[发明专利]用于VOC和卤化VOC排放物控制的低成本氧化催化剂

说明书

本发明的实施方案涉及含钌的负载型催化剂，包括它们的制造方法和用途，所述催化剂通过催化氧化破坏化学工业排放物中所包含的和以其它方式由工业过程产生的有害化合物。

相关申请

本申请要求于2017年2月14日提交的美国临时申请号62/458,695 的优先权的权益，其全部内容通过引用在此并入本文。

技术领域

本发明的实施方案涉及含钌的负载型催化剂，包括它们的制造方法 和用途，所述催化剂通过催化氧化破坏化学工业排放物中包含的和以其 它方式由工业过程产生的有害化合物。

背景技术

在化学、燃料消耗和工业过程的尾气和/或废气排放物中发现许多有 害化合物。这些可能来源于工业废气以及化工设备(包括纯化对苯二甲酸 (PTA)设备)的尾气排放物。在各种排放物中发现的有害化合物可为化学 副产物和溶剂的形式。同样，有害化合物(包括卤化VOC和其它高毒性 污染物)也会对人类和环境造成许多有害影响，包括呼吸问题、各种癌症、 烟雾和臭氧消耗。此外，使用焚烧来消除这些化合物的一些，如某些卤 化化合物，可能取决于操作条件产生其它有毒物质。由于涉及公众健康 和环境考虑的这些和其它原因，地区、区域或全球性法规要求消除这些 有害化合物。

因此，本发明的实施方案的催化剂和方法可用于消除的某些排放物 中所包含的有害化合物通常包括挥发性有机化合物(“VOC”)、卤化挥发 性有机化合物(“HVOC”)和一氧化碳(“CO”)。在许多情况下，尽管不是 所有情况，但是这种化合物包含碳和氢，并且还可包含其它元素，例如 氧、氮和卤素。

迄今为止，已经使用各种途径来消除这些有害化合物，例如在碳或 其它吸附剂上的吸附、催化氧化和热氧化(焚烧)。然而，吸附仅仅浓缩有 害污染物，而不会破坏它们，而且该途径的效率取决于污染物浓度的波 动。此外，热氧化的特征在于高的操作温度和大量的操作成本，因为这 些反应需要高温(通常超过750℃)。相比之下，催化氧化降低了在氧气存 在下氧化这些有害化合物所需的活化能，因此可以在热氧化所需的一部 分能量下完成。

为了简明起见，将用本文公开的本发明的催化剂和方法可以破坏的 化合物称为“有害化合物”。这些化合物包括但不必然限于一氧化碳； VOC，如苯、甲苯、二甲苯、甲醇和乙酸甲酯；和HVOC，如氯甲烷、 二氯甲烷、二氯乙烷、溴甲烷、二溴甲烷、二溴乙烷和氯苯、二氯苯和 多溴苯等。本发明的催化剂用于降低发生这些反应所需的活化能，并且 与用于氧化的其它催化剂相比，通常作为低成本途径提供。

一般而言，已经用于涉及破坏有害化合物的氧化反应的催化剂包括 在氧化铝(Al₂O₃)载体上的铂、钯和铑。这样的催化剂已经采取各种形式， 如片剂，粒料，球体和颗粒以及整料载体。

因为催化氧化反应在比热氧化更低的温度进行，所以它降低了操作 成本，并为操作提供了其它显著的优势，包括经济节约。但是，尽管催 化氧化被认为是可行的途径，但是使用昂贵的贵金属催化剂如铂和钯限 制了经济节约，并且期望具有类似效率的低成本催化剂。此外，先前用 于这些目的的催化剂有时成本更高，因此需要提供更长使用寿命和更低 成本的催化剂。

发明内容

先前已经将包括贵金属的各种氧化催化剂用于破坏化工装置处在各 种其它类型有害排放物中包含的有害化合物。但是，已证明大体积的贵 金属催化剂的高成本是令人望而却步的。此外，期望替代性催化剂，其 成本更低，但同样能够破坏来自化工装置排放物(例如在PTA生产装置 中)的有害化合物。