用于处理废气的系统和方法技术方案

提供了用于减少废气中的N2O排放物的方法，包括使包含NH3和入口NO浓度的废气与包含具有约3至约15的SAR并具有约1‑5重量％的经交换的过渡金属的小孔沸石的SCR催化剂组合物接触。

System and method for treating exhaust gas

A method for reducing N2O emissions in the exhaust gas is provided, including the waste gas containing NH3 and NO concentration and the entrance contains about 3 to about 15 of the SAR and SCR contact holes of transition metal zeolite catalyst composition has about 1 5 wt% by the exchange.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景
本专利技术涉及用于处理燃烧废气的催化剂、制品和方法。相关领域的描述烃基燃料在发动机中的燃烧产生废气，其主要包含相对良性的氮气(N2)、水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)。但是废气也相对少地包含有害和/或有毒物质，如来自不完全燃烧的一氧化碳(CO)、来自未燃烧的燃料的烃(HC)、来自过度的燃烧温度的氮氧化物(NOx)和颗粒物质(主要为碳烟)。为了缓和释放至大气中的烟道气和废气的环境影响，期望的是优选通过反过来不产生其它有害或有毒物质的方法消除或减少不期望的组分的量。典型地，来自贫燃气体发动机的废气由于提供来确保烃燃料充分燃烧的高份额的氧气而具有净氧化效应。在这样的气体中，要除去的最麻烦的组分之一是NOx，其包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和一氧化二氮(N2O)。因为废气包含足够的氧气而有助于氧化反应而不是还原，所以NOx到N2的还原是特别成问题的。尽管如此，可以通过通常被称为选择性催化还原(SCR)的方法还原NOx。SCR方法包括NOx在催化剂存在下并借助于还原性试剂如氨转化成单质氮(N2)和水。在SCR方法中，将气态还原剂如氨添加至废气流，然后使废气与SCR催化剂接触。将还原剂吸收在催化剂上并随着气体穿过或经过经催化剂基材而进行NOx还原反应。使用氨的化学计量SCR反应的化学方程式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2ONO+NO2+2NH3→2N2+3H2O已知具有交换的过渡金属的沸石可用作SCR催化剂。用铜交换的常规小孔沸石特别可用于在低温实现高NOx转化率。然而，吸收至经交换的沸石的过渡金属上的NH3与NO的相互作用可能导致产生N2O的不期望的副反应。从废气流中除去该N2O是特别成问题的。因此，存在对导致NOx的高转化率的改进的方法的需求。本专利技术尤其满足了该需求。专利技术简述令人惊讶地，已发现具有小孔结构和约3至约15的二氧化硅比氧化铝比例(SAR)的经金属交换的沸石与具有更高的SAR值类似的经金属交换的沸石相比，导致N2O的减少的产生。因此，本专利技术提供了应用(如NOx的选择性催化还原(SCR))方面的改进的催化性能。因此，在本专利技术的一个方面，提供了用于减少废气中的N2O排放物的方法，包括使包含NH3和入口NO浓度的废气与包含具有约3至约15的SAR并具有约1-5重量％的经交换的过渡金属的小孔沸石的SCR催化剂组合物接触，以产生包含出口NO浓度与出口N2O浓度的经净化的气体，其中，(a)入口NO浓度与出口NO浓度具有>约4的相对比例，和(b)入口NO浓度与出口N2O浓度具有>约50的相对比例。如本文中所使用的术语“入口”和“出口”废气(或相对组分浓度)意指分别紧接所述SCR和/或ASC过滤器的上游和下游的所述废气(或相对组分浓度)。术语“紧接……上游”和“紧接……下游”意指分别在所述SCR和/或ASC催化剂之前和之后而没有任何介于其间的会降低经净化的废气的N2O浓度的催化剂运行的废气。根据本专利技术的另一方面，提供了用于处理废气的系统，其串联地和以流体连通的方式包括柴油氧化催化剂、氮基还原剂的源和SCR催化剂，其中所述SCR催化剂包括具有约3至约15的SAR并具有约1-5重量％的经交换的过渡金属的小孔沸石，和其中所述SCR催化剂涂覆在蜂窝式壁流式过滤器或流通式整料上或是挤出的蜂窝体。附图简述图1显示了本专利技术和对比实施例的某些实施方案在50,000h-1的GHSV和氨比NOx比例为1时在稳态数据评价期间的NOx转化率(实线)和N2O产生率(虚线)。图2显示了本专利技术的实施方案的示意图。本专利技术优选实施方案的详述在某个方面，本专利技术涉及用于改进环境空气质量，特别是用于改进由发电厂、汽轮机、贫燃内燃机等产生的废气排放物的方法。通过在宽的运行温度范围内降低NOx和N2O浓度而至少部分地改进废气排放物。用于减少废气中的N2O排放物的方法可以包括以下步骤：使包含NH3和入口NO浓度的废气与包含具有约3至约15的SAR并具有约1-5重量％的经交换的过渡金属的小孔沸石的SCR催化剂组合物接触，以产生包含低出口NO浓度和低出口N2O浓度的经净化的气体，其中，(a)入口NO浓度与出口NO浓度具有大于约4的相对比例，和(b)入口NO浓度与出口N2O浓度具有大于约50的相对比例。