蜂窝状催化组件及其应用
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 依据35U.S.C. § 119(e)，本申请要求于2012年7月26日提交的美国临时专利申 请序列号61/676, 165的优先权，通过引用将其整体结合于此。
技术领域
[0003] 本发明涉及蜂窝状催化剂组件并且，特别地，涉及结合的蜂窝状催化剂组件。
【背景技术】
[0004] 氮氧化物的高毒性和它们形成酸雨和对流层臭氧的作用导致推出限制这些化合 物物质排放的强制标准。为符合这些标准，通常需要去除存在于来自固定或移动燃烧源的 排放气体中的至少部分的这些氧化物。
[0005] 脱硝或选择性催化还原（SCR)技术通常应用于来自燃烧的气体用于去除氮氧化 物。脱硝包括使气体中的氮氧化物，如一氧化氮（NO)或二氧化氮（NO2)与含氮还原剂，如 氨或尿素反应，从而产生氮气（N 2)和水。
[0006] SCR催化反应器通常包括包含液体流动通道（使得烟道气流股和蜂窝状本体的催 化活性组分能够接触）的蜂窝状结构催化剂本体（body)。模块化催化反应器的结构通常由 一个或多个催化层组成，每个层包含大量模块化的部分（modularized section)。每个模块 化部分进一步包括金属支持框架（metal support framework)，其将蜂窝状催化剂本体的 组件保持于适当位置，其中，使用催化剂本体之间的非结合的，可压缩的封装材料用于通过 催化剂本体的液体流股的适当的流动分布。
[0007] 蜂窝状SCR催化剂本体通常提供有正方形或矩形横剖面轮廓以有助于组装和封 装在正方形或矩形模块化部分中。该横截面几何形状不包括在多种领域中应用蜂窝状SCR 催化剂本体。
【发明内容】
[0008] 一方面，本发明提供了不同几何形状的催化组件。在一些实施方式中，催化组件可 操作以选择性催化还原烟道气或废气（exhaust gas)流股中的氮氧化物。
[0009] 在一些实施方式中，催化组件包括通过粘结材料彼此结合的多个蜂窝状催化剂区 段（segment)，该蜂窝状催化剂区段包括外周壁（outer peripheral wall)和多个内部分 隔壁（inner partition wall)，所述内部分隔壁限定了纵向通过催化剂区段延伸的流动通 道，其中，外部壁和内部分隔壁各处分散包含50至99. 99重量百分数的无机氧化物组分和 至少0. 1重量百分数的催化活性金属官能团的化学组合物。在一些实施方式中，该催化活 性金属官能团可操作以选择性催化还原氮氧化物。此外，在一些实施方式中，粘结材料包括 陶瓷粘合剂（ceramic cement) 〇
[0010] 另一方面，本发明描述了制造催化组件的方法。在一些实施方式中，制造催化组件 的方法包括：提供多个蜂窝状催化剂区段并且用粘结材料将蜂窝状催化剂区段彼此结合， 其中，该蜂窝状催化剂区段包括外周壁以及多个内部分隔壁，所述内部分隔壁限定纵向通 过催化剂区段延伸的流动通道，其中，该外周壁和内部分隔壁各处分散包含50至99. 9重量 百分数无机氧化物组分和至少0. 1重量百分数催化活性金属官能团的化学组合物。在一些 实施方式中，将该蜂窝状催化剂区段的结合结构可机械加工成期望的形状或几何形状。 [0011] 在一些实施方式中，催化剂区段的催化活性的金属官能团可操作以选择性催化还 原氮氧化物。在一些实施方式中，该粘结材料包括陶瓷粘合剂。
