EA046217B1 - CATALYTIC COMPOSITION FOR SELECTIVE NOx REDUCTION - Google Patents
CATALYTIC COMPOSITION FOR SELECTIVE NOx REDUCTION Download PDFInfo
- Publication number
- EA046217B1 EA046217B1 EA202290855 EA046217B1 EA 046217 B1 EA046217 B1 EA 046217B1 EA 202290855 EA202290855 EA 202290855 EA 046217 B1 EA046217 B1 EA 046217B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- zeolite
- catalytic composition
- composition according
- catalyst
- compound
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 131
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims description 48
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 174
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 160
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 155
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 150
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 120
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 119
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 86
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 40
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 37
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 35
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 30
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 23
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910052676 chabazite Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 22
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- UNYSKUBLZGJSLV-UHFFFAOYSA-L calcium;1,3,5,2,4,6$l^{2}-trioxadisilaluminane 2,4-dioxide;dihydroxide;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[OH-].[OH-].[Ca+2].O=[Si]1O[Al]O[Si](=O)O1.O=[Si]1O[Al]O[Si](=O)O1 UNYSKUBLZGJSLV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 19
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 claims description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 150000003755 zirconium compounds Chemical class 0.000 claims description 16
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 14
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 51
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 49
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 33
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 24
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 24
- -1 Cu-CHA Chemical compound 0.000 description 23
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 23
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 14
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 12
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 11
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 11
- 239000003017 thermal stabilizer Substances 0.000 description 11
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 10
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 7
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 7
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 6
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 5
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 5
- OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N zirconium nitrate Chemical class [Zr+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- AZUYLZMQTIKGSC-UHFFFAOYSA-N 1-[6-[4-(5-chloro-6-methyl-1H-indazol-4-yl)-5-methyl-3-(1-methylindazol-5-yl)pyrazol-1-yl]-2-azaspiro[3.3]heptan-2-yl]prop-2-en-1-one Chemical compound ClC=1C(=C2C=NNC2=CC=1C)C=1C(=NN(C=1C)C1CC2(CN(C2)C(C=C)=O)C1)C=1C=C2C=NN(C2=CC=1)C AZUYLZMQTIKGSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000010718 Oxidation Activity Effects 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J zirconium(4+);disulfate Chemical class [Zr+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- MFFVROSEPLMJAP-UHFFFAOYSA-J zirconium(4+);tetraacetate Chemical class [Zr+4].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O MFFVROSEPLMJAP-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N aluminium nitrate Chemical compound [Al+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000012760 heat stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003405 preventing effect Effects 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- HAIMOVORXAUUQK-UHFFFAOYSA-J zirconium(iv) hydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Zr+4] HAIMOVORXAUUQK-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- GHOKWGTUZJEAQD-ZETCQYMHSA-N (D)-(+)-Pantothenic acid Chemical compound OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(O)=O GHOKWGTUZJEAQD-ZETCQYMHSA-N 0.000 description 1
- DUFCMRCMPHIFTR-UHFFFAOYSA-N 5-(dimethylsulfamoyl)-2-methylfuran-3-carboxylic acid Chemical compound CN(C)S(=O)(=O)C1=CC(C(O)=O)=C(C)O1 DUFCMRCMPHIFTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000505 Al2TiO5 Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910008332 Si-Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006749 Si—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical class O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052728 basic metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003818 basic metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001657 ferrierite group Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolanthaniooxy)lanthanum Chemical compound O=[La]O[La]=O KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- AABBHSMFGKYLKE-SNAWJCMRSA-N propan-2-yl (e)-but-2-enoate Chemical compound C\C=C\C(=O)OC(C)C AABBHSMFGKYLKE-SNAWJCMRSA-N 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000019635 sulfation Effects 0.000 description 1
- 238000005670 sulfation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- XJUNLJFOHNHSAR-UHFFFAOYSA-J zirconium(4+);dicarbonate Chemical compound [Zr+4].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O XJUNLJFOHNHSAR-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Description
Область техникиField of technology
Настоящее изобретение относится к области катализаторов селективного каталитического восстановления оксидов азота и к способам получения и применения таких катализаторов для селективного каталитического восстановления. Аммиак и предшественники, такие как мочевина, образующие аммиак, применяют в качестве восстановителей для таких катализаторов. В частности, настоящее изобретение относится к каталитической композиции для селективного каталитического восстановления NOx аммиаком или соединениями, выделяющими аммиак, в условиях отходящих газов. Кроме того, изобретение относится к структурной подложке для применения в системе отходящих газов, содержащей настоящую каталитическую композицию, а также к применению каталитической композиции. Настоящее изобретение также относится к системе обработки отходящих газов, содержащей каталитическую композицию согласно настоящему изобретению. Настоящее изобретение также относится к способу селективного каталитического восстановления NOx аммиаком или соединениями, образующими аммиак, в условиях отходящих газов.The present invention relates to the field of selective catalytic reduction catalysts for nitrogen oxides and to methods for preparing and using such catalysts for selective catalytic reduction. Ammonia and precursors such as ammonia-forming urea are used as reducing agents for such catalysts. In particular, the present invention relates to a catalyst composition for the selective catalytic reduction of NOx with ammonia or ammonia-releasing compounds under flue gas conditions. The invention further relates to a structural support for use in a flue gas system containing the present catalyst composition, as well as to the use of the catalyst composition. The present invention also relates to a flue gas treatment system containing a catalyst composition according to the present invention. The present invention also relates to a method for the selective catalytic reduction of NO x with ammonia or ammonia-forming compounds under off-gas conditions.
Уровень техникиState of the art
Выбросы оксида азота (NOx) ограничены правилами с начала 1970-х годов, впервые на электростанциях в Японии и для легковых автомобилей в Калифорнии, США. Легковые автомобили были основаны на стехиометрических двигателях Отто, в которых легко удалять СО, НС и NOx на трехкомпонентных катализаторах (ТКК) в стехиометрических условиях. Селективное каталитическое восстановление (СКВ) для удаления NOx с использованием аммиака в качестве восстановителя было изобретено в 1960-х годах и коммерчески впервые применено на электростанциях. Эти катализаторы CKB-NH3 были основаны на ванадии в качестве активного металла, расположенном на пористой подложке на основе TiO2-WO3. Ванадиевые катализаторы СКВ хорошо выдерживают оксиды серы (SOX), но термостабильность ограничена максимальными температурами 450-600°С. Катализаторы СКВ наносят на керамические и металлические подложки, или сам каталитический материал образует экструдированный катализатор СКВ.Nitrogen oxide ( NOx ) emissions have been limited by regulations since the early 1970s, first for power plants in Japan and for passenger cars in California, USA. Passenger cars were based on stoichiometric Otto engines, which easily remove CO, HC and NO x on three-way catalysts (TCCs) under stoichiometric conditions. Selective catalytic reduction (SCR) for NO x removal using ammonia as a reducing agent was invented in the 1960s and first used commercially in power plants. These CKB-NH 3 catalysts were based on vanadium as the active metal located on a porous TiO 2 -WO 3 -based support. Vanadium SCR catalysts withstand sulfur oxides (SOX) well, but thermal stability is limited to maximum temperatures of 450-600°C. SCR catalysts are supported on ceramic and metal substrates, or the catalyst material itself forms an extruded SCR catalyst.
Системы доочистки (СДО) для последнего ограничения выбросов для мобильных применений с обедненной горючей смесью включают дизельный катализатор окисления (ДОК), дизельный сажевый фильтр (ДСФ), установку гидролиза мочевины, установку/способ удаления NOx и, возможно, катализатор проскока аммиака (КПА). В дополнение к NH3-CKB, другими способами удаления NOx для применений с обедненной горючей смесью являются СКВ углеводородами (УВ-СКВ), разложение NO, ловушки обедненных NOx (LNT) и способы абсорбции/адсорбции. Способы варьируются в зависимости от целевого применения и условий применения (обедненное, обедненное-обогащенное или стехиометрическое). Каталитические композиции полностью отличаются условиями в каждом способе. На более тяжелых транспортных средствах размещали дизельные двигатели, в которых соотношение воздух/топливо явно является обедненным (избыток кислорода). В обедненных отходящих газах для удаления NOx из отходящих газов необходимы селективные восстановители. Аммиак является основным практическим и селективным восстановителем NOx в обедненной горючей смеси. Обычно мочевину ((NH2)2CO) применяют в виде водного раствора в качестве источника аммиака по причинам транспортировки и безопасности. Мочевина образует аммиак в реакциях термолиза и гидролиза, когда водный раствор впрыскивают в нагретые отходящие газы, возможно, с помощью конструкций статических смесителей. LNT работают в условиях, которые являются в среднем обедненными, и периодические короткие обогащенные пики необходимы для уменьшения количества NOx, адсорбированного в обедненные периоды. Недостатком LNT является отрицательное влияние на экономию топлива, низкая долговечность и слишком низкая конверсия NOx для самых последних требований.Aftertreatment systems (TPS) for the latest emission control for mobile lean burn applications include a diesel oxidation catalyst (DOC), a diesel particulate filter (DPF), a urea hydrolysis unit, a NO x removal unit/process, and possibly an ammonia slip catalytic converter (ASC). ). In addition to NH 3 -CKB, other NO x removal methods for lean burn applications are hydrocarbon-SCR (HC-SCR), NO decomposition, lean NO x traps (LNT), and absorption/adsorption methods. Methods vary depending on the intended application and application conditions (lean, lean-rich or stoichiometric). The catalyst compositions are completely different under each method. Heavier vehicles have been fitted with diesel engines where the air/fuel ratio is clearly lean (too much oxygen). In lean flue gases, selective reducing agents are needed to remove NOx from the flue gases. Ammonia is the main practical and selective NO x reducer in lean fuel mixtures. Typically, urea ((NH 2 ) 2 CO) is used in aqueous solution as a source of ammonia for transport and safety reasons. Urea produces ammonia in thermolysis and hydrolysis reactions when an aqueous solution is injected into heated exhaust gases, possibly using static mixer designs. LNTs operate under conditions that are on average lean, and periodic short rich peaks are necessary to reduce the amount of NO x adsorbed during lean periods. The disadvantages of LNT are the negative impact on fuel economy, poor durability and NOx conversion too low for the latest requirements.
СКВ на основе цеолита с аммиаком в качестве восстановителя становится более интересным, когда системы доочистки требуют применения ДСФ, в которых окисление частиц (углерода) и регенерация ДСФ приводят к высоким температурам до 700-800°С, которые слишком высоки для катализаторов VСКВ. В дополнение к ванадию на основе TiO2 и цеолита были изучены многие другие материалы катализаторов СКВ, но они имели слишком низкую термическую или химическую долговечность и не применимы в коммерческих решених. Цеолиты применяли для СКВ уже в 1980-1990-х годах на основе, например, цеолитов ZSM-5, USY и Бета (например, US 4 961 917), при этом уделяли особое внимание высокотемпературным применениям, но катализаторы цеолита-СКВ первого поколения имели недостаток низкой термической стабильности и устойчивости к сере.Zeolite-based SCR with ammonia as a reducing agent becomes more interesting when after-treatment systems require the use of DSP, in which particle (carbon) oxidation and DSP regeneration lead to high temperatures of up to 700-800°C, which are too high for VSCR catalysts. In addition to vanadium based TiO2 and zeolite, many other SCR catalyst materials have been studied, but they have too poor thermal or chemical durability to be suitable for commercial applications. Zeolites were used for SCR already in the 1980-1990s based on, for example, ZSM-5, USY and Beta zeolites (e.g. US 4,961,917), with a particular focus on high temperature applications, but first generation zeolite-SCR catalysts had lack of low thermal stability and resistance to sulfur.
Структура и состав медно-шабазитовых руд были предложены для СКВ в 1970-1990-х годах. Для СКВ представляют интерес цеолиты, имеющие 8-кольцевое поровое отверстие и двойные 6-кольцевые вторичные строительные блоки, имеющие каркасные структуры. Характерный шабазит (СНА) представляет собой мелкопористый цеолит (размер отверстий ~ 3,8 А). Цеолиты представляют собой природные или синтетические кристаллические алюмосиликаты с правильной пористой структурой, которая варьируется для различных типов цеолитов. Это свойство может быть использовано для получения катализаторов, специфичных к форме, при этом молекулы, которые могут входить в поры, ограничены их формой и размером. Это снижает ингибирующее действие УВ на реакции СКВ. Самые маленькие молекулы, такие как NO, NH3, CO, водород и кислород, достаточно малы для проникновения в поры цеолита. Основная структурная единица цеолитов, тетраэдр оксида алюминия, нуждается в положительно заряженномThe structure and composition of copper-chabazite ores were proposed for SCR in the 1970-1990s. For SCR, zeolites of interest are those having an 8-ring pore opening and double 6-ring secondary building blocks having framework structures. The characteristic chabazite (CHA) is a finely porous zeolite (hole size ~3.8 A). Zeolites are natural or synthetic crystalline aluminosilicates with a regular pore structure that varies among different types of zeolites. This property can be exploited to produce shape-specific catalysts, where the molecules that can enter the pores are limited by their shape and size. This reduces the inhibitory effect of HC on SLE reactions. The smallest molecules such as NO, NH 3 , CO, hydrogen and oxygen are small enough to penetrate the pores of the zeolite. The basic structural unit of zeolites, the alumina tetrahedron, requires a positively charged
- 1 046217 одновалентном (+1) катионе, чтобы быть электрически нейтральной. По этой причине катионы обычно прикрепляются к алюминиевому участку во время ионного обмена. После получения цеолита катион, присутствующий в цеолите, обычно представляет собой натрий, калий, аммоний или водород. Кремниевый тетраэдр является электрически нейтральным. Однако, используя ионообменные способы, их легко обменять на другие катионы, придающие цеолитам каталитические свойства (Gates et al., Chemistry of Catalytic Processes, McGraw-Hill 1979). При ионном обмене катионы, такие как медь (Cu2+), обычно адсорбируют на цеолитах из водных растворов с последующей сушкой и обжигом в подходящих условиях. Состав основной структуры цеолита обычно описывается молярным соотношением Si:Al2 (КАС), влияющим не только на структуру цеолита, но и на гидрофобность/гидрофильность, кислотность и стабильность при различных обстоятельствах, а также количеством желаемого катиона, который может быть включен в цеолит посредством ионного обмена. Цеолиты, применяемые в коммерческих катализаторах, обычно являются синтетическими. Размер пор и свойства поверхности, варьирующиеся в зависимости от типа цеолита, важны для введения активных компонентов в виде растворенных соединений путем ионного обмена или пропитки. Форма, структура и способ соединений каналов могут варьироваться в зависимости от цеолитов. Цеолиты могут содержать большие (>0,6 нм, такие как Бета и Y) поры и малые или средние (< 0,6 нм, такие как шабазит, ферриерит и ZSM-5) поры.- 1 046217 monovalent (+1) cation to be electrically neutral. For this reason, cations usually attach to the aluminum site during ion exchange. Once the zeolite is produced, the cation present in the zeolite is usually sodium, potassium, ammonium or hydrogen. The silicon tetrahedron is electrically neutral. However, using ion exchange methods, they can easily be exchanged for other cations, which give zeolites their catalytic properties (Gates et al., Chemistry of Catalytic Processes, McGraw-Hill 1979). In ion exchange, cations such as copper (Cu 2+ ) are typically adsorbed onto zeolites from aqueous solutions, followed by drying and calcination under suitable conditions. The composition of the basic structure of a zeolite is usually described by the Si:Al 2 molar ratio (SAR), which affects not only the structure of the zeolite, but also hydrophobicity/hydrophilicity, acidity and stability under various circumstances, as well as the amount of the desired cation that can be incorporated into the zeolite by ion exchange. Zeolites used in commercial catalysts are usually synthetic. Pore size and surface properties, which vary depending on the type of zeolite, are important for introducing active components as dissolved compounds by ion exchange or impregnation. The shape, structure and method of channel connections may vary among zeolites. Zeolites may contain large (>0.6 nm, such as Beta and Y) pores and small or medium (<0.6 nm, such as chabazite, ferrierite and ZSM-5) pores.
