[發明專利]選擇性催化還原劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201010509228.5
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN102029175A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: R·烏克羅派克;A·奇戈普維;A·杜布科夫;M·巴萊諾維奇;M·賴歇特;B·卡伯里
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: B01J29/06
• 分類號: B01J29/06;B01J29/46;B01D53/94;B01D53/56;F01N3/28
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明總體上涉及去除氮氧化物(NOx)，尤其涉及使用氨作為還原劑從排氣流中選擇性催化還原(SCR)NOx。本發明進一步涉及獲得在寬泛的溫度范圍內帶有改善的催化活性的SCR催化劑，以及涉及用于NOx去除或還原的催化劑準備、并且減少未反應的氨排放(即氨逃逸)及減少副產物例如一氧化二氮(N₂O)的方法。

本發明尤其涉及用于從來自內燃發動機(ICE)(尤其是柴油發動機)含氧排氣中還原NOx的工藝，并且也可涉及經由使用作為還原劑的氨(NH₃)的NOx催化還原去除由工業中任何其它燃燒過程(例如固定發動機中)形成的NOx的工藝。

背景技術

通常認為氮氧化物(NOx)是造成形成酸雨、城市煙霧(特別是在接近城市區域的低空大氣層中形成臭氧)和經由N₂O導致溫室效應引起的全球變暖的主要空氣污染物。它們在大氣中的出現正在導致森林被破壞并影響人類和生物的健康。另外對建筑物也具有較強的腐蝕效應。

NOx(NO、NO₂)的主要來源為燃燒過程，例如內燃發動機、煤、石油和氣體燃燒器、鍋爐和焚燒裝置，其中在高溫區域形成NOx。

直接地從排放產物來源里去除NOx氣體是重要的。然而，NOx還原的工藝選擇和其效率取決于來源、氣體溫度和排氣流中其它化合物的出現以及它們的濃度，例如氧氣、水、SO₂、SO₃、H₂S、未燃燒碳氫化合物(HC)、CO和CO₂。總體上，稀化(富氧)燃燒比富燃料燃燒產生更多的NOx并且排氣含有從2％至16％的氧。因此，重要的是具有能夠在低溫下和較高程度的氧氣情況下充分還原氮氧化物的催化劑。在使用氨作為還原劑的情況下，同樣重要的是在NOx還原之前催化劑不能氧化氨，并且具有在零或超低氨逃逸下提供高NOx轉化率的能力。氨是毒性物質，其受較嚴格的排放立法標準的限制。

歐洲和北美當前的環境標準將很快要求更清潔的車輛，其具有帶有低排放的NOx(歐5-2.0g/kWh(HD)、歐6-0.4g/kWh(HD)、美國EPA標準MY?2007和之后0.27g/kWh(0.2g/bhp?h))的發動機，這在沒有帶NOx還原催化劑的先進后處理系統的情況下不能夠實現的。這將要求催化劑能夠在低運轉溫度(150-300℃)下實現非常高的NOx還原。然而，由于很多種類的使用車輛以及駕駛狀況，排氣溫度范圍也變得較寬。因此，最好具有使得在低溫和高溫(至少達到600℃)下實現高NOx還原的催化劑或催化劑系統。此外，需要在車輛壽命期間保持高性能，因此催化劑的耐高溫性非常重要，特別是當SCR催化劑安裝在柴油微粒過濾器(DPF)之后，其會在碳煙再生期間產生高溫。

如在歐洲專利EP?1054722B1中所述，一些催化劑在特定的NO∶NO₂比(通常1∶1被報告為最合適的)下顯示非常好的性能。然而，在車輛使用期間由于氧化催化劑和DPF的老化以及其對NO₂產物的性能惡化，很難獲得這種調節的比例的NOx氣體，保持這種比例甚至更困難。因此，需要具有對于低NO₂水平(特別是對于排氣)有非常高的NOx轉化效率的SCR催化劑。對于僅包含NO的排氣(更有利于實際應用)，催化劑能夠實現高NOx轉化效率。

SCR催化劑的另一重要特性是耐硫性，并且產生最小量的N₂O(不超過少量的ppm)。N₂O為溫室氣體，并且盡管N₂O排放未受立法限制，其溫室氣體效應(GWP)是CO₂的310倍，其是全球變暖的主要人為因素。

SCR催化劑的接下來重要特征是其能夠在較寬的排氣流速范圍(例如在較高的每小時氣體空間流速(GHSV))內提供高NOx還原。總體上，在較寬的溫度范圍和較寬的GHSV范圍以及不依賴于排氣內的NO₂濃度下獲得高活性的催化劑是有挑戰的。同樣重要的是這種催化劑應該選擇性地將NOx轉化為氮，同時帶有或不帶有非常低的副產物(例如N₂O)以及具有或不具有非常低水平的氨逃逸。

關于消除氨逃逸，有一些發明提議使用氨氧化催化劑作為SCR催化劑的添加劑，其中依照EP?1633959B1持續地氧化沒有被SCR反應轉化的氨。然而，這種催化劑包含昂貴的貴金屬像鉑(Pt)，其僅在較窄的溫度范圍并且需要額外的空間下選擇性地工作，通常這對于機動車輛的應用是非常有限的。