CN105636690B - Scr催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化剂,所述催化剂至少包括两个催化活性层A和B,其中A含有载体氧化物以及组分A1和A2,并且B含有载体氧化物以及组分B1、B2和B3,其中A1、A2以及B1至B3如权利要求1公开的内容所限定。层A中组分A1的比率大于层B中组分B1的比率,其中层A相对于层A和层B的总重量的比率大于层B相对于层A和层B的总重量的比率。本发明还涉及一种用于还原贫燃内燃机的废气中的氮氧化物的方法以及一种废气清洁系统。

Description

SCR催化剂
本发明涉及含有钒的氧化物的SCR催化剂。
来自装配有贫燃内燃机(诸如柴油机)的机动车辆的废气含有一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx),以及因燃料在气缸的燃烧室中不完全燃烧产生的组分。除了残余烃(HC)之外,这些组分包括粒子排放物,也称为“柴油机炭烟(diesel soot)”或“炭烟粒子”,所述残余烃通常也主要以气体形式存在。这些粒子排放物是主要来自含碳颗粒物和粘附液相的复杂团聚体,通常主要包含长链烃冷凝物。粘附到固体组分的液相也称为“可溶性有机馏分SOF”或“挥发性有机馏分VOF”。
为了清洁这些废气,上述组分必须尽可能完全地转化为无害化合物。这只有在使用合适催化剂的情况下才有可能实现。
这样,一氧化碳(CO)、气态烃(HC)以及(如果适用)粘附到碳烟粒子的有机团聚体(所谓的“挥发性有机馏分”VOF)可使用氧化催化剂以氧化方式去除。
粒子过滤器用于去除粒子排放物。通常,粒子过滤器为壁流过滤器基底,即具有双向气密性流入和出口通道的蜂窝体,其通过多孔壁彼此界定并分离。进入流入通道的含粒子废气通过位于出口侧上的气密性密封塞被迫穿过多孔壁并且再从壁流过滤器基底穿过在流入侧上密封的出口通道逸出。同时,柴油机碳烟从废气中过滤出来。
氮氧化物储存催化剂的使用为去除氮氧化物提供了一种选择。这种催化剂的清洁作用基于以下事实:在发动机的贫油操作阶段中,来自储存催化剂中的储存材料的氮氧化物主要以硝酸盐的形式储存并且在发动机的后续较短富油操作阶段中再分解,而由此释放的氮氧化物利用储存催化剂中的还原废气组分转化为氮、二氧化碳和水。该操作原理在例如SAE文件SAE 950809中有所描述。
用于在存在氧气的情况下从废气中去除氮氧化物的另一种已知方法是在合适的催化剂(SCR催化剂)上使用氨的选择性催化还原方法(SCR工艺;选择性催化还原)。在该方法中,利用氨将待从废气中去除的氮氧化物转化为氮和水。用作还原剂的氨可在排放系统中作为次级排放物产生或者可通过注入前体在排气系统和后续水解中获得,氨可由所述前体形成,诸如脲、氨基甲酸铵或甲酸铵。
为了进行最后提及的SCR方法的变型形式,需要用于提供还原剂的来源、用于按要求将还原剂计量入废气中的注入装置、以及布置在废气流路中的SCR催化剂。
混合氧化物可用作SCR催化剂,例如该混合氧化物具体地讲基于二氧化钛和/或钒的氧化物(诸如五氧化二钒),并且该混合氧化物可含有其他氧化物,诸如硅、钼、锰、钨以及其他元素的氧化物。这些催化剂在以下文献中详细地描述:参见例如WO89/03366A1、EP 0345 695A2、EP 0 385 164A2、WO2011/013006A2和US2013/205743。
因为机动车辆中的内燃机以瞬时驱动周期(transient driving cycles)操作,所以即使在广泛变化的操作条件下,SCR催化剂也必须确保具有良好选择性的最高可能氮氧化物转化。因此,所发生的氮氧化物量的完全和选择性转化在低温下也应得到确保,就像它们在高温下一样,例如油门全开时的情形。
然而,现有技术无法实现钒SCR催化剂在低温活性(T<250℃)和高温选择性(T≥500℃)方面的同时优化。低温活性的改善总是与高温选择性的不足相关联,反之亦然。
然而,对于这类催化剂的市场需求与日俱增。因此,本发明的目的是提供钒SCR催化剂,其特征在于同时具备良好的低温活性和较大的高温选择性。
该目的通过用于选择性还原氮氧化物的催化剂来完成,所述催化剂包括两个催化活性层A和B,其中
A含有载体氧化物以及组分A1和A2,并且
B含有载体氧化物以及组分B1、B2和B3,
其中
A1和B1代表至少一种钒氧化物,
A2和B2代表至少一种钨氧化物,并且
B3代表至少一种硅氧化物,
其特征在于
·层A中的组分A1相对于层A总重量的以重量%计的比率大于层B中的组分B1相对于层B总重量的以重量%计的比率,并且
·层A相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率大于层B相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率。
在本发明的一个实施例中,除了组分A1和A2之外,层A还包含组分A3,其中A3代表至少一种硅氧化物并且其中层A中的组分A3相对于层A总重量的以重量%计的比率小于层B中的组分B3相对于层B总重量的以重量%计的比率。
根据本发明的催化剂的操作状态,组分A1至A3和B1至B3可以不同氧化形式存在。决定相应氧化形式的参数包括例如单个组分的浓度、温度以及催化剂所暴露的氧气浓度。然而,根据本发明的催化剂的制备方法也可能会有影响。
