CN105026038A - 选择性催化还原催化剂系统 - Google Patents

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Abstract

本文提供SCR催化剂系统，其包括布置在所述系统中的第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物，与所述第二SCR催化剂组合物相比，所述第一SCR催化剂组合物促进更高的N2形成和更低的N2O形成，并且所述第二SCR催化剂组合物具有与所述第一SCR催化剂组合物不同的组成，与所述第一SCR催化剂组合物相比，所述第二SCR催化剂组合物促进更低的N2形成和更高的N2O形成。所述SCR催化剂系统适用于在还原剂存在下催化氮氧化物的还原的方法和系统。

Description

选择性催化还原催化剂系统
技术领域
本发明属于选择性催化还原催化剂领域。更具体地说，本发明的实施方案涉及包括第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物的选择性催化还原催化剂系统、贫燃发动机排气系统，以及在多种工艺(如减少废气中的污染物)中使用这些催化剂系统的方法。
背景
贫燃发动机如柴油发动机和贫燃汽油发动机的运行为使用者提供优异的燃料经济性且具有非常低的气相烃和一氧化碳的排放，这是因为发动机在贫燃料条件下以高气体/燃料比率运行。特别地，柴油发动机还在其耐久性及其在低速下产生高转矩的能力方面提供了优于汽油发动机的显著优势。
然而，从排放的角度来看，柴油发动机比其火花点火对应物存在更严重的问题。排放问题涉及微粒物质(PM)、氮氧化物(NOx)、未燃烧的烃(HC)和一氧化碳(CO)。NOx是用于描述氮氧化物的各种化学物质的术语，包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)等等。NO受到了关注，因为据信其在阳光和烃的存在下经过一系列反应而经历了被称为光化学烟雾形成的过程，且其是酸雨的主要贡献者。另一方面，NO2具有作为氧化剂的高潜力且是强肺部刺激物。微粒(PM)也与呼吸问题相关。当进行发动机运行改进以减少柴油发动机中的微粒和未燃烧的烃时，NO和NO2的排放倾向于增加。
难以实现来自贫燃发动机的NOx的有效减少，因为高的NOx转化率通常要求富含还原剂的条件。对于在贫燃料条件下的运行，废气流中的NOx组分向无害组分的转化通常需要专门的NOx减少策略
使用氨或氨前体作为还原剂的选择性催化还原(SCR)据信是用于从柴油车废气中除去氮氧化物最可行的技术。在典型废气中，氮氧化物主要由NO(>90％)组成，因此SCR催化剂有利于NO和NH3转化成氮和水。开发用于氨SCR工艺的机动车应用的催化剂的两个主要挑战是提供SCR活性的宽操作范围(包括200℃和更高温度的低温)以及对于高于500℃的温度催化剂的水热稳定性的改善。如本文所使用的水热稳定性是指材料催化NOx的SCR的能力的保持，优选保持为在水热老化之前材料的NOx转化能力的至少85％。
用于使用氨将氮氧化物选择性催化还原的金属促进沸石催化剂，尤其包括铁促进和铜促进沸石催化剂是已知的，其中例如通过离子交换引入金属。铁促进沸石β是用于使用氨将氮氧化物选择性还原的有效催化剂。不幸的是，已经发现，在苛刻的水热条件下，如在超过500℃的温度下还原废气中的NOx，许多金属促进沸石(如ZSM-5和β的Cu和Fe型式)的活性开始下降。这种活性下降被认为是由于如通过脱铝和随之发生的沸石内含金属催化位点的损失导致的沸石的去稳定化作用。
为了保持NOx还原的总体活性，必须提供增高水平的铁促进沸石催化剂的活性涂层负载量。随着增加沸石催化剂的水平来提供适当的NOx除去，由于催化剂的成本增加，NOx除去过程的成本效率明显降低。
在一些SCR系统中，尤其是重型柴油机(HDD)，控制从SCR系统中排出的次级污染物N2O变得更加重要。此外，某些现有催化剂，如铜促进沸石(如Cu-SSZ-13)，倾向于产生不可接受的高N2O排放。因为N2O是温室气体且排放规定日益严格，所以需要减少SCR系统排放的N2O量的系统。
概述
本发明的一方面涉及一种选择性催化还原(SCR)催化剂系统。在第一实施方案中，该系统包括布置在该系统中的第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物，与第二SCR催化剂组合物相比，第一SCR催化剂组合物促进更高的N2形成和更低的N2O形成，并且第二SCR催化剂组合物具有与第一SCR催化剂组合物不同的组成，与第一SCR催化剂组合物相比，第二SCR催化剂组合物促进更低的N2形成和更高的N2O形成。
在第二实施方案中，改进第一SCR催化剂组合物，以使得第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物设置在共同的基底上。
在第三实施方案中，改进第一或第二实施方案中的SCR催化剂系统，以使得第一SCR催化剂组合物位于第二SCR催化剂组合物的上游。
在第四实施方案中，改进第一至第三实施方案中的SCR催化剂系统，以使得第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物设置在不同的基底上。
在第五实施方案中，改进第一至第四实施方案中的系统，以使得第一SCR催化剂组合物位于第二SCR催化剂组合物的上游。
在第六实施方案中，改进第一或第二实施方案，其中第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物为分层关系，并且第一SCR催化剂组合物分层在第二SCR催化剂组合物的顶部。
在第七实施方案中，第一至第六实施方案中的任一个，权利要求所述的SCR催化剂系统，第一SCR催化剂组合物包含混合氧化物。
在第八实施方案中，可改进第七实施方案，以使得混合氧化物选自Fe/氧化钛、Fe/氧化铝、Mg/氧化钛、Cu/氧化钛、Ce/Zr、氧化钒/氧化钛以及它们的混合物。
在第九实施方案中，改进第八实施方案，以使得混合氧化物包括氧化钒/氧化钛。
在第十实施方案中，改进第九实施方案，以使得氧化钒/氧化钛用钨稳定。
在第十一实施方案中，可改进第一至第十实施方案中的任一个，其中第二SCR催化剂包括金属交换的8环小孔分子筛。
在第十二实施方案中，可改进第十一实施方案，其中分子筛具有选自由以下组成的组的结构类型：AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、KFI、LEV、SAS、SAT、DDR和SAV。
在第十三实施方案中，改进第十二实施方案，其中分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有CHA结构类型。
