[发明专利]含钒的催化剂和废气中氮氧化物还原的方法

说明书

本发明涉及一种催化剂和涉及废气中氮氧化物还原的方法，其中该催化剂 包含含钒的催化活性组分。

可以在US2012/0315206A1中找到这样的催化剂和这样的方法。

对于氮氧化物还原来说，经常采用选择性催化还原方法(SCR方法)，其中 氮氧化物在氨存在下依靠催化剂还原成氮和水。不同类型的催化剂在它们的化 学组成方面和在它们的结构设计方面都是已知的。

催化剂通常包含催化剂物质，其通常由大部分的载体物质组成，并且该催 化剂物质包含至少一种另外的催化活性组分。已知的催化剂，例如用于例如大 规模燃烧设备中的催化剂，为钛-钒催化剂的形式。它们包含二氧化钛作为载体 物质，和另外地，氧化钒作为催化活性组分，和另外经常还包含氧化钨或氧化 钼。

作为几何结构形式，已知所谓的板式催化剂，其中待净化的废气流过由相 对的板形成的流动通道。另外，还存在完全挤出的催化剂，特别是为蜂窝形式， 其中整料催化剂由催化剂物质，例如通过挤出方法形成。在两种变体中，催化 活性组分可以嵌入催化剂的主体(volume)中或者作为涂层施涂到表面。

特别是在大规模设备领域，当催化剂用于大规模燃烧设备的废气净化系统 中时，经常使用钛-钒类型的催化剂。EP0762925B1描述了这样的钛-钒催化剂， 已经发现其是特别合适的。

使用这样的催化剂的一个问题是当废气中包含所谓的催化剂毒物时，催化 活性逐渐降低。其作用基于以下事实，即这样的催化剂毒物，特别是碱金属， 占据了催化活性组分的催化活性中心，由此降低了催化活性。催化活性中心通 常被认为是作为质子给体的布朗斯台德酸或者作为电子受体的路易斯酸。通过 这样的催化剂毒物的失活基于以下事实，即碱离子结合到这些酸中心，由此阻 止了它们吸收氨。一种特别活跃的催化剂毒物尤其是钾。催化剂毒物的问题主 要根据用于燃烧设备的燃料而变化。该问题在生物质例如木材或者其他植物燃 料的燃烧的情况中得到强化。其废气也可以通过高灰分含量来表征。

为了解决这个问题，US2012/0315206A1提出了向催化剂施涂包含金属氧化 物的涂层。这个涂层目的是防止催化活性单元被碱金属离子占据，一方面通过 防止碱金属离子迁移到催化活性中心，另一方面通过将碱金属离子结合到涂层 的金属氧化物。

由此开始，本发明的目标是增加催化剂对于催化剂毒物，特别是燃烧生物 质的燃烧设备的废气中的碱金属的耐受性。

根据本发明，该目标通过用于来自于燃烧设备的废气中的氮氧化物还原的 催化剂来实现，该催化剂包含含钒的催化活性组分和选自至少一种分子筛和粘 土矿物的牺牲组分，其中该至少一种分子筛基本上不含碱金属和过渡金属，其 中该牺牲组分吸收废气中的催化剂毒物。

本发明的催化剂用于氮氧化物还原，特别是通过选择性催化还原的方法， 其中该催化剂在操作过程中使用，特别是在大规模燃烧设备的废气净化系统中， 该燃烧设备单独地或者与另一燃料一起燃烧生物质。该催化剂是钒类型的，也 就是说，它包含含有至少钒的催化活性组分。在废气中的催化剂毒物(即具体 是碱金属)的存在下，存在着活性组分将至少部分地由于催化活性位置被占据 而失活的风险。为了至少大体上避免这样的失活，除了催化活性组分之外，还 存在着选自分子筛和粘土矿物的牺牲组分，催化剂毒物在操作过程中沉积在牺 牲组分上。

催化活性组分与载体物质的合计量可以是催化剂总重量的0.1重量％-16重 量％。

分子筛优选是大孔或中孔尺寸的分子筛。分子筛常规上包含多孔骨架结构， 该多孔骨架结构含有包含特别是由四面体排列的原子的环结构。包含四面体排 列的原子的这样的骨架结构的一种典型代表是沸石组，其中形成了这样的环结 构。中孔尺寸被理解为表示在具有形成环结构的骨架结构的分子筛中，环由至 少10个原子形成。大孔尺寸被理解为表示由至少12个原子形成的环结构。

对牺牲组分的使用由以下事实构成：这种组分几乎充当了催化剂毒物的渣 阱，催化剂毒物优先沉积在牺牲组分上。测试已经显示，一方面，分子筛由于 它们特别是对于碱金属的良好的吸收能力，特别适于这个目的。另外，由于类 似的作用模式，还发现粘土矿物也是上述意义上的特别有效的渣阱。测试已经 显示，使用分子筛和基于粘土矿物的体系，可以实现催化剂对于催化剂毒物的 耐受性的显著增加，因此延长了它的寿命。