Шабазит представляет собой природный минерал, который применяли в катализе уже в 1950-х годах и синтезировали уже в 1980-х годах (US 4 544 538). Природный или синтетический Cu-шабазит (КАС >2) применяли для NH3-CKB в 1970-х годах (US 4 046 888). Медь с шабазитом применяли вместе с диоксидом титана в качестве сероустойчивого катализатора NH3-CKB в (US 4 735 927). Cu-шабазит также был включен для катализаторов СКВ в US 5 589 147.Chabazite is a naturally occurring mineral that was used in catalysis as early as the 1950s and synthesized as early as the 1980s (US 4,544,538). Natural or synthetic Cu-chabazite (CAS >2) was used for NH 3 -CKB in the 1970s (US 4,046,888). Copper with chabazite was used together with titanium dioxide as a sulfur-stable NH 3 -CKB catalyst (US 4,735,927). Cu-chabazite was also included for SCR catalysts in US 5,589,147.
После ранних изобретений, касающихся Cu-СНА для СКВ, более поздняя разработка была сосредоточена на деталях, касающихся состава и цеолитов. Был описан Cu-СНА с КАС >10 для СКВ аммиака (US 2003/0069449).Following the early inventions concerning Cu-SNA for SCR, more recent development has focused on details regarding composition and zeolites. Cu-SNA with CAS >10 for SCR ammonia has been described (US 2003/0069449).
Подробный состав Cu-СНА с КАС >15 и Cu/Al более 0,25 был определен для СКВ (WO2008/106519). Cu-СНА и другие активные цеолиты СКВ, такие как AEI и AFX, были предложены для СКВ в WO2008/118434. Си на различных мелкопористых цеолитах (AGO, AEI, AEN, AFN, AFF, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, СНА, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG и ZON), содержащих максимальный размер кольца из восьми тетраэдрических атомов и переходные металлы (Cr, Mn, Fe, Со, Се, Ni, Cu, Zn, Ga, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Sn, Re, Ir и Pt), описаны в WO 2008132452. Различия между природным и синтетическим СНА в качестве переменной также обсуждались. В связи с описанием широкой матрицы для типов цеолита и активных металлов, часто не определялось подробное сочетание или добавки, приводящие к наивысшей активности и долговечности в полном катализаторе СКВ.The detailed composition of Cu-SNA with CAS >15 and Cu/Al greater than 0.25 was determined for SCR (WO2008/106519). Cu-CHA and other SCR active zeolites such as AEI and AFX were proposed for SCR in WO2008/118434. Si on various fine-pore zeolites (AGO, AEI, AEN, AFN, AFF, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG and ZON) containing a maximum ring size of eight tetrahedral atoms and transition metals (Cr, Mn, Fe, Co, Ce, Ni, Cu, Zn, Ga, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Sn, Re, Ir and Pt), are described in WO 2008132452. Differences between natural and synthetic SNA as a variable has also been discussed. Due to the description of a broad matrix for zeolite types and active metals, the detailed combination or additives leading to the highest activity and durability in a complete SCR catalyst have often not been identified.
Cu-СНА с более низким КАС (5-15) был предложен для применения в СКВ (WO 2011/073390, US 2013/0280160, US2012/0269719). SAPO-34, содержащий фосфаты алюминия, имеет ту же структуру, что и шабазит, и также был широко изучен в качестве Cu-СКВ. AEI (WO2014/141200), AFX и LEV с медью представляют собой другие микропористые цеолиты, применяемые для СКВ.Cu-SNA with lower CAS (5-15) has been proposed for use in SCR (WO 2011/073390, US 2013/0280160, US2012/0269719). SAPO-34, containing aluminum phosphates, has the same structure as chabazite and has also been widely studied as Cu-SCR. AEI (WO2014/141200), AFX and LEV with copper are other microporous zeolites used for SCR.
Внерешеточный алюминий (Al) в цеолитах был определен и сведен к минимуму (<15%) для Cu на СНА и аналогичных цеолитах (WO2019049069). Как правило, в концепциях цеолита-СКВ было описано, что Cu-цеолит (СНА, AEI, AFX и т.д.) сам формирует основную функциональность СКВ с любыми видами связующих веществ (оксид алюминия, диоксид кремния, диоксид титана, оксид церия, оксид циркония), роль которых заключается в улучшении адгезии на структурированных подложках. Однако другие материалы, в дополнение к цеолитам и обычным связующим, могут играть решающую роль в конечной функциональности СКВ и термической долговечности.Off-lattice aluminum (Al) in zeolites has been identified and minimized (<15%) for Cu on CHA and similar zeolites (WO2019049069). Typically, in zeolite-SCR concepts, it has been described that Cu zeolite (CHA, AEI, AFX, etc.) itself forms the basic functionality of SCR with any kind of binders (aluminum oxide, silica, titanium dioxide, cerium oxide, zirconium oxide), whose role is to improve adhesion on structured substrates. However, other materials, in addition to zeolites and conventional binders, can play a critical role in the ultimate SCR functionality and thermal durability.
Таким образом, основной состав катализатора Cu-СНА для СКВ аммиака/мочевины известен с 1970-х - 1990-х годов, но после 2000 года были разработаны подробные, слегка меняющиеся новые составы, обладающие улучшенными свойствами. Многие обычные, гидротермально стабильные катализаторы Cu-СНА основаны на высоком КАС (> 15-20), что приводит к низкой нагрузке меди, если коэффициент ионного обмена (КИО) Cu/Al поддерживается на разумном уровне (<0,5). Нагрузка меди (в граммах) напрямую связана с общим количеством активных центров и активностью катализатора. Если концентрация меди повышается на Cu-СНА с высоким КАС, существует риск чрезмерно высокой активности окисления аммиака при повышенных температурах. Это вредно, поскольку вызывает дополнительное потребление восстановителя (мочевины), что может быть понято непосредственно как эквивалентное увеличение потребления топлива (высокий уровень СО2). Высокое соотношение Cu/Al с высоким КАС также вызывает риск того, что медь находится частично за пределами цеолитной структуры (неинтеркалированные соединения Cu), что способствует окислению аммиака при высоких температурах.In summary, the basic composition of the Cu-CHA catalyst for ammonia/urea SCR has been known since the 1970s to 1990s, but since 2000 detailed, slightly varying new compositions have been developed with improved properties. Many conventional, hydrothermally stable Cu-CHA catalysts are based on high CAN (>15-20), which results in low copper loading if the Cu/Al ion exchange ratio (IER) is kept at a reasonable level (<0.5). Copper loading (in grams) is directly related to the total number of active sites and catalyst activity. If the copper concentration is increased on Cu-CNA with high UAN, there is a risk of excessive ammonia oxidation activity at elevated temperatures. This is harmful because it causes additional consumption of the reducing agent (urea), which can be directly understood as an equivalent increase in fuel consumption (high CO 2 levels). A high Cu/Al ratio with high UAS also poses the risk of copper being partially outside the zeolite structure (non-intercalated Cu compounds), which promotes ammonia oxidation at high temperatures.
Краткое описание изобретенияBrief description of the invention
Настоящее изобретение решает многие из проблем, связанных с предшествующим уровнем техники, и, в частности, была предложена каталитическая композиция цеолита с ионообменной медью, содерThe present invention solves many of the problems associated with the prior art, and in particular, a copper ion exchange zeolite catalyst composition containing
- 2 046217 жащая мелкопористый Cu-цеолит, такой как Cu-СНА, и промоторы, улучшающие активность и долговечность катализатора.- 2 046217 compressing fine-porous Cu zeolite, such as Cu-CHA, and promoters, improving the activity and durability of the catalyst.
В настоящем изобретении предложен катализатор СКВ, содержащий цеолит (например, СНА, AEI, AFX, LEV, Бета или их смеси) с медью в качестве активного металла и нанокристаллическим соединением алюминия (соединение Al) в качестве тонкодисперсных частиц, включая кристаллы. Каталитическую композицию согласно настоящему изобретению применяют для снижения выбросов NOx с помощью аммиака, мочевины и других селективных восстановителей в мобильных и стационарных применениях с обедненной горючей смесью. Нанокристаллическое соединение Al, такое как небольшие кристаллы и частицы Al2O3, улучшает гидротермальную (ГТ) и механическую стабильность слоя покрытия в композициях с катализатором СКВ, которые предпочтительно наносят на проточные подложки, но также можно применять для фильтров для твердых частиц.The present invention provides an SCR catalyst containing a zeolite (eg, CHA, AEI, AFX, LEV, Beta, or mixtures thereof) with copper as the active metal and a nanocrystalline aluminum compound (Al compound) as fine particles including crystals. The catalyst composition of the present invention is used to reduce NO x emissions using ammonia, urea and other selective reductants in mobile and stationary lean burn applications. Nanocrystalline Al compound, such as small Al2O3 crystals and particles, improves the hydrothermal (HT) and mechanical stability of the coating layer in SCR catalyst compositions, which are preferably applied to flow substrates, but can also be used for particulate filters.
Добавление кристаллов Al2O3 малого размера вблизи поверхности цеолита создает поверхностное взаимодействие между двумя соединениями. Таким образом, скорость деалюминирования из цеолита затруднена. Это является важной особенностью цеолитов с низким КАС (КАС ниже 15), при этом чистые цеолиты или цеолиты с обычными связующими веществами страдают от более низкой ГТ долговечности по сравнению с СНА с КАС в диапазоне 20-30. СНА с низким КАС обладает свойством достигать более высокой нагрузки Cu при ионном обмене, что позволяет получить большее количество активных центров Cu для СКВ без чрезмерно высокой активности окисления аммиака. В настоящем изобретении предложена каталитическая композиция, которая содержит цеолит с более высокой массовой нагрузкой меди (Cu), более низким КАС, но также с низкой активностью окисления аммиака.The addition of small sized Al2O3 crystals near the surface of the zeolite creates surface interaction between the two compounds. Thus, the rate of dealumination from zeolite is hindered. This is an important feature of zeolites with low UAN (UCA below 15), with pure zeolites or zeolites with conventional binders suffering from lower GT durability compared to CNA with UAN in the range of 20-30. SNA with low CAS has the property of achieving higher Cu loads in ion exchange, which allows obtaining more active Cu sites for SCR without excessively high ammonia oxidation activity. The present invention provides a catalyst composition that contains a zeolite with a higher mass load of copper (Cu), lower UAN, but also low ammonia oxidation activity.
Соединение циркония (Zr) диспергируют вблизи Cu-обменных цеолитных частиц и нанокристаллического соединения Al для улучшения гидротермальной долговечности в условиях отходящих газов. Соединения циркония (оксиды, сульфаты, ацетаты, гидроксиды) играют роль в поддержании кислотных свойств катализатора СКВ.Zirconium (Zr) compound is dispersed near Cu-exchanged zeolite particles and nanocrystalline Al compound to improve hydrothermal durability under off-gas conditions. Zirconium compounds (oxides, sulfates, acetates, hydroxides) play a role in maintaining the acidic properties of the SCR catalyst.
Для дальнейшего улучшения гидротермальной долговечности одну или более добавок, выбранных из группы La, Y, Hf и Nb, диспергируют в виде мелких частиц для улучшения гидротермальной долговечности. Эти добавки усиливают низкотемпературную активность СКВ.To further improve hydrothermal durability, one or more additives selected from the group of La, Y, Hf and Nb are dispersed into fine particles to improve hydrothermal durability. These additives enhance the low-temperature activity of SCR.
Ионный радиус добавленных соединений (нанокристаллическое соединение Al, соединение Zr, одна или более добавок) также был выбран и определен относительно меди для улучшения стабильности, не затрагивая меди в качестве активного центра внутри пор цеолита.The ionic radius of the added compounds (nanocrystalline Al compound, Zr compound, one or more additives) was also selected and determined relative to copper to improve stability without affecting copper as an active site within the zeolite pores.
Крупные частицы (КЧ) дополнительно добавляют для улучшения гидротермальной стабильности катализаторов СКВ на основе цеолита и механической долговечности слоя покрытия. Эти частицы действуют как большие локальные тепловые барьеры и теплоемкость для защиты от высокой температуры и спекания для прохождения через частицы цеолита.Coarse particles (CP) are additionally added to improve the hydrothermal stability of zeolite-based SCR catalysts and the mechanical durability of the coating layer. These particles act as large local thermal barriers and heat capacity to protect against high temperature and sintering to pass through the zeolite particles.
Для дальнейшей стабилизации каталитической композиции добавляют Si или Ti, предпочтительно в составе крупных частиц (КЧ). Si и Ti присутствуют в виде оксидных форм, таких как SiO2 и TiO2, или в виде смешанных оксидов (SiOx, TiOx) с оксидом алюминия.To further stabilize the catalytic composition, Si or Ti is added, preferably in the composition of large particles (CP). Si and Ti are present in oxide forms such as SiO 2 and TiO 2 or as mixed oxides (SiO x , TiO x ) with alumina.
Настоящий катализатор СКВ имеет микропористую структуру, образованную частицами Cuцеолита с КАС <15, нанокристаллическим соединением Al, стабилизирующим Cu-СНА, например, путем подавления деалюминирования, диспергированным цирконием в качестве гидротермального стабилизатора, добавкой для повышения термической стабильности и крупной частицей с высокой локальной теплоемкостью, действующей в качестве теплового барьера между частицами цеолита.The present SCR catalyst has a microporous structure formed by Cuzeolite particles with CAS <15, a nanocrystalline Al compound that stabilizes Cu-SNA, for example, by suppressing dealumination, dispersed zirconium as a hydrothermal stabilizer, an additive to improve thermal stability and a large particle with a high local heat capacity, acting as a thermal barrier between zeolite particles.
