选择性催化还原催化剂系统的制作方法_3

文档序号:9307681阅读:来源:国知局
每一个都将在下文更详细地进行描述。
[0096]在具体的实施方案中,第一 SCR催化剂组合物和第二 SCR催化剂组合物中的每一个均用作成型催化剂(molded catalyst),更具体地,用作其中SCR催化剂组合物设置在合适的耐火基底上,更具体地,在“蜂窝”基底上的成型催化剂,以用于氮氧化物选择性还原,即用于氮氧化物的选择性催化还原。根据本发明的实施方案,SCR催化剂组合物可呈自负载催化剂颗粒形式或呈由SCR催化剂组合物形成的蜂窝单块体形式。
[0097]根据一个或多个实施方案,第一 SCR催化剂组合物包含混合氧化物。如本文所使用的,术语“混合氧化物”是指含有多于一种化学元素的阳离子或处于几种氧化状态的单个元素的阳离子的氧化物。在一个或多个实施方案中,混合氧化物选自Fe/氧化钛(例如FeT13)、Fe/氧化铝(例如FeAl2O3)、Mg/氧化钛(例如MgT13)、镁/氧化铝(例如MgAl2O3)、Mn/氧化铝、Mn/氧化钛(例如Mn0x/Ti02)、(例如Μη0χ/Α1203)、Cu/氧化钛(例如CuT13)、Ce/Zr (例如CeZrO2)、Ti/Zr (例如TiZrO2)、氧化钒/氧化钛(例如V205/Ti02)以及它们的混合物。在具体的实施方案中,混合氧化物包括氧化钒/氧化钛。氧化钒/氧化钛氧化物可用钨(例如WO3)活化或稳定,以提供V205/Ti02/W03。
[0098]根据一个或多个实施方案,包含氧化钒/氧化钛的第一 SCR催化剂组合物比沸石SCR催化剂生成明显更少的队0,尤其是在富含NO2的条件下。在一个或多个实施方案中,第一 SCR催化剂组合物包含氧化f凡分散在其上的氧化钛。氧化f凡可以从I重量%至10重量%,包括I重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%的浓度范围分散。在具体的实施方案中,氧化钒由钨(WO3)活化或稳定。妈可以从0.5重量%至10重量%,包括I重量%、2重量%、3重量%、3.4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%和10重量%的浓度范围分散。所有百分比基于氧化物。
[0099]根据一个或多个实施方案,第二 SCR催化剂包含金属交换的分子筛。金属选自Cu、Fe、Co、N1、Ce和Pt。在具体的实施方案中,金属为Cu。
[0100]如本文所使用的,术语“分子筛”是指基于通常含有四面体类型位点的氧离子的广泛三维网络并且具有孔隙分布的材料。如沸石的分子筛已经广泛用于催化精炼和石油化学反应、以及催化、吸附、分离和层析中的许多化学反应。例如,就沸石而言,合成和天然沸石以及它们促进某些反应的用途在本领域是公知的,该反应包括将甲醇转化为烯烃(ΜΤ0反应)以及在氧的存在下使用还原剂如氨、尿素或碳氢化合物选择性催化还原(SCR)氮氧化物。沸石是具有相当统一的孔隙大小的晶体材料,孔隙大小取决于沸石的类型和包含在沸石晶格中的阳离子的类型和量,直径范围约3至10埃。
[0101]SCR工艺中采用的催化剂组合物理想地应能够在较大的使用温度条件范围内(例如200°C至600°C或更高)、在水热条件下保持良好的催化活性。水热条件经常在实践中遇至IJ,如在烟灰过滤器的再生期间;烟灰过滤器是一种用于除去颗粒的废气处理系统的部件。
[0102]根据具体的实施方案,第二 SCR催化剂组合物的分子筛具有8环孔隙开口和双六环次级结构单元,例如,那些具有以下结构类型的分子筛:AE1、AFT、AFX、CHA, EAB、ER1、KF1、LEV、SAS、SAT、DDR和SAV。根据一个或多个实施方案,应当理解的是,通过利用其结构类型限定分子筛,预期包括结构类型以及具有相同结构类型的任何及所有同型骨架材料如SAPO、AlPO 和 MeAPO 材料。
[0103]具有8环孔隙开口和双六环次级结构单元的沸石,特别是那些具有笼状结构的沸石,最近已用作SCR催化剂。具有这些性质的沸石的具体类型为菱沸石(CHA),其为具有可以通过其三维孔隙度接近的8元环孔隙开口(在至少一个维度具有小于4.3埃,例如约3.8埃的孔隙大小)的小孔沸石。笼状结构由通过4个环连接双六环结构单元得到。
[0104]金属促进的、尤其是铜促进的铝硅酸盐沸石具有CHA结构类型(例如SSZ-13和SSZ-62)以及大于I的氧化硅与氧化铝的摩尔比,尤其是那些具有大于或等于5、10或15且小于约1000、500、250、100和50的氧化娃与氧化招比率的沸石近来在作为使用含氮还原剂将贫燃发动机中的氮氧化物SCR的催化剂方面引起高度关注。这是由于这些材料的宽温度范围和优异的水热耐久性,如美国专利号7,601,662中所描述的。在美国专利号7,601,662所描述的金属促进沸石的发现之前,尽管文献指出大量金属促进沸石已经在专利和科学文献中被提出用作SCR催化剂,但是所提出的材料中的每一种都具有以下缺陷中的一个或两个:(I)在例如350°C及更低的低温下氮氧化物的低转化率;以及(2)以在通过SCR进行的氮氧化物的转化中催化活性的显著下降标志的低水热稳定性。因此,在美国专利号7,601,662中描述的发明强调了提供这样一种材料的迫切的、未解决的需要,材料将提供氮氧化物在低温下的转化和在超过650°C的温度下水热老化之后SCR催化剂活性的保持。
[0105]沸石类菱沸石包括具有近似化学式:(Ca,Na2, K2,Mg) Al2Si4O12.6Η20的沸石组的天然存在的网硅酸盐矿物质(例如水合硅酸钙铝)。三种合成形式的沸石类菱沸石描述于John Wiley&Sons 的 1973 年出版的 D.W.Breck 的“Zeolite Molecular Sieves”,其特此以引用的方式并入。三种合成形式由Breck报道的是沸石K-G,描述于J.Chem.Soc.,第2822页(1956),Barrer等人;沸石D描述于英国专利号868,846 (1961);并且沸石R描述于美国专利号3,030,181中,其特此以引用的方法并入。另一合成形式的沸石类菱沸石SSZ-13的合成描述于美国专利号4,544,538,其特此以引用的方式并入。具有菱沸石晶体结构的合成形式的分子筛硅铝磷酸盐34(SAP0-34)的合成描述于美国专利4,440,871和美国专利号7,264,789中,其特此以引用的方式并入。制造另一种具有菱沸石结构的合成分子筛SAP0-44的方法描述于美国专利号6,162,415,其特此引用的方式并入。
[0106]在更具体的实施方案中,对铝硅酸盐沸石结构类型的参考限制在骨架中不包含取代的磷或其他金属的分子筛的材料。当然,铝硅酸盐沸石随后可与一种或多种促进剂金属(如铁、铜、钴、镍、铈或铂族金属)进行离子交换。然而,应当清楚的是,如本文所使用的“铝硅酸盐沸石”不包括铝磷酸盐材料如SAPO、AlPO和MeAPO材料,并且较广的术语“沸石”旨在包括铝硅酸盐和铝磷酸盐。在一个或多个实施方案中,分子筛可包括所有铝硅酸盐、硼硅酸盐、镓硅酸盐、MeAPSO和MeAPO组合物。这些包括但不限于SSZ_13、SSZ_62、天然菱沸石、沸石 K-G、Linde D、Linde R、LZ-218、LZ-235、LZ-236、ZK-14、SAP0-34、SAPO-44、SAP0-47、ZYT-6、CuSAPO-34、CuSAPO-44 和 CuSAPO-47。
[0107]在一个或多个实施方案中,第二 SCR催化剂组合物的分子筛具有选自由以下组成的组的结构类型:AE1、AFT、AFX、CHA、EAB、ER1、KF1、LEV、SAS、SAT、DDR 和 SAV。在具体的实施方案中,分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有CHA结构类型,例如SSZ-13或SSZ-62。在另一个具体的实施方案中,分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有AEI结构类型,例如SSZ-39。
[0108]在具体的实施方案中,由铜促进的8环小孔分子筛具有大于约15,甚至更具体地大于约20的氧化硅与氧化铝摩尔比。在具体的实施方案中,由铜促进的8环小孔分子筛具有范围在约20至约256,更具体地范围在约25至约40的氧化硅与氧化铝摩尔比。
[0109]在具体的实施方案中,铜对铝的原子比超过约0.25。在更具体的实施方案中,铜铝比为约0.25至约I,甚至更具体地约0.25至约0.5。在甚至更具体的实施方案中,铜铝比为约0.3至约0.4。
[0110]—般而言,根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统应表现出良好的低温NOx转化活性(在200 °C下NOx转化率>50 % )和良好的高温NO 化活性(在450 °C下NO x转化率>70% )。勵^舌性在最大NH3泄露条件下在稳态条件下,在用N2平衡的具有500ppm NO、500ppm NH3UO% O2,5% H2O的气体混合物中在80,OOOh 1的基于体积的空间速度下测得。
[0111]根据一个或多个实施方案,为减少册13排放,第一 SCR催化剂组合物应具有低于第二 SCR催化剂组合物的册13吸附/解吸温度。
[0112]根据一个或多个实施方案,第二 SCR催化剂组合物包含金属交换的8环小孔分子筛。换句话说,第二 SCR催化剂组合物为由金属促进的8环小孔分子筛。在一个或多个实施方案中,金属可选自由以下组成的组:Cu、Fe、Co、Ce和Ni。在具体的实施方案中,金属选自Cu。
[0113]促进剂金属的重量%:
[0114]计算为金属氧化物的金属交换的8环小孔分子筛的促进剂金属(例如Cu)含量在具体的实施方案中为至少约2重量%,甚至更具体地为至少约2.5重量%并且在甚至更具体的实施方案中为至少约3重量%,在无挥发物的基础上记录。在甚至更具体的实施方案中,计算为金属氧化物的金属交换8环小孔分子筛的金属(例如Cu)含量在最高约8重量%的范围内,基于煅烧分子筛的总重量计,在无挥发物的基础上记录。因此,在具体的实施方案中,计算为金属氧化物的由选自Cu、Fe、Co、Ce和Ni的金属促进的8环小孔分子筛的范围为约2至约8重量%,更具体地为约2至约5重量%,并且甚至更具体地为约2.5至约3.5重量%,在每种情况下基于氧化物记录。
[0115]在一个或多个实施方案中,第一 SCR催化剂和第二 SCR催化剂以横向分区构型布置,其中第一催化剂在第二催化剂的上游。如本文所使用的术语“横向分区”是指两种SCR催化剂相对于彼此的位置。横向意指并排,以使得第一 SCR催化剂组合物和第二 SCR催化剂组合物互相并列地定位,其中第一 SCR催化剂组合物在第二 SCR催化剂组合物的上游。根据一个或多个实施方案,横向分区的第一和第二 SCR催化剂可布置在相同或共同的基底或彼此分开的不同基底上。
[0116]根据一个或多个实施方案,氧化钒/氧化钛和金属交换的8环小孔分子筛设置在共同或相同的基底上。在其他实施方案中,氧化钒/氧化钛和金属交换的8环小孔分子筛设置在单独的基底上。根据一个或多个实施方案,不论是在相同的基底上还是在不同的基底上,氧化钒/氧化钛均位于金属交换的8环小孔分子筛的上游。
[0117]在一个或多个实施方案中,与金属交换的8环小孔分子筛相比,氧化钒/氧化钛促进更高的N2形
当前第3页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1