高温SCR催化剂制造技术

一种催化剂，其包含：(a)包含至少硅、铝和磷并具有8环孔径的微孔结晶分子筛；和(b)加载在分子筛中的过渡金属，过渡金属载量小于大约1重量%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】局温SCR彳隹化剂专利
本专利技术大体上涉及高温废气流的排放控制，更特别涉及以高选择性促进高温NOx还原的催化剂。背景公用发电厂和其它固定燃料燃烧设施，如工业锅炉、垃圾焚烧炉和制造工厂是燃烧过程空气污染物的重要来源。这些固定燃烧源形成的特别引人关注的污染物是氮氧化物，也称作NOx气体。氮氧化物或一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)是NOx的正常成分。这些化合物在造成有害颗粒物、地面臭氧(烟雾)、酸化硝酸盐沉积(酸雨)、臭氧消耗和温室效应的大气反应中起到重要作用。因此，来自固定燃烧源的NOx在过去三十年来经受越来越严格的规章要求，且排放标准将来很可能变紧。尽管通过改变燃烧条件可以在一定程度上控制NOx形成，但从燃烧烟道气中除去NOx的现有技术通常利用借助选择性催化还原(SCR)的热烟道气的后燃烧处理。选择性催化还原程序利用催化床或系统处理烟道气流以将NOx选择性转化(还原)成N2。SCR程序通常利用氨或脲作为还原剂，其在与催化剂接触之前喷入上游烟道气流中。商业应用中的SCR系统通常实现超过80%的NOx脱除率。尽管SCR是减少燃烧烟道气流中的NOx排放的有效方式，但高温用途提出某些挑战。例如，天然气动力涡轮通常具有800至1200° F的排气温度并需要在低输入浓度(〈lOOppm NOx)T的高NOx转化率。在低输入NOx浓度下的高温用途中所用的SCR催化剂需要极高的对NOx而非NH3的选择性以实现NOx转化和NH3逃逸目标。用于高温SCR用途的传统催化剂基于氧化钒。但是，氧化钒催化剂往往在超过950° F的排气温度下特别容易降解。因此，使用钒催化剂的系统通常要求严格控制该用途的出口温度或引入冷却系统或两者`。这些限制具有提高资本成本和降低该系统的效率的作用。因此，需要开发更耐用的催化剂以在固定发电用途中提供更简单和更有效的排气系统。如W02008/132452 (经此引用并入本文)中所公开，小孔隙分子筛，如chazibites具有承受超过950° F的长期运行的耐久性。但是，为了防止在这样的高温下脱铝，硅铝酸盐通常需要相对较高的过渡金属载量。例如，过渡金属载量通常必须大于I重量％。这样高的载量倾向于使催化剂特别易反应，在950° F以上通过氧化显著量的还原剂NH3而降低其选择性，由此限制在这些高温下NH3的还原NOx和控制低NOx含量的能力。因此，需要不仅耐受在高温下的长期运行，还在高温下选择性还原NOx而非氧化NH3的SCR催化剂。本专利技术尤其满足这一需要。专利技术概述下面提出简化的专利技术概述以提供本专利技术的一些方面的基本理解。这一概述不是本专利技术的详尽综述。其无意规定本专利技术的关键/主要要素或勾划本专利技术的范围。其唯一目的是作为随后给出的更详细描述的前序以简化形式给出本专利技术的一些概念。本专利技术提供专门为高温用途设计的SCR催化剂。 申请人:已经发现，硅铝磷酸盐不需要高的过渡金属(TM)载量来稳定分子筛骨架以防水热老化。较低TM载量因此可用于优化在耐久性和选择性方面的催化剂性能。例如，过渡金属载量小于I重量％的催化剂表现出优异的耐久性，经过数千小时的水热老化而没有催化剂性能的显著损失。此外，由于TM载量如此低(与传统SCR催化剂载量一其中金属以载体的最多10重量％的量存在一相比)，该催化剂甚至在较高温度下也保持选择性，由此促进NOx还原超过NH3氧化。由于该催化剂在高温下不消耗NH3, NH3作为NOx的还原剂留在该料流中。因此，描述了将现有小孔隙硅铝磷酸盐分子筛的适用温度范围增宽至950° F以上的温度(包括但不限于低NOx含量烟道气流，如燃气轮机发电机的那些)的催化剂。此外，小孔隙分子筛硅铝磷酸盐(即最大环尺寸为8的那些)与中和大孔隙分子筛如沸石Y、β和ZSM-5相比表现出优异的性能。因此，本专利技术的一个方面涉及具有低过渡金属载量的微孔分子筛催化剂。在一个实施方案中，该催化剂包含:(a)包含至少硅、铝和磷并具有8环孔径的微孔结晶分子筛；和(b)加载在分子筛中的过渡金属(TM)，所述过渡金属的存在使得过渡金属载量小于1.0重量％。本专利技术的另一方面涉及在选择性催化还原(SCR)中使用上述催化剂的方法。在一个实施方案中，该方法包括:(a)将含氮还原剂喷入来自燃气轮机的具有NOx和大于950° F的温度的废气流中；(b)使含有还原剂的废气流与SCR催化剂接触以形成NOx减少的气流，所述SCR催化剂包含至少(i)包含至少硅、铝和磷并具有8环孔径的微孔结晶分子筛；和(ii)加载在分子筛中的过渡金属，过渡金属载量小于I重量％。除上述主题外，本公开包括许多其它示例性特征，如下面解释的那些。要理解的是，上文的描述和下文的描述仅是示例性的。附图简述图1显示低过渡金属载量的SAP0-34材料的NOx转化率。图2显示载有0.21重量％Cu的SAP0-34分子筛的老化性能。图3显示固定发电系统的示意图。详述本专利技术的一个实施方案是一种催化剂，其包含:(a)包含至少硅、铝和磷并具有8环孔径的微孔结晶分子筛；和(b)加载在分子筛中的过渡金属，所述过渡金属的存在使得过渡金属载量小于催化剂的I重量％。本专利技术的另一实施方案是减少来自高温燃烧系统如燃气轮机的废气流的NOx排放的方法。该方法包括(a)将含氮还原剂喷入来自燃气轮机的具有NOx和大于850° F的温度的废气流中；(b)使含有还原剂的废气流与SCR催化剂接触以形成NOx减少的气流，所述SCR催化剂包含至少(i)包含至少硅、铝和磷并具有8环孔径的微孔结晶分子筛；和(ii)浸溃在分子筛中的过渡金属，所述过渡金属的存在浓度使得过渡金属载量小于催化剂的I重量％。下面详细描述这些实施方案及其示例性替代方案。水热稳定的微孔结晶分子筛包含至少硅、铝和磷并具有8环开孔结构。在一个实施方案中，该分子筛是硅铝磷酸盐(SAPO)分子筛。本文所用的SAPO分子筛不同于硅铝酸盐沸石。因此，在优选实施方案中，SAPO分子筛是非沸石。SAPO分子筛是具有三维微孔铝磷酸盐结晶骨架(在其中并入硅)的合成材料。该骨架结构由P02+、A102_和SiO2四面体单元构成。在无水基础上的经验化学组成是:mR: (SixAlyPz) O2，其中R代表存在于晶内孔隙系统中的至少一种有机模板剂；m代表每摩尔(SixAlyPz) O2存在的R摩尔数并具有O至0.3的值；且x、y和z分别代表作为四面体氧化物存在的硅、铝和磷的摩尔分数。在一个实施方案中，二氧化娃含量大于5%。在一个实施方案中，该SAPO分子筛具有一种或多种如国际沸石协会结构委员会(Structure Commission of the International Zeolite Association)规定的下列骨架类型:AE1、AFX、CHA、LEV、LTA。会认识到，这样的分子筛包括合成结晶或赝晶材料，其通过它们的骨架编码互为同种型(同晶型体)。在一个实施方案中，骨架类型是CHA或与一种或多种不同骨架类型结合的CHA，例如AE1-CHA共生物。优选的CHA同种型SAPO是SAP0-34。本文所用的术语“SAP0-34”包括在US4，440，871 (Lok)中被描述为SAP0-34的硅铝磷酸盐及其类似物。本文就CHA同种型所用的术语“类似物”是指具有相同拓扑和基本文档来自技高网...

【技术保护点】
催化剂，其包含：包含至少硅、铝和磷并具有8环孔径的微孔结晶分子筛；和加载在所述分子筛中的过渡金属，所述过渡金属的存在使得所述过渡金属载量小于所述催化剂的大约1重量%。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.28 US 13/036,8231.催化剂，其包含: 包含至少硅、铝和磷并具有8环孔径的微孔结晶分子筛；和 加载在所述分子筛中的过渡金属，所述过渡金属的存在使得所述过渡金属载量小于所述催化剂的大约I重量％。2.权利要求1的催化剂，其中所述过渡金属载量为大约0.0l至大约0.5重量％。3.权利要求1的催化剂，其中所述分子筛是硅铝磷酸盐。4.权利要求3的催化剂,其中二氧化娃含量大于5%。5.权利要求3的催化剂，其中所述分子筛具有CHA骨架类型。6.权利要求5的催化剂，其中所述分子筛是SAPO-34。7.权利要求1的催化剂，其中所述过渡金属是Cr、Mn、Fe、Co、Ce、N1、Cu、Zn、Ga、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、In、Sn、Re、Ir、Au、Pr、Nd、W、B1、Os 或 Pt 及其组合。8.权利要求7的催化剂，其中所述过渡金属是Cu、Fe或其组合。9.权利要求8的催化剂，其中所述过渡金属是Cu。10.包含基底的催化制品，在所述基底上安置根据权利要求1的催化剂。11.权利要求10的催化制品，其中所述基底是蜂窝基底或板。12.减少来自固定燃气轮机的NO...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·菲杰耶科，A·J·赖宁，HY·陈，P·J·安德森，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：
国别省市：