用于处理废气的催化剂制造技术

本发明专利技术提供一种催化剂组合物，其具有硅铝酸盐分子筛，所述硅铝酸盐分子筛具有AEI结构和约20至约30的二氧化硅与氧化铝的摩尔比，并且基于分子筛材料的总重量计，负载有约1至约5重量％的促进剂金属。还提供使用所述催化剂组合物的方法、制品和系统。

【技术实现步骤摘要】
用于处理废气的催化剂本申请是申请日为2014年3月14日、申请号为201480002562.8、专利技术名称为“用于处理废气的催化剂”的专利技术专利申请的分案申请。
技术介绍

：本专利技术涉及用于处理燃烧废气的催化剂、制品和方法。相关领域的描述：发电站和发动机中基于烃的燃料的燃烧产生烟道气或废气，所述排烟或废气大部分地含有相对无害的氮(N2)、水蒸汽(H2O)和二氧化碳(CO2)。但烟道气和废气还相对小部分地含有有毒和/或毒性物质，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)，来自过度燃烧温度的氮氧化物(NOx)，以及颗粒物(大部分为烟灰)。为减轻释放到大气环境中的烟道气和废气的环境影响，理想的是优选通过不进而产生其他有毒或毒性物质的方法来消除或减少不利组分的量。通常，由于提供来确保烃燃料的足够燃烧的氧的高比例，来自发电站和废气贫燃气体发动机的烟道气具有净氧化效应。在此类气体中，待去除的最艰难的组分之一为NOx，其包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和一氧化二氮(N2O)。NOx至N2的还原特别难以解决，因为该废气含有足够氧来有利于氧化反应而非还原。尽管如此，NOx可通过常称为选择性催化还原(SCR)的方法来还原。SCR方法涉及在催化剂的存在下并且借助于还原剂(例如氨)将NOx转化成单质氮(N2)和水。在SCR方法中，将气态还原剂如氨加入废气流，然后使该废气与SCR催化剂接触。还原剂被吸收到该催化剂上并且当气体流过或流经受催化基材时发生NOx还原反应。使用氨的化学计量SCR反应的化学公式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2ONO+NO2+2NH3→2N2+3H2O具有BEA、MOR、CHA或某些其他结构的沸石(即，硅铝酸盐)已知可用作SCR催化剂。这种沸石具有主要由氧化铝和二氧化硅构造成的分子性多孔结晶的或伪晶结构。这些沸石的催化性能可通过掺入金属来改进–例如，通过阳离子交换，其中骨架的表面上存在的离子物质的一部分由金属阳离子(如Cu2+)替换。通常，越高的金属浓度对应于越高的催化性能。虽然在柴油发动机的正常废气温度下，这种催化剂的SCR性能是可接受的，但催化剂在其使用寿命期间可能变得暴露于不期望的温度尖峰(如>800℃)。一般来讲，沸石的水热稳定性可通过增加沸石的二氧化硅与氧化铝比例(SAR)来改进。然而，较高的SAR通常限制在沸石上可负载的金属的量。铜负载的CHA沸石已知提供足够SCR性能，前提条件是该催化剂不暴露于超过800℃的温度。然而，仍需要能够承受甚至更高温度而极少或不失活的改进的SCR催化剂。本专利技术尤其满足该需要。
技术实现思路
意外地，已发现，与具有类似SAR和类似金属负载的其他沸石催化剂相比，具有AEI结构和约20至约30的二氧化硅与氧化铝比例(SAR)的金属促进的沸石更为水热性稳定。当与其他催化剂(特别是催化剂已经受高温之后)相比，在诸如NOx的选择性催化还原(SCR)和氨的氧化之类应用中，本专利技术的催化剂提供改进的催化性能。因此，在本专利技术的一个方面，提供一种催化剂组合物，其包含硅铝酸盐分子筛，所述硅铝酸盐分子筛具有AEI结构和约20至约30的二氧化硅与氧化铝的摩尔比和基于分子筛材料的总重量计的约1至约5重量％的促进剂金属。根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于处理废气的方法，该方法包括(a)使包含NOx和还原剂的废气与本文所述催化剂组合物接触；和(b)将NOx的至少一部分选择性地还原成N2和H2O。根据本专利技术的另一个方面，提供一种催化制品，其包含本文所述催化剂组合物和基材，所述催化剂被设置在所述基材之上和/或之内。根据本专利技术的另一个方面，提供用于处理废气的系统，其包括(a)本文所述的催化剂制品；和(b)一种或多种上游组分，所述上游组分选自柴油氧化催化剂、NOx吸收剂催化剂、贫燃NOx捕集器、过滤器、NH3注入器和SCR催化剂；和(c)任选地，下游防氨泄露(slip)催化剂。在一些实施方案中，本专利技术涉及以下项目1.一种催化剂组合物，其包含硅铝酸盐分子筛，所述硅铝酸盐分子筛具有AEI结构和约20至约30的二氧化硅与氧化铝的摩尔比和基于分子筛材料的总重量计的约1至约5重量％的促进剂金属。2.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述分子筛具有约20至约22的二氧化硅与氧化铝的摩尔比。3.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述分子筛具有约22至约25的二氧化硅与氧化铝的摩尔比。