CN118265573A - 用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料 - Google Patents

用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料 Download PDF

Info

Publication number
CN118265573A
CN118265573A CN202280076978.9A CN202280076978A CN118265573A CN 118265573 A CN118265573 A CN 118265573A CN 202280076978 A CN202280076978 A CN 202280076978A CN 118265573 A CN118265573 A CN 118265573A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalytic material
molecular sieve
substrate
natural gas
zeolite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280076978.9A
Other languages
English (en)
Inventor
陈海英
约瑟夫·费代科
J·吉尔摩
卢静
N·麦克纳马拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Matthey PLC
Original Assignee
Johnson Matthey PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Matthey PLC filed Critical Johnson Matthey PLC
Publication of CN118265573A publication Critical patent/CN118265573A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/89—Silicates, aluminosilicates or borosilicates of titanium, zirconium or hafnium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/405—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing rare earth elements, titanium, zirconium, hafnium, zinc, cadmium, mercury, gallium, indium, thallium, tin or lead
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/864—Removing carbon monoxide or hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/047—Germanosilicates; Aluminogermanosilicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0246—Coatings comprising a zeolite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00—Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • C01B39/02—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
    • C01B39/06—Preparation of isomorphous zeolites characterised by measures to replace the aluminium or silicon atoms in the lattice framework by atoms of other elements, i.e. by direct or secondary synthesis
    • C01B39/08—Preparation of isomorphous zeolites characterised by measures to replace the aluminium or silicon atoms in the lattice framework by atoms of other elements, i.e. by direct or secondary synthesis the aluminium atoms being wholly replaced
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00—Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • C01B39/02—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
    • C01B39/06—Preparation of isomorphous zeolites characterised by measures to replace the aluminium or silicon atoms in the lattice framework by atoms of other elements, i.e. by direct or secondary synthesis
    • C01B39/08—Preparation of isomorphous zeolites characterised by measures to replace the aluminium or silicon atoms in the lattice framework by atoms of other elements, i.e. by direct or secondary synthesis the aluminium atoms being wholly replaced