在第十四实施方案中，改进第十三实施方案，其中沸石选自SSZ-13和SSZ-62。
在第十五实施方案中，可改进第十一至第十四实施方案中的任一个，其中金属选自由以下组成的组：Cu、Fe、Co、Ce和Ni。
在第十六实施方案中，改进第十五实施方案，其中金属选自Cu。
在第十七实施方案中，改进第十六实施方案，其中沸石与Cu在2重量％至8重量％的范围内交换。
第十八实施方案涉及一种选择性催化还原(SCR)催化剂系统，其包括设置在基底上包含氧化钒/氧化钛的第一SCR催化剂组合物和设置在基底上包含金属交换的8环小孔分子筛的第二SCR催化剂组合物。
在第十九实施方案中，改进第十八实施方案，其中分子筛具有选自由以下组成的组的结构类型：AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、KFI、LEV、SAS、SAT、DDR和SAV。
在第二十实施方案中，改进第十九实施方案，其中分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有CHA结构类型。
在第二十一实施方案中，改进第二十实施方案，其中沸石选自SSZ-13和SSZ-62。
在第二十二实施方案中，改进第十八至第二十一实施方案，其中金属选自由以下组成的组：Cu、Fe、Co、Ce和Ni。
在第二十三实施方案中，改进第二十二实施方案，其中金属选自Cu。
在第二十四实施方案中，改进第十八至第二十三实施方案，其中沸石与Cu在2重量％至8重量％的范围内交换。
在第二十五实施方案中，改进第十八至第二十四实施方案，其中氧化钒/氧化钛用钨稳定。
在第二十六实施方案中，改进第十八至第二十五实施方案，其中第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物设置在共同的基底上。
在第二十七实施方案中，改进第十八至第二十六实施方案，其中第一SCR催化剂组合物位于第二SCR催化剂组合物的上游。
在第二十八实施方案中，改进第十八至第二十七实施方案，其中与金属交换的8环小孔分子筛相比，氧化钒/氧化钛促进更高的N2形成和更低的N2O形成，并且其中与氧化钒/氧化钛相比，金属交换的8环小孔分子筛促进更低的N2形成和更高的N2O形成。
在第二十九实施方案中，改进第十八至第二十五实施方案，其中第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物设置在单独的基底上。
在第三十实施方案中，改进第二十九实施方案，其中第一SCR催化剂组合物位于第二SCR催化剂组合物的上游。
在第三十一实施方案中，改进第二十六实施方案，其中第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物为分层关系，并且第一SCR催化剂组合物分层在第二SCR催化剂组合物的顶部。
在第三十二实施方案中，改进第三十一实施方案，其中分子筛具有选自由以下组成的组的结构类型：AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、KFI、LEV、SAS、SAT、DDR和SAV。
在第三十三实施方案中，改进第三十二实施方案，其中分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有CHA结构类型。
在第三十四实施方案中，改进第三十三实施方案，其中沸石选自SSZ-13和SSZ-62。
在第三十五实施方案中，改进第三十一至第三十四实施方案，其中金属选自由以下组成的组：Cu、Fe、Co、Ce和Ni。
在第三十六实施方案中，改进第三十五实施方案，其中金属选自Cu。
在第三十七实施方案中，改进第三十三实施方案，其中沸石与Cu交换。
在第三十八实施方案中，改进第三十一至第三十七实施方案，其中氧化钒/氧化钛用钨稳定。
本发明的另一方面涉及一种贫燃发动机废气处理系统。在第三十九实施方案中，贫燃发动机废气处理系统包括第一至第三十七实施方案中任一个的催化剂系统、贫燃发动机，以及与贫燃发动机流体连通的废气管道，其中催化剂系统在发动机的下游。
在第四十实施方案中，改进第三十九实施方案，其中发动机为重型柴油发动机。
本发明的另一方面涉及一种从贫燃发动机的废气中除去氮氧化物的方法。在第四十一实施方案中，一种从贫燃发动机的废气中除去氮氧化物的方法，该方法包括使废气流与选择性催化还原(SCR)催化剂系统接触，该系统包括设置在基底上包含氧化钒/氧化钛的第一SCR催化剂组合物和设置在基底上包含金属交换的8环小孔分子筛的第二SCR催化剂组合物。
在第四十二实施方案中，改进第四十一实施方案，其中废气包含NOx。
在第四十三实施方案中，改进第四十一和第四十二实施方案，其中贫燃发动机为重型柴油发动机。
在第四十四实施方案中，贫燃发动机废气处理系统包括第十九实施方案所述的催化剂系统、贫燃发动机，以及与贫燃发动机流体连通的废气管道，其中催化剂系统在发动机的下游。
在第四十五实施方案中，改进第四十四实施方案，其中发动机为重型柴油发动机。
第四十六实施方案涉及一种从贫燃发动机的废气中除去氮氧化物的方法，该方法包括使废气与选择性催化还原(SCR)催化剂系统接触，该系统包括布置在系统中的第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物，与第二催化剂组合物相比，第一SCR催化剂组合物促进更高的N2形成和更低的N2O形成，并且第二催化剂组合物具有与第一SCR催化剂组合物不同的组成，与第一SCR催化剂组合物相比，第二催化剂组合物促进更低的N2形成和更高的N2O形成。
在第四十七实施方案中，改进第一至第三十七实施方案，其中与第一催化剂组合物相比，第二催化剂组合物具有更高的NH3储存容量。
在第四十八实施方案中，一种用于从发动机废气中除去NOx的选择性催化还原(SCR)催化剂杂化系统，该系统包括布置在系统中的第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物，当暴露于氨时，与第二催化剂组合物相比，第一SCR催化剂组合物具有更快的DeNOx响应时间，并且与第一催化剂组合物相比，第二SCR催化剂组合物具有更高稳态的DeNOx性能，并且第一SCR催化剂组合物提供目标DeNOx百分比处于比第二SCR催化剂组合物提供相同的DeNOx百分比更低的氨储存水平下，并且其中与第一催化剂组合物相比，该系统提供更高的DeNOx稳态性能。
在第四十九实施方案中，改进第四十八实施方案，其中在产生废气温度的突然增加的加速条件下，由于温度增加从杂化系统中解吸的氨少于从仅具有第二催化剂组合物的系统中解吸的氨。
在第五十实施方案中，改进第四十八或第四十九实施方案，其中第一催化剂组合物包含用钨稳定的氧化钒/氧化钛。
在第五十一实施方案中，改进第五十实施方案，其中第二催化剂组合物包含金属交换的8环小孔分子筛。
在第五十二实施方案中，改进第五十一实施方案，其中分子筛具有选自由以下组成的组的结构类型：AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、KFI、LEV、SAS、SAT、DDR和SAV。
在第五十三实施方案中，改进第五十二实施方案，其中分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有CHA结构类型。
在第五十四实施方案中，改进第四十八至第五十三实施方案，其中沸石选自SSZ-13和SSZ-62并且金属包括Cu。
在第五十五实施方案中，改进第一至第三十八实施方案所述的系统，其中在200℃至600℃的温度范围内，与第二SCR催化剂组合物相比，第一SCR催化剂组合物促进更高的N2形成和更低的N2O形成，并且第二SCR催化剂组合物促进更低的N2形成和更高的N2O形成。
在第五十六实施方案中，改进第四十八至第五十四实施方案，其中当暴露于氨时，与第二催化剂组合物相比，第一SCR催化剂组合物具有更快的DeNOx响应时间，并且与第一催化剂组合物相比，第二SCR催化剂组合物具有更高稳态的DeNOx性能，并且第一SCR催化剂组合物提供目标DeNOx百分比处于比第二SCR催化剂组合物提供相同的DeNOx百分比更低的氨储存水平下，并且其中在200℃至600℃的温度范围内与第一催化剂组合物形成相比，该系统提供更高的DeNOx稳态性能。
附图简述
图1示出根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统的局部剖面图；
图2示出根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统的局部剖面图；
图3示出根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统的局部剖面图；
图4是对根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统和比较系统的N2O排放量进行比较的图形；
图5是对根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统和比较系统的N2O排放量进行比较的图形；
图6是对根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统和比较系统的N2O排放量进行比较的图形，两个系统均具有上游柴油氧化催化剂；
图8是对根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统和比较系统的NOx转化率进行比较的图形，两个系统均具有上游柴油氧化催化剂；
图9是对在硫酸盐化作用之后，根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统和比较系统的NOx转化率进行比较的图形，两个系统均具有上游柴油氧化催化剂；
图10是由如实施例6所述的计算机模型生成的图形，示出在225℃和10％NO2下DeNOx相对于时间的响应曲线的分析；并且
图11是由如实施例6所述的计算机模型生成的图形，示出在225℃和10％NO2下DeNOx相对于总吸附NH3的响应曲线的分析。
详述
在描述本发明的若干示例性实施方案之前，应了解的是，本发明不限于以下描述中所阐述的构建步骤或处理步骤的细节。本发明能够具有其他实施方案且能够以各种方式实施或进行。
政府规定要求对于轻型和重型贫燃发动机车辆，使用NOx还原技术。使用尿素对NOx选择性催化还原(SCR)是NOx控制的有效且主要的排放控制技术。为了满足未来政府规定，与目前基于Cu-SSZ-13的系统相比，SCR催化剂系统提高了性能。本发明的实施方案涉及一种SCR催化剂系统，与单一SCR催化剂和其他双SCR催化剂系统相比，该催化剂系统在低NH3储存水平下具有更低的N2O排放量以及NOx转化效率的提高。不受理论的约束，认为根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统的动态响应由提高的NH3储存容量提供。本文描述的本发明的特征应在整个目标SCR温度范围(即200℃至600℃)内提供。根据一个或多个实施方案，第一和第二SCR催化剂组合物不包括铂族金属如Pt、Pd和Rh。
本发明的实施方案涉及SCR催化剂系统、其制备方法、废气纯化系统，以及使用SCR催化剂系统消除废气中的氮氧化物的方法。
实施方案涉及为贫燃发动机提供提高的NOx性能的SCR催化剂系统的使用。虽然SCR催化剂系统可用于任何贫燃发动机中，但是在特定的实施方案中，催化剂系统用于重型柴油机应用中。重型柴油机应用包括柴油发动机驱动的具有超过8,500联邦磅和超过14,000加利福尼亚磅的车辆毛重定额(GVWR)的汽车(型式年份1995及之后)。根据实施方案的SCR催化剂系统也可用在其他发动机中，包括但不限于，非道路交通用柴油发动机、机车、船用发动机和固定柴油发动机。本发明也可适用于其他贫燃发动机类型，如轻型柴油机、压缩天然气和贫燃汽油直接喷射发动机。
关于本公开中使用的术语，提供了以下定义。
如本文所使用的，术语“催化剂”或“催化剂组合物”是指促进反应的材料。如本文所使用的，短语“催化剂系统”是指两种或更多种催化剂的组合，例如第一SCR催化剂和第二SCR催化剂的组合。催化剂系统可呈两种SCR催化剂混合在一起的活性涂层形式。
如本文所使用的，术语“上游”和“下游”是指根据发动机废气流从发动机到尾管的流动的相对方向，并且发动机在上游位置并且尾管和任何污染减少制品如过滤器和催化剂在发动机的下游。
如本文所使用的，术语“流”广义上是指可含有固体或液体微粒物质的流动气体的任何组合。术语“气态流”或“废气流”意指气态成分的流，如贫燃发动机的废气，其可含有夹杂的非气态组分，如液滴、固体微粒等。贫燃发动机的废气流通常还包括燃烧产物、不完全燃烧的产物、氮的氧化物、可燃的和/或含碳微粒物质(烟灰)以及未反应的氧和氮。
如本文所使用的，术语“基底”是指催化剂组合物放置在其上的单块体材料，通常呈在其上含有多个含有催化组合物的颗粒的活性涂层的形式。活性涂层通过以下方式形成：在液体载体中制备含有特定固体含量(如30-90重量％)的颗粒的浆液，然后将浆液涂覆至基底上并干燥以提供活性涂层。
如本文所使用的，术语“活性涂层(washcoat)”具有其在本领域中的通常含义，即施涂至基底材料的催化材料或其他材料的薄的粘着涂层，基底材料如蜂窝型载体构件，其足够多孔以允许待处理的气流通过。
“催化制品”是指用于促进期望反应的元件。例如，催化产品可包括在基底上的含有催化组合物的活性涂层。
在一个或多个实施方案中，基底为具有蜂窝结构的陶瓷或金属。可采用任何合适的基底，如以下类型的单块体基底：具有从基底的入口或出口面延伸穿过其中的细的平行气流通道，以使得通道对穿过其中的流体流开放。单块体基底的流体通道是薄壁通道，其可具有任何合适的横截面形状和大小，如梯形、矩形、正方形、正弦曲线形、六边形、椭圆形、圆形等。该结构可含有每平方英寸横截面约60至约900或更多的气体入口开口(即，泡孔)。
陶瓷基底可由任何合适的耐火材料制成，例如堇青石、堇青石-α-氧化铝、氮化硅、锆莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、锆石硅酸盐、硅线石、硅酸镁、锆石、透锂长石、α-氧化铝、铝硅酸盐等。
适用于本发明的实施方案的催化剂组合物的基底也可为金属性质的并且可由一种或多种金属或金属合金构成。金属基底可以如丸剂、波纹片或单块体形式的各种形状采用。金属基底的具体实例包括耐热合金、碱金属合金，尤其是那些其中铁为基本或主要组分的合金。合金可含有镍、铬和铝中的一种或多种，并且这些金属的总量可有利地包含至少约15重量％的合金，例如，约10至25重量％的铬、约1至8重量％的铝以及约0至20重量％的镍。
根据本发明的第一方面，选择性催化还原(SCR)催化剂系统包括布置在系统中的第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物。在一个或多个实施方案中，第二SCR催化剂组合物具有与第一SCR催化剂组合物不同的组成。与第二SCR催化剂组合物相比，第一SCR催化剂组合物促进更高的N2形成和更低的N2O形成，而与第一SCR催化剂组合物相比，第二催化剂组合物促进更低的N2形成和更高的N2O形成。在一个或多个实施方案中，为减少NH3排放，第一SCR催化剂应具有低于第二SCR催化剂组合物的NH3吸附容量/解吸温度。
在一个或多个实施方案中，第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物在相同或共同的基底上。在其他实施方案中，第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物在单独的基底上。
在一个实施方案中，第一SCR催化剂和第二SCR催化剂以横向分区构型布置，并且第一催化剂在第二催化剂的上游。上游和下游催化剂可布置在相同基底或彼此分开的不同基底上。在另一个具体的实施方案中，第一SCR催化剂和第二SCR催化剂分层布置，其中第二SCR催化剂设置在基底上并且第一SCR催化剂在第二SCR催化剂上方的层中。这些实施方案中的每一个都将在下文更详细地进行描述。
在具体的实施方案中，第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物中的每一个均用作成型催化剂(molded catalyst)，更具体地，用作其中SCR催化剂组合物设置在合适的耐火基底上，更具体地，在“蜂窝”基底上的成型催化剂，以用于氮氧化物NOx的选择性还原，即用于氮氧化物的选择性催化还原。根据本发明的实施方案，SCR催化剂组合物可呈自负载催化剂颗粒形式或呈由SCR催化剂组合物形成的蜂窝单块体形式。
根据一个或多个实施方案，第一SCR催化剂组合物包含混合氧化物。如本文所使用的，术语“混合氧化物”是指含有多于一种化学元素的阳离子或处于几种氧化状态的单个元素的阳离子的氧化物。在一个或多个实施方案中，混合氧化物选自Fe/氧化钛(例如FeTiO3)、Fe/氧化铝(例如FeAl2O3)、Mg/氧化钛(例如MgTiO3)、镁/氧化铝(例如MgAl2O3)、Mn/氧化铝、Mn/氧化钛(例如MnOx/TiO2)、(例如MnOx/Al2O3)、Cu/氧化钛(例如CuTiO3)、Ce/Zr(例如CeZrO2)、Ti/Zr(例如TiZrO2)、氧化钒/氧化钛(例如V2O5/TiO2)以及它们的混合物。在具体的实施方案中，混合氧化物包括氧化钒/氧化钛。氧化钒/氧化钛氧化物可用钨(例如WO3)活化或稳定，以提供V2O5/TiO2/WO3。
根据一个或多个实施方案，包含氧化钒/氧化钛的第一SCR催化剂组合物比沸石SCR催化剂生成明显更少的N2O，尤其是在富含NO2的条件下。在一个或多个实施方案中，第一SCR催化剂组合物包含氧化钒分散在其上的氧化钛。氧化钒可以从1重量％至10重量％，包括1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％的浓度范围分散。在具体的实施方案中，氧化钒由钨(WO3)活化或稳定。钨可以从0.5重量％至10重量％，包括1重量％、2重量％、3重量％、3.4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％和10重量％的浓度范围分散。所有百分比基于氧化物。
根据一个或多个实施方案，第二SCR催化剂包含金属交换的分子筛。金属选自Cu、Fe、Co、Ni、Ce和Pt。在具体的实施方案中，金属为Cu。
如本文所使用的，术语“分子筛”是指基于通常含有四面体类型位点的氧离子的广泛三维网络并且具有孔隙分布的材料。如沸石的分子筛已经广泛用于催化精炼和石油化学反应、以及催化、吸附、分离和层析中的许多化学反应。例如，就沸石而言，合成和天然沸石以及它们促进某些反应的用途在本领域是公知的，该反应包括将甲醇转化为烯烃(MTO反应)以及在氧的存在下使用还原剂如氨、尿素或碳氢化合物选择性催化还原(SCR)氮氧化物。沸石是具有相当统一的孔隙大小的晶体材料，孔隙大小取决于沸石的类型和包含在沸石晶格中的阳离子的类型和量，直径范围约3至10埃。
SCR工艺中采用的催化剂组合物理想地应能够在较大的使用温度条件范围内(例如200℃至600℃或更高)、在水热条件下保持良好的催化活性。水热条件经常在实践中遇到，如在烟灰过滤器的再生期间；烟灰过滤器是一种用于除去颗粒的废气处理系统的部件。
根据具体的实施方案，第二SCR催化剂组合物的分子筛具有8环孔隙开口和双六环次级结构单元，例如，那些具有以下结构类型的分子筛：AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、KFI、LEV、SAS、SAT、DDR和SAV。根据一个或多个实施方案，应当理解的是，通过利用其结构类型限定分子筛，预期包括结构类型以及具有相同结构类型的任何及所有同型骨架材料如SAPO、AlPO和MeAPO材料。
具有8环孔隙开口和双六环次级结构单元的沸石，特别是那些具有笼状结构的沸石，最近已用作SCR催化剂。具有这些性质的沸石的具体类型为菱沸石(CHA)，其为具有可以通过其三维孔隙度接近的8元环孔隙开口(在至少一个维度具有小于4.3埃，例如约3.8埃的孔隙大小)的小孔沸石。笼状结构由通过4个环连接双六环结构单元得到。
