生产催化剂的方法和催化剂本身技术

技术编号:14694354 阅读:265 留言:0更新日期:2017-02-23 17:44
为了能够以可靠的方法生产SCR催化剂(2),尤其是具有沸石部分(Z)作为催化活性部分的催化剂,同时实现催化剂(2)良好的催化活性,将在起始态时无催化活性,和已经处理来形成催化活性的无机粘结剂部分(B)混合入催化剂组合物(4)。粘结剂部分(B)的无机粘结剂组分在起始态时优选是多孔颗粒(10),尤其是硅藻土,其表现出中多孔性。为了进行催化活化,将单个颗粒(10)用催化活性层(12)涂覆,或者转化成催化活性沸石(14),并且保持中多孔性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种生产挤出的催化剂的方法以及催化剂本身,尤其是SCR催化剂。为了减少来自于固定的和移动的燃烧设备,尤其是机动车辆的废气中的氮氧化物,使用已知的选择性催化还原(SCR)。其中,氮氧化物在氨和氧存在下被还原成氮。用于加速这种反应的各种催化剂类型和体系原则上是已知的。最近受到关注,尤其是用于机动车辆中的移动应用的一类催化剂是基于沸石的催化剂。在此可以提及的尤其是铁交换的或铜交换的沸石,优选ZSM-5(MFI)、β(BEA)、菱沸石(CHA)或者具有骨架结构AEI、ERI、FER的另外的沸石类型作为催化活性组分。归因于它们具有高微孔性/单位体积的特定形态,这些沸石具有比较大的表面积,这样它们适于压实构造。催化活性还通过引入的铜或铁离子来增加。目前用于机动车辆中的催化转化器通常是催化剂载体涂层(washcoat),其涂覆在惰性陶瓷基底,尤其是蜂窝陶瓷基底上。可选地,现代催化转化器可以是挤出的陶瓷催化剂,典型地为蜂窝体的形式。在运行中,待清洁的废气流过涂覆的基底或挤出催化剂体中的通道。这里原则上,在全活性挤出物和涂覆的载体(称作“载体涂层”)之间存在着区别。在全活性挤出物的情况中,挤出体包含催化活性催化剂组合物,即催化剂的单个通道壁由固体催化活性材料制成。在载体涂层的情况中,催化惰性挤出的支撑体涂覆有实际的催化活性催化剂材料。这通常通过将挤出的支撑体浸入含有催化剂材料的悬浮液中来进行。为了生产挤出的催化剂体,通常提供陶瓷挤出组合物,它的流变性能已经设定来适于挤出方法。这种挤出组合物是塑性的(即容易成形或可模制)、粘性组合物。为了设定挤出组合物的所需流变性能以及挤出物的机械性能,通常将粘结剂或添加剂添加到挤出组合物中。在全活性挤出物的情况中,催化活性组分存在于挤出组合物中。在基于例如二氧化钛/五氧化二钒体系的常规催化剂的情况中,粘结剂的比例通常是几个重量百分比,例如2-10重量%。但是,当沸石用作催化活性组分时,挤出更难以进行,因为沸石由于它们的具体性能和它们的形态而相对难以挤出。另一问题还在于基于沸石的催化剂体系降低的机械稳定性。由于这种背景,与二氧化钛/五氧化二钒体系相比,必须使用明显更高比例的粘结剂来设定适于挤出的流变性能和实现足够的机械稳定性。但是,这带来了催化活性组分相对于总催化剂的整体降低,因此作为粘结剂比例增加的结果,每单位体积的特定催化活性整体降低。出于本专利技术的目的,粘结剂通常是在烧结过程之后赋予最终催化剂以强度和稳定性的组分。粘结剂具体形成了到催化活性组分的烧结桥,或者为这些组分带来了机械互连。来源于此,本专利技术的一个目标是使得一种优选的基于沸石的催化剂,尤其是SCR催化剂成为可能,其表现出高的催化活性和优选还可以在可靠的方法中挤出。该目标根据本专利技术,通过一种具有权利要求1的特征的用于生产挤出的催化剂,尤其是SCR催化剂的方法来实现。这里,提供待挤出的催化剂组合物,并且挤出来生产催化剂体。为了设定用于挤出所需的流变性能,催化剂组合物包含粘结剂部分,其包含由颗粒组成的至少一种无机粘结剂组分。粘结剂部分在起始态时起初无催化活性,并且处理起始态时无催化活性的这种粘结剂部分的至少一部分来形成催化活性。出于本专利技术的目的,起始态表示粘结剂组分的粉末态。这种方法首先基于使用高比例的无机粘结剂来保证最终成形的催化剂体的所需稳定性的理念。使用合适的无机粘结剂组分确保该挤出方法以可靠的方式进行成为可能。此外,本专利技术基于这样的理念,即通过依靠合适的处理给予初始无活性的至少一种粘结剂组分以催化活性,来使得催化剂的催化活性足够高,而不管所需要的相对高比例的粘结剂。这种处理优选在粘结剂部分混合入待挤出的催化剂组合物之前进行。这些混合入催化剂组合物中的无机粘结剂组分通常是由个体颗粒组成的粉状矿物材料。在混合入催化剂组合物之前,所以这些粉末颗粒优选经处理来实现初始催化惰性的颗粒的所需催化活化。所以,当术语“颗粒”在下面使用时,表示这样的粉末颗粒。总之,这使得具有高稳定性和高催化活性的可挤出的催化剂能够以可靠的方法来生产。在一个有用的实施方案中,除了粘结剂组分之外,将常规的催化活性组分混合入催化剂组合物中。这优选是催化活性的沸石和/或催化活性的分子筛。出于本专利技术的目的,沸石通常是根据国际沸石协会的结构委员会(IZA-SC)的沸石图谱的沸石。除了常规的Al-Si沸石之外,它们还包括尤其是SAPO和ALPO沸石类型。所以催化剂优选是基于沸石的催化剂。作为一个替代,使用钛-钒体系或混合氧化物体系,例如基于铈-锆混合氧化物的体系作为催化活性组分。催化剂组合物的流变性受到单个添加的颗粒的几何形状(即形态)的决定性影响。因此它们优选以适当的方式选择,以使得它们具有适于所需流变性能的形态。在一个优选的实施方案中,颗粒至少在无催化活性的起始态时具有非沸石骨架结构。