Ce-Zr-R-O催化剂、包含该Ce-Zr-R-O催化剂的制品以及制造和使用该Ce-Zr-R-O催化剂的方法技术

本发明专利技术涉及ＮＯｘ还原催化剂、颗粒过滤器、废气处理系统以及处理气流的方法。在一个具体实施方案中，ＮＯｘ还原催化剂包含Ｃｅ↓［ａ］－Ｚｒ↓［ｂ］－Ｒ↓［ｃ］－Ａ↓［ｄ］－Ｍ↓［ｅ］－Ｏ↓［ｘ］。“Ｒ”是Ｗ和／或Ｍｎ。如果“Ｒ”是Ｗ，则“Ａ”选自Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、以及包含上述“Ａ”中的至少一种的组合，如果“Ｒ”是Ｍｎ，则“Ａ”选自Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、以及包含上述“Ａ”中的至少一种的组合。“Ｍ”是三价稀土离子。ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１。“ａ”为约０．１至约０．６；“ｂ”为约０．２５至约０．７；“ｃ”为约０．０２至约０．５；并且如果“Ｒ”是Ｍｎ，则“ｄ”为约０．０４至约０．２，并且如果“Ｒ”是Ｗ，则“ｄ”小于或等于约０．２；而“ｅ”小于或等于约０．１５。该ＮＯｘ还原催化剂能够还原ＮＯｘ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及催化剂，尤其是含有铈、锆、以及锰和/或钨的选择性催化还原催化剂，及其制造和使用方法。
技术介绍
即将到来的排放规定使得初始设备制造商(OEMs)将后处理装置(例如废气排放控制装置)加入到废气系统中，以符合这些规定。这些废气排放控制装置可以包括：催化转化器(例如，三效催化剂、氧化催化剂、选择性催化还原(SCR)催化剂等)、蒸发排放装置、涤气装置(例如，烃(HC)、硫等)、颗粒过滤器/捕集器、吸附器/吸收器、等离子反应器(例如，非热能等离子反应器)等。符合未来的柴油排放需要的重要挑战是处理氮的氧化物(NOx)，这是因为固有的稀薄废气的空气对染料比例。处理NOx的一种方法是使用SCR催化剂，这种催化剂使用氨作为还原剂。目前，通过在SCR催化剂的上游将尿素水溶液注入热废气中以在车辆上制备氨。尿素在排气系统中分解为氨，并且被SCR催化剂利用与NOx反应。期望的反应包括氨NH3、氮氧化物(NOx)、以及氧气(O2)在催化剂的存在下转化为氮气(N2)和水(H2O)。为求满足排放规定而设计的排气系统趋向于复杂并且对温度高度敏感。由于该温度敏感性，许多系统元件需要在排气系统中的特定位置以抑制元件(即，元件中催化剂)的钝化，并且达到且保持催化剂工作温度。本领域中不断需要的是具有更宽操作范围的简化系统和/或催化剂从而能使排气系统设计更具灵活性。
技术实现思路
本文公开了NOx还原催化剂、颗粒过滤器、废气处理系统以及处理气-->流的方法。在一个具体实施方案中，NOx还原催化剂包含Cea-Zrb-Rc-Ad-Me-Ox。“R”是W和/或Mn。如果“R”是W，则“A”选自Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”中的至少一种的组合(combinations)，如果“R”是Mn，则“A”选自W、Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”中的至少一种的组合。“M”是三价稀土离子。a+b+c+d+e＝1。“a”为约0.1至约0.6；“b”为约0.25至约0.7；“c”为约0.02至约0.5；并且如果“R”是Mn，则“d”为约0.04至约0.2，并且如果“R”是W，则“d”小于或等于约0.2；而“e”小于或等于约0.15。该NOx还原催化剂能够还原NOx。在一个具体实施方案中，颗粒过滤器包括壳体和用于从气流中除去颗粒物质的过滤器元件。该过滤器元件设置在壳体内部并且包含NOx还原催化剂。在一个具体实施方案中，处理气流的方法包括将气流引向NOx还原催化剂，并且基于气流中初始的NOx总体积，还原气流中大于或等于约50体积％的NOx，其中气流具有约150℃至约550℃的温度。在另一个具体实施方案中，处理气流的方法包括：将废气引入颗粒过滤器而不用氧化催化剂处理该废气，使废气从颗粒过滤器直接通过任选存在的SCR，然后直接将废气排放到环境中。如果存在SCR，则SCR和/或颗粒过滤器包含NOx还原催化剂，并且如果不存在SCR，则颗粒过滤器包含NOx还原催化剂。在一个具体实施方案中，NOx处理系统包括：能够接受未经氧化催化剂处理的废气的颗粒过滤器，以及，任选存在的SCR催化剂，所述SCR催化剂设置于下游并且与颗粒过滤器直接流体连通以接受直接来自颗粒过滤器的气体，以及与SCR(如果存在)或与颗粒过滤器(如果不存在SCR)直接流体连通的通向环境的排气口。如果存在SCR，则SCR和/或颗粒过滤器包含NOx还原催化剂，并且如果不存在SCR，则颗粒过滤器包含NOx还原催化剂。