金属促进的、尤其是铜促进的铝硅酸盐沸石具有CHA结构类型(例如SSZ-13和SSZ-62)以及大于1的氧化硅与氧化铝的摩尔比，尤其是那些具有大于或等于5、10或15且小于约1000、500、250、100和50的氧化硅与氧化铝比率的沸石近来在作为使用含氮还原剂将贫燃发动机中的氮氧化物SCR的催化剂方面引起高度关注。这是由于这些材料的宽温度范围和优异的水热耐久性，如美国专利号7,601,662中所描述的。在美国专利号7,601,662所描述的金属促进沸石的发现之前，尽管文献指出大量金属促进沸石已经在专利和科学文献中被提出用作SCR催化剂，但是所提出的材料中的每一种都具有以下缺陷中的一个或两个：(1)在例如350℃及更低的低温下氮氧化物的低转化率；以及(2)以在通过SCR进行的氮氧化物的转化中催化活性的显著下降标志的低水热稳定性。因此，在美国专利号7,601,662中描述的发明强调了提供这样一种材料的迫切的、未解决的需要，材料将提供氮氧化物在低温下的转化和在超过650℃的温度下水热老化之后SCR催化剂活性的保持。
沸石类菱沸石包括具有近似化学式：(Ca,Na2,K2,Mg)Al2Si4O12·6H2O的沸石组的天然存在的网硅酸盐矿物质(例如水合硅酸钙铝)。三种合成形式的沸石类菱沸石描述于JohnWiley&Sons的1973年出版的D.W.Breck的“Zeolite MolecularSieves”，其特此以引用的方式并入。三种合成形式由Breck报道的是沸石K-G，描述于J.Chem.Soc.，第2822页(1956)，Barrer等人；沸石D描述于英国专利号868,846(1961)；并且沸石R描述于美国专利号3,030,181中，其特此以引用的方法并入。另一合成形式的沸石类菱沸石SSZ-13的合成描述于美国专利号4,544,538，其特此以引用的方式并入。具有菱沸石晶体结构的合成形式的分子筛硅铝磷酸盐34(SAPO-34)的合成描述于美国专利4,440,871和美国专利号7,264,789中，其特此以引用的方式并入。制造另一种具有菱沸石结构的合成分子筛SAPO-44的方法描述于美国专利号6,162,415，其特此引用的方式并入。
在更具体的实施方案中，对铝硅酸盐沸石结构类型的参考限制在骨架中不包含取代的磷或其他金属的分子筛的材料。当然，铝硅酸盐沸石随后可与一种或多种促进剂金属(如铁、铜、钴、镍、铈或铂族金属)进行离子交换。然而，应当清楚的是，如本文所使用的“铝硅酸盐沸石”不包括铝磷酸盐材料如SAPO、AlPO和MeAPO材料，并且较广的术语“沸石”旨在包括铝硅酸盐和铝磷酸盐。在一个或多个实施方案中，分子筛可包括所有铝硅酸盐、硼硅酸盐、镓硅酸盐、MeAPSO和MeAPO组合物。这些包括但不限于SSZ-13、SSZ-62、天然菱沸石、沸石K-G、Linde D、Linde R、LZ-218、LZ-235、LZ-236、ZK-14、SAPO-34、SAPO-44、SAPO-47、ZYT-6、CuSAPO-34、CuSAPO-44和CuSAPO-47。
在一个或多个实施方案中，第二SCR催化剂组合物的分子筛具有选自由以下组成的组的结构类型：AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、KFI、LEV、SAS、SAT、DDR和SAV。在具体的实施方案中，分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有CHA结构类型，例如SSZ-13或SSZ-62。在另一个具体的实施方案中，分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有AEI结构类型，例如SSZ-39。
在具体的实施方案中，由铜促进的8环小孔分子筛具有大于约15，甚至更具体地大于约20的氧化硅与氧化铝摩尔比。在具体的实施方案中，由铜促进的8环小孔分子筛具有范围在约20至约256，更具体地范围在约25至约40的氧化硅与氧化铝摩尔比。
在具体的实施方案中，铜对铝的原子比超过约0.25。在更具体的实施方案中，铜铝比为约0.25至约1，甚至更具体地约0.25至约0.5。在甚至更具体的实施方案中，铜铝比为约0.3至约0.4。
一般而言，根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统应表现出良好的低温NOx转化活性(在200℃下NOx转化率>50％)和良好的高温NOx转化活性(在450℃下NOx转化率>70％)。NOx活性在最大NH3泄露条件下在稳态条件下，在用N2平衡的具有500ppm NO、500ppm NH3、10％O2、5％H2O的气体混合物中在80,000h-1的基于体积的空间速度下测得。
根据一个或多个实施方案，为减少NH3排放，第一SCR催化剂组合物应具有低于第二SCR催化剂组合物的NH3吸附/解吸温度。
根据一个或多个实施方案，第二SCR催化剂组合物包含金属交换的8环小孔分子筛。换句话说，第二SCR催化剂组合物为由金属促进的8环小孔分子筛。在一个或多个实施方案中，金属可选自由以下组成的组：Cu、Fe、Co、Ce和Ni。在具体的实施方案中，金属选自Cu。
促进剂金属的重量％：
计算为金属氧化物的金属交换的8环小孔分子筛的促进剂金属(例如Cu)含量在具体的实施方案中为至少约2重量％，甚至更具体地为至少约2.5重量％并且在甚至更具体的实施方案中为至少约3重量％，在无挥发物的基础上记录。在甚至更具体的实施方案中，计算为金属氧化物的金属交换8环小孔分子筛的金属(例如Cu)含量在最高约8重量％的范围内，基于煅烧分子筛的总重量计，在无挥发物的基础上记录。因此，在具体的实施方案中，计算为金属氧化物的由选自Cu、Fe、Co、Ce和Ni的金属促进的8环小孔分子筛的范围为约2至约8重量％，更具体地为约2至约5重量％，并且甚至更具体地为约2.5至约3.5重量％，在每种情况下基于氧化物记录。
在一个或多个实施方案中，第一SCR催化剂和第二SCR催化剂以横向分区构型布置，其中第一催化剂在第二催化剂的上游。如本文所使用的术语“横向分区”是指两种SCR催化剂相对于彼此的位置。横向意指并排，以使得第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物互相并列地定位，其中第一SCR催化剂组合物在第二SCR催化剂组合物的上游。根据一个或多个实施方案，横向分区的第一和第二SCR催化剂可布置在相同或共同的基底或彼此分开的不同基底上。
根据一个或多个实施方案，氧化钒/氧化钛和金属交换的8环小孔分子筛设置在共同或相同的基底上。在其他实施方案中，氧化钒/氧化钛和金属交换的8环小孔分子筛设置在单独的基底上。根据一个或多个实施方案，不论是在相同的基底上还是在不同的基底上，氧化钒/氧化钛均位于金属交换的8环小孔分子筛的上游。
