CN1282275A - 净化废气用催化剂元件和催化剂结构物及其生产方法,净化废气设备以及使用这些设备净化废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明用于净化废气的催化剂结构物对于通过扰动气流通道中的废气流来提高要处理的废气与催化剂的接触是优选的,从而得到高效且紧凑的处理废气的设备。用以下步骤来生产这样的催化剂结构物:制成两个或两个以上催化剂元件,每一催化剂元件在其表面上负载有催化剂组分,在元件中交替形成平板部分和标高变化部分,而平板部分与标高变化部分之间形成的角在特定的范围内;然后将催化剂元件中重叠在框架中。还通过将金属的、陶瓷的或玻璃的网状构件插在催化剂元件之间将大量上述的催化剂元件重叠来制得催化剂结构物,每一网状构件有大量穿孔。本催化剂结构物有这样一些优点:粉尘几乎不沉积在催化剂元件之间;甚至当催化剂元件的厚度减薄时也可得到足够高的强度;以及催化剂结构物可放置在废气烟道中,用作废气处理设备。当使用该废气处理设备时,在不损坏催化剂元件的条件下可有效地进行废气处理,同时压力损失减小。

Description

净化废气用催化剂元件和催化剂结构物及其生产 方法，净化废气设备以及使用这些设备净化废气的方法
技术领域
本发明涉及净化废气用催化剂元件和催化剂结构物；生产该催化剂元件和催化剂结构物的方法；净化废气的设备；以及用这些设备来净化废气的方法。具体地说，本发明涉及用于净化废气的催化剂元件和催化剂结构物，其中空气流的损失小，废气中的粉尘几乎不沉积，增加了要处理的气体与催化剂之间的接触，从而大幅提高反应速度；生产该催化剂元件和催化剂结构物的方法；废气净化的设备；用这些设备来净化废气的方法。
背景技术
从发电厂、各种装置、汽车等排放的废气中的氮氧化物(NOx)是造成光化学烟雾和酸雨的物质。作为一种有效除去NOx的方法，已广泛使用一种废气脱硝法，它使用氨(NH3)等作为还原剂进行选择性催化还原。含有钒(V)、钼(Mo)或钨(W)作为活性组分的二氧化钛(TiO2)型催化剂已用作催化剂。具体地说，含有钒作为活性组分之一的催化剂已成为现代脱硝催化剂的主流，因为该催化剂不仅有高活性，而且由于废气中所含杂质引起的损害小，同时它可在比较低的温度下使用(日本专利公开No．昭50-128681等)。
例如，这样一种催化剂结构物是已知的，它按以下步骤用金属板条生产，将铝火焰喷雾到金属板条上，或者用陶瓷纤维的编织物或无纺织物作基质生产：将催化剂组分涂覆到基质上；将金属板条或织物滚压得到板状催化剂(催化剂元件)；将它们加工成图15(a)中所示的波纹型；然后将两个或两个以上波纹型催化剂组装成重叠状态，其横切面图如图15(b)中所示(日本专利公开No．昭54-79188和昭59-73053)。另一方面，其他一些催化剂结构物也是已知的，其中一种其他波纹型催化剂或一种其他波纹型催化剂和平板催化剂相结合。例如，具体已知图16(a)、(b)或(c)中所示横截面图的催化剂结构物(日本专利未决公开No．53-136656和64-12627)。
但是，通过将传统的催化剂元件重叠生产的催化剂结构物有高的压力损失。此外，由传统的催化剂元件还难以制得有足够高强度的催化剂结构物，因为传统的催化剂元件易于变形。另外，传统的催化剂结构物还有这样一个问题，即不能得到高的催化活性，因为催化剂元件之间的接触面积很大，使有效的催化剂面积变小，因为粉尘易于沉积在结构物中。
本发明的第一个目的是提供具有以下优点的催化剂元件和催化剂结构物：粉尘几乎不在催化剂元件之间沉积以及催化剂元件和催化剂结构物具有足够高的强度，甚至当元件的厚度减小时。
本发明的第二个目的是提供能经济且大量生产催化剂元件和催化剂结构物的方法。
本发明的第三个目的是提供这样的催化剂结构物，在这些催化剂结构物中，催化剂元件之间的接触面积小，因此可有效地利用催化剂。
本发明的第四个目的是提供用于净化废气的设备和方法，其中在气流通道中的气流被扰动，以提高要处理的气体与催化剂之间的接触，从间可提高催化活性。
发明的公开内容
本发明汇集如下：
(1)一种用于净化废气的催化剂结构物，它由一个或多个催化剂元件的重叠物和放置该重叠物的框架组成，
每一催化剂元件用以下方法制成：将表面负载有催化剂组分的长方形板或正方形板沿平行于板两侧面的方向以预定的间隔弯曲或阶梯形状，以致在该元件中交替形成平板部分(下文中“平板部分”指如图所示的阶梯中的踏板部分)和标高度变化部分(下文中“标高变化部分”指如图所示的阶梯中的升高部分或类似的部分)，
将催化剂元件这样重叠，以致标高变化部分的位置在邻连的催化剂元件之间按预定的长度变化，以及
在邻连的催化剂元件之间催化剂元件形成的气流通道有长方形或菱形截面。
(2)在上面节(1)中所述的用于净化废气的催化剂结构物，其中在重叠物中一个催化剂元件在标高变化部分的端部或其附近有三个或三个以上点与邻连的催化剂元件接触，以完全彼此支撑。
(3)在上面节(1)或(2)中所述的用于净化废气的催化剂结构物，其中在每一催化剂元件中，平板部分的长度和标高变化部分的高度是相同的。
(4)在上面节(1)或(2)中所述的用于净化废气的催化剂结构物，其中在催化剂元件中平板部分的长度P和标高变化部分的高度S之间存在P＞S的关系式，而催化剂元件中标高变化部分和平板部分之间形成的角度为90°或更大(如图2中所示)。
(5)上面节(1)或(2)中所述的用于净化废气的催化剂结构物，其中每个催化剂元件的长度为标高变化部分的高度和平板部分的长度总和的整数倍数。
(6)上面节(1)至(5)中任一节中所述的用于净化废气的催化剂结构物，其中每个催化剂元件用以下方法制成：将含有至少两种选自钛、钒、钼和钨的金属的催化剂组分涂覆到金属的、陶瓷的或玻璃的网状基质上，以致催化剂组分将网状基质的筛孔填满。
(7)用作上面节(1)中所述的用于净化废气的催化剂结构物的以及用以下方法制成的催化剂元件：将表面负载有催化剂组分的长方形板或正方形板沿平行于板两侧面的方向以预定的间隔弯曲成阶梯形状，以致在该元件中交替形成平板部分和标高度变化部分。
(8)生产用于净化废气的催化剂结构物的方法，该法包括在用于催化剂元件的带状基质中交替形成有预定长度的平板部分和预定高度的标高变化部分，以致制成梯形基质；依次将如此制得的阶梯状基质的平板部分沿平行于标高变化部分和平板部分形成的棱边的方向切割，以致在每一切割的催化剂元件的总长度W和每一元件中邻连的标高度变化部分之间的距离L之间有如下关系：
W=nxL+L-d式中，n为每片元件的标高变化部分的数目，d为一个小于L但大于0的常数，以制成两个或两个以上催化剂元件，然后将催化剂元件重叠(如图3所示)。
(9)用于生产上面节(8)所述的净化废气的催化剂结构物的方法，其中在带状的基质切割成有预定总长度W的催化剂元件以前或以后，将具有催化活性的催化剂组分负载在带状的基质上。
(10)一种用于生产净化废气的催化剂结构物的方法，该法包括预先将用于催化剂元件的带状的基质按预定长度切割，以致在制成的每一元件中每一催化剂元件的总长度W与邻连的标高变化部分之间的距离L之间有以下关系：
