TW206162B - - Google Patents

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經濟部屮央標準局只工消赀合作杜印驭 Λ 6 _Π_6_ 五、發明説明（t) 本發明是一種具有完全熟交換表面的钃媒結構。谙酤特 黏允許該結檇在高放熟遇程、如一種燃境遇程中的使用， 而使觸媒和結椭間壁的溫度保抟低於可燃氣膻混合物的絕 熟燃燒通度。 發明之背景 随著在美國和世界各地的現代防污染法律的出現，正在 研宄將各種污染物滅至最小的新的有姣方法。燃料的燃境 一燃料用木材、煤、油或天燃m—在目前世界中可能引起 蜃重的污染閊題。其些污染物，如s〇2，是由於在燃料源 中存在污染物而引起，可以用淨化燃料、或者用淨化最後 産生的排出m賵來除去。其他的污染物，如一m化碳，是 由於不完全燃境的結果，可以採用二次燃境m化、或採用 改進的燃燒技藝來除去。其他主要的污染物，h〇x(—種主 要是no2,但也包含非常少置的》<〇2的平衡戆混合物）。或 可以通過控制燃燒過程來處理，使nox的産生滅至最小； 或可以通過後面工序除去。nox的除去，只要提出便是一 頂困難的任務，這是由於它的相對播定性，以及它在大多 數排出英膻中的低灌度。在汽車中採用的一種解泱方法是 用一氧化碳使n〇x遺原成甭氣，同時使com化成co2。然而 需要使二種污染物反《也表明初始的燃堍及隳為低姣率者。 必須說明不同於從燃枓中除去硫污染物的情況，從空氣 進枓到燃境過程中觅英的除去是一個不切實隈的解決方法 。與一氧化磺的情況不同，燃境及思的改進很可能提高所 産生的η ox含置，因為谙時涉及高塭。 (請先間背而之注意节項#蜞寫本頁) 裝· 訂_ 線 本紙張尺度遑用中a困家樣毕(CNS)肀4規格（210x297公龙) 81. 6. 10,000張（H) 3 Λ 6 _Π_6_ 五、發明説明（2) a管如此，對遺原η 〇„到蜍物提出挑戰，並且提出幾種 λ 不同的方式。可選擇的NO =通原方法實質上不一定與淨化 可燃英譖的目的相矛盾，即，在渦蟾檐、鍋道_或馆堪中回 收它的熟值。 許多人認為隈定局部堆區和在燃境區鲢的群蹬溫度略低 於1800T：来控制^(^的産生是一條富有成效的途徑。例如 參見Furuya等人的美國專利No.4,731,989、第一« 52-59 忏，以及Hindin等人的美國專利No.4,083,135,第12«。 在許多控制溫度的途涇，例如用迢量2英》釋·用一種 或多種觸媒來控制氧化作用，或者用各種貧燃料或富燃钭 混合物來分級燃境。這茔方式的燃境也是已知。 一種廣泛的試驗方式是用多級催化燃境。這茔遇程的大 多數《用載抟在闲资觸娛載猜上的金屬或金属氧化物觸媒 的多級催化。典型的這種遇程如下所示： (請先W11?背而之注意节項办蜞寫本頁) 裝- 線. 經濟部中央標準局只工消佾合作社印!!! 本紙張尺度边用中a Η家橒準（CNS)甲4規怙（210x297公龙） SL· .81. 10,000¾ (H) 經濟部中央橾準局印裂 A6 B6 五、發明説明（3 ) 闺家 文獻 第一次 第二级 第三级 .日本 公開特许60—205129 铂族/Al:03&*Si0: La/Si02Al：03 日本 公開特许60 —1472Ί3 La&.Pd&.Pt/Al：0, 鐵素體/ ai:o3 曰本 公開特许60 — 66022 Pd&-Pt/ Zr02 Na/Zr02 曰本 公開特许60 —6042Ί Pd/ — CaO&>AlzO:&LNiO&· w/贵金屬 曰本 公開特许60—515Ί5 Pd/* Pt/* La- C〇03/· 曰本 公開特许60 —51543 Pd/* Pt/·. 曰本 公開特许60—515<ύ Pd/· Pt/* 3本 +公開特许60—54736 Pd/* Pt 或 Pt— Ph 或 Ni 鹼金屬氧化物或 LaCO,/* Θ本 公開特许60—202235 MoOi/ — C&03&Zr02贵金屬 a本 公開特许60—200021 Pd^AIjOj/4- * Pd&-AI203/ * * Pt/· · 曰本 公開特许60—147243 贵金屬/耐热載髖 鐵素體./财热載體 曰本 公開特许60-6CM24 La 或 Nd/AJ-:03 0. 5%Si02. Pd 或 Pt/NiO&· Al2O3&.CaO0. 5% SiO 曰本 公開特许60—Η938 Pd/? Pt/? 曰本 公開特许60 —14939 Pd&Pt/酎火材料 '? ? 曰本 公開特许60—252Ί09 Pd&Pt/··· Pd&.Ni/* * · Pd&.Pt/·. 曰本 公開特许(3έ.— 08CM19 Pd&.Pt Pd, P&NiO Pt 或 Pt&.Pd 曰本 公開特许（32—08CM20 Pd&t-PtStNiO Pt Pt&LPd 曰本 公開特许63 —080848 Pt&.Pd Pd&.Pt&.NiO Pt. 或 Pt&.Pd 曰本 公開特许63 — 0808Ί9 PdPtNiO/? PdgcPt (或.NiO)/? Pt 或 Pd&.Pt/? {請先聞讀背面之注意事項再填寫本瓦) 5 甲 4(210X297公沒） Λ fi Π 6 經濟部屮央榀準局貝工消伢合作杜印製 五、發明説明（4 ) *在多鋁紅柱石或董青石上的m化鋁或m化鉻 MCO在第一S ; Zr. Sr, Ba的一種或幾種在第二届； La和Hd至少一種在第三眉 用镧系元素或幽土金羼氧化物棰定化的單片載匾 注：表中_媒用"a " / ” b "標示，其中a是活性金*而"b "是 載臛 然而，在這些技藝中難以控制溫度。鑒於每個技藝的目 的在於産生的最大數量的熟董可以有妓地使用在以後的技 藝中，燃境步睡基本上是絕熟的。因此，任何早期的燃枓 比、空氣比或操作技藝的較小變化將在後階段湛度上發生 願著變化。非常高的溫度對下面的催化成分産生熟變形。 這張表也表明鉑族金馬（包括鈀）在催化燃境過程中被認 為是有用的。然而，習知的催化氧化過程纆常使燃枓和空 氣混合，然後使該混合物基本上完全燃境通遇一種在觸媒 床届中的觸媒。這一結果是造成十分高的溫度，典型的從 1100T：到1 500X：。因為這個原因，大多數觸媒的開發工作 著跟於能夠抵抗那麽高溫度、仍保抟活性的觸媒和支承物 。有些已經依靠步驟控制圜，在這控制圖裡在觸媒階段之 間引人了空m或燃料的介質m流流速，並且以群膻m膻溫 度為基礎加以控制。Fur uya等人（上面提到的）描述了一種 克服與高催化溫度相關的閊題的研究方法，該方法通遇用 空第铎釋的燃枓/空氣混合物饑送給觸媒，因此産生的混 合物具有900T：到1 000t：的絕熟燃燒》度。該混合物通過 觸媒，部分威全部及思得到低於1 000T：的最大催化溫度， • · - ......····> <·%..······ .....U •••^'• · (請先閲讀背而之注意事項外塡寫本頁) 本紙尺度遑用中國B家楳毕(CNS)肀4規格（210x297公龙） 81. 6. 10,000張（Η) 6

U 經濟部屮央梂準局cx工消伢合作杜印製 五、發明说明（5 ) 以及低於i000*c的度。補充的燃料在觸嫫和谙種混 合物的均勻燃燒達到所要求的通度（1200<c到 人。然而，谙種方法因需要在甬®18段燃料’以及要求 用不得到傳较高溫掮散火焰、和相關産生的Ν〇χ的熱35鼸 來混合谙锺補充燃料而受到損害。 我們已發現一種铕钿構造的觸媒結構，該結構包括燃燒 熟翬進人涑肋氣鼸的自觔交換是一條控制以及_媒支 承物的潘度的極好途徑。我們所用的金羼支承物在反應中 控制熟載荷的性能上具有極大的靈活性，並且得到長時間 的化學和物理棰定性。使用這種支承物可省去如Furuya等 人所示的複雜的空氣播釋工序。 然而，使用遍用於鉑族金屬的金屬觸媒支承物的在過去 已經提出。例如，#見実國專利No.4,088,435 (由HUdin等 人所提出），”鉑族金属”在第4«，63行at scq·，以及”支 承物可以是金羼化或陶资化......"在第6_，45行。相反地 ,使用載抟在整賵結椭的支承物上鉑族合金觸媒的作為燃 堍觸媒是在美國専利No.4,827,756(由Hindin等人）在第1 «, 65等行提出的。另外在早期的美國專利Ho. 3,866,391 、3,956,188和4,008,037(都由Hindin等人所提出）也能發 現類似的敍述。在美國專利>«〇.4,366,668(由>18<183¥|{31*等 人所提出）提出的載膻在網（”银合金”）支承物上的鉑作為 用於低熱值英膻的燃堍觸嬅。 其他主要用於汽車催化性換熟器的金羼和金屬支承物殺 述如下： (請先間讀背而之注意事項孙填筠木頁) 裝· 訂 本紙張尺度边用中a a家樣imcns)甲4規格(21〇χ29·γ公;¢) 81. 6.】0,000張（Η) 7 0616^ Λ 6 Η 6 五、發明说明 (6) 國家 文獻！II 申請人 美圉 3,920,583 Pugh 美团 3,969,082 C a 1 r n s等人 美國 4,279,782 Chapaan等人 美國 4.318,828 Chapaan等人 美國 4,331,631 Chapiaii 等人 美國 4,414,023 Aggen等人 美國 4,521,532 Cho 美國 4,601 ,999 Retal i lck等人 美國 4,673,663 M a q n i e r 美國 4 .742,038 Matauaoto 美國 4.752,599 Nakaaura等人 美國 4,784,984 Yaaanaka等人 英國 1,528,455 Ca 1 rns等人 (請先間讀背而之注意事項#塥寫木頁) 裝· 訂_ 線_ 經濟部屮央櫺準局貝工消作合作社印製 作為一組專利，埴些專利一般研討在缠素蹓觸擄支承物 上發現作為徴晶、塗s、晶«等的fUfctSo &多人掲示7 作為觸媒的鉑族金屬合逋地附著在道竺支承物上。没有人 建議在觸缠支承物中使用一種完全的熟交換以在觸媒ά作 中起輔助作用。 兩《公W的曰本公開案教示具有完全熟交換表面的 支承物的使用。它們是日本公開案59_136,140欲（1984年8 月4日公闋）和日本公鬩案61-259,013號（198 6年11月17曰公 两）。早期的公閬案營通諭及使用一種方形截面的两资狀 整壤催化支承物的«堍方法，在其交替的樅向的潲槽（或 本紙5t尺度迤用中ΒΒ家搮準(CNS)甲4規格(210x2町公龙> 8 8L 6, 10,000張（1〇 Λ fi -ϋ®- 五、發明説明（7 ) 者交替的層）中沉積著觸媒。所述的這個整塊是陶瓷的且 法 方 燒 燃 的 體 氣 料 燃 Μίι 種1 了 示 掲 。案 者開 裝公 組的 是來 不後 而， 的地 製似 模類 是 的中 蓋物 覆承 媒支 觸在 用或 用 、 使構 -結 體媒 氣觸 放種 排一 爐的 風示 鼓所 種開 一 公 中期 況早 情在 種如 這物 在承 ，支 開 公 0 1 有。 没構 -結 構塊 結整 體靥 柱金 圓的 心狀 同形 的何 隙任 間用 狀使 環中 的法 替方 交在 是議 面建 裡案 出 提 人 等 S Q U ο 由 見 參 示 掲 的 似 相 常 非 案 開 公 個 兩 這 與 部 關 無 的 構 結 媒 蜀 的 性 造 創 有 1ft 〇 種 4 r 2 各 8,出 70提 ,8獻 4文 No然 y 隹 專 ， 國之 美總 的 分 料催 材中 性其 化 ， 催物 有承 具支 種屬 一 金 由之 1尋 ^ = 0 /11 建製 個屬 一 金 有形 没波 中的 二 金 族 鉛 是 別 持 文 些 這 是 但 的 性 定 穩 間 時 長 有 具 並 損 磨 易 不 上 際 實 在 〇 積面 '沉 一 僅的 料靥 材金 性形 化波 明 説 要 0 之 明 發i u— 種1 是 又 $ 檳 结 媒 觸 的 程 過 燒 燃 於 用 適 種 1 是 既 明 發 本 低 對 相 在 但 物 合 混 氣 空 / 料 燃 燒 燃 地 全 完 不 程 過 燒 燃 在 媒 。觸 法燒 方燃 用種 使一 的和 構物 結承 媒支 觸個 的一 物括 承包 支構 媒结 觸媒 和觸 媒的 觸求 持要 維乎 下合 溫 _(請先閲讀背而之注意事項典堝寫本頁) 經濟部屮央標準局貝工消仲合作杜印¾. 合全 組紋 者波 或過 -通 狀以 旋 ， 螺端 和一 狀另 紋到 波流 是端 以一 可之 它紋 〇 波 屬從 金證 是氣 好燒 最燃 物使 承能 支成 對生 媒産 觸上 樣媒 這觸 ，在 上 〇 分係 部關 1 換 的交 物熱 紋種 波一 於著 置起 放面 僅表 媒化 觸催 HP ο ττν 式的 形上 之際 長實 到 的 流 命 也 壽 量 期 熱 長 〇 有 層 具 壁 及 的 以 化 定 催 穩 一一一 ΤΛν 另 的 待 反 種 相 一 在 供 到 提 流 C溝 壁髏结 構氣的 結燒它 經燃 量的 熱近 的鄰 和 媒 § 'RT! 本紙張尺度边用中困a家樣準(CNS)TM規怙（210X297公龙）9 ^ ^ ? 81. 7. 20,000fk(il) A 6 B 6 經濟部屮央櫺準局A工消"合作社印奴 五、發明説明（8) 溫度調節的結榊。 圔ΙΑ、1B、1C、2A和2B示出發明的觸媒結構的各種形狀。 圖3A和3B示出結構的運行狀戆。 國4A、4B、5、6A和6B期著本發明的在支承物的單面上 載抟有催化材枓的觸娌結構的各種構形。 7到9顯示本發明的觸媒結檷的運行狀戆的使用溫度曲 本發明是一種特別適用於燃料燃燒遘程的臑娌結檇。該 結構較好的是鉑族金羼，載持在一整塊金羼上以金馬基的 觸媒。該整塊金羼是由一催化表面和毗連的一非催化表面 的金属材料組装或製造而成者。該觸媒結構組分的一面上 載有觸媒，並且該觸媒結構組分的另一面基本上没有觸媒。 用於催化匾域的支承物較好堆是金属化。在該設備中要 求择窩狀、蠼旋狀的波较板（這可以是交替增用平板來分 隔波紋面），柱狀的（或者”少量的細管"），或者能適想高 空間速度和最小壓力降、具有徑向通道或管道的其它形狀 。它們是可延展以安装固定，並且更容易地固定到周圍 結搁上，而且由於其壁厚能夠比陶资支承物更易製造得薄 ，所以呈現出低流觔阻力。另一個實用的好處可歸因於金 属支承物有能力經受得住熟冲擊。谙種熟沖擊發生在渦輪 檐啟觔或關檐時，並且特別當渦輪機必須快速俜轉時。在 後種情況中，因為在渦輪機上的物理負載一例如發電装置 已經脫離。燃枓停止供紿或者渦輪抽”跳閑”。為防止超轉 ，供給渦輪拥的燃料立即切《。在燃燒室裡的塭度，使用 (請先間-背而之注-事項再填寫本頁) t紙尺度逍用中國國家搵準(CNS)TM規怙(210X297公龙） 8】.6. 10,000張（H) 10 Λ β 15 6 經濟部屮央標準局ex工消作合作杜印製 五、發明辱明（9) 、 本發明的方法，從燃境溫度怏速降至壓榷空第的溫度。在 低於1秒鐘的時間内可觀察到湛度降超遇1000Τ：。 梅之，觸媒以規定置沉積，或其它形式置於金馬支承物 的满槽内至少一部分壁上。谙兒”至少一部分”意思是每條 通道不需要在沿著的它全部長度上塗覆。在一些例子中觸 媒沿著通道長度的一部分放置已足夠。在該設施裡幾種典 型的支承物材枓是令人滿意的；鋁，含鋁或經鋁處理的網 ，某些不_鐧，任一高溫金属合金（包括縝或鈷合金，這 兒觸媒層能夠沉積在金馬表面），或者其它«熟金屬碳化 物或氮化物。 較好的金羼是含鋁的網，例如在由Aggen等人申諸的美國 專利No.4,414,023，由Chapaan等人申諸的4,331,631和由 Cai「ns等人申諸的No.3,969,082中能見到。谙些鋼，和由 Kawasaki網公司出售的（River Lite 20-5SR), V e r e i n.i g t e Deutchse Metal lwerke AG (Aluechroi 1 RE) ，以及Allegheny Luchic·鋼（Alfa-IV),還包含充分溶解 的鋁，因此，當氧化時，鋁在綱表面形成氧化鋁晶鬍，結 晶膻或一晶匾盾，得到一種祖掻的以及化孛上的活性的表 面以更好地使基面塗眉拈附。 基面塗眉可以用一種如在工藝上所描述的方法塗屠，例 如，應用氧化鋁、氧化锆、二氧化矽或二m鈦材料（較 好的是溶臞）或者至少二種含有鋁、矽、鈦、锆的氧化物 的混和溶腰，以及添加物，如鋇、铈、漏、絡或一系列的 其它元素。為了使基面塗屠更好的附著，底眉可以施塗含 (請先閲1?背而之注意事項#填寫本頁) 裝· 訂· 線_ t紙張尺度边用中a B家楳準(CNS)甲4規格（210x297公;tt) 81. 6. 10,〇〇〇張（Η) " 66 ΛΒ 經濟部中央楛準而貝工消伢合作杜印¾ 五、發明説明（ω) 有水合氣化物，例如如自c h a P ra a η等人申請的美國專利 No.4,729,782中敘述的一種假一水軟鋁石的稀釋懸浮液。 底表面可以用一種7-氧化鋁懸浮液塗覆在金屬表面，乾 燥並且培燒成一種大表面積附著氣化物層。雇若氣化鋁被 選為作為底層（或者觸媒支承物結構的某些其它部分），可 以被敘述為在氧化鋁包括一種熱穩定劑，例如鑭、鋇、砂 、或者一種或多種稀土元素在氧化物和鹽。氧化鋁不是典 型地與氣化鋁結合在一起使用的，這是因為一種目前不定 習性的組合物使之失活。 然而，最稱心的是使甩氣化誥的溶穋或懸浮液作為基面 塗層。其它的高熔點氣化物，例如二氣化矽和二氣化鈦也 是合適的。最好的是一些鉑族金颶，待別是把，是一種混 合的氣化錯/氧化矽溶液，在作為支承物之前兩者已經混 和了。二氣化矽顯得能使二氣化结在很長一段間時内保持 觸媒的穩定性（例如：它的活性）。 基面塗層可以應用在相同的類型中，每種將施塗在一個 表面上，例如，通過噴塗、直接施塗、將支承物浸入基面 塗層材料等方法。 鋁結構也適合供本發明使用，並且可以在基.本"上大致相 同之方法處理或塗覆。鋁合金較具塑性，在製程之操作溫 度下可能變形，甚至熔化。因此，它們是較不佳之支承物 ,但如果能遇到適合的溫度條件也能使用。 本發明觸媒的典型結構如在附圖中所示。一長條形的金 (請先閱請背而之注意事項#碣寫本頁) 本紙张尺度边用中國S家橒準（CNS)T4規格（210x297公;《：) 12 81. 7. 20,000怅⑻ A 6 [{ 6 五、發明説明（u) 屬片通過冷軋或其它處理而形成波紋狀的。波紋片可與一 條扁平金羼帶組合並且軋製成一《旋以形成一種圃柱形的 觸娌結構，使得m贈能流過。在圈1 a中示出該結構的端視 圖，谙兒英匾滾道是直嫌通道。與其說通遇軋製，倒不如 說使波紋和扁平條可能被切斷或疊合在一起以形成如#見 圔1B和1C的結構。換言之，由Chapian等人在美國專利No. 4,331,631中教示在圖2 A中平面圏所示的八字形波形花较 的應用，當疊合或折疊以及播軋成一镙旋時，將形成一種 開放的波较結構而不使用扁平金属條，並且如在圖2B中所 示的不套疊。其它類似的金属結携可以從各種金屬片狀結 構成形並且在本發明中是有用的。 本發明的關纽[僅在形成的支承物結構的金屬一面上施塗 催化物質，如圖3A所示，在金屬箔表面上基面塗層和觸媒 物質，用工藝上眾所周知的方式塗蒲層。對於含有鋁的银 合金，金馬片可以在空氣中熟處理，使得在表面長出晶鬚 以增強其下面層的附著力，或者對於觸媒的直接《用得到 增大的表面積。然後二氧化矽、氧化鋁、氧化锆、二氧化 鈦或高馆黏金属氧化物可以通遇在金属滔上喷塗溶液、懸 浮液或者氧化鋁、二氧化矽、氧化锆、二氧化鈦或高馆黏 金屬氧化物在其它混合物，並且乾燥以及焙境成型一種大 表面積基面塗眉。然後可能施塗觸媒，再一次以溶液、懸 浮液，或者催化性組合物的混合物嗔塗在金属帶條的基面 塗層上。 催化性材枓也可以或者交替地包括在基面塗屠材枓中固 (請先閱-背而之注意事項#塡寫本頁) 本紙张尺度边用中8國家搮準(CNS)甲4規格(210X297公；¢) 13 81. 6.】0,000張（H) ^06 Λ β Π 6 經濟部屮央標準局只工消伢合作杜印蚁 五、發明説明（12) ,並且塗覆在支承物上，，從而部分地消除了分離觸媒雜質 的步S。 觸媒僅僅塗在金属箔的一儷表®上，以得到一種對於相 反的非催化性的一面具有非常有姣的熟交換機理的催化性 表面。例如，在圈3Β中的結携裡，金屬箔（30)在其一面用 氧化物基面塗眉（32)和觸媒（34)塗覆。谙種結構形成如圄 1A-1C和2Α-2Β所述的波较狀和扁平金羼萡所形成的通道的 壁。在團3Β中，氣譖流経催化表面（34),結果燃钭和氧英 反想以産生熟。熟量傳人m流中（36)以及通g金羼m化物 層（3 2 ),並且通過金馬萡或片（3 0 )到氣流（3 8 ),流到金馬 壁的反面。因為這一面没有催化塗屠，故英®僅由從在金 馬底材的反面上的催化塗覆面上熟傳導来加熟。對於這兩 種途徑，A和B的熟傳導係數，可以用常規的化學工程惘例 及流觔氣膻和相耶的固贈表面的熟傳導關係來計算。例如 ，皮療Whitaker的〈熟傳導的基本原理>( 1 983 )，PP.13-15 。對於在接近基面塗眉/汽譖界面的基面塗層表面産生的 熟量，其式為= 1/UA = Ι/h氣膜 1/UB= l/hli膜+ 1/h金羼薄届+ 1/h底面塗1 其中h是每種獨立的熟阻的熟傳導係數，UA是氣匾在催 化面上摁的熟傳導係數，以及^是氣爾在非催化一側的熟 傅導係數。對於一锺典型的0.25毫米厚的金馬箔上有50X 空隙空間的20微米厚的τ-氧化鋁基面塗層，其計算值是： UA=25.54千卡/米2 ·時♦度 (請先IWJiii背而之;±意事項再填寫本頁) 裝. 線 本紙張尺度边用中國B家橾準（CNS)肀4規格（210x297公龙） 14 81. 6. 10,000ft. (H) 2 經濟部屮央楛準局13:工消坨合作杜印驭 五、發明説明（13)- 1 / U B = 3 . 9 1 5 X 1 Θ'2 + 2 X 1 0 ~6 + 1 . 4 X 1 0~5 UB = 25.63千卡/米2 ♦時•度 對於典型的催化性金属底材，主要的熟傳導熟阻是在觸 媒表面上的绝膜中。因此在基材的催化性面和在非催化性 面上的熟損失基本相等。 整《熟交換結檇將按式Π)得到一個基膻或間壁溫度： 了氣體入口 + T絕熱Τ間壁=-- 2 同壁溫度的升高將大杓是人口溫度和理論上的絕熟燃境 溫度之閭差值的一半。 如上所示，金属片可以在一面上用觸媒塗覆，然而另— 面是非催化的，形成蠼旋的或厝狀結構（圄1Α· 1C),以形 成長型間放的對於氣流具有低阻力的通道結檇。另一個結 構是由一種波较狀金羼帶條（40),用觸媒（42)塗覆在一面 上，可以和没有催化塗覆的分離帶（44)結合以形成如圖4Α 中所示的結構。 另一方面如圖4Β所示，波紋帶U6)和平面帶（48)在装85 成觸媒結構之前，在其一個面上用觸媒塗覆，其結構可譫 如圈示那樣結合。該結構是用催化性間壁形成通道（在圖 4Α中的50,和在圖4Β中的52),以及非催化性間壁的通道 (在匾3中的34,和在圖4Β中的56)。這茔結構具有限定觸 娌基賵溫度和出口氣膻溫度的獨特能力。 —個面用觸媒塗覆的波紋帶（50)和平面帶（54)可以按圈 (請先閲請背而之注悉事項再蜞寫本頁) 裝· 線. 本紙張尺度逍用中国Η家楳準(CNS)肀4規格(210x297公龙） 15 81. 6.〗〇,〇〇〇張（H) 經濟部屮央標準局β工消奸合作杜印製 L061G2 Λ 6_[l_6_ 五、發明説明（14) 5所示排列，這兒每ffi片的觸媒表面臨著一條不同的通道 ,因此所有的通道都有一段它們的間壁的觸媒塗眉，並且 所有的間壁具有一個用觸媒塗覆的表面和相對的非催化性 表面。圈5結檇將不同於圈3A和圖3B的結構。圈5結搆的間 壁形成一種完全熟交換，但是，因為所有的通道含有觸媒 ，故有所有的燃枓催化燃境的潛力。當燃埔發生在觸媒表 面時，觸媒和支承物的溫度將升高，並且熟置將被傳導和 散逸到催化面和非催化面兩邊的m流中。這將有助於隈定 觸媒基膻結構的溫度，以及將使鈀的塭度隈定於保抟間壁 的溫度在1個大氣壓下為750卩到8001：和10«大氣壓下杓 930T：。對於足夠長的觸媒或低的氣臢流速，在1個大氣壓下 絕熱燃境溫度大杓300T：以上，或者十個大氣壓下杓930卩 的任何燃料/空氣比將得到750T：到800T：的恒定出口绝膻 溫度。 如圖4A和4B中所示的結檇，在每個催化性通道和非催化 性通道裡有等量的m贈流遇。對這箜結構的最大氣贈溫度 的升高將是由進口燃料的50 S!的燃境所産生。 如圖4A和4B所示的結構可以根據通遇催化和非催化通道 的燃枓和氧化混合物的比值的變化來諝整控制反應的燃料 和氧ϋ的比率。一般來說，由觸媒塗覆的較大匾域與没塗 覆的匾娀閭的熟交換中，氣膻的群腫溫度將更接近地達到 氣趲的絕熟燃堍溫度，或者如果觸娌由鉑組成•將按近觸 媒的自身隈定通度。如圏6Α黷示了 一種波紋箔具有一種交 替的較窄（60)和較寛（62)波紋結携的結構。在适種波紋面 本紙张尺度边用中a S家樣準（CN5)甲4規格(210x297公*) 81. 6 10,000ft 16 ’ (請先閱讀背而之注意事項外填寫本頁) 訂 線· 06162 Λ 6 Η 6 經濟部中央標準局员工消坨合作杜印製 五、發明説明（15) 的一面上塗覆，結果得到一種大的催化性通道（64)和一種 小的非催化性通道（66)。在造種結檇中，大杓80Χ的氣流 將通過催化性通道，以及20 %通過非催化性通道。如果m 贈達到它的辎熟燃境溫度，則最大的出口氣贈溫度將是期 望的溫度升高的大杓80!«。相及，僅塗覆箔的另一面（圖6B )，結果僅有20X的氣膻流經催化性通道（6B)，並且最大的 出口氣贈溫度只使絕熟燃境溫度升高杓增長203；。當結合 完全熟交換時，合逋的波紋形狀和尺寸的設計能達到常規 水平的5X到955；。對於這些通道，催化性活性通道面積與 催化性非活性通道面積的比率可以從1: 20到20 : 1。谙些 面積的比率將杓等於如在這個等式中所示的氣流的比率。 最大的出口第贈溫度可以按下式（2)來計算= 催化氣流 丁氣，最大=丁氣、進口 + [τ絕熱_ %、進口] X (2 非催化氣流 為說明完全熟交換匾域的工作，假定部分的氧化性ϋ齷 從第一催化匾域流人m膻流經催化通道的圖4Β結構是梅流 量的50X。 大杓m流的一半將流纆帶有催化性閭壁的通道（52)，並 且另一半將流纆帶有非催化性閭壁的通道（56>。然料的燃 燒將在催化性表面進行，並且熟量將擴散到催化性和非催 化性通道中的氣流。如果進口氣膻是5 001：,以及燃料/空 英與理論上的絕熟燃燒通度1300卩相適JS,那麽在催化性 通道内的燃料和燃燒將引起所有的流動m贈的通度的提高 (請先閱請背而之注意事項再塡窍本頁) 裝· 訂 線· 81. 6. 10,〇〇〇張（Η) Λ 6 It 6 經濟部+央橒準局E：工消许合作杜印製 五、發明説明（16) 。熟置擴散到催化性和非催化性通道的英流。經計算的L-IHE湛度是： 5 00T： + 1 30 0T： τ 間壁-----900<c 2 耰計算的最大氣贈溫度是： T氣、最大=500T： + [ 1 300T： — 500T ] X 0 · 5 = 900卩 然而，在1個大氣壓下鈀將限定間壁溫度750X：到800T： ,並且最大的出□氣贈溫度將大杓是<8001：。在這種情 況中可以看出，鈀限制特徵控制了最大出口氣膣溫度，因 此隈定了間壁溫度。 在10個大m壓力下愔況是不同的。鈀的自身隈定溫度是 大杓930T：。間堃將被L-IHE結構隈定在9Θ0Τ：。在這種情 況下L-IHE結構限定間壁和氣膻溫度。 觸媒結構可以設計成保抟流動速度達到不超過800T：的 群膻出口溫度，較好的是在600T：，並且最好是在700T：到 800T：範圍内。觸媒能與一種非催化性擴散阻播層在如 Attorney Docket在Ho.PA-0004中所述的催化性材料上結 合。 組合物的催化金馬的含量一般都相當小，例如，從0.01 χ到杓15X(重量），而較佳的是從0.01X到杓10X(重量）。雖 然許多氧化觸媒在谙個申諸中是適用的，但較好的是第 VI族貴金羼或始族金属（鈀、釕、铑、鉑、锇和銥）。較 好的是鈀（因為它的自隈燃燒溫度的能力）和鉑（因為它的 (請先間請背而之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度遑用中a S家標準(CNS)甲4規格(210x297公龙） 81. 6.】0,000張（H) 18 經濟部屮央標準扃员工消讶合作杜印製 汕故62 A6 _lt_6_ 五、發明説明（17) 低損耗和極好的活性）。這些金属可以單個或混合使用。 例如，雖然在不同隈定溫度中，並且混合物由於與燃枓中 的雜質的及麽或興觸媒支承物反應導致觸媒的失活，但我 們已發現鈀和鉑的混合物製得的一種具有塭度隈定能力的 鈀的觸媒。 鉑族金属可以在一系列使用貴金羼的配位化合物、化合 物或者金属的懸浮液的方法裡載持在支承物上。金羼可以 從溶液中沉澱。當將金屬以分散疆形式載抟在一個支承物 上時，一般液膣載膻僅需要通過蒸發或分解從觸媒載膻移 出。 例如，合適的鉑族金属化合物是m鉑睃，氧化鉀鉑、硫 氰睃鉑銨、*氧化四氨合鉑、鉑族金馬氯化物、氧化物、 硫化物和硝睃鹽，氯化四氨合鉑，亞硝睃銨合鉑，*化四 (請先閲請背而之注意事項再填艿本頁) 裝. 訂 期 ，«中物都 些種戆 果如如物化属 某谙液 如伊以合硫金«的 β 的 0 ,可組或族 性妲屬 链的們娛物鉑 發是金 合型它觸化的 Β 引別族 氨溶或在氧有^1是特鉑 六水銨以種所 '徽，有 化是化可一上 t 特金含 * 以氧属如本 彡度和在 和可氫金，基Μί'溫鋇雜 铑們如族如， 隈是夾 化它，鉑例時 自馬遇 Μ,時。，用Kif的金通 、物媒在在使 媒的以 鈀合觸存存或H觸好可 合混的式式理 型較也 銨的明形形處。費鈀 。») 睃羼發的物後式 低用夂 磷金本鈀合的形丨降使 Μ 亞種備睃化境aiv 在以 、一製硝烕焙單第削可 鈀到於和贈如成了加中(Π 合得用睃單在化除添件羼 氨望當始以。轉 媒條金 線· 本紙浪尺度逍用中8 8家標準(CNS) 規格(2丨0X297公龙） 81. 6. 10,000張（H) 19 經濟部屮央櫺準局A工消许合作杜印製 五、發明説明（18) 載膻、配位化合物、化合物或觸媒添加物的金屬化分散Η 的形式加人。例如，氣化鋇或四氨合鋇可以被加人到鈀溶 液或懸浮液。觸媒添加削金屬可以以一個獨立的步睡在鈀 沉積在支承物上的前或後交替地加入，如果添加削單獨堆 加人，那麽添加削興鈀在支承物上的混合看來似乎不完全 。添加劑的加入量應加到了高至平衡數量。 團媒結構思該按這樣一種尺寸和構形來製造：在觸媒結 檇中通過催化_結祸流經徑向通道的m膻的平均嫌速度大 到超遇杓0.02米/秒，但不多於杓40米/秒。