[發明專利]催化劑共混物

有效

• 申請號: 201380012101.4
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN104159667B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: J·M·菲杰耶科;H-Y·陳;G·R·錢德勒;A·N·M·格林;D·德;S·穆拉;W·曼寧;P·G·布萊克曼
• 申請（專利權）人: 莊信萬豐股份有限公司
• 主分類號: B01J29/00
• 分類號: B01J29/00;B01D53/94;B01J29/76;B01J29/85
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 柳冀

發明背景

1.發明領域

本發明涉及用于處理燃燒廢氣，特別是選擇性催化還原(SCR)貧燃燃燒廢氣中的NO_x的催化劑、制品和方法。

2.相關技術說明

多數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)；但是廢氣也包含相對小部分的有害和/或有毒物質，例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)，和微粒物質(主要是煙灰)。為了減輕釋放到大氣中的廢氣對于環境的印象，需要消除或減少這些不期望的組分的量，優選通過不會再產生其他有害或有毒物質的方法。

最難以從貧燃廢氣中除去的組分之一是NO_x，其包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)和一氧化二氮(N₂O)。將例如由柴油發動機產生的貧燃廢氣中NO_x還原成N₂特別成問題，因為廢氣包含足夠的氧來支持氧化反應，而不是還原。但是，NO_x可以在柴油機廢氣中通過通常稱作選擇性催化還原(SCR)的方法來還原。SCR方法包括在催化劑存在下和借助于還原劑，將NO_x轉化成單質氮(N₂)和水。在SCR方法中，在廢氣與SCR催化劑接觸之前將氣態還原劑例如氨添加到廢氣流中。還原劑被吸收到催化劑上，當氣體經過催化基底之中或之上時，發生NO_x還原反應。使用氨的化學計量的SCR反應的化學方程式是:

2NO+4NH₃+2O₂→3N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

已知的SCR催化劑包括沸石和其他分子篩。分子篩是具有明確結構的微孔結晶固體，并且通常在它們的骨架中包含硅、鋁和氧，也可以在它們的孔中包含陽離子。分子篩的定義特征是它的晶體或贗晶體結構，其通過分子四面體單元以規則和/或重復的方式互連來形成骨架而形成。已知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)。這些分子篩的催化性能可以在某些環境中通過陽離子交換方法來改進，其中存在于骨架表面或內部的一部分離子物質被過渡金屬陽離子如Cu²⁺所替代。通常，在這種分子篩上較高的金屬負荷會導致該材料耐久性降低，特別是當該材料暴露于高溫時更是如此。因此，仍然需要更耐久的高性能SCR催化劑。

發明內容

申請人已經驚訝地發現，與分別采用每個組成材料的性能相比，金屬助催化的CHA分子篩的某些共混物產生了更好的性能，例如NO_x轉化率和水熱穩定性。這種共混物中的CHA分子篩包括具有低的二氧化硅與氧化鋁之比(SAR)的硅鋁酸鹽，和硅鋁磷酸鹽(SAPO)。

一些CHA硅鋁酸鹽的二氧化硅與氧化鋁之比(SAR)與分子篩的水熱穩定性有關。對于這種硅鋁酸鹽，較高的SAR對應于改進的水熱穩定性。但是，本發明的CHA?SAPO和低SAR?CHA硅鋁酸鹽的共混物在極端老化條件(例如900℃)條件下具有令人驚訝地展示出的水熱穩定性。此外，已經發現CHA?SAPO和低SAR?CHA硅鋁酸鹽之間的協同效應使得這些材料的共混物出人意料地實現了比單獨任一材料更好的性能。這種協同效應也受到分子篩上的非骨架金屬負載量的影響。