[发明专利]一种以蜂窝状金属合金为载体的尿素选择分解催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于柴油机尾气中NOx的净化领域，具体涉及一种以蜂窝状金属合金为载体的尿素选择分解催化剂及其制备方法，所述催化剂由二氧化钛、二氧化铈和含磷化合物组成。

背景技术

随着城市化进程不断加快，我国机动车保有量迅速增加，年均增长率高达15％；其中柴油车因工作效率高、燃油经济性好等因素而在机动车中所占的比例越来越大，因此移动源NOx排放量也将不断增加。据统计，目前我国移动源排放NOx的65％来自柴油车。因此，对以柴油车尾气为代表的移动源进行NOx净化处理也是我国NOx排放总量控制中非常关键的一步。

目前，NH₃-SCR技术被较为广泛的应用在移动源NOx排放净化领域。实际应用中，NH₃-SCR技术是向柴油机排气管中喷入质量浓度为32.5％的尿素水溶液，尿素分解成NH₃，在SCR催化转化器中和尾气中的NOx反应生成对环境无害的N₂，从而有效降低尾气中的NOx。但是，尿素的分解是个很复杂的化学反应，133℃时固体尿素吸热融化，在150～250℃时尿素进行分解反应，先分解为NH₃和HNCO；200℃时，尿素有很大的质量损耗，并且产生大量的NH₃，但是，210～270℃时，只有很少HNCO产生，这是由于分解生成的HNCO在150～300℃的情况下，生成了三聚氰酸（Cyanuric acid）和三聚氰酸一酰胺（ammelide）。300～370℃，一部分三聚氰酸发生热分解反应，此反应在300℃以上开始进行，产物是HNCO，是吸热反应(ΔRH=336KJ/mol)。500℃时，生成蜜勒胺（melem），蜜勒胺是由三聚氰胺（melamine）聚合而成。625℃以上时，固态中间产物开始分解为氰(CN)₂以及少量HNCO，750℃时几乎全部固体分解。

由于柴油机尾气的温度与发动机的运行工况息息相关，也就是说在车辆运行时发动机尾气的温度是时刻变化的，这就势必造成喷入排气管中的尿素会分解生成许多所不需要的其他产物如：三聚氰酸（Cyanuric acid）、三聚氰酸一酰胺（ammelide）和三聚氰胺（melamine）等，上述固体产物一旦生成，就会在排气管道中积聚，不易去除，严重时会造成催化转化器的通道堵塞，造成发动机背压骤增，影响发动机正常运转，产生一系列问题。

为解决这一问题，同时也为了使尿素更加完全的分解成氨气，目前采用的主要方法是在SCR催化转化器前加装尿素分解催化器(H催化器)，H催化器的任务在于尽可能多地将尿素转变为氨气，减少其他副产物的生成。

欧洲专利EP0894523BI公开了一种具有固定式混合器的燃烧设备，其用于水解尿素以便有选择地催化还原氮氧化物。该混合器的起到H催化器效果的活性涂层包含二氧化钛，该二氧化钛中含有如氧化钨、氧化钼和钒(四价)氧化物这样的添加剂。但是它没有认识到温度稳定性的问题以及涂层粘附牢固度的问题。没有提及对二氧化铈的使用。另外，这种H催化器由于添加了混合的氧化物会出现之前所述的效果弱化。

欧洲专利EP0487886BI公开了一种水解催化器，由包含TiO₂、Al₂O₃、SiO₂或者ZrO₂的混合物制成。可以添加如WO₃这样的五价和六价元素作为稳定剂和促进剂，用于改变酸特性。

欧洲专利EP0555746BI公开了一种蒸发器，其被构造为流体混合器和水解催化器。在此通过使用非直线的管路实现了更高效率的尿素分解。催化涂层被描述为含有H-沸石、Al₂O₃与其他多种氧化物(TiO₂、SiO₂、ZrO₂)的混合物。

欧洲专利EP1153648BI公开了一种具有多个流动路径的废气催化器，该废气催化器特征在于在SCR催化器上的额外的水解涂层。该水解涂层可以由TiO₂、Al₂O₃、SiO₂或ZrO₂构成。

目前，作为尿素分解催化转化器的载体主要为陶瓷蜂窝载体，相比于传统的陶瓷蜂窝载体，金属合金作为柴油车尾气净化器的载体，具有高热稳定性、低热容、益于催化剂低温起燃的优点，日益受到人们的青睐。同时金属合金具有较高的机械强度和较好的抗热冲击性能。