在一个或多个实施方案中，与金属交换的8环小孔分子筛相比，氧化钒/氧化钛促进更高的N2形成和更低的N2O形成，并且与氧化钒/氧化钛相比，金属交换的8环小孔分子筛促进更低的N2形成和更高的N2O形成。
商业上尤其是移动应用中使用的组合物包含TiO2，WO3和V2O5分别以5至20重量％和0.5至6重量％范围的浓度分散在TiO2上。这些催化剂可含有用作粘合剂和促进剂的其他无机材料，如SiO2和ZrO2。
参考图1，示出了横向间隔的系统的示例性实施方案。SCR催化剂系统10以横向分区布置示出，其中在共同的基底12上，第一SCR催化剂组合物18位于第二SCR催化剂组合物20的上游。基底12具有限定轴向长度L的入口端22和出口端24。在一个或多个实施方案中，基底12通常包括蜂窝基底的多个通道14，其中为了简洁起见仅在横截面中示出一个通道。第一SCR催化剂组合物18从基底12的入口端22延伸的长度小于基底12的整个轴向长度L。第一SCR催化剂组合物18的长度在图1中标记为第一区域18a。在具体的实施方案中，第一SCR催化剂组合物18可包含氧化钒/氧化钛。在具体的实施方案中，第二SCR催化剂组合物20可包含金属交换的8环小孔分子筛。第二SCR催化剂组合物20从基底12的出口端24延伸的长度小于基底12的整个轴向长度L。第二催化剂组合物的长度在图1中标记为第二区域20b。SCR催化剂系统10对NOx的选择性催化还原是有效的。
应当理解的是，第一区域和第二区域的长度可变化。在一个或多个实施方案中，第一区域和第二区域的长度可以相等。在其他实施方案中，第一区域可为基底长度L的20％、25％、35％或40％、60％、65％、75％或80％，并且第二区域相应地覆盖基底长度L的剩余部分。
参考图2，示出了横向分区的SCR催化剂系统110的另一个实施方案。示出的SCR催化剂系统110是横向分区的布置，其中在单独的基底112和113上第一SCR催化剂组合物118位于第二SCR催化剂组合物120的上游。第一SCR催化剂组合物118设置在基底112上，并且第二SCR催化剂组合物设置在单独的基底113上。基底112和113可由相同材料或不同材料构成。基底112具有限定轴向长度L1的入口端122a和出口端124a。基底113具有限定轴向长度L2的入口端122b和出口端124b。在一个或多个实施方案中，基底112和113通常包括蜂窝基底的多个通道114，为了简洁起见仅在横截面中示出一个通道。第一SCR催化剂组合物118从基底112的入口端122a延伸穿过基底112的整个轴向长度L1至出口端124a。第一SCR催化剂组合物118的长度在图2中标记为第一区域118a。在具体的实施方案中，第一SCR催化剂组合物118可包含氧化钒/氧化钛。在具体的实施方案中，第二SCR催化剂组合物120可包含金属交换的8环小孔分子筛。第二SCR催化剂组合物120从基底113的出口端124b延伸穿过基底113的整个轴向长度L2至入口端122b。第二催化剂组合物120限定第二区域120a。SCR催化剂系统110对NOx的选择性催化还原是有效的。区域118a和120a的长度可变化，如关于图1所描述的。
本发明的一个或多个实施方案涉及一种选择性催化还原(SCR)催化剂系统，该系统包括设置在基底上包含氧化钒/氧化钛的第一SCR催化剂组合物和设置在基底上包含金属交换的8环小孔分子筛的第二SCR催化剂组合物，其中第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物为分层布置或分层关系。在一个或多个实施方案中，第一SCR催化剂组合物分层在第二SCR催化剂组合物的顶部。
根据一个或多个实施方案，将第二SCR催化剂组合物洗涂到基底上，然后将第一SCR催化剂组合物洗涂到第二SCR催化剂组合物上方的层中。在一个或多个实施方案中，分层被设计来优化第一催化剂组合物/第二催化剂组合物的干燥增益，以用于充当保护屏蔽的益处与扩散阻挡增加的潜在缺点之间的期望平衡。在用于延伸操作的低温下，硫是Cu-CHA催化剂的主要问题。相比而言，氧化钒/氧化钛(V2O5/TiO2)SCR催化剂因为具有优异的耐硫性而知名。
第一和第二SCR催化剂组合物可包含如上所述的组合物。
参考图3，示出分层的SCR催化剂系统210的示例性实施方案。SCR催化剂系统可分层布置，其中在共同的基底212上，第一SCR催化剂组合物218分层在第二SCR催化剂组合物220的顶部。基底212具有限定轴向长度L3的入口端222和出口端224。在一个或多个实施方案中，基底212通常包括蜂窝基底的多个通道214，为了简洁起见仅在横截面中示出一个通道。第一SCR催化剂组合物218从基底212的入口端222延伸穿过基底212的整个轴向长度L3至出口端224。第一SCR催化剂组合物218的长度在图3中标记为218a。在具体的实施方案中，第一SCR催化剂组合物218可包含氧化钒/氧化钛。在具体的实施方案中，第二SCR催化剂组合物220可包含金属交换的8环小孔分子筛。第二SCR催化剂组合物220从基底212的出口端224延伸穿过基底212的整个轴向长度L3至出口端224。SCR催化剂系统210对NOx的选择性催化还原是有效的。
应当理解的是，与层220的厚度相比，层218的厚度可以是相对薄的。层218的厚度可足够薄以在层220上形成保护外层，以保护层220的催化剂组合物免于硫酸盐化。在一个实施方案中，第一催化剂组合物层218的厚度是复合层218和220总体厚度的5-10％。在其他实施方案中，第一催化剂组合物层的厚度是复合层218和220总体厚度的20-30％。在一些实施方案中，第一催化剂组合物层的厚度是复合层218和220总体厚度的30-40％。
废气处理系统：
在本发明的一个方面，废气处理系统包括贫燃发动机和与贫燃发动机流体连通的废气管道，以及选择性催化还原催化剂系统，该系统包括根据一个或多个实施方案设置在系统中的第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物。在具体的实施方案中，贫燃发动机为重型柴油发动机。
在一个或多个实施方案中，废气处理系统包括含有还原剂的废气流，还原剂如氨、尿素和/或碳氢化合物并且在具体的实施方案中为氨和/或尿素。在具体的实施方案中，废气处理系统还包括第二废气处理部件，例如，烟灰过滤器或柴油氧化催化剂。
催化或未催化的烟灰过滤器可在根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统的上游或下游。在具体的实施方案中，柴油氧化催化剂位于根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统的上游。在具体的实施方案中，柴油氧化催化剂和催化的烟灰过滤器在SCR催化剂系统的上游。
在具体的实施方案中，废气从贫燃发动机中输送至废气系统的下游位置，(并且，在更具体的实施方案中，含有NOx)，在该下游位置添加还原剂并将具有添加的还原剂的废气流输送至根据一个或多个实施方案的SCR催化剂系统。
在具体的实施方案中，烟灰过滤器包括壁流式过滤器基底，其中通道是交替封闭的，从而使得气态流从一个方向(入口方向)进入通道，以流经通道壁并从其他方向(出口方向)离开通道。
可在SCR催化剂系统的下游提供氨氧化催化剂，以从系统中除去任何泄露的氨。在具体的实施方案中，AMOX催化剂可包含铂族金属如铂、钯、铑或其组合。在更具体的实施方案中，AMOX催化剂可包括含有SCR催化剂系统的活性涂层，该系统包括设置在基底上的第一SCR催化剂组合物和设置在基底上的第二SCR催化剂组合物。
AMOX和/或SCR催化剂组合物可涂覆在流通型或壁流式过滤器上。如果使用壁流式基底，那么所得到的系统将能够连同气态污染物一起除去微粒物质。壁流式过滤器基底可由本领域通常已知的材料(如堇青石、钛酸铝或碳化硅)制成。将要理解的是，壁流式基底上的催化组合物的负载量将取决于基底特性如孔隙度和壁厚度，并且通常将低于流通型基底的负载量。
SCR活性：
本发明现参照以下实施例进行描述。在描述本发明的若干示例性实施方案之前，应了解，本发明不限于以下描述中所阐述的构建步骤或处理步骤的细节。本发明能够具有其他实施方案且能够以各种方式实施或进行。
实施例
实施例1-催化剂材料的制备
氧化钒-氧化钛催化剂
制备标准氧化钒/氧化钛/钨(V2O5(2.5％)/WO3(10％)/TiO2)催化剂并且通过研磨制备约30-40％固体的浆液，以提供活性涂层浆向。
Cu-沸石
通过将100g具有氧化硅/氧化铝摩尔比为30的Na-形式的CHA与400mL约1.0M的乙酸铜(II)溶液混合来制备CuCHA(SSZ-13)粉末催化剂。用硝酸将pH调节至约3.5。Na-形式CHA与铜离子之间的离子交换反应通过将浆液在约80℃下搅拌约1小时来实现。然后过滤所得到的混合物以提供滤饼，并且分三次用去离子水洗涤滤饼直到滤液是澄清且无色的，并干燥经洗涤样品。
如ICP分析所确定的，所得到的CuCHA催化剂包含在约2.5至3.5重量％范围内的CuO。将CuCHA浆液制备成40％的目标固体。研磨浆液并且将在稀释的乙酸(含有30％ZrO2)中的乙酸锆的粘合剂在搅拌的情况下加入浆液中。
实施例2-横向分区的催化剂系统
将上述浆液分别涂覆在具有400cpsi(泡孔/平方英寸)的泡孔密度和4mil壁厚度的12”Dx6”L多孔陶瓷基底上。将所涂覆的基底在110℃下干燥3小时并且在约400℃下煅烧1小时。重复一次涂覆工艺以获得在氧化钒/氧化钛涂覆的芯上范围为3g/in3和在CuCHA涂覆的芯上范围为2.1g/in3的目标活性涂层负载量。将样品在重型柴油发动机测试单元上在550℃下老化200小时。
比较实施例3-横向分区的催化剂系统
重复实施例2，不同的是用相同负载量的CuCHA涂覆两个基底。
实施例4-横向分区的系统的发动机测试
实施例3和4中的催化剂系统在与监测电测功器(motoringelectric dynamometer)结合的9L重型发动机上测试。测试台能够运行稳态和瞬时测试循环。在目前工作中，运行重型瞬时测试循环(HDTP)和非道路交通用瞬时测试循环(NRTC)。催化剂样品为全尺寸12”直径部件(400/4)，其被200h-550℃发动机老化，然后进行评价。为了证明12”x6”Cu-CHA块的12”x6”V-SCR块上游的横向分区系统的优点，还评价了参考连续12”x6”Cu+12”x6”Cu SCR系统。在比较研究中，只有第一SCR催化剂块在V-SCR与Cu-SCR之间切换，其他系统如第二SCR块、尿素注射系统的样品探测位置保持不变。
在评价测试期间，两种MKS FTIR采样器分别定位在SCR上游和下游，用于气态排放物测量，包括但不限于，NO、NO2和N2O等。废气采样线在恒定190℃下加热。该实施例中的所有评价测试使用其中硫浓度小于15ppm(重量％)的ULSD(超低硫柴油)燃料进行。
在一个构型中，柴油氧化催化剂和催化的烟灰过滤器放置在SCR催化剂系统的上游，以模拟重型发动机瞬时循环。在另一个构型中，SCR催化剂系统在没有上游催化剂和过滤器的情况下测试。
图4示出来自HDTP循环的结果并且图5示出来自NRTC循环的结果。对于其中氧化钒-氧化钛催化剂放置在Cu-沸石样品上游的样品，两个测试均显示出N2O排放量的显著减少。
在存在上游柴油氧化催化剂和催化的烟灰过滤器的情况下重复测试。图6示出来自HDTP循环的结果并且图7示出来自NRTC的结果。再一次，具有Cu沸石系统上游的氧化钒-氧化钛催化剂的系统显示出更低的N2O排放量。
实施例5-分层催化剂系统的制备
使用来自实施例1的活性涂层并将其涂覆至如关于图3的分层构型中的单个基底上。对于以下样品，分层变化如下。
比较样品5ACuCHA单涂层2.1g/in3
比较样品5B底涂层CuCHA2.1g/in3；顶涂层0.2g/in3氧化钛
样品5C CuCHA底涂层-CuCHA2.1g/in3；顶涂层0.1g/in3氧化钒氧化钛
样品5D CuCHA底涂层2.1g/in3；顶涂层0.2g/in3氧化钒氧化钛
样品5E CuCHA底涂层2.1g/in3；顶涂层0.5g/in3氧化钒-氧化钛
样品5F CuCHA底涂层2.1g/in3；顶涂层1g/in3氧化钒氧化钛
实施例6-分层系统的测试
新鲜催化剂芯的氮氧化物选择性催化环原(SCR)效率和选择性通过将用N2平衡的具有500ppm NO、500ppm NH3、10％O2、5％H2O的进料气体混合物添加至含有1”D x 3”L催化剂芯的稳态反应器来测量。反应以80,000h-1的空间速度在150℃至460℃温度范围内进行。
样品在550℃下在10％H2O的存在下老化4小时，然后通过如以上概述的用于新鲜催化剂芯上的SCR评价的相同过程来测量氮氧化物SCR效率和选择性。
新鲜催化剂芯的氮氧化物选择性催化环原(SCR)效率和选择性通过将用N2平衡的具有500ppm NO、500ppm NH3、10％O2、5％H2O的进料气体混合物，添加至含有1”D x 3”L催化剂芯的稳态反应器来测量。反应以80,000h-1的空间速度在150℃至460℃温度范围内进行。
测试如上所制备的样品的SCR性能。另外，除了5F以外的所有样品与下游SCR催化剂一起在DOC芯上游的进料气体中在300℃、20ppm SO2和5％H2O以及10％O2下暴露于硫(硫酸盐化)6小时。
图8示出在硫酸盐化之前，相对于温度的样品5A-F的NOx转化率，并且图9示出在硫酸盐化之后，相对于温度的NOx转化率。除了样品5F之外的所有样品的新鲜转化率是相当的。对于硫酸盐化的样品，图9示出样品5E具有明显更高的NOx转化率。
实施例9动态响应建模
图10和11示出根据一个或多个实施方案的系统的动态响应行为的改进。图10和11使用计算机模型制备。描述系统中单个部件的性能的实验室反应器和发动机实验室DeNOx性能测量是所用电脑模型的输入。图10中的实施例示出在开始模拟/尿素补料之前由不含氨的新鲜系统得到的作为时间函数的DeNOx性能。将Cu-SSZ13系统和基于氧化钒的SCR系统与氧化钒/Cu-SSZ-13杂化系统进行比较。在建模的杂化系统中，基于氧化钒的SCR催化剂以50/50尺寸比放置在Cu-SSZ13催化剂的前面。在225℃废气温度和500001/h空间速度、在500ppm NOx入口浓度、10％的NO2/NOx比下的低温运行用于比较。这些SCR入口条件可被看作对于在发动机应用(其在SCR前方或SCR单一系统中的氧化系统中具有低贵金属负载量)中运行的系统是典型的。为了相对快地实现所研究系统的最大DeNOx性能，NSR选择为1.1。虽然Cu-SSZ13系统在700秒的补料之后达到更高的DeNOx性能，但在补料开始0秒之后DeNOx响应行为具有不同的分级。与Cu-SSZ13系统相比，在补料开始之后，相对于DeNOx增加，基于氧化钒的SCR系统的响应更快速(例如最多350秒)。基于氧化钒的SCR与Cu-SSZ13结合的杂化系统具有接近基于氧化钒的SCR的动态响应行为并且另外如图10所示在例如1000秒后传送更高稳态的DeNOx性能的优点。
图11是通过使用催化剂上的总吸附NH3(以克计)作为x-轴结果对图10重新作图产生的。当比较为达到例如70％DeNOx在催化剂上储存的必需的氨时，可以看出杂化系统的实际优点。Cu-SSZ13系统需要大约4.5g NH3，而基于氧化钒的系统将需要大约2.5g，并且所提出的杂化系统需要大约3g储存氨。因此，与Cu-SSZ13SCR系统相比，杂化系统将更快地并且以更低的NH3储存水平传递DeNOx性能。此外，与基于氧化钒的SCR系统相比，杂化系统将传递更高的DeNOx稳态性能。当伴随废气温度突增发动机加速时，在更低NH3储存水平达到更高DeNOx性能还有另一个优点。在这种情况下，与Cu-SSZ13系统相比，杂化系统由于温度增加从催化剂中解吸的氨的量较少并因此将导致比后处理系统的SCR部分更低的NH3泄露值。甚至当使用氨氧化催化剂控制来自SCR的NH3泄露时，由于与氨的起燃特征结合建立的典型体积，由加速事件导致的非常高的氨峰值是氨氧化催化剂的常见问题。
在本说明书全篇中提及“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”意味着结合实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括于本发明的至少一个实施方案中。因此，在本说明书全篇中各个地方出现如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”的短语未必指本发明的同一实施方案。此外，特定特征、结构、材料或特性可以任何适合方式在一个或多个实施方案中加以组合。
尽管在本文中已参照特定实施方案来描述本发明，但应了解，这些实施方案仅说明本发明的原理和应用。本领域技术人员将显而易知的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明的方法和装置做出各种修改和变更。因此，本发明意图包括在随附权利要求书和它们的等效物的范围内的修改和变更。

Claims (15)

1.一种选择性催化还原(SCR)催化剂系统，其包括布置在所述系统中的第一SCR催化剂组合物和第二SCR催化剂组合物，与所述第二SCR催化剂组合物相比，所述第一SCR催化剂组合物促进更高的N2形成和更低的N2O形成，并且所述第二SCR催化剂组合物具有与所述第一SCR催化剂组合物不同的组成，与所述第一SCR催化剂组合物相比，所述第二SCR催化剂组合物促进更低的N2形成和更高的N2O形成，其中所述第一SCR催化剂组合物和所述第二SCR催化剂组合物为分层关系，并且所述第一SCR催化剂组合物分层在所述第二SCR催化剂组合物的顶部。
2.如权利要求1所述的SCR催化剂系统，其中所述第一SCR催化剂组合物包含混合氧化物。
3.如权利要求2所述的SCR催化剂系统，其中所述混合氧化物选自Fe/氧化钛、Fe/氧化铝、Mg/氧化钛、Cu/氧化钛、Ce/Zr、氧化钒/氧化钛以及它们的混合物。
4.如权利要求2或3所述的SCR催化剂系统，其中所述混合氧化物包含氧化钒/氧化钛。
5.如权利要求3或4所述的SCR催化剂系统，其中所述氧化钒/氧化钛用钨稳定。
6.如权利要求1至5中任一项所述的SCR催化剂系统，其中所述第二SCR催化剂包含金属交换的8环小孔分子筛。
7.一种选择性催化还原(SCR)催化剂系统，其包括设置在基底上包含氧化钒/氧化钛的第一SCR催化剂组合物和设置在基底上包含金属交换的8环小孔分子筛的第二SCR催化剂组合物，其中所述第一SCR催化剂组合物和所述第二SCR催化剂组合物为分层关系，并且所述第一SCR催化剂组合物分层在所述第二SCR催化剂组合物的顶部。
8.如权利要求6或7所述的SCR催化剂系统，其中所述分子筛具有选自由以下组成的组的结构类型：AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、KFI、LEV、SAS、SAT、DDR和SAV。
9.如权利要求6至8中任一项所述的SCR催化剂系统，其中所述分子筛为铝硅酸盐沸石并且具有所述CHA结构类型。
10.如权利要求9所述的催化剂，其中所述沸石选自SSZ-13和SSZ-62。
11.如权利要求6至10中任一项所述的催化剂系统，其中所述金属选自由以下组成的组：Cu、Fe、Co、Ce和Ni。
12.如权利要求6至11中任一项所述的催化剂系统，其中所述金属选自Cu并且在2重量％至8重量％范围内交换。
13.如权利要求7所述的催化剂系统，其中与所述金属交换的8环小孔分子筛相比，氧化钒/氧化钛促进更高的N2形成和更低的N2O形成，并且其中与所述氧化钒/氧化钛相比，所述金属交换的8环小孔分子筛促进更低的N2形成和更高的N2O形成，并且与所述氧化钒/氧化钛相比，所述金属交换的8环小孔分子筛具有更高的氨储存容量。
14.一种贫燃发动机废气处理系统，其包括如权利要求1至14中任一项所述的催化剂系统、贫燃发动机，以及与所述贫燃发动机流体连通的废气管道，其中所述催化剂系统在所述发动机的下游。
15.一种从来自贫燃发动机的废气中除去氮氧化物的方法，所述方法包括使废气流与如权利要求1至13中任一项所述的催化剂系统接触。
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