用于还原六价铬Cr(VI)的催化器及方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】
用于还原六价铬Cr (V I)的催化器及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于还原六价铬的催化器及方法。更具体地，本发明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。
【背景技术】
[0002]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)Xr(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。
[0003]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T12粒子处并被光致还原成Cr (III)0
[0004]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。
【发明内容】
[0005]根据本发明的第一方面，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发明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)还原在根据本发明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。在根据本发明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。在根据本发明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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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)2t3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。根据本发明，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发明的催化器。因此，在根据本发明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。
[0011]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。
[0012]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，利用根据本发明的方法，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。
[0013]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O %和〈100 %的之间的任何范围内。
[0014]在根据本发明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0(>1)的所述热气体具有这样的减少量的0(>1)，该减少量的0(>1)减少了在根据本发明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)还原利用根据本发明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。
[0015]在根据本发明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。
[0016]根据另一根据本发明的方法的方面，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，在温度改变时，波纹片将根据其波纹类似于波纹管进行膨胀和收缩。所述薄片越小，所述薄片越容易从催化元件之间以及从催化器去除。较小的剥落部分不容易被卡在催化元件之间，并且可更容易地例如为了去除它而被输送到收集盘。优选地，薄片的输送由地心引力和经过所述催化器的所述热气体支持并执行。
[0017]优选地，表面结构提高了所述催化元件的所述二氧化钛表面的尺寸并支持表面层的薄片从所述催化元件剥落。
[0018]已从所述催化元件剥落的薄片的形成是一种根据本发明的催化器和方法中可能期望的效果。所述催化元件上的表面层增长可限定催化器的运行寿命。如果表面可在例如运行几千小时之后更新或至少部分地更新，则催化器的寿命可延长。因此，如果所述催化元件包括散装材料中的金属钛，例如由纯钛(对应于99 %或更高的零价金属钛)或钛合金制成，则在剥落所述催化元件的(用过的)表面层之后会呈现所述催化元件的纯钛表面或新的钛合金表面。纯钛散装材料提供非常高效的Cr(VI)还原材料的优点。然而，纯钛散装材料趋于产生相当快地剥落的表面层。一般而言，钛合金趋于建立更稳定的表面层，使得所述催化元件的寿命以及利用它的所述催化器的寿命可使用由钛合金(与纯金属钛比较)制成的催化元件延长。可用于制造根据本发明的催化元件的钛合金的实例是钛镍合金、钛-铝-钒合金或使用钼或锡及较小量的碳、氮或铁的钛合金。钛合金可具有最小百分比的零价钛或金属钛，具有70%重量的合金，优选地至少具有80%或90%的钛。