[0012] 在另一方面，本文描述了处理废气或烟道气流股的方法。在一些实施方式中，处理 废气或烟道气流股的方法包括：提供催化组件，使流体通过催化组件并且催化还原流股中 的氮氧化物，其中，催化组件包括通过粘结材料彼此结合的多个蜂窝状催化剂区段，该蜂窝 状催化剂区段包括外周壁和多个内部分隔壁，所述内部分隔壁限定纵向通过催化剂区段延 伸的流动通道，其中，外周壁和内部分隔壁各处分散包含50至99. 9重量百分数的无机氧化 物组分和至少0. 1重量百分数的催化活性的金属官能团的化学组合物，用于催化还原氮氧 化物。
[0013] 在以下【具体实施方式】中更详细地描述这些和其他实施方式。
【附图说明】
[0014] 图1示出了根据本发明描述的一个实施方式，催化组件的单个蜂窝状催化剂区段 的立体图。
[0015] 图2是根据本发明描述的一个实施方式，用于测定催化组件的开放前部面积 (open frontal area)的圆形催化组件的示意图。
[0016] 图3示出了根据本发明描述的一个实施方式，催化组件的结合的蜂窝状催化剂区 段的迀移区中陶瓷粘合剂的二氧化硅含量。
[0017] 图4示出了根据本发明描述的一个实施方式，催化组件的立体图。
[0018] 图5示出了根据本发明描述的一个实施方式，催化组件的立体图。
[0019] 图6示出了根据本发明描述的一个实施方式，经历单点升高测试的热循环催化组 件的立体图。
【具体实施方式】
[0020] 通过参考下面的【具体实施方式】和实施例以及它们之前和之后的描述可以更容易 理解本文描述的实施方式。然而，本文描述的元件、设备和方法并不限于在【具体实施方式】和 实施例中提供的特定实施方式。应该认识到这些实施方式仅仅是说明本发明的原理。大量 的修改和调整对于本领域技术人员是显而易见并且并不偏离本发明的精神和范围。
[0021] I.催化组件
[0022] 一方面，本发明描述了催化组件。在一些实施方式中，催化组件包括通过粘结材料 彼此结合的多个蜂窝状催化剂区段，该蜂窝状催化剂区段包括外周壁（outer peripheral wall)和多个内部分隔壁（inner partition wall)，所述内部分隔壁限定了通过所述催化 剂区段纵向延伸的流动通道，其中，所述外周壁和内部分隔壁各处分散包含50至99. 99重 量百分数的无机氧化物组分和至少〇. 1重量百分数的催化活性金属官能团的化学组合物。
[0023] 根据本发明描述的一个实施方式，图1示出了催化组件的单个蜂窝状催化剂区段 的立体图。图1的蜂窝状催化剂区段显示了催化活性的外周壁（10)和在所述外周壁（10) 内的多个催化活性的内部分隔壁（11)。所述内部分隔壁（Il)限定了纵向通过所述蜂窝状 催化剂区段延伸的多个流动通道或单元（cell) (12)蜂窝状。当结合至本发明描述的催化 组件中时，图1的蜂窝状催化剂区段通过粘结材料（bonding material)沿着外周壁（10) 的侧面结合至一个或多个类蜂窝状催化剂区段，使得结合的蜂窝状催化剂区段的流动通道 在轴向方向上彼此平行或基本平行。
[0024] 如本文描述的，催化组件的蜂窝状催化剂区段的内部分隔壁和外周壁由包含50 至99. 9重量百分数的无机氧化物组分和至少0. 1重量百分数的催化活性金属官能团的化 学组合物形成。在一些实施方式中，化学组合物是均匀的或基本均匀的。可替代地，在一些 实施方式中，内部分隔壁和外周壁的化学组合物是非均质的（heterogeneous)。
[0025] 在由化学组合物形成时，内部分隔壁和外周壁各处分散50至99. 9重量百分数的 无机氧化物组合物和至少0. 1重量百分数的催化活性金属官能团。在一些实施方式中，化 学组合物包括70至98重量百分数的无机氧化物组合物。无机氧化物组合物包括，但不限 于，二氧化钛（TiO 2)、氧化铝（Al2O3),或氧化锆（ZrO2)或它们的混合物。在一些实施方式 中，例如，化学组合物包含80至98重量百分数的量的二氧化钛。在一些实施方式中，化学 组合物的无机氧化物仅是二氧