[发明专利]具有蓄热功能的整体式催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机废气催化剂，特别是涉及一种用于净化大风量有机废气的具有蓄热功 能的整体式催化剂及其制备方法与在流向变换系统中的应用。

背景技术

化工、石油化工等生产过程及漆包线喷漆等操作中，都会排出含苯、VOCs、二VOCs 等各种易挥发有机物(VOCs)的废气，产生一次污染而且还可能造成光化学烟雾等二次污染。 目前对这些有机废气采用的处理方法有吸收法、吸附法、热焚烧法和催化燃烧法。其中催 化燃烧法效率高，能耗低；所需设备体积小，价格低；因此得到了广泛的应用。

传统定态催化燃烧技术，要求反应物浓度超过一临界值，需要一直补充能量，且废气 浓度、温度和流量等的频繁波动可能导致仪器难于平稳运行。而流向变换催化反应技术是 一种动态操作技术(US 2007/02211255)，它通过强制周期性地改变体系的输入参数，使 体系处于非稳态，改善了反应器的时均操作性能，弥补了传统技术的不足。这种催化反应 器集成度高，既是反应的加速器，又是蓄热式换热器，充分利用了催化剂高的活性表面及 催化床层大的热容量和外表面。流向变换催化燃烧反应器主要由气体发生装置、薄壁不锈 钢管反应器、混合气流向控制系统和有机物检测系统组成，测试数据经软件采集后以excel 格式记录并直接储存在计算机硬盘内，同时直接显示在计算机屏幕上。

目前，流向变换催化反应技术一般是通过中段装填价格昂贵的贵金属催化剂，两端填 充高热容惰性填料，与反应器进行集成，达到中段催化、两端蓄放热的目的，而针对增强 催化剂本身蓄放热性能的研究很少。在该系统中，由于轴向传热是装置性能的重要因素之 一，催化剂热性能的改善将会强化装置整体的蓄热能力和传热效果，达到更好的节能减排 目的；另外，催化燃烧反应在装置中段才得以进行，范围较窄，从而短时间内废气与催化 剂之间可能缺乏充分的接触而导致反应进行不彻底，气流换向瞬间，有机污染物在惰性材 料上的吸附和脱附也会导致气体出口浓度的不稳定。

催化剂热性能的改善主要取决于催化剂载体蓄放热性能的提高，而在有关蓄热体的制 备和应用方面，2003年4月23日公开中国发明专利(公开号为CN1412518)公开的蓄热 体可广泛应用于新型蓄热燃烧系统，能显著提高蓄热燃烧系统的温度效率及热效率；中国 发明专利申请(CN1164001)则提供了一种蓄热燃烧在高温、腐蚀性环境下仍能净化NO_x、 CO、HC等有害排气成份及提高可靠性的蓄热体。专利CN201072125公开了一种热力防爆 型催化蓄热体，利用绝热耐高温挡火片防止热力回火爆燃，从而保证安全燃烧，主要适用 于供热装置，未涉及到在流向变换催化燃烧反应器中的具体应用。

由此可见，针对选用合适的蓄热体兼催化剂载体，进而合成具有蓄热功能的整体式催 化剂，并与流向变换反应器进行高度集成的研究成果，暂时未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价廉且具有蓄热功能的整体式催化剂，解决单一催化剂不 能满足实际应用条件及成本高、资源利用率低的问题。

本发明另一目的在于提供具有蓄热功能的整体式催化剂的制备方法。

本发明还有一目的在于将该具有蓄热功能的整体式催化剂应用于流向变换催化燃烧反 应器中，去除工业有机废气。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种具有蓄热功能的整体式催化剂，所述整体式催化剂是在蓄热层表面负载有活性氧 化铝和催化剂活性组分，为整体多孔形成的蜂窝状结构，该孔均匀分布，用作气流通道；

所述蓄热层是由SiC和刚玉中的至少一种以及堇青石和莫来石组成，蓄热层的质量占 整个整体式催化剂质量的70-93％，以质量比计，堇青石∶莫来石∶SiC∶刚玉＝0.5-2.0∶0.7-3.0∶ 0-0.5∶0-0.6；

所述催化剂活性组分包括CuO、CoO、Ni₂O₃和MnO₂，催化活性组分占整个整体式催 化剂质量的5-10％，以摩尔比计，CuO∶CoO∶Ni₂O₃∶MnO₂＝2-4∶0.5-1.5∶1-3∶1-3；

所述活性氧化铝占整体式催化剂质量的2-20％。

所述多孔形成的蜂窝状结构的孔隙度为8-47孔/厘米²。