CN101157054A - 催化剂用金属载体 - Google Patents
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Abstract
本发明以金属切削加工过程中产生的螺旋状车花段(金属削段)或金属细丝(纤维)揉制的团状体或金属薄壁长管为催化剂载体的基本单位，直接或适当成型后，经表面处理，并附着过渡层(b)制得催化剂用金属单体载体(1、2、3)、蜂窝状整体载体(5)和无蜂窝孔的整体载体(4)。可广泛应用于以氢气为燃料的内燃发动机、涡轮发动机、燃料电池发动机或移动发电设备的随行制氢装置中，也适用于发动机尾气CO等有害气体处理用催化剂的载体。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂用金属载体，适用于以液态醇、烃类为燃料直接裂解、水蒸汽重整和部分氧化制氢用催化剂的金属载体，也适用于发动机尾气CO等有害气体处理用催化剂的载体。本发明可以广泛应用于以氢气为燃料的内燃发动机、涡轮发动机、燃料电池发动机或移动发电设备的随行制氢装置中。
背景技术
传统化工中使用的颗粒催化剂，在移动机车设备中使用时，由于机车设备剧烈振动的工况条件，催化剂相互摩擦而不断粉末化，导致其使用周期大大缩短，所以颗粒催化剂已逐渐被整体催化剂所取代。
现有技术的整体催化剂载体主要分两大类，其一为以高温陶瓷(如堇青石等)为主要成分的蜂窝状整体载体；另一类是以金属为基材的整体载体。
与陶瓷整体载体比较，金属载体由于具有极好的加工性，金属材料厚度的可控性，其壁厚可薄至0.04mm，大大增加了气体的通透性，从而降低催化剂的阻力，减少工作能耗；金属载体具有较大的表面积，在相同净化性能的情况下使用的活性成分较少，可节约贵金属；金属载体有较低的热容和良好的热传导性，有利于催化剂的快速起活，同时能及时传导反应所需热量或排出反应热而避免局部过热；金属载体的抗震性好、不易脆列，比陶瓷载体具有更广泛的使用性和更长的使用寿命。
现有公知技术的催化剂用金属整体载体的成型工艺主要有两种，一是以金属片或泊为基材，经压制成各种形状(如三角、矩形、梯型等)的槽板或波浪形板后，再叠加组合成型或直接将金属板(或泊)折弯成型；二是直接将金属材料挤出成型，如98125354.7、02803511.9等。现有技术的催化剂用金属整体载体对于反应装置中没有换热管的情况(如处理发动机尾气中CO等的三元催化器)是适用的。此外至少存在以下不足：其一，不适用于反应装置中必须有换热管，尤其是换热管分布密度较高的装置；其二，单位体积的反应装置中催化反应的有效面积较小，不利于设备小型化。
发明内容
为了克服现有公知技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于以液态醇、烃类为燃料直接裂解、水蒸汽重整和部分氧化制氢用催化剂的金属载体，同时也适用于发动机尾气CO处理用催化剂的载体。本发明可广泛用于以氢气为燃料的内燃发动机、涡轮发动机、燃料电池发动机或移动发电设备的随行制氢装置中。
本发明所采用技术方案是，以金属切削加工过程中产生的螺旋状车花段(金属削段)或金属细丝(纤维)或金属薄壁长管为催化剂载体的金属基材，直接或适当成型后，经表面处理，并附着(金属基材与催化剂层之间的)过渡层制得催化剂用金属载体。
本发明制得的催化剂用金属载体至少有三种形态，第一种形态是以车花段(金属削段)为单位或适量金属细丝(纤维)揉制成的包含不规则空隙的团状体为单位或金属薄壁长管为单位的单体载体；第二种形态是以金属车花段(金属削段)或金属细丝(纤维)团状体在适当的模具中经压制成型后的整体载体；第三种形态是紧密排列的金属薄壁长管外壁间经过渡层粘合而成的整体载体。
本发明制得的螺旋状金属车花段(金属削段)以直径为3～5mm，长度为5～8mm为宜；揉制金属细丝团状体的金属细丝以直径为0.1～0.5mm为宜，金属细丝团状体的直径以3～5mm为宜，金属薄壁长管以直径为1～2mm，壁厚为0.05～0.2mm为宜，金属薄壁长管的长度/直径以大≥30为宜。
本发明制得的催化剂用金属整体载体，可以制成中间具有若干换热管通道的蜂窝状整体载体(用于换热管的一端可以和管板拆卸的反应装置，如本发明人申请号为200710180683.3的设备等)和无换热管通道的无蜂窝孔整体载体(如用于汽车三元催化器等装置)两种。
本发明制备整体载体的成型有至少两种方式，其一为单体载体装入模具后，在适当压力挤压下，根据不同金属材料的特性，经适当的高温烧结成型；其二是单体载体装入模具后，在适当压力挤压下，通过附着过渡层粘结成型。本发明制得的金属薄壁长管的横断面可以是圆形或椭圆形或其它任意多边形。
本发明所用的金属材料不局限于某种或某几种，可以是金属单质，也可以是含有多种组分的合金或混合物。
使用时，本发明涉及的三种形态的催化剂单体载体和两种形态的催化剂整体载体均适用于任何无换热管的反应装置(如汽车的三元催化器等)，其中车花段(金属削段)和金属细丝(纤维)绕制的团状单体载体在反应装置中自然堆积放置，金属薄壁长管单体载体和整体载体沿反应装置轴向放置；本发明涉及的三种形态的催化剂单体载体和蜂窝状整体载体，尤其适用于有换热管(换热管的一端可以和管板拆卸)的反应装置，该用途是本发明的主要目的之一。
本发明的突出有点在于：
无论是三种形态的单体载体，还是整体载体，其热传导性均优于传统的非金属颗粒催化剂载体和蜂窝状陶瓷载体；
由于金属单体载体可以作得轻、薄，和金属的弹性，即使车花段(金属削段)为单位和金属细丝(纤维)绕制的团状体为单位的单体载体都可以有效克服传统颗粒催化剂存在的，在剧烈振动工况中因相互摩擦产生粉末化的缺点；
金属薄壁长管状单体载体可以方便地沿反应器轴向插入复杂的换热管外壁的空隙或换热管中；
由车花段(金属削段)为单位和金属细丝(纤维)绕制的团状为单位的单体后成型的整体载体，其空隙度比用金属板或泊材制成的，和由金属型材直接挤出成型的整体载体高，比表面积更大，且空隙通道蜿蜒曲折，反应气体与催化剂碰撞接触的几率更大，有利于设备的小型化；
由车花段(金属削段)为单位和金属细丝(纤维)绕制的团状为单位的单体载体，可以方便地后成型制成适用于具有换热管的反应装置的蜂窝状整体载体，而用金属板或泊材后成型工艺则难度极大，甚至无法成型；
由车花段(金属削段)制备催化剂用载体，更有利于废物利用。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明。
图1是本发明金属车花段(金属削段)单体载体示意图。
图2是本发明金属细丝(纤维)绕制的团状体单体载体示意图。
图3是本发明金属薄壁长管单体载体示意图。
图4是本发明用金属车花段(金属削段)单体载体或金属细丝(纤维)绕制的团状体单体载体后成型的无蜂窝孔整体载体示意图。
图5是本发明用金属车花段(金属削段)单体载体或金属细丝(纤维)绕制的团状体单体载体后成型的蜂窝状整体载体示意图。
图6是本发明用金属薄壁长管单体载体后成型的无蜂窝孔整体载体示意图。
图7是本发明用金属薄壁长管单体载体后成型的蜂窝状整体载体示意图。
图中：1-金属车花段(金属削煅) 2-金属细丝(纤维)团状体 3-金属薄壁长管 4-无蜂窝孔整体载体 5-蜂窝状整体载体 a-金属基材 b-过渡层 c-催化剂层 d-换热管通道
实施例1
1、金属基材的制备及表面预处理：如图1、图2、图3所示，取直径为3～5mm，长度为5～8mm的螺旋状金属车花段1，或将直径为0.3～0.5mm的金属丝揉制为直径约5mm的金属细丝团状体2，或取直径为1～2mm，壁厚为0.1～0.2mm，长度为150～300mm的金属薄壁长管3分别作为催化剂用金属单体载体；将金属单体载体放入超声波清洗机中用有机洗涤剂清洗约15分钟，用清水清洗去残留洗涤剂，在温度约70℃的热碱溶液中清洗5～10分钟，清洗干净残留碱液，烘干，并置马弗炉中经高温氧化约3小时，随炉冷却置室温，备用。
2、过渡层b浆料的制备：取适量r-Al2O3添加少量硝酸镧、硝酸铈、硝酸钡，室温搅拌均匀，滴加浓硝酸调节pH约4～5，静置30min，再次搅拌均匀，即得活性氧化铝过渡层浆料。
实施例2
催化剂用覆盖有过渡层b的金属单体载体的制备：分别取经表面预处理的如图1或图2或图3所示的金属车花段1或金属细丝团状体2或金属薄壁长管3，放入过渡层b浆料中浸泡约3～5min，取出金属车花段1或金属细丝团状体2或金属薄壁长管3，并沥尽浆料，于150℃烘干约2小时，再经1小时500℃煅烧，随炉冷却至室温，即制得催化剂用覆盖有过渡层b的金属单体载体，此方法制得的覆盖有过渡层b的金属单体载体结构只有金属基材a和过渡层b，具有催化活性的催化剂层c根据不同用途选择不同的工艺方法制备。
实施例3
催化剂用覆盖有过渡层b的金属整体载体4、5的制备：分别取适量经表面预处理的如图1或图2所示的金属车花段1或金属细丝团状体2，放入蜂窝状整体载体模具或无蜂窝状载体模具中，适当施压使其单体载体间被相互挤压，并灌注过渡层b浆料至模具中浸泡约3～5min，从模具中放尽过渡层b浆料，于150℃烘干约2小时，再经1小时500℃煅烧，随炉冷却至室温，除去模具，即制得催化剂用覆盖有过渡层b的金属整体载体4或5，此方法制得的覆盖有过渡层b的金属单体载体结构只有金属基材a和过渡层b，具有催化活性的催化剂层c根据不同用途选择不同的工艺方法制备。
实施例4
催化剂用覆盖有过渡层b的金属整体载体4、5的制备：取适量经表面预处理的如图3所示的金属薄壁长管3，沿模具轴向插入蜂窝状整体载体模具或无蜂窝状载体模具中，金属薄壁长管3外壁在模具中相互接触和挤压，灌注过渡层b浆料至模具中浸泡约3～5min，从模具中放尽过渡层b浆料，于150℃烘干约2小时，再经1小时500℃煅烧，随炉冷却至室温，即制得催化剂用覆盖有过渡层b的金属整体载体6或7，此方法制得的覆盖有过渡层b的金属单体载体结构只有金属基材a和过渡层b，具有催化活性的催化剂层c根据不同用途选择不同的工艺方法制备。
Claims (5)
1.本发明涉及以金属切削加工过程中产生的螺旋状车花(金属削)或金属细丝(纤维)或金属薄壁长管为催化剂用金属载体的基材，直接或适当成型后，经表面处理，制得覆盖有金属基材(a)与催化剂层(c)之间的过渡层(b)的催化剂用金属载体，其特征在于本发明制得的催化剂用金属载体至少有三种形态，第一种形态是以金属车花段(1)为单位或适量金属细丝揉制成的包含不规则空隙的金属细丝团状体(2)为单位或金属薄壁长管(3)为单位的单体载体；第二种形态是将金属车花段(1)或金属细丝团状体(2)在适当的模具中经压制成型后的金属整体载体(4、5)；第三种形态是紧密排列的金属薄壁长管(3)外壁间经过渡层(b)粘合而成的金属整体载体(4、5)。
2.根据权利要求1所述催化剂用金属整体载体，可以制成中间具有若干换热管通道(d)的蜂窝状整体载体(5)和无换热管通道(d)的无蜂窝孔整体载体(4)两种。
3.根据权利要求1所述的金属薄壁长管(3)，其横断面可以是圆形或椭圆形或其它任意多边形。
4.根据权利要求1所述催化剂用金属整体载体的成型方法有至少两种方式，其一为单体载体装入模具后，在适当压力挤压下，根据不同金属材料的特性，经适当的高温烧结成型；其二是单体载体装入模具后，在适当压力挤压下，通过附着过渡层粘结成型。
5.根据权利要求1所述催化剂用金属载体，其金属材料不局限于某种或某几种，可以是金属单质，也可以是含有多种组分的合金或混合物。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080409 |