蜂窩狀催化劑、脫硝裝置的脫硝催化劑和廢氣脫硝裝置的製作方法

2023-06-11 16:04:46 1

專利名稱：蜂窩狀催化劑、脫硝裝置的脫硝催化劑和廢氣脫硝裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及在機動車廢氣處理、氣體淨化、化學合成等中使用的蜂窩狀形式的催化劑(下文簡稱為蜂窩狀催化劑)。更具體地，本發明涉及高性能的NOx去除催化劑和煙道氣NOx去除裝置，以用於從設備如熱力站產生的煙道氣中有效地去除NOx。
背景技術：
常規地，使用燃料如石油、煤或燃氣的在熱力站內提供的鍋爐和各種大規模鍋爐、廢物焚燒器和類似裝置已配有煙道氣NOx去除裝置以供處理廢氣，所述裝置含有多個NOx去除催化劑層。
NOx去除催化劑通常由載體(例如TiO2)、活性組分(例如V2O5)和助催化劑組分(例如氧化鎢或氧化鉬)組成，且使用多組分氧化物NOx去除催化劑如VOx-WOy-TiO2和VOx-MoOy-TiO2。
NOx去除催化劑典型地呈現蜂窩、板狀等形式。蜂窩狀催化劑包括塗布的催化劑(所述塗布的催化劑通過產生蜂窩基底並用催化劑組分塗布該基底而製造)；捏合的催化劑(所述捏合的催化劑通過捏合基底材料與催化劑組分並模塑成蜂窩狀催化劑而製造)；和浸漬的催化劑(所述浸漬的催化劑通過用催化劑組分漫漬蜂窩基底而製造)。板狀形式的催化劑通過用催化劑組分塗布金屬基底或陶瓷基底而製造。
在任何情況下，在使用過程中，上述催化劑的催化性能隨時間流逝嚴重劣化，這是由於劣化催化性能的物質(下文稱為劣化物質)在催化劑表面上沉積或通過使溶解的劣化物質遷移到催化劑內導致的。
關於這一點，常規地研究了再生NOx去除催化劑的各種方法。
例如，已研究了其中包括物理除去劣化部分和雜質，以便暴露催化活性表面的一些方法；例如其中包括通過使用磨蝕劑磨蝕廢氣導管內表面的方法(參見例如專利文獻1)；其中包括刮擦NOx去除催化劑的劣化表面部分，從而暴露催化活性新表面的方法(參見例如專利文獻2)；和其中使夾帶微粒的氣體流經通孔，從而除去雜質的方法(參見例如專利文獻3)。
另外，已研究了通過洗滌使催化性能再生的方法；例如其中包括用酸(pH≤5)或鹼(pH≥8)洗滌劣化催化劑的方法(參見例如專利文獻4)；其中包括基本上用水或稀的無機酸水溶液，用0.1-5wt％的草酸水溶液，和用水洗滌劣化催化劑以除去駐留在催化劑上的草酸的方法(參見例如專利文獻5)；和其中包括用水(50℃-80℃)洗滌劣化催化劑，接著乾燥的方法(參見例如專利文獻6)。
如上所述，已研究了各種再生方法。然而，關於NOx去除催化劑本身，其性能和規格仍未變化。
日本專利申請特開特開平No.1-119343的權利要求和其它部分[專利文獻2]日本專利申請特開平No.4-197451[專利文獻3]日本專利申請特開特開平No.7-116523[專利文獻4]日本專利申請特開特開昭No.64-80444[專利文獻5]日本專利申請特開特開平No.7-222924[專利文獻6]日本專利申請特開特開平No.8-196920發明公開鑑於前述問題，本發明的目的是提供一種蜂窩狀催化劑，該催化劑加速檢測實際上已劣化的NOx去除催化劑，從而實現有效地利用NOx去除催化劑。本發明另一目的是提供一種在蜂窩狀催化劑的NOx去除裝置中使用的NOx去除催化劑。本發明再一目的是提供一種煙道氣NOx去除裝置。
因此，實現前述目的的本發明的第一模式提供一種蜂窩狀催化劑，其具有氣體導管將待處理的氣體從每一導管的入口供應到出口並在導管側壁上進行氣體處理，其特徵在於蜂窩狀催化劑具有使已供應到氣體導管內的待處理的氣體流在出口附近被調節和整流(straighten)的長度。