通常,钒以五氧化二钒的形式存在,钨以三氧化钨的形式存在,而硅以二氧化硅的形式存在。然而,根据氧气浓度,钒、钨和硅也可以较高或较低氧化态存在。此外,层A的所有氧化组分和/或层B的所有氧化组分形成固溶体也是可能的,在所述固溶体中各个元素的氧化物不再能被区分。然而,这对于作为SCR催化剂的有效性至多并不太重要,并且对催化活性没有重大影响。
此外,本领域的技术人员能够通过适当的分析方法确定根据本发明的催化剂的存在形式。
在根据本发明的催化剂的一个实施例中,其具有至少两个催化活性层A和B,其中
A含有载体氧化物、作为组分A1的五氧化二钒和作为组分A2的三氧化钨,并且
B含有载体氧化物、作为组分B1的五氧化二钒、作为组分B2的三氧化钨和作为组分B3的二氧化硅,
其特征在于:
·层A中的五氧化二钒相对于层A总重量的以重量%计的比率大于层B中的五氧化二钒相对于层B总重量的以重量%计的比率,并且
·层A相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率大于层B相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率。
在根据本发明的催化剂的又一个实施例中,层A中的组分A2相对于层A总重量的以重量%计的比率与层B中的组分B2相对于层B总重量的以重量%计的比率相等,或者层A中的组分A2相对于层A总重量的以重量%计的比率小于层B中的组分B2相对于层B总重量的以重量%计的比率。
层A和层B可以彼此独立地包含额外组分A4或B4,其中
A4代表选自铜、铁、锰、钼、锑、铌、银、钯、铂和稀土元素的氧化物中的一种或多种金属氧化物,并且
B4独立于A4代表选自铜、铁、锰、钼、锑、铌、银和稀土元素的氧化物中的一种或多种金属氧化物。
与组分A1至A3和B1至B3的情况相同,组分A4和B4的氧化形式也可能不同并且如上所述取决于根据本发明的催化剂的操作状态并且取决于其制备方法。此外,根据操作状态,诸如银、钯和铂的金属也可以金属形式存在。出于本发明的目的,上述选择的用语,即银、铂和钯的氧化物,因此也包括所述金属本身。
在根据本发明的催化剂包含组分A4和B4,并且它们代表稀土元素的氧化物的情况下,具体地讲,层A中的稀土氧化物相对于层A总重量的以重量%计的比率小于层B中的稀土氧化物相对于层B总重量的以重量%计的比率。
优选的稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、钆、铽、镝、铒和钇。
在根据本发明的催化剂包含组分A4和B4,并且它们代表铜、铁、锰、钼、铌或银的氧化物的情况下,具体地讲,层A中的铜、铁、锰、钼、铌或银的氧化物相对于层A总重量的以重量%计的比率大于层B中的铜、铁、锰、钼、锑、铌或银的氧化物相对于层B总重量的以重量%计的比率。
在根据本发明的催化剂的一个实施例中,其包含组分A4,但不包含组分B4。
在这种情况下,组分A4相对于层A总重量的比率为0.1至15重量%,其中,就银、铂和钯而言,该比率在每种情况下以金属进行计算,而就其他组分而言,该比率在每种情况下以氧化物进行计算,即,以CuO、Fe2O3、MnO、MoO3、Sb2O5、Nb2O5、CeO2或Er2O3进行计算。
铂可用于层A中以实现特定优点。由于铂在催化氧化方面的功效,它能够通过SCR反应氧化未反应的氨,从而防止氨释放到环境中。其他活性氧化氧化物(例如,铜、锰和银的活性氧化氧化物)也可表现出该效果。
在本发明的一个实施例中,以五氧化二钒计算的组分A1相对于层A总重量的比率为1.5至5重量%,具体地讲为2至4重量%。
在本发明的又一个实施例中,以五氧化二钒计算的组分B1相对于层B总重量的比率为1至4重量%,具体地讲为1.5至3.5重量%。
在本发明的又一个实施例中,组分A2相对于层A总重量的比率与组分B2相对于层B总重量的比率相等。在这种情况下,具体地讲,以三氧化钨计算的比率为3至12重量%,优选地为4.5至10重量%。
在组分A2相对于层A总重量的比率小于组分B2相对于层B总重量的比率的情况下,则以三氧化钨计算的该比率具体地讲为3至5.5重量%,优选地为4.5至5重量%。具体地讲,组分B2相对于层B总重量的比率为4.5至12重量%,优选地为5至10重量%。
具体地讲,以二氧化硅计算的组分B3相对于层B总重量的比率为3至12重量%,优选地为3.5至10重量%。
以二氧化硅计算的组分A3相对于层A总重量的比率优选地为0至5重量%。在组分A3存在的情况下,特别优选地是,以二氧化硅计算的组分A3相对于层A总重量的比率为1至5重量%。
在组分A4或B4存在的情况下,具体地讲,它们相对于层A或层B的总重量的比率为0.1至15重量%。除了银、铂和钯(其比率在每种情况下以金属进行计算)之外,这些数值以氧化物CuO、Fe2O3、MnO、MoO3、Sb2O5、Nb2O5、CeO2、Er2O3等的比率计算。
在本发明的又一个实施例中,
·以五氧化二钒计算的组分A1相对于层A总重量的比率为1.5至5重量%,并且
·以五氧化二钒计算的组分B1相对于层B总重量的比率为1至4重量%,
·组分A2相对于层A总重量的比率与组分B2相对于层B总重量的比率相等,并且以三氧化钨计算时为3至12重量%,或者组分A2相对于层A总重量的比率小于组分B2相对于层B总重量的比率,并且以三氧化钨计算时为3至5.5重量%,其中组分B2相对于层B总重量的比率为4.5至12重量%,并且
