[发明专利]SCR催化剂模块及其对应的催化剂反应器

说明书

在一个方面，本申请描述的催化剂模块，包括结构催化剂本体，其具有横截面流动通道几何形状和用于增强催化活性的表面特征。在一些实施例中，催化剂模块和相关的结构催化剂本体适用于高颗粒物质环境。简而言之，催化剂模块包括框架和位于框架中的多个结构催化剂本体，结构催化剂本体包括外周壁和形成矩形横截面的单独流动通道的多个内隔壁，外周壁能够抵抗由模块的相邻结构催化剂本体之间的材料引起的局部弯曲失效。

相关申请数据

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2016年12月12日提交的美国临时专利申请序列号 62/433,035的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及包含用于氮氧化物选择性催化还原(SCR)的蜂窝式催化体的模块，尤其涉及包含采用矩形截面流动通道的蜂窝式催化体的模块。

背景技术

氮氧化物的高毒性及其在酸雨和对流层臭氧形成中的作用导致了限制这些化学物质的排放的严格标准的实施。为了满足这些标准，通常需要从固定或移动燃烧源中除去存在于废气中的这些氧化物中的至少一部分。脱硝或选择性催化还原(SCR)技术通常应用于燃烧衍生的烟道气以除去氮氧化物。脱硝反应包括气体中的氮氧化物种类，如氮氧化物(NO)或二氧化氮(NO₂)与含氮还原剂(如氨或尿素)的反应，从而产生双原子氮(N₂)和水。

除了氮氧化物外，二氧化硫(SO₂)也是燃烧烟气中经常出现的一种化学物质，其引起了很大的环境问题。化石燃料燃烧烟气中的二氧化硫部分氧化成三氧化硫(SO₃)，与水反应生成硫酸。燃烧烟气中的二氧化硫氧化形成硫酸会增加下游设备的腐蚀问题，由于将含酸烟气保持在其露点以上所需的温度升高而会增加与空气预热器相关的电力成本，并且会导致排放到大气中的烟囱气体中的不透明度增加。

用于去除氮氧化物的催化剂系统可以增加二氧化硫氧化的量，因为用于选择性催化还原的催化材料可以另外实现二氧化硫的氧化。因此，燃烧烟气中氮氧化物含量的降低可能会产生增加燃烧烟气中SO₃生成的不良副作用。

含有氮氧化物和显著二氧化硫含量的燃烧烟气通常是由煤燃烧产生的。燃煤燃烧的烟气含有大量的颗粒物，特别是以灰的形式。这种微粒物质能够堵塞整体结构催化剂本体的单元，从而降低催化性能和效率。单独的灰颗粒可以堵塞催化剂单元，或者灰颗粒可以聚集起来形成堵塞。此外，较小的颗粒物可以堵塞位于催化剂本体内隔壁内的催化孔。

发明内容

在一个方面，本发明描述的催化剂模块包括结构催化剂本体，其具有横截面流动通道几何形状和用于增强催化活性的表面特征。在一些实施例中，催化剂模块和相关的结构催化剂本体适用于高颗粒物质环境。在一些实施例中，催化剂模块和相关结构催化剂本体适于在高颗粒物环境中使用。简而言之，催化剂模块包括框架和位于框架中的多个结构催化剂本体，结构催化剂本体包括外周壁和多个内隔壁，形成矩形截面的单独流动通道。所述外周壁和内隔壁分散在包含50-99.9％重量无机氧化物成分和至少0.1％重量催化活性金属官能团的化学成分中。内隔壁与外周壁相交，以限定外周壁长度大于10mm的区段，其中区段表现出至少 2.5MPa的抗弯强度(σ)。当从结构催化剂本体切除时，外周壁区段表现出至少0.7MPa的抗弯强度(σ')。与所述外周壁段形成流动通道的相交内隔壁的长度至少比所述区段短20％。模块的结构催化剂本体可具有小于1.5cm^-2的流动通道密度和/或小于1200g/m²的区域重量密度。