DE102018204797A1 - Ein katalysator zur behandlung eines abgases, ein abgassystem und ein verfahren - Google Patents

Ein katalysator zur behandlung eines abgases, ein abgassystem und ein verfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102018204797A1
DE102018204797A1 DE102018204797.9A DE102018204797A DE102018204797A1 DE 102018204797 A1 DE102018204797 A1 DE 102018204797A1 DE 102018204797 A DE102018204797 A DE 102018204797A DE 102018204797 A1 DE102018204797 A1 DE 102018204797A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
exhaust gas
zeolite
composition
mfi
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.)
Ceased
Application number
DE102018204797.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Silvia Alcove Clave
Paul Andersen
Maria Brandmair
Manop HUBER
Michael Nash
David Repp
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 DE102018204797A1 publication Critical patent/DE102018204797A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • B01J29/70—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
    • B01J29/78—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65 containing arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • 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
    • B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625—Nitrogen oxides
    • B01D53/8628—Processes characterised by a specific catalyst
    • 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
    • B01D53/14—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 by absorption
    • B01D53/1431—Pretreatment by other 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
    • B01D53/8637—Simultaneously removing sulfur oxides and nitrogen oxides
    • 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
    • B01D53/8665—Removing heavy metals or compounds thereof, e.g. mercury
    • 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
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • 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
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • 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
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • 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
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9436—Ammonia
    • 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
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
    • 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
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/28—Molybdenum
    • 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
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/30—Tungsten
    • 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
    • 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
    • B01J29/48—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 arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • 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
    • F01N3/18—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 methods of operation; Control
    • F01N3/20—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 methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • 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
    • F01N3/18—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 methods of operation; Control
    • F01N3/20—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 methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2062—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2067—Urea
    • 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
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20723—Vanadium
    • 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
    • B01D2255/20769—Molybdenum
    • 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
    • B01D2255/20776—Tungsten
    • 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
    • B01D2255/50—Zeolites
    • B01D2255/504—ZSM 5 zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/60—Heavy metals or heavy metal compounds
    • B01D2257/602—Mercury or mercury compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0233—Other waste gases from cement factories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B01D2258/0291—Flue gases from waste incineration plants
    • 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
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/64—Heavy metals or compounds thereof, e.g. mercury
    • 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
    • B01J2229/186—After treatment, characterised by the effect to be obtained to introduce other elements into or onto the molecular sieve itself not in framework positions
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Ein Katalysator zur Behandlung eines Abgases, das SO, NOund elementares Quecksilber umfasst, in der Gegenwart eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, umfasst eine Zusammensetzung, enthaltend Oxide von: (i) Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W); (ii) Vanadium (V); (iii) Titan (Ti); und (iv) ein MFI-Zeolith, wobei die Zusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, Folgendes umfasst: (i) 1 bis 6 Gew.-% MoOund/oder 1 bis 10 Gew.-% WO; und (ii) 0,1 bis 3 Gew.-% VO; und (iii) 48,5 bis 94,5 Gew.-% TiO; und (iv) 35 bis 50 Gew.-% MFI-Zeolith.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator zur Behandlung eines Abgases. Insbesondere betrifft sie einen Katalysator, welcher ein hohes Maß an Aktivität zum Oxidieren von elementarem Quecksilber (Hg), das in einem Kohleverbrennungsabgas und dergleichen enthalten ist, sowie ein hohes Maß an Aktivität zur Reduzierung von im Gas enthaltenen Stickoxiden in der Gegenwart eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, wie Ammoniak, und das die Oxidation von in Gas enthaltendem SO2 zu SO3 minimiert, beibehält. Das heißt, der Katalysator ist dafür ausgelegt, selektiv elementares Quecksilber gegenüber dem Oxidieren von SO2 zu oxidieren. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Abgasbehandlungsverfahren unter Verwendung des Katalysators und ein Abgassystem zur Durchführung des Verfahrens.
  • Kraftwerke nutzen oft fossile Brennstoffe als Energiequelle, wie Kohle, Öl oder Erdgas bzw. Naturgas, und die Verbrennung von diesen Brennstoffen erzeugt Abgas, das behandelt werden muss, um Stickstoffoxide (NOx), inklusive NO (Stickoxid), NO2 (Stickstoffdioxid) und N2O (Distickstoffoxid), zu entfernen. Das in Kraftwerken erzeugte Abgas ist allgemein oxidativ, und das NOx muss selektiv mit einem Katalysator und einem Reduktionsmittel, bei dem es sich typischerweise um Ammoniak oder einen kurzkettigen Kohlenwasserstoff handelt, reduziert werden. Der Prozess, bekannt als selektive katalytische Reduktion (SCR), wurde umfassend in den 1970ern für die Entfernung von NOx aus Abgas von Kraftwerken und dergleichen erforscht.
  • Kohle und Öl enthalten verschiedene Mengen an Schwefel. Die Behandlung von Abgas aus diesen Anlagen mit Hilfe von SCR verlangt die Aufrechterhaltung einer hohen NOx-Reduktionseffizienz unter gleichzeitiger Minimierung der SO2-Oxidation. Zahlreiche SCR-Katalysatoren sind wirksam bei der Umwandlung von NOx zu Stickstoff und Wasser in Gegenwart von Ammoniak. Jedoch tritt eine unerwünschte Nebenreaktion, die Oxidation von SO2 zu SO3, häufig zusammen mit einer NOx-Reduktion auf. Die Bildung von Schwefeltrioxid (SO3), einer Komponente von saurem Regen, muss kontrolliert werden.
  • Somit ist ein Katalysator, der die Rate der NOx-Reduktion (kNOx) maximiert, während er gleichzeitig die Rate der SO2-Oxidation (kSOx) minimiert, hoch erwünscht. Aus diesem Grund ist in den letzten Jahren die Nachfrage insbesondere nach einem NOx-Entfernungs-Katalysator gestiegen, der eine geringe Menge an SO2-Oxidation erzeugt. Im Allgemeinen enthält ein solcher NOx-Entfernungs-Katalysator eine kleine Menge an Vanadium, das eine aktive Komponente des Katalysators ist.
  • Es ist bekannt, dass Hg, Pb, F und andere Spurenbestandteile, die in Rauchgas bzw. Verbrennungsgas enthalten sind, das aus Kraftwerken und Fabriken verschiedener Typen abgegeben wird, zu Gesundheitsproblemen führen. Dies kommt zusätzlich zu NOx und SOx, die in einem solchen Rauchgas enthalten sind, hinzu.
  • Es ist daher erwünscht, einen Katalysator bereitzustellen, welcher imstande ist, selektiv Quecksilber zu oxidieren, das von einem kohlebefeuerten Boiler meistens in der Form von elementarem Quecksilber mit einem hohen Dampfdruck abgegeben wird, während NOx in dem Abgas reduziert wird und während die Oxidation von SOx minimiert wird. In den herkömmlichen Kraftwerk-SCR-Katalysatoren wird die Hg-Oxidationsaktivität vorwiegend durch Vanadiumoxid bereitgestellt, wobei es sich um eine aktive Komponente handelt, und auf diese Weise kann eine Aktivität von oxidierendem elementarem Quecksilber (Hg) durch Erhöhen des Vanadiumgehalts (V-Gehalt) verstärkt werden. Da aber ein Vanadiumoxid nicht nur eine hohe Hg-Oxidationsaktivität, sondern auch eine SO2-Oxidationsaktivität besitzt, fördert eine Erhöhung des V-Gehalts die SO2-Oxidation, und das resultierende SO3 kann zu einer Rauchpollution bzw. -verunreinigung und der Bildung von saurem Regen beitragen.
  • Das hoch flüchtige Quecksilber (elementares Quecksilber, Hg) wird typischerweise durch V zu einer Quecksilberverbindung (z. B. Quecksilberchlorid) oxidiert. Anschließend wird die so oxidierte Quecksilberverbindung zusammen mit Verbrennungsasche oder Gips mittels eines nassen Skrubbers, eines elektrischen Staubabscheiders oder einer Entschwefelungsapparatur, die stromabwärts von dem Abgas-Behandlungssystem angeordnet sind, entfernt. In solchen bekannten Systemen dient ein Katalysator, der Titanoxid und ein Oxid eines Metalls (z. B. Vanadium) enthält, als eine aktive Komponente.
  • Dem entsprechend müssen SCR-Katalysatoren für kohlebefeuerte Kraftwerke eine relativ hohe SCR-Aktivität, eine relativ hohe Hg-Oxidationsaktivität und eine relativ niedrige SO2-Oxidationsaktivität aufweisen. Berichte in der Literatur haben gezeigt, dass eine Erhöhung von Vanadium- und Molybdän-Beladungen in SCR-Katalysatoren vom Plattentyp die Hg-Oxidationsaktivität erhöht.
  • So ist ein herkömmlicher Katalysator einem Kompromiss zwischen der Hg-Oxidationsaktivität einerseits und der SO2-Oxidationsaktivität andererseits ausgesetzt und kann typischerweise weder eine relativ hohe Hg-Oxidationsaktivität noch eine relativ niedrige SO2-Oxidationsaktivität bereitstellen. Angesichts des zuvor Gesagten ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Kompromissproblem des herkömmlichen Katalysators zu überwinden und einen Abgas-reinigenden Katalysator bereitzustellen, der die vorgenannte Voraussetzung betreffend die Hg-Oxidationsaktivität und die SO2-Oxidationsaktivität erfüllt; d. h. ein Abgas-reinigender Katalysator, welcher spezifisch die prozentuale SO2-Oxidation reduziert und dabei gleichzeitig die prozentuale Hg-Oxidation auf einem relativ hohen Level hält.
  • Die WO 2014/027207 A1 offenbart eine Katalysatorzusammensetzung zur Behandlung von Abgas, die eine Mischung aus einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente umfasst, wobei die erste Komponente eine Aluminosilikat- oder Ferrosilikat-Molekülsieb-Komponente ist, wobei das Molekülsieb entweder in H+-Form vorliegt oder im ionenausgetauschten Zustand mit einem oder mehreren Übergangsmetallen vorliegt und die zweite Komponente ein auf einem Metalloxidträger geträgertes Vanadiumoxid ist, welcher aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkonoxid, Ceroxid, Silica und Kombinationen davon gewählt ist. Ebenfalls bereitgestellt werden Verfahren, Systeme und katalytische Artikel, in die solche Katalysatormischungen eingebracht sind oder die diese nutzen.
  • Die US 2002/004446 offenbart einen Katalysatorkörper zum Aufspalten von Stickstoffoxid in Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wobei der Katalysatorkörper Folgendes umfasst: ein aktives Material, das einen Wasserstoffionen-ausgetauschten Säure-Zeolith und eine aktive Komponente enthält, wobei das aktive Material 40 - 60 Gewichts-% des genannten Zeolithen und 40 - 60 Gewichts-% der genannten aktiven Komponente enthält, wobei die aktive Komponente 70 - 95 Gewichts-% Titandioxid, 2 - 30 Gewichts-% Wolframtrioxid, 0,1 - 10 Gewichts-% Aluminiumoxid und 0,1 - 10 Gewichts-% Siliziumdioxid enthält.
  • Die US 2013/190166 A1 offenbart einen NOx-Reduktionskatalysator für Abgas, welcher aus einer Katalysatorzusammensetzung zusammengesetzt ist, die Titan (Ti), ein Oxid von Phosphor, Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W), Oxid von Vanadium (V) und Zeolith mit hohem Silicagehalt umfasst, ein SiO2/Al2O3-Verhältnis von nicht weniger als 20 aufweisend, erhalten durch Kneten in Anwesenheit von Wasser, Trocknen und Kalzinieren von (1) Titanoxid und Phosphorsäure oder einem Ammoniumsalz von Phosphorsäure in einer Menge von mehr als 1 Gewichts-% und nicht mehr als 15 Gewichts-% relativ zu dem Titanoxid in Bezug auf H3PO4, (2) einer Oxosäure oder eines Oxosäuresalzes von Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W) und eines Oxosäuresalzes von Vanadium (V) respektive Vanadylsalzes in einer Menge von mehr als 0 Atom-% und nicht mehr als 8 Atom-% relativ zu dem Titanoxid und (3) Zeolith mit hohem Silicagehalt in einer Menge von mehr als 0 Gewichts-% und nicht mehr als 20 Gewichts-% relativ zu dem Titanoxid.
  • Die JP 4994008B offenbart Katalysator-gepackte Schichten, die aus ersten, zweiten und dritten Schichten von einem Abgaseinlassteil in dieser Reihenfolge aufgebaut sind. Der Katalysator der ersten Schicht ist aus einer Komponente mit reduzierender Aktivität von Stickstoffoxiden durch NH3 oder dessen Vorstufe und Aktivität zur Oxidation von metallischem Quecksilber zu oxidiertem Quecksilber aufgebaut. Der Katalysator der zweiten Schicht ist so zusammengesetzt, dass er sowohl eine erste Komponente mit reduzierender Aktivität von Stickstoffoxiden durch NH3 oder dessen Vorstufe und Aktivität zur Oxidation von metallischem Quecksilber als auch eine zweite Komponente mit oxidierender Abbauaktivität von NH3 aufweist, wobei die Katalysatoroberflächen mit der Komponente mit reduzierender Aktivität von Stickstoffoxiden durch NH3 oder dessen Vorstufe und Aktivität zur Oxidation von metallischem Quecksilber überzogen sind. Der Katalysator der dritten Schicht ist aus dem gleichen Katalysator der ersten oder zweiten Schicht aufgebaut.
  • Die WO 2015/036748 offenbart einen Katalysator für die Stickoxid-Reduktion in einem Abzugsgas von einer Verbrennungsanlage, wobei der Katalysator eine katalytisch aktive Komponente umfasst, welche Vanadium und eine Opferkomponente, die aus wenigstens einem Molekülsieb und aus einem Tonmineral gewählt ist, umfasst, wobei das wenigstens eine Molekülsieb im Wesentlichen frei von Alkalimetallen und Übergangsmetallen ist, wobei die Opferkomponente Katalysatorgift im Abzugsgas absorbiert.
  • Die US 2015/0071841 offenbart einen Vanadium-SCR-Katalysator zum Reduzieren von Stickoxid im Abzugsgas einer Biomasse-Verbrennungsanlage. Der Katalysator umfasst eine Opferkomponente, die aus einem Zeolith und/oder einem Tonmineral, insbesondere Halloysit, gewählt ist. Während des Betriebs werden in dem Abgas enthaltene Katalysatorgifte, insbesondere Alkalimetalle, durch die Opferkomponente absorbiert, so dass katalytisch aktive Zentren des Katalysators nicht durch die Katalysatorgifte blockiert werden.
  • Diese Erfindung beschreibt einen Katalysator mit relativ hoher SCR (NOx-Reduktions)-Aktivität und Hg-Oxidationsaktivität und gleichzeitig einer relativ geringen SO2-Oxidationsaktivität. Demzufolge ist es ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Katalysator, Verfahren und/oder System im Vergleich zum Stand der Technik bereitzustellen, oder wenigstens eine kommerziell nützliche Alternative dazu bereitzustellen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Katalysator zur Behandlung eines Abgases, das SO2, NOx und elementares Quecksilber umfasst, in der Gegenwart eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels bereitgestellt, wobei der Katalysator eine Zusammensetzung umfasst, welche Oxide von:
    1. (i) Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W);
    2. (ii) Vanadium (V);
    3. (iii) Titan (Ti); und
    4. (iv) ein MFI-Zeolith enthält,
    wobei die Zusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, Folgendes umfasst:
    • (i) 1 bis 6 Gew.-% MoO3 und/oder 1 bis 10 Gew.-% WO3; und
    • (ii) 0,1 bis 3 Gew.-% V2O5; und
    • (iii) 48,5 bis 94,5 Gew.-% TiO2; und
    • (iv) 35 bis 50 Gew.-% MFI-Zeolith.
  • Die vorliegende Offenbarung wird nunmehr weiter beschrieben. In den folgenden Abschnitten werden verschiedene Aspekte/Ausführungsformen der Offenbarung ausführlicher definiert. Jede(r) so definierte Aspekt/Ausführungsform kann mit jedem bzw. jeder anderen Aspekt/Ausführungsform oder Aspekten/Ausführungsformen kombiniert werden, wenn nicht eindeutig etwas anderes angegeben ist. Insbesondere kann jedes Merkmal, das als bevorzugt oder vorteilhaft angegeben ist, mit jedem anderen Merkmal oder Merkmalen, die als bevorzugt oder vorteilhaft angegeben sind, kombiniert werden. Es ist beabsichtigt, dass die Merkmale, die in Bezug auf das Produkt offenbart werden, mit denjenigen, die in Bezug auf das Verfahren offenbart werden, kombiniert werden und vice versa.
  • Darüber hinaus kann der Begriff „umfassen(d)“, wie hierin verwendet, für die Definitionen „im Wesentlichen bestehend aus“ oder „bestehend aus“ ausgetauscht werden. Der Begriff „umfassend“ soll bedeuten, dass die genannten Elemente unbedingt erforderlich sind, jedoch andere Elemente hinzugefügt werden können und dennoch ein Konstrukt innerhalb des Umfangs des Anspruchs bilden. Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ beschränkt den Umfang eines Anspruchs auf die spezifizierten Materialien oder Schritte, und diejenigen, die die grundlegende(n) und neue(n) Charakteristik(a) der beanspruchten Erfindung nicht wesentlich beeinflussen. Der Ausdruck „bestehend aus“ beschränkt den Anspruch auf den Einschluss von keinen anderen Materialien als den angeführten, mit Ausnahme von Verunreinigungen, die für gewöhnlich damit verbunden sind.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator zur Behandlung eines Abgases, welches SO2, NOx und elementares Quecksilber umfasst. Diese Gase sind in den Abgasen von bestimmten Verbrennungssystemen, und insbesondere denjenigen von den Boilern von Kohle- oder Öl-Kraftwerken eingeschlossen.
  • Der Katalysator hat die Wirkung, das Abgas in Anwesenheit eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels zu behandeln. Vorzugsweise ist das stickstoffhaltige Reduktionsmittel Ammoniak, Hydrazin oder eine Ammoniak-Vorstufe, das aus der aus Harnstoff ((NH2)2CO), Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumformiat oder einer Mischung von zwei oder mehreren davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Systeme zum Dosieren dieser Mittel in Abgasströme sind im Fachbereich wohlbekannt.
  • Der Katalysator umfasst eine Zusammensetzung. Die Zusammensetzung enthält Oxide von Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W). Diese sind vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 6 Gew.-% MoO3 und/oder 1 bis 10 Gew.-% WO3 vorhanden. Stärker bevorzugt ist die Gesamtmenge 2 bis 4 Gew.-% an MoO3 oder 4 bis 9 Gew.-% WO3. Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung kein WO3
  • Die Zusammensetzung des Katalysators umfasst Vanadium(V-)oxid. Der Begriff Vanadiumoxid oder VOx bedeutet ein Oxid von Vanadium, vorzugsweise mit Vanadium im +5-Oxidationszustand, dispergiert auf einem Mischoxidträger. Die Hauptoxide von Vanadium sind: Vanadium(II)-oxid (Vanadiummonoxid), VO; Vanadium(III)-oxid (Vanadiumsesquioxid oder -trioxid), V2O3; Vanadium(IV)-oxid (Vanadiumdioxid), VO2; und Vanadium(V)-oxid (Vanadiumpentoxid), V2O3. Wie weiter oben erörtert, ist das V vorhanden, um als ein Oxidationskatalysator zu fungieren. Die Zusammensetzung umfasst 0,1 bis 3 Gew.-% V2O5, vorzugsweise 0,5 bis 2,5 Gew.-% V2O5.
  • Die Katalysatorzusammensetzung umfasst Titan(Ti)-oxid. Das Ti liegt in der Zusammensetzung in einer Menge von 48,5 bis 94,5 Gew.-% TiO2 vor. Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung 75 bis 85 Gew.-% TiO2. Die Ti-Oxide stellen ein katalytisches Grundmaterial für die katalytische Zusammensetzung bereit.
  • Die Zusammensetzung umfasst ein Zeolith. Der Begriff Zeolith soll ein Framework-Aluminosilikat bedeuten, in dem das Verhältnis der Sauerstoffatome zu der Summe der Aluminium- und Siliciumatome 2:1 ist. Als eine Folge davon, dass einige Siliciumatome vom Oxidationszustand IV für Aluminiumatome vom Oxidationszustand III ausgetauscht werden, erwirbt das Framework oder die Frameworkstruktur insgesamt eine negative Ladung. Die negative Ladung wird durch Kationen kompensiert, die sich in der Frameworkstruktur befinden. Die Kationen sind das, was als austauschbare Kationen bekannt ist, die leicht durch andere Kationen, insbesondere Metallkationen, durch Ionenaustausch ersetzt werden können.
  • Ein Zeolith wird auch durch die Tatsache unterschieden, dass die Frameworkstruktur durchgängige bzw. kontinuierliche Poren mit einer charakteristischen Porenbreite aufweist. MFI-Zeolithe sind eine bekannte Klasse von Zeolith, der durch den Struktur-Frameworktyp charakterisiert ist.
  • Zeolithe werden auf Basis des Molverhältnisses von Siliciumoxid zu Aluminiumoxid oder gemäß der charakteristischen Frameworkstruktur, die sich aus dem Molverhältnis ergibt, klassifiziert. Zu Klassifizierungszwecken wird auf den Artikel „Chemical Nomenclature and Formulation of Compositions of Synthetic and Natural Zeolites“ by R. M. Barrer, Pure Appl. Chem. 51 (1979), Seiten 1091 bis 1100, Bezug genommen.
  • Die Zusammensetzung umfasst einen MFI-Zeolith in einer Menge von 4 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung 10 bis 20 Gew.-% MFI-Zeolith. Nützliche MFI-Isotypen schließen ZSM-5, [Fe-Si-0]-MFI, AMS-1 B, AZ-1, Bor-C, Boralit, Encilit, FZ-1, LZ-105, Mutinait, NU-4, NU-5, Silicalit, TS-1, TSZ, TSZ-III, TZ-01, USC-4, USI-108, ZBH, ZKQ-1 B und ZMQ-TB ein, wobei ZSM-5 besonders bevorzugt ist. Typische SiO2/Al2O3-Molverhältnisse für solche Materialien sind 30 bis 100. Solche Zeolithe sind im Fachbereich bekannt und können kommerziell erhalten werden.
  • Anders als im Stand der Technik ist es bei der Katalysatorplatte gemäß der Erfindung nicht bevorzugt, dass der Zeolith des aktiven Materials ein Metallkationen-ausgetauschter ist, d. h. dass die austauschbaren Kationen des Zeoliths für Metallkationen ausgetauscht werden, zum Beispiel von Kupfer oder Eisen. Vielmehr ist es bevorzugt, dass der Zeolith Wasserstoffionen-ausgetauscht ist. Vorzugsweise ist der MFI-Zeolith ein H-MFI-Zeolith. Vorzugsweise ist der MFI-Zeolith ein H-ZSM-5 Zeolith.
  • Der Ausdruck Wasserstoffionen-ausgetauschter saurer Zeolith versteht sich als ein Zeolith, in dem die austauschbaren Kationen vorwiegend für Wasserstoffionen ausgetauscht wurden. Dies kann zum Beispiel durch thermische Umwandlung von Ammonium (NH4 +-) Ionen, die in synthetischen Zeolithen enthalten sind, durch Wasserstoffionenaustausch oder durch Hydrolyse eines mehrfach geladenen kationenhaltigen Zeolith während einer Dehydratisierung erfolgen. In diesem Kontext wird insbesondere auf Kirk-Othmer, „Encyclopedia of Chemical Technology", 3. Ausgabe, Band 15, John Wiley & Sons, New York, 1981, Seiten 640 bis 669, Bezug genommen.
  • Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung nicht Phosphor. P fungiert als ein Gift für die Aktivität einer katalytischen Formulierung.
  • Vorzugsweise bestehen die katalytischen Komponenten der Zusammensetzung aus dem MFI-Zeolith und den Oxiden von Mo, W, V und Ti und am meisten vorzugsweise dem MFI-Zeolith und nur den Oxiden von Mo, V und Ti. Das heißt, vorzugsweise sind alle von den katalytisch aktiven Bestandteilen lediglich die oben aufgelisteten. In einigen Ausführungsformen kann der Katalysator ferner bestimmte Bindemittel und/oder Füllstoffe umfassen, wie weiter unten in Verbindung mit dem Katalysator besprochen. Vorzugsweise ist der Katalysator nur die Zusammensetzung, wie sie hierin beschrieben wird.
  • Der Katalysator ist vorzugsweise auf einem Substrat oder als eine extrudierte Honigwabenstruktur bereitgestellt, um dadurch sein eigenes Substrat zu bilden. Der Begriff „Substrat“ bedeutet ein festes Material, auf den ein Film platziert werden kann.
  • Das Substrat kann in der Form eines Monolith, einer Platte oder eines Flächengebildes, vorzugsweise einer Platte oder eines Flächengebildes, vorliegen. Das Substrat kann aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl, stärker bevorzugt einem nichtrostenden Stahl oder einer FeCr-Legierung, zusammengesetzt sein. Das Substrat ist vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl gefertigt und hat vorzugsweise einen relativ hohen geometrischen Oberflächenbereich. Es kann die Form eines Geflechts, Flächengebildes, einer Platte, eines Monoliths, einer Honigwabe oder dergleichen annehmen. Bevorzugte Substrate sind perforiert, wie in einem Geflecht aus nichtrostendem Stahl. Vorzugsweise kann das Substrat geriffelt, gestapelt und/oder zu stapelbaren Einheiten oder Gruppen angeordnet werden. Das Substrat wird vorzugsweise vor dem Beschichten kalziniert. Zum Beispiel wird ein Geflecht aus nichtrostendem Geflecht vorzugsweise in einem Ofen, auf einer Heizplatte oder ansonsten auf 500°C bis 1000°C, vorzugsweise 600°C bis 900°C vor dem Beschichten erhitzt. Das Substrat kann auch abrasiv behandelt werden, wie durch ein Splitt- oder Sandstrahlen.
  • Vorzugsweise ist der Katalysator ein Plattenkatalysator. Vorzugsweise umfasst die Platte den Katalysator in einer Menge von 0,4 bis 2 kg/m2 und stärker bevorzugt von 0,5 bis 1,0 kg/m2. Plattenkatalysatoren sind im Fachbereich wohlbekannt und enthalten typischerweise ein expandiertes Metallflächengebilde oder perforiertes Metallflächengebilde, auf welches eine Katalysatorzusammensetzungsmasse gepresst und/oder infiltriert und dann kalziniert wird. Ein solches bekanntes Verfahren wird zum Beispiel im US-Patent Nr. 6054408 beschrieben.
  • Bei der Ausbringung einer Katalysatorzusammensetzung auf ein Substrat, wie eine Platte, kann eine Paste verwendet werden. Wasser wird einem chemisch stabilisierten Titandioxid vom Anatase-Typ zugegeben zur Bildung einer knetbaren Masse oder Zusammensetzung, welcher wasserlösliche Verbindungen von Molybdän und Vanadium, wie Ammoniumheptamolybdat und Ammoniummetavanadat, zum Beispiel danach entsprechend den gewünschten Konzentrationen zur Bildung einer Masse zugegeben werden. Diese Masse wird geknetet. Nachdem der gewünschte Wassergehalt der Masse eingestellt wurde, werden anorganische Mineralien, wie Tone und/oder Fasermaterialien, wie Glasfasern, zum Beispiel der Masse in einem Prozess zur Erhöhung seiner mechanischen Festigkeit zugegeben. Während dieses Schritts können andere Additive, wie filmbildende Mittel, Dispergiermittel, Verdickungsmittel und dergleichen, ebenfalls der gekneteten Masse zugegeben werden. Die resultierende Masse wird erneut geknetet zur Bildung einer Katalysatormasse. Die Additive, die Glaspartikel, Aluminiumoxid, Silica, Silica-Aluminiumoxide, Keramiken, Tone, anorganische Oxide, Mineralien, Polymere oder andere Materialien einschließen können, machen den Rest des Feststoffgehalts aus.
  • Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „kalzinieren“ oder „Kalzinierung“ das Erhitzen des Materials in Luft oder Sauerstoff. Diese Definition stimmt mit der IUPAC-Definition von Kalzinierung überein. (IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2. Ausg. (das „Gold Book“). Zusammengestellt von A. D. McNaught und A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line korrigierte Version: http://goldbook.iupac.org (2006-) erstellt von M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; Update zusammengestellt von A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi: 10.1351/ Goldbook.) Kalzinierung wird durchgeführt, um ein Metallsalz abzubauen und um den Austausch von Metallionen innerhalb des Katalysators zu unterstützen und auch um den Katalysator an ein Substrat anhaften zu lassen. Die bei der Kalzinierung angewandten Temperaturen hängen von den Komponenten in dem Material, das zu kalzinieren ist, ab und liegen allgemein zwischen etwa 400 °C bis etwa 900 °C für ungefähr 1 bis 8 Stunden. In einigen Fällen kann die Kalzinierung bis zu einer Temperatur von etwa 1200 °C durchgeführt werden. In Anwendungen, die die hierin beschriebenen Prozesse beinhalten, werden Kalzinierungen allgemein bei Temperaturen von etwa 400 °C bis etwa 700 °C für ungefähr 1 bis 8 Stunden, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 400 °C bis etwa 650 °C für ungefähr 1 bis 4 Stunden durchgeführt. Die Kalzinierung erfolgt vorzugsweise unter trockenen Bedingungen, kann aber auch hydrothermisch durchgeführt werden, d. h. in Anwesenheit von einem gewissen Feuchtigkeitsgehalt.
  • Es wurde überraschend herausgefunden, dass die Katalysatoren typischerweise eine erhöhte Aktivität für die NOx-Umwandlung bei einer Temperatur zwischen 300 °C und 450 °C aufweisen, bei einer gleichzeitig minimierten SOx-Umwandlungsaktivität im selben Temperaturfenster, in dem die NOx- und SOx-Umwandlungen bei atmosphärischem Druck gemessen werden. Dieses sind die Temperaturen, die typischerweise in einer so genannten Position mit viel Staub innerhalb beispielsweise eines Kohlekraftwerk-Abzugs anzutreffen sind. Niedrigere Temperaturbereiche sind in so genannten Schwanzende-Positionen anzutreffen.
  • Die Katalysatorzusammensetzung, die in das Substrat infiltriert ist, kann durch die Verwendung von Vorstufenmaterialien, die Oxide bilden, wenn sie kalziniert werden, bereitgestellt werden.
  • Eine geeignete VOx-Vorstufe ist eine Verbindung, die Vanadium enthält, und die Verbindung bildet ein Oxid von Vanadium bei Kalzinierung. Beispiele von solchen Verbindungen schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf: Vanadiumoxysulfat, Ammoniummetavanadat und Vanadiumoxytrichlorid.
  • Eine geeignete MoOx-Vorstufe ist eine Verbindung, die Molybdän enthält, und die Verbindung bildet ein Oxid von Molybdän bei Kalzinierung. Beispiele von solchen Verbindungen schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf, Ammoniumheptamolybdat, Ammoniummolybdat, Molybdänchlorid, Molybdänoxalat und Molybdänacetat.
  • Eine geeignete WOx-Vorstufe ist eine Verbindung, die Wolfram enthält, und die Verbindung bildet ein Oxid von Wolfram bei Kalzinierung. Beispiele von solchen Verbindungen schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf, Wolframchlorid, Wolframoxychlorid, Wolframsäure, Ammoniummetawolframat, Ammoniumparawolframat oder vorgefertigtes Wolfram/-Titandioxid.
  • Eine geeignete TiOx-Vorstufe ist eine Verbindung, die Titan enthält, und die Verbindung bildet ein Oxid von Titan bei Kalzinierung. Beispiele von solchen Verbindungen schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf, Titantetrachlorid, Titantrichlorid and Titanoxysulfat.
  • Rohmaterialien, die für die Herstellung des Katalysators verwendet werden, können beliebige Oxide und Salze der vorgenannten Katalysatorkomponenten sein.
  • Wenn eine Vielzahl der so erhaltenen plattenartigen Katalysatoren durch ein bekanntes Verfahren gestapelt werden und dann einem Formen unterzogen werden, um eine vorbestimmte Gestalt zu haben, kann die resultierende Katalysatorstruktur als eine Katalysatoreinheit verwendet werden, die weniger Verstopfung bei der Behandlung von Abgas von einem kohlenbefeuerten Boiler verursacht. Ein Verstärkungsmittel (z. B. anorganische Faser) oder ein teilchenförmiges Bindemittel (z. B. Silica-Sol) kann der Paste, die die Katalysatorkomponenten enthält, zugegeben werden.
  • Bevor die Paste auf das Substrat aufgebracht wird, wird das Substrat zur Entfernung von Öl, entweder durch chemisches Waschen oder durch eine Wärmebehandlung, behandelt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Behandeln eines Abgases bereitgestellt, das SO2, NOx und elementares Quecksilber umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
    • Kontaktieren eines Abgasstroms mit dem hierin beschriebenen Katalysator in Anwesenheit eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, um dadurch ein behandeltes Abgas bereitzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Abgassystem für eine Verbrennungsquelle zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens bereitgestellt, wobei das System eine Leitung zum Transportieren eines strömenden Abgases, eine Quelle an stickstoffhaltigem Reduktionsmittel, einen Katalysator wie hierin beschrieben, der in einem Fließweg des Abgases angebracht ist, und Mittel zur Dosierung von stickstoffhaltigem Reduktionsmittel in ein strömendes Abgas stromaufwärts des Katalysators umfasst.
  • Vorzugsweise umfasst das System ferner einen nassen Skrubber zur Rückgewinnung von oxidiertem Quecksilber aus dem behandelten Abgas.
  • Geeignete Anwendungen schließen neben anderen Abgasbehandlung von stationären Quellen, wie Wärmekraftwerken, Gasturbinen, kohlebefeuerten Kraft- und Heizkraftwerken, Anlagen- und Raffinerieheizungen und -Boiler, die in der chemischen und petrochemischen Industrie zum Einsatz kommen, Hochöfen, Koksöfen, Kaffeeröstungsanlagen, städtische Abfallanlagen und Müllverbrennungsanlagen ein.
  • Vorzugsweise ist die Verbrennungsquelle ein Boiler, wie für ein Kohle- oder Öl-Kraftwerk. Die beschichteten Artikel und regenerierten Artikel sind für Kraftwerke nützlich, besonders für Anlagen, die schwefelhaltige Brennstoffe, wie Kohle, Öl etc., als Energiequelle enthalten. Kraftwerk-SCR-Katalysatoren arbeiten normalerweise bei Temperaturen im Bereich von 300°C bis 450°C bei atmosphärischem Druck und in einer Umgebung mit hohem Feinstaubanteil. Der Schwefelgehalt von Kohle schwankt in Abhängigkeit vom Kohletyp, z. B. bituminöse Kohle mit einem Schwefelgehalt von 0,7 bis 4,0 %. Typischerweise hat das Abgas einen Schwefelgehalt im Bereich von 500 bis 1500 ppm Schwefel, doch in einigen Quellen beträgt der Schwefelgehalt 2000 bis 3000 ppm oder höher. Schwefelhaltige Quellen können es zu einer Herausforderung machen, die Menge an SO2 zu kontrollieren, die weiter zu SO3 oxidiert wird. Kraftwerke beruhen auf SCR-Katalysatoren, um NOx zu entfernen, doch sie erfordern Katalysatoren mit der Fähigkeit dazu unter gleichzeitiger Minimierung der Rate der SO2-Oxidation.
  • Die Aktivität des Katalysators bei der NOx-Umwandlung kann durch Strömen lassen eines Gases, das eine Mischung von NO, NH3, O2, H2O, SO2 und N2 umfasst, über einen Artikel mit einer Katalysatorzusammensetzung bei 382°C, wobei der Artikel in einem Reaktor enthalten ist; und Messen der Veränderungen bei den Konzentrationen von NOx bestimmt werden. Der VGB-Leitfaden zum Testen von DENOX-Katalysatoren (VGB Guideline for the Testing of DENOX Catalysts), VGB-R 302 He, 2. überarbeitete Ausgabe (1998), beschreibt eine solche Prozedur. Die Konzentrationen von NOx können mit Hilfe eines FTIR-Gasanalysegeräts oder eines Chemilumineszenz-NOx-Analysegeräts bestimmt werden. In ähnlicher Weise kann die Aktivität des Katalysators bei der SOx-Umwandlung durch Strömen lassen eines Gases, welches eine Mischung von O2, H2O, SO2 und N2 umfasst, über einen Artikel mit der Katalysatorzusammensetzung bei 400°C, wobei der Artikel in dem gleichen Reaktortyp, der zum Messen der NOx-Umwandlung verwendet wird, enthalten ist; und Messen der Veränderungen bei den Konzentrationen von SOx durch Nasschemie bestimmt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysator ein Plattenkatalysator, welcher eine Zusammensetzung umfasst, die Oxide von Mo; V und Ti; und einen MFI-Zeolith, vorzugsweise einen H-ZSM5 Zeolith, enthält; wobei die Zusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, 2 bis 4 Gew.-% MoO3, etwa 0,5 Gew.-% oder etwa 2,5 Gew.-% V2O5, 15 bis 25 Gew.-% MFI-Zeolith und den Rest TiO2 umfasst.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysator ein Plattenkatalysator, welcher eine Zusammensetzung umfasst, die Oxide von Mo; V und Ti; und einen MFI-Zeolith, vorzugsweise einen H-ZSM5-Zeolith, enthält; wobei die Zusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, 2 bis 4 Gew.-% MoO3, etwa 0,5 Gew.-% oder etwa 2,5 Gew.-% V2O5, 35 bis 45 Gew.-% MFI-Zeolith und den Rest TiO2 umfasst.
  • Vorzugsweise werden diese Katalysatoren in einem Abgassystem für ein Kohle- oder Öl-Kraftwerk zur Durchführung des Verfahrens, wie hierin beschrieben, bereitgestellt, wobei das System eine Leitung zum Transportieren eines strömenden Abgases, eine Quelle an stickstoffhaltigem Reduktionsmittel, den Katalysator wie hierin beschrieben, der in einem Fließweg des Abgases vorgesehen ist, und Mittel zur Dosierung von stickstoffhaltigem Reduktionsmittel in ein strömendes Abgas stromaufwärts des Katalysators umfasst.
