双功能催化过滤器制造技术

提供了一种双功能催化过滤器，其具有：具有入口和出口的烟灰过滤器；在入口上的烟灰氧化层，其中该烟灰氧化层包含分散在铈和锆混合和/或复合氧化物上的烟灰氧化催化组分，该烟灰氧化催化组分基本上由至少一种过渡金属构成，其中该至少一种过渡金属选自W、Cr、Ce、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及其组合；和涂覆在出口上的SCR层，其中该SCR层包括SCR催化组分。还提供了使用该双功能催化过滤器从贫燃废气中除去NOx和烟灰的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双功能催化过滤器
技术介绍
A.)应用领域：本专利技术涉及可用于处理废气的催化剂、系统和方法，该废气产生于烃燃料燃烧过程中，特别是由柴油发动机产生的包含烟灰和氮氧化物的贫燃废气。B.)现有技术描述：在燃料(例如天然气、汽油、柴油燃料、燃料油或煤)的燃烧过程中产生废气。当该燃烧发生在腔室(例如发动机或炉)中时，通常在经过废气管道、燃料气烟囱等排放到大气中之前对所产生的废气进行处理。废气的最大部分由氮(N2)、水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)构成；但未经处理的废气还包含相对小部分的不希望的有害和/或有毒物质，例如不完全燃烧产生的一氧化碳(CO)、未燃烧燃料产生的烃(HC)、过高的燃烧温度产生的氮氧化物(NOx)(例如一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和一氧化二氮(N2O))和颗粒物质(不溶的碳烟灰颗粒)、液态烃(例如润滑油和未燃烧的燃料)和可溶性有机馏分。本专利技术特别涉及的是通常使用高空气/燃料比(即非常贫燃的条件)操作的柴油发动机排放的废气。这种贫燃条件通常导致废气具有较高排放量的颗粒物质和NOx，这两种组分已经证实难以有效转化为更有利的物质。柴油发动机通常配备有排气系统，其包括一种或多种催化组分，这些组分单独作用或组合作用以在废气排放到大气中之前对其进行处理。例如，已知通过将废气中的NOx与NH3在某些负载催化剂存在下通过通常称作选择性催化还原(SCR)的工艺进行反应能够将NOx转化为单质氮、N2和水。已知的SCR催化剂包括在载体上的由氧化铈(CeO2)和氧化铝(Al2O3)的混合物负载的钒(V2O5)(参见EP0246859)或负载在TiO2上的V2O5/WO3(参见WO99/39809)。还已经提出了其他SCR催化剂，例如混合金属氧化物，例如Fe-W/CeZrO2(WO2009/001131)；和负载有骨架外(extra-framework)金属的硅铝酸盐和硅铝磷酸盐分子筛，例如Cu:SAPO-34(US2010/0290963)。与NOx处理不同，废气中的烟灰处置通常包括机械过滤。例如，通过使含烟灰的废气经过柴油颗粒物过滤器(DPF)(例如堇青石壁流式过滤器)，能够减少烟灰排放(US2010/0170230)。然而，烟灰颗粒在过滤器上或过滤器内的积聚能够造成跨越过滤器的背压的不希望的提高，这通常会导致发动机性能和效率的降低。为使过滤器再生，必须从过滤器除去积聚的碳基烟灰，这通常通过周期性燃烧烟灰而实现。一种这种燃烧技术包括通过引入到过滤器(即催化烟灰过滤器(CSF))上的烟灰氧化催化剂对烟灰进行低温催化氧化(US4,902,487)。常规排气系统包括分别用于NOx处理(SCR)和烟灰处理(CSF)的组件。通常还是需要设计单一废气组件以实现多于一个功能，以降低排气系统所需的总空间，降低成本等。例如，将SCR催化剂应用于过滤器基体(SCRF)，通过使一个基体实现两种功能(即由SCR催化剂催化转化NOx和由过滤器除去烟灰)，从而降低废气处理系统的总尺寸。例如，美国专利公开2010/0180580公开了能够应用于壁流式DPF的SCR催化剂。然而，在SCRF中烟灰氧化催化剂的去除需要在过滤器表面处积聚烟灰，以在非常高的温度进行燃烧。高温SCR催化剂(例如Cu:SAPO-34)是可以得到的，但其不溶于水，因此这些催化剂必须作为粘性的修补基面涂层施涂于过滤器。用浓稠的催化剂浆料涂覆过滤器造成背压的显著提高和因此燃料经济性和发动机功率的相应降低。而且，常规SCR和氧化催化剂的组合是不可行的，因为这样导致对NO2的局部竞争，由此降低了SCR催化剂的转化效率。因此，仍需要能有效处理贫燃废气中的烟灰和NOx的系统。本专利技术尤其满足了这一需求。专利技术概述本专利技术人发现了一种双功能催化过滤器，在某些实施方案中，其具有在过滤器入口上的烟灰燃烧催化剂和过滤器出口上的SCR催化剂。通过在入口通道上用能够燃烧颗粒物的烟灰氧化催化剂、并在出口通道上用SCR修补基面涂层涂覆过滤器基体，能够降低废气处理系统的复杂程度、尺寸和成本。而且，本专利技术人发现了某些烟灰氧化催化剂将不消耗下游SCR反应所需的氮基还原剂(尿素、氨等)。因此，本专利技术可将还原剂送入包含烟灰氧化催化剂的过滤器的上游废气中。此外，在某些实施方案中，将烟灰氧化催化剂和SCR催化剂分开将防止对NO2的局部竞争，并提高总体活性。与使用分开的催化烟灰过滤器或负载在过滤器上的SCR催化剂、而没有烟灰氧化催化剂的常规系统相比，本专利技术的其他优点包括更低的背压和更好的总排放和发动机性能。因此，这种系统能够用于满足立法机构可能提出的更严苛的排放要求。通过将该双功能催化过滤器与上游的柴油氧化催化剂和至少一种下游的SCR流通式催化剂以及之后的氨逃逸催化剂的整合，能够获得性能的进一步提高。