    • C01B39/082—Gallosilicates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2825—Ceramics
    • F01N3/2828—Ceramic multi-channel monoliths, e.g. honeycombs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1023—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20707—Titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/50—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/92—Dimensions
    • B01D2255/9202—Linear dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/92—Dimensions
    • B01D2255/9205—Porosity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/018—Natural gas engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00—Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/10—After treatment, characterised by the effect to be obtained
    • B01J2229/18—After treatment, characterised by the effect to be obtained to introduce other elements into or onto the molecular sieve itself
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
    • F01N2370/04—Zeolitic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料，该催化材料包含分子筛和负载在该分子筛上的铂族金属(PGM)，其中该分子筛具有包含硅、氧、钛和任选的锗的骨架，并且具有≤约0.20mol％的非钛杂原子T‑原子含量，其中该钛以1mol％至3mol％的量存在。本发明还涉及一种催化剂制品以及一种压缩天然气燃烧和排气系统。

Description

用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料
本发明涉及一种用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料，并且具体地涉及具有改善的甲烷氧化活性和水热耐久性的催化材料。
天然气作为传统上使用汽油和柴油燃料的车辆和固定式发动机的替代燃料越来越受到关注。天然气主要由甲烷(通常为70％-90％)与不同比例的其他碳氢化合物诸如乙烷、丙烷和丁烷(在一些沉积物中高达20％)和其他气体组成。天然气可从石油或天然气田商业生产，并广泛用作发电、工业热电联供和家用供暖的燃烧能源。它还可以用作车辆燃料。
天然气可用作压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)形式的运输燃料。CNG装在压力为3600磅/平方英寸(～248巴)的储罐中，每单位体积的能量密度约为汽油的35％。LNG的能量密度是CNG的2.5倍，主要用于重型车辆。它在–162℃下冷却成液态，因此体积减少了600倍，这意味着LNG比CNG更容易运输。生物LNG可以是天然气(化石)的替代品，天然气由沼气产生，沼气是通过厌氧消化垃圾填埋场废物或粪肥等有机物而产生的。
天然气具有许多环境益处：它是通常包含很少杂质的更清洁的燃烧燃料，它的每碳能量(Bti)比传统的碳氢化合物燃料高，因此二氧化碳排放量低(温室气体排放量减少25％)，并且它与柴油和汽油相比具有更低的PM和NOx排放。沼气可以进一步减少这种排放。
与其他化石燃料相比，采用天然气的进一步驱动因素包括高丰度和低成本。
与重型和轻型柴油发动机相比，天然气发动机排放的PM和NOx非常低(分别低达95％和70％)。然而，由NG发动机产生的排气通常含有大量的甲烷(所谓的“甲烷泄漏”)。限制这些发动机排放的法规目前包括欧洲VI和美国环境保护局(EPA)温室气体法规。这些规定了甲烷、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)的排放限值。
甲烷燃料发动机使用的两种主要操作模式是化学计量条件(λ＝1)和贫燃条件(λ≥1.3)。众所周知，钯基催化剂是在两种条件下用于甲烷氧化的最具活性类型的催化剂。通过分别应用钯铑三元催化剂(TWC)或铂钯氧化催化剂，可以满足化学计量和贫燃压缩天然气发动机两者的规定排放限制。
这种钯基催化剂技术的发展取决于克服由于硫、水和热老化而导致的成本和催化剂失活方面的挑战。
甲烷是反应性最低的碳氢化合物，并且需要高能量使初级C–H键断裂。烷烃的点燃温度通常随着燃料空气比的增加和碳氢链长度的增加而降低，这与C–H键强度有关。众所周知，对于Pd基催化剂，甲烷转化的起燃温度高于其他碳氢化合物(其中“起燃温度”是指转化率达到50％的温度)。
当在化学计量条件(λ＝1)下操作时，TWC被用作燃烧甲烷的有效且经济高效的后处理系统。大多数双金属Pd-Rh催化剂具有>200gft–3的高总铂族金属(pgm)负载量，需要用于高水平的甲烷转化，以满足寿命终止总碳氢化合物(THC)的规定，因为这种碳氢化合物的反应性非常低，并且催化剂通过热效应和化学效应失活。使用高pgm负载量将提高化学计量CNG发动机中的总HC转化率。然而，基于发动机校准，可以用相对低的pgm来实现高甲烷转化率，即控制空气-燃料比以便在接近化学计量或富含化学计量下操作；pgm负载量也可以根据关于甲烷和非甲烷转化率的区域立法要求而变化。
