[发明专利]用于处理废气的分区的催化剂

说明书

提供了一种处理废气的系统，其包含：第一SCR催化剂区，其包含具有第一储氨能力的负载有铁的中孔或大孔分子筛；和第二SCR催化剂区，其包含具有第二储氨能力的负载有铜的小孔分子筛，其中相对于穿过该系统的正常废气流，第一SCR催化剂区位于第二SCR催化剂区的上游，和其中第二储氨能力大于第一储氨能力。还提供了一种使用该系统来处理废气的方法。

发明背景

发明领域：

本发明涉及一种分区催化剂的系统和处理燃烧废气的方法。

相关领域说明：

烃类燃料在发动机中的燃烧产生废气，其包含大部分的是相对无害的氮气(N₂)、水蒸气(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。但是废气还包含相对小部分的有害和/或有毒物质，例如来自于不完全燃烧的一氧化碳(CO)，来自于未燃烧的燃料的烃(HC)，来自于过高燃烧温度的氮氧化物(NO_x)，和颗粒物质(主要是烟灰)。为了减轻烟气和废气释放到大气中产生的环境影响，期望消除或减少不期望的组分的量，优选通过不进而产生其他有害或有毒物质的方法。

典型地，来自于贫燃气体发动机的废气由于高比例的氧气而具有净氧化作用，该氧气用于保证烃类燃料的充分燃烧。在这些气体中，最难以除去的组分之一是NO_x，其包括氧化一氮(NO)、二氧化氮(NO₂)和一氧化二氮(N₂O)。将NO_x还原成N₂尤其成问题，因为废气包含足够的氧气，从而促进氧化反应而非还原反应。尽管如此，可以通过通常称作选择性催化还原(SCR)的方法来还原NO_x。SCR方法包括在催化剂存在下并借助于还原剂例如氨，将NO_x转化成单质氮(N₂)和水。在SCR方法中，在使废气接触SCR催化剂之前，将气态还原剂例如氨添加到废气流中。还原剂吸附到催化剂上，并且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：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

已知具有交换的过渡金属的沸石可以用作SCR催化剂。常规的用铜交换的小孔沸石在实现低温时的高NO_x转化率中非常有用。但是，NH₃与吸附在交换的沸石的过渡金属上的NO的相互作用会导致不期望的副反应，其产生N₂O。该N₂O对于从废气流中除去来说特别成问题。因此，仍然需要获得高NO_x转化率和产生最少N₂O的改进的方法。本发明尤其满足这个需要。

发明内容

申请人已经发现，至少两个SCR催化区的组合，其中一个含有负载有铁的分子筛和其中另一个含有负载有铜的分子筛，可以在SCR反应中明显降低不期望的N₂O生成，同时保持整体的高N₂选择性，条件是负载有铁的分子筛在负载有铜的分子筛的上游，并且储氨能力低于负载有铜的分子筛。例如，当负载有铁的分子筛的储氨能力不大于约1.5mmol NH₃/g催化剂和负载有铜的分子筛的储氨能力是至少约1.2mmol NH₃/g催化剂时，可以实现高N₂选择性和低N₂O副产物。优选地，上游SCR催化剂区不含或基本上不含铜，下游SCR催化剂区不含或基本上不含铁。