处理瞬时nox排放的催化剂的制作方法_2

文档序号:9313842阅读:来源:国知局
本发明提供用其组成、流速和温度分别瞬时改变的进气中的含 氮还原剂选择性催化氮氧化物转化的催化剂,所述催化剂包含第一分子筛组分和第二分子 筛组分的组合,其中在联邦试验方法(Federal Test Procedure) (FTP) 75循环试验的直接 比较中,催化剂具有比单独采用的任一种分子筛组分在相同或较低NH3泄漏更高的NO,累积 转化率。
[0019] 具体地讲,我们在至少一个实施方案中观察到第一分子筛组分和第二分子筛组分 之间的协同关系,可这用于改进包含分子筛(例如,小孔分子筛)的SCR催化剂对NO x转化 的瞬时反应,同时保持在SCR催化剂中用小孔分子筛作为组分的优点。"用含氮还原剂选择 性催化进气中氮氧化物还原的催化剂"在本文中应被称为"选择性催化还原"(或"SCR") 催化剂。为了避免疑虑,包含三种或更多种分子筛的组合的SCR催化剂也在本发明的范围 内。
[0020] 在优选的实施方案中,催化剂具有比单独采用的任一种分子筛组分在相同或较低 NH3泄漏更高的NOx累积转化率,其中进入所述催化剂的进气中NO : NO2累积摩尔比等于或 小于1。在某些其它优选的实施方案中,进排气流中NO : NO2比为约0.8至约1.2。在某些 其它优选的实施方案中,进排气流中NO :繼2比小于约0.3,而在其它优选的实施方案中, 该比率大于约3。
[0021 ] 在其它优选的实施方案中,催化剂具有比单独采用的任一种分子筛组分在相同或 较低NH3泄漏更高的NO x至双氮累积转化率。
[0022] 本发明显著改进催化剂活性,以便与目前发展水平的SCR催化剂比较在较低NH3 暴露(相对于催化剂的饱和储存容量低暴露)得到较高活性。从〇氨暴露到饱和氨暴露的 活性增加速率被称为"瞬时反应"。
[0023] 在一个实施方案中,对于所选择条件,第一分子筛组分在比第二分子筛组分更低 的順3填充量达到最大NO x转化率。例如,第一分子筛组分的氨填充量可以为10-80 %,例 如 20-60 % 或 30-50%。
[0024] 第一分子筛和第二分子筛可独立选自沸石和非沸石分子筛。根据国际沸石协会 (International Zeolite Association)的"沸石"一般被认为是错娃酸盐,而"非沸石分子 筛"可以为与相应沸石相同框架类型(或晶体结构)的分子筛,但具有在晶格中存在的一个 或多个非铝/非硅阳离子,例如磷、钴和磷两者、铜或铁。因此,例如,SSZ-13为框架类型编 号CHA的沸石,而SAP0-34为共有相同CHA框架类型编号的硅铝磷酸盐非沸石分子筛。特 别优选的是含铁的铝硅酸盐沸石(本文定义的非沸石分子筛),例如,含铁的ZSM5、β、CHA 或FER,例如公开于W02009/023202和ΕΡ2072128Α1,这些沸石水热稳定,并且具有相对较高 SCR活性。我们也有利地发现,在某些实施方案中,包含这些含铁的铝硅酸盐沸石的催化剂 产生很少或不产生硝酸铵,并且显示相对较高选择性,例如低Ν 20。这些材料的一般SiO2/ Al2O3摩尔比为30至100, SiO 2/Fe203摩尔比为20至300,例如,20至100。
[0025] 在优选的实施方案中,第一(沸石或非沸石)分子筛组分可以为包含八(8)个四 面体原子最大环大小的小孔分子筛,任选选自任何表1中所列。任选第二(沸石或非沸石) 分子筛组分也可以为包含八(8)个四面体原子最大环大小的小孔分子筛,并且可独立于第 一分子筛组分选自任何表1中所列。
[0026] 表1 :应用于本发明的小孔分子筛的详细资料
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[0035] 在一个实施方案中,小孔分子筛可选自由AC0、ΑΕΙ、AEN、AFN、AFT、AFX、ANA、APC、 APD、ATT、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、GIS、GOO、IHff、ITE、ITW、LEV、KFI、MER、 MON、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、RTH、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、YUG 和 ZON 组成 的框架类型。
[0036] 具体用于处理贫燃内燃机排气(例如机动车排气)中的NOx的小孔分子筛列于表 2中。
[0037] 表2 :用于本发明的SCR催化剂的优选小孔分子筛
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[0040] 在具体的实施方案中,第二分子筛(沸石或非沸石分子筛)组分可以为中孔、大孔 或介孔大小的分子筛。
[0041] 在特别优选的实施方案中,第一分子筛为CuCHA材料,第二分子筛为FeBEA、 FeFER、FeCHA或FeMFI (例如,ZSM-5),其中Fe经浸渍、离子交换和/或存在于分子筛的晶 格内。
[0042] 在本文中,"中孔"是指包含十(10)个最大环大小的分子筛,"大孔"是指包含十二 (12)个四面体原子最大环大小的分子筛。介孔分子筛具有> 12的最大环大小。
[0043] 在本发明中用作第二分子筛的适合中孔分子筛包括ZSM-5 (MFI)、MCM-22 (MWW)、 A1P0-11 和 SAP0-11 (AEL)、A1P0-41 和 SAPO-41 (AFO)、镁碱沸石(FER)、片沸石或斜发沸石 (HEU)。用于本发明的大孔分子筛包括沸石Y(如ultrastable-Y(或USY))、八面沸石或 SAP0-37 (FAU)、Α1Ρ0-5 和 SAP0-5 (AFI)、SAP0-40 (AFR)、A1P0-31 和 SAP0-31 (ΑΤΟ)、β (BEA)、 钠菱沸石(GME)、丝光沸石(MOR)和菱钾沸石(OFF)。
[0044] 从WO 2008/132452中的说明了解,使用某些中孔和大孔分子筛,如ZSM-5沸石或 β沸石,可导致催化剂焦化。某些中孔和大孔分子筛组分的选择可能不适合一些应用:实 质上是在改进瞬时反应(一方面)和焦化问题(另一方面)之间取得平衡。然而,利用适 合的排气系统设计,可减少或避免这些焦化问题,例如,在SCR催化剂的上游布置氧化催化 剂,这些催化剂可转化进气中的一些烃,且另外具有焦化的中孔、大孔或介孔分子筛组分。 在小孔分子筛与中孔、大孔或介孔分子筛组合的某些实施方案中,存在小孔分子筛也可能 减少中孔、大孔或介孔分子筛上的焦化。此布置的另一个益处是可调节接触催化剂的进气 中NO : NO2之比,以促进在SCR催化剂上完全NOx转化。
[0045] 用于本发明的分子筛可独立选自一维、二维和三维分子筛。显示三维维度的分子 筛具有在所有三个结晶维度中互连的孔结构,而具有二维维度的分子筛具有只在两个结晶 维度中互连的孔。具有一维维度的分子筛没有从第二结晶维度互连的孔。
[0046] 用于本发明的小孔分子筛,特别是铝硅酸盐沸石,可具有2至300的二氧化硅:氧 化铝比率(SAR),任选4至200,如8至150,例如15至50或25至40。应了解,较高SAR优 选提高热稳定性(尤其在水热老化后在低温的高催化活性),但这可能负面影响过渡金属 交换。因此,在选择优选的材料中,可考虑SAR,以在这两种性质之间取得平衡。关于框架内 铁分子筛的SAR在说明书别处讨论。
[0047] 在优选的实施方案中,第一分子筛、第二分子筛或第一分子筛和第二分子筛两者 包含一种或多种独立选自 Cr、Mn、Fe、Co、Ce、Ni、Cu、Zn、Ga、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、In、Sn、Re、 Ir和Pt的金属。第一分子筛中包含的金属可与第二分子筛中包含的金属相同或不同。因 此,例如,第一分子筛可包含铜,第二分子筛可包含铁。在一个实施方案中,两种分子筛可一 起离子交换。
[0048] 应了解,例如从以上表1 了解,在本文中,"包含一种或多种过渡金属的分子筛"意 指包括其中铝和硅以外的元素代入分子筛的框架的分子筛。这些分子筛被称为"非沸石 分子筛",并且包括用一种或多种金属取代的"SAP0"、"MeAP0"、"FeAP0"、"AlP04"、"TAP0"、 11^0"、164?30"和1641?0"。适合取代金属包括但不限于一种或多种48、8、86、(:〇、卩6、 6 &、66、1^、1%、111、11、211和2^这些非沸石分子筛可又由以上所列的适合金属浸渍,即0、 Mn、Fe、Co等。第一分子筛和第二分子筛之一或两者可包含取代框架金属。在第一分子筛 和第二分子筛两者均包含取代框架金属时,所述或各取代金属独立选自上列。
[0049] 在一个具体实施方案中,用于本发明的小孔沸石和非沸石分子筛可选自铝硅酸盐 沸石、金属取代的铝硅酸盐分子筛,如优选的含铁铝硅酸盐沸石和铝磷酸盐分子筛。
[0050] 用于本发明的铝磷酸盐分子筛包括铝磷酸盐(AlPO4)分子筛、金属取代的铝磷酸 盐分子筛(MeAlPO)、娃错磷酸盐(SAPO)分子筛和金属取代的娃错磷酸盐(MeAPSO)分子筛。
[0051] 用作第一或第二分子筛组分的分子筛组分的特别有利组分为铁取代的铝硅酸盐, 即,当铁存在于分子筛的框架时。在用于本发明的SCR催化剂的优选应用中,即,用于处理 来自机动NOJg的排气,铁取代的铝硅酸盐特别有利,因为它们产生相对低或不产生N 2O, N2O是强"温室"气体。
[0052] 在一个实施方案中,至少一种过渡金属选自Cr、Ce、Mn、Fe、Co、Ni和Cu。在一个 优选的实施方案中,至少一种过渡金属选自Cu、Fe和Ce。在一个具体实施方案中,至少一 种过渡金属由Cu组成。在另一个具体实施方案中,至少一种过渡金属由Fe组成。在另一 个具体实施方案中,至少一种过渡金属为Cu和/或Fe。
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