NOx的还原和甲烷的氧化在非常氧化的条件下也更加困难。对于贫燃CNG应用，在较低温度下进行甲烷燃烧需要高总pgm负载量(>200gft–3)的Pd-Pt。与化学计量发动机不同，还需要将还原剂喷射到排气流中，以便能够在过量氧气的存在下还原NOx。这通常是氨(NH3)的形式，因此贫燃应用需要与化学计量的催化剂体系完全不同的催化剂体系，其中可以在稍微富或化学计量的条件下使用CO或HC来实现有效的NOx还原。
由于甲烷在较低温度下的非反应性(或反应性差)，在冷启动和怠速情况下，甲烷排放量增加，主要是在排气温度低于化学计量的贫燃情况下。为了提高甲烷在较低温度下的反应性，其中一种选择是使用高pgm负载量，这增加了成本。
天然气催化剂(尤其是Pd基催化剂)可能会受到水(5％-12％)和硫(润滑油中的SO2＜0.5ppm)的毒害，尤其是在贫条件下，这会导致催化剂的转化率随着时间的推移急剧下降。由于在催化剂表面形成羟基、碳酸盐、甲酸酯和其他中间体，水导致的失活是显著的。这种活性是可逆的，如果去除水，可以完全恢复。然而，这是不实际的，因为甲烷燃烧进料由于甲烷中高含量的H而总是含有高水平的水。
H2O可以是抑制剂或促进剂，这取决于空气燃料比，即λ。在化学计量和还原条件下，λ>1，H2O可以通过CNG和汽油发动机两者中的蒸汽重整反应作为碳氢化合物氧化的促进剂。然而，对于在λ>1下操作的贫燃CNG，H2O起到甲烷氧化抑制剂的作用。理解水的抑制作用并设计对H2O的存在更耐受的催化剂是至关重要的。当试图控制稀燃CNG的甲烷排放时，这将允许进行改进。
尽管发动机排气中的硫含量非常低，但由于形成稳定的硫酸盐，Pd基催化剂在暴露于硫后会显著失活。为了在硫中毒后恢复活性而对催化剂进行再生是具有挑战性的，并且通常需要高温、富操作或两者兼而有之。这在化学计量操作中容易实现，但在稀燃中更难实现。稀燃车辆以比化学计量车辆高得多的空燃比运行，并且将需要喷射高得多浓度的还原剂以切换到富操作。由于发动机瞬态控制和点火系统差而引起的高水平失火事件所导致的热失活破坏了催化剂，并相应地导致高水平的排气排放。
含钯催化剂在贫燃和化学计量两种条件下失活，但硫中毒比贫操作中的热老化具有更显著的影响。硫中毒可以通过向Pd催化剂中添加少量Pt来改善。这是因为在添加Pt时，由于硫酸钯的形成导致的硫抑制可以显著降低。然而，Pt的添加进一步增加了成本。
US2016/0236147涉及一种用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料，该催化材料包含具有≤0.20mol％的杂原子T-原子含量的硅质沸石，其中杂原子可任选地包括钛。该文献的内容以引入方式并入本文。
因此，希望提供一种用于天然气燃烧和排气处理的改进系统，以通过抑制催化剂失活(诸如通过硫、水和热老化)来减少甲烷排放，而不增加催化剂的成本。本发明的一个目的是解决这个问题，解决与现有技术相关的缺点，或者至少提供一种商业上有用的替代方案。
根据第一方面，提供了：
一种用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料，该催化材料包含分子筛和负载在该分子筛上的铂族金属(PGM)，
其中分子筛具有包含硅、氧、钛和任选的锗的骨架，并且具有≤约0.20mol％的非钛杂原子T-原子含量，
其中钛以1mol％至3mol％的量存在。
本发明人出乎意料地发现，采用1mol％至3mol％的钛含量的这种催化材料对甲烷具有有利的氧化活性，特别是当甲烷是含有过量氧的排气的一部分时。与常规氧化催化剂相比，该催化材料可在相对低的温度下实现高的甲烷转化效率。该催化材料在气体混合物和水蒸气的存在下具有良好的热稳定性和运行稳定性。
本发明的催化材料对甲烷表现出令人惊讶的良好的氧化活性。它还可具有低的甲烷起燃温度。为了实现令人满意的甲烷转化活性，将催化材料加热至高温可能不是必需的。
本发明的催化材料的另一个优点是它具有良好的热稳定性，特别是在水热条件下(即在水蒸气的存在下)。当在相对高的温度下使用催化材料时，催化材料对甲烷的氧化活性不会显著劣化。
由本发明的催化材料提供的另一个优点是在相对低的温度(例如＜500℃)下，在水蒸气的存在下的运行活性不像在氧化铝负载的催化剂中所观察到的那样下降。
在以下段落中，更详细地定义了不同方面/实施方案。除非有明确相反的说明，否则如此定义的每个方面/实施方案可与任何其他方面/实施方案或多个方面/实施方案组合。特别地，任何被指示为优选或有利的特征可与任何其他被指示为优选或有利的一个或多个特征组合。
本发明涉及一种用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料。也就是说，催化材料用于对来自天然气燃烧发动机的排气进行催化处理，以便在气体被排放到大气中之前转换或转化气体组分，以便满足排放法规。当天然气燃烧时，它会产生二氧化碳和水，但然后排气中还含有一定量的额外甲烷(和其他短链碳氢化合物)，在排气被排放到大气中之前，这些甲烷需要被催化去除。排气通常还含有大量的水和硫，这些水和硫会累积并使催化剂失活。
在移动应用中，天然气燃烧可以被配置为以贫燃或化学计量配置运行。“移动应用”是指该系统通常可适用于汽车或其他车辆(例如越野车辆)-在这种系统中，根据操作员的要求(诸如加速度)，燃料供应和需求在操作过程中可能会发生变化。在移动应用中，通常可以暂时以富燃模式运行系统，这与温度的显著升高有关，这有助于烧掉使催化剂中毒的硫并除去积聚的水。
在固定系统中，天然气燃烧也可被配置为在贫燃或化学计量条件下操作。固定系统的示例包括燃气轮机和发电系统-在这种系统中，燃烧条件和燃料组成通常在长操作时间内保持恒定。这意味着，与移动应用相比，具有去除硫和水分污染物的再生步骤的机会较少。因此，本文所述的益处对于固定应用可以是特别有益的。即，当再生催化剂的机会有限时，特别希望提供一种具有高耐硫性和耐湿性的催化剂。
尽管上述“稀”和“化学计量”系统被描述为“移动”和“固定”，但应该理解的是，这两种系统类型都可以在一系列不同的应用中使用。
催化材料包含分子筛和负载在分子筛上的铂族金属(PGM)。当PGM包含钯(Pd)时，可获得优异的氧化活性。优选地，铂族金属(PGM)选自由以下组成的组：钯(Pd)以及铂(Pt)和钯(Pd)的组合。钯的总量可以是0.1重量％至20重量％，优选0.2重量％至15重量％，更优选0.5重量％至10重量％。
当铂族金属(PGM)是铂(Pt)和钯(Pd)的组合时，则Pt和Pd的组合可选自由以下组成的组：单独负载的Pt和Pd、Pt和Pd的混合物、Pt和Pd的合金、以及Pt和Pd的混合物和合金两者。当PGM单独负载Pt和Pd时，则Pt和Pd的颗粒负载在分子筛的单独位点上。Pt和Pd的混合物或合金优选是双金属的。
优选地，分子筛包含铂族金属(即如上所定义的)作为唯一的过渡金属，优选唯一的铂族金属(即除了明确列举的那些以外不存在其他铂族金属)。
催化材料可优选基本上由以下组成：(i)铂族金属(PGM)和/或其氧化物；和(ii)如本文所定义的分子筛；其中铂族金属(PGM)选自由以下组成的组：铂(Pt)、钯(Pd)以及铂(Pt)和钯(Pd)的组合。
PGM负载在分子筛上。在本上下文中，术语“负载的”是指与分子筛缔合的PGM。通常，PGM与分子筛的硅烷醇基团缔合(例如作为离子缔合或作为共价缔合)。不受理论的束缚，据信活性PGM位点与硅烷醇基团(诸如硅烷醇巢位点)和/或末端Si-OH(或Si-O-)基团缔合，该硅烷醇基团可存在于分子筛的外表面上和/或腔体内。
一些PGM可位于分子筛的孔内。催化材料可具有至少1重量％(即催化材料的PGM的量)的位于分子筛的孔内的PGM，优选至少5重量％，更优选至少10重量％。分子筛的孔内的PGM的量可使用常规技术或通过SAE 2013-01-0531中所述的方法来测定。
催化材料可具有≤75重量％(即催化材料的PGM的量)的位于分子筛的孔内的PGM，优选≤50重量％。
分子筛具有包含硅、氧和钛的骨架，并且具有≤约0.20mol％的杂原子T-原子含量。
如本领域已知的，术语“T-原子”是“四面体配位原子”的缩写，其存在于分子筛的骨架中。
本文在“T-原子”的上下文中使用的术语“杂原子”是指非硅、非氧和非钛的原子(即非硅、非钛、非氧杂原子)，优选非硅、非锗、非钛和非氧的原子(即非硅、非锗、非钛和非氧杂原子)。分子筛可具有包含一个或多个杂原子T-原子的骨架。杂原子可例如选自由以下组成的组：铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)、锌(Zn)、铁(Fe)、钒(V)以及它们中的任意两者或更多者的组合。更优选地，杂原子选自由以下组成的组：铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)、锌(Zn)、铁(Fe)以及它们中的任意两者或更多者的组合。
分子筛可具有基本上由硅、氧、钛、锗和杂原子T-原子组成的骨架。优选地，分子筛具有基本上由硅、氧、钛和杂原子T-原子组成的骨架。更优选地，分子筛可具有基本上由硅、氧和钛组成的骨架(例如作为骨架的组成原子)，其中钛的量如本文所定义(例如杂原子T-原子的含量为0.00mol％)。
分子筛可优选具有＜约0.17mol％、更优选≤约0.15mol％、诸如＜约0.15mol％、甚至更优选≤约0.12mol％(例如＜约0.12mol％)的杂原子T-原子含量。
任选地，分子筛可具有≥约0.001mol％、优选≥约0.010mol％、更优选≥约0.020mol％的杂原子T-原子含量。
在一些情况下，分子筛可不具有一定含量的杂原子T-原子(即，分子筛不包含杂原子T-原子)。
当分子筛具有包含锗的骨架时，则锗(例如锗T-原子)的量可以≤约20mol％，任选地≤10mol％。
钛以1mol％至3mol％、优选地2mol％的量存在于分子筛中。
分子筛可以是微孔的或中孔的。根据“微孔的”和“中孔的”的IUPAC定义(参见Pure&Appl.Chem.，66(8)，(1994)，1739-1758)，微孔分子筛具有直径小于2nm的孔，并且中孔分子筛具有直径为2nm至50nm的孔。
分子筛可以是中孔的。当分子筛是中孔分子筛时，则通常中孔分子筛可选自由以下组成的组：MCM-41、MCM-48、MCM-50、FSM-16、AMS、SBA-1、SBA-2、SBA-3、SBA-15、HMS、MSU、SBA-15和KIT-1。
通常，分子筛(特别是当分子筛是微孔时)具有选自由以下组成的组的骨架类型：AEI、AFI、AFX、ANA、AST、ASV、ATS、BCT、BEA、BEC、BOF、BOG、BRE、CAN、CDO、CFI、CGS、CHA、-CHI、CON、DAC、DDR、DOH、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、FAR、FAU、FER、GON、HEU、IFR、IFW、IFY、IHW、IMF、IRN、IRR、-IRY、ISV、ITE、ITG、ITH、ITN、ITR、ITT、ITV、ITW、IWR、IWS、IWV、IWW、JOZ、KFI、LEV、LOV、LTA、LTF、MAZ、MEI、MEL、MEP、MER、MFI、MFS、MOR、MOZ、MRE、MSE、MSO、MTF、MTN、MTT、MTW、MVY、MWW、NAB、NES、NON、NSI、OBW、OFF、OKO、PAU、PCR、PHI、POS、RHO、-RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RUT、RWR、RWY、SEW、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFS、SFV、SFW、SGT、SOD、SOF、SSF、-SSO、SSY、STF、STI、STO、STT、STW、-SVR、SVV、SZR、TON、TUN、UFI、UOS、UOV、UTL、UWY、VET、VNI和VSV。上述三字母代码中的每一个均表示根据“IUPAC沸石命名委员会”和/或“国际沸石协会结构委员会”的骨架类型。
优选的是，分子筛是沸石。沸石可称为含二氧化硅的沸石，诸如硅质沸石。沸石可以是钛硅酸盐沸石。因此，沸石可以是具有低含量的杂原子T-原子诸如铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)和任选地还有锌(Zn)、铁(Fe)的硅质(即含高二氧化硅)沸石。
硅质沸石或纯二氧化硅沸石可以是选自下表的沸石。
如本领域已知的，硅质沸石具有包含SiO4四面体的骨架。
通常优选的是，分子筛(特别是当分子筛是沸石时)具有选自由以下组成的组的骨架类型：AEI、ANA、ATS、BEA、CDO、CFI、CHA、CON、DDR、ERI、FAU、FER、GON、IFR、IFW、IFY、IHW、IMF、IRN、-IRY、ISV、ITE、ITG、ITN、ITR、ITW、IWR、IWS、IWV、IWW、JOZ、LTA、LTF、MEL、MEP、MFI、MRE、MSE、MTF、MTN、MTT、MTW、MVY、MWW、NON、NSI、RRO、RSN、RTE、RTH、RUT、RWR、SEW、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFS、SFV、SGT、SOD、SSF、-SSO、SSY、STF、STO、STT、-SVR、SVV、TON、TUN、UOS、UOV、UTL、UWY、VET、VNI。更优选地，分子筛或沸石具有选自由以下组成的组的骨架类型：BEA、CDO、CON、MEL、MWW、MFI和FAU，甚至更优选地，骨架类型选自由以下组成的组：BEA和MFI。最优选地，沸石具有MFI骨架。