因此颗粒不同于常规的催化活性组分。为此原因,当活性组分混合入催化剂组合物时,它们至少不同于这种活性组分。此外,至少在起始态时,颗粒典型地作为无定形颗粒存在,不同于通常的结晶的常规活性组分。作为这种偏离活性组分的颗粒结构的结果,首先确保实现流变性能中的所需改进,和同时确保作为粘结剂用于所生产的成形体的机械强度。在一个优选的实施方案中,颗粒本身具有多孔性。这改进了待净化的废气进入更深体积层的可达性和因此改进了质量转移,其对于所需的高催化活性是有利的。在一个有用的实施方案中,颗粒的孔宽度大于沸石。具体地,颗粒具有中多孔性或大多孔性,孔宽度>2nm,优选>5nm。出于本专利技术的目的,术语中多孔性指的是孔宽度(孔直径)是2nm-50nm的孔,和术语大多孔性指的是孔宽度大于50nm。因此粘结剂组分的颗粒在它们的形态方面,尤其是在孔宽度方面,不同于沸石或不同于活性组分。这里,沸石的孔宽度是沸石的环结构中的最大直径。合适的沸石的骨架结构形成了开放孔或孔通道。它们通过沸石的通常四面体基本构建块的环结构来形成和结合。通常,在小孔(至多8元环)沸石、中孔(至多10元环)沸石、宽孔(至多12元环)沸石和超宽孔沸石(大于12元环)之间存在着明显不同。最大环尺寸目前是24元环,其对应于孔宽度是约1.2nm。合适的催化活性沸石典型地是小孔或中孔沸石,其孔宽度是约0.3-0.7nm。催化活性通过粘结剂组分的颗粒的中多孔性或大多孔性而整体改进,因为待净化的废气也会经由这种多孔性而渗入挤出的催化剂的催化活性壁的更深层中。因此经由这些宽孔还进行了催化剂有效供给到甚至更深位置的催化活性位置,这样可以利用较大比例的催化活性组合物。在常规催化剂的情况中,即催化反应首先和最先仅在待净化的废气流过的催化剂中的流动通道的直接表面区域上发生。因为粘结剂部分通常均匀分布在催化剂的总体积上,因此粘结剂部分有效形成流动和供给路径,其延伸进入催化剂的体积中,和由此使得渗入沸石的微孔中成为可能。为了获得粘结剂部分的所需催化活性,第一优选的形式向待涂覆的粘结剂组分的初始催化惰性颗粒提供催化活性层,优选沸石层。因此催化活性的颗粒在这个形式中由催化惰性芯和催化活性层组成。因此具有规定的颗粒形状的各颗粒由催化涂层赋予所需的催化活性,同时保持了颗粒形状。本身已知的方法可以用于形成层,例如催化活性的颗粒尤其是沸石从悬本文档来自技高网...
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【技术保护点】
生产挤出的催化剂(2)的方法,其中将催化剂组合物(4)挤出来生产催化剂体(6),其中为了设定该催化剂组合物(4)的所需流变性能,该催化剂组合物(4)包含无机粘结剂部分(B),该无机粘结剂部分(B)在起始态时无催化活性,和包含由单个颗粒(10)组成的至少一种无机粘结剂组分,并且该无机粘结剂部分(B)的至少一部分已经处理来形成催化活性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.27 DE 102014205760.41.生产挤出的催化剂(2)的方法,其中将催化剂组合物(4)挤出来生产催化剂体(6),其中为了设定该催化剂组合物(4)的所需流变性能,该催化剂组合物(4)包含无机粘结剂部分(B),该无机粘结剂部分(B)在起始态时无催化活性,和包含由单个颗粒(10)组成的至少一种无机粘结剂组分,并且该无机粘结剂部分(B)的至少一部分已经处理来形成催化活性。2.根据权利要求1所述的方法,其中除了该粘结剂部分(B)之外,将催化活性组分(Z)混合入该催化剂组合物(4)中。3.根据权利要求2所述的方法,其中该催化活性组分选自沸石(Z)和分子筛。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中该至少一种无机粘结剂组分的颗粒(10)在无催化活性的起始态时不具有沸石骨架结构。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中该至少一种无机粘结剂组分的颗粒(10)具有多孔结构。6.根据权利要求5所述的方法,其中该颗粒(10)的孔宽度(p)大于沸石(Z)。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中该至少一种无机粘结剂组分的颗粒(10)涂覆有催化活性层(12),尤其是涂覆有沸石层。8.根据权利要求7所述的方法,其中该催化活性层(12)的层厚度小于该颗粒(10)的颗粒直径(d)的20%,和尤其是0.5μm-10μm。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中该至少一种无机粘结剂组分的颗粒(10)以它们至少部分地具有沸石骨架结构的方式转化,同时保持它们的颗粒形状。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中该至少一种无机粘结剂组分是柱撑粘土矿物,其具有依靠无机柱(16)隔开的粘土层(18)。11.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·鲍尔R·多特泽尔J·W·曼奇
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

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