下隈大於甲垸 在空氣中，在3 5 01：時火焰前部速度，並且上限是適用於 現代商業上可實施的支承物類型的實例之一。這些平均速 度可以與除了甲垸外的燃料稍徹不同。援慢燃燒的燃枓可 以允許使用一種較低的最小的和最大的空固速度。 實施例 适些實施例說明了本發明的觸媒結镧的用途。 實施例1 這個實施例說明了一種使用鉑觸媒的單面金屬整塊結構 的製備。 —種在T-m化鋁中含有大杓5S!Si〇2的混合氧化物，在 10501C、空第中輕培燒得到一種具有比表面為190米2 /克 的顆拉。一種聚合物内襯的球磨檐装有125克Si〇2/A义203 扮末，2 20毫升水、10毫井濂硝睃（70!«〇〇3),以及圃柱形 的削玉（氧化鋁）研磨介質。該混合物研磨八小時，得到一 種溶臞。 A 6 Π 6 (請先閱-背而之注-帘項洱填艿木頁) 本紙張尺度遑用中a S家樣準（CNS)肀4規格（210X297公龙） 81. 6.】〇,〇〇〇張（H) 20 ,B6 __^__------ 五、發明説明（19) (請先間讀背而之注意亨項#蜞寫本頁) 一棰Fe/cr/AJL合金萡帶是一種人字形的波紋帶。谙種 i然後在900T：、空氣中m化以形成祖糙的氧化物覆羞 的表®。Si02 /A义2 〇3溶腰用一種空氣霧化喷射器塗在箔带 的窠側面上，並且使塗屠的箔帶面乾燥和焙境。然後，塗 渔的笺用一種含有鉑的濺度為0.042克拍/裹升的溶液噴塗 這種溶液是用p(hh3)2(h〇2)2溶解在硝睃中製得的。萡 帯再一次被乾燥和培境。最終的箔帶含有大約2· 9米2/克 的 si〇2/A 义2 〇3和 0.6 米2 鹿趟白的 Si〇2/AiL 2〇3。 jrjULi. 這個實施例是一個比較實施例，說明一種使用鉑觸媒的 雙®金屬整塊結檇的製品。第二個觸媒是用在®施例1中 說玥的類似方法製備的，除了用Si〇2/A义2〇3和鉑塗覆在 箔薄的兩面。這種觸媒的最終的組分在毎€面上含有大杓 1.7克/屋米3的Si〇2/AA_2 03和0.3米2/克的始。 竇施例3 這《實施例在燃境遇程與實施例1和2的觸媒的功能相比 較，證明用於完全熟交換的單面觸搜的比較長時圃的穐定 性〇 實施例1和2的觸媒軋製成杓二英寸直哦的緊密嫘旋，並 且放置在燃堍反應器内一《二英寸的1.0、絕熟匾域内。 空英以800播準升/分（SLPM)通遇一個電加熟器，一種靜力 氣黼混合器，以及通過觸媒。天然第U1 SLPM)導人_好 在英《混合器的上浪的m流中。菊«溫度是用懸浮在m流 中、用陶资覆羞的熟罨偁在觸嬅之前和之後測置。進人的 本紙張尺度遑用中明國家猱準(CNS)肀4規怙(2丨0x297公釐) 〇 1 81. 6. 10,〇〇〇張（H) Λ 6 Π 6 經濟部肀央標準局ΚΧ工消奸合作社印製 五、發明説明（2d 空m/天然m混合物或”預熟"的溫度是在毎種情況中增至 7 5 0 ό ,並且監控觸媒的性能。結果如圖7所示。 在翬面觸媒的氣贈出口溫度是忸定的，單面觸媒顬示出 更穩定的工作。對於雙面觸媒的氣臞出口溫度，甚至在圍 7所示的較短的十二小時籂選試瞼中，也是下降的。 實施例4 這個實施例說明了使用一種混合的氧化物底面塗眉和鈀 觸媒的單面金属化結檇的製品。 通道首先使20.8克原矽睃鹽和4.57cc 2βΜ硝睃和12.7克 乙酵混合製備一種Zr〇2/Si〇2扮末。混合物加到比表面為 10 0·2 /g的100克二氧化锆扮末。産生的固贈在一個密封的 玻瓖容器内老化杓一天，並且乾埭。一部分在400C培境 ，並且其它的在1 0 0 0 "C焙境。 通過152克在1000<〇培境的21'〇2/5丨〇2扮末和15.2克在 400T：焙燒的 Zr〇2/Si〇2 扮末和 3.93 克 983!H2S04、以及 310 cc蒸楣水混合製備一種溶腰。該混合物用Zr〇2研磨介質研 磨八小時。加人腰譖二氧化矽到球磨機裡，然後繼嫌研磨 30分潼。 然後産生一種鈀鹽和Zr〇2/Si〇2W混合物。大杓100克的 Zr02/Si0/i§腰與由Pd(NH3)2(N〇2)2溶解在硝睃中製備的 84毫升、0.083克鈀/毫升溶液混合。溶液的pH值調節至 9.0,加人1.26克並攢拌，並且pH值再一次被諝至3.0 2 4 。一定置（5.4克）的34X腰戆二m化矽溶腰加入混合物。 然後最終的溶腰嗔塗在一種波较狀2英寸寬的鐧（Cane t) (請先閲讀背而之注恋事項洱塡寫本頁) 本紙張尺度边用中a 8家樣準(CNS)甲4規格(210x297公龙） 81. 6. 10,〇〇〇張⑻ 22 經濟部+央榀準局KX工消"合作社印製 r〇6l^__ 五、發明説明（21) 箔帶的一面上。箔帶已在空英中加熟，得到一祖楢的氧化 性表面。經嘖塗的萡帶橈成一種在毎平方英寸中具有大杓 320單位的緊密嫘旋薄板捲。該軋製的結檇經乾燥，並且 然後在950Τ：焙燒。 該軋製的結構放在上面實施例3所述的燃境設備中，空 英以800SLPM引人觸媒，並且導人甲垸以使得燃燒/空m比 (F/A)為0.045。混合物進人觸媒的溫度是援慢增加。可以 從圏8中看出，觸媒在杓475T：開始催化燃燒反應，並且削 好在那黏是自抟的。鈀的自隈現象可以在圈8中的間壁出 口曲線的上段觀察到。即使預熟溫度連糴上升，溫度曲耧 在大杓780t：變平。 圈9顯示了在觸娛穐定之後的播態操作。預熟溫度恒定 在550t：。觸媒的操作如上面說明的不變。 本癸明已通遇直接描述掲示。其它在本翎域具有一般技 藝的人將認識到所有諸求的本發明的等姣變化，其將是所 附申諸專利範圍的褚神内。 Λ β Π 6 (請先閲-背而之注意事項#塡寫本頁) 本紙張尺度边用中國B家樣準(CNS)甲4規格(2丨0X297公龙) 23 81. 6. 10,〇〇〇張（H)

Claims (1)

1. 本 π li . A7 B7 C7D7 81. 12. 1 8 修正名 經濟部中央標準屬工消費合作社印¾ 六、申請專利範团 pr. —種觸媒結構，包括金羼製觸媒支承物，該金屬選自 鋁、高溫金屬合金，不銹鋼，或含鋁鐵合金，該支承物具 有許多適合燃燒氣體通過的通道，以及具有内表面，該内 表面至少一部分但不是全部用基面塗層及適合使可燃氣髏 氧化之催化性材料塗覆，並且用觸媒材料塗覆過的内表面 與沒有用催化性材料塗覆的内表面有熱交換關偽；其中該 基面塗層包含氣化鋁、氧化錯、二氧化矽、氧化鈦或高熔 點金屬氣化物，催化性材料包含一種或多種鉑族金屬，以 及含有觸媒的通道開放區與不含觸媒的通道開放區之比是 在1 : 20與20 : 1之間。 2. 如申請專利範圍第1項的觸媒结構，其中一些通道含 有催化性材料者。 3. 如申請專利範圍第1項的觸媒结構，其中所有的通道 含有催化性材料者。 4. 如申請專利範圍第1項的觸媒結構，其中金屬觸媒支 承物包括一種含有鋁的鐵合金者。 5. 如申請專利範圔第1項的觸媒結構，其中基面塗層包 括氣化鋁者。 6. 如申請專利範圍第1項的觸媒結構，其中基面塗層包 括氧化結者。 7. 如申請專利範圍第1項的觸媒結構，其中基面塗層包 括氣化鋁、二氣化鈦、氧化鋁和二氣化矽中至少二種的混 合物者。 8. 如申請專利範圍第7項的觸媒结構，其中基面塗層包 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝. 訂. A 本紙張又度適用中國國家樣準（CNS)甲4規格（210 X 297公蹵）. 81.9.10,000 A7 B7

   六、申請專利範困 者 物 合 混 的 矽 化第 氣 二 與利 錯專 化請 氣申 BBC 種 如 一 9 括 圍 範 料 材 性 化 ♦Ms·- 催 中 其 構 結 媒 觸 的 項 者 鉑 括 包 料 材 性 化 mill 0 中 其 構 结 媒 觸 的 項 5 第 圍 範 利 專 請 申 如 者 鉑 括 包 料 材 性 化 KE 催 中 其 構 結 媒 觸 的 項 1X 第 圍 範 利 專 請 Φ 如 者0 括 包 料 材 性 化 fill 催 中 、其 構 结 媒 獨 的 項 6 第 圍 範 利 專 請 申 如 者 把 括 包 料 材 性 化 HE 催 中 其 溝 結 媒 觸 的 項 8 第 圍 範 利 專 請 Φ 如 者 耙 括 包 料 材 性 化 催 中 其 構 結 媒 觸 的 項 4 第 圍 範 利 專 請 申 如 者 鉑 和0 括 包 的 媒 觸 有 含 中 其 構 結 媒 觸 的 項 4 圍 範 利 專 請 申 如 不 於 大 對 相 道 通 觸 的 媒 觸 有 含 中 其 構 。結 者媒 道觸 通的 的 媒 項 4 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) i裝. 訂. 丨镇 不 於 小 對 相 道 通 通 的 媒 觸 的 項 4 第 圍 範 利 專 請 Φ 如 的 媒 觸 有 含 中 其 構 。 結 者媒 道觸 經濟部中央標準局β:工消費合作社印製 觸 有 含 不 與 道 通 第 圍 範 利 專 請 如 括 包 物 承 支 媒 觸 屬 金 中 。其 者 ， 寸構 尺結 等媒 相觸 有的 具項 tt 道 通 物 承 支 媒 觸 中 其 C 構 者结 面媒 曲觸 捲的 旋項 螺 的 層 紋 波 種 第 圍 範 利 專 請 甲 如 4 支 媒 觸 靥 金 〇 中 者其 面 ， 旋構 螺結 製媒 軋觸 的的 層項 4 隔第 I 0 ΠΡΒΡ ί 範 S專u * j * 包 重如 種 . 一20 是 本纸張尺度適用中國國家樣準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）Π 81.9.10,000 六、申請專利範圍 者 紋 花 形 含 字 3 包 申 入如m 是.$通 物 2 物 承 承 A7 B7 C7 D7 支 媒者 觸層 屬隔 金間 中板 其平 , 和 構層 結狀 媒紋 觸波 的的 項替 ^4一父 第-了 0 ^ 範平 般 利 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -丨裝· 訂. .燒 經濟部中央標準居s工消費合作社印製 本纸張尺度通用中國國家橒準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）：- 81.9.10,000