沸石可选自小孔沸石(即具有八个四面体原子的最大环尺寸的沸石)、中孔沸石(即具有十个四面体原子的最大环尺寸的沸石)和大孔沸石(即具有十二个四面体原子的最大环尺寸的沸石)。
本领域已知的各种方法用于制备具有高二氧化硅含量(例如高SAR)和特定骨架类型和孔径的分子筛，特别是沸石。许多用于制备负载在沸石上的过渡金属(诸如铂族金属)的方法也是已知的。例如，参见WO 2012/166868。
分子筛或沸石可以是小孔分子筛或沸石。小孔分子筛或沸石优选具有选自由以下组成的组的骨架类型：AEI、AFX、ANA、CDO、CHA、DDR、EAB、EDI、EPI、ERI、IHW、ITE、ITW、KFI、LEV、MER、NSI、PAU、PHI、RHO、RTH、UFI和VNI。更优选地，小孔分子筛或沸石具有为CHA、CDO或DDR的骨架类型。
分子筛或沸石可以是中孔分子筛或沸石。中孔分子筛或沸石优选具有选自由以下组成的组的骨架类型：MFI、MEL、MWW和EUO。更优选地，中孔分子筛或沸石具有选自由以下组成的组的骨架类型：MFI、MEL和MWW，诸如MFI。
分子筛或沸石可以是大孔分子筛或沸石。大孔分子筛或沸石优选具有选自由以下组成的组的骨架类型：AFI、CON、BEA、FAU、MOR和EMT。更优选地，大孔分子筛或沸石具有选自由以下组成的组的骨架类型：AFI、BEA、CON和FAU，诸如BEA。
优选地，分子筛或沸石为固体。更优选地，分子筛或沸石为颗粒形式。
当分子筛或沸石为颗粒形式时，则通常分子筛或沸石具有0.1微米至20微米(例如5微米至15微米)、诸如0.2微米至15微米(例如0.2微米至10微米或7.5微米至12.5微米)的D50。优选的是，D50为0.5微米至10微米。为了避免疑问，D50(即，中值粒度)测量可通过使用例如Malvern Mastersizer 2000的激光衍射粒度分析获得。该测量是基于体积的技术(即D50也可称为DV50(或D(v,0.50))并且应用数学Mie理论模型来测定粒度分布。
已经发现，当分子筛或沸石具有小粒度分布(即较低的D50)时，则催化材料具有比包含具有较大粒度分布的分子筛或沸石的催化材料高的活性和水热耐久性。不受理论的束缚，据信当分子筛或沸石的粒度降低时，分子筛或沸石的硅烷醇基团位点更容易接近铂族金属。然而，当分子筛或沸石具有较大的粒度分布时，催化材料可显示出更好的耐久性。
优选地，分子筛具有≥1200的SAR。优选的是，SAR为≥1300，诸如≥1500(例如≥1700)，更优选≥2000，诸如≥2200。特别地，当杂原子T-原子是铝时，分子筛或沸石可具有≥1200的SAR。优选的是，SAR为≥1300，诸如≥1500(例如≥1700)，更优选≥2000，诸如≥2200。
当沸石具有丰富的硅烷醇基团时，本发明的催化材料是特别有利的。优选地，分子筛包含至少0.010mmol/g的硅烷醇基团。更优选地，分子筛包含至少0.020mmol/g的硅烷醇基团(例如0.030mmol/g的硅烷醇基团)。硅烷醇基团的量可使用K-吸收法测量，诸如实施例中所述的K-吸收法。已经发现，当分子筛(特别是沸石)含有大量硅烷醇基团时，可获得有利的氧化活性。优选的是，分子筛或沸石包含硅烷醇基团，其中硅烷醇基团具有≥500℃的起始分解温度。起始分解温度可通过差示扫描量热法测量。
具有硅烷醇基团的分子筛或沸石可通过在分子筛或沸石的合成期间去除有机模板或通过合成后处理从分子筛或沸石去除杂原子(例如Al、B、Ga、Zn等)来获得。在一些情况下，硅烷醇基团可以是分子筛或沸石骨架的固有部分。
硅烷醇基团的存在可使用FTIR光谱法测定。
根据另一个方面，提供了一种催化剂制品，该催化剂制品包含在基底中或基底上的本文所述的催化材料。
催化剂制品是适用于排气系统中的组分。典型地，这样的制品是蜂窝整料，其也可以被称为“砖”。这些具有适于使待处理的气体与催化剂材料接触以实现排气组分的转换或转化的高表面积构造。其他形式的催化剂制品是已知的并且包括板构造以及包裹的金属催化剂基底。本文所述的催化剂制品适用于所有这些已知形式，但特别优选的是，它采用蜂窝整料的形式，因为这些催化剂提供了成本和制造简单性的良好平衡。
该催化剂制品用于处理来自天然气燃烧发动机的排气。也就是说，催化剂制品用于对来自天然气燃烧发动机的排气进行催化处理，以便在气体被排放到大气中之前转换或转化气体组分，以便满足排放法规。当天然气燃烧时，它会产生二氧化碳和水，但排气中还含有一定量的额外甲烷(和其他短链碳氢化合物)，在排气被排放到大气中之前，这些甲烷需要被催化去除。排气通常还含有大量的水和硫，这些水和硫会累积并使催化剂失活。
催化剂制品可通过将载体涂料施加到基底的表面上和/或通过挤出来制备。催化剂制品可通过制备载体涂料以及使用本领域已知的方法将载体涂料施加到基底上来制造(参见例如，我们的WO 99/47260、WO 2011/080525和WO 2014/195685)。通过挤出制备催化剂制品的方法也是已知的(参见例如，我们的WO 2011/092519)。
催化材料可设置或负载在基底上(例如催化材料以载体涂料的形式施加到基底的表面上)。催化材料可直接设置在基底上(即催化材料与基底的表面接触)。附加地或另选地，催化材料可分散在基底中(例如催化材料是用于形成基底的挤出物的一部分)。因此，基底是包含催化材料的挤出固体本体。
可能的是，当催化材料分散在基底中时(例如氧化催化剂是挤出产品)，所得氧化催化剂可优于将相同催化材料洗涂在基底上的氧化催化剂。当催化材料分散在基底中时(例如，氧化催化剂是挤出产品)，则氧化催化剂可以快速地脱硫，并且与通过将催化材料洗涂到基底上而制造的氧化催化剂相比，氧化催化剂可具有优异的运行稳定性(例如，良好的耐水性和耐氧性)。
挤出的固体本体可包含以下组分或基本上由以下组分组成：(i)5重量％至95重量％的催化材料和(ii)5％至95％的选自由以下组成的组的至少一种组分：粘结剂/基质组分、无机纤维以及它们的组合。
粘结剂/基质组分可选自由以下组成的组：堇青石、氮化物、碳化物、硼化物、尖晶石、难熔金属氧化物、铝硅酸锂、锆石以及它们中的任意两者或更多者的混合物。
