SCR催化剂组合物、催化剂和结合有该催化剂的催化剂体系制造技术

本公开内容提供了SCR催化剂组合物、催化剂制品和催化剂体系，以及减少发动机废气中，特别是来自汽油发动机的废气中存在的NOx的量的方法。特别地，所述催化剂组合物可包含掺杂的二氧化铈基材，特别是掺杂有至少一种氧化铌组分的二氧化铈载体，并且任选地进一步掺杂有其他材料，特别是贱金属氧化物(BMO)。

SCR catalyst composition, catalyst and catalyst system combined with the catalyst

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SCR催化剂组合物、催化剂和结合有该催化剂的催化剂体系专利
本专利技术一般涉及选择性催化还原催化剂领域，以及制备和使用该催化剂选择性还原氮氧化物的方法。专利技术背景随着时间的推移，氮氧化物(NOx)的有害组分已导致大气污染。NOx包含在废气中，所述废气例如来自内燃机(例如汽车和卡车)、来自燃烧装置(例如由天然气、油或煤加热的发电站)和来自硝酸生产厂。已经使用了各种处理方法来处理含NOx的气体混合物以减少大气污染。一种处理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，其中使用一氧化碳、氢气或低级烃作为还原剂；和(2)选择性还原方法，其中使用氨或氨前体作为还原剂。在选择性还原方法中，可用少量的还原剂实现高度的氮氧化物移除。选择性还原方法被称为SCR(选择性催化还原)方法。SCR方法利用了在大气氧存在下由还原剂(例如氨)催化还原氮氧化物，导致主要形成氮气和蒸汽：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(标准SCR反应)2NO2+4NH3→3N2+6H2O(慢速SCR反应)NO+NO2+NH3→2N2+3H2O(快速SCR反应)SCR方法中所用的催化剂理想地应该能够在水热条件下在宽的使用温度条件范围内(例如200-600℃或更高)保持良好的催化活性。SCR催化剂通常在水热条件下使用，例如在烟灰过滤器的再生期间，烟灰过滤器是一种用于移除颗粒的废气处理系统的组件。分子筛如沸石已经用于氮氧化物与还原剂如氨、尿素或烃在氧存在下的选择性催化还原。沸石是具有相当均匀孔尺寸的晶体材料，取决于沸石的类型和沸石晶格中所含的阳离子的类型和量，直径为约3-约10埃。某些具有8环孔开口和双6环次级结构单元的沸石，特别是具有笼状结构的那些，已经被用作SCR催化剂。具有这些性质的沸石的具体类型是菱沸石(CHA)，其是具有8元环孔开口(～3.8埃)的小孔沸石，该孔开口可通过其3维孔隙率进入。笼状结构由4个环连接双6环结构单元得到。用于用氨选择性催化还原氮氧化物的金属促进的沸石催化剂(也经常被称为离子交换沸石或负载有铜和/或铁的沸石，尤其包括铜促进和铁促进的沸石催化剂)是已知的，并且通常可通过金属离子交换方法制备。例如，铁促进的β沸石已成为用氨选择性还原氮氧化物的有效商业催化剂。金属促进的沸石催化剂是有效的NOx减少催化剂，其用于温度高达900℃的柴油燃料发动机，甚至用于所谓的三效转化(TWC)催化剂应用。然而，这存在温度限制，因为已知需要高于900℃的温度的应用，例如TWC系统中的紧密耦合催化剂的老化，会破坏沸石材料。在以汽油为燃料的车辆的废气中，由于NOx在TWC催化剂上过度还原而存在适量的氨。因此，已知包括TWC催化剂和SCR催化剂的催化剂体系(所谓的TWC+SCR体系)用于通过被动NH3-SCR路线进一步减少NOx。然而，如上所述，沸石基SCR催化剂不能在频繁的贫/富转换下经受住温度不可避免地高于900℃的典型TWC老化条件。因此，仍需要一种耐恶劣TWC老化环境的非沸石基SCR催化剂组件。专利技术概述本公开内容提供了非沸石SCR催化剂组合物、催化剂制品和催化剂体系，以及减少发动机废气中存在的NOx量的方法，所述发动机废气特别是来自汽油发动机或贫汽油直喷(GDI)发动机的废气。特别地，所述催化剂组合物可包含掺杂的二氧化铈基材，特别是掺杂有至少一种氧化铌组分的二氧化铈载体，并且任选地进一步掺杂有其他材料，特别是贱金属氧化物(BMO)。特别地，所述催化剂制品可包含涂覆在催化剂基材(例如，通流式过滤器或壁流式过滤器)上的如本文所述的催化剂组合物和/或呈整料形式的如本文所述的催化剂组合物。所述催化剂组合物可包含在多涂层制品中，其中催化剂组合物作为第一涂层提供，而第二涂层包含BMO或铂系金属(PGM)。特别地，所述催化剂体系可包含与本文另外描述的催化剂制品组合的TWC催化剂。在一个或多个实施方案中，本公开内容可具体涉及SCR催化剂。例如，本公开内容的SCR催化剂组合物可包含二氧化铈载体，其包含第一掺杂剂和第二掺杂剂，所述第一掺杂剂为氧化铌，所述第二掺杂剂为贱金属氧化物(BMO)。作为另一实例，本公开内容的SCR催化剂组合物可包含二氧化铈载体，其包含第一掺杂剂和任选的第二掺杂剂，所述第一掺杂剂为氧化铌，所述第二掺杂剂为贱金属氧化物(BMO)，其中所述二氧化铈载体包含约10-约95重量％的二氧化铈和约5-约90重量％的其他金属氧化物。在进一步的实施方案中，本专利技术的SCR催化剂组合物可参照以下陈述中一项或多项来限定，其可以以任何数量和顺序组合。BMO可选自氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化钇、二氧化钛、氧化钨、氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化镍、氧化镁、氧化钡及其组合。BMO可选自氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化钇、氧化钨及其组合。氧化铌可占SCR催化剂组合物的约0.1-约20重量％。第二掺杂剂可占SCR催化剂组合物的约0.1-约20重量％。二氧化铈载体可包含至少99重量％二氧化铈。二氧化铈载体可包含约10-约95重量％二氧化铈和约5-约90重量％其他金属氧化物。可任选与二氧化铈载体组合的其他金属氧化物可为氧化铝。在一个或多个实施方案中，本公开内容可具体涉及催化剂制品。例如，本公开内容的催化剂制品可包括具有多个适于气体流动的通道的催化剂基材，每个通道具有与包含如本文另外描述的催化剂组合物的催化涂层相粘附的壁表面。在进一步的实施方案中，本专利技术的催化剂制品可参照以下陈述中一项或多项来限定，其可以以任何数量和顺序组合。催化剂基材可为包含壁流式过滤器基材或通流式基材的蜂窝体。催化涂层可以以至少约1.0g/in3的负载量存在于基材上。催化剂制品可进一步包含铂系金属(PGM)。在一个或多个实施方案中，本公开内容可具体涉及用于处理废气流的排放物处理系统。例如，本公开内容的排放物处理系统可包括：i.产生废气流的发动机；ii.三效催化剂，其位于发动机的下游且与废气流流体连通；和iii.SCR催化剂制品，其位于三效催化剂的下游且与废气流流体连通，所述SCR催化剂制品包括具有多个适于气体流动的通道的催化剂基材，每个通道具有与包含掺杂有氧化铌的二氧化铈载体的催化涂层相粘附的壁表面。在进一步的实施方案中，本专利技术的排放物处理系统可参照以下陈述中一项或多项来限定，其可以以任何数量和顺序组合。SCR催化剂制品可基本上不含铂系金属(PGM)。SCR催化剂制品可包含铂系金属(PGM)。PGM可以以至少约0.5g/ft3的负载量存在于催化剂基材上。PGM可以以约0.5-约20g/ft3的负载量存在于催化剂基材上。催化涂层可进一步包含勃姆石。SCR催化剂制品的催化涂层的二氧化铈载体可包含至少99重量％的二氧化铈。SCR催化剂制品的催化涂层的二氧化铈载体可包含约10-约95重量％的二氧化铈和约5-约90重量％的其他金属氧化物。所述其他金属氧化物可为氧化铝。SCR催化剂制品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SCR催化剂组合物，其包含二氧化铈载体，其包含第一掺杂剂和第二掺杂剂，所述第一掺杂剂为氧化铌，所述第二掺杂剂为贱金属氧化物(BMO)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171003 US 62/567,3301.一种SCR催化剂组合物，其包含二氧化铈载体，其包含第一掺杂剂和第二掺杂剂，所述第一掺杂剂为氧化铌，所述第二掺杂剂为贱金属氧化物(BMO)。