  • Beispiele
  • Die vorliegenden Erfindung wird als Nächstes spezifisch im Detail anhand der folgenden nicht-einschränkenden Beispiele beschrieben.
  • Herstellung vom Vergleichsbeispiel 1 (Ref. 1,2% V2O5/TiMo)
  • Ein Katalysator, umfassend 1,2 Gew.-% V2O5 und 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2, wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat and Ammoniumheptamolybdat mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung vom Vergleichsbeispiel 2 (Ref. 2,2% V2O5/TiMo)
  • Ein Katalysator, umfassend 2,2 Gew.-% V2O5 und 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2, wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat und Ammoniumheptamolybdat mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung von Beispiel 1 (1,2% V2O5/TiMo + 16% H-MFI)
  • Ein Katalysator, umfassend 1,2 Gew.-% V2O3, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 und 16 Gew.-% Zeolith (H-MFI), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Zeolith (H-MFI) mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung von Beispiel 2 (1,2% V2O5/TiMo + 40% H-MFI)
  • Ein Katalysator, umfassend 1,2 Gew.-% V2O3, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 and 40 Gew.-% Zeolite (H-MFI), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Zeolith (H-MFI) mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung von Beispiel 3 (2.2% V2O5/TiMo + 13% H-MFI)
  • Ein Katalysator, umfassend 2,2 Gew.-% V2O5, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 and 13 Gew.-% Zeolith (H-MFI), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Zeolith (H-MFI) und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung von Beispiel 4 (2,2% V2O5/TiMo + 16% H-MFI)
  • Ein Katalysator, umfassend 2,2 Gew.-% V2O5, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 and 16 Gew.-% Zeolith (H-MFI), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Zeolith (H-MFI) mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert. Zwei Proben (Beispiel 4A und 4B) wurden getestet und sind unten in der Tabelle angegeben.
  • Herstellung von Beispiel 5 (2,2% V2O5/TiMo + 19% H-MFI)
  • Ein Katalysator, umfassend 2,2 Gew.-% V2O5, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 and 19 Gew.-% Zeolith (H-MFI), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Zeolith (H-MFI) mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung von Beispiel 6 (2,2% V2O5/TiMo + 40% H-MFI)
  • Ein Katalysator, umfassend 2,2 Gew.-% V2O5, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 und 40 Gew.-% Zeolith (H-MFI), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Zeolith (H-MFI) mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung vom Vergleichsbeispiel 7 - 1,2% V2O5/TiMo + 16% MOR
  • Ein Katalysator, umfassend 1,2 Gew.-% V2O5, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 und 16 Gew.-% Mordenit-Zeolith (MOR), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Mordenit-Zeolith (MOR) mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Kristallines Ammoniumheptamolybdattetrahydrat wurde direkt der Paste hinzugesetzt und die Mischung wurde weiter geknetet Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung von Beispiel 8 - 1,2% V2O5/TiMo + 16% FeMFI
  • Ein Katalysator, umfassend 1,2 Gew.-% V2O3, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 und 16 Gew.-% Zeolith (Fe-MFI), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Fe-Zeolit (Fe-MFI) mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Kristallines Ammoniumheptamolybdattetrahydrat wurde direkt der Paste hinzugesetzt und die Mischung wurde weiter geknetet Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung vom Vergleichsbeispiel 3 - 0,6% V2O5-/TiMo
  • Ein Katalysator, umfassend 0,6 Gew.-% V2O5 und 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2, wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat and Ammoniumheptamolybdat mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Kristallines Ammoniumheptamolybdattetrahydrat wurde direkt der Paste hinzugesetzt und die Mischung wurde weiter geknetet Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Herstellung von Beispiel 9 - 0,6% V2O5/TiMo + 16%H-MFI
  • Ein Katalysator, umfassend 0,6 Gew.-% V2O3, 2,7 Gew.-% MoO3 auf TiO2 und 16 Gew.-% Zeolit (H-MFI), wurde durch Kombinieren von Titanoxid mit Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdat und Zeolith (H-MFI) mit Ton, Fasern und organischen Bindemitteln und anschließendes Kneten zu einer Paste hergestellt. Kristallines Ammoniumheptamolybdattetrahydrat wurde direkt der Paste hinzugesetzt und die Mischung wurde weiter geknetet Die Paste wurde auf einem Sieb aus nichtrostendem Stahl zu einer Dicke von 0,8 mm laminiert und zur Bildung eines Katalysators vom Plattentyp kalziniert.
  • Allgemeine Verfahrensweise zur Evaluierung der NOx-, SOx- & Hg-Umwandlung
  • Jede Katalysatorplatte wurde zuerst in Streifen mit den Abmessungen 25 mm x 400 mm geschnitten. Vier von diesen Streifen wurden vertikal in einem Reaktionsröhrchen montiert, und eine Synthesegasmischung wurde durch das Reaktionsröhrchen strömen gelassen. Die Synthesegasmischung für die NOx-, SOx- und Hg-Testung waren für jeden Test unterschiedlich, und die Zusammensetzungen und Bedingungen dieser Synthesegasmischungen sind weiter unten in der Tabelle aufgeführt.
    1. 1. Hg-Testung:
      • Die Zusammensetzungen von einströmenden und ausströmenden Gaszusammensetzungen in den oder aus dem Reaktor wurden durch On-line-FTIR-Spektroskopie bestimmt, die hinsichtlich mehrfacher Verbindungen gleichzeitig analysiert. Die FTIR-Proben-Zellentemperatur wurde auf etwa 230 °C gehalten, um Wasserkondensation und Salzbildung innerhalb des Instruments zu vermeiden. Die Hg-Konzentrationen wurden sowohl am Einlass als auch am Auslass des Reaktors mit Hilfe eines kommerziellen Kontinuierlichen Emissions-Überwachungsmonitors (CEM) analysiert, welcher Kaltdampf-Atomfluoreszenzspektroskopie (CVAFS) nutzt. Die Hg-Umwandlung wurde unter Verwendung der Einlass- und Auslasskonzentrationen von elementarem Hg berechnet.
    2. 2. NOx-Testung:
      • Die Prozent NOx-Entfernung wurden durch Messung der NOx-Konzentration am Einlass und Auslass einer Katalysatorschicht mittels eines Chemilumineszenz-NOx-Analysegeräts bestimmt.
    3. 3. SOx-Testung:
      • Die Prozent SO2-Oxidation wurden durch Messung der SO3-Konzentration am Auslass der Katalysatorschicht durch Nasschemie bestimmt.
    Tabelle 1 - Testparameter
    Bedingungen Hg-Test NOx-Test SOx-Test
    Temperatur (°C) 380 350 400
    Gesamtfluss (L/min) 30 74 16,6
    Luftgeschwindigkeit (m/h) 22,5 55,5 12,5
    Lineare Geschwindigkeit (m/s) 0,69 1,71 0,39
    Raumgeschwindigkeit (h-1) 6237 15400 3470
    NH3 (ppm) 24 400 0
    NO (ppm) 60 400 0
    SO2 (ppm) 425 500 500
    O2 (%) 6 5 5
    H2O (%) 11 10 10
    HCl (ppm) 15 0 0
    Hg (µg/m3) 10 0 0
    Tabelle 2 - Ergebnisse der Testung
    Gew,-% V2O5 Gew,-% H-MFI Hg-Umw., (%) SOx-Umw, (%) kNOx (m/h)
    Vergleichsbeispiel 1 (Ref. 1,2) 1,2 0 41,5 1,2 42,5
    Beispiel 1 (15073) 1,2 16 57,0 1,35 42,4
    Beispiel 2 (15418) 1,2 40 54,01 1,05 37,6
    Vergleichsbeispiel 2 (Ref. 2,2) 2,2 0 55,6 2,1 46,7
    Beispiel 3 (15312) 2,2 13 63,9 2,0 46,6
    Beispiel 4A (15220) 2,2 16 66,4 2,6 45,4
    Beispiel 4B (15287) 2,2 16 69,1 2,0 43,7
    Beispiel 5 (15313) 2,2 19 62,6 2,2 46,3
    Beispiel 6 (15417) 2,2 40 65,1 1,4 42,5
    Vergleichsbeispiel 7 (MOR) 1,2 16 52,8 0,9 39,7
    Beispiel 8 (Fe-MFI) 1,2 16 56,3 3,8 42,6
    Vergleichsbeispiel 3 (Ref. 0,6) 0,6 0 37 0,55 23,0
    Beispiel 9 (160065) 0,6 16 37,5 0,62 29,0
  • Wie anhand von Testdaten der Katalysatoren deutlich wird, besitzt der Katalysator der vorliegenden Erfindung ein gutes Leistungsvermögen; d. h. er behält hohe Anteile einer NOx-Entfernung und eine hohe Quecksilber-Oxidationsaktivität und niedrige Anteile einer SO2-Oxidation bei.