根据本专利技术，在低于约350℃，例如约150–350℃或约200–300℃的温度；或在低于约700℃的温度和/或在大于约350℃或大于约450℃，例如约350–700℃,约350–600℃或约450–550℃的温度发生所述接触。在某些实施方案中，废气具有相对高的NO2:NO比例，例如至少约4:1、至少约10:1或至少约20:1。在某些实施方案中，废气的入口NO2浓度与出口NO2浓度具有大于约4，例如至少约5、至少约10或至少约20的相对比例，和(b)入口NO2浓度与出口N2O浓度具有大于约50，例如至少约100或至少约200的相对比例。本专利技术的沸石是晶体或准晶体铝硅酸盐，其由例如以环的形式连接在一起的重复SiO4和AlO4四面体单元构成，以形成具有分子尺度的规则的晶体内空腔和通道的骨架。四面体单元的具体排布产生沸石骨架，并且通过惯例由国际沸石协会(IZA)为每种独特的骨架分配独特的三字母代码(例如“AEI”)。对本专利技术特别有用的沸石是小孔沸石。如本文中所使用的术语“小孔沸石”意指具有八个四面体原子的最大环尺寸的沸石骨架。在一些实例中，用于本专利技术中的小孔沸石具有在至少一个维度上小于的孔尺寸。在一个实施方案中，所述小孔沸石具有选自下组的骨架：ACO、AEI、AEN、AFN、AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATT、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、GIS、GOO、IHW、ITE、ITW、LEV、KFI、MER、MON、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、RTH、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、YUG和ZON。优选的沸石骨架选自AEI、AFT、AFX、CHA、DDR、ERI、LEV、KFI、RHO和UEI。对于某些应用而言，优选的沸石骨架选自AEI、AFT和AFX，特别是AEI。在某种应用中，优选的沸石骨架为CHA。在某些应用中，优选的是ERI骨架。在某些实施方案中，所述沸石基本上不含CHA骨架。在某些实施方案中，所述沸石基本上不含AEI骨架。在某些实施方案中，所述沸石基本上不含ERI骨架。可用于本专利技术的特别的沸石包括SSZ-39、Mu-10、SSZ-16、SSZ-13、σ-1、ZSM-34、NU-3、ZK-5和MU-18。优选地，所述沸石的主要晶相由一种或更多种小孔骨架构成，尽管也可以存在其它铝硅酸盐晶相。优选地，所述主要晶相包括至少约90重量％，更优选至少约95重量％，甚至更优选至少约98或至少约99重量％小孔沸石骨架，基于材料中的沸石的总量计。优选地，多数沸石结构由氧化铝和二氧化硅构成。沸石可以包括除铝以外的骨架金属(即经金属取代的沸石)。如本文中所使用的关于沸石的术语“经金属取代的”意指其中一个或更多个铝或硅骨架原子已被取代金属替换的沸石骨架。相反地，术语“经金属交换的”意指其中与沸石有关本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于减少废气中的N2O排放物的方法，包括使包含NH3和入口NO浓度的废气与包含具有约3至约15的二氧化硅比氧化铝比例(SAR)并具有约1‑5重量％的经交换的过渡金属的小孔沸石的SCR催化剂组合物接触，以产生包含出口NO浓度与出口N2O浓度的经净化的气体，a.其中，所述入口NO浓度与出口NO浓度具有>约4的相对比例，和b.其中，所述入口NO浓度与出口N2O浓度具有>约50的相对比例。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.24 US 61/969,5301.用于减少废气中的N2O排放物的方法，包括使包含NH3和入口NO浓度的废气与包含具有约3至约15的二氧化硅比氧化铝比例(SAR)并具有约1-5重量％的经交换的过渡金属的小孔沸石的SCR催化剂组合物接触，以产生包含出口NO浓度与出口N2O浓度的经净化的气体，a.其中，所述入口NO浓度与出口NO浓度具有>约4的相对比例，和b.其中，所述入口NO浓度与出口N2O浓度具有>约50的相对比例。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述入口NO浓度与出口NO浓度具有>约5的相对比例。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述入口NO浓度与出口NO浓度具有>约10的相对比例。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述入口NO浓度与出口N2O浓度具有>约80的相对比例。5.根据权利要求求1、2、3或4所述的方法，其中所述入口NO浓度与出口N2O浓度具有>约100的相对比例。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述过渡金属是铜。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述小孔沸石具有约5至约15的SAR。8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·R·钱德勒，HY·陈，J·E·考利尔，J·M·范德克，A·N·M·格林，
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