提供一种具有SCR催化剂的DPF，和一种用氨选择性还原氮氧化物、过滤颗粒、和降低DPF上的烟灰的起燃温度的方法。所述催化剂包含：铜、铬、钴、镍、锰、铁、铌或它们的混合物的第一组分，铈、镧系元素、镧系元素混合物或它们的混合物的第二组分，和特征在于提高的表面酸性的组分。该催化剂还可包含锶作为附加的第二组分。所述催化剂用氨选择性地将氮氧化物还原成氮气并在低温下氧化烟灰。所述催化剂具有高的热液稳定性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于同时用氨选择性催化还原氮氧化物和从稀燃(lean burn)燃料废气中氧化/去除烟灰的装置和方法。
技术介绍
柴油发动机通常在高于化学计量的空气燃料比下运行。以柴油为燃料的车辆的氮氧化物和颗粒排放会是大量的。柴油机车辆的排放也在美国和欧洲受到法规的限制。美国和欧洲都颁布了严格限制柴油发动机氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)排放的法规。截至到2007年，美国卡车的PM限量为0. 01g/bhp-hr，NOx限量为约2g/bhp_hr。 对于2010年的标准，PM限量相同，但NOx限量降低几乎10倍。在2010年的标准中，NOx限量是0. 2g/bhp-hr,因为NOx起关键作用。从2011年起，非道路应用的发动机将改变它们的排放限量至0. 02-0. 03gPM/bhp-hr和0. 4gN0x/bhp_hr。所有输出功率高于56千瓦的越野发动机在2014年都要符合这些标准。氮氧化物还存在于例如发电厂、工业过程、燃气轮机等的固定源废气中。—种除去废气中NOx的方法是在升高的温度在催化剂存在下使废气流与还原剂如氨接触。还原剂与NOx的催化反应被称作选择性催化还原(SCR)。脲、氢氧化铵、甲酸铵及其它含氮化学品也可以被用作氨源。常规的氨SCR催化剂是基于氧化钒/氧化钛的。例如，Imanari等人(美国专利 4，833，113)描述了一种包含钛氧化物、钨氧化物和钒氧化物的SCR催化剂。氧化钒/氧化钛氨SCR催化剂通常在约250-370°C下工作。轻型柴油机车辆的废气通常处于约200°C或更低的温度。氧化钒/氧化钛SCR催化剂在低至200°C的温度下没有显著的活性。Byrne (美国专利 4，961，917,转让给 Engelhard Corporation)公开了一种方法， 该方法使氨、氮氧化物和氧通过铁促或铜促沸石催化剂以选择性地催化氮氧化物的还原。 新鲜的铜促催化剂具有良好的活性。但是，铜催化剂在其老化时显著失活。虽然铁催化剂远比铜催化剂稳定，但其在约350-500°C有最大活性，显著高于许多柴油机废气处于的200°C 温度。正如本领域已知的，可以使用稀燃NOx阱(LNT)技术或者使用选择性催化还原 (SCR)技术来去除N0X。SCR是证明有效的技术，其与LNT相比提供更宽的从稀燃废气中去除NOx的温度范围。PCT公布申请W02008/085265 (其中描述了低温选择性催化还原)通过引用纳入。SCR还是比较廉价的，因为LNT包含大量的钼族金属(PGM)，而SCR催化剂可以是无PGM的。柴油机颗粒过滤器(DPF)多年来已经用于从柴油机废气中去除PM。PCT公布申请 WO 2006/044764(其描述了柴油机颗粒过滤器)通过引用纳入。PM可包含润滑油固体、烟灰和其它碳颗粒、无机灰分以及它们的混合物。PM随着时间在DPF内积累。通过DPF的压差会随着DPF上PM水平的增加而增加。为了继续正常运行，DPF需要被清洁和/或再生。 润滑油固体和碳颗粒有时可以通过燃烧从DPF上除去。然而，碳颗粒的起燃温度通常为约 600°C，而柴油机废气温度很少有那么高。为了燃烧PM，可以通过延迟燃料注射时间来提高废气温度，但要付出降低燃料效率的代价。或者，DPF可以通过车载电热器加热，然而加热电热器需要能量，这附带着燃料效率损失。此外，使DPF处于升高的温度可能由热裂化或PM 烧结到DPF而损坏DPF。最后，DPF可能要去除和离开车辆再生，但这需要用于维护的停工期。最近已经尝试在柴油机后处理体系中在DPF上放置催化剂，以降低PM的氧化温度。好处是，通过使用催化剂，PM可以在常规废气温度下燃烧，减轻或降低对DPF再生的需要。Hartwig(美国专利No. 4，510，265,通过引用纳入)描述了一种包含钼族金属和钥;酸银的催化剂。Homeier的催化剂(美国专利No. 4，759，918，通过引用纳入)包含在抗硫载体如二氧化钛或二氧化锆上的钼、钯或铑。Dettling (美国专利5，100，632，通过引用纳入) 使用一种或多种钼族金属和一种或多种碱土金属氧化物如氧化镁的混合物作为催化剂。 Hartwig、Homeier和Dettling等人的催化剂都含钼族金属(PGM)。PGM包括金、钼、钮、错和它们的任意混合物。PGM催化剂通常是昂贵的。包含钒催化剂以降低碳颗粒燃烧温度的DPF已经在美国专利No. 4，900, 517 (通过引用纳入)中描述。其它钒催化剂也在美国专利No. 6,013, 599(通过引用纳入)中有论述。 钒氧化物是挥发性和有毒的。此外，碳颗粒燃烧期间在DPF中存在的高温可以使DPF上的钒催化剂气化，可能导致民众的健康问题。来自汽车和发动机如燃气轮机的废气包含氮氧化物和颗粒物质。传统上，可以通过使废气与还原剂如氨在选择性催化还原(SCR)催化剂的存在下接触来去除废气中的氮氧化物。氨或其它还原剂与氮氧化物反应形成氮气和水。所述颗粒通常通过单独的过滤器去除。典型的稀燃废气后处理体系由若干子系统组成1)氧化催化剂(去除CO和HC以及 NO到NO2的转化)，2) NOx去除体系(例如，SCR催化剂)和3)颗粒物质过滤器(例如柴油机颗粒过滤器)。
技术实现思路
本公开的实施方案包括一种用于还原废气流中NOx的装置，该装置包含颗粒过滤器和置于所述颗粒过滤器上的选择性催化还原催化剂，其中所述催化剂包含选自铜、铬、 钴、镍、锰、铁、铌和它们的混合物的第一组分、选自铈、镧系元素、镧系元素混合物、和它们的混合物的第二组分和特征在于提高的表面酸性的至少一种材料。在某些实施方案中，颗粒过滤器包含柴油机颗粒过滤器，且该装置进一步包含在柴油机颗粒过滤器上游的氨源， 其中所述氨源向废气流中添加氨。在又一些实施方案中，所述装置包含在柴油机颗粒过滤器上游并在氨源上游的柴油机氧化催化剂。在一些实施方案中，柴油机颗粒过滤器上的选择性催化还原催化剂的洗脱涂层(wash-coat)加载量为约5到约300g/L。本公开的实施方案还包括用于废气流中污染物的选择性催化还原、从废气流中去除颗粒、和降低颗粒过滤器中烟灰点燃温度的方法，该方法包括向废气中添加氨，和引导所述废气通过颗粒过滤器。在某些实施方案中，颗粒过滤器包含选择性催化还原催化剂，所述催化剂包含选自铜、铬、钴、镍、锰、铁、铌和它们的混合物的第一组分、选自铈、镧系元素、镧系元素混合物、和它们的混合物的第二组分和特征在于提高的表面酸性的至少一种材料。 在进一步的实施方案中，所述颗粒过滤器是柴油机颗粒过滤器，该方法进一步包括在向废气流添加氨之前将废气流引至柴油机氧化催化剂，其中氨在柴油机氧化催化剂和柴油机颗粒过滤器之间添加。在又一些实施方案中，柴油机颗粒过滤器上的选择性催化还原催化剂的洗脱涂层(wash-coat)加荷量为约5到约300g/L。附图说明图I是显示包含锰的催化剂、包含铈的催化剂和包含锰作为第一组分和铈作为第二组分的催化剂的热液老化前后的NO百分比转化率对摄氏度温度的图；图2是显示新鲜的和热液老化的铁-交换沸石P催化剂的NO或NOx百分比转化率对摄氏度温度的图，其中第一进料气包含NO，并且第二进料气包含NO和NO2 ；图3是显示新鲜的和热液老化的具有锰作为第一组分和铈作本文档来自技高网...
【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：斯蒂芬J戈尔登，斯维特拉纳艾尔特斯卡亚，
申请(专利权)人：催化解决方法股份有限公司，斯蒂芬J戈尔登，斯维特拉纳艾尔特斯卡亚，
类型：发明
国别省市：
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