含钒的催化剂和废气中氮氧化物还原的方法技术

为了在依靠生物质燃烧设备的废气的SCR方法来改进废气净化中SCR催化剂的寿命，该催化剂包含选自沸石和/或粘土矿物特别是埃洛石的牺牲组分。在操作过程中，废气中所含的催化剂毒物，特别是碱金属，被该牺牲组分吸收，因此该催化剂的催化活性中心不被催化剂毒物堵塞。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种催化剂和涉及废气中氮氧化物还原的方法，其中该催化剂包含含钒的催化活性组分。可以在US2012/0315206A1中找到这样的催化剂和这样的方法。对于氮氧化物还原来说，经常采用选择性催化还原方法(SCR方法)，其中氮氧化物在氨存在下依靠催化剂还原成氮和水。不同类型的催化剂在它们的化学组成方面和在它们的结构设计方面都是已知的。催化剂通常包含催化剂物质，其通常由大部分的载体物质组成，并且该催化剂物质包含至少一种另外的催化活性组分。已知的催化剂，例如用于例如大规模燃烧设备中的催化剂，为钛-钒催化剂的形式。它们包含二氧化钛作为载体物质，和另外地，氧化钒作为催化活性组分，和另外经常还包含氧化钨或氧化钼。作为几何结构形式，已知所谓的板式催化剂，其中待净化的废气流过由相对的板形成的流动通道。另外，还存在完全挤出的催化剂，特别是为蜂窝形式，其中整料催化剂由催化剂物质，例如通过挤出方法形成。在两种变体中，催化活性组分可以嵌入催化剂的主体(volume)中或者作为涂层施涂到表面。特别是在大规模设备领域，当催化剂用于大规模燃烧设备的废气净化系统中时，经常使用钛-钒类型的催化剂。EP0762925B1描述了这样的钛-钒催化剂，已经发现其是特别合适的。使用这样的催化剂的一个问题是当废气中包含所谓的催化剂毒物时，催化活性逐渐降低。其作用基于以下事实，即这样的催化剂毒物，特别是碱金属，占据了催化活性组分的催化活性中心，由此降低了催化活性。催化活性中心通常被认为是作为质子给体的布朗斯台德酸或者作为电子受体的路易斯酸。通过这样的催化剂毒物的失活基于以下事实，即碱离子结合到这些酸中心，由此阻止了它们吸收氨。一种特别活跃的催化剂毒物尤其是钾。催化剂毒物的问题主要根据用于燃烧设备的燃料而变化。该问题在生物质例如木材或者其他植物燃料的燃烧的情况中得到强化。其废气也可以通过高灰分含量来表征。为了解决这个问题，US2012/0315206A1提出了向催化剂施涂包含金属氧化物的涂层。这个涂层目的是防止催化活性单元被碱金属离子占据，一方面通过防止碱金属离子迁移到催化活性中心，另一方面通过将碱金属离子结合到涂层的金属氧化物。由此开始，本专利技术的目标是增加催化剂对于催化剂毒物，特别是燃烧生物质的燃烧设备的废气中的碱金属的耐受性。根据本专利技术，该目标通过用于来自于燃烧设备的废气中的氮氧化物还原的催化剂来实现，该催化剂包含含钒的催化活性组分和选自至少一种分子筛和粘土矿物的牺牲组分，其中该至少一种分子筛基本上不含碱金属和过渡金属，其中该牺牲组分吸收废气中的催化剂毒物。本专利技术的催化剂用于氮氧化物还原，特别是通过选择性催化还原的方法，其中该催化剂在操作过程中使用，特别是在大规模燃烧设备的废气净化系统中，该燃烧设备单独地或者与另一燃料一起燃烧生物质。该催化剂是钒类型的，也就是说，它包含含有至少钒的催化活性组分。在废气中的催化剂毒物(即具体是碱金属)的存在下，存在着活性组分将至少部分地由于催化活性位置被占据而失活的风险。为了至少大体上避免这样的失活，除了催化活性组分之外，还存在着选自分子筛和粘土矿物的牺牲组分，催化剂毒物在操作过程中沉积在牺牲组分上。催化活性组分与载体物质的合计量可以是催化剂总重量的0.1重量％-16重量％。分子筛优选是大孔或中孔尺寸的分子筛。分子筛常规上包含多孔骨架结构，该多孔骨架结构含有包含特别是由四面体排列的原子的环结构。包含四面体排列的原子的这样的骨架结构的一种典型代表是沸石组，其中形成了这样的环结构。中孔尺寸被理解为表示在具有形成环结构的骨架结构的分子筛中，环由至少10个原子形成。大孔尺寸被理解为表示由至少12个原子形成的环结构。对牺牲组分的使用由以下事实构成：这种组分几乎充当了催化剂毒物的渣阱，催化剂毒物优先沉积在牺牲组分上。测试已经显示，一方面，分子筛由于它们特别是对于碱金属的良好的吸收能力，特别适于这个目的。另外，由于类似的作用模式，还发现粘土矿物也是上述意义上的特别有效的渣阱。测试已经显示，使用分子筛和基于粘土矿物的体系，可以实现催化剂对于催化剂毒物的耐受性的显著增加，因此延长了它的寿命。牺牲组分的使用原则上适于非常广泛的多种催化剂体系的情况，该催化剂体系特别是对于作为催化剂毒物的碱金属敏感。催化剂也可以在结构方面不同，例如(全)挤出物的形式，板式催化剂的形式，或者载体上的涂层的形式。在第一变体实施方案中，牺牲组分可以作为涂层或作为涂层的一部分来施涂。但是，在适宜的另一发展中，将牺牲组分与活性组分混合。牺牲组分和活性组分由此彼此非均相或均相混合，并且形成共同物质(commonmass)或层。催化剂由此通过将起始组分混合来加工成粗物质(crudemass)，该粗物质通常为粉未形式，并且该粗物质然后变成所需形式的催化剂，例如为全挤出物的形式或板的形式。然后干燥和最后烧结或煅烧坯料。这样的生产方法描述在例如EP0762925B1中，并且本身是已知的。在这方面，可以参考该专利。此处所述的催化剂优选是非均相结构和因此特别地施用到载体基底上。载体基底为适于废气处理的形式，例如板、穿孔板、多孔陶瓷蜂窝体等的形式。催化活性组分和牺牲组分优选以合适的方式施用到载体基底上，例如载体基底的表面或表面区域的涂层的形式或者替代地载体基底的涂层的形式，该涂层部分或完全地渗入多孔载体基底中。在根据本专利技术的催化剂中，催化活性组分和牺牲组分可以存在于层中，并且催化活性组分在载体基底之中或之上，和牺牲组分作为外层在含有催化活性组分的层上，或者作为催化活性组分和牺牲组分的混合物在一个层中。催化活性组分和牺牲组分以层结构的方式来适宜地施用。具体地，向载体基底首先施用催化活性组分和作为外组分的牺牲组分。由此实现了有效保护催化活性组分防止催化剂毒物。可选地，将活性组分与牺牲组分混合，并且作为共同层来施用。在适宜的另一发展中，提供了牺牲组分仅用于催化剂的一部分中，特别是用于催化剂的正向流入区中。流入区在此理解为表示这样的区域，其在合适的状态时，在待净化的废气的流动方向上首先遇到该区域。由此一方面实现了有效保护催化活性组分，因为催化剂毒物几乎在催化剂开始处被捕集。另一方面，进一步确保高催化活性，因为催化剂的催化活性在催化剂的后面部分中不再被牺牲组分削弱。为了使得牺牲组分表现出尽可能良好的除污效率，分子筛适宜地不含或大体上不含碱金属或过渡金属。具体地，分子筛还不含或本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于来自于燃烧设备的废气中的氮氧化物还原的催化剂，该催化剂包含含有钒的催化活性组分，和选自至少一种分子筛和选自粘土矿物的牺牲组分，其中该至少一种分子筛基本上不含碱金属和过渡金属，其中该牺牲组分吸收该废气中的催化剂毒物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.12 DE 102013015117.11.用于来自于燃烧设备的废气中的氮氧化物还原的催化剂，该催化剂包含
含有钒的催化活性组分，和选自至少一种分子筛和选自粘土矿物的牺牲组分，
其中该至少一种分子筛基本上不含碱金属和过渡金属，其中该牺牲组分吸收该
废气中的催化剂毒物。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中该催化活性组分与载体物质的合计
量是该催化剂的总重量的0.1重量％-16重量％。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中该催化活性组分和该牺牲组分
存在于层中，并且该催化活性组分在载体基底之中或之上，和该牺牲组分作为
外层在含有该催化活性组分的层上，或者作为该催化活性组分与该牺牲组分的
混合物在一个层中。
4.根据权利要求1、2或3所述的催化剂，其中该分子筛基本上不含不是
该分子筛的骨架结构的一部分的金属。
5.根据前述权利要求之一所述的催化剂，其中该分子筛为H+沸石的形式。
6.根据前述权利要求之一所述的催化剂，其中该分子筛是硅酸铝、硅酸铁、
SAPO(硅-铝磷酸盐)或AlPO(磷酸铝)。
7.根据前述权利要求之一所述的催化剂，其中该分子筛是硅铝比为至少
30的硅酸铝。
8.根据前述权利要求之一所述的催化剂，其中该分子筛是具有选自沸石类
型A、X、Y、BEA、MOR和MFI...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布兰德迈尔，
申请(专利权)人：庄信万丰催化剂德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE