[发明专利]整料式蜂窝状氧化催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种整料式蜂窝状氧化催化剂及其制备方法，该蜂窝状氧化催化剂具有多个由壁限定的流通式通道，该壁由涂覆有包含惰性粘土材料的芯层的惰性材料构成，该芯层涂覆有顶层，该顶层包含选自铂族金属的至少一种金属和五氧化二钒。

本发明涉及一种用于氧化来自包括燃气轮机和发电厂的固定烟道气源的废气和烟道气中的一氧化碳和挥发性有机化合物(VOC)的整料式蜂窝状催化剂。

本发明特别涉及一种整料式蜂窝状氧化催化剂，该整料式蜂窝状氧化催化剂具有涂覆在整料式蜂窝状基底上的包含惰性粘土材料的芯层和包含一种或多种铂族金属(PGM)的顶层，用于去除在化石燃料如天然气、煤或石油的燃烧中在固定源中形成的烟道气中的一氧化碳和VOC。

本发明还涉及一种制备氧化催化剂的方法，该氧化催化剂具有涂覆在整料式蜂窝状基底上的惰性粘土材料的芯层和在CO和VOC的氧化中有活性的催化材料的顶层。

通过催化氧化去除CO和VOC的方法在本领域中是公知的。

对于诸如CO和VOC氧化的应用，在来自固定源的烟道气清洁中所采用的最典型的氧化催化剂组合物是基于氧化铝负载的铂。

还已知的是，钯促进的氧化钒催化剂提供非常高的CO和VOC氧化活性，以及高的耐硫性。

当存在暴露于高含硫烟道气的风险并且必须使高的硫酸盐排放物和下游设备的结垢和/或使催化剂失活的风险最小化时，这些催化剂是特别优选的。

基于钯的氧化催化剂的优点是，这些催化剂具有相对低的硫氧化活性，这在用于清洁含硫氧化物的烟道气时特别重要。

为了用于来自固定源的气体清洁，将催化剂在整料式蜂窝状基底上形成修补基面涂层(washcoat)，该整料式蜂窝状基底通常由堆叠的陶瓷材料的波纹状片材或非织造玻璃纤维构成，形成具有多个平行的流通式通道的整料式蜂窝状结构。

上述类型的整料式蜂窝状催化剂通常通过用含有催化剂载体材料的修补基面涂层来涂覆整料式蜂窝状基底并用催化活性的金属氧化物的前体的溶液浸渍经涂覆的基底来制备。或者，修补基面涂层也可以含有前体。

通常通过将浆料倾倒入基底的通道中而将浆料捕获(pickup)到基底中，通过将基底一侧浸入修补基面涂层浆料中并任选地在相反侧施加真空，或者通过将修补基面涂层浆料泵送至通道中并任选地施加真空，来进行整料式蜂窝状基底的修补基面涂层的施加。

在涂覆修补基面涂层之后，将基底干燥并最后煅烧以活化涂层中的催化组分。

众所周知，在典型的氧化反应条件下，氧化反应比CO和某些VOC到催化剂壁中的扩散要快得多，并且因此在将昂贵的PGM催化剂材料的分布降低或限制在仅在整料式蜂窝状基底的壁或壁涂层的外表面时，在成本节约方面是有利的。

在通过上述涂覆方法制备的已知氧化催化剂中，PGM催化剂遍布整个壁横截面。因此，分布在壁表面下方的PGM催化剂不参与催化CO和反应性VOC的氧化。

通过本发明，当向基底的壁提供惰性粘土材料的芯层并且在芯层的表面上施加包含PGM的修补基面涂层时，解决了该问题。

我们还发现，当降低PGM在基底上的扩散速率时，PGM的扩散可被消除或大大降低。与将PGM的前体化合物溶解在水性浸渍液体中不同，将前体化合物加入到含有钒化合物的水性浆料中，该钒化合物充当PGM的载体并用于在基底上涂覆惰性粘土芯层。在该水性浆料中，PGM化合物被吸附在经负载的钒化合物颗粒上，并且因此不溶于水性浆料的水相中，否则其会导致不希望的到基底的壁和/或粘土芯层中的扩散。

根据上述发现，本发明提供了一种整料式蜂窝状氧化催化剂，其具有多个由壁限定的流通式通道，该壁由任选地设置有扁平衬里的惰性材料的一个或多个波纹状片材构成，并且涂覆有包含惰性粘土材料的芯层，该芯层涂覆有顶层，该顶层包含选自铂族金属的至少一种金属和五氧化二钒。