含有钒酸盐的选择性催化还原壁流式过滤器制造技术

一种过滤器，包含用于NOx气体的选择性催化还原(SCR)和用于从贫燃燃烧发动机的废气中去除微粒物质的催化剂，其中该催化剂包含钒酸盐组分，该钒酸盐组分具有碱土金属、过渡金属、稀土金属或其组合。该钒酸盐组分可以为钒酸铁。该过滤器包括位于壁流式过滤器上的负载型钒酸盐组分。该过滤器的制造方法包括，将负载型钒酸盐组分的含水混合物作为洗涂层施涂在该壁流式过滤器上，或者挤出含有负载型钒酸盐组分的组合物。处理发动机废气的方法，包括将该废气与含有钒酸盐组分的催化剂接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种过滤器，包含用于NOx气体的选择性催化还原(SCR)和用于从贫燃燃烧发动机的废气中去除微粒物质的催化剂，其中该催化剂包含钒酸盐组分，该钒酸盐组分具有碱土金属、过渡金属、稀土金属或其组合。该钒酸盐组分可以为钒酸铁。该过滤器包括位于壁流式过滤器上的负载型钒酸盐组分。该过滤器的制造方法包括，将负载型钒酸盐组分的含水混合物作为洗涂层施涂在该壁流式过滤器上，或者挤出含有负载型钒酸盐组分的组合物。处理发动机废气的方法，包括将该废气与含有钒酸盐组分的催化剂接触。【专利说明】含有钒酸盐的选择性催化还原壁流式过滤器
本专利技术涉及一种含有用于选择性催化还原废气的催化剂的过滤器。此种过滤器可 以用于去除NOx和微粒物质，尤其是贫燃燃烧发动机的废气中的NOx和微粒物质。
技术介绍
目前，在美国，路上行驶的机动车所产生的废气在该国产生烟雾的空气污染中占 约三分之一。减少烟雾的努力包括使用比汽油发动机燃料效率更高的发动机如柴油发动 机，以及使用改进的废气处理系统。 大多数燃烧废气的最大部分包含氮气（N2)、水蒸气（H2O)和二氧化碳（CO 2)，但是 该废气也含有相对少量的有害和/或有毒物质，如不完全燃烧产生的一氧化碳（CO)、未燃 烧燃料产生的烃（HC)、过量燃烧温度产生的氮氧化物（NO x)以及微粒物质（通常为烟灰）。 机动车废气中最麻烦的一种组分是NOx，其包括一氧化氮（NO)、二氧化氮（NO 2)以及一氧化 二氮（N2O)。产生对于贫燃发动机如柴油发动机，是尤其成问题的。为了减轻废气中 的N0 x造成的环境冲击，需要消除这些有害成分，优选为利用一种不产生其他有害或有毒物 质的工艺。 与汽油发动机相比，柴油发动机的废气倾向于具有更多的烟灰。可以通过使含有 烟灰的废气流经微粒过滤器来减轻烟灰的排放。然而，烟灰颗粒在过滤器上的堆积可以引 起操作期间排气系统的背压不期望的增加，因此降低了效率。为了再生该过滤器，堆积的碳 基烟灰必须从该过滤器去除，例如通过利用在高温的主动或被动氧化周期性地燃烧烟灰。 对于贫燃废气如柴油废气，还原反应通常难以进行。然而，一种用于将柴油废气中 的NO x转化为更良性物质的方法通常被称作选择性催化还原（SCR)。SCR过程包括在催化剂 存在下以及在还原剂辅助下，将NO x转化为单质氮（N 2)和水。在SCR过程中，在与催化剂接 触之前，将气态还原剂（通常为无水氨、含水氨或尿素）添加到废气流中。该还原剂被吸性 到催化剂上，并且随着该气体流经或流过该催化基底，NO x还原反应发生。使用氨的SCR过 程的化学计量反应化学方程式为： 4N0+4NH3+02-4N2+6H 20 ; 2N02+4NH3+02- 3N 2+6H20 ; N0+N02+2NH3- 2N 2+3H20 ; 在使用NH3作为还原剂的NO以勺选择性催化还原反应中使用的原始催化剂包括金 属，如铂或铂系金属。当前的SCR催化剂技术和研宄集中于负载于钛和钨上的钒酸盐催化 剂（V-Ti-W)并且已经展示出一定的成功。 由于SCR催化剂通常充当非均相催化剂（即与气体和/或液体反应物接触的固体 催化剂），该催化剂通常由基底负载。用于移动应用的优选基底包括具有所谓蜂窝形状的 流通式整料，其包括两端开口且通常从基底入口面延伸至基底出口面的多个相邻的平行通 道。每个通道通常具有正方形、圆形、六边形或三角形横截面。催化材料通常作为洗涂层 (washcoat)施涂到该基底上，该洗涂层可体现在该基底壁上和/或壁内。 许多含有钒酸盐的催化剂，相对于某些其他SCR催化剂，不能在低于300°C的操作 温度有效地转化NO x。许多已知的含有钒酸盐的催化剂在长期暴露于高于600°C的温度时 也失去活性，该温度为过滤器再生的操作温度。因此，需要发展一种可以使用钒酸盐的改进 的废气处理系统。
