高性能scr催化剂系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高性能SCR催化剂系统，其为了解决用于处理船舶柴油发动机，特别是带有涡轮增压器的发动机尾气的SCR催化剂系统存在的问题，而将清除SOF成份的催化剂模块附着在发动机后端并连续在下游安装SCR催化剂模块，从而能够有效清除氮氧化合物。通过在200℃以下的较低温度分解SOF成份，从而可以解决因粘性液态混合物，即SOF成份累积在SCR催化剂表面降低SCR催化剂活性，且因SOF成份的粘性导致蜂窝型载体通道被堵塞的问题。
【专利说明】高性能SCR催化剂系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高性能SCR催化剂结构。具体讲，就是涉及一种在能够适用于处理排放大量溶解性有机物质(SOF，Soluble Organic Fract1n)的船舶发动机尾气的SCR催化剂系统中，将清除SOF成份的催化剂模块附着在发动机后端并连续在下游安装SCR催化剂模块，从而能够有效清除氮氧化合物的高性能SCR催化剂系统。
【背景技术】
[0002]随着船舶环境规制的强化，对船舶柴油发动机排放的氮氧化合物进行控制的选择性催化还原(SCR ;selective catalytic reduct1n)系统正得到广泛利用。SCR系统主要用于减少船舶发动机排出的氮氧化合物，在上述系统中，氨气喷射到通过设置有催化剂的路径的尾气流中。氨气使从尾气排出的大量氮氧化合物还原转化成水和氮气。用于SCR系统的脱氮氧化合物催化剂为高价产品，因此可以对尾气/氨/催化剂反应的化学当量进行控制是优选的。这种脱氮氧化合物等催化剂活性物质可以被无机耐火材料或金属材质的载体支撑。用于SCR系统的催化剂根据制造方法的不同大致可分为挤压型SCR催化剂和涂层型SCR催化剂，包括催化剂活性物质及载体。为了防止尾气压力下降通常将其制作成蜂窝型结构。这种SCR催化剂通常安装在船舶发动机后端。
【发明内容】
[0003]技术问题
[0004]最近，为了改善船舶发动机的油耗，在船舶上适用从油耗效率层面考虑最优良的附着有涡轮增压器的发动机的情况正在增加。在这种情况下，如果在带有涡轮增压器的发动机后端安装SCR催化剂，就会因催化剂入口温度达不到SCR催化剂发挥作用的最佳温度，即230°C左右，而无法确保SCR的活性。同时，从船舶柴油发动机排放的碳、硫酸盐、水等粘性液态混合物，即SOF成份累积在SCR催化剂表面的情况下，不仅会导致SCR催化剂活性降低，而且当过量的SOF流入到催化剂时还会出现蜂窝型载体通道被堵塞的现象。
[0005]技术方案
[0006]本发明就是为解决用于处理船舶柴油发动机特别是带有涡轮增压器的发动机尾气的SCR催化剂系统存在问题而研发的。本发明涉及一种将清除SOF成份的催化剂模块附着在发动机后端并连续在下游安装SCR催化剂模块，从而能够有效清除氮氧化合物的高性能SCR催化剂系统。
[0007]另外，为解决用于处理船舶柴油发动机特别是带有涡轮增压器的发动机尾气的SCR催化剂系统存在问题，本发明提供了一种由清除SOF的催化剂成份一体形成于SCR催化剂物质上层的SCR模块构成的高性能SCR催化剂系统。
[0008]在依据本发明的SCR催化剂系统中，用于清除SOF成份的催化剂活性物质是二氧化铈，或二氧化铈的复合氧化物，或者含有二氧化铈的混合物，为了提高催化剂活性物质的凝聚力及载体附着力可以含有硅石、氧化锆及/或氧化铝。清除SOF成份的催化剂活性物质可以沉积于载体内部或者涂覆于载体内壁。所述二氧化铈的复合氧化物是含有二氧化铈的氧化物复合体，可以具有10至20重量份的二氧化铈。
[0009]非限制性地，对于依据本发明清除SOF成份的模块来说，载体呈蜂窝型结构，可以由堇青石、碳化硅、堇青石-α -氧化铝、氮化硅、锆莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、硅酸镁、锆石、透锂长石、α -氧化铝、铝硅酸盐等构成，优选由堇青石构成。
[0010]另外，在依据本发明的SCR催化剂系统中，可以在SOF清除模块下游连续安装SCR催化剂模块。对于SCR催化剂模块来说，沉积或涂覆于载体内部的催化剂活性物质可以是将氧化钛(T12)、氧化钨(WO3)或氧化钼(MoO3)添加到钒中的钒系列、沸石系列或非金属(base metal)氧化物，但并非仅限定于此。
[0011]另外，在依据本发明的高性能SCR催化剂系统中，清除SOF的催化剂活性物质可以层叠于SCR催化剂上层，因此SCR催化剂模块同时具有SOF清除活性功能。
[0012]有益效果
[0013]依据本发明的SCR催化剂系统适用于船舶柴油发动机特别是带有涡轮增压器的发动机后端，在200°C以下的相对低温条件下分解SOF成份，可以解决粘性液态混合物，即SOF成份累积于SCR催化剂表面从而降低SCR催化剂的活性，并且因SOF成份的粘性导致蜂窝型载体通道被堵塞的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是适用于现有船舶柴油发动机上的SCR催化剂系统及依据本发明实现的SCR催化剂系统的概略构成图。
[0015]图2是依据本发明的清除SOF的催化剂及普通氧化催化剂的溶解性有机物质(SOF)清除性能评估测定结果坐标图。
【具体实施方式】
[0016]本发明涉及一种将清除SOF成份的催化剂模块附着在发动机后端并连续在下游安装SCR催化剂模块，从而能够将用于船舶等的柴油发动机排放的氮氧化合物清除的高性能SCR催化剂系统。
[0017]本申请中使用的术语“下游”是指以发动机为基准的尾气流动方向。“模块”是指为了执行一项功能的最小单位装置，例如:“SCR催化剂模块”是指为了清除从柴油发动机排放的氮氧化合物而执行SCR功能的催化剂装置，“S0F清除模块”是指用于清除柴油发动机排放的碳、硫酸盐、水等粘性液态混合物，即SOF成份的模块。模块由载体及催化剂活性物质构成，催化剂活性物质能够涂覆于载体内壁或者沉积于载体内部。
[0018]为了使船舶柴油发动机排放的尾气经由一个或者一个以上的催化剂模块时最小化压力下降幅度，载体优选构成为蜂窝型形状。虽然本领域技术人员熟知蜂窝型或蜂巢型的结构，但这里还是概略介绍一下，它带有从载体流入前面或排出后面延长的并列气体流动通路，所述通路前面及后面开放，从气体流入前面到排出后面具有实质上直线路径的开放通路，即通道。这些通道由较薄的内壁形成。
[0019]依据本发明的SCR催化剂及SOF清除催化剂载体由陶瓷材质构成，可以由堇青石、碳化硅、堇青石-α -氧化铝、氮化硅、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、硅酸镁、锆石、透锂长石、α -氧化铝、铝硅酸盐等构成，优选由堇青石构成。催化剂活性物质根据载体的多孔度沉积于空隙内或者涂覆于内壁上。SCR催化剂活性物质可以是将氧化钛(T12)、氧化钨(WO3)或氧化钼(MoO3)添加到钒中的钒系列、沸石系列或非金属(base metal)氧化物，但并非仅限定于此。另外，SOF清除催化剂活性物质是一种含有10至20重量份二氧化铈的氧化物复合体，为了提高催化剂活性物质的凝聚力及载体附着力，可以含有硅石、氧化锆及/或氧化铝。对于所述氧化物复合体来说，如果二氧化铈的含量在10重量份以下，则SOF成份就不能充分地分解，由此会发生下游SCR催化剂模块通道被堵塞的情况，如果添加20重量份以上的二氧化铈，又会因SOF成份分解热过多导致超过下游SCR催化剂模块的最佳功能温度。
[0020]依据本发明的SOF成份清除用催化剂或SCR催化剂模块的制造方法与现有SCR催化剂制造方法没有不同之处，下面作简要介绍。为了确保所有催化剂活性物质都能够涂覆于载体内壁，将能够在载体内壁形成厚薄涂层的催化剂活性料浆进行定量化处理后，再将陶瓷载体浸渍到料浆中进行焙烧。催化剂活性物质的定量涂覆方法可以通过本 申请人:2011年9月29日申请的大韩民国专利申请号第10-2011-0098682号(催化剂支撑体定量涂覆装置及方法)实现，所述在先申请作为参考纳入本申请中。
[0021]另外，除了如上所述的由多个模块构成SCR催化剂系统之外，也可以由清除SOF的催化剂活性物质一体形成于SCR催化剂活性物质上层的SCR模块构成。
[0022]下面，将参照附图对依据本发明的SCR催化剂系统进行说明。
[0023]本发明确认了含有二氧化铈的氧化物复合体能够有效清除柴油发动机尾气中大量含有的溶解性有机物质(SOF)的事实。由于SOF具有粘附特性，因此它是一种不仅会堵塞形成于SCR催化剂模块上的通道，而且最终还会降低SCR催化剂活性的成份。图2是依据本发明的SOF清除催化剂及普通氧化催化剂的SOF清除性能评估测定结果坐标图。令人吃惊的是，由硅石、氧化锆及氧化铝构成含有15%重量份的二氧化铈的氧化物复合体(标记为“0SC”)与典型的氧化催化剂(PVAl2O3)比较，能够在较低的温度条件下清除SOF成份。图2显示了使用差示扫描热量计(DSC)进行的实验，代替SOF而将润滑油及碳粉涂覆在对象催化剂上后，使温度从室温增加到900°C，并使空气流动速度为400cc/分钟。从图2中可以看出，OSC成份在200°C以下发热，与此相反，典型的氧化催化剂直到300°C才能够分解SOF成份。因此，将由硅石、氧化锆及氧化铝构成且含有二氧化铈的氧化物复合体适用于船舶柴油发动机，特别是带有涡轮增压器的发动机后端，在在较为低的温度分解SOF成份，从而可以解决因粘性液态混合物，即SOF成份累积在SCR催化剂表面而降低SCR催化剂活性，且因SOF成份的粘性导致的蜂窝型载体通道被堵塞的问题。通过这种分解发热，SCR催化剂为钒(V2O5)系列时上升到最佳温度300-450°C，当SCR催化剂为沸石系列时上升到最佳温度350-600°C，从而能够执行最佳功能。图1是示出现有用于船舶柴油发动机上的SCR催化剂系统及依据本发明实现的SCR催化剂系统的概略构成图。从图1中可明确得知，与现有SCR催化剂系统对比，依据本发明的SCR催化剂系统将清除SOF成份的催化剂模块附着在发动机特别是带有涡轮增压器的发动机后端并连续在下游安装SCR催化剂模块，从而能够有效地清除氮氧化合物。但是，本发明的目的并非仅仅通过这种多重模块才能实现。虽然附图中没有标示，但是本发明为了解决用于处理船舶柴油发动机特别是带有涡轮增压器的发动机尾气的SCR催化剂系统存在的问题，可以使所述清除SOF的催化剂成份一体形成于所述SCR催化剂物质上层。在这种情况下，一体化的SCR催化剂模块可以直接安装在发动机下端，制造一体化催化剂模块的方式对本领域技术人员来说是非常清楚的。
【权利要求】
1.一种高性能SCR催化剂系统，其特征在于: 对于处理柴油发动机尾气的SCR催化剂系统来说，将具有清除SOF成份的催化剂活性物质的清除SOF催化剂模块附着在柴油发动机后端，并连续在下游安装具有SCR催化剂活性物质的SCR催化剂模块，从而有效清除氮氧化合物。
2.一种高性能SCR催化剂系统，其特征在于: 对于处理柴油发动机尾气的SCR催化剂系统来说，该SCR催化剂系统由SCR催化剂模块构成，该SCR催化剂模块包括:清除SOF成份的催化剂活性成份形成于SCR催化剂活性物质上层的2重催化剂层。
3.根据权利要求1或2所述的高性能SCR催化剂系统，其特征在于: 用于清除SOF成份的催化剂活性物质为二氧化铈、二氧化铈的复合氧化物或含有二氧化铈的混合物。
4.根据权利要求3所述的高性能SCR催化剂系统，其特征在于: 为了提高用于清除SOF成份的催化剂活性物质的凝聚力及载体附着力，能够含有硅石、氧化错或氧化铝。
5.根据权利要求1或2所述的高性能SCR催化剂系统，其特征在于: SCR催化剂活性物质选自由将氧化钛、氧化钨或氧化钼添加到钒中的钒系列、沸石系列及非金属氧化物组成的组。
6.根据权利要求1或2所述的高性能SCR催化剂系统，其特征在于: 清除SOF成份的催化剂活性物质或SCR催化剂活性物质涂覆于蜂窝型载体内壁。
7.根据权利要求6所述的高性能SCR催化剂系统，其特征在于: 载体由堇青石、碳化硅、堇青石-α -氧化铝、氮化硅、锆莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、硅酸镁、锆石、透锂长石、α -氧化铝或铝硅酸盐构成。
【文档编号】B01D53/94GK104508269SQ201380040369
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】韩贤植, 金垠锡, 安陵均 申请人:喜星触媒株式会社