具有烟灰催化剂和SCR催化剂的催化过滤器制造技术

提供催化过滤器，其具有SCR催化剂和烟灰氧化催化剂的混合物，其中烟灰氧化催化剂为铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈。SCR催化剂和烟灰氧化催化剂的混合物提供用于降低从过滤器除去烟灰的峰值氧化温度。过滤器的使用允许改善的烟灰燃烧和降低过滤器上所包含的SCR催化剂对劣化的易受性。烟灰氧化催化剂还改善SCR催化剂对毒害和SCR性能的随后劣化的耐受性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有烟灰催化剂和SCR催化剂的催化过滤器
本专利技术涉及用于处理在烃燃料的燃烧过程中产生的废气，特别是柴油发动机产生的包含烟灰和氮氧化物的贫燃废气的催化剂、系统和方法。
技术介绍
在燃料如天然气、汽油、柴油、燃料油或煤的燃烧过程中产生废气。当在腔室如发动机或炉中发生燃烧时，通常在通过排气管、烟气烟囱等将其排放到大气中之前处理所得的废气。尽管废气的最大部分由被认为是无害化合物的氮气(N2)、水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)组成，但未经处理的废气也含有相对少量的不希望的有害和/或有毒物质，如来自不完全燃烧的一氧化碳(CO)，来自未燃烧燃料的碳氢化合物(HC)，来自燃烧温度过高的氮氧化物(NOX)(例如一氧化氮(NO)，二氧化氮(NO2)和一氧化二氮(N2O))，以及颗粒状物质(不溶性碳烟灰颗粒)。此外，可能存在少量的液态烃(例如润滑油和未燃烧燃料)以及各种其它有机化合物。本专利技术涉及从典型地使用高空燃比(即，非常稀薄的条件)运行的柴油发动机排放的废气。这种贫燃条件经常导致具有相对高排放的颗粒状物质和NOX的废气(这两种组分已经证明很难有效地转化为更多的良性物质)。柴油发动机通常配备有排气系统，其包括一个或多个催化组分，所述催化组分单独地或组合地工作以在废气排入大气之前处理废气。例如，已知的是，通过通常称为选择性催化还原(SCR)的方法，在某些负载型催化剂的存在下，通过使废气中的NOX与NH3反应，可将NOX转化为单质氮、N2和水。已知的SCR催化剂包括由载体上的由二氧化铈(CeO2)和氧化铝(Al2O3)的混合物携带的钒(V2O5)(参见EP0246859)或负载在TiO2上的V2O5/WO3(参见WO99/39809)。还提出其它SCR催化剂，例如混合金属氧化物如Fe-W/CeZrO2(WO2009/001131)和负载有骨架外金属如Cu:SAPO-34的铝硅酸盐和硅铝磷酸盐分子筛(参见专利US2010/0290963)。NOX处理涉及NOX气相转化为氮气(N2)和水蒸气(H2O)。与NOX处理不同，废气中的烟尘修复通常涉及机械过滤。例如，通过使含烟灰的废气通过柴油颗粒物过滤器(DPF)，例如堇青石壁流式过滤器(检查专利US2010/0170230)，可以减少烟尘排放。当含烟灰的废气通过过滤器时，含烟粒的颗粒从气体中除去，并置于过滤器上或过滤器中。尽管该过程可以有效除去颗粒，但烟尘颗粒在过滤器上或过滤器中的累积会导致跨过过滤器的背压的不希望的增加。背压的这种增加通常导致发动机性能和效率降低。通过再生过滤器可以从过滤器中除去累积的碳基烟灰，过滤器通常通过定期燃烧烟灰完成。一种这样的燃烧技术涉及在低温下经由并入过滤器上的烟灰氧化催化剂(即，催化烟尘过滤器(CSF))(US4,902,487)催化氧化烟灰。传统的排气系统包括用于NOX处理(SCR)和烟灰处理(CSF)的独立组件。然而，为了减少排气系统所需的总空间、降低成本等，经常需要设计单独排气组件来执行多于一个功能。例如，将SCR催化剂应用于过滤器基材(SCRF)用于通过允许一个基材起到两个功能，即通过SCR催化剂对NOX的催化转化和通过过滤器除去烟灰，来降低排气处理系统的整体尺寸。例如，美国专利公开2010/0180580公开了SCR催化剂可应用于壁流式DPF。然而，在SCRF中除去烟灰氧化催化剂需要在非常高的温度下燃烧累积在过滤器表面的烟灰。因此，仍然需要用于处理贫燃废气中的烟尘和NOX的高效系统。本专利技术尤其满足了该需求。
技术实现思路
本专利技术涉及这样的发现，即具有SCR催化剂与烟灰氧化催化剂的组合的催化过滤器可以导致更低的烟灰燃烧温度而没有影响SCR反应，所述烟灰催化剂包含一起在催化过滤器上的铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈。通过使用能够燃烧颗粒物的烟灰氧化催化剂和SCR催化剂的混合物涂覆过滤器基材，可以降低废气处理系统的复杂性、尺寸和成本。此外，烟灰氧化催化剂将不消耗下游SCR反应所需要的氮基还原剂(尿素，氨等)。因此，本专利技术允许将还原剂计量添加至包含烟灰氧化催化剂的过滤器的上游的废气中。在本专利技术的一个方面中，组合物包含SCR催化剂和烟灰氧化催化剂，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈，其中该组合物经配制应用于过滤器，SCR催化剂和烟灰氧化催化剂作为混合物存在于过滤器。在本专利技术的另一个方面中，过滤器包含SCR催化剂和烟灰氧化催化剂的混合物，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈。在本专利技术的又一个方面，用于处理贫燃废气的系统包括：(a)含氮还原剂注射器；和(b)催化过滤器，其包含(i)SCR催化剂和(ii)烟灰催化剂，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈，其中SCR催化剂和烟灰催化剂作为混合物存在于过滤器上，和注射器设置在催化过滤器的上游和与催化过滤器流体连通。在本专利技术的仍另一个方面，用于处理贫燃废气的方法包括(a)使包含烟灰、NOX和含氮还原剂的贫燃废气流流动通过催化过滤器，所述催化过滤器包含(i)SCR催化剂和(ii)烟灰催化剂，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈，其中SCR催化剂和烟灰催化剂作为混合物存在于过滤器上，(b)在催化过滤器上氧化至少一部分的烟灰；和(c)还原至少一部分的NOX。在本专利技术的又一个方面，改善在包含SCR的过滤器上的烟灰燃烧的方法包括提供具有烟灰氧化催化剂的过滤器，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈。在本专利技术的另一个方面，降低过滤器上所包含的SCR催化剂对劣化的易受性的方法包括提供具有烟灰氧化催化剂的过滤器，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈。在本专利技术的又一个方面，降低过滤器上烟灰的烟灰燃烧温度的方法包括提供具有烟灰氧化催化剂的过滤器，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈。在本专利技术的仍另一个方面，改善过滤器上SCR催化剂对毒害的耐受性的方法包括提供具有烟灰氧化催化剂的过滤器，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈。附图说明图1是铜负载量对分解温度的影响的图。图2是显示对于新鲜样品中具有不同铜负载量的催化剂而言波数与Kubelka-Munk函数之间的关系的图。图3是显示使用不同铜负载量在烟灰分解温度方面新鲜和老化催化剂之间的差异的图。图4是显示包含CeZrCu的催化剂和没有CeZr的催化剂的％NOX转化率的图。具体实施方式本专利技术涉及能够从贫燃废气除去烟灰和NOX的催化过滤器。催化过滤器包含SCR催化剂和烟灰催化剂，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈，其中SCR催化剂和烟灰氧化催化剂作为混合物存在于过滤器。烟灰燃烧催化剂烟灰燃烧催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈。铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈可以掺杂有：(a)氧化锆，(b)氧化锆和镨，(c)氧化锆和钕，或(d)氧化锆、镨和钕。铜或锰可以相比于掺杂的二氧化铈的重量以0.5-15重量％存在。铁可以相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.组合物，其包含SCR催化剂和烟灰催化剂的混合物，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈，其中所述组合物经配制应用于过滤器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.29 US 62/234,1231.组合物，其包含SCR催化剂和烟灰催化剂的混合物，所述烟灰催化剂包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈，其中所述组合物经配制应用于过滤器。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述铜掺杂的二氧化铈、所述铁掺杂的二氧化铈或所述锰掺杂的二氧化铈掺杂有：(a)氧化锆，(b)氧化锆和镨，(c)氧化锆和钕，或(d)氧化锆、镨和钕。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述烟灰催化剂和所述SCR催化剂分别以5:95至95:5，优选5:95至50:50，更优选10:90至30:70的重量比存在。4.根据前述权利要求任一项所述的组合物，其中铜或锰相对于二氧化铈的重量以0.5至15重量％存在，或铁相对于二氧化铈的重量以0.5至10重量％存在。5.根据前述权利要求任一项所述的组合物，其中所述组合物进一步包含一种或多种另外的金属氧化物。6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述一种或多种另外的金属氧化物包括锆、镨或钕的氧化物，或所述氧化物的两种或更多种的组合。7.催化过滤器，其包含根据权利要求1-6所述的组合物。8.根据权利要求7所述的催化过滤器，其中所述过滤器中SCR催化剂的量相比于不具有铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈的类似过滤器得到降低。9.根据权利要求7或8任一项所述的催化过滤器，其中所述SCR催化剂相对于不包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈的相当的过滤器更不易受毒害。10.用于处理贫燃废气的系统，包括：(a)含氮还原剂注射器；和(b)包含根据权利要求1-6所述的组合物的过滤器，其中所述注射器设置在所述催化过滤器的上游和与所述催化过滤器流体连通。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述过滤器中SCR催化剂的量相比于不具有铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈的类似过滤器得到降低。12.根据权利要求10或权利要求11所述的系统，其中所述SCR催化剂相对于不包含铜掺杂的二氧化铈、铁掺杂的二氧化铈或锰掺杂的二氧化铈的相当的过滤器更不易受毒害。13.根据权利要求10-12任一项所述的系统，其中所述系统进一步包括以下的一种或多种：设置在所述注射器的上游的柴油氧化催化剂，设置在所述过滤器...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·R·钱德勒，P·R·菲利普斯，
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