[发明专利]提高耐用性的用于选择性催化还原的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用氨或尿素作为还原剂的选择性催化还原催化剂，该催化剂在抗毒性和耐热性方面都有所改善且低温活性得以提高，更特别涉及一种选择性催化还原催化剂，其中包含沸石或非沸石基底金属的催化剂的最上层表面涂覆有氧化铈或氧化铈复合氧化物，其中用氧化铈或氧化铈复合氧化物涂覆催化剂的最上层表面能使氮氧化物（NOx）的还原性能在相对低温的范围内得以提高，并能改善因碱金属组分如磷、钙、锌等以及内燃机排出废气中未燃烃所引起的中毒的耐用性，且即使暴露在高温也能提高耐热性。此外，在选择性催化还原时使用尿素作为还原剂可增加尿素水解的效率，从而提高了氨产率。

背景技术

就使用化学计量燃烧所需预定量或预定量以上的空气的情况下，也就是在稀燃条件下下运行的内燃机而论，很难从废气中去除氮氧化物（NOx）。

在应用于对应稀燃条件的固定源且其效果已证实的NOx还原工艺中，这种工艺之一是使用氨或氨水的选择性催化还原（SCR）。这样，NOx与还原剂氨在SCR催化剂的表面上反应并因而还原成氮气（N₂），由此减少NOx的量。通常，钒钛氧化物已经被用作固定源中的SCR催化剂。在这种情况下，300~450℃具有90%或以上的NOx还原性能。为了将钒钛氧化物催化剂应用到移动源，研制了包含氧化钨（WO₃）等的催化剂，以使由于因燃料的硫组分和高温暴露引起的中毒而降低的催化性能得以改善，且它们正被应用于大的柴油车辆。为了配合将来船运业中加强的废气规定，预期将会频繁使用钒钛氧化物催化剂。然而，催化剂的性能会由于高温暴露或因为废气的未燃烃及燃料（机油）中其他碱金属组分如硫、磷、钙、锌等吸附在催化剂上而彻底地降低，这亟待解决。

另一方面，出于确保最终使用需要相比钒钛氧化物催化剂更高的温度耐用性（600℃或更高）和更高的活化温度（350~550℃）的目的，研制并已经使用了沸石催化剂如Fe-β、Cu-β、Fe-ZSM5和Cu-ZSM5催化剂，其中ZSM5和β-沸石与过渡金属离子如铁（Fe）或铜（Cu）进行离子交换。但是，这些催化剂存在一些问题，因为低温活性要次于钒钛氧化物催化剂且在因烃类和碱金属组分如硫、磷、钙、锌等引起中毒时催化性能会显著降低。

根据全球温室气体减排和废气排放管理的要求，新近正研制的内燃机被广泛地经受低温燃烧工艺以获得高的燃料效率和废气减排。因此，废气温度预期在将来将会更低，这样，低温性能是受到大量关注的一个特性。

发明内容

技术问题

因此，现在对具有优良的低温活性、耐内燃机中高温暴露的耐热性以及抗因碱金属组分如硫、磷、钙、锌等引起中毒的抗毒性的新型催化剂存在需求。

本发明人使用氧化铈或氧化铈复合氧化物作为传统SCR催化剂的最上层来进行SCR反应，并因而发现获得的催化剂能够解决上述问题，此外发现，最高涂层的存在可提高尿素向氨的转变，这些发现使得本发明得以完成。

技术方案

本发明提供了一种包含(a)沸石或非沸石作为基底金属（钒钛氧化物和氧化锆）的SCR催化剂，其中，其最上层包含氧化铈或氧化铈复合氧化物。

本发明中，复合氧化物是包含含有铈的两种或两种以上元素的混合氧化物，特别是非物理混合的、包含含有铈的两种或两种以上元素的氧化物的非晶氧化物。例如，复合氧化物可以是Ce-LMNOx(L、M、N=Zr、Y、Pr、Nd、La或Mn)。

单独的氧化铈或氧化铈复合氧化物可涂覆到包含沸石或非沸石作为基底金属（钒钛氧化物和氧化锆）的常规SCR催化剂上。

本发明的SCR催化剂可涂覆到陶瓷蜂窝体上或可挤压成蜂窝形状。因此，本发明的氧化物涂层可经由典型的湿涂法（wash-coating process）通过能够商业上使用该蜂窝的氧化铈基湿涂溶液来完成。为了获得平坦的SCR催化剂层，湿涂工艺包括利用湿涂溶液浸涂包含沸石或非沸石的SCR催化剂并使用压缩空气去除过量的氧化物涂层。湿涂催化剂可在大约100℃下干燥，然后在450~550℃煅烧。

有益效果

根据本发明，当具有氧化铈涂层的SCR催化剂应用到氨/尿素-SCR系统时，能够获得优良的低温活性，并能加快尿素水解，从而提高废气中NOx的转化率。此外，该催化剂在高温暴露时具有耐热性，并增加了抗毒性，这使得它即使在暴露于高浓度的硫或碱金属时，也能保持催化活性。

附图说明