  • Wie demonstriert wurde, besitzen die Beispiele 1 - 6 der Erfindung eine verbesserte Hg-Oxidationsaktivität und eine vergleichbare oder bessere SOx- und NO2-Aktivität als die Vergleichszusammensetzungen ohne den MFI-Zeolith. Wie durch das Beispiel 7 demonstriert wurde, ist die Verwendung des MFI-Zeoliths, besonders des H-ZSM5 Zeoliths, viel wirksamer als Mordenit. Wie durch das Beispiel 8 demonstriert wurde, ist die Verwendung des H-MFI-Zeoliths viel besser als Eisen-unterstützter MFI-Zeolith, weil letzterer eine übermäßige SOx-Oxidation zeigt.
  • Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung hierin im Detail beschrieben wurden, versteht es sich für Fachleute auf dem Gebiet, dass Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung oder der anhängigen Ansprüche abzuweichen.
  • Um Zweifel auszuschließen, ist der gesamte Inhalt von allen hierin anerkannten Dokumenten hierin durch Bezugnahme inbegriffen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2014/027207 A1 [0010]
    • US 2002004446 [0011]
    • US 2013190166 A1 [0012]
    • JP 4994008 B [0013]
    • WO 2015/036748 [0014]
    • US 2015/0071841 [0015]
    • US 6054408 [0035]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • R. M. Barrer, Pure Appl. Chem. 51 (1979), Seiten 1091 bis 1100 [0027]
    • Kirk-Othmer, „Encyclopedia of Chemical Technology“, 3. Ausgabe, Band 15, John Wiley & Sons, New York, 1981, Seiten 640 bis 669 [0030]

Claims (11)

  1. Katalysator zur Behandlung eines Abgases, das SO2, NOx und elementares Quecksilber umfasst, in der Gegenwart eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, wobei der Katalysator eine Zusammensetzung umfasst, welche Oxide von: (i) Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W); (ii) Vanadium (V); (iii) Titan (Ti); und (iv) einen MFI-Zeolith enthält, wobei die Zusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, Folgendes umfasst: (i) 1 bis 6 Gew.-% MoO3 und/oder 1 bis 10 Gew.-% WO3; und (ii) 0,1 bis 3 Gew.-% V2O5; und (iii) 48,5 bis 94,5 Gew.-% TiO2; und (iv) 35 bis 50 Gew.-% MFI-Zeolith.
  2. Katalysator gemäß Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung keinen Phosphor umfasst.
  3. Katalysator gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung aus dem MFI-Zeolith und den Oxiden von Mo, W, V und Ti besteht.
  4. Katalysator gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Katalysator ein Plattenkatalysator ist.
  5. Katalysator gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der MFI-Zeolith ein H-MFI-Zeolith ist.
  6. Katalysator gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der MFI-Zeolith ein H-ZSM-5-Zeolith ist.
  7. Verfahren zur Behandlung eines Abgases, das SO2, NOx und elementares Quecksilber umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Kontaktieren eines Abgasstroms mit dem Katalysator von einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6 in Gegenwart eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, um dadurch ein behandeltes Abgas bereitzustellen.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das stickstoffhaltige Reduktionsmittel Ammoniak, Hydrazin oder eine Ammoniak-Vorstufe ist, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Harnstoff ((NH2)2CO), Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumformiat.
  9. Abgassystem für eine Verbrennungsquelle zur Durchführung des Verfahrens von Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das System eine Leitung zum Transportieren eines strömenden Abgases, eine Quelle an stickstoffhaltigem Reduktionsmittel, einen Katalysator gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, der in einem Fließweg des Abgases angebracht ist, und Mittel zur Dosierung von stickstoffhaltigem Reduktionsmittel in ein strömendes Abgas stromaufwärts des Katalysators umfasst.
  10. Abgassystem gemäß Anspruch 9, wobei das System des Weiteren einen nassen oder einen trockenen Skrubber zur Rückgewinnung von oxidiertem Quecksilber aus dem behandelten Abgas umfasst.
  11. Abgassystem von Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Verbrennungsquelle ein Ofen oder ein Boiler ist, vorzugsweise von einem Kohle- oder Öl-Kraftwerk, einem Zementwerk oder einer Müllverbrennungsanlage.
DE102018204797.9A 2017-03-30 2018-03-28 Ein katalysator zur behandlung eines abgases, ein abgassystem und ein verfahren Ceased DE102018204797A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762478833P 2017-03-30 2017-03-30
US62/478,833 2017-03-30
GBGB1716063.1A GB201716063D0 (en) 2017-03-30 2017-10-02 A catalyst for treating an exhaust gas, an exhaust system and a method
GB1716063.1 2017-10-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018204797A1 true DE102018204797A1 (de) 2018-10-04

Family

ID=60270501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018204797.9A Ceased DE102018204797A1 (de) 2017-03-30 2018-03-28 Ein katalysator zur behandlung eines abgases, ein abgassystem und ein verfahren

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10773252B2 (de)
EP (1) EP3600616A1 (de)
JP (1) JP7161487B2 (de)
KR (1) KR102625031B1 (de)
CN (1) CN110461440A (de)
DE (1) DE102018204797A1 (de)
GB (2) GB201716063D0 (de)
RU (1) RU2019134568A (de)
WO (1) WO2018178714A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112374470A (zh) * 2020-11-12 2021-02-19 郑州大学 用于处理钼精矿的方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109529809B (zh) * 2018-12-05 2020-10-20 西南化工研究设计院有限公司 一种用于含硫气体的选择性催化焚烧催化剂及其制备方法
KR102292551B1 (ko) * 2019-09-30 2021-08-25 주식회사 포스코 황에 대한 내구성이 우수한 scr 촉매

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6054408A (en) 1994-05-30 2000-04-25 Siemens Aktiengesellschaft Catalyst for reducing the nitrogen oxide concentration in a flowing medium and method for producing the catalyst
US20020004446A1 (en) 1998-11-25 2002-01-10 Stefan Fischer Catalyst body and process for breaking down nitrogen oxides
JP4994008B2 (ja) 2006-11-20 2012-08-08 バブコック日立株式会社 窒素酸化物および金属水銀を含む排ガスの浄化装置
US20130190166A1 (en) 2010-09-07 2013-07-25 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha NOx REDUCTION CATALYST FOR EXHAUST GAS AND METHOD FOR PRODUCING SAME
WO2014027207A1 (en) 2012-08-17 2014-02-20 Johnson Matthey Public Limited Company Zeolite promoted v/ti/w catalysts
US20150071841A1 (en) 2013-09-12 2015-03-12 Johnson Matthey Catalysts (Germany) Gmbh Catalyst and process for nitric oxide reduction in a waste gas

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0166345B1 (ko) 1989-10-06 1998-12-15 비케, 디이터 랑핑어 불완전 연소시 유기생성물 발생을 감소시키는 방법
JP3495475B2 (ja) * 1995-10-17 2004-02-09 三菱重工業株式会社 窒素酸化物除去触媒
JP3935547B2 (ja) * 1997-02-19 2007-06-27 三菱重工業株式会社 排ガス処理方法及び排ガス処理装置
JP2002516739A (ja) 1998-05-29 2002-06-11 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト ディーゼルエンジンの排ガスを浄化する方法
US8652235B2 (en) 2004-08-30 2014-02-18 Energy & Environmental Research Center Foundation Sorbents for the oxidation and removal of mercury
CA3174527A1 (en) * 2005-03-17 2006-09-21 Nox Ii, Ltd. Reducing mercury emissions from the burning of coal
DE102007003155A1 (de) * 2007-01-22 2008-07-24 Süd-Chemie AG Katalysatorzusammensetzung zur Reduktion von Stickoxiden
EP1961933B1 (de) 2007-02-23 2010-04-14 Umicore AG & Co. KG Katalytisch aktiviertes Dieselpartikelfilter mit Ammoniak-Sperrwirkung
DK2100664T3 (da) * 2007-09-07 2020-01-20 Mitsubishi Hitachi Power Sys Katalysator til rensning af udstødningsgas
EP2116293B1 (de) * 2008-04-11 2010-03-17 Umicore AG & Co. KG Abgasreinigungssystem zur Behandlung von Motorenabgasen mittels SCR-Katalysator
CN101422728A (zh) * 2008-12-18 2009-05-06 哈尔滨工业大学 一种用于电厂燃煤烟气scr脱硝的催化剂及其制备方法
JP5385114B2 (ja) 2009-12-14 2014-01-08 バブコック日立株式会社 燃焼排ガスの水銀除去方法及び燃焼排ガス浄化装置。
US9242211B2 (en) * 2011-05-30 2016-01-26 The Babcock & Wilcox Company Catalysts possessing an improved resistance to poisoning
CN105363497A (zh) 2011-08-03 2016-03-02 庄信万丰股份有限公司 挤出蜂窝状催化剂
WO2013113026A2 (en) 2012-01-26 2013-08-01 Mph Energy Llc Mitigation of harmful combustion emissions using sorbent containing engineered fuel feedstocks
JP2016150278A (ja) * 2015-02-16 2016-08-22 イビデン株式会社 ハニカム触媒
JP2016150279A (ja) * 2015-02-16 2016-08-22 イビデン株式会社 ハニカム触媒
CN105214480A (zh) * 2015-11-13 2016-01-06 朱忠良 一种烟气净化工艺
US20170292424A1 (en) * 2016-04-06 2017-10-12 General Electric Company Use of gas turbine heated fluid for reductant vaporization

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6054408A (en) 1994-05-30 2000-04-25 Siemens Aktiengesellschaft Catalyst for reducing the nitrogen oxide concentration in a flowing medium and method for producing the catalyst
US20020004446A1 (en) 1998-11-25 2002-01-10 Stefan Fischer Catalyst body and process for breaking down nitrogen oxides
JP4994008B2 (ja) 2006-11-20 2012-08-08 バブコック日立株式会社 窒素酸化物および金属水銀を含む排ガスの浄化装置
US20130190166A1 (en) 2010-09-07 2013-07-25 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha NOx REDUCTION CATALYST FOR EXHAUST GAS AND METHOD FOR PRODUCING SAME
WO2014027207A1 (en) 2012-08-17 2014-02-20 Johnson Matthey Public Limited Company Zeolite promoted v/ti/w catalysts
US20150071841A1 (en) 2013-09-12 2015-03-12 Johnson Matthey Catalysts (Germany) Gmbh Catalyst and process for nitric oxide reduction in a waste gas
WO2015036748A1 (en) 2013-09-12 2015-03-19 Johnson Matthey Catalysts (Germany) Gmbh Vanadium containing catalyst and process for nitric oxide reduction in a waste gas

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kirk-Othmer, „Encyclopedia of Chemical Technology", 3. Ausgabe, Band 15, John Wiley & Sons, New York, 1981, Seiten 640 bis 669
R. M. Barrer, Pure Appl. Chem. 51 (1979), Seiten 1091 bis 1100

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112374470A (zh) * 2020-11-12 2021-02-19 郑州大学 用于处理钼精矿的方法

Also Published As

Publication number Publication date
GB2562611B (en) 2020-09-23
GB201716063D0 (en) 2017-11-15
GB201805182D0 (en) 2018-05-16
GB2562611A (en) 2018-11-21
EP3600616A1 (de) 2020-02-05
JP2020515385A (ja) 2020-05-28
US10773252B2 (en) 2020-09-15
US20180280946A1 (en) 2018-10-04
RU2019134568A3 (de) 2021-05-12
JP7161487B2 (ja) 2022-10-26
CN110461440A (zh) 2019-11-15
KR20190132676A (ko) 2019-11-28
WO2018178714A1 (en) 2018-10-04
KR102625031B1 (ko) 2024-01-16
RU2019134568A (ru) 2021-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015112465B4 (de) System und verfahren zum behandeln von abgas
DE3841990C2 (de)
DE102015116926A1 (de) Molekularsiebkatalysator zum Behandeln von Abgas
DE102015107647A1 (de) Katalytischer Gegenstand zum Behandeln vom Abgas
DE102014112413A1 (de) Zeolithmischkatalysatoren zur behandlung von abgas
DE102015212356A1 (de) Perowskit mit einer Deckschicht-SCR-Komponente als Ammoniakoxidationskatalysator und System zur Abgasreinigung bei Dieselmotoren
DE102017122673A1 (de) Synthese eines AFX-Zeoliths
DE102015113415A1 (de) Zonen-Katalysator zum Behandeln von Abgas
DE102014103626A1 (de) Katalysator zur Behandlung von Abgas
DE112011103996T5 (de) Metall-enthaltender Zeolithkatalysator
DE102016121612A1 (de) Herstellung von aei-alumosilicatzeolith
DE112014001315T5 (de) Alumosilicat- oder Silicoaluminiumphosphat-Molekularsieb/Oktaedrisches Mangan-Molekularsieb als Katalysatoren für die Behandlung von Abgas
EP2678270A1 (de) Verfahren zur beseitigung von n2o und nox aus dem prozess zur salpetersäureherstellung und dafür geeignete anlage
DE102017122671A1 (de) Neue Synthese eines metall-geförderten Zeolithkatalysators
DE102017122672A1 (de) Synthese von AEI- und Cu-AEI-Zeolithen
US10882031B2 (en) Catalyst for treating an exhaust gas, an exhaust system and a method
WO2018115044A1 (de) Scr-katalysatorvorrichtung enthaltend vanadiumoxid und eisen-haltiges molekularsieb
DE102011012799A1 (de) Katalysator zur Entfernung von Stickoxiden aus dem Abgas von Dieselmotoren
DE102015104348A1 (de) Katalysator zum behandeln von abgas
DE102018204797A1 (de) Ein katalysator zur behandlung eines abgases, ein abgassystem und ein verfahren
DE102018107544A1 (de) Katalysatorartikel zur verwendung in einem emissionsbehandlungssystem
DE102015209988A1 (de) Beschichtete Artikel mit hohen KNOx/KSOx-Verhältnissen für die selektive katalytische Reduktion
EP2897712B1 (de) Verfahren zur reinigung von abgas und zur regenerierung eines oxidationskatalysators
DE102018204688A1 (de) Selektiver katalytischer Reduktionskatalysator
EP3558494A1 (de) Scr-katalysatorvorrichtung enthaltend vanadiumoxid und eisen-haltiges molekularsieb

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R001 Refusal decision in preliminary proceedings
R003 Refusal decision now final