2.一种SCR催化剂组合物，其包含二氧化铈载体，其包含第一掺杂剂和任选的第二掺杂剂，所述第一掺杂剂为氧化铌，所述第二掺杂剂为贱金属氧化物(BMO)，其中所述二氧化铈载体包含约10-约95重量％的二氧化铈和约5-约90重量％的其他金属氧化物。


3.如权利要求1或2所述的SCR催化剂组合物，其中BMO选自氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化钇、二氧化钛、氧化钨、氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化镍、氧化镁、氧化钡及其组合。


4.如权利要求3所述的SCR催化剂组合物，其中BMO选自氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化钇、氧化钨及其组合。


5.如权利要求1-4中任一项所述的SCR催化剂组合物，其中氧化铌占所述SCR催化剂组合物的约0.1-约20重量％。


6.如权利要求1-4中任一项所述的SCR催化剂组合物，其中所述第二掺杂剂占所述SCR催化剂组合物的约0.1-约20重量％。


7.如权利要求1所述的SCR催化剂组合物，其中所述二氧化铈载体包含至少99重量％的二氧化铈。


8.如权利要求1所述的SCR催化剂组合物，其中所述二氧化铈载体包含约10-约95重量％的二氧化铈和约5-约90重量％的其他金属氧化物。


9.如权利要求2或8所述的SCR催化剂组合物，其中所述其他金属氧化物为氧化铝。


10.一种催化剂制品，其包括具有多个适于气体流动的通道的催化剂基材，每个通道具有与包含如权利要求1-9中任一项所述的催化剂组合物的催化涂层相粘附的壁表面。


11.如权利要求10所述的催化剂制品，其中所述催化剂基材为包括壁流式过滤器基材或通流式基材的蜂窝体。


12.如权利要求10所述的催化剂制品，其中所述催化涂层以至少约1.0g/in3的负载量存在于基材上。


13.如权利要求10所述的催化剂制品，进一步包含铂系金属(PGM)。


14.一种用于处理废气流的排放物处理系统，所述排放物处理系统包括：
i.产生废气流的发动机；
ii.三效催化剂，其位于发动机的下游且与废气流流体连通；和
iii.SCR催化剂制品，其位于三效催化剂的下游且与废气流流体连通，所述SCR催化剂制品包括具有多个适于气体流动的通道的催化剂基材，每个通道具有与包含掺杂有氧化铌的二氧化铈载体的催化涂层相粘附的壁表面。

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓来，P·伯克，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国;US