·以二氧化硅计算的组分B3相对于层B总重量的比率为3至12重量%,其中组分A3不存在或者其相对于层A总重量以二氧化硅计算的比率为1至5重量%。
在本发明的又一个实施例中,
·以五氧化二钒计算的组分A1相对于层A总重量的比率为2至4重量%,并且
·以五氧化二钒计算的组分B1相对于层B总重量的比率为1.5至3.5重量%,
·组分A2相对于层A总重量的比率与组分B2相对于层B总重量的比率相等,并且以三氧化钨计算时为4.5至10重量%,或者组分A2相对于层A总重量的比率小于组分B2相对于层B总重量的比率,并且以三氧化钨计算时为4.5至5重量%,其中组分B2相对于层B总重量的比率为5至10重量%,并且
·以二氧化硅计算的组分B3相对于层B总重量的比率为3.5至10重量%,其中组分A3不存在或者其相对于层A总重量以二氧化硅计算的比率为1至5重量%。
在根据本发明的催化剂的实施例中,层A和/或层B中的载体氧化物为二氧化钛、二氧化锆或氧化铝。具体地讲,层A和层B中的载体氧化物为二氧化钛。优选的二氧化钛以最少95%的锐钛矿型和最多5%的金红石型存在。具体地讲,其BET表面积大于80m2/g,并且为例如80至250m2/g。
载体氧化物相对于相应层的以重量%计的比率简单地推导为剩余组分(例如,A1、A2、A3和A4或B1、B2、B3和B4)的比率的总和与100之差。
根据本发明,层A相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率大于层B相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率。
在本发明的实施例中,层B相对于层A和B的总重量的比率为12.5至25%。
具体地讲,在每种情况下,相对于载体基底的体积,层A以100至220g/L、优选地以120至210g/L的量使用,而层B以14至75g/L的量使用。
根据本发明的催化剂的层A和层B被有利地施加到由陶瓷或金属材料制成的催化惰性支撑体上,所述支撑体具有第一端a、第二端b以及长度L,该长度在端a和端b之间延伸。
因此,催化惰性支撑体可以是流通蜂窝体或壁流过滤器。在使用壁流过滤器作为催化惰性支撑体的情况下,根据本发明的催化剂可用作设置有SCR-活性涂层的柴油机粒子过滤器。
层A和层B在催化惰性支撑体上的布置方式可以不同。然而,具体地讲,将它们布置成使得当按照预期使用时,根据本发明的催化剂可安装在机动车辆中,从而使层B在层A之前与待清洁的废气接触。
这样,例如,层A在惰性支撑体整个长度上被直接施加到惰性支撑体上,而层B被施加到层A上并且在废气侧上将其完全覆盖。
在又一个实施例中,始于催化惰性支撑体的端a的层A可被施加到长度La上,而始于催化惰性支撑体的端b的层B可被施加到长度Lb上,其中La为长度L的50%至75%,而Lb为长度L的25%至50%,并且La+Lb=L。
在又一个实施例中,层A和层B可被施加到连续布置的两个不同的催化惰性支撑体上。在这种情况下,基于根据本发明的催化剂的预期用途,具体地讲,在层A催化惰性支撑体的流入侧上发现层B催化惰性支撑体。
最终,也有可能不将层A和层B施加到催化惰性支撑体上,而是将层A形成为挤出支撑体,在该挤出支撑体上以涂层的形式施加层B。
根据常规浸涂法或泵送和抽吸涂覆法与后续的热后处理,将层A和层B施加到催化惰性支撑体上(如果适用,使用形成的气体或氢进行煅烧和还原)。这些方法在现有技术中是充分已知的。
根据本发明的催化剂特别适合于还原贫燃内燃机(具体地讲,柴油机)的废气中的氮氧化物。
因此,本发明还涉及用于还原贫燃内燃机的废气中的氮氧化物的方法,所述方法包括以下方法步骤:
·将还原剂添加到含有氮氧化物的废气中,以及
·使来自含有氮氧化物的废气和还原剂的所得混合物经过根据本发明的催化剂,
·其中催化剂被布置成使得含有氮氧化物的废气和还原剂的混合物首先与层B接触。
作为还原剂,由于其具有特定的优点,特别考虑了氨,不是将氨本身,而是将氨前体(具体地讲,脲)添加到含有氮氧化物的废气中。
然而,烃也可用作还原剂(所谓的HC-deNOx工艺),其中可将烃添加到含有氮氧化物的废气中,或者其中烃可以在废气流中形成(所谓的被动HC-deNOx工艺)。各种工艺或各种还原剂是本领域的技术人员已知的,并且在文献中进行了详细描述。
具体地讲,根据本发明的催化剂被用作废气清洁系统的组成部分,除了根据本发明的催化剂之外,所述废气清洁系统还包括例如氧化催化剂和布置在流入侧上的柴油机粒子过滤器。根据本发明的催化剂从而也可作为柴油机粒子过滤器上的涂层而存在。
本发明因此还涉及用于在废气的流动方向上处理柴油机废气的废气清洁系统,该废气清洁系统包括:
-氧化催化剂,
-柴油机粒子过滤器,和
-根据本发明的催化剂;
-氧化催化剂和
-柴油机粒子过滤器,根据本发明的催化剂作为涂层存在于该柴油粒子过滤器上,
其中,根据本发明的催化剂被布置成使得含有氮氧化物的废气首先与层B接触。
适用于废气清洁系统的氧化催化剂和柴油机粒子过滤器是本领域的技术人员已知的并且可在市场上购得。
通常,根据本发明的废气清洁系统包括用于定量供氨或形成氨的化合物(例如脲)的装置,该装置布置在根据本发明的催化剂的流入侧上。
本发明还涉及用于还原贫燃内燃机(具体地讲,柴油机)的废气中的氮氧化物的方法,该方法的特征在于,废气被引导通过根据本发明的废气清洁系统。
实例1至8
催化剂粉末的制备:
A)组成为
