用于处理废气的区域化催化过滤器制造技术

提供了SCR涂覆的过滤器制品，其具有位于区域中的壁流式过滤器基底上的不同的SCR催化剂组合物，该区域相对于基底的入口和出口面串联布置。还提供了降低背压和氨滑逸的方法，其包括使用该SCR涂覆的过滤器制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供了SCR涂覆的过滤器制品，其具有位于区域中的壁流式过滤器基底上的不同的SCR催化剂组合物，该区域相对于基底的入口和出口面串联布置。还提供了降低背压和氨滑逸的方法，其包括使用该SCR涂覆的过滤器制品。【专利说明】用于处理废气的区域化催化过滤器专利技术背景A.)应用领域:本专利技术涉及制品和方法，其可用于处理在烃燃烧过程中所产生的废气。更具体地，本专利技术涉及催化过滤器，其用于降低废气流(例如由柴油机所产生的那些)中的NOx和烟灰。B.)相关领域说明:美国目前道路车辆所产生的废气占了国家烟雾产生的空气污染的约三分之一。降低烟雾的努力包括使用更节能的发动机(例如优于汽油机的柴油机)和改进废气处理系统。大部分燃烧废气的最大部分包含相对的无害的氮气(N2)、水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2);但是该废气还包含相对小部分的有害的和/或有毒的物质，例如来自不完全燃烧的一氧化碳(CO)、来自未燃烧燃料的烃(HC)、来自过高燃烧温度的氮氧化物(NOx)和微粒物质(主要是烟灰)。车辆废气最难于负担的组分之一是NOx，其包括氧化一氮(NO)、二氧化氮(NO2)和一氧化二氮(N2O)。NOx的产生对于贫燃发动机(例如柴油机)是特别成问题的。为了缓解废气中的NOx的环境冲击，需要是消除这些不期望的组分，优选通过不产生其他有害或者有毒物质的方法。柴油机的废气倾向于具有比汽油机更多的烟灰。烟灰排放可以通过将含有烟灰的废气送过微粒过滤器来处理。但是，烟灰颗粒在过滤器上的聚集会导致废气系统的背压在运行过程中不期望的增加，由此降低了效率。为了再生该过滤器，聚集的碳基烟灰必须例如通过被动或主动氧化来定期燃烧烟灰而从过滤器上除去。一种这样的技术包括在低温催化氧化烟灰。例如美国专利4，902，487教导了使用NO2作为氧化剂，其用于在低温有效地燃烧所收集的烟灰。还建议了催化烟灰过滤器的性能可以如下来改进:将不同的氧化催化剂交叠在壁流式烟灰过滤器上(美国专利公开2009/0137386)或者使用不同的催化剂浓度来区域化氧化催化剂(欧洲专利1859864)。对于贫燃废气(例如柴油机废气)，还原反应通常难以实现。但是，一种用于将柴油机废气中的NOx转化成更无害的物质的方法通常被称作选择性催化还原(SCR)。SCR方法包括在催化剂存在下和借助于还原剂来将NOx转化成单质氮(N2)和水。在SCR方法中，在与催化剂接触之前，将气态还原剂(典型的是无水氨、氨水或者尿素)加入到废气流中。还原剂被吸收到催化剂上，并且当所述气体流过催化的基底之中或者之上时发生NOx还原反应。对于SCR方法来说，使用无水氨或者氨水的化学计量反应的化学方程式是:4N0+4NH3+302 — 4N2+6H202N02+4NH3+302 — 3N2+6H20 N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20已知的SCR催化剂包括位于整料基底之上或之中的沸石或者其他分子筛。这种分子筛的例子包括具有菱沸石骨架(例如SSZ-13和SAPO-34)、i3骨架、丝光沸石骨架(例如ZSM-5)等的材料。为了改进材料的催化性能和水热稳定性，用于SCR应用的分子筛经常包括交换的金属离子，其松散的保持到分子筛骨架上。因为SCR催化剂通常充当了非均相催化剂(g卩，与气体和/或液体反应物接触的固体催化剂)，因此该催化剂由基底负载。用于移动应用的优选的基底包括流过式整料，其具有所谓的蜂窝状几何形状，其包含多个相邻的平行通道，通道在两端开口，并且通常从基底的入口面延伸到出口面。每个通道典型地具有正方形、圆形、六角形或三角形横截面。催化材料典型地作为活化涂层或者其他浆料施用到基底上，其可以包含在基底上和/或基底的壁中。已知含有多个组件、甚至多个SCR催化剂的废气系统。例如美国专利7，767，176描述了一种废气系统，其具有两个串联排列的基底，优选为非过滤流过式蜂窝体，其中每个基底包含SCR催化剂。也已知将非过滤流过式基底用SCR催化剂，随后用氧化催化剂进行区域化(例如US5，516，497)。为了降低废气系统所需的空间量，希望设计单个废气组件来实现多于一种的功能。例如，将SCR催化剂施加到壁流式过滤器基底上代替流过式基底，通过使得一个基底具有两个功能，即通过SCR催化剂催化转化NOx和通过过滤器除去烟灰，由此来降低废气处理系统的整体尺寸。美国专利公开2010/0180580公开了 SCR催化剂可以施加到壁流式过滤器形式的蜂窝状基底上。壁流式过滤器类似于流过式蜂窝基底之处在于它们包含多个相邻的平行通道。但是，流过式蜂窝状基底的通道在两端开口，而壁流式基底的通道一端封闭，其中封端以交替图案的方式在相邻通道的相对端发生。将通道的交替端封端防止了进入基底入口面的气体直接流过通道并离开。相反，废气进入基底前部，并且行进到通道的约一半，在这里在进入通道的后半之前它被迫穿过通道壁，并且离开基底的背面。英国专利申请1003784.4描述了一种壁流式过滤器，其具有SCR(SCR涂覆的过滤器)和氧化催化剂，其中SCR催化剂位于氧化催化剂上游，其在此整体引入作为参考。但是，仍然需要改进的SCR涂覆的过滤器系统，其具有良好的催化性能，同时还具有最小的背压。
技术实现思路
申请人:已经令人惊讶的发现，废气系统中SCR涂覆的过滤器组件的功能可以如下来改进:提供两个或更多个催化区域，其相对于气体穿过基底的整体流动方向在过滤器基底中依次排列。例如，与SCR催化剂在轴向上均匀负载的过滤器基底相比，这里所述区域化过滤器使得由废气流过基底所产生的背压降低。这样的区域可以如下来产生:用第一 SCR催化剂(其在高温是热稳定的)负载过滤器基底的前向部分(相对于气体流动的整体方向)和用具有不同性能的SCR催化剂负载后向部分，或者用具有相同催化组分的SCR催化剂组合物负载过滤器的前向和后向部分，但是在前向部分中负载相对更高浓度的一种或多种组分。这种背压的降低是令人惊讶的，因为它发生在催化剂的浓度或类型沿着过滤器的轴向变化时，而非在气体与过滤器催化剂接触的方向(即，透过过滤器壁的方向)变化时。即，在壁流式过滤器中，气体经由过滤器入口面流入基底和经由过滤器出口面流出基底，因此产生了平行于基底主轴的气体流动的整体方向。但是，气体在经过方向垂直于基底轴的过滤器壁时与催化组件接触。已经发现，与沿着轴均匀分布的催化剂浓度相比，在这种轴向上改变催化剂的浓度降低了背压。因此，本专利技术的一个方面提供了一种催化剂制品，其包含:(a)壁流式整料，其具有入口面端和出口面以及从所述入口面到所述出口面的气流的轴；(b)第一 SCR催化剂组合物，其包含处于第一筛浓度的分子筛材料和处于第一金属浓度的交换的金属，其中所述第一 SCR催化剂位于第一区域；和(c)第二 SCR催化剂组合物，其包含浓度比所述第一筛浓度低至少20%的所述分子筛材料，和处于所述第一金属浓度的所述交换的金属，其中所述第二 SCR催化剂位于第二区域；其中所述第一区域和第二区域位于所述壁流式整料的一部分内并且沿着所述轴串联，和其中所述第一区域邻近所述入口面布置，和所述第二区域邻近所述出口面布置。根据本专利技术的另一方面，提供了一种催化剂制品，其包含:(a)壁流式整料，其具有入口面端和出口面以及从所述入口面到所述出口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·R·钱德勒，K·A·弗拉纳甘，P·R·菲利普斯，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：
国别省市：