含有混合沸石的SCR催化剂制造技术

本公开总体上提供了用于处理发动机废气的选择性催化还原(SCR)催化剂组合物、催化剂制品和包含此类催化剂制品的催化剂系统。具体地，所述SCR催化剂组合物包含第一沸石和第二沸石并且未经受过高于650℃的温度。所述第一沸石包含促进剂金属并且具有第一骨架结构，并且所述第二沸石的至少一部分呈选自以下的形式并且具有第二骨架结构：H

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有混合沸石的SCR催化剂
本公开总体上涉及选择性催化还原催化剂领域，以及涉及制备所述催化剂的方法和使用此类催化剂选择性地还原氮氧化物的方法。
技术介绍
随着时间的推移，氮氧化物(NOx)的有害组分造成了大气污染。如来自内燃机(例如，汽车和卡车中)、燃烧装置(例如，由天然气、石油或煤加热的发电站)和硝酸生产设备的废气中含有NOx。已经使用各种处理方法来处理含NOx的气体混合物以减少大气污染。一种处理涉及氮氧化物的催化还原。有两种方法：(1)非选择性还原方法，其中一氧化碳、氢气或碳氢化合物用作还原剂；以及(2)选择性还原方法，其中氨或氨前体用作还原剂。在选择性还原方法中，可以用少量的还原剂实现高程度的氮氧化物去除。选择性还原方法称为SCR(选择性催化还原)方法。SCR方法在高含氧量的存在下用还原剂(例如氨)选择性地还原氮氧化物，从而导致主要形成氮气和水：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(标准SCR反应)2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(慢速SCR反应)NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O(快速SCR反应)理想情况下，在水热条件下，SCR方法中采用的催化剂应能够在较大的温度范围，例如200℃到600℃或更高内保持良好的催化活性。SCR催化剂通常暴露于高温水热条件，如在烟灰过滤器的再生期间暴露，所述烟灰过滤器是废气处理系统的用于去除颗粒的组件。如沸石等分子筛已用于在存在氧气的情况下用如氨、尿素或碳氢化合物等还原剂对氮氧化物进行的SCR。沸石是具有相当均匀孔径的结晶材料，取决于沸石的类型和包含在沸石中的阳离子的类型和量，所述孔径的直径范围为约3到约10埃。具有8元环孔开口和双六环二级构造单元的沸石，特别是那些具有笼状结构的沸石，最近被研究用作SCR催化剂。具有这些特性的特殊类型的沸石是菱沸石(CHA)，所述菱沸石是具有可通过其3维多孔性进入的8元环孔开口的小孔沸石(约3.8埃)。笼状结构是由4个环连接的双六环构造单元形成的。用于用氨选择性催化还原氮氧化物的金属促进型沸石催化剂(也通常称为离子交换沸石催化剂(例如，铁促进型沸石催化剂和铜促进型沸石催化剂))是已知的。不幸的是，已经发现，在苛刻的水热条件下(例如，如在局部温度超过700℃的烟灰过滤器的再生期间所表现出的)，许多金属促进型沸石的活性开始下降。这种下降归因于沸石的脱铝以及由此导致的沸石内含金属活性中心的损失。金属促进型铝硅酸盐沸石，具体地是具有CHA结构类型的铜促进型铝硅酸盐沸石引起了对在使用含氮还原剂的稀燃发动机中将其作为氮氧化物的SCR催化剂的高度兴趣。如Bull等人的美国专利第7,601,662号所述，这些材料在很宽的温度窗口内表现出活性并且表现出优异的水热耐久性。然而，此专利未提及所公开的SCR催化剂在各种温度下的氨储存容量。通常，每种SCR催化剂都能够在低温下储存氨，氨通常被引入发动机废气流中以促进SCR催化剂的NOx转化。当SCR催化剂内的氨量超过所述特定SCR催化剂的最大氨储存容量时，任何未消耗的过量氨通过SCR催化剂并且排出到大气中。此过量称为氨逃逸。因此，氨储存容量是任何SCR催化剂的重要特性。因此，令人非常期望的是开发在高操作温度和低操作温度下表现出催化效率以及在此类操作温度下表现出高氨储存容量的SCR催化剂。
技术实现思路
本公开总体上提供了催化剂组合物、催化制品和包括此类催化制品的催化剂体系和其制备和使用方法。具体地，所公开的催化剂组合物以及包含此类组合物的制品适合于选择性催化还原(SCR)，从而在低温(例如，约200℃)和高温(例如，约600℃)下提供NOx转化，同时保持充足的氨储存容量。本文所描述的SCR催化剂组合物包括具有不同骨架结构的两种沸石，其中所述两种沸石中的至少一种沸石含有促进剂金属(例如，铜)。SCR催化剂组合物可以安置在例如流通式基底上以提供SCR催化剂，或者可以安置在过滤器上以提供SCR催化烟灰过滤器(SCRoF)。本公开的一个方面涉及一种新鲜催化剂组合物，其包括第一沸石和第二沸石，其中所述第一沸石包括促进剂金属并且具有第一骨架结构，其中所述第二沸石的至少一部分呈选自以下的形式并且具有第二骨架结构：H+形式、NH4+形式、碱金属形式、碱土金属形式和其组合，其中所述第一骨架结构与所述第二骨架结构不同，并且其中所述催化剂组合物未经受过高于650℃的温度。本公开的另一方面涉及一种催化剂组合物，其通过包括以下的方法制备：将第一沸石与第二沸石混合以获得共混物，其中所述第一沸石包含促进剂金属并且具有第一骨架结构，其中所述第二沸石呈选自以下的形式并且具有第二骨架结构：H+形式、NH4+形式、碱金属形式、碱土金属形式和其组合，并且其中所述第一骨架结构与所述第二骨架结构不同，以及在至少约650℃的温度下对所述共混物进行陈化或煅烧以获得所述催化剂组合物。在一些实施例中，所述第二沸石采用所述H+形式。在一些实施例中，所述第二沸石基本上不含过渡金属。本公开的另一方面涉及一种催化剂组合物，其包含具有第一骨架结构的第一沸石和具有第二骨架结构的第二沸石，所述第二沸石，其中所述第一沸石包含具有第一促进剂金属含量的促进剂金属，并且所述第二沸石包含具有第二促进剂金属含量的所述促进剂金属，其中所述第一促进剂金属含量高于所述第二促进剂金属含量，并且其中所述第一骨架结构与所述第二骨架结构不同。在一些实施例中，所述促进剂金属选自Cu、Co、Ni、La、Mn、Fe、V、Ag、Ce、Nd、Mo、Hf、Y、W和其组合。在一些实施例中，所述促进剂金属是铜(Cu)，并且以金属氧化物计算，所述第二促进剂金属含量为所述催化剂组合物中的总Cu含量的约0.1wt.％到约25wt.％。在一些实施例中，所述促进剂金属是铁(Fe)，并且以金属氧化物计算，所述第二沸石包括约0.01重量％到约10重量％的量的Fe。在一些实施例中，按所述催化剂组合物的总重量计，所述第二沸石以约0.1重量％到约50重量％的量存在。在一些实施例中，按所述催化剂组合物的总重量计，所述第二沸石以约5重量％到约20重量％的量存在。在一些实施例中，所述第一沸石和所述第二沸石独立地选自铝硅酸盐沸石、硼硅酸盐沸石、镓硅酸盐沸石、SAPO沸石、AlPO沸石、MeAPSO沸石和MeAPO沸石。在一些实施例中，所述第一沸石是铝硅酸盐。在一些实施例中，所述第一骨架结构和所述第二骨架结构独立地选自ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFG、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFX、AFY、AHT、ANA、APC、APD、AST、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOG、BPH、BRE、CAN、CAS、SCO、CFI、SGF、CGS、CHA、CHI、CLO、CON、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DOH、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、FAU、FER、FRA、GIS、GI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新鲜催化剂组合物，其包括：/n第一沸石和第二沸石，/n其中所述第一沸石包括促进剂金属并且具有第一骨架结构；/n其中所述第二沸石的至少一部分呈选自以下的形式并且具有第二骨架结构：H

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180411 US 62/656,0081.一种新鲜催化剂组合物，其包括：
第一沸石和第二沸石，
其中所述第一沸石包括促进剂金属并且具有第一骨架结构；
其中所述第二沸石的至少一部分呈选自以下的形式并且具有第二骨架结构：H+形式、NH4+形式、碱金属形式、碱土金属形式和其组合；
其中所述第一骨架结构与所述第二骨架结构不同；并且
其中所述催化剂组合物未经受过高于650℃的温度。


2.一种催化剂组合物，其通过包括以下的方法制备：
将第一沸石与第二沸石混合以获得共混物，
其中所述第一沸石包括促进剂金属并且具有第一骨架结构，
其中所述第二沸石呈选自以下的形式并且具有第二骨架结构：H+形式、NH4+形式、碱金属形式、碱土金属形式和其组合，并且
其中所述第一骨架结构与所述第二骨架结构不同；以及
在至少约650℃的温度下对所述共混物进行陈化或煅烧以获得所述催化剂组合物。


3.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中所述第二沸石呈所述H+形式。


4.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中所述第二沸石基本上不含过渡金属。


5.一种催化剂组合物，其包括：
具有第一骨架结构的第一沸石和具有第二骨架结构的第二沸石，
其中所述第一沸石包括具有第一促进剂金属含量的促进剂金属，并且所述第二沸石包括具有第二促进剂金属含量的所述促进剂金属；
其中所述第一促进剂金属含量高于所述第二促进剂金属含量；并且
其中所述第一骨架结构与所述第二骨架结构不同。


6.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中所述促进剂金属选自Cu、Co、Ni、La、Mn、Fe、V、Ag、Ce、Nd、Mo、Hf、Y、W和其组合。


7.根据权利要求5所述的催化剂组合物，其中所述促进剂金属是铜(Cu)，并且以金属氧化物计算，所述第二促进剂金属含量为所述催化剂组合物中的总Cu含量的约0.1wt.％到约25wt.％。


8.根据权利要求5所述的催化剂组合物，其中所述促进剂金属是铁(Fe)，并且以金属氧化物计算，所述第二沸石包括约0.01重量％到约10重量％的量的Fe。


9.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中按所述催化剂组合物的总重量计，所述第二沸石以约0.1重量％到约50重量％的量存在。


10.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中按所述催化剂组合物的总重量计，所述第二沸石以约5重量％到约20重量％的量存在。


11.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中所述第一沸石和所述第二沸石独立地选自铝硅酸盐沸石、硼硅酸盐沸石、镓硅酸盐沸石、SAPO沸石、AlPO沸石、MeAPSO沸石和MeAPO沸石。


12.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中所述第一沸石是铝硅酸盐。


13.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂组合物，其中所述第一骨架结构和所述第二骨架结构独立地选自AEI、AFT、AFV、AFX、AVL、BEA、CHA、DDR、EAB、EEI、ERI、FAU、FER、IFY、IRN、KFI...

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃进，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国;US