本申请描述了一种包含球形粒子的选择性催化还原材料，所述球形粒子包括分子筛晶体的聚集体。所述催化剂能有效地催化氮氧化物在200‑600℃的温度范围内在还原剂存在下的选择性催化还原反应。还描述了选择性还原氮氧化物的方法和废气处理体系。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分子筛催化剂组合物、催化剂复合材料、体系和方法专利
本专利技术总体涉及选择性催化还原材料、选择性催化还原复合材料以及选择性还原氮氧化物的方法的领域。更特别是，本专利技术的实施方案涉及SCR催化剂材料，其包含包括分子筛晶体的聚集体的球形粒子。
技术介绍
随着时间的推移，氮氧化物(NOx)的有害组分已经导致大气污染。在例如来自内燃发动机(例如汽车和卡车)、来自燃烧装置(例如由天然气、油或煤加热的电站)和来自硝酸生产装置的废气中含有NOx。各种方法已经用于处理含有NOx的气体混合物。一种类型的处理方法涉及氮氧化物的催化还原。有两种方法：(1)非选择性还原方法，其中一氧化碳、氢气或低级烃用作还原剂，和(2)选择性还原方法，其中氨或氨前体用作还原剂。在选择性还原方法中。可以用少量还原剂实现氮氧化物的高度去除。选择性还原方法称为SCR方法(选择性催化还原)。SCR方法使用氨将氮氧化物在大气氧的存在下催化还原，其中主要形成氮气和水蒸气：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(标准SCR反应)2NO2+4NH3→3N2+6H2O(缓慢SCR反应)NO+NO2+NH3→2N2+3H2O(快速SCR反应)用于SCR方法中的催化剂理想地应当能在宽的使用温度范围内在水热条件下保持良好的催化活性，例如200-600℃或更高。水热条件通常在实践中遇到，例如在烟灰过滤器的再生期间，其是用于除去粒子的废气处理体系的元件。已经在用还原剂例如氨、脲或烃在氧气存在下进行氮氧化物的选择性催化还原(SCR)中使用分子筛，例如沸石。沸石是结晶材料，其具有相当均匀的孔径，这取决于沸石的类型和在沸石晶格中的阳离子含量，具有约3-10埃的直径。沸石具有8-环孔开口和两个6-环二次结构单元，特别是具有笼状结构的那些，最近发现这种沸石特别用作SCR催化剂。具有这些性能的特定类型的沸石是菱沸石(CHA)，其是具有8元环孔开口的小孔沸石(约3.8埃)，这可通过其三维孔隙率实现。笼状结构是来自两个6-环结构单元被4个环连接。公知的是金属助催化的沸石催化剂，其中包括铁助催化的和铜助催化的沸石催化剂，用于用氨进行氮氧化物的选择性催化还原。铁助催化的β沸石已经是有效的商业催化剂，用于用氨进行氮氧化物的选择性还原。不幸的是，已经发现在苛刻的水热条件、例如在烟灰过滤器的再生期间，其中温度局部超过700℃，许多金属助催化的沸石的活性开始下降。这种下降通常归因于沸石的脱铝并且随后损失在沸石内的含金属的活性中心。金属助催化的、特别是铜助催化的具有CHA结构类型的硅铝酸盐沸石最近已经受到高度关注，作为催化剂用于在使用含氮还原剂进行在稀燃发动机中的氮氧化物的SCR。这是因为这些材料具有宽的温度范围以及优异的水热耐久性，参见美国专利No.7,601,662。在发现如美国专利No.7,601,662所述的金属助催化的沸石之前，虽然文献已经显示在专利和科学文献中建议大量的金属助催化的沸石能用作SCR催化剂，但是所建议的这些材料存在一个或两个以下缺点：(1)氮氧化物在低温下的转化率差，例如350℃和更低的温度；和(2)水热稳定性差，这由在通过SCR转化氮氧化物中的催化活性显著降低反映出来。因此，在美国专利No.7,601,662中描述的专利技术提到迫切的未解决的需要：提供一种材料，其能在低温下转化氮氧化物并能在超过650℃的温度下水热老化之后保持SCR催化活性。虽然现有技术的催化剂显示优异的性能，但是仍然需要减少在SCR反应期间的N2O量。因此，SCR催化剂需要具有与现有技术相比改进的NOx转化效率以及更低的N2O量。概述本专利技术的第一个方面涉及一种选择性催化还原(SCR)材料。在第1个实施方案中，选择性催化还原材料包含球形粒子，球形粒子包括分子筛晶体的聚集体，其中球形粒子具有在约0.5-5微米范围内的中值粒径。在第2个实施方案中，改进第1个实施方案的SCR催化剂材料，其中分子筛包含d6r单元。在第3个实施方案中，改进第1和2个实施方案的SCR催化剂材料，其中分子筛具有选自以下的结构类型：AEI，AFT，AFX，CHA，EAB，EMT，ERI，FAU，GME，JSR，KFI，LEV，LTL，LTN,MOZ，MSO，MWW，OFF，SAS，SAT，SAV，SBS，SBT，SFW，SSF，SZR，TSC，WEN，和它们的组合。在第4个实施方案中，改进第1-3个实施方案的SCR催化剂材料，其中分子筛具有选自以下的结构类型：AEI，AFT，AFX，CHA，EAB，ERI，KFI，LEV，SAS，SAT，和SAV。在第5个实施方案中，改进第1-4个实施方案的SCR催化剂材料，其中分子筛具有选自以下的结构类型：AEI，CHA，和AFX。在第6个实施方案中，改进第1-5个实施方案的SCR催化剂材料，其中分子筛具有CHA结构类型。在第7个实施方案中，改进第1-6个实施方案的SCR催化剂材料，其中具有CHA结构类型的分子筛是选自硅铝酸盐沸石，硼硅酸盐，镓硅酸盐，SAPO，AlPO，MeAPSO，和MeAPO。在第8个实施方案中，改进第1-7个实施方案的SCR催化剂材料，其中具有CHA结构类型的分子筛是选自SSZ-13，SSZ-62，天然菱沸石，沸石K-G，LindeD，LindeR，LZ-218，LZ-235，LZ-236，ZK-14，SAPO-34，SAPO-44，SAPO-47，和ZYT-6。在第9个实施方案中，改进第1-8个实施方案的SCR催化剂材料，其中分子筛是选自SSZ-13和SSZ-62。在第10个实施方案中，改进第1-9个实施方案的SCR催化剂材料，其中分子筛是用选自以下的金属助催化的：Cu，Fe，Co，Ni，La，Ce，Mn，V，Ag，和它们的组合。在第11个实施方案中，改进第1-10个实施方案的SCR催化剂材料，其中分子筛是用选自以下的金属助催化的：Cu，Fe，和它们的组合。在第12个实施方案中，改进第1-11个实施方案的SCR催化剂材料，其中SCR催化剂材料能催化氮氧化物在还原剂的存在下在200-600℃温度下的选择性催化还原反应。在第13个实施方案中，改进第6个实施方案的SCR催化剂材料，其中具有CHA结构类型的分子筛具有在10-100范围内的氧化硅与氧化铝之间的比率。在第14个实施方案中，改进第10和11个实施方案的SCR催化剂材料，其中金属的存在量是在按照氧化物计的约0.1-10重量％的范围内。在第15个实施方案中，改进第1-14个实施方案的SCR催化剂材料，其中球形粒子具有在约1.2-3.5微米范围内的中值粒径。在第16个实施方案中，改进第1-15个实施方案的SCR催化剂材料，其中晶体具有在约1-250nm范围内的晶体尺寸。在第17个实施方案中，改进第1-16个实施方案的SCR催化剂材料，其中晶体具有在约100-250nm范围内的晶体尺寸。在第18个实施方案中，改进第1-17个实施方案的SCR催化剂材料，其中SCR催化剂材料是载体涂层的形式。在第19个实施方案中，改进第18个实施方案的SCR催化剂材料，其中载体涂层是沉积在基材上的层。在第20个实施方案中，改进第19个实施方案的SCR催化剂材料，其中基材包含过滤器。在第21个实施方案中，改进第20个实施方案的SCR催化剂材料，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种选择性催化还原(SCR)材料，其包含球形粒子，球形粒子包括分子筛晶体的聚集体，其中球形粒子具有在约0.5‑5微米范围内的中值粒径。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.18 US 62/013,847;2014.11.18 US 62/081,243;1.一种选择性催化还原(SCR)材料，其包含球形粒子，球形粒子包括分子筛晶体的聚集体，其中球形粒子具有在约0.5-5微米范围内的中值粒径。2.权利要求1的SCR催化剂材料，其中分子筛包含d6r单元。3.权利要求2的SCR催化剂材料，其中分子筛具有选自以下的结构类型：AEI，AFT，AFX，CHA，EAB，EMT，ERI，FAU，GME，JSR，KFI，LEV，LTL，LTN，MOZ，MSO，MWW，OFF，SAS，SAT，SAV，SBS，SBT，SFW，SSF，SZR，TSC，WEN，和它们的组合。4.权利要求3的SCR催化剂材料，其中分子筛具有选自以下的结构类型：AEI，AFT，AFX，CHA，EAB，ERI，KFI，LEV，SAS，SAT，和SAV。5.权利要求4的SCR催化剂材料，其中分子筛具有选自以下的结构类型：AEI，CHA，和AFX。6.权利要求5的SCR催化剂材料，其中分子筛具有CHA结构类型。7.权利要求6的SCR催化剂材料，其中具有CHA结构类型的分子筛是选自硅铝酸盐沸石，硼硅酸盐，镓硅酸盐，SAPO，A1PO，MeAPSO，和MeAPO。8.权利要求6的SCR催化剂材料，其中具有CHA结构类型的分子筛是选自SSZ-13，SSZ-62，天然菱沸石，沸石K-G，LindeD，LindeR，LZ-218，LZ-235，LZ-236，ZK-14，SAPO-34，SAPO-44，SAPO-47，和ZYT-6。9.权利要求8的SCR催化剂材料，其中分子筛是选自SSZ-13和SSZ-62。10.权利要求1的SCR催化剂材料，其中分子筛是用选自以下的金属助催化的：Cu，Fe，Co，Ni，La，Ce，Mn，V，Ag，和它们的组合。11.权利要求10的SCR催化剂材料，其中分子筛是用选自以下的金属助催化的：Cu，Fe，和它们的组合。12.权利要求1的SCR催化剂材料，其中SCR催化剂材料能催化...
【专利技术属性】
技术研发人员：N·特鲁汉，U·米勒，M·布林，B·斯拉夫斯基，Q·傅，J·L·莫哈南，M·W·克劳斯，A·莫伊尼，杨晓帆，J·K·霍克默思，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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