本发明专利技术涉及一种带有催化活性组合物的尿素水解催化器，所述催化活性组合物包含二氧化钛、二氧化硅和含硫化合物；本发明专利技术还涉及一种用于制造尿素水解催化器的载体涂料悬浮液。此外，本发明专利技术还涉及一种制造本发明专利技术的尿素水解催化器的方法。最后，本发明专利技术还涉及一种包括尿素水解催化器的尾气净化系统，其用于去除移动式及固定式燃烧设备的废气中的氮。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及 一 种用于制造尿素水解催化器的载体涂料悬浮液 (Washcoat-Suspension)，并且还涉及一种具有催化活性组合物的尿素水解催化器，所述催 化活性组合物包含二氧化钛、二氧化硅和含硫化合物。 最后，本专利技术还涉及一种尾气净化系统，其通过应用尿素水解催化器来去除移动 式及固定式燃烧设备的废气中的氮。
技术介绍
汽车催化器用于以化学方式转变机动车尾气中的燃烧产物，例如碳氢化合物 (Hm(;)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(N0X)。特别是氮氧化物(N0X)的排放可能会引起呼吸道 的局部剌激，或者通过与大气中的水接触形成酸从而导致酸雨。因此人们尝试借助催化 器从尾气气流中尽可能彻底地去除氮氧化物。 在机动车汽油发动机的情况下例如可以通过三元催化器对烃类(HmCn)和一氧化 碳(CO)进行氧化，同时对氮氧化物(N0X)进行还原。 在柴油发动机的情况下，废气中过多的氧妨碍了氮氧化物(N0X)的还原，因此必须 采用特殊的催化器。因此在柴油发动机的情况下应该采用所谓的氮氧化物储存催化器，或 者称之为SCR (selective catalyticreduction)催化器。 在该选择性催化还原催化器处，有选择地还原氮氧化物。这意味着，其优选还原氮 氧化物(N0、 N02)，同时尽量抑制例如将S02氧化成S03这样的副反应。 在此，氮氧化物通过还原反应被还原成水(H20)和氮气(N2)，所述还原反应是借助 于被混入废气中的氨实现的。 N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20 由于(气态的)氨存在安全隐患并且必须按照气罐的形式对其操作，因此按照含 32.5X尿素的水溶液形式提供所需的之前所述的氨，这种尿素水溶液被称为AdBlue⑧。 将这种尿素水溶液持续地(例如借助于计量泵或者喷射器)喷入废气气流中，此 时通过水解产生水和氨。所产生的氨(NH3)在适当温度条件下能够将废气中的氮氧化物还 原成氮气。在典型情况下，所消耗的尿素水溶液在数量方面相当于所使用的柴油燃料的大 约2%至8%。 为此，这种选择性催化还原系统(SCR系统)包括四个还原阶段，它们分别借助于 下列的一种不同类型的催化器来促进V催化器、H催化器、SCR催化器和0xi催化器。 在第一步骤中，借助于所谓的前催化器(V催化器)将一氧化氮(NO)部分地氧化 成二氧化氮(冊2)。该步骤负责将冊与冊2之比设定在1 : 1的范围内，从而使得随后能 够按照明显更为快速的快速选择性催化还原机理(Fast-SCR Mechanismus)来还原去除 氮氧化物。通过这种机理，借助于NH3将NO和N02催化转化成N2和H20。 通过彻底蒸发水使得喷入的尿素溶液被转变成气态的氨，这种转变是分两个步骤 借助于尿素水解催化器(H催化器)实现的。首先对尿素进行热分解，尿素按照热分解方式被分解成一当量氨和一当量异氰酸。随后通过水解还原从该异氰酸得到另一当量的氨和 C02。水解是在尿素水解催化器(H催化器)处进行的，该尿素水解催化器位于SCR催化器 之前。H催化器的任务在于尽可能多地将尿素转变为氨。 热分解CH4N20->NH3+HNC0 水解HNC0+H20->NH3+C02 随后利用所生成的氨按照快速选择性催化还原机理并借助于SCR催化器对氮 氧化物混合物进行还原。 2N0+2N02+4NH3->4N2+6H20 快速选择性催化还原 可能会出现输入了过多尿素的情况，从而造成由此形成的氨不能完全与氮氧化物 (N0X)进行反应。在这种错误计量的情况下，氨可能会进入环境之中(也就是所谓的氨泄 漏)。作为补救措施，在SCR催化器之后设置氧化催化器(0xi催化器)。当出现不希望的 氨排放时，0xi催化器将NH3转变成N2和H20。 整个SCR系统的效能主要取决于H催化器提供氨的效率。用于水解催化器(H催化器)的典型的活性涂层是作为活性成分的金属氧化物，尤其是弱酸性的锐钛矿型二氧化钛。通过涂覆方法将这些活性物质施加在蜂窝结构的金属或陶瓷载体上。 利用所谓的载体涂料对H催化器的载体结构进行涂覆，该载体涂料通常包括二氧化钛和粘合剂。