[0019]根据另一个根据本发明的方法的方面，所述方法进一步包括以下步骤:收集表面层的已从所述催化元件剥落的薄片。优选地，薄片被收集在从所述热气体的路径偏移的位置处。由此，收集的薄片不再沿着所述热气体的流动路径进一步输送。这可降低薄片进入布置在所述催化元件的更下游的装置(例如燃料电池)的风险，可能损坏所述装置。
[0020]术语“下游”和“上游”在本文中用于指示相对于经过如位于根据本发明的催化器中的所述催化元件或催化元件的阵列的所述热气体而言的位置或方向。
[0021]虽然本方法的描述涉及一个催化元件，但是所述热气体优选地被引导经过多个催化元件的表面，优选地被引导而穿过相邻的催化元件或在相邻的催化元件之间被引导。
[0022]根据本发明的另一方面，提供了一种高温钛催化器。所述催化器包括主体，所述主体具有热气体进口和热气体出口。所述主体包括含有金属钛的催化元件的阵列。含有金属钛的所述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，可经过含有金属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)与含有钛的所述催化元件的表面层中的二氧化钛起反应。从而，所述Cr(VI)被还原成三价铬Cr (I II )，因此减少了含有一定量Cr (VI)的所述热气体中的Cr (VI)的量。通常，所得到的反应产物是覆盖所述催化元件的所述表面层的T12的Cr203。
[0023]含有钛的所述催化元件的阵列为含有一定量Cr(VI)的所述热气体提供较大的表面积。这优化了将Cr(VI)还原成Cr(III)。含有钛的所述催化元件不仅包括二氧化钛表面，而且还含有催化元件的散装材料中的金属钛。优选地，所有或一些所述催化元件由纯金属钛或钛合金制成。优选地，所述催化元件的钛含量至少为70%的金属钛。
[0024]由含有金属钛的材料制成的催化元件可便于制造催化元件。所述催化元件可例如由单种材料形成或切割而成，优选地不需要任何进一步的材料处理步骤。用于自动地捕获Cr(VI)的二氧化钛表面层基于所述催化器的运行而形成。另外，一旦含有二氧化钛的表面层已剥落或曾被剥落，彻底由含有金属钛的材料制成的催化元件就可能出现新的金属钛表面以与Cr(VI)进行进一步的反应。从而，形成在所述二氧化钛层上的Cr2O3聚集通常连同所述二氧化钛一起被剥落。因此，由于所述催化元件的活性表面，Cr(VI)还原可保持在高效的水平下。另外，由于生成所述催化器的相同催化元件的新的催化表面，所述催化器的寿命可延长。
[0025]在根据本发明的催化器的一些优选实施方式中，所述催化元件由波纹片材料制成。
[0026]根据一个根据本发明的催化器的方面，所述催化元件的阵列是平行布置的多个板或管。板或管可彼此紧靠地布置，优选地布置成等距的方式，例如形成催化元件的堆叠。管还可同心布置。提供催化元件的阵列是制造催化器的节省空间的方式。另外，各个催化元件之间的距离可选择用于所述热气体在所述催化器中的高效催化反应。
[0027]如果所述催化元件设置有表面结构，尤其是规则布置的表面结构，则优选地，所述催化元件被布置成使得相邻催化元件的所述表面结构彼此倾斜。例如，波纹片或板被优选地布置成使得相邻片或板的波纹彼此倾斜。相邻催化元件或相邻元件的表面结构之间的倾斜角度可分别例如介于5度和90度之间。波纹或表面结构彼此倾斜可防止相邻催化元件“一起下降”，从而防止所述催化元件之间的热气体路径闭合。波纹或其它表面结构还可与所述热气体流成一角度对准。波纹可例如与所述热气体流的方向布置为O度和90度之间的角度，例如，30度或45度。例如，如果所述热气体沿纵向方向经过所述催化元件，则所述波纹可布置在给定角度下(以纵向方向观察)。
[0028]根据另一根据本发明的催化器的方面，所述板可设置有穿孔或孔，用以使热气体经过所述穿孔或孔。在这样的实施方式中，所述板优选地布置成垂直或基本垂直于经过所述催化器的热气体流动方向。这意味着，所述板被布置得近似垂直于所述催化器的纵向方向，例如垂直于所述催化器的纵向方向加或减10度内。
[0029]优选地，相邻板的穿孔沿轴向移位，使得气流改变其流动方向并且在经过相邻下游板的所述穿孔之前经过所述穿孔的板的表面。
[0030]优选地，板被布置成形成堆叠，该堆叠形成根据本发明的催化器的芯部。若干小堆叠或局部堆叠可彼此间隔布置而形成根据本发明的催化器的芯部。小堆叠可例如包括2至15个板，优选地3至10个板，更优选地4至8个板。优选地，每个小堆叠中的所述板等距布置。优选地，催化器中的若干小堆叠等距布置。
[0031]在催化器中提供若干小堆叠可更柔性地提供相同或不同催化元件的成分和布置。这样的柔性可以是定向的但不限于= Cr(VI)还原能力、所述催化元件的制造工艺和材料或经过所述催化器的所述热气体的背压。
[0032]催化元件还可以是球或其它各个小物体(诸如，丸)，其可提供大的量并可填充所述催化器的催化空间。优选地，多个球或丸在所述催化器中布置在一个或若干的阵列中。然而，所述球或丸还可随机布置在所述催化器的空间的一部分上。优选地，催化器中的球或丸都具有相同或基本相同的尺寸，并且优选地具有相同的材料成分。然而，催化器中的球或丸还可具有不同的尺寸或不同的材料成分，或者可具有不同的尺寸和不同的材料成分这两者。丸通常具有纵向轴线。它们可例如呈棒状或盘状，具有圆形或椭圆横截面。优选地，丸被布置成使得它们的彼此平行或基本平行的纵向轴线对准。相同尺寸的球通常布置成闭合包装(例如，六边形闭合包装或立方体闭合包装)的方式。热气体流然后经由所述催化器的所述热气体进口流入所述催化器中，流过所述球或丸之间的空隙，并经由所述催化器的所述热气体出口流出所述催化器。
[0033]根据另一根据本发明的催化器的方面，所述催化器进一步包括空腔，所述空腔用于收集薄片。所述薄片是表面层的已从含有钛的所述催化元件剥落的部分。通常，薄片含有二氧化钛和三氧化铬或由二氧化钛和三氧化铬制成。空腔可例如布置成邻近所述催化元件的阵列，例如设置在所述催化元件下方，使得薄片可通过地心引力下落到所述空腔中。空腔还可布置在所述催化元件的下游端处或在所述催化元件的下游端上延伸。由此，在远离所述催化元件且离开所述催化元件的阵列的所述热气体流中输送的薄片可收集到所述空腔中。优选地，空腔被并入到所述催化器的所述主体中。
[0034]所述催化器的所述热气体进口可连接到热交换器，优选地连接到热气体热交换器出口。
[0035]所述催化器的所述热气体出口可连接到燃料电池系统，优选地连接到燃料电池系统的进口，例如连接到所述燃料电池系统的阴极进口。
[0036]根据本发明，还提供了一种包括根据本发明且在本文中描述的催化器的系统，其中所述催化器的所述热气体进口连接到热交换器，或者其中所述催化器的所述热气体出口连接到燃料电池系统，或者其中所述催化器的所述热气体进口连接到热交换器，并且所述催化器的所述热气体出口连接到燃料电池系统。
[0037]根据本发明的催化器的优点及其它方面已经就根据本发明的方法进行了描述，并将因此不被重复。
[0038]优选地，所述热气体是热空气，但也可以是来自发动机或工业设施的热废气。
[0039]优选地，根据本发明且如本文中描述的用于还原六价铬的方法和高温钛催化器两者用在车辆的电力系统或例如发动机(诸如柴油发动机)的排气系统中，或者用在家庭或工业应用的能量生成和转化系统中。
【附图说明】
[0040]本发明关于借助下图说明的实施方式进行进一步描述。其中:
[0041]图1示出了具有含有钛的波纹板的阵列的高温钛催化器；
[0042]图2示出了例如图1所示的高温钛催化器的立体图；
[0043]图3示出了具有钛管阵列的钛催化器；
[0044]图4示出了具有填充了钛球阵列的主体的腔室的钛催化器；
[0045]图5示出了具有穿孔的钛板的布置的钛催化器。
[0046]在图中，相同的附图标记针对相同或类似的元件使用。
【具体实施方式】
[0047]在图1中，钛催化器I的主体10已被切开，以观察采取波纹板11、12的形式的催化元件的阵列。优选地，波纹板由金属钛或钛合金制成。波纹板12、13的阵列形成堆叠，布置在催化器I的主体1的催化空间中。堆叠中的相邻板12、13具有波纹112，这些波纹相对于彼此旋转90度。在图1所示的实施方式中，相邻板的波纹112竖直和水平布置，并且平行和垂直于热气体主流动方向。热气体主流动方向由箭头3指示。
[0048]所述堆叠的热气体进口布置在催化器I的上游端处。所述堆叠的热气体出口布置在催化器I的下游端处。进口和出口这两者均设置有接口 14、15。利用进口接口 14，催化器I可经由管道18连接到热气体源，所述热气体源可以例如是热交换器。进口接口 14还用来分配热气体，优选地均匀地分配到板11、12的整个堆叠。利用出口接口 15，催化器I可经由管道19连接到接收位置，接收不含有或仅含有低Cr(VI)含量的催化处理过的热气体。接收位置可以例如是环境或接收装置(诸如，燃料电池)。出口接口 15还用来收集来自所述堆叠的催化处理过的热气体。
[0049]空腔17布置在催化元件的堆叠的下方。空腔17可由主体直接形成并用作收集盘。于是，主体10所具有的空间包括堆叠和空腔17这两者的空间。在图1所示的实施方式中，空腔17在板11、12的长度上延伸。然而，空腔17还可延伸向更下游，例如包括接口 15的一部分或整个长度。由此，在催化器I中产生并在下游方向上由热气体输送的薄片仍将被收集在空腔17中，并且不被输送到可能布置在催化器I更下游的装置。
[0050]含有Cr(VI)的热气体40在热气体进口(堆叠的左侧)处进入主体10和催化元件11、12的堆叠。热气体然后经过催化器I的波纹板11、12之间。Cr(VI)被吸附在板11、12的二氧化钛表面处。由于热气体的高温(可能高于700摄氏度，例如约750摄氏度)，Cr(VI)被非常高效地还原成Cr(III)。优选地，显著耗尽或完全耗尽Cr(VI)的热气体41在催化器I的下游端处的热气体出口离开堆叠，还经过接口 15和管道19。
[0051 ] 优选地，一定量的Cr(VI)被催化器I减少到200分之一到400分之一(对应于Cr(VI)的剩余量是进入催化器的热气体中的Cr (VI)的0.5 %到0.25%),例如减少到300分之一。例如，如果热气体中的Cr (VI)的量是100毫克每1000钛催化器运行小时，则Cr(VI)的减少量为
0.3毫克每1000运行小时。
[0052]在图2中，催化器主体10包括空腔17，空腔17布置在催化元件的堆叠的下面，该堆叠可以按如图1的实施方式所示的方式构建并布置。已经过催化器I并且不含有Cr(VI)或含有减少量的Cr (VI)的热气体41经由热气体出口离开催化器I，被导向到例如燃料电池的进口。接口 14、15以及管道18、19可以是催化器I的一部分且以单元制造并出售。
[0053]在图3中，催化器I的催化空间填充有平行布置的钛管31的阵列。仅示出封闭催化空间的催化腔室100的顶壁105(顶壁105也对应于主体10的顶壁)。管31布置成平行于热气体主流动方向3。催化器I的热气体进口 101布置在管31的进口处。进入催化器的热气体经过管以及管31之间的空间。热气体在管31的出口处离开催化器I。
[0054]在图4中，主体10的催化腔室100填充有钛球32。根据例如六边形闭合包装或立方体闭合包装，球32具有相同的尺寸并且以闭合的包装布置进行布置。所述球包括金属钛或钛合金或者由金属钛或钛合金制成，并且具有二氧化钛表面层，该表面层最迟在使用钛催化器期间形成。
[0055]图5示出了布置在催化器I的主体10的催化腔室100中的四个局部堆叠20的布置。每个局部堆叠20均由六个穿孔的钛板21形成。板21布置成彼此平行并垂直于热气体主流动方向3，使得气体经过板21中的穿孔或孔210。优选地，穿孔210以规则的方式布置在板21中。优选地，局部堆叠20中的相邻板21的穿孔210相对于彼此移位。通过该移位，使气流在相邻板之间改变方向并且在板的二氧化钛表面上经过。如图4的实例中，热气体并非总是在催化腔室中在主流动方向3上流动，而是直到垂直于主流动方向3。由此，热气体与催化表面的总接触面积可得到提高。
[0056]在图5中，局部堆叠20之间的间隙具有不同的尺寸，然而，所述间隙还可都具有相同的尺寸。在图5所示的催化器的实施方式的变型中，多个穿孔的板以等距的方式布置在催化器的整个催化空间(或长度)上，而不是形成局部堆叠。
[0057]根据本发明的钛催化器以及设置在能量生成和转化系统中的钛催化器的一些示例性数据如下:
[0058]含有钛的波纹片的厚度:0.2毫米到0.6毫米，例如0.5毫米;波纹的高度(峰峰值):1.5晕米；
[0059]催化器的运行小时:约40000小时；更新的钛表面:对于纯钛催化元件约为每1000小时，对于由钛合金制成的催化元件约为每5000到20000小时。
[0060]实验显示，表面积介于联接到钛催化器的热交换器的表面积的25%和100%之间的钛催化器可以在20000小时到40000小时运行期间储存来自热交换器的所有Cr(VI)。其中，催化器在介于700摄氏度和900摄氏度之间的热交换器的热气体温度下运行。
[0061 ]例如，用于家用(约I到3kW功率)的SOFC系统的热交换器在20000小时内产生6克Cr(VI)，或者在40000小时内产生12克。热交换器的表面积通常为0.5到I平方米。例如，钛催化器可具有0.2到0.5mm厚度和8cm x 8cm尺寸的30个波纹板，并且可以在20000小时内捕获并储存6克。通常，如果T12的一部分剥落，则可以在40000小时期间捕获并储存12克。
【主权项】
1.一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CHIII )，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:收集表面层的已从含有金属钛的所述催化元件剥落的薄片。8.—种包括主体的高温钛催化器，所述主体具有热气体进口和热气体出口，所述主体包括含有金属钛的催化元件的阵列，其中含有金属钛的所述催化元件的阵列被布置成使得含有一定量六价铬Cr (VI)的热气体能在所述热气体进口处进入所述主体，能经过含有金属钛的所述催化元件的阵列并且能在所述热气体出口处离开所述主体，并且其中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)与含有金属钛的所述催化元件的表面层中的二氧化钛起反应，由此所述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。9.根据权利要求8所述的催化器，其中，所述催化元件由纯金属钛或钛合金制成。10.根据权利要求9所述的催化器，其中，所述催化元件含有至少70%的金属钛。11.根据权利要求8至10中的任一项所述的催化器，其中，所述催化元件由波纹片材料制成。12.根据权利要求8至11中的任一项所述的催化器，其中，所述催化元件的阵列是平行布置的多个板或管。13.根据权利要求12所述的催化器，其中，所述板设置有穿孔，以使热气体经过所述穿孔。14.根据权利要求8至13中的任一项所述的催化器，所述催化器进一步包括用于收集薄片的空腔，所述薄片是表面层的已从含有金属钛的所述催化元件剥落的部分。15.—种包括根据权利要求8至14中的任一项所述的催化器的系统，其中，所述催化器的所述热气体进口连接到热交换器，或者其中所述催化器的所述热气体出口连接到燃料电池系统，或者其中所述催化器的所述热气体进口连接到热交换器并且所述催化器的所述热气体出口连接到燃料电池系统。
【文档编号】B01D53/86GK106039985SQ201610224188
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月12日 公开号201610224188.7, CN 106039985 A, CN 106039985A, CN 201610224188, CN-A-106039985, CN106039985 A, CN106039985A, CN201610224188, CN201610224188.7
【发明人】Y·德沃斯
【申请人】博萨尔排放控制系统公司