[发明专利]钯部分燃烧催化剂及其使用方法

说明书

本发明是下述专利的部分继续：Dalla  Betta，Tsurumi和Shoji的U.S.Ser.S.No.07/617，974，“一种分段的含钯部分燃烧催化剂及其使用方法（PA-0029）”;Dalla  Betta，Shoji，Tsurumi和Ezawa的U.S.Ser.No.07/617，975，“一种部分燃烧方法和用于该方法的一种催化剂（PA-0006）”;Dalla  Betta，Tsurumi，Shoji和Garten的U.S.Ser.No.07/617，979，“一种在锆载体上部分燃烧的催化剂及其使用方法（PA-0026）”;以及Dalla  Betta，Ezawa，Tsurumi，Shoji和Ribeiro的U.S.Ser，No.07/617，981，”一种含钯混合金属的部分燃烧催化剂及其使用方法（PA-0025）”，每一个专利都是在1990年11月26日提交并且通过通告而合并为整体的。

本发明涉及一种在载体上含钯的催化剂以及一种部分燃烧的方法，在该方法中燃料是借助那种催化剂而部分燃烧的。这种钯催化剂也可以包含混有选自Ⅷ族或IB族金属的钯，可以是分段的以使其催化剂的前沿具有较高的活性或者置于含有氧化锆的载体上。上述催化剂和载体的选择都解决了许多作为部分燃烧催化剂钯的长期稳定性问题。该催化剂结构在运行中是稳定的，具有相对低的工作温度，低的开始氧化温度，且不易发生温度失控。典型的催化过程所产生的燃气处于低于自燃点的温度，并可在该温度下使用，或者输送到其它燃烧段以进一步用于燃气轮机，窑炉，锅炉等。

在美国和世界各地，随着现代反污染法的出现，正在研究把各种污染物减小到最少量的有效的新方法。燃料-不论是木头，煤，石油或天然气，它们的燃烧都是当今许多污染问题的原因。某些污染物（如象SO₂，它是由于燃料源中存在的污染物而产生的）既可以通过处理燃料来除去，也可以通过处理最后产生的废气来除去。其它的污染物，例如一氧化碳（它是由于不完全燃烧而产生的）可以通过燃烧后的氧化或者通过改进燃烧方法来除去。其它主要的污染物，NO_x（一种平衡混合物，大多数为NO，但也包含很少量的NO₂）可以通过控制燃烧过程或通过后处理来去除，以尽可能减少NO_x的产生。NO_x一旦产生，由于它的相对稳定性以及它在大多数废气中是低浓度的，要除去它并不容易。在汽车中发现的一种解决办法是利用一氧化碳将NO_x还原为氮气，而一氧化碳则被氧化为二氧化碳。虽然如此，在某些燃烧过程中，（例如燃气轮机）一氧化碳的浓度是不足以与NO_x反应并除去它的，必须看到：与硫污染物不同，硫污染物可以从燃料中除去，而从输入燃烧过程的空气中除去氮气显然是不实际的。与一氧化碳情况不同，由于燃烧过程中存在较高的温度，改进燃烧反应可能增加新产生的NO_x含量。

然而，在燃烧过程中减少NO_x的挑战仍然存在，现已提出了一些不同的方法。所选用的减少NO_x的方法必须在基本上不与产生燃烧气体的目标相矛盾，产生燃烧气体也就是用涡轮、锅炉或窑炉来回收燃气的热值。

许多人认识到：在用于涡轮进料气体中，控制燃烧过程中NO_x产生的一种有效的方法是将燃烧区局部和整体温度限制到低于1800℃。例如见Furuya等人的美国专利No.4，731，989第一列，第52-59行以及Hindin等人的美国专利No.4，088，135第12列。

有许多控制温度的方法，例如用过量的空气稀释，用一种或多种催化剂控制氧化，或使用各种贫瘠或富集的燃料混合物进行分段燃烧。这些方法的结合使用也是已知的。

一种广泛尝试方法是使用多级催化燃烧，已公开的方法中极大部分是在陶瓷催化剂载体上使用金属氧化物的多段催化剂。这些已经公开的典型如下：

国家  文件  第一段  第二段  第三段

日本 公开60-205129 Pt族/Al₂O₃La/SiO₂·Al₂O₃

SiO₂

日本 公开60-147243 La和Pd和 铁酸盐/Al₂O₃

Pt/Al₂O₃