技术实现思路
本专利技术的实施方案包括非常适用于SCR壁流式过滤器应用的钒酸盐基催化材料。 本专利技术包含的钒酸盐组分能够在低于300°C的操作温度有效地转化NO x，并且能够在长期暴 露于高于600°C的温度之后承受活性的损失。因为SCR壁流式过滤器在这些温度条件下操 作，该催化材料可以包含在SCR壁流式过滤器内。 该催化组分包含钒酸盐组分，该钒酸盐组分含有碱土金属、过渡金属、稀土金属或 其组合。已经发现，在煅烧该催化剂的过程之外还包含金属或金属的组合，有助于在长期暴 露于高于600°C的温度时改进该催化剂活性的稳定性。 因此，本专利技术的一方面提供一种SCR壁流式过滤器，其中将催化剂置于基底上，该 催化剂包含钒酸盐组分，该钒酸盐组分含有碱土金属、过渡金属、稀土金属或其组合。此处 使用的"催化剂"指的是一种组合物，其包含载体、由该载体负载的含金属化合物，并且可任 选地包含另外的材料，如粘合剂和助催化剂。此处使用的"置于……上"意味着包含在基底 表面、在该基底材料内，或者如果该基底为多孔的，在该基底孔的表面上。 本专利技术的另一方面提供了一种制作该过滤器的方法。制作该过滤器的方法包括将 该催化材料包含到含水混合物中，并将其施涂到壁流式过滤器上，或者将含有该催化材料 的组合物挤出为壁流式过滤器的形式。 根据本专利技术的再一方面，提供了一种用于处理贫燃燃烧发动机废气的方法，该废 气例如含有N〇 xn体和微粒物质的柴油发动机废气流。该方法包括在足以减少该废气流中 Ν0χη体和微粒物质的含量的时间和温度，引导该废气流通过含有钒酸盐组分的SCR壁流式 过滤器，该钒酸盐组分含有碱土金属、过渡金属、稀土金属或其组合中的至少一种。 根据本专利技术的又一方面，提供了一种发动机废气处理系统，其包括：根据此处所描 述的专利技术方法制作的过滤器；用于将废气流从贫燃燃烧发动机运送到该过滤器的导管；以 及该过滤器上游的尿素源或氨源。 【专利附图】【附图说明】 为了使本专利技术可以被更充分地理解，通过仅说明性的方式并参考附图提供下列实 施例，其中： 图1为包含根据本专利技术的过滤器的发动机废气处理系统的一个实施方案的示意 图。 【具体实施方式】 本专利技术提供了一种制备含有钒酸盐组分的过滤器的新方法，该钒酸盐组分含有碱 土金属、过渡金属、稀土金属或其组合。该过滤器能够同时选择性催化还原NO x气体并且从 贫燃燃烧发动机的废气流去除微粒物质。 本专利技术过滤器中使用的钒酸盐组分可以由如下的通式表示： (Ax) (Ty) (Rz)VO4 其中"A"为碱土金属，且"X"为该碱土金属与钒酸根（VO4)的摩尔比； "T"为过渡金属，且"Y"为该过渡金属与钒酸根（VO4)的摩尔比； "R"为稀土金属，且"Z"为该稀土金属与钒酸根（VO4)的摩尔比；并且 0 彡 X 彡 1;0 彡 Y 彡 1;0 彡 Z 彡 1;且 X+Y+Z = 1。 为了本专利技术的说明书和权利要求书的目的，术语"碱土金属"意味着元素周期表第 II族的至少一种元素，并且"过渡金属"意味着元素周期表第IV-XI族的至少一种元素和 锌。 在本专利技术的优选的实施方案中，碱土金属元素选自由Mg、Ca、Sr和Ba组成的组，并 且过渡金属选自由Fe、Bi本文档来自技高网...

【技术保护点】
过滤器，其包含：壁流式过滤器形式的基底和位于所述基底上的催化剂；所述催化剂包含载体和钒酸盐组分，所述钒酸盐组分具有由下式定义的结构：(AX)(TY)(RZ)VO4其中“A”为碱土金属，且“X”为该碱土金属与钒酸根的摩尔比；“T”为过渡金属，且“Y”为该过渡金属与钒酸根的摩尔比；“R”为稀土金属，且“Z”为该稀土金属与钒酸根的摩尔比；并且0≤X≤1；0≤Y≤1；0≤Z≤1；且X+Y+Z＝1；并且其中所述钒酸盐组分负载在所述载体上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·阿如尔拉耶，R·多特泽尔，R·勒佩尔特，J·明奇，A·T·古德温，G·斯梅尔德，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB