[发明专利]具有氨滑流催化剂的催化壁流式过滤器

说明书

用于排放处理系统的催化壁流式整体过滤器，包括壁流式整块材料，所述整块材料包含多孔基质，所述多孔基质具有定义通道的表面以及第一区和第二区，第一区沿纵向方向从第一端面朝第二端面延伸且延伸距离小于过滤器长度，和第二区沿纵向方向从第二端面朝第一端面延伸且沿纵向方向延伸距离小于过滤器长度，其中第一SCR催化剂分布在整个多孔基质第一区内，氨氧化催化剂分布在整个多孔基质第二区内，和第二SCR催化剂位于覆盖多孔基质第二区表面的层内。

技术领域

本发明涉及用于排放处理系统如具有内燃废气系统的移动和固定系统内的包含SCR催化剂和氨滑流催化剂的催化壁流式整体过滤器。

背景技术

在柴油发动机、固定式燃气透平和其它系统中烃燃烧产生废气，该废气必须处理以脱除氮氧化物(NOx)，包括NO(一氧化氮)和NO₂(二氧化氮)。已知NOx对人类造成多种健康问题，并且会造成许多有害的环境效果，包括形成烟雾和酸雨。为了减轻废气中NO_x对人类和环境的影响，希望除去这些不想要组分，优选通过不产生其它有害或有毒物质的方法进行。

发动机和电站中烃基燃料燃烧产生废气或烟气，所述废气或烟气包含较大部分相对良性的氮气(N₂)、水蒸汽(H₂O)和二氧化碳(CO₂)，但也包含相对较小部分的有害和/或有毒物质，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)和颗粒物(主要是灰分)。为了减少释放到大气中的烟气和废气对环境的影响，希望消除或减少这些不希望组分的含量，优选通过相应不产生其它有害或有毒物质的方法来实现。

由于为了确保烃燃料充分燃烧而提供高比例的氧，来自贫燃柴油发动机的废气通常是氧化性的。NOx需要在称作选择性催化还原(SCR)的方法中用催化剂和还原剂选择性还原，将NOx转化为元素氮(N₂)和水。这种方法也可能形成N₂O，这是一种对地球臭氧层有害的气体。在SCR方法中，在废气与催化剂接触前，将通常为无水氨、含水氨或尿素的气态还原剂添加至废气物流中。还原剂被吸收到催化剂上和当气体通过和/或经过催化基质时NO_x被还原。为了最大化NOx转化，经常需要向气体物流中添加大于化学计量量的氨。但过量氨释放至大气对人类健康和环境都有害。另外，氨是碱性的，特别是处于其含水形式时。废气催化剂下游的废气管线区域中氨与水的冷凝可能会产生可损坏废气系统的腐蚀性混合物。因此，应该排除废气中氨的释放。在许多常规废气系统中，在SCR催化剂下游设置氨氧化催化剂(也称作氨滑流催化剂或ASC)以通过转化氨为氮气而将其从废气中脱除。氨滑流催化剂的应用允许在典型的柴油机驱动循环中大于90％的NO_x转化率。

在柴油机废气中，最费劲脱除的一种组分是NO_x。还原NO_x为N₂特别麻烦，因为废气含有足够氧，利于氧化反应而不是还原。尽管如此，可以通过通常称为选择性催化还原(SCR)的方法还原NO_x。SCR方法包括在催化剂存在下借助于含氮还原剂如氨转化NO_x为元素氮(N₂)和水。在SCR方法中，在废气与SCR催化剂接触前向废气物流中加入气态还原剂如氨。还原剂吸附于催化剂上，和当气体通过具有催化剂的基质时发生NO_x还原反应。应用氨的化学计量的SCR反应式如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O。