CN115355076A - 一种选择催化还原系统用催化剂载体 - Google Patents

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程晓章
刘凡
张子涵
汪陈芳
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Abstract

本发明公开了一种选择催化还原系统用催化剂载体，包括壳体、第一芯体和第二芯体；所述壳体内部开设有通孔，所述第一芯体和第二芯体设置在壳体的通孔中；所述第一芯体和第二芯体上均开设有蜂窝状通孔，且所述第一芯体和第二芯体上的蜂窝状通孔相对应；所述第一芯体和第二芯体的蜂窝状通孔内表面涂覆有催化剂层。本发明的选择催化还原系统用催化剂载体利用两种不同的载体材料制成，解决了陶瓷材料不适用于吸热或放热比较大的反应、金属材料不易涂覆多孔材料，且涂层易于脱落，以及堇青石在进行催化时需在一定的温度范围内才能达到预期效果的问题，而且两种载体材料的结合有利用选择催化还原系统的化学反应效率的提升。

Description

一种选择催化还原系统用催化剂载体
技术领域
本发明涉及催化剂载体技术领域，尤其涉及一种选择催化还原系统用催化剂载体。
背景技术
尿素选择催化还原(SCR)系统是降低重型柴油机氮氧化物(NOX)排放量最有效的技术之一，采用SCR技术可进一步优化柴油机燃烧，从而降低柴油机的油耗。随着排放法规的日趋严格，以及对尿素SCR系统研究的逐步加深，尿素SCR技术得到了越来越广泛的应用。而在SCR系统中，催化剂载体起到了至关重要的作用，其不仅起着承载涂层和活性组分的作用，而且也为反应气体提供了有效表面及流动通道。整体式催化剂中流体的传递和反应性能在很大程度上取决于催化剂载体的材料、几何结构及尺寸。NO和NH3在有O2参与的条件下，在催化剂的表面发生催化还原反应，催化剂载体的孔道为反应提供了场所，催化剂载体的几何形状对NOX的反应速率及反应程度有很大的影响。
SCR系统中，含有NOX的柴油机尾气和还原剂NH3的混合气体一起进入催化剂载体的孔道中，催化剂载体的孔道表面涂覆了一层催化剂层，柴油机尾气中的NOX和SCR系统中所喷射的NH3在催化剂层表面进行化学反应。NH3将废气中有害的NO2和NO还原成危害的N2和H2O，化学反应方程式如下所示：
4NH3+4NO+O2＝4N2+6H2O
2NO2+4NH3+2NO＝3N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2＝3N2+6H2O
在实际应用中，常通过增大催化剂载体的孔道密度来增加催化剂的外表面积从而提高SCR反应的活性，同时也可以通过减少孔道的壁厚，降低SO2的氧化等方法来增大SCR反应的活性。此外，还需对催化剂载体上的孔道结构进行设计，既要保证具有一定数量的大孔，来提高流体的流动，保证反应物和生成物的扩散，还需要一定数量的小孔，为反应提供足够的比表面积使反应快速、高效的进行。
工业上选择催化还原系统中常用的催化剂载体包括陶瓷、金属和堇青石三种类型。早期使用的催化剂载体多采用陶瓷材料，但是陶瓷材料导热系数小，只适合于反应器接近绝热的情况，不适用于吸热或放热比较大的反应。在使用金属材料作为催化剂载体的过程中，金属材料虽然具有良好的导热性能并易于加工而且具有高机械强度等优点，但由于金属材料载体不易涂覆多孔材料，且存在涂层易于脱落的问题，所以在使用时具有一定的局限性。堇青石基材因其具有良好的耐磨性、易于吸附性及机械强度高等优点，在工业应用中被广泛的使用，但是使用堇青石作为催化剂载体，SCR系统内部的NOX和O2的化学反应需要在一定的温度范围内才能达到预期效果。
发明内容
本发明目的是提供一种选择催化还原系统用催化剂以解决使用陶瓷、金属和堇青石材料制造催化剂载体时存在的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种选择催化还原系统用催化剂载体，包括壳体、第一芯体和第二芯体；所述壳体内部开设有通孔，所述第一芯体和第二芯体设置在壳体的通孔中；所述第一芯体和第二芯体上均开设有蜂窝状通孔，且所述第一芯体和第二芯体上的蜂窝状通孔相对应；所述第一芯体和第二芯体的蜂窝状通孔内表面涂覆有催化剂层。
进一步，所述第一芯体的长度占壳体总长度的50％～60％，所述第二芯体的长度占壳体总长度的40％～50％。
进一步，所述壳体的材质为二氧化硅；所述第一芯体的材质为二氧化硅，所述第二芯体的材质为玻璃纤维。
进一步，所述壳体的横截面为中空的圆形、三角形或矩形。
本发明具有如下有益效果：本发明的选择催化还原系统用催化剂载体利用两种不同的载体材料制成，解决了陶瓷材料不适用于吸热或放热比较大的反应、金属材料不易涂覆多孔材料，且涂层易于脱落，以及堇青石在进行催化时需在一定的温度范围内才能达到预期效果的问题，而且两种载体材料的结合有利用选择催化还原系统的化学反应效率的提升。
附图说明
图1为本发明中催化剂载体的结构示意图；
图2为本发明中第一芯体和第二芯体的结构示意图；
图3为不同材料的催化剂载体的NOX转化率曲线图。
图中标记示意为：1-壳体；2-第一芯体；3-第二芯体。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
如图1-2所示，一种选择催化还原系统用催化剂载体，包括壳体1、第一芯体2和第二芯体3；所述壳体1内部开设有通孔，所述第一芯体2和第二芯体3设置在壳体1的通孔中；所述第一芯体2和第二芯体3上均开设有蜂窝状通孔，且所述第一芯体2和第二芯体3上的蜂窝状通孔相对应，从而使得流体能够在催化剂载体中流动；所述第一芯体2和第二芯体3的蜂窝状通孔内表面涂覆有催化剂层，以对流过的流体的进行催化。
在本实施例中，所述第一芯体的长度占壳体总长度的50％～60％，所述第二芯体的长度占壳体总长度的40％～50％。
进一步，所述壳体作为催化剂载体的骨架支撑，其材质为二氧化硅；所述第一芯体的材质为二氧化硅，所述第二芯体的材质为玻璃纤维。
进一步，所述壳体的横截面为中空的圆形、三角形或矩形等，相应地，设置在壳体通孔内部的第一芯体和第二芯体的横截面形状应与壳体的横截面形状相同。
具体地，分别使用二氧化硅、玻璃纤维以及二氧化硅和玻璃纤维作为材料制作催化剂载体，并进行尾气处理试验，试验结果如图3所示。
实验结果表面使用二氧化硅作为催化剂载体的材料时，选择催化还原系统的低温性能较好，使用玻璃纤维作为催化剂载体的材料时，选择催化还原系统的高温性能较好，而使用二氧化硅和玻璃纤维作为催化剂载体的材料时，NOX的转化率居于两者之间，同时，本发明的催化剂载体具有较大的工作温度范围，具有良好的催化效果。
本发明的选择催化还原系统用催化剂载体利用两种不同的载体材料制成，解决了陶瓷材料不适用于吸热或放热比较大的反应、金属材料不易涂覆多孔材料，且涂层易于脱落，以及堇青石在进行催化时需在一定的温度范围内才能达到预期效果的问题，而且两种载体材料的结合有利用选择催化还原系统的化学反应效率的提升。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种选择催化还原系统用催化剂载体，其特征在于，包括壳体、第一芯体和第二芯体；所述壳体内部开设有通孔，所述第一芯体和第二芯体设置在壳体的通孔中；所述第一芯体和第二芯体上均开设有蜂窝状通孔，且所述第一芯体和第二芯体上的蜂窝状通孔相对应；所述第一芯体和第二芯体的蜂窝状通孔内表面涂覆有催化剂层。
2.根据权利要求1所述的选择催化还原系统用催化剂载体，其特征在于，所述第一芯体的长度占壳体总长度的50％～60％，所述第二芯体的长度占壳体总长度的40％～50％。
3.根据权利要求1所述的选择催化还原系统用催化剂载体，其特征在于，所述壳体的材质为二氧化硅；所述第一芯体的材质为二氧化硅，所述第二芯体的材质为玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的选择催化还原系统用催化剂载体，其特征在于，所述壳体的横截面为中空的圆形、三角形或矩形。
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