87.8重量%的TiO2(载体)、2.2重量%的V2O5和10重量%的WO3的催化剂粉末A按如下方式制备:
将可商购获得的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
B)组成为
87.8重量%的TiO2(载体)、2.2重量%的V2O5和10重量%的WO3的催化剂粉末B按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有10重量%氧化钨的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钒酸铵以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
C)组成为
79.4重量%的TiO2(载体)、1.8重量%的V2O5、10重量%的WO3和8.8重量%的SiO2的催化剂粉末C按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有10重量%SiO2的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
D)组成为
78.5重量%的TiO2(载体)、1.8重量%的V2O5、10重量%的WO3和9.7重量%的SiO2的催化剂粉末D按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有10重量%SiO2和9重量%氧化钨的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钒酸铵以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
实例1
a)为了制备根据本发明的催化剂,将催化剂粉末A在水中浆化并且沿着商购的流动基底(flow substrate)的整个长度以常规方式涂覆。然后将其在110℃下干燥,并且在600℃下煅烧6小时。涂层(washcoat)负载量为210g/L。
b)然后,将催化剂粉末C在水中浆化并且沿着根据上述步骤a)获得并用催化剂粉末A涂覆的流动基底的整个长度以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层负载量为70g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K1。
实例2
将催化剂粉末D在水中浆化并且沿着根据实例1的a)获得并用催化剂粉末A涂覆的流动基底的整个长度以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层负载量为70g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K2。
实例3
a)为了制备根据本发明的催化剂,将催化剂粉末B在水中浆化并且沿着商购的流动基底的整个长度以常规方式涂覆。然后将其在110℃下干燥,并且在600℃下煅烧6小时。涂层负载量为210g/L。
b)然后,将催化剂粉末C在水中浆化并且沿着根据上述步骤a)获得并用催化剂粉末B涂覆的流动基底的整个长度以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层负载量为70g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K3。
实例4
将催化剂粉末D在水中浆化并且沿着根据实例3的a)获得并用催化剂粉末B涂覆的商购流动基底的整个长度以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层负载量为70g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K4。
实例5
a)为了制备根据本发明的催化剂,将催化剂粉末A在水中浆化并且从一侧开始沿着商购流动基底的总长度的75%以常规方式涂覆。然后将其在110℃下干燥,并且在600℃下煅烧6小时。涂层负载量为280g/L。
b)然后,将催化剂粉末C在水中浆化并且沿着根据上述步骤a)获得并用催化剂粉末A涂覆的商购流动基底的总长度的剩余25%以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层负载量为280g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K5。
实例6
将催化剂粉末D在水中浆化并且沿着根据实例5的a)获得并沿着其长度的75%用催化剂粉末A涂覆的商购流动基底的总长度的剩余25%以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层负载量为280g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K6。
实例7
a)为了制备根据本发明的催化剂,将催化剂粉末B在水中浆化并且从一侧开始沿着商购流动基底的总长度的75%以常规方式涂覆。然后将其在110℃下干燥,并且在600℃下煅烧6小时。涂层的量为280g/L。