难熔金属氧化物可选自由以下组成的组：任选地掺杂的氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆以及它们中的任意两者或更多者的混合物。合适的二氧化硅源，诸如粘土，描述于US2014/0065042 A1中。
无机纤维可选自由以下组成的组：碳纤维、玻璃纤维、金属纤维、硼纤维、氧化铝纤维、二氧化硅纤维、二氧化硅-氧化铝纤维、碳化硅纤维、钛酸钾纤维、硼酸铝纤维和陶瓷纤维。
当催化材料分散在基底中时(例如基底是包含催化材料的挤出固体本体)，则通常基底具有35％至75％的孔隙率。基底的孔隙率可使用本领域已知的常规方法测定，诸如压汞法。
催化剂制品可包含0.3g in-3至5.0g in-3、优选0.4g in-3至3.8g in-3、还更优选0.5g in-3至3.0g in-3(例如1g in-3至2.75g in-3或0.75g in-3至1.5g in-3)、并且甚至更优选0.6g in-3至2.5g in-3(例如0.75g in-3至2.3g in-3)的催化材料的总负载量。
基底可以为流通式基底或过滤式基底。当基底为整料时，则基底可以为流通式整料或过滤式整料。基底可以是蜂窝结构整料。
流通式基底通常包括具有延伸穿过其中的多个通道的蜂窝结构基底(例如金属或陶瓷蜂窝结构基底)，所述通道在两端处开口。
过滤式基底一般包括多个入口通道和多个出口通道，其中入口通道在上游端(即，排气入口侧)处开口并且在下游端(即，排气出口侧)处堵塞或密封，出口通道在上游端处堵塞或密封并且在下游端处开口，并且其中每个入口通道通过多孔结构与出口通道分开。
当基底为过滤式基底时，优选的是，过滤式基底为壁流式过滤器。在壁流式过滤器中，每个入口通道通过多孔结构的壁与出口通道交替地分开，反之亦然。优选入口通道和出口通道以蜂窝状布置进行布置。当存在蜂窝状布置时，优选垂直且横向地邻近入口通道的通道在上游端处被堵塞，反之亦然(即，垂直且横向地邻近出口通道的通道在下游端处被堵塞)。当从任一端观察时，通道的交替堵塞端和开口端呈现棋盘的外观。
原则上，基底可具有任何形状或尺寸。然而，通常选择基底的形状和尺寸以优化催化材料对排气的暴露。
基底可例如具有管状、纤维状或颗粒形式。合适的承载基底的示例包括整体式蜂窝结构堇青石型基底、整体式蜂窝结构SiC型基底、层状纤维或针织织物型基底、泡沫型基底、横流型基底、金属丝网型基底、金属多孔体型基底和陶瓷颗粒型基底。
根据另一个方面，提供了一种压缩天然气燃烧和排气系统，该压缩天然气燃烧和排气系统包括：
(i)天然气燃烧发动机；和
(ii)排气处理系统，该排气处理系统包括用于接收来自该燃烧发动机的排气的进气口和如本文所述的催化剂制品，该催化剂制品被布置成接收和处理该排气。
天然气燃烧发动机是用于燃烧天然气的发动机。优选地，天然气燃烧发动机为固定式发动机，优选燃气轮机或发电系统。在固定应用中，天然气燃烧可被配置为在贫燃或化学计量条件下持续操作。在此类系统中，燃烧条件和燃料组成通常在长操作时间内保持恒定。这意味着，与移动应用相比，具有去除水分污染物的再生步骤的机会较少。因此，本文所述的益处对于固定应用可以是特别有益的。即，当再生催化剂的机会有限时，特别希望提供一种具有高耐湿性的催化剂。应当理解，贫燃和化学计量体系类型两者均可用于一系列不同的应用。
排气处理系统是适用于处理来自燃烧发动机的排气的系统。排气处理系统包括用于接收来自燃烧发动机的排气的进气口和催化剂制品，该催化剂制品被布置成接收和处理排气。
附图说明
现在将结合以下非限制性附图来进一步讨论本发明，其中：
图1示出了通过本发明实现的水热耐久性的改善。
实施例
现在将结合以下非限制性实施例来进一步描述本发明，其中制备了粉末状催化剂样品。
实施例1
实施例1的催化剂具有含钯MFI沸石，其含有0.1mol％的铝。钯含量为3重量％。
通过使用常规初湿含浸技术用硝酸钯溶液浸渍具有0.1mol％铝的硅质MFI沸石的粉末样品来制备实施例1的催化剂。在浸渍之后，将样品在80℃下干燥5小时，并在静态烘箱中在500℃下在空气中煅烧2小时。
实施例2
实施例2的催化剂具有含钯MFI沸石，其含有17mol％的锗。钯含量为3重量％。
通过使用常规初湿含浸技术用硝酸钯溶液浸渍具有17mol％锗的硅质MFI沸石的粉末样品来制备实施例2的催化剂。在浸渍之后，将样品在80℃下干燥5小时，并在静态烘箱中在500℃下在空气中煅烧2小时。
实施例3
实施例3的催化剂具有含钯MFI沸石，其含有2mol％的钛。钯含量为3重量％。
通过使用常规初湿含浸技术用硝酸钯溶液浸渍具有2mol％钛的硅质MFI沸石的粉末样品来制备实施例3的催化剂。在浸渍之后，将样品在80℃下干燥5小时，并在静态烘箱中在500℃下在空气中煅烧2小时。
实施例4
实施例4的催化剂具有含钯MFI沸石，其含有5mol％的铝。钯含量为3重量％。
通过使用常规初湿含浸技术用硝酸钯溶液浸渍具有5mol％铝的硅质MFI沸石的粉末样品来制备实施例4的催化剂。在浸渍之后，将样品在80℃下干燥5小时，并在静态烘箱中在500℃下在空气中煅烧2小时。
实施例5
实施例5的催化剂具有负载在氧化铝上的钯。钯含量为3重量％。
通过使用常规初湿含浸技术用硝酸钯溶液浸渍氧化铝的粉末样品来制备实施例5的催化剂。在浸渍之后，将样品在80℃下干燥5小时，并在静态烘箱中在500℃下在空气中煅烧2小时。
在合成催化活性测试(SCAT)中通过使包含1120ppm CH4、65ppm作为C2H6、800ppmCO、9％ O2、10％ H2O、6％ CO2、余量N2的气体混合物以100,000h-1的空速在一温度范围下(以5℃/分钟的升温速率从250℃升温至450℃)流过催化剂来测试实施例1至5的催化剂的新鲜和老化的粉末样品的甲烷转化活性。通过在700℃的温度下在空气中在10％ H-2-O中老化40小时来获得老化的催化剂。
如图1所示，与在含钯MFI沸石中采用氧化铝或与采用氧化铝载体材料相比，采用2mol％的量的钛导致更好的新鲜甲烷转化率。此外，这样的含钛催化剂的新鲜和老化活性非常相似，从而证明在分子筛内以2mol％的量存在钛改善了含钯沸石的水热耐久性。当含钯沸石用于处理来自天然气发动机的排气时，改善含钯沸石的水热耐久性是特别有利的，因为这是高水分的。
如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代。术语“包括”的使用旨在被解释为包括此类特征但不排除其他特征，并且还旨在包括必须限于所描述的那些特征的特征选项。换句话说，该术语还包括限制“基本上由......组成”(旨在表示可存在特定的另外的部件，前提条件是它们不实质性地影响所描述的特征的基本特性)和“由......组成”(旨在表示可不包括其他特征，使得如果这些部件以它们的比例的百分比来表达，则这些将合计达100％，同时考虑任何不可避免杂质)，除非上下文另有明确说明。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”等在本文中可用于描述各种元件、层和/或部分，但所述元件、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、层或部分与另一个元件、层或部分或另外的元件、层或部分区分开。应当理解，术语“在……上”旨在表示“直接在……上”，使得在被称为在另一材料“上”的一种材料之间不存在中间层。空间相对术语，诸如“在……下方(under)”、“在……下面(below)”、“在……以下(beneath)”、“在……之下(lower)”、“在……上方(over)”、“在……上面(above)”、“在……之上(upper)”等，可在本文中使用以便于描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了附图中所描绘的取向之外的装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果如本文所述的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方”或“上面”。因此，示例术语“在……下方”可涵盖上方和下方两种取向。装置可以其他方式取向，并且本文所用的空间相对描述符被相应地解释。
以上详细描述已通过解释和说明的方式提供，并且不旨在限制所附权利要求的范围。本文所示的目前优选的实施方案的许多变型形式对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的，并且保持在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (15)

1.一种用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料，所述催化材料包含分子筛和负载在所述分子筛上的铂族金属(PGM)，其中所述分子筛具有包含硅、氧、钛和任选的锗的骨架，并且具有≤约0.20mol％的非钛杂原子T-原子含量，
其中所述钛以1mol％至3mol％的量存在。
2.根据权利要求1所述的催化材料，其中所述杂原子T-原子选自由以下组成的组：铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)、锌(Zn)、铁(Fe)、钒(V)以及它们中的任意两者或更多者的组合。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的催化材料，其中所述骨架基本上由硅、氧、钛和杂原子T-原子组成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的催化材料，其中所述分子筛是沸石，优选MFI沸石。
5.根据前述权利要求中任一项所述的催化材料，其中所述铂族金属(PGM)的总量为0.01重量％至30重量％。
6.根据权利要求5所述的催化材料，其中所述铂族金属(PGM)选自由以下组成的组：钯(Pd)以及铂(Pt)和钯(Pd)的组合。
7.根据权利要求6所述的催化材料，其中钯的总量为0.1重量％至20重量％。
8.根据任一前述权利要求所述的催化材料，其中所述分子筛具有≥1200的SAR。
9.根据任一前述权利要求所述的催化材料，其中所述分子筛包含至少0.010mmol/g的硅烷醇基团。
10.一种催化剂制品，所述催化剂制品包含在基底上的根据权利要求1至9中任一项所述的催化材料。
11.根据权利要求10所述的催化剂制品，其中所述催化材料作为所述基底上的载体涂料提供。
12.根据权利要求11所述的催化剂制品，其中载体涂料负载量为1g/ft3至50g/ft3。
13.一种催化剂制品，所述催化剂制品包含分散在基底中的根据权利要求1至9中任一项所述的催化材料。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的催化剂制品，其中所述基底是流通式基底或过滤式基底。
15.一种压缩天然气燃烧和排气系统，所述压缩天然气燃烧和排气系统包括：
(i)天然气燃烧发动机；和
(ii)排气处理系统，所述排气处理系统包括用于接收来自所述燃烧发动机的排气的进气口和根据权利要求10至13中任一项所述的催化剂制品，所述催化剂制品被布置成接收和处理所述排气。
CN202280076978.9A 2021-12-20 2022-12-19 用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料 Pending CN118265573A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163265727P 2021-12-20 2021-12-20
US63/265,727 2021-12-20
PCT/GB2022/053288 WO2023118829A1 (en) 2021-12-20 2022-12-19 A catalytic material for treating an exhaust gas produced by a natural gas engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118265573A true CN118265573A (zh) 2024-06-28

Family

ID=84923205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280076978.9A Pending CN118265573A (zh) 2021-12-20 2022-12-19 用于处理由天然气发动机产生的排气的催化材料

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230191382A1 (zh)
KR (1) KR20240090650A (zh)
CN (1) CN118265573A (zh)
GB (1) GB2616705A (zh)
TW (1) TW202330102A (zh)
WO (1) WO2023118829A1 (zh)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9805815D0 (en) 1998-03-19 1998-05-13 Johnson Matthey Plc Manufacturing process
CN101274765B (zh) * 2007-03-30 2011-11-30 中国石油化工股份有限公司 一种含贵金属的微孔钛硅材料及其制备方法
GB201000019D0 (en) 2010-01-04 2010-02-17 Johnson Matthey Plc Coating a monolith substrate with catalyst component
US8641993B2 (en) 2010-02-01 2014-02-04 Johnson Matthey Public Limited Co. NOx absorber catalysts
US20120308439A1 (en) 2011-06-01 2012-12-06 Johnson Matthey Public Limited Company Cold start catalyst and its use in exhaust systems
GB201311615D0 (en) 2013-06-03 2013-08-14 Johnson Matthey Plc Method of coating a substrate with a catalyst component
DE102013021750A1 (de) * 2013-12-20 2015-06-25 Clariant International Ltd. Titanhaltige Zeolithkatalysatoren zur Oxidation von Methan in Abgasströmen
GB201504986D0 (en) 2015-02-13 2015-05-06 Johnson Matthey Plc Oxidation catalyst for treating a natural gas emission

Also Published As

Publication number Publication date
TW202330102A (zh) 2023-08-01
GB2616705A (en) 2023-09-20
WO2023118829A1 (en) 2023-06-29
KR20240090650A (ko) 2024-06-21
US20230191382A1 (en) 2023-06-22
GB202219134D0 (en) 2023-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
GB2543401B (en) Oxidation catalyst for treating a natural gas emission
JP6007306B2 (ja) アンモニア酸化触媒、および排気ガス浄化装置並びに排気ガス浄化方法
US8038954B2 (en) CSF with low platinum/palladium ratios
JP4497560B2 (ja) フォーウエイディーゼル排気ガス触媒および使用方法
US8207078B2 (en) Close coupled catalyst for purification of exhaust gas and the preparation thereof
KR20180025320A (ko) 디젤 산화 촉매
JP2007534467A (ja) リーンバーンエンジンからの排気ガスから汚染物質を除去するための酸化鉄で安定化された貴金属触媒
KR102099165B1 (ko) 배기 가스를 처리하기 위한 지지된 귀금속 촉매
GB2556421A (en) Oxidation catalyst for hydrocarbons produced by an internal combustion engine
GB2552262A (en) Oxidation catalyst for a stoichiometric natural gas engine
US6126912A (en) Process and catalyst comprising at least one EU-1 and/or NU-86 and/or NU-87 zeolite for reducing oxides of nitrogen in an oxidizing medium
US20230191382A1 (en) Catalytic material for treating an exhaust gas produced by a natural gas engine
US20230191374A1 (en) Catalytic material for treating an exhaust gas produced by a natural gas engine
KR100622027B1 (ko) 고분산 귀금속 담지 혼합 금속산화물 탈질촉매 및 이의제조방법
RU2776705C2 (ru) Каталитическое изделие с активным субстратом scr, слоем катализатора нейтрализации проскока аммиака и слоем scr для использования в системе обработки выхлопов
Gregori et al. Lean NO x trap catalyst
Montoro et al. Automotive Internal Combustion Gas Reduction using CuZSM-5 in a Catalytic Converter
JPH10328570A (ja) 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法並びに排気ガス浄化方法
JP2002079107A (ja) 排ガス浄化用触媒

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination