化钛表面起反应之前的所述热气体中的Cr(VI)的量。“减少量”还包括分别对应于零的量或太少而无法检测出的量。Cr(VI)的“减少量”可基本上处于在被捕获于所述催化元件的所述二氧化钛表面上之前的所述热气体中的Cr(VI)的量的0％和<100％的之间的任何范围内。在根据本专利技术的方法的一些实施方式中，与具有一定量Cr(VI)的所述热气体相比，具有减少量的Cr(VI)的所述热气体具有这样的减少量的Cr(VI)，该减少量的Cr(VI)减少了在根据本专利技术的钛催化器中处理所述热气体之前的所述热气体中的Cr(VI)的量的至少50％，优选地减少了至少90％，更优选地减少了至少99％，最优选地减少了至少99.7％。Cr(VI)还原利用根据本专利技术的方法和催化器可能是非常有效的，并且可能甚至彻底去除在所述催化器中处理的热气体的Cr(VI)含量。在根据本专利技术的方法的一些优选实施方式中，所述方法包括以下步骤：将具有减少量的Cr(VI)含量的所述热气体引导到燃料电池系统中，优选地引导到高温燃料电池系统(例如SOFC系统)中。在含有Cr(VI)的热气体中的Cr(VI)已被所述催化元件的所述二氧化钛表面捕获之后，已经过所述二氧化钛表面的所述热气体包括减少量的Cr(VI)。然后，将含有减少量的Cr(VI)的该热气体引导到布置在所述催化元件下游的所述燃料电池系统中。所述燃料电池系统可以是单个燃料电池或多个燃料电池，例如燃料电池堆叠。例如，所述燃料电池系统还可包括其它燃料电池部件，例如重整器或补燃器。根据另一根据本专利技术的方法的方面，所述方法包括另一步骤：为所述催化元件提供表面结构。这样的表面结构可受限于所述催化元件的表面或表面层。然而，优选地，表面结构通过形成所述催化元件本身而形成，例如通过所述催化元件的波纹形成。优选地，表面结构被设置用于提高所述催化元件的所述二氧化钛表面的尺寸，从而提高所述催化元件的催化活性表面。所述表面结构还可被设置用于支持表面层的薄片从所述催化元件剥落。所述催化元件上的所述二氧化钛层随着所述催化元件的运行时间而增长。在所述催化元件的热膨胀和收缩时，所述催化元件上的刚性表面层趋于破碎并剥落。表面结构可支持剥落以及薄片的形成。例如，在温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于还原热气体中的六价铬Cr(VI)的方法，所述方法包括以下步骤：提供含有一定量Cr(VI)的热气体；引导含有一定量Cr(VI)的所述热气体经过含有金属钛的催化元件的二氧化钛表面；让含有一定量Cr(VI)的所述热气体中的Cr(VI)与含有金属钛的所述催化元件的所述二氧化钛表面起反应，从而将Cr(VI)还原成三价铬Cr(III)，并因此形成具有减少量的Cr(VI)的热气体。

【技术特征摘要】
2015.04.14 EP 15163557.01.一种用于还原热气体中的六价铬Cr(VI)的方法，所述方法包括以下步骤：提供含有一定量Cr(VI)的热气体；引导含有一定量Cr(VI)的所述热气体经过含有金属钛的催化元件的二氧化钛表面；让含有一定量Cr(VI)的所述热气体中的Cr(VI)与含有金属钛的所述催化元件的所述二氧化钛表面起反应，从而将Cr(VI)还原成三价铬Cr(III)，并因此形成具有减少量的Cr(VI)的热气体。2.根据权利要求1所述的方法，其中，含有一定量Cr(VI)的所述热气体或含有金属钛的所述催化元件的所述二氧化钛表面，或者含有一定量Cr(VI)的所述热气体以及含有金属钛的所述催化元件的所述二氧化钛表面这两者具有高于400摄氏度的温度。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，提供含有一定量Cr(VI)的热气体的步骤包括：提供热交换器的热出口气体。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括步骤：将具有减少量的Cr(VI)含量的所述热气体引导到燃料电池系统中。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，与具有一定量Cr(VI)的所述热气体相比，具有减少量的Cr(VI)的所述热气体具有减少了所述一定量Cr(VI)的至少50％的减少量的Cr(VI)。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括步骤：为含有金属钛的所述催化元件提供表面结构，从而提高含有金属钛的所述催化元件的所述二氧化钛表面的尺寸或者支持表面层的薄片从含有金属钛的所述催化元件剥落，或者既提高含有催化元件的所述金属钛的所述二氧化钛表面的尺寸又支持表面层的薄片从含有金属钛的所述催化元件剥落。7.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·德沃斯，
申请(专利权)人：博萨尔排放控制系统公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE