的废气的沸石共混物催化剂的制作方法_3

文档序号:9847786阅读:来源:国知局
的低孔密度。优选地,蜂窝型流通式整料是多孔的。除了堇青石、碳化硅、氮化硅、陶瓷和金属以外,可用于基材的其它材料包括氮化铝、氮化硅、钛酸铝、α-氧化铝、莫来石例如针状莫来石、铯榴石、金属陶瓷(thermet)诸如Al20sZFe、Al203/Ni或B4CZFe,或包含其任意两种或更多种的部分的复合物。优选的材料包括堇青石、碳化硅和钛酸铝。
[0049]板材类型的催化剂具有较低的压降并且比蜂窝类型更不易堵塞和污染,所述蜂窝类型在高效率静态应用中是有利的,但板材构造可以大得多并且更昂贵。蜂窝型构造典型地小于在移动应用中是有利的板材类型,但具有较高压降并且更容易堵塞。在某些实施方案中,板基材由金属构造,特别是瓦楞金属构造。
[0050]在某些实施方案中,本发明在于通过本文中所描述的方法制成的催化剂。在特别的实施方案中,催化剂制品通过包括以下步骤的方法制备:在已将用于处理废气的另一组合物的至少一个另外的层施加至的基材之前或之后,将催化剂共混物优选作为载体涂层施加至所述基材(作为层)。
[0051]在某些实施方案中,将催化剂共混物引入催化剂制品或废气处理系统中,其中将所述催化剂共混物作为层或区域布置在基材上并将另一组合物,诸如氧化催化剂、还原催化剂、净化组分或NOx储存组分作为另一层或区域布置在相同的基材或不同的基材上。所述层或区域可以被设置在相同基材上或不同基材上并且可以重叠、为邻近的和/或连续的。催化剂共混物可以被布置为覆盖层或相对于第二催化剂的上游区域。可选地,催化剂共混物可以被布置为底层或相对于第二催化剂的下游区域。在某些实施方案中,第二催化剂层或区域包含一种或多种贵金属,诸如金、银和铂族金属,诸如铂、钯、铑、钌或铼,其负载在难熔金属氧化物诸如氧化铝、氧化铈、二氧化钛、二氧化硅或它们的一些组合上。在某些实施方案中,第二催化剂层或区域包含金属促进的沸石。在某些实施方案,特别是使用第二催化剂的废气处理系统中,将本文中所描述的催化剂共混物用作N2O还原催化剂。
[0052]为了减小废气系统所需的空间的量,在某些实施方案中设计单独的组件来执行多于一种功能。例如,将SCR催化剂施加至壁流式过滤器基材而不是流通式基材用于通过使一个基材提供两种功能(即催化降低废气中的NOx浓度并以机械方式从废气中除去烟尘)而减小废气处理系统的总体尺寸。因此,在某些实施方案中,所述基材是蜂窝型壁流式过滤器或部分过滤器(partial filter)。壁流式过滤器与流通式蜂窝型基材类似之处在于它们包含多个邻近的平行通道。然而,流通式蜂窝型基材的通道在两端开口,而壁流式基材的通道具有一个封闭端,其中封闭以交替模式在邻近通道的相对端进行。封闭通道的交替的端防止进入基材的入口面的气体直接流动穿过通道并离开。而是使废气进入基材的前端并行进进入通道的约一半,在此推动其穿过通道壁,然后进入所述通道的第二半并离开基材的后一面。
[0053]基材壁具有在气体通过所述壁时气体可渗透但从所述气体中捕陷主要部分的颗粒物质诸如烟尘的孔隙率和孔径。优选的壁流式基材是高效的过滤器。本发明使用的壁流式过滤器优选具有至少70%、至少约75%、至少约80%或至少约90%的效率。在某些实施方案中,所述效率将为约75至约99%、约75至约90%、约80至约90 %或约85至约95 %。在此,效率涉及烟尘和其它类似尺寸的颗粒并且涉及典型地见于常规柴油废气的颗粒物浓缩物。例如,柴油废气中的颗粒物的尺寸可以在0.05微米至2.5微米的范围。因此,所述效率可以基于该范围或亚范围,诸如0.1至0.25微米、0.25至1.25微米或1.25至2.5微米。
[0054]孔隙率是多孔基材中的空隙空间的百分比的量度并且涉及废气系统中的反压:通常,孔隙率越低则反压越大。优选地,多孔基材具有约30至约80%,例如约40至约75 %、约40至约65%或约50至约60%的孔隙率。
[0055]测量为基材的总孔隙体积的百分比的孔隙互通性是孔、空隙和/或通道连接以形成穿过多孔基材即从入口面到出口面的连续路径的程度。与孔隙互通性相反的是封闭孔体积和具有仅通向基材的表面之一的管道的孔的体积之和。优选地,多孔基材具有至少约30%,更优选至少约40%的孔隙互通性体积。
[0056]多孔基材的平均孔径对于过滤而言也是重要的。平均孔径可以通过任意可接受的方式,包括通过压汞法测定。多孔基材的平均孔径应当为足够高的值以提升低的反压,同时通过基材本身或通过基材表面上的烟尘饼层的提升或二者的组合提供足够的效率。优选的多孔基材具有约10至约40μπι,例如约20至约30μπι、约10至约25μπι、约10至约20μπι、约20至约25μπι、约10至约15μπι和约15至约20μπι的平均孔径。
[0057]通常,生产包含催化剂共混物的挤出的固体本体包括将金属促进的沸石和未促进的沸石、粘结剂、任选的有机粘度增强化合物共混成均质的糊剂,然后将其添加至粘结剂/基质组分或其前体和任选的一种或多种稳定化的氧化铈和无机纤维。将所述共混物在混合或捏合装置或挤出机中压实。混合物还包含添加剂诸如造孔剂、增塑剂、表面活性剂、润滑剂、分散剂,以促进所挤出的结构中的物理特性,或作为加工助剂以增强润湿并因此产生均匀的批料。然后使所产生的塑性材料成型,特别是使用包括挤出模头的挤压机或挤出机,并将产生的模制品干燥并煅烧。将有机添加剂在挤出的固体本体煅烧期间“烧尽” ο优选地,催化剂共混物遍及整个挤出的催化剂本体分散,优选均匀地遍及整个挤出的催化剂本体分散。
[0058]还可以将催化剂共混物作为位于表面上的一个或多个亚层载体涂覆或者以其他方式施加至挤出的固体本体,或完全或部分渗透进入挤出的固体本体。
[0059]本文中所描述的催化剂共混物可以促进还原剂(优选氨)与氮氧化物以选择性形成单质氮(N2)和水(H2O)的反应。因此,在一个实施方案中,可以将催化剂配制为有助于用还原剂还原氮氧化物(即SCR催化剂)。这样的还原剂的实例包括烃(例如C3-C6烃)和含氮还原剂诸如氨和氨肼或任意合适的氨前体诸如脲((NH2)2CO)、碳酸铵、氨基甲酸铵、碳酸氢铵或甲酉交钱。
[0060]本文中所描述的催化剂共混物还可以减少氨逸出。因此,在另一实施方案中,可以将催化剂配制为有助于储存NH3以减少通过用氧气氧化氨产生的次级Ν0Χ,特别是典型地在SCR催化剂下游遭遇的氨的浓缩物。在某些实施方案中,将包含金属促进的和未促进的沸石的催化剂共混物布置为在氧化性下层之上的顶层,其中所述下层包含铂族金属(PGM)催化剂或非-PGM催化剂。优选地,将下层中的催化剂组分布置在高表面积载体(包括,但不限于氧化铝)上。
[0061]因此提供了用于在废气中还原NOx化合物和/或控制NH3逸出的方法,所述方法包括使气体与本文中所描述的用于催化还原NOx化合物的催化剂组合物接触足以降低所述气体中的NOx化合物和/或NH3的水平的时间。在某些实施方案中,提供了具有布置在选择性催化还原(SCR)反应器下游的氨逸出催化器的催化剂制品。在这样的实施方案中,所述氨逸出催化器氧化没有被选择性催化还原方法消耗的任意含氮还原剂的至少一部分。例如,在某些实施方案中,将所述氨逸出催化器布置在壁流式过滤器的出口侧并将SCR催化器布置在过滤器的上游侧。在某些其它实施方案中,将所述氨逸出催化器布置在流通式基材的下游端并将SCR催化器布置在流通式基材的下游端。在其它实施方案中,将所述氨逸出催化器和SCR催化器布置在废气系统内的单独的砖上。这些单独的砖可以彼此相邻和彼此接触或分开特定的距离,只要它们彼此流体连通和只要所述SCR催化器砖布置在所述氨逸出催化器砖的上游。
[0062]在某些实施方案中,所述SCR和/或ASC方法在至少150°C的温度进行。在另一实施方案中,一种或多种所述方法在约150°C至约750°C的温度发生。在特别的实施方案中,温度范围为约175至约550°C。在另一实施方案中,温度范围为175至400°C。在又一实施方案中,温度范围为450至900°C,优选500至750°C、500至650°C、450至550°C或650至850°C。使用大于450°C的温度的实施方案特别可用于处理来自配备有包括主动或被动再生的(任选催化的)柴油颗粒物过滤器的废气系统的重型和轻型柴油机的废气,其中本文中所描述的催化剂共混物布置在过滤器的出口侧上。
[0063]根据本发明的另一方面,提供了用于处理废气的方法,优选以减少气体中的NOx化合物和/或NH3逸出,所述方法包括以下步骤的一个或多个:(a)使与催化过滤器入口接触的烟尘积聚和/或燃烧;(b)将含氮还原剂引入废气流中,然后接触催化过滤器,优选没有包括处理NOx和还原剂的插入催化步骤;(c)在NOx吸附剂催化器或贫NOx阱上产生冊3,优选在下游SCR反应中将这样的NH3用作还原剂;(d)使废气流与DOC接触以将基于烃的可溶有机级分(SOF)和/或一氧化碳氧化成CO2和/或将NO氧化成NO2,后者进而可以被用于氧化颗粒物过滤器中的颗粒物质;和/或还原废气中的颗粒物质(PM); (e)使
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