[發(fā)明專利]用于處理廢氣的催化劑

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280059428.2
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN104080532A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設計）人: G·R·錢德勒;A·N·M·格林;P·R·菲利普斯;S·D·雷德
• 申請（專利權）人: 莊信萬豐股份有限公司
• 主分類號: B01J29/76
• 分類號: B01J29/76;B01J29/72;B01J29/74;B01J29/78;B01D53/94;B01J37/02;B01D53/86;B01J29/85
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 柳冀

發(fā)明背景

1.發(fā)明領域

本發(fā)明涉及用于處理燃燒廢氣、選擇性催化還原(SCR)貧燃廢氣中的NO_x的催化劑、制品及方法。

2.相關技術的描述

多數(shù)燃燒廢氣的最大部分包含相對良性的氮氣(N₂)、水蒸氣(H₂O)和二氧化碳(CO₂)；但廢氣還含有相對小部分的有害和/或有毒的物質，如來自不完全燃燒的一氧化碳(CO)，來自未燃燒燃料的烴(HC)，來自過高燃燒溫度的氮氧化物(NO_x)和顆粒物質(主要是煤灰)。為了減輕釋放到大氣中的廢氣對環(huán)境的影響，需要消除或減少這些不希望的組分的量，優(yōu)選通過不產(chǎn)生其他有害或有毒物質的方法。

最難以從車輛廢氣中除去的組分之一是NO_x，其包括一氮氧化物(NO)、二氮氧化物(NO₂)和一氧化二氮(N₂O)。將例如由柴油機產(chǎn)生的貧燃廢氣中的NO_x還原為N₂特別成問題，因為廢氣中含有充足的氧氣來促進氧化反應，而不是還原反應。然而，通過通常被稱為選擇性催化還原(SCR)的方法，柴油機廢氣中的NO_x可以被還原。SCR方法涉及在催化劑的存在下與還原劑的幫助下NO_x轉化成單質氮(N₂)和水。在SCR方法中，將氣態(tài)還原劑如氨添加到廢氣流中，然后使廢氣與SCR催化劑接觸。還原劑被吸收到催化劑上，當氣體穿過或經(jīng)過催化基底時發(fā)生NO_x還原反應。使用氨的化學計量的SCR反應化學方程式為：

4NO+4NH₃+3O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+3O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

已知的SCR催化劑包括沸石以及其他分子篩。分子篩是具有明確結構的微孔結晶固體，在其骨架內通常含有硅、鋁和氧，并且在其孔內還含有陽離子。分子篩的定義特征是由分子四面體單元以規(guī)則或重復的方式互連以形成骨架，從而形成的晶體或贗晶體結構。獨特的沸石骨架通常由國際沸石協(xié)會(IZA)結構委員會指定的三字母代碼來識別。作為已知的SCR催化劑的分子篩骨架的例子包括骨架類型代碼CHA(菱沸石)、BEA(β)和MOR(絲光沸石)。

一些分子篩具有由一系列互連單元構成的三維分子骨架。這些分子篩的單元通常具有幾立方納米數(shù)量級的體積，和直徑幾埃數(shù)量級的單元開口(也稱為“孔“或“孔隙”)。單元可由其孔的環(huán)尺寸來定義，其中例如術語“8環(huán)”是指由8個四面體配位的硅(或鋁)原子和8個氧原子組建而成的閉環(huán)。在某些沸石中，單元孔在骨架內對齊，以形成一條或多條眼神貫穿骨架的通道，從而創(chuàng)建一種機構，以根據(jù)通道的相對尺寸和分子或離子的種類，限制不同的分子或離子種類進入或通過分子篩。分子篩的尺寸和形狀部分地影響了其催化活性，因為分子篩對反應物具有空間影響，控制了對反應物及產(chǎn)物的接觸。例如，小分子如NO_x可以進入或離開單元，和/或可以通過小孔分子篩(即具有最大環(huán)尺寸為8個四面體原子的骨架的那些)的通道擴散，然而大分子如長鏈烴則不能。此外，分子篩的部分或全部脫水可以得到與分子大小的通道交錯的晶體結構。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有小孔骨架即含有最大環(huán)尺寸8的沸石在SCR應用中特別有用。小孔沸石包括具有如下晶體結構類型的那些：CHA、LEV、ERI和AEI(由國際沸石協(xié)會定義)。具有CHA骨架的分子篩的具體的鋁硅酸鹽和硅鋁磷酸鹽實例包括SAPO-34、AIPO-34、SSZ-13和SSZ-62。

沸石是具有互連的氧化鋁和二氧化硅的晶體骨架的鋁硅酸鹽，特別是通過共享氧原子交聯(lián)的氧化鋁和二氧化硅，因此可以由其二氧化硅與氧化鋁之比(SAR)來表征。一般地，較高的SAR與提高的水熱穩(wěn)定性有關。來自于移動貧燃發(fā)動機如柴油機的廢氣的溫度往往在500-650℃或更高。廢氣通常還含有水蒸氣。因此，在設計SCR催化劑時水熱穩(wěn)定性是重要的考慮因素。