通过使用适当的粘合剂(通常为无机溶胶)可以改善在该表面上的涂层的机械稳定性。然而，尤其是在使用金属基底时，施加粘附性良好且同时具有活性的涂层是十分困难的。 另外，最好将尿素溶液作为颗粒非常小(小于lOym)的浓雾提供给催化器。在理 想情况下，在尿素抵达水解催化器之前，在H催化器处释放NH3时也可以彻底地蒸发该尿素 溶液。在实际情况中，对于彻底蒸发来说在废气路途中的蒸发路径过于短小，以致于有较大 的液滴抵达该催化器的输入面。 撞击在该催化器上的尿素溶液由于冲击侵蚀而表现为涂层的极端负载，所以涂层 的机械稳定性对于H催化器来说十分重要。 另外，目前常见的尿素水解催化器主要由锐钛矿型二氧化钛构成。但是，在高温情 况下可能会出现从锐钛矿到金红石的相变。在将异氰酸通过催化水解反应成氨方面，金红 石相具有极低的活性。另外，该催化器的比表面积减少。尤其将出现这种所谓的催化器老 化，并且在大于55(TC时这种催化器老化还将加速。 为了减缓或者在时间上延后催化器老化，可给该二氧化钛添加各种类型的添加 剂。这些添加剂尤其是氧化硅、镧系元素氧化物或者氧化钨。这些添加剂虽然延缓了催化 器的老化，但是也消极影响了该催化器的效能，并使得从异氰酸至氨的转化被变慢。由于对 热水解产物氨的强化学吸附作用，强酸性的混合氧化物(其包括W03或/和、0》的水解活 性通常是很低的。因此使用这样的添加剂是存在缺点的。 欧洲专利EP 0894523 Bl公开了一种具有固定式混合器的燃烧设备，其用于水解 尿素以便有选择地催化还原氮氧化物。该混合器的起到H催化器效果的活性涂层包含二氧 化钛，该二氧化钛中含有如氧化钨、氧化钼和钒(四价)氧化物这样的添加剂。通过添加硫 酸盐和磷酸盐能够实现更好的催化活性。但是它没有认识到温度稳定性的问题以及涂层粘 附牢固度的问题。没有提及对二氧化硅的使用。另外，这种H催化器由于添加了混合的氧化物会出现之前所述的效果弱化。 德国专利DE 19734627 CI在表格3中公开了一种涂覆有涂层的蒸发器，其催化性 的涂层由Ti02和各种混合氧化物构成，并且具有增强的N0X还原活性。然而，这里没有注意 到抵抗冲击侵蚀的耐受能力以及涂层的粘附牢固度。 欧洲专利EP 0487886 Bl公开了一种水解催化器，其能够由包含Ti02、 A1203、 Si02 或者Zr02的混合物制成。可以添加如W03这样的五价和六价元素作为稳定剂和促进剂，用于改变酸特性(Saureeigenschaft )。 欧洲专利EP 0555746 Bl公开了一种蒸发器，其被构造为流体混合器和水解催化 器。在此通过使用非直线的管路实现了更高效率的尿素分解。催化涂层被描述为含有H-沸 石的31203与其他多种氧化物(Ti02、Si02、Zr02)的混合物。 欧洲专利EP 1153648 Bl公开了一种具有多个流动路径的废气催化器，该废气催 化器特征在于在SCR催化器上的额外的水解涂层。该水解涂层可以由Ti02、 A1203、 Si02或 Zr(^构成。 现有技术中的这些催化器的缺点本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带有催化活性组合物的尿素水解催化器，所述催化活性组合物包含二氧化钛、二氧化硅和含硫化合物。
【技术特征摘要】
DE 2008-9-12 102008046994.7一种带有催化活性组合物的尿素水解催化器，所述催化活性组合物包含二氧化钛、二氧化硅和含硫化合物。2. 根据权利要求l所述的尿素水解催化器，其中，所述催化活性组合物含有O. 1重量％ 至10重量％的二氧化硅。3. 根据权利要求2所述的尿素水解催化器，其中，所述催化活性组合物含有79重量％ 至98.8重量％的二氧化钛。4. 根据权利要求3所述的尿素水解催化器，其中，所述催化活性组合物含有0. 01重 量％至1重量％的硫。5. 根据权利要求4所述的尿素水解催化器，其中，所述催化活性组合物用的载体由陶 瓷、金属或者金属合金制成。6. 根据权利要求5所述的尿素水解催化器，其中，所述载体呈蜂窝体、单块体、管段或 者泡沫体的形状。7. —种用于制造尿素水解催化器的载体涂料悬浮液，所述载体涂料悬浮液包含二氧化 钛、有机硅化合物和含硫化合物。8. 根据权利要求7所述的载体涂料悬浮...
【专利技术属性】
技术研发人员：马丁保卢斯，佐治斯宾格勒，奥拉夫赫尔默，西尔克贝格尔，
申请(专利权)人：南方化学股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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