[發(fā)明專利]用于捕獲揮發(fā)的化合物的選擇性催化還原體系

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080057521.0
• 申請日: 2010-11-12
• 公開（公告）號: CN102869862A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·M·查普曼
• 申請（專利權(quán)）人: 美禮聯(lián)無機(jī)化工公司
• 主分類號: F01N3/08
• 分類號: F01N3/08;B01D53/94;B01J21/06;F01N3/20
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 任永利

背景技術(shù)

使用諸如尿素和氨的還原劑，在燃燒發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生的氮氧化物的選擇性催化還原(SCR)是工業(yè)上重要的催化工序。利用氧化鈦催化劑載體的釩基SCR催化劑在歐洲被批準(zhǔn)用于在重型柴油發(fā)動機(jī)卡車上的道路移動式應(yīng)用，而且這些催化劑是高度活性的并且顯示了對含硫燃料的極好耐受性。然而，釩基催化劑未被EPA批準(zhǔn)在美國或日本用于道路使用。缺少批準(zhǔn)歸因于對釩排放到環(huán)境中以及由于暴露于排氣管排放的釩而可能產(chǎn)生的潛在毒性的擔(dān)憂?？赡軡撛诘匾鸫呋瘎┲锈C損失的一種可能機(jī)理是在高溫下熱廢氣流中的金屬氧化物或氫氧化物的汽化。

此外，對于最早將在2010年開始實(shí)施的關(guān)于煙灰和NOx的較新的法規(guī)(例如，歐洲VI和美國2010規(guī)則)可能會要求必須聯(lián)合使用柴油發(fā)動機(jī)微粒過濾器(DPF)和SCR催化劑。在一種構(gòu)造中(美國專利No.US7,498,010)，SCR催化劑位于DPF的下游。如果不采取補(bǔ)救措施，DPF上收集的煙灰將最終堵塞用于廢氣流動的通路并且可能引起裝置上的不可接受的壓降產(chǎn)生。為了避免這種情況，通過燃燒將煙灰連續(xù)地或偶爾地去除。由于燃燒是放熱過程，其與裝置的溫度的升高相關(guān)，所述升高的溫度被傳輸?shù)綇U氣中，溫度上升取決于收集的煙灰量和位于DPF上游的廢氣溫度。這些高溫廢氣可能接近750℃甚至更高，隨后將通過SCR催化劑。因此，近來對改善SCR催化劑的熱穩(wěn)定性予以越來越多的重視，即同時用于釩基催化劑以及銅基、鐵基及其他金屬基催化劑。通常接受的是，催化劑必須在較短的時間周期內(nèi)對于最高800℃的溫度保持穩(wěn)定。為了檢驗(yàn)催化劑配方的耐久性，必須進(jìn)行模擬真實(shí)環(huán)境的曝置條件的試驗(yàn)。福特的研究員[1]已經(jīng)開發(fā)出模擬120,000英里跨度的道路條件的SCR催化劑的加速老化協(xié)議。這個測試包括將催化劑在670℃暴露于相對高的氣體流速(氣時空速，GHSV＝30,000小時^-1)的包括水(5體積％)的反應(yīng)氣流中64小時。這些時間和溫度條件用作本文公開及宣稱的發(fā)明構(gòu)思的方法的參考點(diǎn)。

對于高溫下釩的揮發(fā)性的擔(dān)憂，例如當(dāng)SCR催化劑位于DPF下游時，引發(fā)的問題即可能限制釩基移動SCR催化劑的可用市場，也是催化劑發(fā)展的關(guān)鍵考慮因素?，F(xiàn)有技術(shù)中一直需要能夠?qū)CR催化劑中釩的揮發(fā)度進(jìn)行評估。此外，現(xiàn)有技術(shù)中還需要能證明下游釩零損失的去NOx選擇性催化還原催化劑體系。這就是本文公開和宣稱的發(fā)明構(gòu)思所要解決現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了用于捕獲諸如釩化合物和鎢化合物的揮發(fā)化合物的選擇性催化還原催化劑體系，以及用于捕獲在這種選擇性催化還原催化劑體系中的諸如釩化合物和鎢化合物的揮發(fā)化合物的組合物和方法，例如在柴油發(fā)動機(jī)的排放控制系統(tǒng)中。該體系典型地包括兩個功能，第一個是選擇性催化還原((SCR)催化劑體系，第二個是捕獲材料，用于捕獲在極端暴露條件下具有明顯揮發(fā)性的催化劑組分。SCR催化劑組分典型地基于氧化鈦主要相，帶有附加的次要相催化劑組分，該次要相催化劑組分包括釩、硅、鎢、鉬、鐵、鈰、磷、銅和/或錳釩的氧化物中的一種或多種。捕獲材料典型地包括高表面積氧化物的主要相，例如氧化硅穩(wěn)定的氧化鈦、氧化鋁、或穩(wěn)定化的氧化鋁，例如，其中捕獲材料在極端暴露的持續(xù)時間內(nèi)保持次要相氧化物的低總單層覆蓋分?jǐn)?shù)。該方法包括通過催化劑材料和捕獲材料處理熱廢氣流，其中捕獲材料可以與催化劑材料混合，或者可以位于其下游位置，或兼而有之，但仍維持在極端溫度下。例如氧化釩和氧化鎢的揮發(fā)性的催化劑組分因此從廢氣的蒸氣相中被移除。

在本發(fā)明的一個方面，預(yù)期當(dāng)所述組分在它們捕獲后在捕獲床的載體表面上以低密度存在時，穩(wěn)定的、高表面積氧化物載體，包括但不限于，氧化硅穩(wěn)定的氧化鈦和氧化鋁，可能被用于捕獲這些揮發(fā)性組分。進(jìn)一步地，關(guān)于某些實(shí)施例，已驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在暴露于極端條件之前通常的揮發(fā)性組分以低密度存在于催化劑表面上時，它們也展示了在極端條件下降低的揮發(fā)性，從而使這樣的“低密度”催化劑也可以被用于減少或除去催化劑組分的揮發(fā)性。因此，該揮發(fā)性組分，一旦被被捕獲，優(yōu)選地基本將不會再被釋放到廢氣相中。因此，一方面所述系統(tǒng)和方法提供了高穩(wěn)定性、高表面積無機(jī)氧化物載體，其可被用于這樣的結(jié)構(gòu)中，其中穩(wěn)定的、高表面積載體與較低穩(wěn)定性、釩基SCR催化劑材料混和，或者位于該較低穩(wěn)定性、釩基SCR催化劑材料下游，在較低穩(wěn)定性、釩基SCR催化劑材料中，催化劑組分具有相對高的表面密度，其中前述穩(wěn)定的、高表面積載體甚至在化合物從較低穩(wěn)定性和較高表面密度催化劑材料揮發(fā)的相同溫度下，從蒸氣相捕獲并且除去揮發(fā)性化合物。