[发明专利]用于NOx还原的方法和催化剂系统

说明书

技术领域

本发明涉及使用含氧烃还原剂，如二甲醚(DME)来还原废气中 的氮氧化物(nitrogen oxides)的方法和催化剂系统。特别地，本发明 涉及使用含氧烃还原剂还原氮氧化物用的双床催化剂系统，其中第一 催化剂床含有氧化铝，且第二催化剂床含有负载在氧化铝上的铟。该 方法和催化剂系统适用于静态用途中的氮氧化物还原，如发电站废气 中的氮氧化物的还原。更特别地，该方法和催化剂系统用于机动车用 途中，如稀燃(lean burn)内燃机中的氮氧化物还原。

背景技术

静态和机动车用途中废气的氮氧化物排放长期以来是严重的环 境问题，并受制于越来越严格的环境规章。氮氧化物(NO_x)的有害 影响是公知的，因此正进行大量研究以便找出能够应对更加严格的环 境规章的方法和催化剂系统。在传统的静态NO_x还原系统中，如在将 发电站废气中的NO_x还原成氮气(N₂)的方法中，使用氨作为选择性 催化还原(SCR)中的还原剂。但是，氨的使用越来越没有吸引力， 因为环境规章也在不断下调氨的容许排放量。因此，使用含氧烃，如 二甲醚(DME)代替氨作为还原剂越来越有吸引力，但操作通常受到 窄温度范围的限制。因此最好能够在不损害该催化剂在将NOx还原 成氮气方面的活性的情况下和在宽温度范围内使用这类烃还原剂。

在汽车工业中，发动机制造商也面临在稀燃发动机中提供NOx 还原所用系统的任务。但是，难以提出在含氧烃作为还原剂存在下不 仅适当除去NOx，即提供高NOx转化率，还在宽温度范围内运行的 方法和催化剂系统。

US 5,336,476公开了将NOx还原成氮气的方法，其中使废气与可 能为酸性金属氧化物(如氧化铝、二氧化钛、氧化锆及其混合物)形 式的还原催化剂在含氧有机化合物(如二甲醚)存在下接触。可随后 使该废气通过在载体(如活性氧化铝、二氧化硅或氧化锆)上含贵金 属、贱金属或钙钛矿氧化物的氧化催化剂。

US 2007/0092421描述了在有机还原剂存在下用于NOx还原的催 化剂系统，其中第一区包含催化剂载体以及含镓的催化金属和至少一 种选自银、金、钒、锌、锡、铋、钴、钼、钨、铟及其混合物的助催 化金属。在第一区后的第二区中，该催化剂系统包含催化剂载体和选 自铟、铜、锰、钨、钼、钛、钒、铁、铈及其混合物的催化金属。任 一区中的催化剂载体包含氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、碳 化硅及其混合物中的至少一种。还原剂包括醇、醚如二甲醚(DME)、 酯和其它。

US 6,703,343公开了稀NOx废气用的催化剂，其包含专门制成的 金属氧化物催化剂载体。该引文独立地提到在高温下在丙烯作为还原 剂存在下使用氧化铝或氧化铝载铟作为适用于稀NOx反应的催化剂。

发明内容

本发明的一个目的是提供具有比现有技术的系统更优异的NOx 转化率的方法和催化剂系统。

本发明的另一目的是提供不仅表现出比现有技术的系统更优异 的NOx转化率，还在宽温度范围内表现出高转化率的方法和催化剂 系统。

本发明的又一目的是提供简单并因此比现有技术的催化剂系统 更便宜的方法和催化剂系统。

本发明的再一目的是提供不需要求助于氨作为还原剂并且没有 将氨排放到大气中的附随危险的方法和催化剂系统。

通过本发明解决这些和其它目的。

我们已经发现，通过提供其中第一床含有氧化铝且第二床含有负 载在氧化铝上的铟的催化剂系统，获得令人惊讶的高NOx转化率， 在比单独使用氧化铝或单独使用负载在氧化铝上的铟时更宽的温度 范围内保持该转化率。

相应地，在本发明的第一方面中，我们提供用于将废气中的氮氧 化物还原成氮气的方法，包括使该废气在含氧有机还原剂存在下通过 包含至少两个催化剂床的催化剂系统，其中第一催化剂床仅含氧化 铝，且下游的第二催化剂床仅含负载在氧化铝上的铟。

该含氧有机还原剂选自醚、酯、醇、酮及其组合。该含氧有机还 原剂优选为二甲醚(DME)。该有机还原剂可以例如添加到废气中以 在该气体中产生500至5000ppmv，优选1000ppmv的浓度。要认识 到，在该有机还原剂存在下的氮氧化物还原还要求该废气中存在氧。 相应地，该废气含有至少1体积％氧，更优选至少5体积％氧，例如7 体积％或更多。