[发明专利]脱氮催化剂、蜂窝结构型脱氮催化剂及使用其的脱氮方法

说明书

技术领域

本发明涉及脱氮催化剂、蜂窝结构型脱氮催化剂及使用其的脱氮 方法，更详细地，涉及用于通过还原从锅炉以及比如汽油机和柴油机 的内燃机中排出的废气中有效地除去氮氧化物的脱氮催化剂和蜂窝 结构型脱氮催化剂，以及使用该催化剂的脱氮方法。

背景技术

锅炉和内燃机，根据其结构和类型，排出多种源自燃料和燃烧空气 的有害物质。这些有害物质包括被大气污染防止法(Air Pollution Control Law)限制的例如碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物 (NO_x)和烟灰等物质。作为其净化方法，在实践上已采用其中使废气与 催化剂接触并净化的催化法。

在燃烧装置例如锅炉中，根据燃料的类型和燃料的进料速率，将对 燃烧最适量的空气供应到其中，以便控制燃烧温度，从而抑制有害物质 的产生。然而，不是在所有燃烧装置中都总是能将空气和燃料控制在理 想的状态，因此有时会由于不完全燃烧产生大量有害物质例如氮氧化 物。虽然对于内燃机尤其是在柴油机情况下也一样，但是，由于将发动 机结构设计为通过稀薄燃烧运行，所以易于排出氮氧化物。

为了净化由此排出的氮氧化物，广泛地研究了催化还原法，其中将 废气与作为还原剂的氨或碳氢化合物等混合，并引入到填充有催化剂的 净化装置中，以将氮氧化物还原为N₂，主要的反应式如下。

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

然而，不是所有氮氧化物均被还原为N₂，而是有部分氮氧化物以 N₂O形式排放。该N₂O是温室气体，象二氧化碳一样应该被减少。

在引入到填充有催化剂的净化装置中之前，如果需要的话，通过热 交换调节从锅炉中排出的废气的温度，然后与还原剂混合并在所述净化 装置中进行催化处理。在这种情况下，常常把将催化剂组合物成形为粒 状得到的结构型催化剂填充到净化装置中。作为采用催化还原法的技 术，已经使用了将作为活性金属的Cu、Mo、Co和Mn等负载于氧化 铝、二氧化硅-氧化铝、氧化锆、活性碳等上作为催化剂组合物的催化 剂。

此外，已经提出了一种利用含有含铁和铈的沸石的催化剂的废气净 化方法，其中在废气中加入作为还原剂的氨并与催化剂接触，以还原氮 氧化物(参见专利文献1)。该方法能够使氮氧化物稳定还原。

另一方面，对于机动车，已知一种一次性或分步净化废气中有害物 质的方法，其中通过在废气通道中设置适用于待除去有害物质的催化剂 来净化所述有害物质。为此目的，已经使用了将催化剂组合物涂覆到蜂 窝状结构上的蜂窝结构型催化剂。该蜂窝状结构是由例如不锈钢等金属 或陶瓷等耐热材料制成的结构，许多狭窄的平行的气体通道在该结构的 本体中延伸，并将催化剂组合物涂覆到构成该气体通道的部位上。在这 些蜂窝状结构中，将两端开口的气体通道称为通流型，而将一端封闭的 气体通道称为壁流型。壁流型气体通道的壁表面起到过滤器的作用，滤 出废气中的颗粒成分例如烟灰。

顺便提一下，在安装在机动车上的内燃机的情况下，发动机的运行 条件对所排出的废气的状况影响非常大。具体地，改变机动车的运行条 件使废气的温度和组成不稳定，这不仅削弱了催化剂的脱氮效果，而且 削弱了用于除去其它有害物质的整体催化技术。

近来，考虑到对柴油车排放氮氧化物的限制将会加强，因而需要进 一步提高目前已经使用或已经提出的脱氮催化剂除去氮氧化物的性能。 在这种情况下，需要催化剂组合物中活性金属的量不增加，但可以提高 净化废气的能力并可以稳定地除去废气中的氮氧化物的脱氮催化剂和 蜂窝结构型催化剂。

专利文献1：JP-A-2005-502451(权利要求35、权利要求41)

发明内容