Cu-CHA/Fe-MFI混合沸石催化剂和使用其处理气流中的NOx的方法_3

文档序号:8307521阅读:来源:国知局
一部分流体接触。优选所述基材为整料,其中更优选所述整料为通流式整料。合适的基材包括任何通常用于制备催化剂且通常包含陶瓷或金属蜂窝结构的那些。因此,整料式基材含有由基材入口面延伸至出口面的细平行气流通道,从而使得该通道对流体流动呈开放状态(称为蜂窝状通流式基材)。从其流体入口至其流体出口基本为直路的通道由壁所限定,所述壁上分别设置有一种或多种MFI和BEA结构类型的沸石,从而使得流经所述通道的气体可与其接触。整料式基材的流动通道为可具有任何合适横截面形状和尺寸如梯形、矩形、正方形、正弦状、六方形、椭圆形或圆形的薄壁通道。该结构可包含基于每平方英寸横截面为至多900个气体入口( S卩,微孔),其中根据本发明,所述结构优选每平方英寸具有50-600个开孔,更优选300-500个,甚至更优选350-400个开孔。
[0043]因此,根据本发明的优选实施方案,所述催化剂包含为整料,优选为蜂窝状载体的基材。
[0044]根据本发明的其他优选实施方案,所述基材为壁流式整料。对这些实施方案而言,所述基材优选为蜂窝状壁流式过滤器、缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫或烧结金属过滤器,其中特别优选壁流式过滤器。就同样优选的流通式整料而言,有用的壁流式基材具有多个沿该基材纵轴延伸的细的基本平行的气流通道。每个通道通常在所述基体一端堵塞,而交替通道在相对端面处堵塞。本发明所用的特别优选的壁流式基材包括细孔壁蜂窝状整料,其中流体流可通过该整料,而不导致横跨该催化剂的背压或压力增大过多。本发明中所用的陶瓷壁流式基材优选由孔隙率为至少40%,优选40-70%且平均孔径为至少5微米,优选5-30微米的材料形成。进一步优选孔隙率为至少50%且平均孔径为至少10微米的基材。
[0045]因此,根据本发明,优选包含于催化剂中的基材优选选自通流式基材和壁流式基材,更优选选自堇青石通流式基材和壁流式基材以及碳化硅通流式基材和壁流式基材。
[0046]通常,根据进一步包含基材的本发明实施方案,所述沸石可以以任何可设想的方式提供于其上,其中它们优选以一层或多层(优选为载体涂层)的形式提供于其上。在其中所述催化剂包含基材和在其上所提供的两层或更多层的本发明优选实施方案中,所述沸石可以任何可能的方式在所述两层或更多层中提供。因此,本发明包括例如其中沸石仅包含于所述两层或更多层的一个单层中的优选实施方案以及其中沸石包含于所述两层或更多层的超过一层中的实施方案。然而,优选沸石包含于一个单层中,与所述基材上所存在的层数无关。
[0047]因此,根据其中催化剂包含基材的本发明优选实施方案,进一步优选所述催化剂包含位于基材上的一层或多层(优选为载体涂层),所述沸石包含于一个单层中或两个或更多个分开的层中,其中优选沸石包含于一个单层中。
[0048]在包含基材和其上所提供的两层或更多层且其中沸石包含于所述层中超过一个中的本发明其他实施方案中,对所述一种或多种MFI和CHA结构类型的沸石在包含所述沸石的所述超过一层中的分布没有特别的限制。因此,大体上根据本发明,例如MFI和CHA型沸石分别可包含于含有沸石的各层中,或者所述含有沸石的层仅仅一部分含有MFI和CHA型沸石二者。此外,根据本发明的所述其他实施方案,可能不存在含有MFI和CHA型沸石二者的单层,因此所述沸石包含于所述催化剂的分开的层中。然而,根据本发明,优选该实施方案中至少一层包含MFI和CHA型沸石二者,其中甚至更优选含有沸石的所述实施方案的两层或更多层中每层也包含MFI和CHA型沸石二者。
[0049]原则上,所述一种或多种MFI和CHA结构类型的沸石可分别以任意可设想的量存在于所述催化剂中,条件是可获得本发明的经改进的催化剂。因此,所述一种或多种MFI结构类型的沸石、或所述一种或多种CHA结构类型的沸石、或者所述一种或多种MFI结构类型的沸石和所述一种或多种CHA结构类型沸石二者可分别以0.1-5.0g/in3的负载量存在于所述催化剂中,其中其负载量优选为0.7-2.0g/in3,更优选为1.0-1.7g/in3,更优选为1.15-1.55g/in3,更优选为1.25-1.45g/in3,更优选为1.32-1.38g/in3,甚至更优选为1.34-1.36g/in3。特别地,所述MFI和CHA型沸石各自的负载量可彼此独立,就此而言,所述优选的负载量范围可适用于MFI或CHA型沸石,其中对属于另一结构类型的一种或多种沸石的负载量各自没有特别的限制,因此可以以任意负载量存在,或可限制为不同范围的负载量。因此,本发明还包括其中例如所述MFI型沸石的负载量为0.1-5.0g/in3且所述CHA型沸石的负载量为1.34-1.36g/in3的实施方案,或者其中例如所述MFI型沸石的负载量为0.7-2.0g/in3且所述CHA型沸石的负载量为1.32-1.38g/in 3的实施方案,或者其中例如所述MFI型沸石的负载量为1.0-1.7g/in3且所述CHA型沸石的负载量为1.25-1.45g/in3的实施方案,或者其中例如所述MFI型沸石的负载量为1.15-1.55g/in 3且所述CHA型沸石的负载量为1.15-1.55g/in3的实施方案,或者其中例如所述MFI型沸石的负载量为1.25-1.45g/in3且所述CHA型沸石的负载量为1.0-1.7g/in 3的实施方案,或者其中例如所述MFI型沸石的负载量为1.32-1.38g/in3且所述CHA型沸石的负载量为0.7-2.0g/in 3的实施方案,或者其中例如所述MFI型沸石的负载量为1.34-1.36g/in3且所述CHA型沸石的负载量为0.1-5.0g/in3的实施方案。
[0050]除上文所述的催化剂之外,本发明还涉及一种用于废气流的处理系统。特别地,本发明的处理系统包括内燃机,优选稀燃发动机,甚至更优选柴油发动机。然而,根据本发明,也可将稀燃汽油发动机用于所述处理系统中。
[0051]此外,本发明的处理系统包括与内燃机流体连通的废气管。就此而言,可使用任何可设想的管,条件是其可将废气从内燃机中导出且可充分耐受内燃机(尤其是稀燃发动机,如柴油发动机)中所遇到的温度和化学物质。就本发明的含义而言,在废气管与内燃机之间所提供的流体连通意指所述处理系统允许废气从发动机恒定通至所述管。
[0052]根据本发明的废气处理系统,所述催化剂存在于废气管中。所述催化剂通常可以以任何可设想的方式在废气管中提供,条件是其存在于所述废气管中,就此而言,其可与通过所述管的废气接触。优选所述催化剂在废气管中提供于本申请所述的基材上,尤其是提供于蜂窝状基材(其优选为通流式或壁流式蜂窝状基材)上。
[0053]因此,本发明还涉及一种包括内燃机和与所述内燃机流体连通的废气管的废气处理系统,其中本发明催化剂存在于所述废气管中,且其中所述内燃机优选为稀燃发动机,更优选为柴油发动机。
[0054]在这方面以及与此独立地,本发明还涉及如下实施方案:其中包括内燃机和与所述内燃机流体连通的废气管的废气处理系统包含本发明催化剂,其中所述催化剂存在于所述废气管中,且其中所述内燃机优选为稀燃发动机,更优选为柴油发动机。
[0055]根据本发明的优选实施方案,所述废气处理系统进一步包括将还原剂引入废气流中的装置,其中所述装置位于本发明MFI/CHA沸石催化剂的上游。特别地,优选提供将氨和/或尿素引入废气管中的装置。就此而言,可提供本领域技术人员所已知的任何装置,特别是通常用于以活性SCR方法运行且必须直接引入所述还原剂的废气处理系统中的那些装置。根据特别优选的实施方案,借助提供于本发明催化剂上游的废气管中的喷嘴引入优选包含氨和/或尿素的还原剂。
[0056]就本发明的含义而言,所述废气处理系统可合适地进一步包括任何用于有效处理废气的其他组件。特别地,所述系统优选进一步包括氧化催化剂或催化滤烟器(CSF)或氧化催化剂和CSF 二者。根据所述实施方案,所述氧化催化剂和/或CSF也存在于所述废气管中。
[0057]在本发明中,可使用任何合适的CSF,条件是其可有效地氧化可包含于废气中的烟灰。为了该效应,本发明CSF优选包含涂覆有载体涂层的基材,所述载体涂层含有一种或多种用于烧除捕集的烟灰和/或氧化废气流排放物的催化剂。烟灰燃烧催化剂通常可为任何已知的用于燃烧烟灰的催化剂。例如,CSF可涂覆有一种或多种高表面积耐高温氧化物(如氧化铝、二氧化娃、二氧化娃-氧化铝、氧化错和氧化错-氧化铝)和/或氧化催化剂(如氧化铈-氧化锆)以将未燃烧的烃燃烧且在一定程度上燃烧成颗粒物。然而,优选所述烟灰燃烧催化剂为包含一种或多种贵金属催化剂的氧化催化剂,所述一种或多种贵金属催化剂优选包含一种或多种选自铂、钯和铑的金属。
[0058]就所述废气处理系统中代替或除了 CSF之外优选包含的氧化催化剂而言,可将任何氧化催化剂用于该效应,其适于氧化废气中所含的未燃烧烃、CO和/或NOx。特别地,优选包含一种或多种贵金属催化剂,更优选一种或多种选自铂、钯和铑的贵金属的氧化催化剂。根据其中所述废气处理系统的内燃机为柴油发动机的本发明特别优选的实施方案,所述氧化催化剂优选为柴油氧化催化剂。特别地,就本发明的含义而言,“柴油氧化催化剂”是指任何特别好地适于氧化柴油废气(尤其是就其处理中所遇到的温度和柴油废气的组成而言)的氧化催化剂。
[0059]根据特别优选的实施方案,所述废气处理系统进一步包含CSF,甚至更优选CSF和氧化催化剂二者。甚至更优选所述废气处理系统进一步包含CSF和柴油氧化催化剂。
[0060]原则上,在进一步包含氧化催化剂和/或CSF的废气处理系统的实施方案中,所述其他组分可以以任意顺序存在于废气
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