因此，在某些优选实施方案中，该双功能催化过滤器是废气处理系统的一部分，该废气处理系统还包括上游的柴油氧化催化剂、至少一种另外的下游的SCR催化剂和下游的氨逃逸催化剂。因此，提供了一种用于处理废气的制品，其包括：(a)具有入口和出口的烟灰过滤器；(b)在入口上的烟灰氧化区，其中该烟灰氧化区包含分散在铈和锆的混合和/或复合氧化物上的烟灰氧化催化组分，该烟灰氧化催化组分基本上由至少一种过渡金属构成，其中该至少一种过渡金属选自VIB族金属、IB族金属、IVA族金属、VB族金属、VIIB族金属、VIII族金属及其组合；和(c)涂覆在出口上的SCR区，其中该SCR区包含SCR催化组分。本专利技术人发现，随着ZrO2/CeO2的相对浓度提高，烟灰氧化活性通常会提高。在某些优选实施方案中，烟灰氧化催化剂组分具有式M:CexO2Zr1-xO2，其中x＝约0.1-约0.9或约0.99，M选自W、Cr、Ce、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及其组合，其中最优选W。在某些优选实施方案中，x<约0.7，优选<约0.5，更优选<约0.3，例如<约0.25、<0.20或<约0.15。在某些实施方案中，x<约0.1，例如<约0.07、<约0.05、<约0.03或<约0.01，条件是x>0.001或>约0.005。某些SCR催化剂组分具有式M:CexO2Zr1-xO2，其中x＝约0.1-约1.0，优选x>约0.3，更优选x>约0.5，甚至更优选x>约0.7；M选自W、Cr、Ce、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及其组合，其中最优选Fe和W。对于在SCR催化剂中包括W的实施方案，本专利技术人发现SCR活性随着CeO2浓度的提高而提高，随着W浓度的提高而提高，且特别发现SCR活性随着CeO2浓度提高和W浓度提高的组合而提高。在某些实施方案中，对于SCR催化剂，x值>约0.9，例如0.95、0.99或1.00。在某些优选实施方案中，SCR催化剂掺杂有至少两种金属，基于这至少两种金属的总重量，W>约25wt％、>约50％、>约75％、>90wt％或>95wt％。在某些实施方案中，该SCR催化剂掺杂有W和Fe，其中基于Fe和W的总重量，W>约25wt％、>约50％、>约75％、>90wt％或>95wt％。依本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于处理废气的制品，其包括：a)具有入口和出口的烟灰过滤器，b)在入口上的烟灰氧化区，其中该烟灰氧化区包含分散在铈和锆混合和/或复合氧化物上的烟灰氧化催化组分，该烟灰氧化催化组分基本上由至少一种过滤金属构成，其中该至少一种过渡金属选自W、Cr、Ce、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及其组合，和c)涂覆在出口上的SCR区，其中该SCR区包含SCR催化组分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.31 US 61/491,8701.用于处理废气的制品，其包括：a)具有入口和出口的烟灰过滤器，b)在入口上的烟灰氧化区，其中该烟灰氧化区包含烟灰氧化催化组分，该烟灰氧化催化组分具有式M:CexO2Zr1-xO2，其中x＝0.1-0.9，M选自W、Cr、Ce、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及其组合，和c)涂覆在出口上的SCR区，其中该SCR区包含SCR催化组分，所述SCR催化组分包括选自V、Cr、Ce、Mn、Fe、Co、Ni或Cu的至少一种金属，其中该金属位于选自硅铝酸盐分子筛、硅铝磷酸盐分子筛、氧化铝和混合氧化物基材的载体上。2.根据权利要求1所述的制品，其中该烟灰氧化催化组分负载在选自氧化铝、氧化钛、非沸石二氧化硅-氧化铝、氧化铈、氧化锆及其任意两种或更多种的混合物、复合氧化物和混合氧化物的惰性氧化物上。3.根据权利要求1所述的制品，其中x＝0.1-0.7。4.根据权利要求1所述的制品，其中M是W，x小于0.5。5.根据权利要求1所述的制品，其中基于该烟灰氧化催化剂组分的总重量，M以0.5-20wt％存在于该烟灰氧化催化剂组分中。6.根据权利要求1所述的制品，其中所述烟灰氧化区涂覆有烟灰氧化催化剂，该烟灰氧化催化剂包含所述烟灰氧化组分和任选的一种或多种非催化粘合剂或稳定剂。7.根据权利要求1所述的制品，其中所述烟灰氧化区包含0.1-0.5g/in3的量的所述烟灰氧化组分。8.根据权利要求1所述的制品，其中与包含铈-锆混合氧化物但不具有分散在所述铈-锆混合氧化物上的过渡金属的类似制品相比，所述制品提供增大的NOx转化率。9.根据权利要求1所述的制品，其中所述SCR催化剂组分是具有CHA骨架和骨架外铜的分子筛。10.根据权利要求1所述的制品，其中所述烟灰氧化催化剂组分具有式W:CexO2Zr1-xO2，其中x＝0.1-0.9，且所述SCR催化剂组分具有式Fe-W:Cex’O2Zr1-x’O2，其中x’＝0.1-0.99。11.根据权利要求10所述的制品，其中x小于0.5，x’大于0.5。12.根据权利要求10所述的制品，其中所述S...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·斯普利特泽，S·查特杰，R·R·拉贾拉姆，J·E·克里尔，P·J·米灵顿，S·C·拉罗泽，
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