在一个具体实施方案中，用于制造NOx催化剂的方法包括：溶解铈盐形成第一酸性溶液，溶解锆盐形成第二酸性溶液，并且溶解“R”的盐，其中，如果“R”是Mn，则溶解“R”形成第三酸性溶液，并且如果“R”是-->W，则溶解“R”形成第一碱性溶液。如果“R”是Mn，则溶解“A”的盐形成第二碱性溶液，其中“A”选自W、Mo、Ta、Nb、以及包含上述A中的至少一种的组合。混合第一酸性溶液和第二酸性溶液、以及第二碱性溶液(如果存在)、以及第三酸性溶液(如果存在)、以及第一碱性溶液(如果存在)从而获得沉淀物，干燥并且煅烧该沉淀物从而形成催化剂。根据以下专利技术详述、附图以及所附的权利要求，本领域技术人员将会领会并且理解上述及其他特征。附图说明现在参考附图，它们是示例性的具体实施方案，并且其中同样的要素以同样的数字标记。图1是Ce-Zr-Mn-W-O催化剂和MnCe催化剂在不同入口温度下NOx转化百分比的图解对比。图2是老化的Ce-Zr-Mn-W-O催化剂与新鲜的以及老化的VOx-WO3-TiO2催化剂在不同入口温度下NOx转化百分比的图解对比。图3是老化的Ce-Zr-Mn-W-O催化剂与新鲜的以及老化的VOx-WO3-TiO2催化剂在不同入口温度下NH3转化百分比的图解对比。图4是其他老化的Ce-Zr-Mn-W-O催化剂与新鲜的以及老化的VOx-WO3-TiO2催化剂在不同入口温度下NOx转化百分比的图解对比。图5是其他老化的Ce-Zr-Mn-W-O催化剂与新鲜的以及老化的VOx-WO3-TiO2催化剂在不同入口温度下NH3转化百分比的图解对比。图6是各自在两个不同温度下老化的两种不同Ce-Zr-Mn-W-O催化剂在不同入口温度下NOx转化百分比的图解对比。图7是经950℃老化的两种不同Ce-Zr-Mn-W-O催化剂与新鲜VOx-WO3-TiO2催化剂的图解对比。图8是有和没有Fe的Mn催化剂(例如，包含各种量的Ce/Zr/Mn/Fe/La/Y)的图解对比。图9是二氧化钛含量如何影响Ce-Zr-Mn催化剂的图示。-->具体实施方式未改性锰催化剂对氨SCR的区间狭窄(narrow window)，这是因为在中等温度(例如300℃)下，这些催化剂开始非选择性地将NH3氧化为NOx。由于二氧化钛在高温下不挥发，所以其是可以尝试的合理元素，但是它不适合与锰一起使用。就钨而言，因为它在高温下趋向于挥发，所以似乎大不可能适用。例如，其中W(VI)负载在锐钛矿二氧化钛表面上的V-W-Ti-O催化剂的缺点在于WO3会在约600℃的温度下挥发。此外，当负载在氧化铝上时，WO3是挥发性的。所以，在高温老化之后，Mn-W-Al-O催化剂是不可行的。虽然，据我们所知，没有在氧化系统中配位数大于6的钨的报导，但是人们依然探寻钨萤石型结构。在萤石中，如果全部原子都位于正常的结晶位置，金属原子由8个本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＮＯｘ还原催化剂，包含：Ｃｅ↓［ａ］－Ｚｒ↓［ｂ］－Ｒ↓［ｃ］－Ａ↓［ｄ］－Ｍ↓［ｅ］－Ｏ↓［ｘ］　其中，“Ｒ”是Ｗ或Ｍｎ　如果“Ｒ”是Ｗ，则“Ａ”选自Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、以及包含上述“Ａ”中的至少一种的组合，并且　如果“Ｒ ”是Ｍｎ，则“Ａ”选自Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、以及包含上述“Ａ”中的至少一种的组合；并且　“Ｍ”是三价稀土离子；　ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１；　“ａ”是约０．１至约０．６；　“ｂ”是约０．２５至约０．７；　“ｃ”是约 ０．０２至约０．５；　如果“Ｒ”是Ｍｎ，则“ｄ”是约０．０４至约０．２，并且如果“Ｒ”是Ｗ，则“ｄ”小于或等于约０．２；并且　“ｅ”小于或等于约０．１５；并且　其中所述催化剂能够还原ＮＯｘ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-10-19 11/550,8611、NOx还原催化剂，包含：Cea-Zrb-Rc-Ad-Me-Ox其中，“R”是W或Mn
如果“R”是W，则“A”选自Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”中
的至少一种的组合，并且
如果“R”是Mn，则“A”选自W、Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”
中的至少一种的组合；并且
“M”是三价稀土离子；
a+b+c+d+e＝1；
“a”是约0.1至约0.6；
“b”是约0.25至约0.7；
“c”是约0.02至约0.5；
如果“R”是Mn，则“d”是约0.04至约0.2，并且如果“R”是W，
则“d”小于或等于约0.2；并且
“e”小于或等于约0.15；并且
其中所述催化剂能够还原NOx。
2、如权利要求1所述的催化剂，其中所述三价稀土离子选自Sm、Gd、
Dy、Er、Yb、Ho、Er、Tm、Lu、以及包含以上的至少一种的组合。
3、如权利要求1所述的催化剂，其中“M”不包括La和Y。
4、如权利要求1所述的催化剂，其中“a”是约0.1至约0.4；“b”是
约0.3至约0.7；“c”是约0.1至约0.4；并且“d”是约0.05至约0.2。
5、如权利要求4所述的催化剂，其中“e”是约0.03至约0.1。
6、如权利要求1所述的催化剂，其具有萤石型结构。
7、如权利要求6所述的催化剂，其中所述催化剂是中孔型催化剂。
8、如权利要求1所述的催化剂，其包含萤石相和MnWO4相。
9、如权利要求8所述的催化剂，其中MnWO4相与萤石相的比例小于
或等于约0.25。
10、如权利要求9所述的催化剂，其中所述比例小于或等于约0.15。
11、如权利要求1所述的催化剂，其中“R”是Mn。
12、如权利要求11所述的催化剂，其中“A”包含W。
13、如权利要求1所述的催化剂，其中所述催化剂的构造使得，当还原
NOx时，在相同的气流条件下，所述催化剂通过“标准反应”比“快速反
应”获得更大程度的NOx还原。
14、如权利要求1所述的催化剂，其中“R”是W。
15、如权利要求14所述的催化剂，其中“c”是约0.05至约0.2。
16、处理气流的方法，包括：将气流引至NOx还原催化剂，其中NOx
还原催化剂包含Cea-Zrb-Rc-Ad-Me-Ox，其中
“R”是W或Mn
如果“R”是W，则“A”选自Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”中
的至少一种的组合，并且
如果“R”是Mn，则“A”选自W、Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”
中的至少一种的组合；并且
“M”是三价稀土离子；
a+b+c+d+e＝1；
“a”是约0.1至约0.6；
“b”是约0.25至约0.7；
“c”是约0.02至约0.5；
如果“R”是Mn，则“d”是约0.04至约0.2，并且如果“R”是W，
则“d”是小于或等于约0.2；并且
“e”小于或等于约0.15；以及
基于气流中初始的NOx的总体积，还原气流中大于或等于约50体积％
的NOx，其中气流具有约150℃至约550℃的温度。
17、如权利要求16所述的方法，其中基于气体中NOx的总体积，气流
包含大于或等于约60体积％的NO。
18、如权利要求17所述的方法，其中气流包含大于或等于约75体积％
的NO。
19、如权利要求18所述的方法，其中气流包含大于或等于约90体积％
的NO。
20、如权利要求16所述的方法，其包括还原气流中大于或等于约80体
积％的NOx。
21、颗粒过滤器，包括：
壳体；
从气流中除去颗粒物质的过滤器元件，其中所述过滤器元件置于所述壳
体内，其中所述过滤器元件包含NOx还原催化剂，其中所述NOx还原催化
剂包含Cea-Zrb-Rc-Ad-Me-Ox，其中
“R”是W或Mn
如果“R”是W，则“A”选自Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”中
的至少一种的组合，并且
如果“R”是Mn，则“A”选自W、Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”
中的至少一种的组合；并且
“M”是三价稀土离子；
a+b+c+d+e＝1；
“a”为约0.1至约0.6；
“b”为约0.25至约0.7；
“c”为约0.02至约0.5；
如果“R”是Mn，则“d”为约0.04至约0.2，并且如果“R”是W，
则“d”小于或等于约0.2；并且
“e”小于或等于约0.15；并且
其中所述催化剂能够还原NOx。
22、NOx处理系统，包括：
将废气引入颗粒过滤器中而不经氧化催化剂处理废气；并且
使废气直接从颗粒过滤器通过任选存在的SCR，然后直接将废气排放
入环境中；
其中如果存在SCR，则SCR和/或颗粒过滤器包含NOx还原催化剂；
其中如果不存在SCR，则颗粒过滤器包含NOx还原催化剂；并且
其中所述NOx还原催化剂包含Cea-Zrb-Rc-Ad-Me-Ox，其中
“R”是W或Mn
如果“R”是W，则“A”选自Mo、Ta、Nb、以及包含上述“A”中
的至少一种的组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：KC哈拉斯，AS伊万诺娃，EM斯拉温斯科娃，PA库兹涅佐夫，
申请(专利权)人：乌米科雷股份两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]