根據第一模式，有效地引起通過蜂窩狀催化劑的入口經氣體導管供應的廢氣與側壁接觸，直到氣體流被整流，從而可有效地進行催化反應。因此，蜂窩狀催化劑能從入口到出口附近的部分處進行催化反應。
根據第一模式的蜂窩狀催化劑的具體實施方案引出本發明的第二模式，其中用方程式(A)表示長度Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin))(A)(其中Uin(m/s)表示氣體流入速度，Ly(mm)表示孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恆定值)，並且當孔徑尺寸(Ly)為6mm和氣體流入速度為6m/s時，「a」是落在3-6範圍內的常數)。
根據第二模式，可以可靠地和精確地規定NOx去除催化劑的最佳長度，以便在其全部長度上使得催化劑包括在NOx去除反應內。
本發明的第三模式提供在NOx去除裝置中使用的NOx去除催化劑，該催化劑是在煙道氣NOx去除裝置中使用的蜂窩狀催化劑，該催化劑具有氣體導管將廢氣從每一導管的入口供應到出口並在導管的側壁上進行NOx去除，其特徵在於NOx去除催化劑具有使已供應到氣體導管內的廢氣流在出口附近被整流的長度。
根據第三模式，有效地引起通過NOx去除催化劑的入口經氣體導管供應的廢氣與側壁接觸，直到氣體流被整流，從而可有效地進行NOx去除反應。因此，NOx去除催化劑能從入口到出口附近的部分處進行催化反應。
根據在NOx去除裝置中使用的第三模式的NOx去除催化劑的具體實施方案引出本發明的第四模式，其中用方程式(A)表示長度Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin)) (A)(其中Uin(m/s)表示氣體流入速度，Ly(mm)表示孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恆定值)，並且當孔徑尺寸(Ly)為6mm和氣體流入速度為6m/s時，「a」是落在3-6範圍內的常數)。
根據第四模式，可以可靠地和精確地規定NOx去除催化劑的最佳長度，以便在其全部長度上使得催化劑包括在NOx去除反應內。
根據在NOx去除裝置中使用的第三模式的NOx去除催化劑的具體實施方案引出本發明的第五模式，其中NOx去除催化劑的長度落在300mm-450mm範圍內。
根據第五模式，催化劑在其全部長度上包括在NOx去除反應內。
本發明第六模式提供煙道氣NOx去除裝置，它包括在氣體流動方向上提供的多個NOx去除催化劑層，每一催化劑層由在橫跨氣體流動方向的方向上並列的多個蜂窩狀NOx去除催化劑組成，每一蜂窩狀NOx去除催化劑具有氣體導管將廢氣從每一導管的入口供應到出口並在導管的側壁上進行NOx去除，其特徵在於，形成每一NOx去除催化劑層的每一NOx去除催化劑具有使已供應到氣體導管內的廢氣流在出口附近被整流的長度，並且彼此相鄰的兩層NOx去除催化劑層與在其間的空間一起排列，該空間起到共同的氣體導管的作用，在此通過NOx去除催化劑排放的廢氣流彼此混合。
根據第六模式，通過NOx去除催化劑層的入口經氣體導管供應的廢氣流在出口附近的部分處沒有被整流，且有效地引起與側壁接觸，於是可有效地進行NOx去除反應。通過每一NOx去除催化劑層排放的廢氣流在每一共同的氣體導管內形成渦流，並將該渦流氣流引入到隨後的NOx去除催化劑層內。因此，隨後的NOx去除催化劑層全部也可有效地包括在NOx去除反應內。
根據第六模式的煙道氣NOx去除裝置的具體實施方案引出本發明的第七模式，其中用方程式(A)表示長度Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin))(A)(其中Uin(m/s)表示氣體流入速度，Ly(mm)表示孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恆定值)，並且當孔徑尺寸(Ly)為6mm和氣體流入速度為6m/s時，「a」是落在3-6範圍內的常數)。
根據第七模式，可以可靠地和精確地規定NOx去除催化劑的最佳長度，以便使得催化劑在其全部長度上包括在NOx去除反應內。
根據第六模式的煙道氣NOx去除裝置的具體實施方案引出本發明的笫八模式，其中NOx去除催化劑的長度落在300mm-450mm範圍內。
根據第八模式，催化劑在其全部長度上包括在N0x去除反應內。
根據第七或第八模式的煙道氣NOx去除裝置的具體實施方案引出本發明的第九模式，它具有3-5段具有特定長度(Lb)的NOx去除催化劑層。
根據第九模式，所有提供的NOx去除催化劑層有效地包括在NOx去除反應內。
本發明可用到任何類型的常規使用的蜂窩狀催化劑上。術語「蜂窩狀催化劑」是指催化劑單元，該催化劑單元包括具有多邊形截面如正方形、六邊形或三角形的氣體導管，和在該氣體導管的側壁上進行催化反應。對蜂窩狀催化劑的形狀沒有特別限制，和典型的形狀包括含各自具有六邊形截面的氣體導管的圓柱體，和含有各自具有正方形截面且以格狀形式排列的氣體導管的正稜柱體。
常規地，典型的蜂窩狀NOx去除催化劑具有7mm的氣體導管間距(pitch)(孔徑尺寸約6mm)和約700mm-1000mm的長度。發明人研究了在使用之後這種催化劑沿著縱向的劣化狀態，並已發現，催化劑在入口側比在出口側更容易劣化；在離入口300mm的位置到出口這一範圍的部分內劣化狀態幾乎沒有變化；和尤其與在入口側的部分相比，在從出口到(離出口)300mm位置範圍內的部分中催化劑較少地包括在NOx去除反應中。基於這些發現，從而完成本發明。換句話說，基於發明人的下述發現從而完成本發明。具體地說，廢氣通過氣體導管以渦流流動形式被供應到NOx去除催化劑內，並通過使該氣體與氣體導管的側壁接觸，進行NOx去除反應。然而，如此反應的廢氣流被逐漸整流。使整流的氣流與導管側壁接觸最小化，從而得不到有效的NOx去除。
此外，解釋NOx-或NH3-去除效率下降的一種可能的機理如下所述。當廢氣從NOx去除催化劑的上遊側的寬廣的空間供應到催化劑的氣體導管內時，氣體的空間百分數從1下降到0.6-0.7。廢氣流經氣體導管，同時以明顯的渦流狀態與該導管側壁(催化劑表面)接觸。然而，在流經導管的過程中，氣流被逐漸調節和整流，和傳質僅僅通過擴散來控制。在整流之後，與側壁碰撞的NOx分子和NH3分子的數量顯著下降。
因此，當使用含各自的孔徑尺寸為6mm(間距約7mm)的氣體導管的NOx去除催化劑時，所引入的廢氣流從入口起約300-450mm的深度處被整流，儘管該深度隨廢氣的流動條件而變化。根據本發明，各自長度為約300-450mm的NOx去除催化劑被摻入到煙道氣NOx去除裝置內。長度適於達到有效利用NOx催化劑，且即使催化劑的長度增加，NOx去除性能也沒有變化。與其中使用各自長度為700mm-1000mm的兩段NOx去除催化劑的常規、典型情況相比，使用各自長度為400mm-500mm的兩段或三段NOx去除催化劑或者使用各自長度為約300mm的四段或更多段的NOx去除催化劑顯著提高NOx去除性能。優選地，彼此相鄰的兩層NOx去除催化劑層與在其間的空間一起排列，該空間起到共同的氣體導管的作用，在此待處理的廢氣流和通過NOx去除催化劑排放的廢氣流彼此混合。共同的氣體導管的長度優選使得滿意地形成渦流流動。毋庸置疑，可在共同的氣體導管內提供特意形成渦流流動的擋板或類似元件。
同時，在約5m/s-10m/s的廢氣流速下進行通過使用NOx去除催化劑的NOx去除，和認為當在這一流速下使用時，蜂窩狀催化劑提供相同的NOx去除效果。
在本發明的蜂窩狀催化劑中，在蜂窩結構側壁上發生催化反應。因此，蜂窩狀催化劑可不僅用作在煙道氣NOx去除裝置中使用的NOx去除催化劑，而且可用作任何目的的催化劑類型，只要該催化劑具有的結構特徵使得待處理的流體流經該蜂窩即可。特別地，蜂窩狀催化劑可用到其中待處理的流體含有劣化催化劑降低反應效率的物質的任何情況。
如上所述，本發明提供可高效地使用的在NOx去除裝置中使用的蜂窩狀催化劑和NOx去除催化劑，和煙道氣NOx去除裝置，於是煙道氣NOx去除系統在NOx去除催化劑方面的運行成本下降約一半。
附圖簡述

圖1圖示了根據本發明的一個實施方案，使用NOx去除催化劑控制單元的煙道氣NOx去除裝置的結構。
圖2是顯示本發明試驗實施例1結果的圖表。
圖3是顯示本發明試驗實施例2結果的圖表。
圖4是顯示本發明試驗實施例2結果的圖表。
圖5是顯示本發明試驗實施例3結果的圖表。
圖6是顯示本發明試驗實施例4結果的圖表。
圖7是顯示本發明試驗實施例4結果的圖表。
圖8是顯示本發明試驗實施例5結果的圖表。
圖9是顯示本發明試驗實施例6結果的圖表。
實施本發明的最佳模式接下來將參考附圖描述實施本發明的最佳模式。這些說明僅用於闡述目的，和不應當解釋為限制本發明至此。本發明的實施方案是其中蜂窩狀催化劑用作煙道氣NOx去除裝置中使用的NOx去除催化劑的情況。毋庸置疑，本發明不限於這一情況。
實施方案
圖1圖示了根據本發明一個實施方案，配有NOx去除催化劑的煙道氣NOx去除裝置的結構。事實上，在熱力站內提供煙道氣NOx去除裝置。然而，對包括該實施方案的NOx去除催化劑控制單元的機構沒有特別限制。
如圖1所示，煙道氣NOx去除裝置10包括廢氣導管12和處理過的氣體導管13。在上遊側與裝置主體11相連的廢氣導管12與安裝在熱力站內的鍋爐單元相連。處理過的氣體導管13在下遊側與裝置主體11相連。在裝置主體11內，多層NOx去除催化劑層(在該實施方案中為4層)14A-14D以預定的間隔布置。排列NOx去除催化劑層14A-14D，以便通過廢氣導管12引入的廢氣按序流經催化劑層14A-14D，並通過與流經催化劑層的廢氣接觸降低廢氣中氮氧化物(NOx)含量。值得注意的是，注射NH3到與鍋爐單元相連的廢氣導管12內，其用量根據從鍋爐體中供應的廢氣量而變化。
對形成NOx去除催化劑層14A-14D的NOx去除催化劑14的類型、形狀等沒有特別限制。一般來說，每種催化劑由充當載體的TiO2和充當活性組分的V2O5組成。在該實施方案中，使用蜂窩狀催化劑。在本發明的實施方案中，每一催化劑層使用柱狀蜂窩形式的催化劑，和多個蜂窩狀催化劑並列地結合，於是形成催化劑層14A-14D。每一NOx去除催化劑14的長度為350mm且包括在7mm間距處排列的多根氣體導管14a。在兩層相鄰的NOx去除催化劑層14A-14D之間的層間空間為約2000mm，2000mm相當於允許人們進行觀察或抽取催化劑樣品的高度。每一層間空間起到共同的氣體導管19的作用。
NOx去除催化劑控制單元20在各NOx去除催化劑層14A-14D的入口和出口上配有氣體取樣設備15A-15E。氣體取樣設備15A-15E與NOx濃度測量設備16A-16E以及與NH3濃度測量設備17A-17E相連。通過該測量設備獲得的數據轉移到NOx去除百分數測量設備18上用以計算NOx去除百分數和各NOx去除催化劑層14A-14D的NOx去除百分數分布。
氣體取樣設備15A-15E藉助取樣管在所需的時間處抽取所需量的待取樣的氣體，和隨後將抽取的氣體供應到NOx濃度測量設備16A-16E和NH3濃度測量設備17A-17E中。
對通過氣體取樣設備15A-15E抽取氣體的時間沒有特別限制。一般來說，在發電站的正常操作過程中，視需要，優選在其中氣體量達到最大值的正常負載下進行取樣。可延長在取樣操作過程中的間隔到約6月，和該間隔足以控制NOx去除催化劑層14A-14D的性能。然而，若該間隔縮短，則控制的精度提高。因此，優選例如每隔1-2個月進行一次取樣。特別地，在下遊側布置的催化劑層內，由於NH3濃度下降導致所得數據的變化增大。因此，為了獲得更高的控制和評價，優選在短的時間間隔內進行NH3濃度的測定，和根據平均的NH3濃度值計算NH3去除百分數。
NH3去除百分數的測定設備18收集來自NOx濃度測量設備16A-16E和NH3濃度測量設備17A-17E的測量數據，並根據該測量數據計算NOx去除百分數和在各NOx去除催化劑層14A-14D的NOx去除百分數分布。
基於NOx去除催化劑層14A-14D的入口摩爾比(即入口NH3/入口NOx)，根據下述方程式(1)測定基於NH3濃度的NOx去除百分數(η)η＝{(入口NH3-出口NH3)/(入口NH3-出口NH3+出口NOx)}×100×(評價摩爾比/入口摩爾比) (1)此處所使用的術語「評價摩爾比」是指為了評價NOx去除催化劑的目的而預定的摩爾比。評價摩爾比可預定為任意數值；例如0.8，而0.8幾乎等於操作發電站典型地使用的摩爾比。
對比例
重複實施例的工序，所不同的是將每一NOx去除催化劑的長度變為860mm，從而提供煙道氣NOx去除裝置。
試驗實施例1
在對比例的裝置內，從已使用5000小時的NOx去除催化劑層中在縱向上抽取部分催化劑(從入口起20mm位置-850mm位置)。測定在每一催化劑樣品表面上的TiO2濃度和催化劑劣化物質(CaO和SO3)的濃度。
從每一催化劑層內包括的催化劑中截取部分催化劑(長度50mm×50mm×100mm)並固定在性能測試機內。測試在100mm位置、450mm位置和800mm位置處的部分催化劑。在0.82的摩爾比(入口摩爾比＝入口NH3/入口NOx)和6.5的AV(單位催化劑表面積的可處理氣體量)下，供應試驗氣體，和使用NH3濃度，基於上式(1)計算NOx去除百分數(η)。
圖2示出了結果。作為參考產品，還測量新(未使用)催化劑的NOx去除百分數。
結果表明，在入口到300mm位置範圍的部分內，催化劑嚴重劣化，和在450mm-出口範圍的部分內顯示出幾乎等於新催化劑產品的NOx去除百分數。
試驗實施例2
在煙道氣NOx去除裝置內重新安裝在對比例的裝置內通過用水洗滌再生之後已使用了28000小時的NOx去除催化劑，以便相對於廢氣的流動方向使催化劑翻轉。圖3示出了結果。
結果表明，翻轉的催化劑顯示出約等於新催化劑產品的NOx去除性能。
在再生且使用30000小時之後，研究翻轉催化劑的NOx去除百分數的變化。圖4示出了結果。根據圖4顯而易見的是，在催化劑的出口側上的部分沒有劣化且維持與新催化劑產品一樣高的性能。發現該部分本身顯示出充足的NOx去除性能。
試驗實施例3
從離入口600mm的位置處(沿著縱向)截取在對比例的裝置內使用過的NOx去除催化劑，和截取的催化劑片固定在性能測試機內。在下述條件下，在100mm間隔的多個位置處測定NOx去除百分數0.6、0.8、1.0和1.2的摩爾比(即入口摩爾比＝入口NH3/入口NOx)；360℃；和6m/s的流體流入速度。表1和圖5示出了結果。
結果表明，NOx去除百分數傾向於與離入口的距離(劑催化劑的長度)成正比增加，和當催化劑長度超過一定值時，NOx去除百分數的增加傾向於受到抑制。這種傾向可歸因於逐漸整流的廢氣流。


試驗實施例4
在下述條件下對蜂窩狀催化劑(600mm×6mm×6mm，孔徑尺寸6mm(間距7mm))進行模擬350℃和流體流入速度(Uni)4、6和10m/s。
蜂窩狀催化劑的模擬結果表明，Uin和從入口到其中從渦流過渡到層流過程中渦流能損失的位置處的距離(下文稱為持續渦流距離(Lts))具有圖6所示的關係。具體地說，在4、6和10m/s的流體流入速度(Uin)下計算持續的渦流距離(Lts)值分別為50、80和180mm。
理論上，通常由流入速度(Uin)和雷諾數Re，即，使用孔徑尺寸Ly的參數(Re＝Uin·Ly/v，v＝5.67×10-5m2/s；常數)來測定流體條件。
在孔徑尺寸為6mm的蜂窩狀催化劑中，由流入速度Uin(m/s)和孔徑尺寸Lys(mm)的乘積推導出持續的渦流距離Lts(mm)。因此，如圖6所示，獲得持續的渦流距離Lts和流入速度Uins(Uin)與孔徑尺寸Lys(Ly)的乘積之間的關係。通過最小二次法，用下式(2)近似表示在孔徑尺寸(Lys)為6mm時的持續渦流距離Lts。
Lts＝22e0.035(Lys·Uins)(2)當孔徑尺寸Lys為6mm(恆定值)時，孔徑尺寸Ly(mm)是任意參數，和Uin(m/s)表示氣體流入速度，持續渦流距離Lt可用下式(3)表示，所述式(3)是通用方程式。
Lt＝Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin)(3)將該模擬結果與真實催化劑的近似長度(最佳長度)相比較，該長度使得供應到氣體導管內的廢氣流被整流。具體地說，研究在持續渦流距離Lt和真實催化劑的最佳長度(即催化劑的汙染部分的長度(汙染長度)，它是檢測整流的指數)之間的關係。如圖7所示，在所使用的裝置的實際段內，在距離長於持續持續渦流距離Lt的部分催化劑上維持渦流，這是通過模擬推導出的。這一現象的可能原因是流入速度變化和流體的流動受到擾動所致。
因此，在實際的催化劑單元中，必須根據上述汙染長度和一定的安全長度來測定從入口到其中整流開始的位置間的距離(即最佳催化劑長度)。具體地說，方程式(3)必須乘以常數「a」，和認為催化劑的最佳長度Lb用下式(4)表示。注意當蜂窩狀催化劑的孔徑尺寸為6mm(間距7mm)和氣體流入速度為6m/s時，「a」是落在3-6範圍內的常數。
Lb＝a·Lt(4)在前述試驗實施例1中，在6m/s的氣體流入速度下使用孔徑尺寸為6mm(間距7mm)的蜂窩狀催化劑。因此，Lt為80mm。當調節常數「a」到約3.8時，Lt為約300mm，這相當於嚴重劣化的部分催化劑的長度，而當調節常數「a」到約5.6時，Lt為約450mm，這相當於下述部分催化劑的長度該部分催化劑長度包括顯示出催化性能等於新催化劑產品的部分。
在新的蜂窩狀催化劑中，當「a」落在3-6範圍內時，最佳長度Lb落在約240-480mm範圍內。Lb的範圍實際上與約300-450mm的範圍吻合，這被認為是允許氣體導管內的廢氣開始流動整流的催化劑長度。因此，從240-480mm範圍中(這相當於「a」值為3-6)選擇最佳長度Lb。
試驗實施例5
在裝置設計內證實了試驗實施例4中獲得的關於最佳長度Lb的概念和方程式(4)。具體地說，通過常規裝置設計方法，基於SV值(單位催化劑體積的可處理的氣體量)和AV值(單位催化劑表面積的可處理的氣體量)，分析具有不同催化劑長度和段數的各種催化劑層組總的NOx去除百分數和未反應的NH3。催化劑層組(層的長度和數量)如下所述樣式1(表2)；催化劑長度1000mm，1段，樣式2(表2)；催化劑長度500mm，2段，樣式3(表2)；催化劑長度333mm，3段，樣式4(表2)；催化劑長度250mm，4段，和樣式5(表2)；催化劑長度200mm，5段。表2和圖8示出了該催化劑組的評價結果。
結果表明，甚至當總的催化劑長度相同時，多段催化劑顯示出提高的NOx去除百分數，和該催化劑組(催化劑長度250mm，4段)顯示出最高的總體NOx去除百分數。與一種催化劑(催化劑長度1000mm，1段)(NOx去除百分數84.3％)的情況相比，一組催化劑(催化劑長度250mm，4段)的NOx去除百分數高達90％。在此情況下，使未反應的NH3最小化。結果，當在氣體流入速度為6m/s下使用孔徑尺寸為6mm(間距7mm)的蜂窩狀催化劑時，其最佳長度為約250mm，落在根據方程式(4)計算的240mm-480mm的最佳長度Lb範圍內。
另外，當提供長度幾乎等於最佳長度Lb的3-5段催化劑層時，發現獲得高的總體NOx去除百分數。


試驗實施例6
通過常規的裝置設計方法，在下述條件下，以與試驗實施例5相類似的方式，分析試驗實施例5所示的催化劑層組(催化劑層的長度與類型)的裝置出口NOx和未反應的NH3入口NOx＝1000ppm，流入摩爾比＝0.83，和入口NH3＝830ppm。表3和圖9示出了結果。
結果表明，該催化劑組(催化劑長度250mm，4段)顯示出最低的孔隙出口NOx和未反應的NH3。因此，發現長度為250mm的蜂窩狀催化劑在其中必須處理高濃度NOx的裝置(例如柴油機的NOx去除裝置)中有效地起作用。


試驗實施例7
提供用於柴油機的兩類NOx去除催化劑組以去除高濃度的NOx。在一組催化劑中，分割第一段形成多段，且相對於其它催化劑組，沒有進行這種分割。以與試驗實施例5相類似的方式，通過常規的裝置設計方法計算裝置的出口NOx、總的NOx去除百分數和未反應的NH3。表4示出了結果。
根據表4顯而易見的是，與其中第一段保持未分割的情況相比，分割的第一段(700mm分成350mm+350mm)(每一分割段具有最佳Lb)顯示出略微下降的裝置出口NOx和未反應的NH3，和略微提高的總的NOx去除百分數。換句話說，當根據前述方程式(4)分割長度為接近最佳長度Lb雙倍的催化劑時，可提高所有催化性能，其中包括裝置的出口NOx、總的NOx去除百分數和未反應的NH3。
因此，在使用長度為最佳長度Lb的兩倍或更高的NOx去除催化劑的裝置內，當NOx去除催化劑分成具有接近最佳長度Lb的亞層時，認為該裝置的性能得到提高。在試驗實施例7中，若各自長度為700mm的笫2段的催化劑層和第3段的催化劑層(如表4所示)被分成具有接近最佳長度Lb的亞層，則認為一定會提高該裝置的性能。


工業實用性對於要求進行高水平NOx去除和高濃度NOx去除處理的催化劑和裝置來說，本發明是非常有利的。
權利要求
1.一種蜂窩狀催化劑，其具有氣體導管將待處理的氣體從每一導管的入口供應到出口並在該導管側壁上進行氣體處理，其特徵在於該蜂窩狀催化劑具有使已供應到氣體導管內的待處理的氣體流在出口附近被整流的長度。
2.權利要求1的蜂窩狀催化劑，其中用方程式(A)表示長度Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin)) (A)(其中Uin(m/s)表示氣體流入速度，Ly(mm)表示孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恆定值)，並且當孔徑尺寸(Ly)為6mm和氣體流入速度為6m/s時，「a」是落在3-6範圍內的常數)。
3.在NOx去除裝置中使用的NOx去除催化劑，該催化劑是在煙道氣NOx去除裝置中使用的蜂窩狀催化劑，該催化劑具有氣體導管將廢氣從每一導管的入口供應到出口並在導管的側壁上進行NOx去除，其特徵在於NOx去除催化劑具有使已供應到氣體導管內的廢氣流在出口附近被整流的長度。
4.權利要求3的在NOx去除裝置中使用的NOx去除催化劑，其中用方程式(A)表示長度Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin)) (A)(其中Uin(m/s)表示氣體流入速度，Ly(mm)表示孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恆定值)，並且當孔徑尺寸(Ly)為6mm和氣體流入速度為6m/s時，「a」是落在3-6範圍內的常數)。
5.權利要求3的在NOx去除裝置中使用的NOx去除催化劑，其中NOx去除催化劑的長度落在300mm-450mm範圍內。
6.一種煙道氣NOx去除裝置，它包括在氣體流動方向上提供的多個NOx去除催化劑層，每一催化劑層由在橫跨氣體流動方向的方向上並列的多個蜂窩狀NOx去除催化劑組成，每一蜂窩狀NOx去除催化劑具有氣體導管將廢氣從每一導管的入口供應到出口並在導管的側壁上進行NOx去除，其特徵在於，形成每一NOx去除催化劑層的每一NOx去除催化劑具有使已供應到氣體導管內的廢氣流在出口附近被整流的長度，並且彼此相鄰的兩層NOx去除催化劑層與在其間的空間一起排列，該空間起到共同的氣體導管的作用，在此通過NOx去除催化劑排放的廢氣流彼此混合。
7.權利要求6的煙道氣NOx去除裝置，其中用方程式(A)表示長度Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin))(A)(其中Uin(m/s)表示氣體流入速度，Ly(mm)表示孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恆定值)，並且當孔徑尺寸(Ly)為6mm和氣體流入速度為6m/s時，「a」是落在3-6範圍內的常數)。
8.權利要求6的煙道氣NOx去除裝置，其中NOx去除催化劑的長度落在300mm-450mm範圍內。
9.權利要求7或8的煙道氣NOx去除裝置，它具有3-5段具有特定長度(Lb)的NOx去除催化劑層。
全文摘要
本發明提供可高效地使用的蜂窩狀催化劑和在NO
文檔編號F01N3/24GK1777477SQ20038010903
公開日2006年5月24日 申請日期2003年12月25日 優先權日2002年12月27日
發明者白倉茂生 申請人:中國電力株式會社