b)然后,将催化剂粉末C在水中浆化并且沿着根据上述步骤a)获得并用催化剂粉末A涂覆的商购流动基底的总长度的剩余25%以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层负载量为280g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K7。
实例8
将催化剂粉末D在水中浆化并且沿着根据实例7的a)获得并沿着其长度的75%用催化剂粉末B涂覆的商购流动基底的总长度的剩余25%以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层负载量为280g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K8。
比较例1
通过类似于实例1的a的方式,将商购流动基底沿着其整个长度用催化剂粉末A以280g/L的量涂覆。
所获得的催化剂在下文中称为VK1。
比较例2
通过类似于实例3的a的方式,将商购流动基底沿着其整个长度用催化剂粉末B以280g/L的量涂覆。
所获得的催化剂在下文中称为VK2。
比较例3
为了制备比较催化剂,将催化剂粉末C在水中浆化并且沿着商购流动基底的整个长度以常规方式涂覆。然后将其在110℃下干燥,并且在600℃下煅烧6小时。涂层负载量为280g/L。
由此获得的催化剂在下文中称为VK3。
比较例4
为了制备比较催化剂,将催化剂粉末D在水中浆化并且沿着商购流动基底的整个长度以常规方式涂覆。然后将其在110℃下干燥,并且在600℃下煅烧6小时。涂层负载量为280g/L。
由此获得的催化剂在下文中称为VK4。
在对根据实例1至8和比较例1至4的催化剂进行测试之前,首先将它们在气体环境(10%的O2、10%的H2O,其余为N2)中于580℃下水热老化100小时。
就实例1至4的催化剂层而言,为了确定老化催化剂的NO率(NO rate),将L=3"且D=1%的钻芯(drill core)在静止条件(GHSV=30000 1/h,合成气体组成:500ppm的NO、450ppm的NH3(α=xNH3/xNOx=0.9;xNOx=xNO+xNO2,其中x指示每种情况下的浓度)、5%的O2、5%的H2O,其余为N2)下于150和540℃之间在石英玻璃反应器中进行测试。
实例5至8的分区催化剂的NO率以类似方式确定,其中使用钻芯,结果表明两个区域的长度比与初始涂覆基底的长度比相同。
获得以下以%计,标准化为α的NO率:
实例9至20
为了制备根据本发明的另外的催化剂,使用以下催化剂粉末:
E)组成为
87.8重量%的TiO2(载体)、3.5重量%的V2O5、4.5重量%的WO3和4.6重量%的SiO2的催化剂粉末E按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有5重量%SiO2的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
F)组成为
92.0重量%的TiO2(载体)、3.0重量%的V2O5和5重量%的WO3的催化剂粉末F按如下方式制备:
将可商购获得的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
G)组成为
92.5重量%的TiO2(载体)、2.5重量%的V2O5和5重量%的WO3的催化剂粉末G按如下方式制备:
将可商购获得的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
H)组成为
91.5重量%的TiO2(载体)、2.5重量%的V2O5、5重量%的WO3和1重量%的银的催化剂粉末H按如下方式制备:
将可商购获得的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵、乙酸银和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
I)组成为
92.0重量%的TiO2(载体)、2.5重量%的V2O5、5重量%的WO3和0.5重量%的MnO的催化剂粉末I按如下方式制备:
将可商购获得的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的乙酸锰、偏钨酸铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
J)组成为
74.9重量%的TiO2(载体)、4.0重量%的V2O5、8.3重量%的WO3、9.3重量%的SiO2和3.5重量%的Fe2O3的催化剂粉末J按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有5重量%SiO2的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中,并且与适当量的钒酸铁充分混合。然后,将偏钨酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
K)组成为
88.6重量%的TiO2(载体)、1.6重量%的V2O5、5.0重量%的WO3、4.3重量%的SiO2和0.5重量%的CuO的催化剂粉末K按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有5重量%SiO2的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵、乙酸铜和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
L)组成为
87.2重量%的TiO2(载体)、1.6重量%的V2O5、5.0重量%的WO3、4.2重量%的SiO2和2.0重量%的Nb2O5的催化剂粉末L按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有5重量%SiO2的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵、草酸铌铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
M)组成为
87.2重量%的TiO2(载体)、1.6重量%的V2O5、5.0重量%的WO3、4.2重量%的SiO2和2.0重量%的MoO3的催化剂粉末M按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有5重量%SiO2的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵、钼酸铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
N)组成为
88.8重量%的TiO2(载体)、1.5重量%的V2O5、5.0重量%的WO3和4.7重量%的SiO2的催化剂粉末N按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有5重量%SiO2的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
O)组成为
75.8重量%的TiO2(载体)、2.1重量%的V2O5、8.4重量%的WO3、9.4重量%的SiO2和4.3重量%的CeO2的催化剂粉末O按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有10重量%SiO2和9重量%WO3的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵、乙酸铈和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
P)组成为
65.1重量%的TiO2(载体)、3.2重量%的V2O5、7.2重量%的WO3、8.0重量%的SiO2、2.8重量%的Fe2O3和13.6重量%的Er2O3的催化剂粉末P按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有10重量%SiO2和9重量%WO3的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中,并且与适当量的钒酸铒铁充分混合。然后,将偏钨酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
Q)组成为
87.7重量%的TiO2(载体)、1.6重量%的V2O5、5.0重量%的WO3、4.2重量%的SiO2和1.5重量%的Sb2O5的催化剂粉末Q按如下方式制备:
将可商购获得的掺杂有5重量%SiO2的粉末形式的二氧化钛(锐钛矿型)放置在容器中。然后,将溶解于草酸中的偏钨酸铵、乙酸锑和偏钒酸铵的水溶液以适当的量在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
类似地,如实例1至4所述,使用催化剂粉末E至Q,获得下表所示的来自实例9至20的根据本发明的催化剂层。
为了制备比较例5至12,沿着可商购获得的流动基底的整个长度涂覆量为160g/L的催化剂粉末E、N、F、H、O、P、I或K。由此获得的催化剂在下文中称为:
VK5(含有催化剂粉末E)、
VK6(含有催化剂粉末N)、
VK7(含有催化剂粉末F)以及
VK8(含有催化剂粉末H)
VK9(含有催化剂粉末O)
VK10(含有催化剂粉末P)
VK11(含有催化剂粉末I)
VK12(含有催化剂粉末K)
根据实例10、11、12、13、16、17和18的新鲜催化剂(在下文中称为K10、K11、K12、K13、K16、K17和K18)和比较催化剂VK5至VK12的NO率按上述方式确定。
获得以下以%计,标准化为α的NO率:
R)组成为
77.1重量%的TiO2(载体)、3.61重量%的V2O5、11.17重量%的WO3和8.12重量%的SiO2的催化剂粉末R按如下方式制备:
将11.29重量%的可商购获得的纯二氧化钛(锐钛矿型)与掺杂有10重量%SiO2和9重量%WO3的81.23重量%的可商购获得的二氧化钛(锐钛矿型)的混合物放置在容器中。然后,将偏钨酸铵(3.86重量%,以WO3计算)和偏钒酸铵(3.61重量%,以V2O5计算)的水溶液在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
S)组成为
73.02重量%的TiO2(载体)、3.42重量%的V2O5、15.87重量%的WO3和7.69重量%的SiO2的催化剂粉末S按如下方式制备:
将10.70重量%的可商购获得的纯二氧化钛(锐钛矿型)与掺杂有10重量%SiO2和9重量%WO3的76.94重量%的可商购获得的二氧化钛(锐钛矿型)的混合物放置在容器中。然后,将偏钨酸铵(8.95重量%,以WO3计算)和偏钒酸铵(3.42重量%,以V2O5计算)的水溶液在持续混合下缓慢添加。将由此获得的粉末在110℃下干燥,然后在600℃下煅烧6小时。
实例21
a)为了制备根据本发明的催化剂,将催化剂粉末S在水中浆化并且从一侧开始沿着长度为3.0”的商购流动基底的1.2”长度(即,其总长度的40%)以常规方式涂覆。然后将其在110℃下干燥,并且在600℃下煅烧6小时。涂层负载量为160g/L。
b)然后,将催化剂粉末R在水中浆化并且沿着根据上述步骤a)获得并用催化剂粉末S涂覆的所述流动基底的总长度的剩余60%以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层的负载量同样为160g/L。
由此获得的根据本发明的催化剂在下文中称为K13。
比较例13
a)为了制备比较催化剂,将催化剂粉末R在水中浆化并且从一侧开始沿着长度为3.0”的商购流动基底的1.2”长度(即,其总长度的40%)以常规方式涂覆。然后将其在110℃下干燥,并且在600℃下煅烧6小时。涂层的负载量为160g/L。
b)然后,将催化剂粉末S在水中浆化并且沿着根据上述步骤a)获得并用催化剂粉末R涂覆的所述流动基底的总长度的剩余60%以常规方式涂覆。将其在110℃下再次干燥,并且在600℃下煅烧6小时。第二层的涂层的负载量同样为160g/L。
由此获得的催化剂在下文中称为VK13。
在VK13中,层A(步骤(a)中制备的层)中的V2O5相对于层A总重量的以重量%计的比率小于层B(步骤(b)中制备的层)中的V2O5相对于层B总重量的以重量%计的比率。就此而言,VK13对应于US 2013/205743的实例2。
新鲜催化剂K13和VK15的NO率按上述方式确定。
获得以下以%计,标准化为α的NO率:

Claims (26)

1.一种催化剂,用于选择性还原氮氧化物,所述催化剂包括两个催化活性层A和B,其中
A含有载体氧化物以及组分A1和A2,并且
B含有载体氧化物以及组分B1、B2和B3,
其中
A1和B1代表至少一种钒氧化物,
A2和B2代表至少一种钨氧化物,并且
B3代表至少一种硅氧化物,
其特征在于
·层A中的组分A1相对于层A总重量的以重量%计的比率大于层B中的组分B1相对于层B总重量的以重量%计的比率,并且
·层A相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率大于层B相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率,层A和层B被施加到由陶瓷或金属材料制成的催化惰性支撑体上,所述支撑体具有第一端a、第二端b以及长度L,所述长度在所述端a和所述端b之间延伸,层A沿着其整个长度被直接施加到所述惰性支撑体上,而层B被施加到层A上并且在废气侧上将层A完全覆盖。
2.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,除了组分A1和A2之外,层A还包含组分A3,其中A3代表至少一种硅氧化物并且其中层A中的组分A3相对于层A总重量的以重量%计的比率小于层B中的组分B3相对于层B总重量的以重量%计的比率。
3.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述催化剂包括至少两个催化活性层A和B,其中
A含有载体氧化物、作为组分A1的五氧化二钒和作为组分A2的三氧化钨,并且
B含有载体氧化物、作为组分B1的五氧化二钒、作为组分B2的三氧化钨和作为组分B3的二氧化硅,
其特征在于
·层A中的五氧化二钒相对于层A总重量的以重量%计的比率大于层B中的五氧化二钒相对于层B总重量的以重量%计的比率,并且
·层A相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率大于层B相对于层A和层B的总重量的以重量%计的比率。
4.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,层A中的组分A2相对于层A总重量的以重量%计的比率与层B中的组分B2相对于层B总重量的以重量%计的比率相等,或者层A中的组分A2相对于层A总重量的以重量%计的比率小于层B中的组分B2相对于层B总重量的以重量%计的比率。
5.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,以五氧化二钒计算的组分A1相对于层A总重量的比率为1.5至5重量%。
6.根据权利要求5所述的催化剂,其特征在于,以五氧化二钒计算的组分A1相对于层A总重量的比率为2至4重量%。
7.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,以五氧化二钒计算的组分B1相对于层B总重量的比率为1至4重量%。
8.根据权利要求7所述的催化剂,其特征在于,以五氧化二钒计算的组分B1相对于层B总重量的比率为1.5至3.5重量%。
9.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,组分A2相对于层A总重量的比率与组分B2相对于层B总重量的比率相等,并且以三氧化钨计算时为3至12重量%。
10.根据权利要求9所述的催化剂,其特征在于,组分A2相对于层A总重量的比率与组分B2相对于层B总重量的比率相等,并且以三氧化钨计算时为4.5至10重量%。
11.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,组分A2相对于层A总重量的比率小于组分B2相对于层B总重量的比率并且以三氧化钨计算时为3至5.5重量%,其中组分B2相对于层B总重量的比率为4.5至12重量%。
12.根据权利要求11所述的催化剂,其特征在于,组分A2相对于层A总重量的比率小于组分B2相对于层B总重量的比率并且以三氧化钨计算时为4.5至5重量%。
13.根据权利要求11所述的催化剂,其特征在于,组分B2相对于层B总重量的比率为5至10重量%。
14.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,以二氧化硅计算的组分B3相对于层B总重量的比率为3至12重量%。
15.根据权利要求14所述的催化剂,其特征在于,以二氧化硅计算的组分B3相对于层B总重量的比率为3.5至10重量%。
16.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,以二氧化硅计算的组分A3相对于层A总重量的比率为0至5重量%。
17.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于
·以五氧化二钒计算的组分A1相对于层A总重量的比率为1.5至5重量%,并且
·以五氧化二钒计算的组分B1相对于层B总重量的比率为1至4重量%,并且
·组分A2相对于层A总重量的比率与组分B2相对于层B总重量的比率相等,并且以三氧化钨计算时为3至12重量%,或者组分A2相对于层A总重量的比率小于组分B2相对于层B总重量的比率,并且以三氧化钨计算时为3至5.5重量%,其中组分B2相对于层B总重量的比率为4.5至12重量%,并且
·以二氧化硅计算的组分B3相对于层B总重量的比率为3至12重量%,其中组分A3不存在或者组分A3相对于层A总重量以二氧化硅计算的比率为1至5重量%。
18.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于
·以五氧化二钒计算的组分A1相对于层A总重量的比率为2至4重量%,并且
·以五氧化二钒计算的组分B1相对于层B总重量的比率为1.5至3.5重量%,并且
·组分A2相对于层A总重量的比率与组分B2相对于层B总重量的比率相等,并且以三氧化钨计算时为4.5至10重量%,或者组分A2相对于层A总重量的比率小于组分B2相对于层B总重量的比率,并且以三氧化钨计算时为4.5至5重量%,其中组分B2相对于层B总重量的比率为5至10重量%,并且
·以二氧化硅计算的组分B3相对于层B总重量的比率为3.5至10重量%,其中组分A3不存在或者组分A3相对于层A总重量以二氧化硅计算的比率为1至5重量%。
19.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,层A和层B彼此独立地含有另外的组分A4或B4,其中
A4代表选自铜、铁、锰、钼、锑、铌、银、钯、铂和稀土元素的氧化物中的一种或多种金属氧化物,并且
B4独立于A4代表选自铜、铁、锰、钼、锑、铌、银和稀土元素的氧化物中的一种或多种金属氧化物。
20.根据权利要求19所述的催化剂,其特征在于,组分A4相对于层A总重量的比率为0.1至15重量%,其中,就银、铂和钯而言,所述比率在每种情况下以金属进行计算,而就剩余组分而言,所述比率在每种情况下以氧化物进行计算,即,以CuO、Fe2O3、MnO、MoO3、Sb2O5、Nb2O5、CeO2或Er2O3进行计算。
21.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,层A和/或层B中的所述载体氧化物包含二氧化钛、二氧化锆、氧化铝或它们的混合物。
22.根据权利要求1至3中一项所述的催化剂,其特征在于,层A和层B中的所述载体氧化物为二氧化钛。
23.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述催化惰性支撑体为流动蜂窝体或壁流过滤器。
24.一种用于减少贫燃内燃机的废气中的氮氧化物的方法,所述方法包括以下方法步骤
·将还原剂添加到含有氮氧化物的废气中,以及
·使含有氮氧化物的废气和还原剂的所得混合物经过根据权利要求1至23中一项所述的催化剂,
·其中所述催化剂被布置成使得含有氮氧化物的废气和还原剂的所述混合物首先与层B接触。
25.一种用于减少贫燃内燃机的废气中的氮氧化物的废气清洁系统,所述废气清洁系统在所述废气的流动方向上包括
-氧化催化剂,
-柴油机粒子过滤器,和
-根据权利要求1至23中一项所述的催化剂;
-氧化催化剂和
-柴油机粒子过滤器,根据权利要求1至22中一项所述的催化剂作为涂层存在于所述柴油机粒子过滤器上,
其中,根据权利要求1至22中一项所述的催化剂被布置成使得含有氮氧化物的废气首先与层B接触。
26.一种用于减少贫燃内燃机的废气中的氮氧化物的方法,其特征在于,所述废气被引导通过根据权利要求25所述的废气清洁系统。
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