4.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述分子筛具有约25至约30的二氧化硅与氧化铝的摩尔比。5.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述促进剂金属选自铜、镍、锌、铁、钨、钼、钴、钛、锆、锰、铬、钒、铌、锡、铋、锑、钌、铑、钯、铟、铂、金、银、或这些中两种或更多种的组合。6.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述促进剂金属为铜、铁、或铜和铁的组合。7.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述促进剂金属为铜。8.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述促进剂金属为铁。9.根据项目1所述的催化剂组合物，其中基于所述沸石材料的总重量计，所述铜以约2.5至约3.5重量％的负载量存在。10.根据项目1所述的催化剂组合物，其中基于所述沸石材料的总重量计，所述铜以约3.0至约3.5重量％的负载量存在。11.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述分子筛为AEI和FAU结构的物理混合物，前提条件是所述分子筛为至少90摩尔％的AEI。12.根据项目10所述的催化剂组合物，其中所述分子筛为至少99摩尔％的AEI。13.一种催化剂组合物，其包含：a.硅铝酸盐分子筛，其具有AEI结构和约19至约30的二氧化硅与氧化铝的摩尔比；b.骨架外促进剂金属(PM)，其设置在所述分子筛之上和/或之内，其中所述促进剂金属以约0.15至约1的PM与铝的原子比存在。14.根据项目13所述的催化剂组合物，其中所述铝为骨架铝。15.根据项目1所述的催化剂组合物，其中所述组合物为洗涂层，所述洗涂层包含所述催化剂。16.一种用于处理废气的方法，其包括：使包含NOx和还原剂的废气与根据项目1所述的催化剂组合物接触；将所述NOx的至少一部分选择性地还原成N2和H2O。17.根据项目16所述的方法，其中所述废气来源于贫燃内燃发动机。18.根据项目16所述的方法，其中所述还原剂为NH3。19.根据项目18所述的方法，其中所述NH3的至少一部分来源于贫燃NOX捕集器(LNT)、NAC、或NOX储存材料。20.根据项目19所述的方法，其中接触所述催化剂的所述废气在富燃与贫燃之间交替。21.一种用于处理废气的方法，其包括：使包含NOx的第一浓度和NH3的第一浓度的废气与催化剂接触，以产生具有NOx的第二浓度和NH3的第二浓度的部分处理的废气，其中NOx的所述第二浓度和NH3的所述第二浓度低于NOx的所述第一浓度和NH3的所述第一浓度，使所述部分处理的废气与包含根据项目1所述的组合物的催化剂接触，以氧化所述NH3的至少一部分来产生具有NH3的第三浓度的纯化废气，其中NH3的所述第三浓度低于NH3的所述第二浓度。22.一种催化制品，其包含：a.根据项目1所述的催化剂组合物；b.基材，所述催化剂被设置在其上和/或其内。23本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化制品，包含：a.催化剂组合物，其包含硅铝酸盐分子筛和基于分子筛材料的总重量计的约1‑约5重量％的促进剂金属以及粘合剂，所述硅铝酸盐分子筛具有AEI结构、约0.1‑约15μm的平均晶体粒度和基本上不含卤素，所述粘合剂包括选自氧化铝、二氧化硅、非沸石二氧化硅氧化铝、二氧化钛、氧化锆和二氧化铈的组分；和b.颗粒过滤器，所述催化剂组合物设置在所述颗粒过滤器之上和/或之内。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/792,9041.一种催化制品，包含：a.催化剂组合物，其包含硅铝酸盐分子筛和基于分子筛材料的总重量计的约1-约5重量％的促进剂金属以及粘合剂，所述硅铝酸盐分子筛具有AEI结构、约0.1-约15μm的平均晶体粒度和基本上不含卤素，所述粘合剂包括选自氧化铝、二氧化硅、非沸石二氧化硅氧化铝、二氧化钛、氧化锆和二氧化铈的组分；和b.颗粒过滤器，所述催化剂组合物设置在所述颗粒过滤器之上和/或之内。2.权利要求1的催化制品，其中所述粘合剂包括氧化铝。3.权利要求2的催化制品，其中所述金属选自铜和铁。4.权利要求2的催化制品，其中所述氧化铝是γ氧化铝和/或θ氧化铝。5.权利要求2的催化制品，其中所述粘合剂基本由氧化铝组成。6.权利要求2的催化制品，其中所述过滤器是壁流过滤器。7.权利要求6的催化制品，其中催化剂组合物是所述过滤器之上或之内的涂层。8.权利要求7的催化制品，其中所述涂层包括所述过...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·L·卡斯希，J·E·科利尔，L·加贝罗瓦，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB