结构性催化剂本体的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年8月9日的题为"催化剂组合物及其应用"的中国专利 申请No. 201180048920. 5的分案申请。
[0002] 相关申请数据
[0003] 本申请在此要求于2010年8月9日提交的美国临时专利申请序列号61/371,971 和于2010年8月9日提交的美国临时专利申请序列号61/371,948的优先权，将其每一个 的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
[0004] 本发明涉及催化剂组合物并且，具体地，涉及在工业或商业应用中使用的催化剂 结构。
【背景技术】
[0005] 氮氧化物在形成酸雨、对流层臭氧和其他环境危害中的作用导致实施严格标准来 限制这些化学物质的排放。为了符合这些标准，一般需要除去存在于来自固定或移动燃烧 源的排出气体中的这些氧化物的至少一部分。
[0006] 脱硝或选择性催化还原（SCR)技术通常应用于燃烧得到的烟道气体用于除去氮 氧化物。脱硝反应包含气体中的氮氧化物物质（如一氧化氮（NO)或二氧化氮（NO 2))与含 氮还原剂（如氨或尿素）进行反应，结果产生双原子氮（N2)和水。
[0007] 除了氮氧化物，二氧化硫（SO2)是经常存在于燃烧烟道气体中的化学物质，其导致 环境问题。存在于化石燃料燃烧烟道气中的二氧化硫被部分地氧化成三氧化硫（SO 3)，其与 水反应形成硫酸。由燃烧烟道气中的二氧化硫的氧化形成硫酸可能增加下游设备中的腐蚀 问题，由于需要增加温度以保持含酸烟道气高于其露点，可能增加与空气预热器相关的电 力成本，并可能导致在排放到大气的烟道气体（Stack gas)中不透明度增加。
[0008] 用于除去氮氧化物的催化剂系统可以增加二氧化硫氧化的量，因为在选择性催化 还原中使用的催化材料可以另外地完成二氧化硫的氧化。其结果是，燃烧烟道气的氮氧化 物含量的减少可能具有在燃烧烟道气中增加 SO3形成的不希望的副作用。
【发明内容】
[0009] 一方面，本文描述了催化剂本体，在一些实施方式中，它们显示催化材料的不均匀 分布（heterogeneous distribution)。在一些实施方式中，对于烟道气体流中的氮氧化物 的选择性催化还原，本文所描述的催化剂本体是可操作的。在一些实施方式中，本文所描述 的结构性催化剂本体可以在从烟道气流中去除氮氧化物的过程中减少30 2的氧化。
[0010] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体（body)包含含有第一表面 和与第一表面相对的第二表面的至少一个内隔壁，所述内隔壁具有沿着第一表面宽度的第 一催化材料的梯度。在一些实施方式中，在第一表面宽度的周围第一催化材料的量的梯度 减少。在一些实施方式中，沿着第一表面宽度的中心区域第一催化的材料的量的梯度增加。 在一些实施方式中，沿着内隔壁的第一表面宽度的第一催化材料的梯度具有围绕曲线中点 对称或基本上对称的曲线。
[0011] 在一些实施方式中，结构性催化剂本体还包含沿着第二表面宽度的第一催化材料 的梯度。在一些实施方式中，在第二表面宽度的周围第一催化材料的量的梯度减少。在一 些实施方式中，沿着第二表面宽度的中心区域第一催化材料的量的梯度增加。在一些实施 方式中，沿着第二表面宽度的第一催化材料的梯度曲线与沿着第一表面宽度的第一催化材 料的梯度曲线是对称的或基本上对称的。
[0012] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着内隔壁的第一表 面长度的第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着内隔壁的第一表面长度的第一催 化材料的梯度包含了与在内隔壁的第二末端处的第一催化材料的量相比，在内隔壁的第一 末端处的第一催化材料的更大的量，所述第二末端与第一末端相对。
[0013] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着内隔壁的第二表 面长度的第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着内隔壁的第二表面长度的第一催 化材料的梯度包含与在内隔壁的第二末端处的第一催化材料的量相比，在内隔壁的第一末 端处的第一催化材料的更大的量，所述第二末端与第一末端相对。在一些实施方式中，沿着 内隔壁的第二表面长度的第一催化材料的梯度曲线与沿着内隔壁的第一表面长度的第一 催化材料的梯度曲线是对称的或基本上对称的。
[0014] 在一些实施方式中，内隔壁的第一末端对应于结构性催化剂本体的流体流入口 侦牝而第二末端对应于结构性催化剂本体的流体流出口侧。在一些实施方式中，内隔壁的第 一末端对应于结构性催化剂本体的流体流出口侧，并且第二末端对应于结构性催化剂本体 的流体流入口。
[0015] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体包含沿着至少一个内隔壁宽 度的体相（bulk)第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，在内隔壁宽度的周围体相第一 催化材料的浓度梯度降低。在一些实施方式中，沿着内隔壁宽度的中心区域的体相第一催 化材料的浓度升高。在一些实施方式中，沿着内隔壁宽度的体相第一催化材料的梯度具有 围绕曲线中点对称的或基本上对称的曲线。
[0016] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体包含沿着至少一个内隔壁长 度的体相第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着内隔壁长度的体相第一催化材料 的梯度包含了与在内隔壁的第二末端处的体相第一催化材料的浓度相比，在内隔壁的第一 末端处的体相第一催化材料的更高浓度，所述第二末端与第一末端相对。如本文所描述的， 在一些实施方式中，内隔壁的第一末端对应于结构性催化剂本体的流体流入口侧，而第二 末端对应于结构性催化剂本体的流体流出口侧。在一些实施方式中，内隔壁的第一末端对 应于结构性催化剂本体的流体流出口侧，而第二末端对应于结构性催化剂本体的流体流入
[0017] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体，还包含含有针对内隔壁本 文所描述的第一催化材料的一个或多个梯度的至少一个另外的内隔壁。在一些实施方式 中，至少一个另外的内隔壁包含第一表面和第二表面和沿着第一表面宽度的第一催化材料 的梯度。在一些实施方式中，至少一个另外的内隔壁还包含沿着第二表面宽度的第一催化 材料的梯度。
[0018] 此外，在一些实施方式中，至少一个另外的内隔壁包含沿着另外的内隔壁宽度的 体相第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，至少一个另外的内隔壁包含沿着内隔壁长 度的体相第一催化材料的梯度。
[0019] 在一些实施方式中，至少一个另外的内隔壁包含沿着第一表面和/或第二表面长 度的第一催化材料的梯度。
[0020] 在一些实施方式中，至少一个另外的内隔壁包含多个另外的内隔壁使得结构性催 化剂本体的超过约50 %的内隔壁包含本文所描述的第一催化材料的一个或多个梯度。在一 些实施方式中，结构性催化剂本体的超过约70%或超过约90%的内隔壁包含本文所描述 的第一催化材料的一个或多个梯度。在一些实施方式中，结构性催化剂本体的超过约95% 的内隔壁包含本文所描述的第一催化材料的一个或多个梯度。
[0021] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体的内隔壁交叉从而形成一个 或多个中心柱。在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体包含在中心柱和连接 到该中心柱上的至少一个内隔壁之间的体相第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，例 如，与中心柱相比较，至少一个内隔壁包含体相第一催化材料的更高浓度。在一些实施方式 中，本文所描述的结构性催化剂本体包含在中心柱和连接至该中心柱上的多个内隔壁之间 的体相第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，与中心柱相比较，连接至该中心柱的每个 内隔壁包含体相第一催化材料的更高浓度。
[0022] 在一些实施方式中，内隔壁限定延伸通过结构性催化剂本体的多个流动通路或流 动池。在一些实施方式中，内隔壁由外周壁或结构至少部分地包围。在一些实施方式中，外 周壁与一个或多个内隔壁是连续的或整体的，如在一些蜂巢状结构性催化剂本体中。在一 些实施方式中，外周壁是封闭结构的一部分，其中，将内隔壁设置（如以板状催化剂元件或 波纹状催化剂元件的排列）在封闭结构中。
[0023] 在其中外周壁包含体相第一催化材料一些实施方式中，与外周壁相比较，结构性 催化剂本体的内隔壁包含更多的体相第一催化材料。此外，在一些实施方式中，外周壁的内 表面包含针对内隔壁本文所描述的第一催化材料的一个或多个梯度。在一些实施方式中， 外周壁的外表面不显示本文所描述的第一催化材料的一个或多个梯度。在一些实施方式 中，与内隔壁的外表面相比较，外周壁的内表面包含第一催化材料的更大的量。
[0024] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个内隔壁 的第一表面宽度的第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着至少一个内隔壁的第一 表面宽度的第二催化材料的梯度可以具有针对沿着内隔壁的第一表面宽度的第一催化材 料的梯度本文所陈述的任何性质。
[0025] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个内隔壁 的第二表面宽度的第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着内隔壁的第二表面宽度 的第二催化材料的梯度可以具有针对沿着内隔壁的第二表面宽度的第一催化材料的梯度 本文所陈述的任何性质。
[0026] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个内隔壁 的第一表面长度的第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着内隔壁的第一表面长度 的第二催化材料的梯度可以具有针对沿着内隔壁的第一表面长度的第一催化材料的梯度 本文所陈述的任何性质。
[0027] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个内隔壁 的第二表面长度的第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着内隔壁的第二表面长度 的第二催化材料的梯度可以具有针对沿着内隔壁的第二表面长度的第一催化材料的梯度 本文所陈述的任何性质。
[0028] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个内隔壁 宽度的体相第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，体相第二催化材料的梯度可以具有 针对沿着内隔壁宽度的体相第一催化材料的梯度本文所陈述的任何性质。
[0029] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个内隔壁 长度的体相第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着内隔壁长度的体相第二催化材 料的梯度可以具有针对沿着内隔壁长度的体相第一催化材料的梯度本文所陈述的任何性 质。
[0030] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个另外的 内隔壁的第一表面宽度的第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着至少一个另外的 内隔壁的第一表面宽度的第二催化材料的梯度可以具有针对沿着内隔壁的第一表面宽度 的第一催化材料的梯度本文所陈述的任何性质。
[0031] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个另外的 内隔壁的第二表面宽度的第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着至少一个另外的 内隔壁的第二表面宽度的第二催化材料的梯度可以具有针对沿着内隔壁的第二表面宽度 的第一催化材料的梯度本文所陈述的任何性质。
[0032] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个另外的 内隔壁宽度的体相第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着至少一个另外的内隔壁 宽度的体相第二催化材料的梯度可以具有针对沿着内隔壁宽度的体相第一催化材料的梯 度本文所陈述的任何性质。
[0033] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个另外的 内隔壁长度的体相第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着至少一个另外的内隔壁 长度的体相第二催化材料的梯度可以具有针对沿着内隔壁长度的体相第一催化材料的梯 度本文所陈述的任何性质。
[0034] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体还包含沿着至少一个另外的 内隔壁的第一和/或第二表面长度的第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，沿着至少 一个另外的内隔壁的第一和/或第二表面长度的第二催化材料的梯度可以具有针对沿着 内隔壁的第一和/或第二表面长度的第一催化材料的梯度本文所陈述的任何性质。
[0035] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体包含在中心柱和连接至所述 中心柱的至少一个内隔壁之间的体相第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，例如，与中 心柱相比较，至少一个内隔壁包含体相第二催化材料的更高浓度。在一些实施方式中，本文 所描述的结构性催化剂本体包含在中心柱和连接到所述中心柱上的多个内隔壁之间的体 相第二催化材料的梯度。在一些实施方式中，与中心柱相比较，连接到所述中心柱的每个内 隔壁包含体相第二催化材料的更高浓度。
[0036] 此外，在一些实施方式中，外周壁还包含体相第二催化材料，其中与外周壁相比 较，结构性催化剂本体的内隔壁包含体相第二催化材料的更大的量。在一些实施方式中，外 周壁的内表面还包含针对内隔壁本文所描述的第二催化材料的一个或多个梯度。
[0037] 在一些实施方式中，结构性催化剂本体还包含至少一个另外的催化材料的梯度。 至少一个另外的催化材料的梯度可以包含针对第一催化材料或第二催化材料的梯度本文 所描述的结构性催化剂本体中的任何结构和/或位置。
[0038] 在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体，包含原始的结构性催化剂 本体。在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体包含使用过的或再生的结构性 催化剂本体。在一些实施方式中，本文所描述的结构性催化剂本体包含蜂巢状结构性催化 剂本体、板状催化剂本体或波纹状催化剂本体。
[0039] 另一方面，本文描述了催化剂模块，包含框架和布置在所述框架中的多个结构性 催化剂本体，所述结构性催化剂本体包含如本文所描述的沿着至少一个内隔壁的表面宽度 的第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，所述模块的催化剂本体的催化活性是基本上 均匀的。在一些实施方式中，由于基本上均匀，模块的催化剂本体之间的催化活性改变小于 约20%。在一些实施方式中，由于基本上均匀，模块的催化剂本体之间的催化活性改变小 于10 %。在一些实施方式中，由于基本上均匀，模块的催化剂本体之间的催化活性改变小于 5%。在一些实施方式中，催化活性包含氮氧化物的选择性催化还原、汞的氧化或氨的氧化 或它们的组合。
[0040] 在一些实施方式中，模块的催化剂本体的二氧化硫氧化活性是基本上均匀的。在 一些实施方式中，由于基本上均匀，模块的催化剂本体之间的二氧化硫氧化活性改变小于 40%。在一些实施方式中，由于基本上均匀，模块的催化剂本体之间的二氧化硫氧化活性改 变小于20%。在一些实施方式中，由于基本上均匀，模块的催化剂本体之间的二氧化硫氧化 活性改变小于10%。
[0041] 此外，在一些实施方式中，模块的催化剂本体包含除了沿着至少一个内隔壁的表 面宽度的第一催化材料的梯度之外本文所描述的一个或多个催化梯度。在一些实施方式 中，例如，模块的催化剂本体还包含如本文所描述的沿着至少一个内隔壁的宽度和/或长 度的体相第一催化材料的梯度。在一些实施方式中，模块的催化剂本体包含本文描述的第 二催化材料的一个或多个梯度。
[0042] 另一方面，本文描述了催化反应器的至少一个催化剂层，所述催化剂层包含多个 结构性催化剂本体，所述结构性催化剂本体包含如本文所描述的沿着至少一个内隔壁的表 面宽度的催化材料的梯度。在一些实施方式中，催化剂层的结构性催化剂本体的催化活性 是基本上均匀的。在一些实施方式中，由于基本上均匀，催化剂层的催化剂本体之间的催化 活性变化小于约20%。在一些实施方式中，由于基本上均匀，催化剂层的催化剂本体之间的 催化活性变化小于约10 %。在一些实施方式中，由于基本上均匀，催化剂层的催化剂本体之 间的催化活性变化小于约5 %。在一些实施方式中，催化活性包含氮氧化物的选择性催化还 原、汞的氧化或氨的氧化或它们的组合。
[0043] 在一些实施方式中，催化剂层的催化剂本体的二氧化硫氧化活性是基本上均匀 的。在一些实施方式中，由于基本上均匀，催化剂层的催化剂本体之间的二氧化硫氧化活性 变化小于40%。在一些实施方式中，由于基本上均匀，催化剂层的催化剂本体之间的二氧化 硫氧化活性变化小于20 %。在一些实施方式中，由于基本上均匀，催化剂层的催化剂本体