[发明专利]钒酸盐作为氧化催化剂的用途

说明书

式(I)：Fe_xMeI_yMeII_zVO₄的三元钒酸盐在内燃机中作为催化剂用于氧化含碳化合物的用途，其中MeI和MeII彼此不同，并且各自表示选自由Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu、Al、Bi和Sb所组成的组的元素，并且其中x＝0.05‑0.9；y＝0.05‑0.9；z＝0.05‑0.9；x+y+z＝1。

技术领域

本发明涉及用于在内燃机(特别是柴油发动机)中氧化含碳化合物的新型钒酸盐基催化剂组合物。鉴于它们的热稳定性，以及鉴于它们在氧化反应(特别是碳烟氧化)中的催化效率，这些新型催化剂优于现有技术中的催化剂。在下文中，采用缩写“DPF”表示术语“柴油颗粒物过滤器”。

可以将这种催化剂组合物用于移动应用(如机动车)和非道路应用的柴油发动机，但也可用于固定应用。

背景技术

由于内燃机的操作特性，内燃机产生时伴随着废气和各种颗粒物(大部分是由于不完全燃烧产生的燃料/空气混合物中的碳烟)。已经表明废气对公共健康和自然环境具有各种不良影响，并且采用了多种策略来降低其危害性，包括SCR(选择性催化还原)方法。但是由于新出现的颗粒物也被认为是有害的，因此通常含有碳烟的废气通过能够保留和收集这些颗粒物的适当过滤器输出。然而，在操作过程中，碳烟颗粒物会积聚在过滤器中，导致排气系统的背压不期望地增加，从而降低效率。为了恢复过滤器，需要除去碳烟颗粒物，这可以通过在高温下燃烧碳烟颗粒物而良好实现。该解决方案的一个主要缺点通常是过滤器内催化组分受限的温度稳定性。

用钒基催化剂处理内燃机废气的基本概念已被知晓了很长时间。例如，已于1933年提交的GB 413.744公开了将氧化钒和金属钒酸盐作为高温催化剂来除去内燃机所产生的一氧化碳和其它废气成分的用途。

此外，现有技术的多篇文献还探讨了钒基催化剂用于催化废气还原处理(例如，特别是选择性催化还原(SCR)氮氧化物)的用途。

因此，WO2011/127505公开了与钛基载体组合的钒基SCR催化剂，该钒基SCR催化剂具有通式XVO₄(其中X表示单独的Bi、Sb、Ga或Al，或与过渡金属和/或稀土元素(REE)的混合物)。在该上下文中，还提及WO2010/121280，其也公开了含有同样与钛基载体组合的XVO₄组合物的催化剂，其中X表示过渡金属或过渡金属与REE的混合物。据报道，这类催化剂表现出增强的NO_x转化活性和增强的热稳定性。

DE 102014110937(A1)公开了不含任何REE的基于钒酸盐的SCR催化剂，其具有通式Al_xFe_yVO₄(x+y＝1和x，y0)。在此报道了含有Al_0.5Fe_0.5VO₄的示例性催化剂与基于V₂O₅的催化剂相比在一定温度范围内具有更佳的NO_x转化率。然而，仍未公开关于所描述的组合物在高温环境中的稳定性的任何信息。

同样，用于作为SCR-催化剂在过滤器单元中使用以去除废气污染的催化组合物在现有技术中是已知的，并且例如由WO 2013/179129A2公开，该催化组合物具有通式(A_x)(T_y)(R_z)VO₄(x+y+z＝1和x，y，z≥0)，其中A是碱土金属，T是过渡金属和R是REE。