含有釩酸鹽的選擇性催化還原壁流式過濾器制造技術

一種過濾器，包含用于NOx氣體的選擇性催化還原(SCR)和用于從貧燃燃燒發(fā)動機的廢氣中去除微粒物質的催化劑，其中該催化劑包含釩酸鹽組分，該釩酸鹽組分具有堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬或其組合。該釩酸鹽組分可以為釩酸鐵。該過濾器包括位于壁流式過濾器上的負載型釩酸鹽組分。該過濾器的制造方法包括，將負載型釩酸鹽組分的含水混合物作為洗涂層施涂在該壁流式過濾器上，或者擠出含有負載型釩酸鹽組分的組合物。處理發(fā)動機廢氣的方法，包括將該廢氣與含有釩酸鹽組分的催化劑接觸。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】一種過濾器，包含用于NOx氣體的選擇性催化還原(SCR)和用于從貧燃燃燒發(fā)動機的廢氣中去除微粒物質的催化劑，其中該催化劑包含釩酸鹽組分，該釩酸鹽組分具有堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬或其組合。該釩酸鹽組分可以為釩酸鐵。該過濾器包括位于壁流式過濾器上的負載型釩酸鹽組分。該過濾器的制造方法包括，將負載型釩酸鹽組分的含水混合物作為洗涂層施涂在該壁流式過濾器上，或者擠出含有負載型釩酸鹽組分的組合物。處理發(fā)動機廢氣的方法，包括將該廢氣與含有釩酸鹽組分的催化劑接觸?！緦＠f明】含有釩酸鹽的選擇性催化還原壁流式過濾器
本專利技術涉及一種含有用于選擇性催化還原廢氣的催化劑的過濾器。此種過濾器可 以用于去除NOx和微粒物質，尤其是貧燃燃燒發(fā)動機的廢氣中的NOx和微粒物質。
技術介紹
目前，在美國，路上行駛的機動車所產生的廢氣在該國產生煙霧的空氣污染中占 約三分之一。減少煙霧的努力包括使用比汽油發(fā)動機燃料效率更高的發(fā)動機如柴油發(fā)動 機，以及使用改進的廢氣處理系統(tǒng)。 大多數(shù)燃燒廢氣的最大部分包含氮氣（N2)、水蒸氣（H2O)和二氧化碳（CO 2)，但是 該廢氣也含有相對少量的有害和/或有毒物質，如不完全燃燒產生的一氧化碳（CO)、未燃 燒燃料產生的烴（HC)、過量燃燒溫度產生的氮氧化物（NO x)以及微粒物質（通常為煙灰）。 機動車廢氣中最麻煩的一種組分是NOx，其包括一氧化氮（NO)、二氧化氮（NO 2)以及一氧化 二氮（N2O)。產生對于貧燃發(fā)動機如柴油發(fā)動機，是尤其成問題的。為了減輕廢氣中 的N0 x造成的環(huán)境沖擊，需要消除這些有害成分，優(yōu)選為利用一種不產生其他有害或有毒物 質的工藝。 與汽油發(fā)動機相比，柴油發(fā)動機的廢氣傾向于具有更多的煙灰?？梢酝ㄟ^使含有 煙灰的廢氣流經微粒過濾器來減輕煙灰的排放。然而，煙灰顆粒在過濾器上的堆積可以引 起操作期間排氣系統(tǒng)的背壓不期望的增加，因此降低了效率。為了再生該過濾器，堆積的碳 基煙灰必須從該過濾器去除，例如通過利用在高溫的主動或被動氧化周期性地燃燒煙灰。 對于貧燃廢氣如柴油廢氣，還原反應通常難以進行。然而，一種用于將柴油廢氣中 的NO x轉化為更良性物質的方法通常被稱作選擇性催化還原（SCR)。SCR過程包括在催化劑 存在下以及在還原劑輔助下，將NO x轉化為單質氮（N 2)和水。在SCR過程中，在與催化劑接 觸之前，將氣態(tài)還原劑（通常為無水氨、含水氨或尿素）添加到廢氣流中。該還原劑被吸性 到催化劑上，并且隨著該氣體流經或流過該催化基底，NO x還原反應發(fā)生。使用氨的SCR過 程的化學計量反應化學方程式為： 4N0+4NH3+02-4N2+6H 20 ; 2N02+4NH3+02- 3N 2+6H20 ; N0+N02+2NH3- 2N 2+3H20 ; 在使用NH3作為還原劑的NO以勺選擇性催化還原反應中使用的原始催化劑包括金 屬，如鉑或鉑系金屬。當前的SCR催化劑技術和研宄集中于負載于鈦和鎢上的釩酸鹽催化 劑（V-Ti-W)并且已經展示出一定的成功。 由于SCR催化劑通常充當非均相催化劑（即與氣體和/或液體反應物接觸的固體 催化劑），該催化劑通常由基底負載。用于移動應用的優(yōu)選基底包括具有所謂蜂窩形狀的 流通式整料，其包括兩端開口且通常從基底入口面延伸至基底出口面的多個相鄰的平行通 道。每個通道通常具有正方形、圓形、六邊形或三角形橫截面。催化材料通常作為洗涂層 (washcoat)施涂到該基底上，該洗涂層可體現(xiàn)在該基底壁上和/或壁內。 許多含有釩酸鹽的催化劑，相對于某些其他SCR催化劑，不能在低于300°C的操作 溫度有效地轉化NO x。許多已知的含有釩酸鹽的催化劑在長期暴露于高于600°C的溫度時 也失去活性，該溫度為過濾器再生的操作溫度。因此，需要發(fā)展一種可以使用釩酸鹽的改進 的廢氣處理系統(tǒng)。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的實施方案包括非常適用于SCR壁流式過濾器應用的釩酸鹽基催化材料。 本專利技術包含的釩酸鹽組分能夠在低于300°C的操作溫度有效地轉化NO x，并且能夠在長期暴 露于高于600°C的溫度之后承受活性的損失。因為SCR壁流式過濾器在這些溫度條件下操 作，該催化材料可以包含在SCR壁流式過濾器內。 該催化組分包含釩酸鹽組分，該釩酸鹽組分含有堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬或 其組合。已經發(fā)現(xiàn)，在煅燒該催化劑的過程之外還包含金屬或金屬的組合，有助于在長期暴 露于高于600°C的溫度時改進該催化劑活性的穩(wěn)定性。 因此，本專利技術的一方面提供一種SCR壁流式過濾器，其中將催化劑置于基底上，該 催化劑包含釩酸鹽組分，該釩酸鹽組分含有堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬或其組合。此處 使用的"催化劑"指的是一種組合物，其包含載體、由該載體負載的含金屬化合物，并且可任 選地包含另外的材料，如粘合劑和助催化劑。此處使用的"置于……上"意味著包含在基底 表面、在該基底材料內，或者如果該基底為多孔的，在該基底孔的表面上。 本專利技術的另一方面提供了一種制作該過濾器的方法。制作該過濾器的方法包括將 該催化材料包含到含水混合物中，并將其施涂到壁流式過濾器上，或者將含有該催化材料 的組合物擠出為壁流式過濾器的形式。 根據本專利技術的再一方面，提供了一種用于處理貧燃燃燒發(fā)動機廢氣的方法，該廢 氣例如含有N〇 xn體和微粒物質的柴油發(fā)動機廢氣流。該方法包括在足以減少該廢氣流中 Ν0χη體和微粒物質的含量的時間和溫度，引導該廢氣流通過含有釩酸鹽組分的SCR壁流式 過濾器，該釩酸鹽組分含有堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬或其組合中的至少一種。 根據本專利技術的又一方面，提供了一種發(fā)動機廢氣處理系統(tǒng)，其包括：根據此處所描 述的專利技術方法制作的過濾器；用于將廢氣流從貧燃燃燒發(fā)動機運送到該過濾器的導管；以 及該過濾器上游的尿素源或氨源。 【專利附圖】【附圖說明】 為了使本專利技術可以被更充分地理解，通過僅說明性的方式并參考附圖提供下列實 施例，其中： 圖1為包含根據本專利技術的過濾器的發(fā)動機廢氣處理系統(tǒng)的一個實施方案的示意 圖。 【具體實施方式】 本專利技術提供了一種制備含有釩酸鹽組分的過濾器的新方法，該釩酸鹽組分含有堿 土金屬、過渡金屬、稀土金屬或其組合。該過濾器能夠同時選擇性催化還原NO x氣體并且從 貧燃燃燒發(fā)動機的廢氣流去除微粒物質。 本專利技術過濾器中使用的釩酸鹽組分可以由如下的通式表示： (Ax) (Ty) (Rz)VO4 其中"A"為堿土金屬，且"X"為該堿土金屬與釩酸根（VO4)的摩爾比； "T"為過渡金屬，且"Y"為該過渡金屬與釩酸根（VO4)的摩爾比； "R"為稀土金屬，且"Z"為該稀土金屬與釩酸根（VO4)的摩爾比；并且 0 彡 X 彡 1;0 彡 Y 彡 1;0 彡 Z 彡 1;且 X+Y+Z = 1。 為了本專利技術的說明書和權利要求書的目的，術語"堿土金屬"意味著元素周期表第 II族的至少一種元素，并且"過渡金屬"意味著元素周期表第IV-XI族的至少一種元素和 鋅。 在本專利技術的優(yōu)選的實施方案中，堿土金屬元素選自由Mg、Ca、Sr和Ba組成的組，并 且過渡金屬選自由Fe、Bi本文檔來自技高網...

【技術保護點】
過濾器，其包含：壁流式過濾器形式的基底和位于所述基底上的催化劑；所述催化劑包含載體和釩酸鹽組分，所述釩酸鹽組分具有由下式定義的結構：(AX)(TY)(RZ)VO4其中“A”為堿土金屬，且“X”為該堿土金屬與釩酸根的摩爾比；“T”為過渡金屬，且“Y”為該過渡金屬與釩酸根的摩爾比；“R”為稀土金屬，且“Z”為該稀土金屬與釩酸根的摩爾比；并且0≤X≤1；0≤Y≤1；0≤Z≤1；且X+Y+Z＝1；并且其中所述釩酸鹽組分負載在所述載體上。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：K·阿如爾拉耶，R·多特澤爾，R·勒佩爾特，J·明奇，A·T·古德溫，G·斯梅爾德，
申請(專利權)人：莊信萬豐股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：英國;GB