W=nxL+L-d式中，n为每片元件的标高变化部分的数目，d为一个小于L但大于0的常数，以便制成两个或两个以上单元催化剂元件；在每一催化剂元件中交替形成有预定长度的平板部分和有预定高度的标高变化部分，以致通过邻连的催化剂元件之间的长度d来改变形成的平板部分和标高变化部分的位置；然后将催化剂元件重叠。
(11)一种用于生产上面节(10)中所述的净化废气的催化剂结构物的方法，其中在基质切割成具有预定总长度W的催化剂元件以前或以后，将催化剂组分负载在用于催化剂元件的带状的基质上。
(12)一种用于净化废气的催化剂结构物，它包括两个或两个以上催化剂元件的重叠物和放置催化剂元件的框架，
通过在催化剂元件中交替制成平板部分和标高变化部分的方法将每一催化剂元件成型成梯形，
在每一催化剂元件中，连接催化剂元件中相邻标高变化部分相应顶点的直线与标高变化部分中的平面之间形成的角小于90°，
将催化剂元件重叠，以致邻连的催化剂元件彼此至少在催化剂元件的顶点处接触，以及
在邻连的催化剂元件之间，催化剂元件形成的气流通道有长方形的或菱形的截面。
(13)上面节(12)中所述的用于净化废气的催化剂结构物，其中催化剂元件两端按这一方向放置，在这一方向形成平板部分和标高变化部分与标高变化部分成一线。
(14)上面节(12)或(13)中所述的用于净化废气的催化剂结构物，其中在催化剂元件的两端标高变化部分的平面和直接连接标高变化部分顶点的直线之间形成的角为90°。
(15)上面节(12)-(14)中任一节中所述的净化废气的催化剂结构物，其中催化剂元件用以下方法制成：将含有至少两种选自钛、钒、钼和钨的金属的催化剂组分涂覆到金属的、陶瓷的或玻璃的基质上，以致将催化剂组分填满网状基质的筛孔。
(16)上面节(12)-(15)中任一节中所述的净化废气的催化剂结构物，其中通过将有大量穿孔的金属的、陶瓷的或玻璃的网状构件插在催化剂元件之间将催化剂元件重叠。
(17)上面节(16)中所述的净化废气的催化剂结构物，其中插在催化剂元件之间的网状构件为金属丝布或陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物。
(18)上面节(16)或(17)中所述的净化废气的催化剂结构物，其中在金属丝布或陶瓷纤维或玻璃纤维的纺织物中沿垂直于气流方向的金属丝或纤维的直径大于沿气流方向的金属丝或纤维的直径。
(19)上面节(16)-(18)中任一节中所述的净化废气的催化剂结构物，其中通过用无机粘合材料浸渍陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物的方法使它增强。
(20)上面节(17)或(18)中所述的净化废气的催化剂结构物，其中将含有至少一种选自钛、钒、钼和钨的金属的催化剂组分负载在金属丝布或陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物的表面上。
(21)一种装有上面节(1)-(6)和(12)-(20)中任一节中所定义的催化剂结构物的净化废气的设备，它放置在废气流通道中。
(22)一种使用上面节(21)中所述的净化废气的设备来净化废气的方法。
(23)一种净化废气的方法，该法包括使用上面节(21)规定的净化废气的设备来分解和除去废气中的氮氧化物。
附图简介
图1(a)为本发明的催化剂元件的透视图，图1(b)为通过两个或两个以上催化剂元件重叠制得的催化剂结构物的横截面图。
图2为说明本发明催化剂元件测量的示图。
图3和4为说明生产本发明催化剂元件的方法的示图。
图5为说明用传统技术生产的催化剂结构物的问题的辅助图。
图6为说明本发明特征的示图。
图7(a)和(b)分别为说明本发明另一催化剂元件以及用两个或两个催化剂元件重叠制得的催化剂结构物的示图。
图8和9为本发明其他催化剂元件的部分放大截面图。
图10(a)和(b)为说明本发明中催化剂元件的重叠状况的示图。
图11为说明本发明另一催化剂结构物中重叠的催化剂元件一端的状况的示图。
图12(a)、(b)和(c)为说明网状构件插入催化剂元件之间的实施例的示图。
图13为说明本发明中一个功能的部分截面图。
图14为分别说明用于本发明的编织织物中纵向或横向排列的纤维直径与气流方向关系的示图。
图15(a)和(b)分别为说明用传统技术生产的另一催化剂元件及其重叠状况的示图。
图16(a)、(b)、(c)为说明用传统技术生产的催化剂结构物的另一些
实施例的示图。
实施本发明的最好方式
现在，将参考附图更详细地描述本发明。
正如图1(a)所示，用以下方法来生产本发明的催化剂元件1：用基质将催化剂组分负载到它的表面上；按一定间距交替重复形成平板部分和标高变化部分，得到阶梯状。如图1(b)所示，将两个或两个以上的催化剂元件1在框架2中重叠，形成具有一定空间的催化剂结构物，这一空间成为气流通道3。
正如从图1(a)看见的，通过按预定的间隔沿平行两侧边1A的方向向相反方向弯曲长方形基质或正方形基质的方法制成催化剂元件1中的标高变化部分。正如图2所示，在标高变化部分沿相反方向弯曲的角a和角b是相同的或大致相同的。在这方面，弯角a和弯角b在理论上可为任何数值，但一般情况下它们优选为接近90°的钝角。平板部分的长度P和标高变化部分的高度S可为相同的，但最好选择长度P的数值大于高度S，因为可得到有较少数目的死角部分的催化剂结构物，因此可防止粉尘的沉积；当催化剂元件重叠时，在邻连的催化剂元件1相互接触的位置上形成死角部分。
虽然对于标高变化部分的高度s来说，可选择任何数值，但这一数值决定了催化剂元件之间的重叠空间(间距)。因此，对于用于净化废气的其中角度为90°左右的催化剂元件，通常选择这一空间小于10毫米、优选约6至约3毫米。
虽然它取决于标高变化部分的高度和标高变化部分之间的间隔，但催化剂元件重叠时邻连的催化剂元件相互重叠的长度d通常小于标高变化部分的高度s的1／2，在实际应用中优选2-5毫米。
在本发明中，图1(b)中所示的催化剂结构物可通过这样排列邻连的催化剂元件来制得：标高变化部分的位置依次按预定的长度d在邻连的催化剂元件之间变更。虽然有几种这样的方法可供使用，但当按以下方法生产催化剂元件1时，可得到标高变化部分的位置在其中规则变更的催化剂结构物：①预先将用于催化剂元件的板状材料切割成预定长度，并制成催化剂元件，以致平板部分的长度P为标高变化部分的高度S的整数倍数，而标高变化部分的位置每次按标高变化部分的高度S的整数倍数变更。②在用作催化剂元件的平的带状基质中连续形成有预定长度的平板部分和有预定高度的标高变化部分，然后依次这样切割平板部分，以致在每一切割的催化剂元件的总长度W和在每一元件中相邻的标高变化部分之间的距离L之间有以下关系，如图3所示：
W=nxL+L-d    (1)式中，n为每片元件的标高变化部分的数目，d为长度d(常数)，它小于L但大于0。
用这一方法，可以很容易制得大量的催化剂元件1。
如上所述，图1(b)所示的催化剂结构物可很容易用以下方法制得：选择总长W和两个相邻标高变化部分之间的距离L；重复制成标高变化部分；将基质都切割成预定长度W；然后将切割的基质重叠。③在另一方法中，当预定的平板部分的长度和预定的标高变化部分的高度决定以后，催化剂元件1的总长定为W，催化剂元件可用以下方法生产：将用于生产催化剂元件1的基材1’切割成这样一长度，以致可得到上述预定的长度W；然后用压模b将切割的基材制成催化剂元件，可如图4所示，用压模形成距离L，同时变更预定的长度d。用这些步骤可制得满足上述方程式(1)的关系的催化剂元件1。
通过依次将③所述方法制得的催化剂元件1重叠在框架2中可以很容易制得图1(b)中所示的催化剂结构物。
虽然希望在本发明的催化剂元件中所有平板部分的长度是相同的以及催化剂元件中所有标高变化部分的高度也是相同的，但使它们有其他尺寸也是可能的，除非有悖于本发明的目的。
用以下方法生产的催化剂元件优选用作本发明的催化剂元件：将催化剂组分涂覆陶瓷纤维基材或网状金属板的表面，以致催化剂组分填满筛孔。
用以下方法制得本发明的催化剂元件：将带状的基材切割成有预定总长的催化剂元件以前或以后，使具有催化活性的催化剂组分负载在用于带状的催化剂元件的基材上。
同样，这样一种净化废气的设备包括在本发明的范围内，它有上述的催化剂结构物，并放置在废气流通道中，以致重叠的催化剂元件的横截面变成废气的流动通道。
在本发明中，这样排列邻连的催化剂元件，以致至少有三点(A、B和C)接触，如图6所示，因此催化剂结构物变成这样一种沿图中所示的横向加力很难出现变形的形状。
相反，当施加如图5所示的横向力时，传统的催化剂结构物很容易变形，因此在邻连的催化剂元件之间形成气流通道的距离变小。因此，在传统的催化剂结构物中，不能得到足够高的强度。
在本发明的催化剂结构物中，通过组合催化剂元件1形成长方形截面的气流通道3，施加横向力几乎不会使它变形，如图1(b)中所示那样的基本单元。所以，本发明的催化剂结构物很坚固，甚至当长期使用时，也不会由于邻连的催化剂元件之间的压缩减小而产生空隙，也不会因气流波动时产生这样的问题。本发明的催化剂结构物对波动特别稳定。
此外，在本发明的催化剂结构物中，在结构物中催化剂元件之间形成的气流通道的截面为长方形。因此，通过选择长方形中的长边比短边有足够大的长度可显著减少引起粉尘沉积的死角部分的数目。因此，在本发明的催化剂结构物中，与传统的蜂窝状催化剂结构物相比，粉尘很难沉积。所以，本发明的催化剂结构物在较小间距下使用，甚至在粉尘浓度高的情况下使用，从而得到紧凑的脱硝设备。
在本发明的催化剂结构物中，与图15(b)中所示的传统技术中的气流通道相比，如图1(b)中所示的催化剂元件1之间的形成的气体通道是简单的，因此不出现被气体吹走。此外，也没有气流速度局部变高的情况。因此，本发明的催化剂结构物不会局部磨损，甚至当含有大量烟尘例如煤废气的气体通过时。
此外，当制成催化剂元件1时，不会施加过高的应力，因为在图1)a)中所示的本发明的催化剂结构物中，在用于催化剂元件的每一基材中制成的标高变化部分的形状是简单的，通过将平基材制成这样一形状来生产元件，其中平基材交替弯曲成直角或接近直角的钝角；没有试件裂开或强度下降的情况。所以，根据本发明，可很容易制成很薄的催化剂元件。因为在本发明中不需要制成复杂的形状，所以有可能很容易制得邻连的催化剂元件之间的间距很窄的催化剂结构物。
其次，图7(a)和(b)为说明本发明第二个实施方案的催化剂元件和催化剂结构物的示图；图8和图9说明催化剂元件的细节。在本发明的这一实施方案中，催化剂元件用以下方法生产：将其上负载有催化剂组分的长方形或正方形板沿平行两侧边的1A边按预定的间隔弯曲成阶梯形，以便交替形成平板部分5和标高变化部分4。与图1所示的催化剂元件的差别是，平板部分5和标高变化部分4之间形成的角a和b设计为相同的锐角。通过这样的排列，如图7(b)所示，有可能将许多相同形状的催化剂元件重叠起来。在本发明的催化剂元件中，选择连接相邻标高变化部分相应顶点的直线5A和标高变化部分4的平面之间形成的角α小于90°、优选60°-90°、更优选70°-85°，如图9所示。虽然角α按催化剂间距的高度和催化剂元件之间的间距而变化，但在实际应用中选择70°、80°或90°。
在本发明的催化剂元件中，如图7(a)所示，在平板部分5的两端沿平板部分和标高变化部分成一排排列的方向有标高变化部分4；使两端的标高变化部分4的平面部分与上述连接相邻的标高变化部分相应顶点的直线5A之间形成的角α与框架一致，通常为90°。
具体地说，本发明的催化剂元件用以下方法生产：使用有加热设备的冲压设备将催化剂组分涂覆到金属基材、陶瓷基材等上制备的板状催化剂制成如图7(a)所示的交替有标高变化部分4和平板部分5的整体产品。作为有加热设备的冲压设备，例如可提及的是这样一种机加工工具，例如滚压机和平压机。
如图8所示，在普通的用于净化废气的催化剂中，成型的尺寸基本上可为任何大小，厚度为0．5-2毫米；平板部分的长度L为20-100毫米，标高变化部分的高度h为2-10毫米。
上述本发明第二个实施方案的特征之一是用这样一种方法制成催化剂结构物，这一方法是本发明第一个实施方案的改进方法(图1(a)、(b))，在第一个实施方案中使用两种或两种以上有不同末端的催化剂元件。具体地说，在第二个实施方案中使用有相同形状的催化剂元件。
图10(a)为说明这样一种状况的示图，其中将连接相邻标高变化部分的相应顶点的直线与标高变化部分的平面之间形成的角α大于90°的催化剂元件这样重叠，以致在本发明的第一个实施方案中的重叠部分d(参见图6)变为0。另一方面，图10(b)为说明这样一种状况的示图，其中将上述角α小于90°的两个或两个以上催化剂元件在本发明的第二个实施方案中重叠。在图10(a)的情况下，为了制成稳定的催化剂结构物，这样来重叠催化剂元件是必要的；在顶点部分将上催化剂元件与下催化剂元件重叠某一长度，以致每一个催化剂元件的位置按长度d变更。因此，为了将催化剂元件组装在预定尺寸的单元中，如图1(b)所示制备不同形状的催化剂元件是必要的。但是，在图7(b)所示的本发明第二个实施方案中，通过使角α小于90°，有可能在邻连的催化剂相互接触的点保持某一重叠部分d，因此催化剂结构物可仅由相同形状的催化剂元件制成，甚至在大量的催化剂元件在不移动的条件下重叠时。因此，在本发明的第二个实施方案中，与图1(a)和(b)所示的第一个实施方案相比，催化剂结构物的生产率大大提高。
虽然在本发明的第二个实施方案中，上述重叠部分d可能是线接触，但是同样象在上述的第一个实施方案中那样，重叠部分d通常小于标高变化部分高度的一半，在实际应用中优选为2-5毫米。
此外，在图7(b)的催化剂元件中，在两端标高变化部分的平面4A和连接相邻标高变化部分的相应顶点的直线5A之间形成的角α为90°。基于这一排列，在催化剂元件两端的标高变化部分的平面4A起到防止催化剂元件与邻连的元件在两端接触的垫片作用，以及上述标高变化部分的4A作为一个面支撑催化剂本身的重量。根据本发明，在上述催化剂元件的两端催化剂元件之间距离的不规则以及催化剂元件两端和催化剂框架的接触为线接触引起的强度不够都得到解决，因此可防止催化剂元件的损坏。
如上所述，本发明的第二个实施方案改进了上述第一个实施方案，并有这样的效果：因为在催化剂结构物中气流通道的截面与第一个实施方案中的一样接近长方形，因此压力损失和粉尘的沉积都很小；因为催化剂元件之间的接触点数目和变得无效的催化剂面积都很小以及气流速度的差异几乎不出现；因此催化剂的性能显著提高。
本发明的催化剂结构物可通过将上述的本发明第一个实施方案或第二个实施方案有平板部分和标高变化部分的催化剂元件通过平网状产品组装来制成。
在本发明中，用以下方法生产催化剂元件：将含有作为主要组分的氧化钛和一种或多种像钒、钼和钨这样的氧化物的脱硝活性组分的催化剂糊状物涂覆到基质上，以致它的筛孔被糊状物填满；压制该基质，然后制成上述特定的形状。在催化剂糊状物中，可加入无机纤维和粘合剂。
作为催化剂基质，可使用有孔的金属基质例如金属丝布和金属板条、无机纤维纱例如陶瓷纤维纱和玻璃纤维纱编织成网状结构物制得的编织物或用无机粘合剂浸渍或涂覆编织织物从而使织编织物产生刚性而制得的产品。这样的催化剂基质得到更好的结果，因为在催化剂元件重叠时催化剂基质的强度允许的范围内，基质中的开孔尺寸更大。在这一说明书中，术语“金属板条”指用以下方法制成网状产品的金属板：在金属板中按预定的间隔制成预定长度的Z字型切口；用预定的力沿垂直切口的方向拉伸金属板，通过切口的变形形成许多穿孔(小孔)。
作为上述网状产品，可使用以下方法制备的材料：将催化剂组分这样负载或涂覆到金属纤维或无机纤维的网状产品的表面上，以致于筛孔不堵塞。
图12(a)、(b)和(c)为说明本发明使用的催化剂元件1通过网状产品23重叠生产的催化剂结构物的示图。在图12(c)中，示出催化剂结构物24，它由交替重叠并放置在框架2中的大量有平板部分7和标高变化部分8的催化剂元件1以及网状产品23组成。
根据上述的催化剂结构物，网状产品引起的气体扰动作用增加，因此催化反应的效率提高。一般来说，在气流通道与气流方向平行的催化剂结构物中，在通道中流动的气体形成层流，在流动通道的中心部分的目标组分扩散到催化剂表面的速度显著变慢。与这样的结构物不同，因为网状产品排列在所述的本发明催化剂结构物中，以致网状产品穿过气体扩散速度变慢的气流通道的中心部分，网状产品表面的突出部分的凹陷部分以及网状产品本身产生的Karman’s涡流使中心部分的气流扰动。因此，目标组分向催化剂表面的扩散大大提高。因此，在本发明中，甚至使用相同数量的催化剂也可得到极高的催化剂性能。
图13为说明图12(c)中平行气流方向的催化剂结构物部分截面的示图。在该图中，在催化剂元件1之间形成气流通道3。在气流通道3的中心部分，放置有网状产品23，由网状产品23形成废气的Karman’s涡流。
当陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物或金属丝布用作本发明的网状产品时，优选使用这样的陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物或金属丝布，其中垂直于气流方向，也就是气流方向29的纤维或金属丝27的直径(下文简称纤维直径)大于沿气流方向的纤维直径28。借助这一排列，气流被扰动，从而促进了催化反应，以及因为催化剂结构物的强度增加，由于气流通道改形引起的压力损失减小，供气费用可降低。
在本发明中，当催化剂元件重叠时，随着放置在催化剂元件之间的编织织物或金属丝布中垂直于气流方向放置的纤维或金属丝的尺寸变化，可在催化剂结构物的强度和催化剂的性能方面得到更好的结果，除非用于扰动气流的编织织物或金属丝布中的开孔在织物或布的附近被堵塞。另一方面，随着放置在平行于气流方向的纤维或金属丝的尺寸变小，可得到更好的结果，条件是它应在催化剂元件重叠时能够确保催化剂元件强度在这一范围内。
在本发明中，放在催化剂元件之间的编织织物通过无机纤维例如陶瓷纤维和玻璃纤维的捻纱编织成网状产品来制备。编织的方法不受特别地限制，但通常采用平纹编织、飞穿平纹编织或纱罗编织，在强度方面纱罗编织得到优选的结果。优选使用包括氧化硅和氧化钛在内的无机粘合剂来增强编织织物，以提供刚性。
在本发明中，优选将催化剂组分负载或涂覆在放置在催化剂元件之间的编织织物或金属丝布的表面，达到编织织物或金属丝布的筛孔中存在的穿孔不被堵塞的程度。催化剂组分例如含有氧化钛和一种或多种钒、钼或钨的氧化物。在重叠时催化剂元件的强度允许的范围内，随着编织织物或金属丝布中的开孔尺寸变大，它们得到更好的结果。下面参考具体的实施例更详细地描述本发明。
实施例1
用以下方法制得催化剂基质：用含有40％氧化钛、20％硅溶胶和1％聚乙烯醇的浆液浸渍纤维直径9微米的1400E玻璃纤维捻纱制得的网状产品，密度10纱／25．4毫米，然后在150℃下干燥以得到刚性。
另一方面，在分开的步骤中，将25公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、23公斤偏钒酸铵(NH4VO3)和30公斤草酸加到比表面积为270米2／克的氧化钛中，进一步加入20％(重量)的硅溶胶，SiO2的数量为8％(重量)，然后将混合物捏合，同时加水，制成糊状物。将30公斤高岭土型无机纤维(由Isolite Insulating Products Co．，Ltd．生产；商品名Kaowool)加到糊状物中，进一步捏合，制得水含量为30．5％的糊状物。
将如此制得的糊状物放在用上述步骤制备的500毫米宽的两片基质之间，用一对压辊压制它们，使它们涂覆在网状产品的表面和它的筛孔中；将基质切割成480毫米长，得到1．1毫米厚的板状催化剂元件。此后，将每一催化剂元件插入对应有图2所示的标高变化部分的模6(图4)中，用模压制，同时加热干燥，从而制成标高变化部分。
在这一情况下，制成的催化剂元件的形状如下：
平板部分的长度P为44毫米，标高变化部分的高度S为4毫米，平板部分和标高变化部分之间形成的角度为90°(图2)，而每一催化剂元件形成标高变化部分的位置变更4毫米的距离。
将如此制得的催化剂元件组装在金属框架中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得图1(b)所示的催化剂结构物。
实施例2
将2．4公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)和1．28公斤的偏钒酸铵(NH4VO3)加到67公斤偏钛酸的浆液中(TiO2含量：30％(重量)，SO4含量：8％(重量))，用加热捏合机进行捏合，同时蒸发水分，得到含有约36％水的糊状物。此后，将这一糊状物挤条成3φ的棒状材料、造粒、在流化干燥器中干燥，然后在大气环境中在250℃下焙烧2小时。用锤磨机将如此制得的小粒破碎成平均直径为5微米的粉末，得到第一种组分。此时粉末中每组分V／Mo／Ti的比率为4／5／9(原子比)。用捏合机将20公斤如此制得的粉末、3公斤Al2O3·SiO2型无机纤维和10公斤水捏合1小时，将它们制成糊状物。用滚压机将这一催化剂糊状物涂覆在宽490毫米和厚0．2毫米的SUS304金属板条基质的表面上和它的筛孔中，得到0．9毫米厚的板状催化剂。再用对应有长度P为64毫米的平板部分和7个对应有高度S为6毫米的标高变化部分的压模6制成催化剂元件的平板基质。在这一情况下，将基质制成这样的催化剂元件：对于每一基质形成标高变化部分的位置变更6毫米。将如此制得的催化剂元件组装在金属框架中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，得到图1(b)所示的催化剂结构物。
对比例1
制成有实施例1的催化剂元件大致相同尺寸的波型催化剂元件后，用实施例1中相同的方式制得催化剂结构物，不同的是，将上述波型催化剂元件重叠，而它的上下边的方向如图15(b)所示交替变化。
对比例2
制成有实施例2的催化剂元件大致相同尺寸的波型催化剂元件后，用实施例2中相同的方式制得催化剂结构物，不同的是，将上述波型催化剂元件重叠，而它们上下边的方向如图15(b)所示交替变化。
在表1所示的条件下，对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2的每种催化剂结构物测定压力损失和脱硝率。得到的结果列入表2。表1
          项目 数值
废气温度(℃) 350
废气流速(米／小时) 7
AV(催化剂面速)(米／小时) 34
废气类型NOx浓度(ppm)NH3浓度(ppm) 液化石油气燃烧废气8096
表2
催化剂 压力损失(毫米水柱／米) 脱硝率(％)
实施例1 45 94
实施例2 16 93
对比例1 58 89
对比例2 21 86
从这些结果可以认识到，与传统的催化剂结构物相比，本发明的催化剂结构物有较小的压力损失和较高的脱硝率。在对比例的催化剂结构物中，气流通道的有效截面积降低使压力损失增加，同时在波纹部分顶点附近气流速率增加，因为复杂的波型结构物用作垫片，从而仅得到低的脱硝率。与此不同，本发明的催化剂结构物可得到高的脱硝率，因为在该结构物中气流通道的形状接近长方形。
此外，与对比例的相比，本发明的催化剂结构物甚至在强度方面也是极好的。特别是当使用陶瓷基质的实施例1的催化剂和对比例1的催化剂比较时，可以看出本发明的催化剂结构物有这样的结果：压缩引起的结构变形以及气流通道形状的破坏是小的。
实施例3
用含有40氧化钛、20％硅溶胶和1％聚乙烯醇的浆液浸渍由纤维直径为9微米的1000E玻璃纤维的捻纱纱罗编织制备的网状产品，密度为10纱／25．4毫米然后在150℃下干燥得到有刚性的催化剂基质。
另一方面，在分开的步骤中，将25公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、23公斤偏钒酸铵(NH4VO3)和30公斤草酸加到120公斤比表面积约为270米2／克的氧化钛中，进一步加入20％(重量)的硅溶胶，SiO2的数量为8％(重量)，然后将混合物捏合，同时加水，制成糊状物。将30公斤高岭土型无机纤维(商品名：Kaowool)加到糊状物中，进一步捏合，制得水含量为30．5％的糊状物。
将如此制得的糊状物放在用上述步骤制备的两片500毫米宽的基质之间，并用一对压辊压制它们，使它们涂覆到网状产品的表面上和其筛孔中，制得0．6毫米厚的带型催化剂。通过一对如图2所示的阶梯形加热压辊压制如此制得的带型催化剂，其中P为35毫米，S为3毫米和a为100°，连续在其中形成标高变化部分。此后，将如此制得的带型产品切成487毫米长。
将如此制得的催化剂元件组装在金属框架中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得图1(b)所示的催化剂结构物。
对比例3
尽管用有类似对比例1中催化剂元件的形状和高度为3毫米的催化剂元件制备的催化剂结构物进行了实验，但由于陶瓷筛网的切割和制成后元件的低强度，不能得到具有高强度的催化剂结构物。
如上所述，根据本发明，可用板状催化剂元件制得具有高强度长方形气流通道的催化剂结构物。本发明的催化剂结构物使制得有较小压力损失和极好脱硝性能的废气净化设备成为可能。此外，甚至当催化剂元件的厚度和催化剂元件之间的距离很小时，本发明仍可制得有高强度的催化剂结构物，因为本发明的催化剂结构物有简单的形状。在这些事实的基础上，根据本发明可得到紧凑且可高速净化废气的设备。
此外，根据本发明，催化剂结构物中的气流通道不会被粉尘堵塞，因为废气中的烟尘易于在催化剂结构物中沉积的死角数目很少。因此，使用本发明催化剂结构物的净化废气的设备可作为从烧重油或煤的锅炉废气脱硝的设备长时间稳定操作。
实施例4
用以下方法制得有刚性的催化剂基质：用含有40％氧化钛、20％硅溶胶和1％聚乙烯醇的浆液浸渍用纤维直为9微米的1400E玻璃纤维的捻纱平纹编织制备的网状产品，密度为10纱／25．4毫米然后在150℃下干燥制得得有刚性的催化剂基质。
一方面，在分开的步骤中，将0．25公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0．23公斤偏钒酸铵(NH4VO3)和0．3公斤草酸加到1．2公斤比表面积为270米2／克的氧化钛中，再加入20％(重量)硅溶胶，SiO2数量为8％(重量)，然后将混合物捏合，同时加水，制成糊状物。将高岭土型无机纤维(商品名Kaowool)加到糊状物中，进一步捏合，制得水含量为30．5％的糊状物。
将如此制得的糊状物放在用上述步骤制备的500毫米宽的两片基质之间，并用一对压辊挤压它们，使它们涂覆在网状产品的表面上和筛孔中后，将基质切成480毫米长，制得催化剂元件用的板状催化剂基质，厚度为0．7毫米。此后，将每一基质插在制成图7(a)中所示的有标高变化部分的催化剂元件的模中，一边压制一边加热干燥，形成标高变化部分。在这种情况下，制成的催化剂元件的形状如下：
平板部分的长度P为44毫米，标高变化部分的高度S为4毫米，在两端的标高变化部分中的平面部分4A与连接相邻标高变化部分的相应顶点的直线之间形成的角α为90°，在除棱边位置以外的位置上标高变化部分的平面部分与连接顶点的直线之间形成的角α为70°(图9)。
将如此制得的催化剂元件组装在金属框架中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得图7(b)所示的催化剂结构物。
实施例5
将2．4公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)和1．28公斤偏钒酸铵(NH4VO3)加到67公斤偏钛酸浆液中(TiO2含量：30％(重量)、SO4含量：8％(重量))，然后用加热捏合机捏合，同时使水蒸发，制得含36％水的糊状物。此后，将这一糊状物挤条成3φ的棒状物，造粒，在流化干燥器中干燥，然后在大气中在250℃下焙烧2小时。将如此制得的小粒用锤磨机粉碎成平均直径为5微米的粉杰，制得第一组分。此时粉末中每组分的V／Mo／Ti为4／5／9(原子比)。
用捏合机将20公斤如此制得的粉末、3公斤Al2O3·SiO2型无机纤维和10公斤水一起捏合1小时，将它们制成糊状物。将这一催化剂糊状物涂覆到宽490毫米和厚0．2毫米的SUS304金属板条基质的表面上，用滚压机将它们压入筛孔中，制得0．9毫米厚的板状催化剂基质，再用压模将基质制成催化剂元件，制成平板部分的长度L为64毫米、标高变化部分的高度h为6毫米的催化剂元件(图8)，两端标高变化部分中的平面部分4A与连接相邻标高变化部分的相应顶点的直线之间形成的角α为90°以及除棱边部分以外的标高变化部分中的平面部分与连接相应顶点的直线之间形成的角α为80°(图9)。
将如此制得的催化剂元件组装在金属框架内，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得图7(b)所示的催化剂结构物。
对比例4
按上述实施例4中相同的方式制备对比例4的催化剂结构物，不同的是在用作催化剂元件的基质制成具有实施例4催化剂相同尺寸的波型后将催化剂元件重叠的同时，按图15(b)所示交替变化上下边的方向。
对比例5
按上述实施例5中相同的方式来制备对比例5的催化剂结构物，不同的是，在将用于催化剂元件的催化剂基质制成有实施例催化剂相同尺寸的波型以后，将催化剂元件重叠，同时按图15(b)所示交替变化上下侧的方向。
在表3所示的条件下，测定实施例4和5以及对比例4和5的催化剂结构物的压力损失和脱硝率。如此得到的结果列入表4。表3
          项目 数值
废气温度(℃) 350
废气流速(米／小时) 7
AV(催化剂面速)(米／小时) 34
废气类型NOx浓度(ppm)NH3浓度(ppm) 液化石油气燃烧废气8096
表4
催化剂 压力损失(毫米水柱／米) 脱硝率(％)
实施例4 44 96
实施例5 17 94
对比例4 58 89
对比例5 21 86
从表4可以认识到，与对比例相比，实施例4和5的催化剂结构物有较小的压力损失和较高的脱硝率。也就是说，本发明实施例的催化剂结构物有高的机械强度，因为气流通道的截面形状接近长方形，而且这些实施例的催化剂结构物有更大的有效表面积。因此，本发明的催化剂结构物可使压力损失减小。此外，本发明的催化剂结构物可达到废气流速均匀的分布和高的脱硝率，因为催化剂元件没有对比例中那样的复杂形状。此外，本发明的催化剂结构物与对比例的相比，有极好的强度。特别是当使用陶瓷的实施例4与对比例4比较时，可以看出，实施例4的催化剂结构物由于压缩产生的结构变形和气流通道形状的变化是小的。
也就是说，实施例4和5的催化剂元件甚至当使用陶瓷基质时也可避免损坏，因为它的形状简单。此外，根据本发明，甚至当催化剂元件的厚度和催化剂元件之间的间距很小时，也可制得高强度的催化剂结构物。因此，本发明的催化剂结构物可足以满足结构紧凑和高流速下处理废气的需求。
实施例6-1
用以下步骤制得催化剂结构物：用含有40％氧化钛、20％硅溶胶和1％聚乙烯醇的浆液浸渍纤维直径为9微米的1000E玻璃纤维的捻纱经纱罗编织制得的网状产品，密度为10纱／25．4毫米，然后在150℃下干燥，得到刚性。
其次，将实施例4中制得的含水30．5％的糊状物放在用上述步骤制备的500毫米宽的两片基质之间，然后用一对压辊挤压它们，使它们涂覆在网状产器的表面上和筛孔中，制得0．6毫米厚的带状催化剂基质。将如此制得的基质切成480毫米长，然后用一对有这样尺寸和角度的阶梯形加热模压机压制，它们对应于这样的催化剂元件：平板部分5的长度为35毫米，标高变化部分4的高度为3毫米(图8)，两端标高变化部分中的平面部分4A与连接相邻标高变化部分的顶点的直线之间形成的角α为90°以及除两端以外的标高变化部分中的平面部分与连接顶点的直线之间形成的角α为85°(图9)，制成催化剂元件。将如此制得的催化剂元件组装在金属框架中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得图7(b)所示的催化剂结构物。
实施例6-2
按实施例6-1中相同的方式制备类似实施例6-1的催化剂元件，不同的是，包括元件两端在内的标高变化部分中的所有平面部分与连接相邻标高变化部分相应顶点的直线之间形成的角α都为97°。将如此制得的催化剂元件组装在金属框架中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得图1(b)所示的催化剂结构物。
将实施例6-1和实施例6-2中制得的催化剂结构物分别放在卡车的货板上，如图11所示，元件以竖直方向放置。将卡车在普通公路上行驶2小时，观察催化剂元件的移动和损坏程度。在实施例6-1的催化剂结构物中，试验后催化剂元件的移动或损坏不明显，因为催化剂元件的两端被标高变化部分的平面支承，两端的标高变化部分还起垫片的作用。相反，在实施例6-2的催化剂结构物中，在行驶时两端部分受冲击造成损坏，并观测到两端元件之间的距离变得不均匀的现象。
从这些事实可清楚得到，本发明的第二个实施方案是第一个实施方案的改进，第二个实施方案的催化剂结构物是有足够高强度的极好的催化剂结构物。
实施例7
用以下步骤制得催化剂结构物：用含有40％氧化钛、20％硅溶胶和1％聚乙烯醇的浆液浸渍纤维直径为9微米的1400E玻璃纤维的捻纱经平纹编织制备的网状产品，密度为10纱／25．4毫米，然后在150℃下干燥，产生刚性。
另一方面，在分开的步骤中，将0．25公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0．23公斤偏钒酸铵(NH4VO3)和0．3公斤草酸加到比表面积为270米2／克的1．2公斤的氧化钛中，再将20％(重量)的硅溶胶加入，SiO2的数量为8％(重量)，然后将混合物捏合，同时加水，制成糊状物。将15％(重量)数量的高岭土型无机纤维(商品名Kaowool)加到糊状物中们进一步捏合，制得含水量为30．5％的糊状物。
将如此制得的糊状物放在用上述步骤制备的500毫米宽的两片催化剂基质之间，并用一对压辊挤压它们，将它们涂覆到网状产品的表面上的筛孔中以后，将基质切成480毫米长，制得0．7毫米厚的板状催化剂基质。此后，将每一基质插在模中，并挤压，同时加热干燥，制成有许多长度L为44毫米的平板部分和高度h为1．8毫米的标高变化部分的催化剂元件。将如此制得的催化剂元件通过网状产品重叠，放入金属框架中，然后在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得催化剂结构物；通过切割E玻璃纤维的编织织物，使它具有上述的刚性并用作每边480毫米的正方形催化剂基质来制备所述的网状产品。
实施例8
将3．8公斤偏钨酸铵((NH4)6·H2W12O40·23H2O)、1．28公斤偏钒酸铵(NH4VO3)加到67公斤偏钛酸浆液中(TiO2含量：30％(重量)，SO4含量：8％(重量))，用加热捏合机进行捏合，同时蒸发水分，制得含有大约36％水的糊状物。此后，将这一糊状物挤压成3φ的棒状物，这样，在流化干燥器中干燥，然后在大气中在250℃下焙烧2小时。用锤磨机将如此制得的小粒破碎成平均直径为5微米的粉末。用捏合机将20公斤如此制得的粉末、3公斤Al2O3·SiO2型无机纤维和10公斤水一起捏合1小时，将它们制成糊状物。用辊压机将这一催化剂糊状物涂覆到宽490毫米和厚0．2毫米的SUS304金属板条基质的表面上和筛孔中，制得0．9毫米厚的板状催化剂基质。用压模将平的催化剂基质制成这样的催化剂元件，以致催化剂元件中平板部分的长度L为60毫米，而标高变化部分的高度为5毫米。将如比制得的催化剂元件通过网状产品重叠，放在金属框架中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得催化剂结构物；通过切割上述的SUS304金属板条基质，并用作每边480毫米的正方形催化剂元件的基质来制备所述的网状产品。
实施例9和10
将0．25公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0．23公斤偏钒酸铵(NH4VO3)和0．3公斤草酸加到1．2公斤比表面积为270米2／克的氧化钛中，将混合物捏合，同时加水，制成粘土状物，然后挤压成3φ的棒状物，然后用挤压机和造粒机造粒。将如此制得的小粒干燥，在250℃下焙烧2小时，用粉碎机研磨，得到60％以上的粒度小于1微米的催化剂粉末。将水加到如此制得的粉末中，制得固含量为40％的催化剂浆液。用催化剂浆液分别浸渍实施例7和8中使用的网状产品，从浆液中取出，吹空气，除去网状产品的筛孔中存在的过量浆液，然后进一步干燥，制得催化剂组分涂覆在其表面上的网状产品。用实施例7和8中相同的方式得到的网状产品制得实施例9和10的催化剂结构物，不同的是实施例9和10中的网状产品用来代替实施例7和8的。
就实施例7-10的催化剂结构物来说，研究了催化剂结构物两端的气流通道形状的变形，并在表5所列的条件下测定了脱硝性能。
如此得到的结果列入表6。表5
项目 数值
NOx浓度(ppm)NH3NOx(-)温度(℃)SV(小时-1) 801．235045000
表6
实施例 催化剂组分 网状产品 两端气流通道形状的变形 脱硝率(％)
7  Ti／Mo／V 玻璃纤维的增强编织织物 无 79．6
8  Ti／W／V 金属板条 无 65．2
9  Ti／Mo／V 用催化剂涂覆的陶瓷纤维的增强编织织物 无 90．1
10  Ti／W／V 用催化剂涂覆的金属板条 无 84．1
正如从表6中可看出的那样，在实施例7和8中，未观察到在催化剂结构物两端的气流通道形状的变形，并与不用网状产品的情况相比，由于放在催化剂元件之间的网状产品引起的气流扰动(搅拌)作用，脱硝率提高。从这些事实可认识到，本发明的催化剂结构物有高强度、均匀的气流通道和高的脱硝率。
其次，当实施例7和8与实施例9和10比较时，可以看出，与实施例7和8相比，由于使用催化剂组分涂覆的网状产品，因此催化剂处于有最大气流扰动作用的气流通道中，在实施例9和10中催化剂的性能提高。
如上所述，根据本发明，不仅可以制得几乎不会引起撞击和气流通道变形以及有高强度的催化剂结构物，而且催化剂的性能显著提高。
实施例11
用以下步骤制得催化剂基质：用含有40％氧化钛、20％硅溶胶和1％聚乙烯醇的浆液浸渍纤维直径为9微米的8000E玻璃纤维作为经纱的捻纱和2000玻璃纤维作为纬纱的捻纱平纹编织制得的网状产品，密度为10纱／25．4毫米，然后在150℃下干燥得到刚性。
另一方面，在分开的步骤中，将0．25公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0．23公斤偏钒酸铵(NH4VO3)和0．3公斤草酸加到1．2公斤比表面积为270米2／克的氧化钛中，再加入20％(重量)的硅溶胶，SiO2的数量为8％(重量)，然后将混合物捏合，同时加水，制成糊状物。将15％(重量)数量的高岭土型无机纤维(商品名Kaowool)加到糊状物中，进一步捏合，制得水含量为30．5％的糊状物。
将如此制得的糊状物放在用上述步骤制备的500毫米宽的两片基质之间，用一对压辊挤压它们，将它们涂覆到网状产品的表面上和筛孔中，将基质切成480毫米长，制得0．7毫米厚的板状催化剂基质。此后，将每一催化剂基质插在模中，并一边压制一边加热干燥，制成如图12(a)所示有标高变化部分的催化剂元件1。
将催化剂元件1和编织织物23按图12(c)所示交替重叠，编织织物通过切割预先有刚性的，上述每边为480毫米正方形的和用于制备催化剂结构物的催化剂基质来制备。此时，这样排列织物，以致经纱的方向平行于气流的方向。将如此制得的重叠元件放在金属框架2中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得催化剂结构物。
实施例12
分别称重氧化钛(TiO2)粉末、偏钨酸铵(CNH4)6·H2W12O40·23H2O)和偏钒酸铵(NH4VO3)，使Ti／W／V的摩尔比为89／5／6。按上述氧化钛的数量为基准，将30％(重量)数量的水加到混合物中，然后捏合30分钟；按氧化钛的数量为基准，再将25％(重量)数量的高岭土型无机纤维(商品名Kaowool)加入，然后捏合30分钟制得催化剂糊状物。将催化剂糊状物涂覆到宽500毫米和厚0．34毫米的陶瓷纤维编织织物的基质上，制得0．7毫米厚的平板状催化剂基质。将催化剂基质切成每边480毫米的正方形，用加热模成型得到标高变化部分平行于一侧边的催化剂元件。
另一方面，纤维直径为9微米的800E玻璃纤维分别作为经纱和纬纱的捻纱经纱罗编织制备的编织织物被切割成每边480毫米的正方形，并用作编织织物以制得催化剂结构物。有筛孔的编织织物的密度为9．8纱／25毫米。
将如此制得的催化剂元件和编织织物按经纱方向与气流方向平行的方向交替重叠，放在金属框架中，在500℃下焙烧2小时，同时通气，制得催化剂结构物。
实施例13
将0．25公斤仲钼酸铵((NH4)6·Mo7O24·4H2O)、0．23公斤偏钒酸铵(NH4VO3)和0．3公斤草酸加到1．2公斤比表面积为270米2／克的氧化钛中，将混合物捏合，同时加水，制成粘土状物，挤压成3φ的棒状物，然后用挤压机和造粒机造粒。将如此制得的小粒干燥，在550℃下焙烧2小时，用粉碎机破碎，得到60％以上粒度小于1微米的催化剂粉末。将水加到如此制得的粉末中，制得固含量为40％的催化剂浆液。用催化剂浆液浸渍用于实施例11的网状产物，从浆液中取出，吹空气，除去网状产品的筛孔中存在的过量浆液，然后干燥，得到催化剂组分涂覆在表面上的编织织物。按实施例11中相同的方式制得类似的催化剂结构物，不同的是制得的编织织物用作放在催化剂元件之间的编织织物。
实施例14
按实施例11中相同的方式制得催化剂结构物，不同的是实施例11中的编织织物的密度和纬纱分别变成9纱／25．4毫米和2220E玻璃纤维的捻纱。
实施例15
按实施例11中相同的方式制得催化剂结构物，不同的是实施例11中的编织织物的密度和纬纱分别变成8纱／25．4毫米和2500E玻璃纤维的捻纱。(对比例6遗漏)。
对比例7
按实施例11中相同的方式制得催化剂结构物，不同的是在实施例11中的经纱和纬纱的两捻纱中的E玻璃纤维数变成1400。
对比例8
按实施例11中相同的方式制得催化剂结构物，不同是在实施例11中的经纱和纬纱的两捻纱中E玻璃纤维数变成2000。
就实施例11、14和15以及对比例7和8来说，观察了编织织物的形状，并在表7所列的条件下测定了脱硝率。如此得到的结果列入表8。表7
项目 数值
NOx浓度(ppm)NH3NOx(-)温度(℃)SV(小时-1) 801．235045000
表8
织物密度(纱数／25．4毫米) 捻纱数 编织织物中开孔率(％) 脱硝率(％)
经纱 纬纱
实施例11 10 800 2000 62 80．7
实施例14 9 800 2220 62 81．6
实施例15 8 800 2500 62 83．4
对比例7 10 1400 1400 62 79．6
对比例8 10 2000 2000 48 75．1
从表8可认识到，当比较实施例11和对比例7之间的脱硝率时，有较大直径的纱按垂直于气流方向的方向排列的实施例11中的脱硝率高于在竖直和水平的两个方向有相同纱直径的对比例7。此外，从对比例7和对比例8之间的比较可以看出，当在竖直和水平两个方向中纱的直径变大时脱硝率下降。据认为这是基于这样的事实：在这种情况下，在编织织物中的开孔率下降，以及气流的扰动也下降。此外，当比较实施例11、14和15时，可以认识到，当开孔率相同时，在垂直于气流方向的方向上纱直径越大，因此在编织织物中开孔尺寸越大，编织织物中的筛孔尺寸越大，脱硝率越高。

Claims (23)

1．一种用于净化废气的催化剂结构物，它包括两个或两个以上催化剂元件的重叠物以及放置该重叠物的框架，用以下方法制成每一催化剂元件：将表面上负载有催化剂组分的长方形板或正方形板沿平行于板两侧面的方向，以预定的间距，弯曲成梯形，以致在该元件中交替形成平板部分和标高变化部分，将催化剂元件重叠，以致在邻连的催化剂元件之间标高变化部分的位置变化某一预定的长度，以及在邻连的催化剂元件之间由催化剂元件形成有长方形或菱形截面的气流通道。
2．根据权利要求1的净化废气的催化剂结构物，其中重叠物中的催化剂元件在标高变化部分的端部和其附近有3点或3点以上与邻连的催化剂元件接触，以致完全相互支撑。
3．根据权利要求1或2的净化废气的催化剂结构物，其中在每一催化剂元件中平板部分的长度和标高变化部分的高度相同。
4．根据权利要求1或2的净化废气的催化剂结构物，其中在催化剂元件中，平板部分的长度P和标高变化部分的高度S之间存在P＞S的关系，以及在催化剂元件中，标高变化部分和平板部分之间形成的角为90°或更大。
5．根据权利要求1或2的净化废气的催化剂结构物，其中每一催化剂元件的长度是标高变化部分的高度和平板部分的长度总和的整数倍数。
6．根据权利要求1-5中任一项的净化废气的催化剂结构物，其中每一催化剂元件用以下方法制成：将含有至少两种选自钛、钒、钼和钨的金属的催化剂组分涂覆到金属的、陶瓷的或玻璃的网状基质上，以致催化剂组分填满网状产品的筛孔。
7．一种用于权利要求1定义的和用以下方法制成的净化废气的催化剂结构物的催化剂元件：将表面上负载有催化剂组分的长方形板或正方形板沿平行于板两侧面的方向，按预定的间距弯曲成梯形，以致在元件中交替形成平板部分和标高变化部分。
8．一种生产净化废气的催化剂结构物的方法，该法包括在用于催化剂元件的带状基质中交替形成有预定长度的平板部分和有预定高度的标高变化部分，以致制成梯形基质；用沿平行于标高变化部分和平板部分形成的棱边的方向依次切割如此制得的梯形基质的平板部分，以致在每一元件中，每一切割过的催化剂元件的总长度W和相邻标高变化部分之间的距离L之间有以下关系：
W=nxL+L-d式中，n为每片元件的标高变化部分的数目，d为一常数，它小于L但大于0，制成两个或两个以上催化剂元件；以及然后将催化剂元件重叠。
9．根据权利要求8的生产净化废气的催化剂结构物的方法，其中在将带状基质切割成预定总长度为W的催化剂元件以前或以后，将具有催化活性的催化剂组分负载在带状基质上。
10．一种生产净化废气的催化剂结构物的方法，该法包括预先将用于催化剂元件的带状基质切割成这样的预定长度，以致在制成的每一催化剂元件中每一催化剂元件的总长度W和相邻标高变化部分之间的距离L之间有以下关系：
W=nxL+L-d式中，n为每片元件的标高变化部分的数目，d为一常数，它小于L但大于0，制得两个或两个以上催化剂元件；在每一催化剂元件中交替形成预定长度的平板部分和预定标高变化部分，以致制成的平板部分和标高变化部分的位置在邻连的催化剂元件之间都变化一定长度d；然后将催化剂元件重叠。
11．根据权利要求10的生产净化废气的催化剂结构物的方法，其中在将基质切割成具有预定总长度W的催化剂元件以前或以后，将催化剂组分负载在用于催化剂元件的带状基质上。
12．一种净化废气的催化剂结构物，该催化剂结构物包括两个或两个以上催化剂元件的重叠物和放置催化剂元件的框架，每一催化剂元件通过在其中交替形成平板部分和标高变化部分成型为梯形，在每一催化剂元件中，连接催化剂元件中相邻标高变化部分的相应顶点的直线和标高变化部分的平面之间形成的角小于90°，将催化剂元件这样重叠，以致邻连的催化剂元件至少在催化剂元件的顶点处相互接触，以及在邻连的催化剂元件之间由催化剂元件形成的气流通道有长方形或正方形的截面。
13．根据权利要求12的净化废气的催化剂结构物，其中催化剂元件两端按这一方向放置，在这一方向形成平板部分和标高变化部分与标高变化部分成一线。
14．根据权利要求12或13的净化废气的催化剂结构物，其中在催化剂元件的两端标高变化部分的平面与连接标高变化部分的相应顶点的直线之间形成的角为90°。
15．根据权利要求12-14中任一项的净化废气的催化剂结构物，其中用以下方法制成催化剂元件：将含有至少两种选自钛、钒、钼和钨的金属的催化剂组分涂覆到金属的、陶瓷的或玻璃的网状基质上，以致催化剂组分填满网状基质的筛孔。
16．根据权利要求12-15中任一项的净化废气的催化剂结构物，其中通过将有大量穿孔的金属的、陶瓷的或玻璃的网状构件插在催化剂元件之间将催化剂元件重叠。
17．根据权利要求16的净化废气的催化剂结构物，其中插在催化剂元件之间的网状构件为金属丝布或陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物。
18．根据权利要求16或17的净化废气的催化剂结构物，其中在金属丝布或陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物中与气流方向垂直方向的金属丝或纤维的直径大于沿气流方向的金属丝或纤维的直径。
19．根据权利要求16-18中任一项的净化废气的催化剂结构物，其中通过用无机粘合材料浸渍使陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物增强。
20．根据权利要求17或18的净化废气的催化剂结构物，其中将含有至少两种选自钛、钒、钼和钨的金属的催化剂组分负载在金属丝布或陶瓷纤维或玻璃纤维的编织织物的表面上。
21．一种用于废气净化的设备，它有放在废气流通道中的权利要求1-6和12-20中任一项定义的催化剂结构物。
22．一种使用权利要求21中定义的净化废气的设备来净化废气的方法。
23．一种使用权利要求21中定义的净化废气的设备来净化废气的方法，该法包括分解和除去废气中的氮氧化物。
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