[發明專利]Cu?CHA/Fe?MFI混合沸石催化劑和使用其處理氣流中的NOx的方法

有效

• 申請號: 201410789506.5
• 申請日: 2011-04-08
• 公開（公告）號: CN104624228B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: S·斯蒂貝爾斯;C·文特;T·紐鮑爾;M·迪特勒;J·L·莫哈南
• 申請（專利權）人: 巴斯夫歐洲公司;巴斯夫公司
• 主分類號: B01J29/80
• 分類號: B01J29/80;B01D53/94;B01D53/56;F01N3/28
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 劉金輝,林柏楠

本申請是申請號為201180027328.7、申請日為2011年4月8日、發明名稱為“Cu-CHA/Fe-MFI混合沸石催化劑和使用其處理氣流中的NO_x的方法”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種優選用于選擇性催化還原(SCR)中的催化劑以及一種包含所述催化劑的廢氣處理系統，和一種處理包含NO_x的氣流的方法。特別地，本發明涉及一種催化還原氮氧化物的方法，尤其是涉及在氧氣存在下借助氨使用金屬促進的沸石催化劑選擇性還原氮氧化物的方法。

背景技術

機動車廢氣中所存在的排放物可分為兩類。因此，術語“一次排放”是指通過發動機中燃料的燃燒過程直接形成且在其通過廢氣處理系統之前就已存在于未處理的排放物中的污染氣體。二次排放是指可在廢氣處理系統中作為副產物形成的污染氣體。

稀燃發動機的廢氣除一氧化碳CO、烴類HC和氮氧化物NO_x的常規一次排放物之外，還包含高達15體積％的較高含量的氧氣。在柴油發動機的情況下，除氣態一次排放物之外，還存在主要由煙灰殘留物構成(具有或不具有有機附聚物)和由氣缸中燃料的部分不完全燃燒所產生的其他顆粒狀排放物。

在柴油發動機的應用中，不可避免地使用特定柴油機顆粒過濾器以除去顆粒狀排放物。此外，為了符合歐洲和美國法規所規定的排放限制，需要將氮氧化物從廢氣中除去(“脫氮”)。因此，盡管來自稀燃廢氣的一氧化碳和烴污染氣體可容易地通過在合適的氧化催化劑上氧化而無害化，然而由于廢氣流的高氧含量，將氮氧化物還原成氮更為困難。

從廢氣中除去氮氧化物的已知方法為使用氮氧化物儲存催化劑(NSC) 的第一方法和在合適催化劑(簡稱SCR催化劑)上借助氨選擇性催化還原 (SCR)的第二方法。

氮氧化物儲存催化劑的凈化作用基于氮氧化物在發動機的稀燃運行階段中借助儲存催化劑的儲存材料且主要以硝酸鹽形式儲存。當NSC的儲存容量耗盡時，所述催化劑必須在隨后的發動機濃燃(rich operating)運行階段中再生。這意味著使事先形成的硝酸鹽分解并使再次釋放出的氮氧化物與還原廢氣組分在儲存催化劑上反應以形成氮氣、二氧化碳和水。

由于柴油發動機中濃燃運行階段并非直接實施且濃廢氣條件的建立需要NSC的再生通常必須有輔助措施(如將燃料后噴至廢氣管中)，因此優選使用替代的SCR方法以將柴油機動車廢氣脫氮。在該方法中，根據發動機設計和廢氣系統的結構，分為“主動”和“被動”SCR方法，“被動”SCR 方法包括將有意在廢氣系統中形成的氨二次排放物用作脫氮還原劑。

例如，美國專利6,345,496B1描述了一種凈化發動機廢氣的方法，其中形成重復交替的稀和濃空氣/燃料混合物，并使如此產生的廢氣通過廢氣系統，所述廢氣系統在進氣側包含僅在濃廢氣條件下將NO_x轉化為NH₃的催化劑，而設置于出氣側的另一催化劑吸附或儲存稀廢氣中的NO_x并將其在濃廢氣條件下釋放，從而使得其可與借助進氣側催化劑所產生的NH₃反應以獲得氮氣。或者，根據美國專利6,345,496B1，可將NH₃吸附和氧化催化劑設置于出氣側，所述催化劑在濃廢氣條件下儲存NH₃，在稀廢氣條件下解吸并用氧氣其將其氧化以獲得氮氣和水。該方法的其他公開內容是已知的。然而，如使用氮氧化物儲存催化劑那樣，該“被動”SCR方法所具有的缺點是其一個必要構成要素是提供濃廢氣條件，這通常需要原位產生作為還原劑的氨。

與此相對，在“主動”SCR方法中，借助噴嘴將還原劑由車輛所攜帶的添加槽計量加入廢氣管中。除氨之外，所用的這類還原劑也可為可容易地分解成氨的化合物，如尿素或氨基甲酸銨。氨必須至少以相對于氮氧化物的化學計量比提供至廢氣中。由于機動車的運行條件相差很大，因此不容易精確計量加入氨的。在一些情況下，這導致大量氨穿過SCR催化劑的下游。為了防止二次氨排放，通常將氧化催化劑設置于SCR催化劑的下游，其意圖是將透過的氨氧化成氮氣。這類催化劑在下文中稱為氨泄露催化劑。

為了從柴油機動車的廢氣中除去顆粒狀排放物，使用特定的柴油機顆粒過濾器，其可具有含氧化催化劑的涂層以改善其性能。這類涂層用于降低氧基顆粒燃燒(煙灰燃燒)的活化能，且因此降低過濾器上的煙灰點燃溫度，用于通過將存在于廢氣中的一氧化氮氧成為二氧化氮而改善被動再生性能，以及用于抑制烴和一氧化碳排放物的透過。