[发明专利]催化剂共混物

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于处理燃烧废气，特别是选择性催化还原(SCR)贫燃燃烧废气中的NO_x的催化剂、制品和方法。

2.相关技术说明

多数燃烧废气的最大部分包含相对良性的氮气(N₂)、水蒸气(H₂O)和二氧化碳(CO₂)；但是废气也包含相对小部分的有害和/或有毒物质，例如来自不完全燃烧的一氧化碳(CO)，来自未燃烧燃料的烃(HC)，来自过高燃烧温度的氮氧化物(NO_x)，和微粒物质(主要是烟灰)。为了减轻释放到大气中的废气对于环境的印象，需要消除或减少这些不期望的组分的量，优选通过不会再产生其他有害或有毒物质的方法。

最难以从贫燃废气中除去的组分之一是NO_x，其包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)和一氧化二氮(N₂O)。将例如由柴油发动机产生的贫燃废气中NO_x还原成N₂特别成问题，因为废气包含足够的氧来支持氧化反应，而不是还原。但是，NO_x可以在柴油机废气中通过通常称作选择性催化还原(SCR)的方法来还原。SCR方法包括在催化剂存在下和借助于还原剂，将NO_x转化成单质氮(N₂)和水。在SCR方法中，在废气与SCR催化剂接触之前将气态还原剂例如氨添加到废气流中。还原剂被吸收到催化剂上，当气体经过催化基底之中或之上时，发生NO_x还原反应。使用氨的化学计量的SCR反应的化学方程式是:

2NO+4NH₃+2O₂→3N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

已知的SCR催化剂包括沸石和其他分子筛。分子筛是具有明确结构的微孔结晶固体，并且通常在它们的骨架中包含硅、铝和氧，也可以在它们的孔中包含阳离子。分子筛的定义特征是它的晶体或赝晶体结构，其通过分子四面体单元以规则和/或重复的方式互连来形成骨架而形成。已知SCR催化剂的分子筛骨架的例子包括骨架类型代码CHA(菱沸石)，BEA(β)和MOR(丝光沸石)。这些分子筛的催化性能可以在某些环境中通过阳离子交换方法来改进，其中存在于骨架表面或内部的一部分离子物质被过渡金属阳离子如Cu²⁺所替代。通常，在这种分子筛上较高的金属负荷会导致该材料耐久性降低，特别是当该材料暴露于高温时更是如此。因此，仍然需要更耐久的高性能SCR催化剂。

发明内容

申请人已经惊讶地发现，与分别采用每个组成材料的性能相比，金属助催化的CHA分子筛的某些共混物产生了更好的性能，例如NO_x转化率和水热稳定性。这种共混物中的CHA分子筛包括具有低的二氧化硅与氧化铝之比(SAR)的硅铝酸盐，和硅铝磷酸盐(SAPO)。

一些CHA硅铝酸盐的二氧化硅与氧化铝之比(SAR)与分子筛的水热稳定性有关。对于这种硅铝酸盐，较高的SAR对应于改进的水热稳定性。但是，本发明的CHA SAPO和低SAR CHA硅铝酸盐的共混物在极端老化条件(例如900℃)条件下具有令人惊讶地展示出的水热稳定性。此外，已经发现CHA SAPO和低SAR CHA硅铝酸盐之间的协同效应使得这些材料的共混物出人意料地实现了比单独任一材料更好的性能。这种协同效应也受到分子筛上的非骨架金属负载量的影响。