В широком аспекте настоящее изобретение относится к каталитической композиции для селективного каталитического восстановления NOx аммиаком или соединениями, такими как мочевина, выделяющими аммиак в условиях отходящих газов, причем композиция содержитIn a broad aspect, the present invention relates to a catalytic composition for the selective catalytic reduction of NOx with ammonia or compounds such as urea that release ammonia under exhaust gas conditions, the composition comprising
a) частицы цеолита с ионообменной медью, имеющие молярное отношение Si/Al2 (КАС) 15 или менее и достаточно высокое содержание меди для протекания реакции каталитического восстановления,a) zeolite particles with ion-exchange copper having a Si/Al 2 molar ratio (SAR) of 15 or less and a sufficiently high copper content for the catalytic reduction reaction to occur,
b) нанокристаллическое соединение алюминия в количестве, достаточном для стабилизации цеолита путем снижения скорости деалюминирования из цеолита, иb) a nanocrystalline aluminum compound in an amount sufficient to stabilize the zeolite by reducing the rate of dealumination from the zeolite, and
c) соединение циркония в количестве, достаточном для улучшения гидротермальной долговечности каталитической композиции.c) a zirconium compound in an amount sufficient to improve the hydrothermal durability of the catalyst composition.
В одном варианте реализации цеолит выбран из каркасной группы, состоящей из шабазита (СНА), AEI, AFX, LEV, Бета или их смесей. Предпочтительно СНА.In one embodiment, the zeolite is selected from a framework group consisting of chabazite (CHA), AEI, AFX, LEV, Beta, or mixtures thereof. Preferably SNA.
Еще в одном варианте реализации частицы цеолита с ионообменной медью имеют КАС от 2 до 14,9. Предпочтительно КАС составляет от 5 до 14,9. КАС выше 5 является предпочтительным для улучшения стабильности базового цеолита и для поддержания соотношения Cu/Al на разумном уровне.In yet another embodiment, the zeolite particles with ion-exchange copper have an UAN of 2 to 14.9. Preferably, the CAS is from 5 to 14.9. A CAS greater than 5 is preferred to improve the stability of the base zeolite and to maintain the Cu/Al ratio at a reasonable level.
При КАС от 10 до 14,9 и содержании ионов меди, измеренном как CuO, в цеолите более 5 мас.%, в расчете на общую массу цеолита, все еще возможно иметь молярное соотношение Cu/Al в цеолите менее 0,4.When the UAN is from 10 to 14.9 and the copper ion content, measured as CuO, in the zeolite is more than 5 wt.%, based on the total weight of the zeolite, it is still possible to have a Cu/Al molar ratio in the zeolite of less than 0.4.
Еще в одном дополнительном варианте реализации содержание ионов меди, измеренное как CuO, в цеолите составляет от 1 до 10 мас.%, например, от 2 до 7 мас.%, предпочтительно от 4 до 5 мас.%, в расчете на общую массу цеолита. Еще в одном варианте реализации содержание ионов меди, измеренное как CuO, в цеолите составляет от 4 до 7 мас.%, в расчете на общую массу цеолита.In yet another further embodiment, the copper ion content, measured as CuO, in the zeolite is from 1 to 10 wt%, for example from 2 to 7 wt%, preferably from 4 to 5 wt%, based on the total weight of the zeolite . In yet another embodiment, the copper ion content, measured as CuO, in the zeolite is from 4 to 7 wt.%, based on the total weight of the zeolite.
- 3 046217- 3 046217
Еще в одном варианте реализации количество нанокристаллического соединения алюминия в каталитической композиции составляет от 0,5 до 25 мас.%, например, от 1 до 20 мас.%, например, 5-15 мас.%, как правило, 7,8-10 мас.%, в расчете на общую массу каталитической композиции. Предпочтительно, соединение алюминия представляет собой Al2O3, такой как гамма- Al2O3.In yet another embodiment, the amount of nanocrystalline aluminum compound in the catalyst composition is from 0.5 to 25 wt.%, for example, from 1 to 20 wt.%, for example, 5-15 wt.%, typically 7.8-10 wt.%, based on the total weight of the catalytic composition. Preferably, the aluminum compound is Al 2 O3 such as gamma Al 2 O3.
Еще в одном варианте реализации, когда каталитическая композиция имеет КАС от 10 до 14,9, количество нанокристаллического соединения алюминия в каталитической композиции составляет от 0,5 до 25 мас.%, например, от 1 до 20 мас.%, например, 5-15 мас.%, обычно 7,8-10 мас.%, в расчете на общую массу каталитической композиции. Предпочтительно, соединение алюминия представляет собой Al2O3, такой как гамма- Al2O3.In yet another embodiment, when the catalyst composition has a UAN of 10 to 14.9, the amount of nanocrystalline aluminum compound in the catalyst composition is from 0.5 to 25 wt.%, for example, from 1 to 20 wt.%, for example, 5- 15% by weight, typically 7.8-10% by weight, based on the total weight of the catalyst composition. Preferably, the aluminum compound is Al2O3 such as gamma Al2O3.
Еще в одном варианте реализации молярное соотношение Cu/Al в цеолите составляет от 0,02 до 0,4, предпочтительно от 0,05 до 0,25.In yet another embodiment, the Cu/Al molar ratio of the zeolite is from 0.02 to 0.4, preferably from 0.05 to 0.25.
Молярное содержание Cu/Al в цеолите находится в диапазоне от 0,02 до 0,4, предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,25, чтобы обеспечить гидротермально стабильный Cu-цеолитный катализатор с низкой скоростью окисления аммиака. Высокая производительность по NOx достигается при более низком молярном соотношении Cu/Al, чем типичное соотношение Cu/Al, при котором Cu-СНА имеет высокое КАС, такое как >15-20.The Cu/Al molar content of the zeolite is in the range of 0.02 to 0.4, preferably in the range of 0.05 to 0.25, to provide a hydrothermally stable Cu zeolite catalyst with a low ammonia oxidation rate. High NOx performance is achieved at a lower Cu/Al molar ratio than the typical Cu/Al ratio at which Cu-SHA has a high UAN such as >15-20.
Еще в одном варианте реализации общее содержание ионов меди, измеренное в виде CuO в каталитической композиции, составляет от 2 до 6 мас.%, в расчете на общую массу каталитической композиции.In yet another embodiment, the total copper ion content, measured as CuO in the catalyst composition, is from 2 to 6 wt.%, based on the total weight of the catalyst composition.
Еще в одном варианте реализации частицы цеолита с ионообменной медью имеют размер d50 от 1 до 10 мкм, например от 2 до 5 мкм.In yet another embodiment, the ion-exchanged copper zeolite particles have a d 50 size of 1 to 10 μm, for example 2 to 5 μm.
Еще в одном варианте реализации количество соединения циркония в каталитической композиции составляет от 1 до 10 мас.%, в виде ZrO2 в расчете на общую массу каталитической композиции. Как правило, количество соединения циркония в виде ZrO2 в каталитической композиции составляет от 2 до 7 мас.%, в расчете на общую массу каталитической композиции.In yet another embodiment, the amount of zirconium compound in the catalyst composition is from 1 to 10 wt.%, in the form of ZrO 2 based on the total weight of the catalyst composition. Typically, the amount of zirconium compound in the form of ZrO 2 in the catalyst composition is from 2 to 7% by weight, based on the total weight of the catalyst composition.
Это количество ZrO2 выбрано для стабилизации других соединений, несущих диспергированный Zr на других пористых соединениях катализатора.This amount of ZrO 2 is chosen to stabilize other compounds carrying dispersed Zr on other porous catalyst compounds.
В дополнительном варианте реализации нанокристаллическое соединение алюминия содержит оксиды алюминия. Как правило, нанокристаллическое соединение Al представляет собой Al2O3.In a further embodiment, the nanocrystalline aluminum compound comprises aluminum oxides. Typically, the nanocrystalline Al compound is Al 2 O 3 .
Еще в одном дополнительном варианте реализации нанокристаллический Al2O3 имеет кристаллический размер d50 от 1 до 8 нм, такой как 3-7 нм. Еще в одном варианте реализации нанокристаллический Al2O3 имеет кристаллический размер d50 от 3 до 5 нм.In yet another further embodiment, the nanocrystalline Al 2 O 3 has a crystal size d 50 of 1 to 8 nm, such as 3-7 nm. In yet another embodiment, the nanocrystalline Al 2 O 3 has a crystal size d 50 of 3 to 5 nm.
Еще в одном варианте реализации нанокристаллический Al2O3 имеет размер диспергированных частиц d50 от 5 до 80 нм, такой как 10-65 нм. Еще в одном варианте реализации нанокристаллический Al2O3 имеет размер диспергированных частиц d50 от 10 до 30 нм.In yet another embodiment, the nanocrystalline Al2O3 has a dispersed particle size d50 of 5 to 80 nm, such as 10-65 nm. In yet another embodiment, the nanocrystalline Al2O3 has a dispersed particle size d 50 of 10 to 30 nm.
Еще в одном варианте реализации каталитическая композиция согласно настоящему изобретению содержит крупные частицы (КЧ), такие как крупные частицы на основе Al2O3, имеющие размер частиц d50 от 3 до 200 мкм, предпочтительно от 5 до 40 мкм.In yet another embodiment, the catalyst composition of the present invention contains coarse particles (CP), such as Al 2 O 3 -based coarse particles having a particle size d50 of 3 to 200 μm, preferably 5 to 40 μm.
В частности, крупная частица основана на Al2O3. Предпочтительно крупная частица состоит из Al2O3.In particular, the large particle is based on Al 2 O 3 . Preferably the coarse particle consists of Al 2 O 3 .
Еще в одном варианте реализации каталитическая композиция согласно настоящему изобретению дополнительно содержит добавку, выбранную из оксидов La, Y, Hf, Nd и их смесей.In yet another embodiment, the catalyst composition of the present invention further comprises an additive selected from the oxides of La, Y, Hf, Nd and mixtures thereof.
В дополнительном варианте реализации каталитическая композиция согласно настоящему изобретению содержит Si, Ti или их смеси. Предпочтительно Si и Ti присоединены к крупным частицам (КЧ) и внедрены в них.In a further embodiment, the catalyst composition of the present invention contains Si, Ti, or mixtures thereof. Preferably, Si and Ti are attached to and embedded in large particles (CP).
Еще в одном варианте реализации каталитическая композиция согласно настоящему изобретению имеет общее КАС (ОКАС) менее 10, где ОКАС определяют как молярное соотношение Si/Al2 между Si в цеолите с ионообменной медью, и общим Al2 в цеолите с ионообменной медью и нанокристаллическом соединении алюминия. Как правило, ОКАС составляет от 4 до 10. Предпочтительно, ОКАС составляет от 4 до 8, например, от 5 до 7.In yet another embodiment, the catalyst composition of the present invention has a total TAC (TAC) of less than 10, where TAC is defined as the Si/Al 2 molar ratio between the Si in the copper zeolite and the total Al 2 in the copper zeolite and the nanocrystalline aluminum compound. Typically, the OCAC is from 4 to 10. Preferably, the OCAC is from 4 to 8, for example from 5 to 7.
Еще в одном аспекте настоящее изобретение относится к структурной подложке для применения в системе отходящих газов, содержащей каталитическую композицию по любому из вышеуказанных аспектов и/или по любому из вышеуказанных вариантов реализации. Как правило, структура выбрана из керамической или металлической проточной подложки и подложки с пристеночным течением, предпочтительно проточной подложки.In yet another aspect, the present invention relates to a structural support for use in a flue gas system comprising a catalyst composition according to any of the above aspects and/or any of the above embodiments. Typically, the structure is selected from a ceramic or metal flow substrate and a wall flow substrate, preferably a flow substrate.
Еще в одном дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к применению каталитической композиции по любому из вышеуказанных аспектов и/или по любому из вышеуказанных вариантов реализации для селективного каталитического восстановления NOx аммиаком или соединениями, выделяющими аммиак в условиях отходящих газов.In yet another further aspect, the present invention relates to the use of a catalyst composition according to any of the above aspects and/or according to any of the above embodiments for the selective catalytic reduction of NOx with ammonia or ammonia-releasing compounds under flue gas conditions.
Еще в одном аспекте настоящее изобретение относится к системе обработки отходящих газов, содержащей каталитическую композицию по любому из вышеуказанных аспектов и/или по любому из вышеуказанных вариантов реализации для селективного каталитического восстановления NOx аммиаком или соединениями, такими как мочевина, выделяющими аммиак в условиях отходящих газов, нанесенIn yet another aspect, the present invention relates to a flue gas treatment system comprising a catalyst composition according to any of the above aspects and/or any of the above embodiments for selective catalytic reduction of NOx with ammonia or compounds, such as urea, that release ammonia under flue gas conditions , applied
- 4 046217 ную на структурную подложку.- 4 046217 on a structural substrate.
Еще в одном аспекте настоящее изобретение относится к способу селективного каталитического восстановления NOx аммиаком или соединениями, выделяющими аммиак в условиях отходящих газов, включающему нанесение каталитической композиции по любому из вышеуказанных аспектов и/или по любому из вышеуказанных вариантов реализации на структуру подложки.In yet another aspect, the present invention relates to a method for the selective catalytic reduction of NO x with ammonia or ammonia-releasing compounds under off-gas conditions, comprising applying a catalyst composition according to any of the above aspects and/or any of the above embodiments to a support structure.
В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к каталитической композиции для селективного каталитического восстановления NOx аммиаком или соединением, выделяющим аммиак в условиях отходящих газов, каталитической композиции для селективного каталитического восстановления NOx аммиаком или соединениями, выделяющими аммиак в условиях отходящих газов, по любому из вышеуказанных аспектов и/или любому из вышеуказанных вариантов реализации, которая может быть получена путем сушки водной каталитической композиции и прокаливания при температуре от 400 до 700°С в присутствии кислорода, такого как воздух, содержащей а) частицу цеолита с ионообменной медью, имеющую молярное отношение Si/Al2 (КАС) 15 или менее, и содержание ионов меди, достаточное для протекания реакции каталитического восстановления, b) нанокристаллическое соединение алюминия в количестве, достаточном для стабилизации цеолита путем снижения скорости деалюминирования из цеолита, и с) соединение циркония в количестве, достаточном для улучшения гидротермальной долговечности каталитической композиции.In a further aspect, the present invention relates to a catalyst composition for the selective catalytic reduction of NOx with ammonia or an ammonia-evolving compound under flue gas conditions, a catalyst composition for the selective catalytic reduction of NOx with ammonia or ammonia-evolving compounds under flue gas conditions, according to any of the above aspects and/or any of the above embodiments, which can be obtained by drying the aqueous catalyst composition and calcining at a temperature of from 400 to 700°C in the presence of oxygen, such as air, containing a) a zeolite particle with ion-exchange copper having a molar ratio of Si/ Al 2 (CAC) 15 or less, and a copper ion content sufficient to allow the catalytic reduction reaction to occur, b) a nanocrystalline aluminum compound in an amount sufficient to stabilize the zeolite by reducing the rate of dealumination from the zeolite, and c) a zirconium compound in an amount sufficient to improving the hydrothermal durability of the catalytic composition.
Еще в одном аспекте настоящее изобретение относится к водной каталитической композиции, подходящей для применения в качестве каталитического покрытия на структурной подложке при селективном каталитическом восстановлении NOx аммиаком или соединениями, выделяющими аммиак во время каталитического восстановления, причем композиция содержитIn yet another aspect, the present invention relates to an aqueous catalyst composition suitable for use as a catalyst coating on a structural support in the selective catalytic reduction of NO x with ammonia or ammonia-releasing compounds during the catalytic reduction, the composition comprising
a) частицу цеолита с ионообменной медью, имеющую молярное соотношение Si/Al2 (КАС) 15 или менее и содержание ионов меди, достаточно высокое для протекания реакции каталитического восстановления в покрытии,a) a copper ion exchange zeolite particle having a Si/Al2 molar ratio (SAR) of 15 or less and a copper ion content sufficiently high to allow a catalytic reduction reaction to occur in the coating,
b) нанокристаллическое соединение алюминия в количестве, достаточном для стабилизации цеолита в покрытии путем снижения скорости деалюминирования из цеолита, иb) a nanocrystalline aluminum compound in an amount sufficient to stabilize the zeolite in the coating by reducing the rate of dealumination from the zeolite, and
с) соединение циркония в количестве, достаточном для улучшения гидротермальной долговечности каталитического покрытия.c) a zirconium compound in an amount sufficient to improve the hydrothermal durability of the catalytic coating.
Еще в одном варианте реализации соединение циркония выбрано из предшественника соединения циркония, такого как оксиды циркония, сульфоксиды циркония, сульфаты циркония, нитраты циркония, ацетаты циркония, гидроксиды циркония и их смеси. Предпочтительно, соединение циркония выбрано из сульфатов циркония, нитратов циркония, ацетатов циркония и их смесей.In yet another embodiment, the zirconium compound is selected from a zirconium compound precursor such as zirconium oxides, zirconium sulfoxides, zirconium sulfates, zirconium nitrates, zirconium acetates, zirconium hydroxides, and mixtures thereof. Preferably, the zirconium compound is selected from zirconium sulfates, zirconium nitrates, zirconium acetates and mixtures thereof.
Еще в одном варианте реализации нанокристаллическое соединение алюминия модифицировано во время получения для обеспечения кислотной поверхности, при этом рН во влажных (суспензионных) условиях, как правило, составляет менее 5, например, 3. Модификацию можно проводить во время получения путем воздействия HNO3 перед прокаливанием.In yet another embodiment, the nanocrystalline aluminum compound is modified during preparation to provide an acidic surface, wherein the pH under wet (slurry) conditions is typically less than 5, for example, 3. Modification can be carried out during preparation by exposure to HNO 3 prior to calcination .
Дополнительные задачи и преимущества настоящего изобретения очевидны из нижеприведенного описания и формулы изобретения.Additional objects and advantages of the present invention will be apparent from the following description and claims.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 схематически показана композиция медного катализатора СКВ на подложке согласно настоящему изобретению. Катализатор состоит из подложки (100), которая образует открытые проточные каналы (110) для отходящих газов и на указанных стенках подложки расположено покрытие катализатора. Покрытие образовано смесью Cu-цеолита (200, например, Cu-СНА), соединения Al (300), ZrO2 (400), добавки (Add, 600) и крупных частиц (КЧ, 500) и Ti и/или Si (700).In fig. 1 schematically shows the composition of a supported copper SCR catalyst according to the present invention. The catalyst consists of a support (100), which forms open flow channels (110) for exhaust gases and a catalyst coating is located on the specified walls of the support. The coating is formed by a mixture of Cu zeolite (200, for example, Cu-CHA), Al compound (300), ZrO 2 (400), additive (Add, 600) and large particles (CN, 500) and Ti and/or Si (700 ).
На фиг. 2 показана диаграмма, изображающая преобразование NOx, испытанное на стенде для синтетического газа с 40% NO2 и 60% NO (оба по отношению к общему количеству NOx) в сырьевом газе при ОС 71,000 ч-1, для примера 1а, 2 (СРАВН 1), 3 (СРАВН 2) и 4 (СрАВН 3). Все образцы подвергали гидротермальному старению при 800°С в течение 20 ч. Сравнение показывает влияние соединения Al с небольшим размером кристаллов (пример 1а) по сравнению с соединением Al с большими размерами кристаллов Al2O3 (пример 2, СРАВН 1) и по сравнению со сравнительным современным катализатором Cu-СНА (пример 3, СРАВН 2) и вторым сравнительным образцом, полученным в соответствии с примером 1а, но с цеолитом с КАС 23 (пример 4, СРАВН 3).In fig. 2 is a graph depicting NOx conversion tested on a syngas bench with 40% NO2 and 60% NO (both relative to total NOx ) in the feed gas at 71,000 h -1 OC, for Example 1a, 2 (Compare 1 ), 3 (СрАВН 2) and 4 (СрАВН 3). All samples were subjected to hydrothermal aging at 800°C for 20 hours. The comparison shows the effect of an Al compound with a small crystal size (example 1a) compared to an Al compound with large Al 2 O 3 crystal sizes (example 2, CVN 1) and compared with a comparative modern catalyst Cu-CHA (example 3, CPAVN 2) and a second comparative sample obtained in accordance with example 1a, but with a zeolite with CAS 23 (example 4, CPAVN 3).
На фиг. 3 показано на двух диаграммах улучшение стабильности к термическому старению для Cu-СНА с КАС 11 в комбинации с Al-1 либо с добавлением соединения циркония или оксида лантана в качестве добавки, либо с обеими указанными добавками. Диаграмма на фиг. 3 а иллюстрирует конверсию NOx, испытанную на стенде синтетического газа только с NO в сырьевом газе при ОС 50,000 ч-1, для примера 1b (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1), примера 5 (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1 и 6% ZrO2 в качестве термостабилизатора), примера 6 (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1 и 3% La2O3 в качестве термостабилизатора) и примера 7 (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1 и 3 % ZrO2 плюс 3% La2O3 в качестве термостабилизаторов). Все образцы подвергали гидротермальному старению при 850°С в течение 20 ч. На фиг. 3b показана на диаграмме конверсия NOx для того же набора образцов, которые были испытаны на стенде синтетического газа с 40% NO2 и 60% NO (оба по отношению к общему количеству NOx) в сырьевом газе при ОС 50,000 ч-1.In fig. 3 shows in two diagrams the improvement in thermal aging stability for Cu-SNA with CAS 11 in combination with Al-1, either with the addition of a zirconium compound or lanthanum oxide as an additive, or with both of these additives. Diagram in Fig. 3a illustrates the conversion of NOx tested on a synthetic gas stand with only NO in the feed gas at OS 50,000 h -1 , for example 1b (Cu-SNA with CAS 11 with Al-1), example 5 (Cu-SNA with CAS 11 s Al-1 and 6% ZrO 2 as a thermal stabilizer), example 6 (Cu-SNA with CAS 11 with Al-1 and 3% La 2 O 3 as a thermal stabilizer) and example 7 (Cu-SNA with CAS 11 with Al- 1 and 3% ZrO 2 plus 3% La 2 O 3 as thermal stabilizers). All samples were subjected to hydrothermal aging at 850°C for 20 hours. FIG. 3b shows the NO x conversion chart for the same set of samples that were tested on a syngas bench with 40% NO 2 and 60% NO (both relative to total NOx) in the feed gas at 50,000 h -1 OC.
- 5 046217- 5 046217
На фиг. 4 на двух диаграммах показано улучшение стабильности к термическому старению для CuСНА с КАС 11 в сочетании с Al-1 и добавлением крупных частиц (КЧ).In fig. 4, two diagrams show the improvement in stability to thermal aging for CuSNA with CAS 11 in combination with Al-1 and the addition of large particles (CP).
На диаграмме на фиг. 4а показана конверсия NOx, испытанная на стенде синтетического газа только с NO в сырьевом газе при ОС 50,000 ч-1, для примера 1b (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1, общей нагрузкой 140 г/л), примера 8а (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1 140 г/л и крупными частицами, содержащими Al2O3 в качестве основного оксида и 3 % La2O3 40 г/л), примера 8b (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1 140 г/л и крупными частицами, содержащими Al2O3 в качестве основного оксида и 20% SiO2 40 г/л) и примера 8с (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1 140 г/л и крупными частицами, содержащими Al2O3 в качестве основного оксида и 15% ZrO2 и 20% SiO2 40 г/л). Все образцы подвергали гидротермальному старению при 850°С в течение 20 ч.In the diagram in FIG. Figure 4a shows the NOx conversion tested on a synthetic gas stand with only NO in the feed gas at OS 50,000 h -1 , for example 1b (Cu-SNA with CAS 11 with Al-1, total load 140 g/l), example 8a (Cu -SNA with CAS 11 with Al-1 140 g/l and large particles containing Al2O3 as the main oxide and 3% La 2 O 3 40 g/l), example 8b (Cu-SNA with CAS 11 with Al-1 140 g/l and large particles containing Al 2 O 3 as the main oxide and 20% SiO 2 40 g/l) and example 8c (Cu-SNA with CAS 11 with Al-1 140 g/l and large particles containing Al 2 O 3 as the main oxide and 15% ZrO 2 and 20% SiO 2 40 g/l). All samples were subjected to hydrothermal aging at 850°C for 20 hours.
На фиг. 4b на диаграмме показана конверсия NOx для того же набора образцов, которые были испытаны на стенде синтетического газа с 40% NO2 и 60% NO (оба по отношению к общему количеству NOx) в сырьевом газе при ОС 50,000 ч-1.In fig. Figure 4b shows the NOx conversion for the same set of samples that were tested on a syngas bench with 40% NO2 and 60% NO (both relative to total NOx) in the feed gas at 50,000 h -1 OC.
На фиг. 5 показано на двух диаграммах улучшение стабильности к термическому старению для CuСНА с КАС 11 в комбинации с Al-3 и добавлением соединения циркония и/или оксида лантана в качестве добавки, и с добавлением крупных частиц (КЧ).In fig. 5 shows in two diagrams the improvement in thermal aging stability for CuCHN with CAS 11 in combination with Al-3 and the addition of a zirconium compound and/or lanthanum oxide as an additive, and with the addition of large particles (CP).
На диаграмме на фиг. 5а показана конверсия NOx, испытанная на стенде синтетического газа только с NO в сырьевом газе при ОС 50,000 ч-1, для примера 1b (Cu-СНА с КАС 11 с Al-1, общая нагрузка 140 г/л), примера 9 (Cu-СНА с КАС 11 с Al-3 и 6 % ZrO2 в качестве термостабилизатора 140 г/л и крупными частицами, содержащими Al2O3 в качестве основного оксида и 3 % La2O3 40 г/л), примера 10 (Cu-СНА с КАС 11 с Al-3 и 6% ZrO2 в качестве термостабилизатора 140 г/л и крупными частицами, содержащими Al2O3 в качестве основного оксида и 20% SiO2 и 20% TiO2 40 г/л), и примера 11 (Cu-СНА с КАС 11 с Al-3 и 3 % ZrO2 плюс 3% La2O3 в качестве термостабилизаторов 140 г/л и крупными частицами, содержащими Al2O3 в качестве основного оксида и 20% SiO2 и 20% TiO2 40 г/л). Все образцы подвергали гидротермальному старению при 850°С в течение 20 ч.In the diagram in FIG. Figure 5a shows the NOx conversion tested on a synthetic gas stand with only NO in the feed gas at OS 50,000 h -1 , for example 1b (Cu-SNA with CAS 11 with Al-1, total load 140 g/l), example 9 (Cu -SNA with CAS 11 with Al-3 and 6% ZrO 2 as a heat stabilizer 140 g/l and large particles containing Al 2 O 3 as the main oxide and 3% La 2 O 3 40 g/l), example 10 ( Cu-SNA with CAS 11 with Al-3 and 6% ZrO 2 as a thermal stabilizer 140 g/l and large particles containing Al 2 O 3 as the main oxide and 20% SiO 2 and 20% TiO 2 40 g/l) , and example 11 (Cu-SNA with CAS 11 with Al-3 and 3% ZrO 2 plus 3% La 2 O 3 as thermal stabilizers 140 g/l and large particles containing Al2O3 as the main oxide and 20% SiO2 and 20 % TiO2 40 g/l). All samples were subjected to hydrothermal aging at 850°C for 20 hours.
На фиг. 5b на диаграмме показана конверсия NOx для того же набора проб, что и при испытании на стенде синтетического газа с 40% NO2 и 60% NO (оба по отношению к общему количеству NOx) в сырьевом газе при ОС 50,000 ч-1.In fig. 5b shows the NOx conversion for the same set of samples as the syngas bench test with 40% NO 2 and 60% NO (both relative to total NOx ) in the feed gas at 50,000 h -1 OC.
На фиг. 6 показано улучшение стабильности к термическому старению для Cu-СНА с КАС 11 в комбинации с соединением Al с использованием всех возможных добавок согласно настоящему изобретению. На диаграмме показано сравнение конверсии NOx, испытанной на стенде синтетического газа с 40% NO2 и 60% NO (оба по отношению к общему количеству NOx) в сырьевом газе при ОС 50,000 ч-1, для примера 3, который представляет собой эталонный современный катализатор Cu-СНА с высоким КАС и высокой низкотемпературной активностью DeNOx, и примера 11, который представляет собой полностью разработанную композицию катализатора Cu-цеолита СКВ в соответствии с настоящим изобретением, состоящую из Cu-СНА с КАС 11 с Al-соединениями Al-3 и 3% ZrO2 плюс 3% La2O3 в качестве термостабилизаторов 140 г/л и крупными частицами, содержащими Al2O3 в качестве основного оксида и 20% SiO2 и 20% TiO2 40 г/л. Оба образца подвергали гидротермальному старению при 850°С в течение 20 ч.In fig. 6 shows the improvement in thermal aging stability for Cu-CHA with CAS 11 in combination with an Al compound using all possible additives according to the present invention. The chart shows a comparison of NO x conversion tested on a syngas bench with 40% NO2 and 60% NO (both based on total NOx) in the feed gas at 50,000 h -1 OC for Example 3, which is a reference modern catalyst Cu-SNA with high CAS and high low-temperature DeNOx activity, and Example 11, which is a fully developed composition of the Cu-zeolite SCR catalyst in accordance with the present invention, consisting of Cu-SNA with CAS 11 with Al compounds Al-3 and 3 % ZrO 2 plus 3% La 2 O 3 as thermal stabilizers 140 g/l and large particles containing Al2O3 as the main oxide and 20% SiO2 and 20% TiO2 40 g/l. Both samples were subjected to hydrothermal aging at 850°C for 20 hours.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Настоящее изобретение обладает множеством преимуществ в широком контексте, а также дополнительными преимуществами согласно аспектам вариантов реализации.The present invention has many advantages in a broad context, as well as additional advantages according to aspects of the embodiments.
Катализатор СКВ состоит из определенных материалов в соответствии с вышеуказанными аспектами и/или вариантами реализации настоящего изобретения, причем композиция катализатора нанесена на структурную подложку, такую как керамическая или металлическая подложка или сажевый фильтр (носитель). Общее количество покрытия варьируется в диапазоне 20-400 г/л в зависимости от применения или типа носителя (плотность ячеек, керамика/металл, проточная/поток вдоль стенок). В предпочтительном варианте реализации общее количество покрытия находится в диапазоне от 60 до 200 г/л.The SCR catalyst is composed of certain materials in accordance with the above aspects and/or embodiments of the present invention, wherein the catalyst composition is supported on a structural support, such as a ceramic or metal substrate or particulate filter (media). Total coating amounts range from 20-400 g/l depending on application or media type (cell density, ceramic/metal, continuous/wall flow). In a preferred embodiment, the total amount of coating is in the range from 60 to 200 g/l.
Термин цеолит с ионообменной медью используется взаимозаменяемо с Cu-цеолитом, и, например, Cu-СНА означает шабазит с ионообменной медью.The term copper ion exchange zeolite is used interchangeably with Cu-zeolite and, for example, Cu-CHA means copper ion exchange chabazite.
Каталитическая композиция СКВ согласно настоящему изобретению представляет собой активный микропористый цеолит. Цеолит с ионообменной медью предпочтительно находится в форме СНА (шабазита) с КАС в диапазоне от 2 до 14,9, предпочтительно в диапазоне от 5 до 14,9, например, в диапазоне от 10 до 14,9. Нагрузка меди измеряется в виде CuO, как правило, в диапазоне от 2 до 7 мас.%, например, в диапазоне от 4 до 7 мас.%, обычно в диапазоне от 4 до 5 мас.%, в цеолите и примерно от 2 до 6 мас.%, в катализаторе, включая все соединения катализатора. Площадь поверхности цеолита с ионообменной медью, предпочтительно Cu-СНА, находится в диапазоне 450-700 м2/г в свежем виде (прокаленный при 550°С/3 ч, до старения). Предпочтительно, средний размер частиц (d50) Cu-цеолита (такого как Cu-СНА) в покрытии катализатора составляет примерно 2-5 мкм.The SCR catalyst composition according to the present invention is an active microporous zeolite. The copper ion exchange zeolite is preferably in the form of CHA (chabazite) with a UAN in the range of 2 to 14.9, preferably in the range of 5 to 14.9, for example in the range of 10 to 14.9. The copper load is measured as CuO, typically in the range of 2 to 7 wt.%, for example, in the range of 4 to 7 wt.%, typically in the range of 4 to 5 wt.%, in zeolite and about 2 to 6 wt.%, in the catalyst, including all catalyst compounds. The surface area of the zeolite with ion-exchange copper, preferably Cu-CHA, is in the range of 450-700 m 2 /g in fresh form (calcined at 550°C/3 hours, before aging). Preferably, the average particle size (d 50 ) of Cu zeolite (such as Cu-CHA) in the catalyst coating is about 2-5 μm.
Важным элементом каталитической композиции согласно настоящему изобретению является нанокристаллическое соединение Al (соединение Al). Известно, что КАС является переменной величиной в композициях цеолита. Было замечено, что свободный Al может существовать в цеолитах, так что не весь Al находится в решетке (так называемый внерешеточный Al). Обычно в известной технологии целью было свести к минимуму содержание внерешеточного Al в цеолите для предотвращения возможных отAn important element of the catalyst composition according to the present invention is a nanocrystalline Al compound (Al compound). It is known that UAN is a variable value in zeolite compositions. It has been observed that free Al can exist in zeolites such that not all of the Al is in the lattice (so-called extra-lattice Al). Typically, in the known technology, the goal was to minimize the content of extra-lattice Al in the zeolite to prevent possible
- 6 046217 рицательных эффектов, таких как деалюминирование. Однако, когда Al применяют в качестве нанокристаллического соединения Al в катализаторе на основе цеолита согласно настоящему изобретению, это делают специально для получения множества кристаллов/частиц Al2O3, которые имеют очень близкий контакт со структурой цеолита, предотвращая деалюминирование и стабилизируя Al в решетке цеолита. Применение соединения Al с очень малым размером кристаллов (в виде Al2O3) в каталитической композиции согласно настоящему изобретению продемонстрировало улучшение активности, стабильности, адгезии и когезии катализатора. По этим причинам в покрытии из пористого оксида можно применять различные предшественники Al2O3. Источник Al2O3 может представлять собой дисперсию самого Al2O3, золь бемита или другого предшественника или даже частично растворенную соль алюминия в виде Al(NO3)3, соответствующую диапазонам определенного размера кристаллов и размера диспергированных частиц соединения Al. Возможны также комбинации указанных источников.- 6 046217 negative effects such as dealumination. However, when Al is used as a nanocrystalline Al compound in the zeolite catalyst of the present invention, it is done specifically to produce a plurality of Al2O3 crystals/particles that have very close contact with the zeolite structure, preventing dealumination and stabilizing Al in the zeolite lattice. The use of a very small crystalline Al compound (as Al2O3) in the catalyst composition of the present invention has demonstrated improvement in the activity, stability, adhesion and cohesion of the catalyst. For these reasons, various Al2O3 precursors can be used in the porous oxide coating. The Al2O3 source may be a dispersion of Al2O3 itself, a sol of boehmite or other precursor, or even a partially dissolved aluminum salt in the form of Al(NO3)3, corresponding to ranges of certain crystal size and dispersed particle size of the Al compound. Combinations of these sources are also possible.
В примерах были рассмотрены три различных типа возможных соединений Al. В экспериментах в качестве соединений Al изучали Al-1, Al-2 (СРАВН 1) и Al-3. Al-1 имеет размер диспергированных частиц в водной среде 20 нм, кристаллический размер 4,5 нм и начальную площадь поверхности по БЭТ 260 м2/г при прокаливании при 550°С/3 ч. Al-2 имеет соответствующие параметры 90 нм, 9 нм и 200 м2/г. Al-3 имеет соответствующие параметры 60 нм, 6 нм и 230 м2/г. Было замечено, что эти малые кристаллические частицы и размер частиц соединения Al способствуют активности. Малый размер диспергированных частиц также является ключевой переменной для поддержания количества соединения Al на достаточно низком уровне вместе с улучшенной адгезией и когезией к стенкам подложки. Для достижения такой же прочности слоя покрытия с более крупными частицами соединения Al или связующего Al необходимо более высокое относительное массовое количество. Кроме того, небольшое количество нитрата может присутствовать в водных средах для нанесения покрытия (суспензии) или на предшественнике соединения Al, что важно для образования небольшого кристалла Al2O3 в процессе химического и механического диспергирования. Эти поверхностные нитраты разлагаются при окончательной термообработке, оставляя готовые наноразмерные частицы Al2O3 в структуре катализатора. Готовая поверхность Al2O3 сохраняет кислотность на оксидных и гидроксильных группах после прокаливания в сухих условиях.The examples examined three different types of possible Al compounds. In the experiments, Al-1, Al-2 (САВН 1) and Al-3 were studied as Al compounds. Al-1 has a dispersed particle size in an aqueous medium of 20 nm, a crystalline size of 4.5 nm and an initial BET surface area of 260 m 2 /g when calcined at 550°C/3 hours. Al-2 has the corresponding parameters of 90 nm, 9 nm and 200 m 2 /g. Al-3 has the corresponding parameters 60 nm, 6 nm and 230 m 2 /g. It has been observed that these small crystalline particles and the particle size of the Al compound contribute to the activity. The small size of the dispersed particles is also a key variable to keep the amount of Al compound at a sufficiently low level together with improved adhesion and cohesion to the substrate walls. To achieve the same strength of a coating layer with larger particles of Al compound or Al binder, a higher relative mass amount is required. In addition, a small amount of nitrate may be present in the aqueous coating media (slurry) or on the Al compound precursor, which is important for the formation of a small Al2O3 crystal during chemical and mechanical dispersion. These surface nitrates are decomposed during the final heat treatment, leaving finished nano-sized Al 2 O 3 particles in the catalyst structure. The finished Al 2 O 3 surface retains acidity on the oxide and hydroxyl groups after calcination under dry conditions.
Размер частиц соединения Al (Al2O3), диспергированного в воде, находится в диапазоне от 5 до 80 нм, обычно в диапазоне от 10 до 65 нм, например, в диапазоне от 10 до 30 нм, и кристаллический размер находится в диапазоне от 1 до 8 нм, обычно в диапазоне от 3 до 7 нм, например, в диапазоне от 3 до 5 нм. Площадь поверхности по БЭТ составляет более 200 м2/г при прокаливании при 550°С/3 ч.The particle size of an Al compound (Al 2 O 3 ) dispersed in water is in the range of 5 to 80 nm, typically in the range of 10 to 65 nm, for example in the range of 10 to 30 nm, and the crystalline size is in the range of 1 to 8 nm, typically in the range of 3 to 7 nm, for example in the range of 3 to 5 nm. The BET surface area is more than 200 m 2 /g when calcined at 550°C/3 hours.
Нанокристаллическое соединение алюминия образует в воде диспергированные частицы размером от 5 до 80 нм, предпочтительно от 10 до 65 нм и кристаллические частицы размером от 1 до 8 нм, предпочтительно от 3 до 7 нм для стабилизации цеолита путем снижения скорости деалюминирования из цеолита. Малый размер дисперсных частиц и кристаллический размер являются переменными, позволяющими контролировать, к какому расположению в порах цеолита имеет доступ соединение Al. Цель состоит в том, чтобы иметь более глубокий доступ внутрь цеолитных пор, чем при использовании обычных содержащих Al связующих веществ, но не затрагивать Си в цеолитных центрах. Отрицательные эффекты могут быть вызваны тем, что небольшие растворимые ионы могут подвергаться ионному обмену с ионом меди, который, например, вводят в цеолит перед получением катализатора. Предшественники будут оседать после сушки и прокаливания в окончательных расположениях в сухой фазе, где они осели во время получения в водных средах. Таким образом, размеры предшественника в воде или других жидких средах играют ключевую роль в том, где добавленные промоторы расположены в конечной каталитической композиции. В дополнение к воде, мокрые стадии получения могут включать органические добавки, образующие смесь с водой и модифицирующие, например, поверхностное натяжение, вязкость и другие поверхностные свойства или свойства жидкости/раствора/суспензии. Соединение Al применяют в виде диспергированной нанокристаллической формы с вышеуказанными размерами частиц, но не в виде растворимой формы, когда ионный радиус Al3+ даже меньше, чем ионный радиус Cu2+. Соединение нанокристаллического Al имеет доступ в поры цеолита, но не так непосредственно, как ион Cu к центрам Al на цеолите. Поскольку ионный радиус (0,50 A) Al3+ меньше, чем (0,69 A) Cu2+, его вводят не в виде растворимой ионной формы, а в виде нанокристаллических частиц в водных средах. Напротив, соединение Zr вводят в виде ионной формы, когда ионный радиус Zr4+ намного больше (0,80 A), чем у Cu2+, что приводит к тесному внедрению в цеолите, но не конкурирует с медью в водных средах.The nanocrystalline aluminum compound forms dispersed particles of 5 to 80 nm, preferably 10 to 65 nm, and crystalline particles of 1 to 8 nm, preferably 3 to 7 nm in water to stabilize the zeolite by reducing the rate of dealumination from the zeolite. The fine particle size and crystalline size are variables that control which locations in the zeolite pores the Al compound has access to. The goal is to have deeper access into the zeolite pores than with conventional Al-containing binders, but not to affect the Cu in the zeolite centers. Negative effects can be caused by the fact that small soluble ions can undergo ion exchange with a copper ion, which, for example, is introduced into the zeolite before preparing the catalyst. The precursors will settle after drying and calcination in the final locations in the dry phase where they settled during production in aqueous media. Thus, the size of the precursor in water or other liquid media plays a key role in where the added promoters are located in the final catalyst composition. In addition to water, wet preparation steps may include organic additives that form a mixture with water and modify, for example, surface tension, viscosity and other surface or liquid/solution/suspension properties. The Al compound is used in the form of a dispersed nanocrystalline form with the above particle sizes, but not in the form of a soluble form when the ionic radius of Al 3+ is even smaller than the ionic radius of Cu 2+ . The nanocrystalline Al compound has access to the zeolite pores, but not as directly as the Cu ion to the Al centers on the zeolite. Since the ionic radius of (0.50 A) Al 3+ is smaller than (0.69 A) Cu 2+ , it is introduced not in the form of a soluble ionic form, but in the form of nanocrystalline particles in aqueous media. In contrast, the Zr compound is introduced as an ionic form where the ionic radius of Zr 4+ is much larger (0.80 A) than that of Cu 2+ , resulting in close intercalation in the zeolite but not competing with copper in aqueous environments.
Вследствие роли нанокристаллического соединения Al, стандартный КАС цеолита не является единственной значимой переменной в этих катализаторах Cu-СКВ на основе цеолита. Очень маленькие частицы оксида алюминия влияют на стабильность и деалюминирование цеолитных катализаторов на основе алюмосиликата. Нанокристаллический Al2O3, присутствующий в тесном контакте с частицами цеолита, порами и решетками, может изменить равновесие соединений Al (Al в цеолите и Al в виде соединения Al), которое предотвращает диффузию Al из структуры цеолита (деалюминирование). Даже если небольшое количество Cu присутствует в виде некапсулированной формы (свободной Cu) после сильного гидротермального старения, соединение Al является потенциально стабильным нейтрализатором для этих свободных соединений Cu/CuO, состояние окисления которых (Cu, Cu+, Cu2+) может варьироваться в зависимости от условий. При высоких температурах, Cu на наноразмерном Al2O3 более стабиDue to the role of the nanocrystalline Al compound, the standard zeolite UAS is not the only significant variable in these zeolite-based Cu-SCR catalysts. Very small alumina particles affect the stability and dealumination of aluminosilicate-based zeolite catalysts. Nanocrystalline Al2O3 present in close contact with zeolite particles, pores and lattices can change the equilibrium of Al species (Al in zeolite and Al as Al compound), which prevents diffusion of Al from the zeolite structure (dealumination). Even if a small amount of Cu is present in an unencapsulated form (free Cu) after severe hydrothermal aging, the Al compound is a potentially stable scavenger for these free Cu/CuO species, the oxidation state of which (Cu, Cu + , Cu 2+ ) can vary depending depending on the conditions. At high temperatures, Cu on nano-sized Al 2 O 3 is more stable
- 7 046217 лизирован, чем Cu на поверхности Si-обогащенного силиката (цеолита). Кроме того, Cu/ A12O3 также является довольно хорошим катализатором СКВ, и, таким образом, общая функциональность катализатора СКВ Cu-СНА не изменяется слишком сильно, если существует Cu/ Al2O3 и общее количество свободной Cu остается низким.- 7 046217 lysed than Cu on the surface of Si-rich silicate (zeolite). In addition, Cu/A12O3 is also a fairly good SCR catalyst, and thus the overall functionality of the Cu-CHA SCR catalyst does not change too much if Cu/Al2O3 exists and the total amount of free Cu remains low.
Таким образом, был определен общий КАС (ОКАС), который рассчитывают как молярное соотношение между Si в цеолите и Al2 в цеолите + Al2 в соединении Al. Возможные более крупные частицы Al2O3 в связующем веществе или КЧ исключены в этом расчетном значении, потому что они не имеют такого же положительного взаимодействия и контакта с Cu-цеолитом и другими соединениями в композиции. Значения ОКАС варьировались в диапазоне от 5 до 10 в исследуемых образцах (таблица ниже). Предпочтительно, ОКАС находится в диапазоне от 4 до 8, и еще более строго определен в диапазоне от 5 до 7. Как комбинация этих двух значений КАС, для КАС определено максимальное значение 14,9, а для ОКАС максимальное значение 8, значения которых достигают путем изменения значения КАС цеолита и количества соединения Al в катализаторе СКВ.Thus, the total CAC (TCAC) was determined, which is calculated as the molar ratio between Si in the zeolite and Al2 in the zeolite + Al2 in the Al compound. Possible larger Al2O3 particles in the binder or CN are excluded in this calculation because they do not have the same positive interaction and contact with the Cu zeolite and other compounds in the composition. OCAC values ranged from 5 to 10 in the studied samples (table below). Preferably, the CAC is in the range of 4 to 8, and is even more strictly defined in the range of 5 to 7. As a combination of these two CAC values, the CAC is defined to have a maximum value of 14.9 and the CAC is specified to have a maximum value of 8, the values of which are achieved by changes in the CAC value of the zeolite and the amount of Al compound in the SCR catalyst.
На основании определенных молярных значений и диапазонов КАС и ОКАС известно количество соединения Al в мас.% Al2O3. Основной Cu-СНА в примерах имеет КАС 11, а затем определение ОКАС 4-10 приводит к 1-18 мас.%, соединения Al в виде Al2O3 от массы цеолита и соединения Al и к 0,9-16,2 мас.%, соединения Al в виде Al2O3 от массы цеолита, соединения Al и максимального количества соединения Zr (10% ZrO2). Аналогично, количество соединения Al известно, когда в композицию вводят добавку, КЧ, Si и Ti, разбавляя содержание медного цеолита, соединения Al и соединения Zr. Согласно ОКАС 5-8, количество соединения Al в виде Al2O3 составляет примерно 4-13 мас.% Согласно максимальному определенному значению КАС, равному 14,9, количество соединения Al составляет от 4,6 до 21 мас.%, в виде Al2O3 от массы Cu-цеолита и соединения Al и от 4,1 до 18,9 мас.%, при включении максимального количества соединения Zr в виде ZrO2. Таким образом, соединение Zr лишь незначительно разбавляет количество соединения Al даже при максимальных концентрациях. Таким образом, количество соединения Al по определенному КАС и ОКАС составляет от 1 до 21 мас.%, в виде Al2O3 от массы медного цеолита и соединения Al. Разведение другим добавленным соединением может быть вычислено непосредственно по их содержанию. В примерах количество соединения Al было приведено в диапазоне 7,8-10 мас.%, в виде Al2O3. В вариантах реализации изобретения количество нанокристаллического соединения алюминия, такого как Al2O3, в каталитической композиции составляет от 0,5 до 25 мас.%, например, от 1 до 20 мас.%, например, 5-15 мас.%, как правило, 7,8-10 мас.%, от общей массы каталитической композиции. Как правило, соединение алюминия представляет собой Al2O3, такой как гамма-Al2O3 или тета-Al2O3.Based on certain molar values and ranges of UAS and OAS, the amount of Al compound in wt.% Al2O3 is known. The main Cu-SNA in the examples has CAS 11, and then the determination of OKAS 4-10 leads to 1-18 wt.%, Al compounds in the form of Al2O3 from the weight of the zeolite and Al compounds and to 0.9-16.2 wt.%, Al compounds in the form of Al 2 O3 based on the weight of the zeolite, the Al compound and the maximum amount of the Zr compound (10% ZrO 2 ). Likewise, the amount of Al compound is known when the additive, CN, Si and Ti are added to the composition, diluting the content of copper zeolite, Al compound and Zr compound. According to OKAS 5-8, the amount of Al compound in the form of Al 2 O3 is approximately 4-13 wt.% According to the maximum determined CAS value of 14.9, the amount of Al compound is from 4.6 to 21 wt.%, in the form of Al 2 O 3 by weight of Cu-zeolite and Al compound and from 4.1 to 18.9 wt.%, with the inclusion of the maximum amount of Zr compound in the form of ZrO2. Thus, the Zr compound only slightly dilutes the amount of Al compound even at maximum concentrations. Thus, the amount of Al compound according to a certain CAS and OKAS ranges from 1 to 21 wt.%, in the form of Al 2 O 3 by weight of the copper zeolite and Al compound. Dilution by other added compounds can be calculated directly from their content. In the examples, the amount of Al compound was given in the range of 7.8-10 wt.%, in the form of Al 2 O 3 . In embodiments of the invention, the amount of nanocrystalline aluminum compound, such as Al 2 O 3 , in the catalyst composition is from 0.5 to 25 wt.%, for example, from 1 to 20 wt.%, for example, 5-15 wt.%, as typically 7.8-10 wt.%, based on the total mass of the catalytic composition. Typically, the aluminum compound is Al 2 O 3 such as gamma Al 2 O 3 or theta Al 2 O 3 .
Связующее вещество не играет полностью инертной роли в отношении активности и долговечности катализатора, а активность СКВ зависит не только от определенных свойств цеолита. Чистый цеолит не может быть плотно связан на стенках подложки, и некоторые типы связующих веществ или добавок могут снижать каталитическую активность Cu-цеолита. Таким образом, важно применять Al-соединения для замены обычных связующих веществ.The binder does not play a completely inert role with respect to the activity and durability of the catalyst, and the activity of SCR does not only depend on certain properties of the zeolite. Pure zeolite may not be tightly bound to the substrate walls, and some types of binders or additives may reduce the catalytic activity of Cu zeolite. Thus, it is important to use Al compounds to replace conventional binders.
Описание циркония и добавки для улучшенной термической долговечности.Description of zirconia and additives for improved thermal durability.
Кроме того, добавление оксидов или диспергированных соединений Zr и/или добавки (La, Y, Hf, Nb) улучшало термическую стабильность. Эти соединения добавляют в виде водорастворимых или нерастворимых предшественников. Количество Zr и добавки может варьироваться в диапазоне от 0,1 до 30 мас.%, в виде стабильных оксидов (например, ZrO2, La2O3) готового прокаленного покрытия, предпочтительно в диапазоне от 1 до 10 мас.% Zr вместе с добавкой, такой как La, также применяется для создания эффектов комбинированной активации. Например, Zr и La равномерно распределены на поверхности цеолита, в порах цеолита, на поверхности соединения Al или на дополнительных связующих материалах.In addition, the addition of oxides or dispersed Zr compounds and/or additives (La, Y, Hf, Nb) improved thermal stability. These compounds are added as water-soluble or insoluble precursors. The amount of Zr and additive can vary in the range from 0.1 to 30 wt.%, in the form of stable oxides (for example, ZrO 2 , La 2 O 3 ) of the finished calcined coating, preferably in the range from 1 to 10 wt.% Zr together with an additive such as La is also used to create combination activation effects. For example, Zr and La are uniformly distributed on the surface of the zeolite, in the pores of the zeolite, on the surface of the Al compound or on additional binder materials.
Ионный размер элементов играет решающую роль для взаимодействий. Размер канала пор цеолита ограничен размером и формой, а небольшие различия в ионном диаметре или радиусе имеют смысл, когда это касается доступа ионов металла. Рассчитывают, что поровое отверстие и ионные размеры планируемых элементов находятся практически в одном и том же диапазоне. СНА имеет отверстия 3,8 А в структуре пор. Ионный радиус Cu2+ составляет 0,69 А (Sargent-Welch Scientific Company: Table of periodic properties of the elements, 1968). Таким образом, доступ катионов Cu к центрам Al частично ограничен структурой в извилистых цеолитных каналах. La3+ имеет ионный радиус 1,15 А, Zr4+ 0,80 А, Y3+ 0,93 А и Hf4+ 0,81 А. Таким образом, определенная добавка имеет больший ионный радиус, чем ион Cu2+, обмениваемый в решетках цеолита. Это определенное свойство добавки согласно настоящему изобретению. Другие основные металлы, такие как Ti4+ (0,68 А), Si4+ (0,41 А), V, Cr, Mn, Fe, Cr, Co, Ni, имеют в качестве своих стабильных состояний меньший ионный радиус, чем Cu2+, и их не применяли в качестве добавок, потому что они могут из-за малого размера вызывать также отрицательные эффекты, конкурируя с Cu в цеолитных центрах. Al3+ имеет ионный радиус 0,50 А, что меньше, чем у Cu2+. Таким образом, добавка имеет больший ионный радиус, чем как Cu2+, так и Al3+ в соединении Al. Больший радиус замедляет или препятствует доступу этих ионов к тем же цеолитным центрам, где находится Cu (или Al). Целью является активация и стабилизация цеолитного катализатора, но не нарушение состояния и функциональности центров Cu внутри цеолитного структурированного катализатора.The ionic size of elements plays a critical role in interactions. Zeolite pore channel size is limited by size and shape, and small differences in ionic diameter or radius make sense when it comes to metal ion access. It is calculated that the pore opening and ionic sizes of the planned elements are practically in the same range. CNA has 3.8 A holes in the pore structure. The ionic radius of Cu 2+ is 0.69 A (Sargent-Welch Scientific Company: Table of periodic properties of the elements, 1968). Thus, the access of Cu cations to Al centers is partially limited by the structure in the tortuous zeolite channels. La 3+ has an ionic radius of 1.15 A, Zr 4+ 0.80 A, Y 3+ 0.93 A and Hf4 + 0.81 A. Thus, a certain additive has a larger ionic radius than the Cu 2+ ion. exchanged in zeolite lattices. This is a specific property of the additive according to the present invention. Other basic metals such as Ti 4+ (0.68 A), Si 4+ (0.41 A), V, Cr, Mn, Fe, Cr, Co, Ni have smaller ionic radius as their stable states, than Cu 2+ , and they were not used as additives because, due to their small size, they can also cause negative effects by competing with Cu in the zeolite centers. Al 3+ has an ionic radius of 0.50 A, which is smaller than Cu 2+ . Thus, the additive has a larger ionic radius than both Cu 2+ and Al 3+ in the Al compound. A larger radius slows down or prevents these ions from reaching the same zeolite sites where the Cu (or Al) is located. The goal is to activate and stabilize the zeolite catalyst, but not to disrupt the state and functionality of the Cu sites within the zeolite structured catalyst.
Описание крупных частиц (КЧ).Description of large particles (CP).
- 8 046217- 8 046217
Отдельные частицы КЧ с промоторами выступают в качестве тепловых барьеров, препятствующих распространению термического спекания от частицы цеолита к другой частице цеолита. Эти крупные частицы имеют высокую локальную теплоемкость и могут действовать как теплоотвод, представляющий собой тепловой барьер для защиты частиц цеолита, активных в СКВ. Механически прочные частицы КЧ улучшают прочность слоя покрытия и улучшают диффузию в порах через толстый слой катализатора, потому что крупные частицы оставляют больше открытых проходов между частицами, чем структура, состоящая только из мелких частиц.Individual CN particles with promoters act as thermal barriers that prevent the spread of thermal sintering from a zeolite particle to another zeolite particle. These large particles have a high local heat capacity and can act as a heat sink, providing a thermal barrier to protect the zeolite particles active in SCR. Mechanically strong CP particles improve the strength of the coating layer and improve pore diffusion through a thick catalyst layer because large particles leave more open passages between particles than a structure consisting only of small particles.
Предпочтительно, химический состав КЧ представляет собой оксид алюминия с дополнительными промоторами, такими как Si или Ti, в виде стабильных оксидов или смешанных оксидов. Средний размер частиц (d50) КЧ, теплового барьера, частиц определяют как примерно 3-200 мкм, предпочтительно в диапазоне 5-40 мкм, чтобы соответствовать им в обычных слоях покрытий. Следовательно, их средний размер частиц больше, чем у цеолита, и значительно больше, чем у соединения Al или добавок. Размер частиц (d50) КЧ больше, чем для цеолита (например, около 2-5 мкм для цеолита и около 5-40 мкм для КЧ). Таким образом, частицы КЧ будут механически упрочнять слой покрытия. Количество КЧ может варьироваться в диапазоне от 0,5 до 50 мас.%, от общего количества покрытия, предпочтительно в диапазоне от 2 до 25 мас.% Поскольку количества покрытия приведены в г/л, это означает: количество КЧ 40 г/л в общем количестве покрытия 180 г/л эквивалентно 22,2 мас.%, 20 г/л в 180 г/л эквивалентно 11,1 мас.%, 10 г/л в 140 г/л эквивалентно 7,1 мас.% Изученные примеры содержали довольно большое количество КЧ, чтобы увидеть лучшие переменные эффекты, но определенное количество может быть лучше применено в более низком диапазоне, фокусируясь на термической и когезионной стабилизации с меньшим уменьшением общего количества Cu-цеолита. Средние размеры пор (d50 или d90) больше для КЧ, чем для частиц Cu-цеолита.Preferably, the chemical composition of the CN is alumina with additional promoters, such as Si or Ti, in the form of stable oxides or mixed oxides. The average particle size (d 50 ) of the CN, thermal barrier, particles is determined to be about 3-200 μm, preferably in the range of 5-40 μm, to match them in conventional coating layers. Consequently, their average particle size is larger than that of zeolite and significantly larger than that of Al compound or additives. The particle size (d 50 ) of CN is larger than for zeolite (for example, about 2-5 μm for zeolite and about 5-40 μm for CN). Thus, CN particles will mechanically strengthen the coating layer. The amount of CN can vary in the range from 0.5 to 50 wt.%, of the total amount of coating, preferably in the range from 2 to 25 wt.% Since the amounts of coating are given in g/l, this means: the amount of CN 40 g/l in total coating amount 180 g/l is equivalent to 22.2 wt.%, 20 g/l in 180 g/l is equivalent to 11.1 wt.%, 10 g/l in 140 g/l is equivalent to 7.1 wt.% Examples studied contained a fairly large amount of CN to see better variable effects, but a certain amount may be better applied in the lower range, focusing on thermal and cohesive stabilization with less reduction in the total amount of Cu zeolite. The average pore sizes (d 50 or d 90 ) are larger for CP than for Cu zeolite particles.
Кроме того, площадь поверхности по БЭТ для КЧ составляет примерно 100-300 м2/г, тогда как площадь поверхности по БЭТ для Cu-цеолита составляет более 450 м2/г в свежем состоянии (прокаленный при 550°С/3 ч). Существует риск того, что чистый Cu-цеолит с КАС <15 потеряет площадь поверхности по БЭТ ниже 100 м2/г при 900-1000°С на воздухе. КЧ способны поддерживать высокую площадь поверхности по БЭТ: >200 м2/г после старения на воздухе при 900°С и >150 м2/г после старения на воздухе при 1000°С в течение 3 часов. Таким образом, эти стабильные, отдельные частицы КЧ на составе катализатора оказывают стабилизирующее действие на частицы цеолита. Эти частицы могут быть добавлены в готовую водную (суспензионную) среду, которую дополнительно измельчают, или их добавляют после измельчения, сохраняя первоначальный размер частиц и большую разницу в размере частиц d50 между цеолитом и частицами КЧ в окончательном покрытии. Разбавление каталитической композиции частицами термобарьера уменьшает и разбавляет термическое напряжение на частицах цеолита в слое покрытия. Также возможно добавлять КЧ только на нижние или верхние слои катализатора в двухслойных покрытиях, чтобы улучшить механическую прочность или диффузию газа в порах в слоях покрытия.In addition, the BET surface area of CP is approximately 100-300 m 2 /g, while the BET surface area of Cu zeolite is more than 450 m 2 /g in the fresh state (calcined at 550°C/3 hours). There is a risk that pure Cu zeolite with UAN <15 will lose BET surface area below 100 m 2 /g at 900-1000°C in air. CPs are capable of maintaining a high BET surface area: >200 m 2 /g after aging in air at 900°C and >150 m 2 /g after aging in air at 1000°C for 3 hours. Thus, these stable, individual CN particles on the catalyst composition have a stabilizing effect on the zeolite particles. These particles can be added to the finished aqueous (suspension) medium, which is further crushed, or they can be added after grinding, maintaining the original particle size and the large difference in particle size d50 between the zeolite and the CP particles in the final coating. Dilution of the catalyst composition with thermal barrier particles reduces and dilutes the thermal stress on the zeolite particles in the coating layer. It is also possible to add CN only to the bottom or top catalyst layers in two-layer coatings to improve mechanical strength or pore gas diffusion in the coating layers.
КЧ могут быть дополнительно стабилизированы различными оксидами Si, Ti, Zr и/или добавок, такими как SiO2, TiO2, La2O3 или ZrO2. Оксиды Si, Ti и Zr повышают кислотность КЧ и предотвращают воздействие сульфатирования катализатора на структуры на основе оксида алюминия. Оксиды металлов обычно добавляют во время самого способа получения Al2O3, но также можно добавлять позже в способе Для данного изобретения можно применять обе процедуры. Добавленные оксиды металлов могут образовывать смешанный оксид или смесь оксидов с Al2O3, что приводит к очень стабильной структуре КЧ, индивидуальному распределению размеров пор и хорошей стабильности, например, оксидов Si и/или Ti в структуре. Оксиды металлов также играют роль в стабилизации структуры КЧ с широким размером пор, что оказывает положительное влияние на диффузию в порах и термостабильность.CNs can be additionally stabilized by various oxides of Si, Ti, Zr and/or additives, such as SiO 2 , TiO 2 , La 2 O 3 or ZrO 2 . Oxides of Si, Ti and Zr increase the acidity of the CN and prevent the effect of catalyst sulfation on alumina-based structures. Metal oxides are typically added during the Al 2 O 3 production process itself, but can also be added later in the process. Both procedures can be used for this invention. The added metal oxides can form a mixed oxide or a mixture of oxides with Al 2 O 3 , which leads to a very stable CN structure, individual pore size distribution and good stability, for example, of Si and/or Ti oxides in the structure. Metal oxides also play a role in stabilizing the structure of CPs with wide pore sizes, which has a positive effect on pore diffusion and thermal stability.
Добавляют соединение циркония в виде водорастворимой формы для улучшения гидротермальной долговечности каталитической композиции. Цель состоит в том, чтобы иметь более глубокий доступ внутрь цеолитных пор, но не затрагивать Си в цеолитных центрах. Соединение Zr оседает после сушки и прокаливания в окончательных местах сухой фазы, которых оно достигло во время получения в водных средах. Соединение Zr вводят в виде ионной формы, когда ионный радиус Zr4+ намного больше (0,80 А), чем у Cu2+, что приводит к тесной активации в цеолите, но не конкурирует с медью в водных средах. Следовательно, тот факт, что предшественник соединения Zr представляет собой растворимую форму в водных средах и образует диспергированный оксид циркония при термообработке, играет ключевую роль в том, что соединение Zr улучшает гидротермальную долговечность каталитической композиции.A zirconium compound is added in a water-soluble form to improve the hydrothermal durability of the catalyst composition. The goal is to have deeper access inside the zeolite pores, but not affect the Cu in the zeolite centers. The Zr compound settles after drying and calcination at the final dry phase locations it reached during production in aqueous media. The Zr compound is introduced as an ionic form where the ionic radius of Zr 4+ is much larger (0.80 A) than that of Cu 2+ , resulting in close activation in the zeolite but not competing with copper in aqueous media. Therefore, the fact that the Zr compound precursor is a soluble form in aqueous media and forms dispersed zirconium oxide upon heat treatment plays a key role in the Zr compound improving the hydrothermal durability of the catalyst composition.
Zr и добавки могут быть введены во время получения катализатора в виде нитратов, ацетатов или других водорастворимых соединений, необязательно с кислотными вспомогательными веществами (азотная или органические кислоты). Соединение циркония получают из предшественников, таких как оксиды циркония, сульфаты циркония, нитраты циркония, ацетаты циркония и гидроксиды циркония, такие как ZrO2, Zr(OH)4, Zr(OH)2.CO3.ZrO2, Zr(SO4)2, основной карбонат циркония Zr(OH)2*CO3*ZrO2, ацетат циркония Zr(ацетат)2 или нитрат циркония Zr(NO3)4.Zr and additives can be introduced during catalyst preparation in the form of nitrates, acetates or other water-soluble compounds, optionally with acidic auxiliaries (nitric or organic acids). The zirconium compound is prepared from precursors such as zirconium oxides, zirconium sulfates, zirconium nitrates, zirconium acetates and zirconium hydroxides such as ZrO 2 , Zr(OH) 4 , Zr(OH) 2 .CO 3 .ZrO 2 , Zr(SO 4 ) 2 , basic zirconium carbonate Zr(OH) 2 *CO 3 *ZrO 2 , zirconium acetate Zr(acetate) 2 or zirconium nitrate Zr(NO 3 )4.
Zr, Ti и Si инертны в присутствии SOx, что поддерживает низкую склонность к сульфатации. ДоZr, Ti and Si are inert in the presence of SO x , which maintains a low tendency to sulfate. Before
- 9 046217 бавки La и Y имеют более высокую склонность к образованию стабильных сульфатов, но они настолько стабильны, что не разлагаются и не перемещаются в нормальных условиях отходящих газов.- 9 046217 La and Y additives have a higher tendency to form stable sulfates, but they are so stable that they do not decompose or move under normal flue gas conditions.
Каталитическую композицию согласно настоящему изобретению можно наносить на керамические (например, кордиерит, титанат алюминия или муллит) или устойчивые к окислению металлические подложки, образующие проточную структуру. Такая же композиция может быть применена также в структурах фильтров для твердых частиц (SiC, кордиерит, металл) с модифицированной вязкостью и содержанием твердых частиц в суспензионных условиях.The catalyst composition of the present invention can be supported on ceramic (eg, cordierite, aluminum titanate or mullite) or oxidation-resistant metal substrates forming a flow structure. The same composition can also be used in particulate filter structures (SiC, cordierite, metal) with modified viscosity and particulate content under suspension conditions.
Композицию катализатора СКВ согласно настоящему изобретению можно применять в качестве блока СКВ в СДО, содержащих блоки ДОК, ДСФ, гидролиза, СКВ и КПА. Блок СКВ может располагаться до или после блоков ДОК+ДСФ. Эта каталитическая композиция может быть интегрирована также с композицией КПА, которая образована катализатором, содержащим благородный металл (например, Pt), вместе с катализатором СКВ согласно настоящему изобретению. В КПА катализаторы Pt и СКВ расположены в одной и той же зоне в осевом направлении потока отходящих газов для достижения высокой функциональности и селективности КПА. Каталитическая композиция согласно настоящему изобретению может также присутствовать в гидролизном блоке, например, в структурах смесителя перед блоком СКВ.The SCR catalyst composition according to the present invention can be used as an SCR block in SDO containing DOC, DSF, hydrolysis, SCR and CPA blocks. The SKV block can be located before or after the DOC+DSF blocks. This catalyst composition can also be integrated with a PPA composition that is formed by a catalyst containing a noble metal (eg, Pt) together with the SCR catalyst of the present invention. In CPA, Pt and SCR catalysts are located in the same zone in the axial direction of the exhaust gas flow to achieve high functionality and selectivity of CPA. The catalyst composition of the present invention may also be present in the hydrolysis unit, for example, in the mixer structures upstream of the SCR unit.
Все ссылки, включая публикации, патентные заявки и патенты, ссылка на которые сделана в настоящем документе, включены в настоящий документ посредством ссылки в той же степени, как если бы каждая ссылка была индивидуально и конкретно указана для включения посредством ссылки и была изложена в настоящем документе во всей полноте.All references, including publications, patent applications and patents, referenced herein are incorporated herein by reference to the same extent as if each reference had been individually and specifically indicated for inclusion by reference and set forth herein in its entirety.
Все заголовки и подзаголовки использованы в настоящем документе исключительно для удобства и никоим образом не призваны ограничивать настоящее изобретение.All headings and subheadings are used herein for convenience only and are not intended to limit the present invention in any way.
Более того, любая комбинация вышеописанных элементов во всех возможных вариантах входит в объем изобретения, если в данном документе не указано иное или явно не противоречит контексту.Moreover, any combination of the above-described elements in all possible embodiments is included in the scope of the invention, unless otherwise indicated herein or clearly contrary to the context.
Приведение диапазонов значений в настоящем документе предназначено исключительно с целью упрощения ссылки по отдельности на каждое значение внутри диапазона, если не указано иное, и каждое отдельное значение включено в описание, как если бы оно было представлено отдельно. Если не указано иное, все точные значения, представленные в настоящем документе, являются репрезентативными для соответствующих приблизительных значений (например, все приведенные в качестве примера точные значения, представленные в отношении конкретного фактора или измерения, могут также рассматриваться как обеспечивающие соответствующее приблизительное измерение, в соответствующих случаях модифицированное термином примерно).The presentation of ranges of values herein is intended solely for the purpose of facilitating individual reference to each value within the range unless otherwise indicated, and each individual value is included in the description as if it were presented separately. Unless otherwise stated, all exemplary values presented herein are representative of the corresponding approximate values (e.g., all exemplary exact values presented with respect to a particular factor or measurement may also be considered to provide the corresponding approximate measurement, in their respective cases modified by the term approximately).
Все описанные в настоящем документе способы могут быть осуществлены в любом подходящем порядке, если не указано иное или явно не противоречит контексту.All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated or clearly contrary to context.
В контексте описания изобретения термины в единственном числе относятся как к единственному, так и множественному числу, если не указано иное или явно не противоречит контексту. Таким образом, употребление единственного числа может означать по меньшей мере один или один или несколько.As used herein, the singular terms refer to both the singular and the plural unless otherwise indicated or clearly inconsistent with the context. Thus, the use of the singular may mean at least one or one or more.
Термин и/или в настоящем документе следует считать охватывающим оба альтернативных варианта, а также каждый из альтернативных вариантов в отдельности. Например, выражение ххх и/или ууу означает ххх и ууу; ххх; или ууу, причем все три альтернативных варианта соответствуют отдельным вариантам реализации.The term and/or as used herein should be considered to cover both alternatives as well as each of the alternatives individually. For example, the expression xxx and/or yyy means xxx and yyy; xxx; or yyy, with all three alternatives corresponding to separate embodiments.
Использование любых или всех примеров или приведение в качестве примера (например, такой как) в настоящем документе предназначено исключительно для лучшего раскрытия изобретения и не накладывает ограничений на объем настоящего изобретения, если не указано иное. Никакую формулировку в описании не следует понимать в качестве указывающей, что некоторый элемент является неотъемлемым для применения изобретения, если открытым текстом не указано иное.The use of any or all examples or citations (eg, such as) herein are intended solely to better disclose the invention and do not limit the scope of the present invention unless otherwise indicated. Nothing in the specification should be construed as indicating that any element is essential to the practice of the invention unless expressly stated otherwise.
Цитирование и включение патентных документов в настоящее описание приведены исключительно для удобства и не отражают какой-либо взгляд на действительность, патентоспособность и/или правовую силу подобных патентных документов.The citation and inclusion of patent documents in this specification are for convenience only and do not reflect any view as to the validity, patentability and/or enforceability of such patent documents.
Описание в настоящем документе какого-либо аспекта или варианта реализации изобретения с использованием таких терминов, как содержащий, имеющий или включающий со ссылкой на элемент или элементы, предназначено для поддержки сходного аспекта или варианта реализации изобретения, который состоит из, состоит по существу из или по существу включает указанный конкретный элемент или элементы, если иное не указано или явно не противоречит контексту (например, описание в настоящем документе конструкции, содержащей конкретный элемент, также описывает конструкцию, состоящую из указанного элемента, если не указано иное или явно не противоречит контексту).The description herein of any aspect or embodiment of the invention using terms such as comprising, having or including with reference to an element or elements is intended to support a similar aspect or embodiment of the invention which consists of, consists essentially of or essentially includes the specified specific element or elements unless otherwise indicated or clearly inconsistent with the context (e.g., a description herein of a structure containing a specified element also describes a construction consisting of the specified element unless otherwise indicated or clearly inconsistent with the context).
Настоящее изобретение охватывает все модификации и эквиваленты объекта, указанного в аспектах или формуле изобретения, представленных в настоящем документе, в максимальной степени, разрешенной применимым законодательством.The present invention covers all modifications and equivalents of the subject matter set forth in the aspects or claims set forth herein to the maximum extent permitted by applicable law.
Признаки, раскрытые в вышеприведенном описании, могут, как по отдельности, так и в любой их комбинации, представлять собой материал для реализации изобретения в его различных формах.The features disclosed in the above description may, either individually or in any combination thereof, constitute material for implementing the invention in its various forms.
Экспериментальная частьexperimental part
Общее описание получения.General description of receipt.
- 10 046217- 10 046217
Покрытие из катализаторов Cu-СКВ наносили путем нанесения суспензии на кордиеритовые подложки с различной геометрией. Суспензия состоит из различных материалов, указанных в настоящем изобретении. Специалист в данной области техники может выбрать необходимый размер, пористость, плотность ячеек и другие соответствующие свойства подложки с помощью общих принципов разработки катализатора. За исключением сравнительных исследований, применяли синтетический цеолит с ионообменной медью. Цеолит имеет каркас СНА, который определяется его молярным соотношением Si/Al2 (КАС). Медь вводили в каркас СНА (SSZ-13 известный как синтетический СНА) методами ионного обмена во влажном состоянии. В примерах концентрации Cu составляли примерно 3-5 мас.% В примерах согласно настоящему изобретению молярное соотношение Cu/Al находилось в диапазоне от 0,2 до 0,3. КАС примерно 11 и концентрация CuO 4,1 мас.%, приводили к низкому молярному соотношению Cu/Al (по Al цеолита) примерно 0,22, что давало возможность получить хорошее распределение меди на центрах Al внутри структуры цеолита (СНА).The coating of Cu-SCR catalysts was applied by applying a suspension to cordierite substrates with different geometries. The suspension consists of various materials specified in the present invention. One skilled in the art can select the desired size, porosity, cell density, and other relevant properties of the support using general catalyst design principles. With the exception of comparative studies, synthetic zeolite with ion-exchange copper was used. The zeolite has a SNA framework, which is determined by its Si/Al 2 molar ratio (SAR). Copper was introduced into the CNA framework (SSZ-13 known as synthetic CNA) by wet ion exchange methods. In the examples, the Cu concentrations were approximately 3-5 wt.% In the examples according to the present invention, the Cu/Al molar ratio was in the range from 0.2 to 0.3. A UAN of approximately 11 and a CuO concentration of 4.1 wt.% resulted in a low Cu/Al molar ratio (based on zeolite Al) of approximately 0.22, which made it possible to obtain a good distribution of copper on Al centers within the zeolite structure (SNA).
Сама композиция суспензии и соответствующее получение варьировались в зависимости от исследуемых материалов. Примеры с 1 по 11 описывают соответствующие каталитические композиции и детали в ходе получения. На подложки наносили покрытия на кордиеритовых проточных подложках способами, хорошо известными в области получения катализаторов. Нанесение покрытия проводили в присутствии вентилятора и всасывающего устройства для удаления избытка воды и других летучих соединений. Катализаторы СКВ согласно настоящему изобретению высушивали и прокаливали стандартными способами в неподвижном воздухе. Постепенное повышение температуры применяли для прокаливания катализатора, чтобы медленно сформировать конечный слой покрытия цеолита-оксида металла с хорошей адгезией, когезией и избежать растрескивания. Прокаливание проводили в присутствии воздуха или кислородсодержащих газов при более высоких температурах (400 -700°С) для достижения конечных стабильных состояний на покрытии катализатора и разложения предшественников. Предпочтительно температура прокаливания составляла примерно 550-650°С на воздухе для образования стабильных состояний цеолита, оксида металла и оксида Cu. Эта высокая температура гарантирует также стабильную активность в условиях применения.The composition of the suspension itself and the corresponding preparation varied depending on the materials studied. Examples 1 to 11 describe corresponding catalyst compositions and preparation details. The substrates were coated on cordierite flow substrates by methods well known in the catalyst art. Coating was carried out in the presence of a fan and suction device to remove excess water and other volatile compounds. The SCR catalysts of the present invention were dried and calcined by standard methods in still air. A gradual increase in temperature was used to calcinate the catalyst to slowly form a final zeolite metal oxide coating layer with good adhesion, cohesion and avoid cracking. Calcination was carried out in the presence of air or oxygen-containing gases at higher temperatures (400 -700°C) to achieve final stable states on the catalyst coating and decomposition of the precursors. Preferably, the calcination temperature was about 550-650° C. in air to form stable states of zeolite, metal oxide and Cu oxide. This high temperature also guarantees stable activity under application conditions.
В примерах первый предшественник соединения Al добавляли при интенсивном перемешивании к деионизированной воде. В этой фазе источник Al2O3 диспергировали с образованием крошечных наночастиц с малыми кристаллическими размерами и диспергированными частицами, при этом нитраты усиливали изменения. На второй стадии Cu-СНА, содержащий Cu, медленно перемешивали с полученной смесью и продолжали перемешивание в течение 2-4 ч. На следующей стадии добавляли Zr и добавку (La в примерах). Содержание сухих веществ в полученной суспензии находилось в диапазоне 25 -39%. Суспензию дополнительно измельчали с помощью шаровой мельницы периодического действия и мельницы непрерывного действия в течение 0,5-4 ч для достижения целевых средних размеров частиц (распределения), которые в основном происходят из частиц цеолита. Материал КЧ смешивали с суспензией после измельчения, но также возможно добавление КЧ во время измельчения, чтобы уменьшить первоначальный размер частиц КЧ и улучшить контакты между частицами. Покрытие равномерно добавляли с помощью погружного или дозированного нанесения покрытия контролируемым образом с помощью 1-3 циклов нанесения покрытия для достижения целевого количества покрытия. Подложку с влажным покрытием сушили в воздухе при 60°С и прокаливали перед возможным следующим циклом нанесения покрытия. Количество покрытия рассчитывали на основе влажной суспензии (известное содержание сухих веществ) и, наконец, по массе прокаленного сухого покрытия. Окончательное прокаливание образцов проводили при 600°С на воздухе в течение 4 ч. Однородность покрытия была подтверждена разрезанием подложки на две части, качество которых было проверено.In the Examples, the first Al compound precursor was added with vigorous stirring to deionized water. In this phase, the Al 2 O 3 source was dispersed to form tiny nanoparticles with small crystalline sizes and dispersed particles, with nitrates enhancing the changes. At the second stage, Cu-CHA containing Cu was slowly mixed with the resulting mixture and stirring was continued for 2-4 hours. At the next stage, Zr and an additive (La in the examples) were added. The content of dry substances in the resulting suspension was in the range of 25 -39%. The suspension was further ground using a batch ball mill and a continuous mill for 0.5-4 hours to achieve the target average particle sizes (distribution), which mainly originated from zeolite particles. The CN material was mixed into the slurry after grinding, but it is also possible to add CN during grinding to reduce the original CN particle size and improve interparticle contacts. Coating was added uniformly using dip or metered coating in a controlled manner using 1-3 coating cycles to achieve the target amount of coating. The wet coated substrate was air dried at 60°C and calcined before the next possible coating cycle. The amount of coating was calculated based on the wet slurry (known solids content) and finally on the weight of the calcined dry coating. The final calcination of the samples was carried out at 600°C in air for 4 hours. The uniformity of the coating was confirmed by cutting the substrate into two parts, the quality of which was checked.
Условия испытания активности: Каталитическую активность исследовали с помощью стендовых экспериментов с синтетическим газом (SGB). Образцы были высверлены из более крупной подложки (2,5 дм3 в примерах), небольших размеров для испытания активности (диаметр 14 мм, длина 40 мм), соответствующих внутренней части кварцевой трубки реактора. Состав сырьевого газа СКВ в экспериментах SGB составлял, для отдельно NO: 1000 ч/млн (ppm) NH3, 1000 ч/млн NO, 8% Н2О, 10% О2, 82,8% N2. Состав газа для быстрого измерения СКВ содержал активирующий NO2 (имитирующий эффект ДОК в системах СКВ): 1000 ч/млн NH3, 600 ч/млн NO, 400 ч/млн NO2, 8% Н2О, 10% О2, 82,8% N2. В экспериментах объемная скорость (ОС) составляла примерно 50,000 или 71,000 ч-1.Activity Test Conditions: Catalytic activity was tested using syngas benchtop (SGB) experiments. Samples were drilled from a larger substrate (2.5 dm 3 in the examples), with small dimensions for activity testing (diameter 14 mm, length 40 mm), corresponding to the inside of the quartz tube of the reactor. The composition of the SCR feed gas in the SGB experiments was, for NO alone: 1000 ppm NH 3 , 1000 ppm NO, 8% H 2 O, 10% O 2 , 82.8% N 2 . The gas composition for the rapid SCR measurement contained activating NO2 (simulating the effect of DOC in SCR systems): 1000 ppm NH 3 , 600 ppm NO, 400 ppm NO2, 8% H 2 O, 10% O 2 , 82, 8% N2. In the experiments, the volumetric velocity (SV) was approximately 50,000 or 71,000 h -1 .
Гидротермальное (ГТ) старение проводили в присутствии воздуха и 10% воды при 800 и 850°С с ОС 4000 ч-1 над образцом. Высокая температура старения имеет целью оценить термическую долговечность катализаторов Cu-СНА в присутствии воды.Hydrothermal (HT) aging was carried out in the presence of air and 10% water at 800 and 850°C with an OS of 4000 h -1 above the sample. High temperature aging aims to evaluate the thermal durability of Cu-CHA catalysts in the presence of water.
Изобретение подробно описано на следующих примерах, фигурах и схемах. Основные параметры катализатора согласно изобретению показаны на фиг. 1.The invention is described in detail in the following examples, figures and diagrams. The main parameters of the catalyst according to the invention are shown in Fig. 1.
Катализатор в настоящем изобретении состоит из подложки (100), которая образует открытые проточные каналы (110) для отходящих газов и на стенках которой расположено покрытие катализатора. Покрытие образовано смесью Си-цеолита (200, например, Cu-СНА), соединения Al (300), ZrO2 (400), добавки (Add, 600) и крупных частиц (КЧ, 500) и Ti и/или Si (700).The catalyst in the present invention consists of a support (100), which forms open flow channels (110) for exhaust gases and on the walls of which a catalyst coating is located. The coating is formed by a mixture of Si-zeolite (200, for example, Cu-CNA), Al compound (300), ZrO 2 (400), additive (Add, 600) and large particles (CN, 500) and Ti and/or Si (700 ).
Каталитические композиции приведены в таблице.Catalytic compositions are given in the table.
- 11 046217- 11 046217
Технические характеристики катализатораTechnical characteristics of the catalyst
КЧ = Компонент крупных частиц. КАС = Si/Al2 моль/моль. Общее КАС (ОКАС, моль/моль) включает соединение Al, но исключает Al в КЧ. Покрытие на кордиеритовой подложке 400 cpsi (ячеек на кв. дюйм) с толщиной стенки 4 мил (101,6 мкм).CN = Coarse Particle Component. CAS = Si/Al2 mol/mol. General CAS (GCA, mol/mol) includes the Al compound, but excludes Al in the CN. Coating on 400 cpsi (cells per square inch) cordierite substrate with 4 mil (101.6 microns) wall thickness.
- 12 046217- 12 046217
* исключая крупные частицы, КАС и ОКАС на основе молярного соотношения Si/Al2. Цифры в кодах указывают концентрацию соединения в виде оксида. г/л: грамм на объем катализатора. мас.%, в каталитической композиции/покрытии, соединение Al, измеренное как Al2O3, составляет примерно 10% от цеолита + соединения Al в полученных композициях. СНА-11/23: СНА с КАС=11 или 23 (3,4 мас.% CuO). Add представляет собой сокращение от Добавки (Additive).* excluding large particles, UAS and OKAS based on the Si/Al2 molar ratio. The numbers in the codes indicate the concentration of the compound as an oxide. g/l: grams per volume of catalyst. wt.%, in the catalyst composition/coating, the Al compound, measured as Al2O3, constitutes approximately 10% of the zeolite + Al compound in the resulting compositions. SNA-11/23: SNA with CAS=11 or 23 (3.4 wt.% CuO). Add is short for Additive.
Атомное соотношение Cu/Al составляло примерно 0,22 в цеолите (4,1 мас.% CuO) на образце с СНА и КАС =11 (№1а, №1b, №5-11). Молярное соотношение Cu/Al сравнительного Cu-СНА катализатора №3 оценивали приблизительно в 0,7 с помощью рентгенофлуоресцентного анализа. Молярное соотношение Cu/Al сравнительного катализатора Cu-СНА №4 оценивали как примерно 0,33 по составу.The Cu/Al atomic ratio was approximately 0.22 in the zeolite (4.1 wt.% CuO) on the sample with SNA and CAS = 11 (No. 1a, No. 1b, No. 5-11). The Cu/Al molar ratio of comparative Cu-CHA catalyst No. 3 was estimated to be approximately 0.7 by X-ray fluorescence analysis. The Cu/Al molar ratio of comparative catalyst Cu-CHA No. 4 was estimated to be approximately 0.33 by composition.
Пример № 1. Получение Cu-цеолитного катализатора с Al-1.Example No. 1. Preparation of a Cu-zeolite catalyst with Al-1.
Шабазит с ионообменной медью (Cu-СНА, 4,1 мас.%, меди в цеолите, в результате чего получали примерно 7 г/л объема катализатора, №1a) с КАС 11 (цеолит) и ОКАС = 5,9 (весь катализатор) диспергировали вместе с модифицированным нитратом соединением Al Al-1 в деионизированной воде. Al-1 имелChabazite with ion-exchange copper (Cu-CHA, 4.1 wt.%, copper in zeolite, resulting in approximately 7 g/l of catalyst volume, No. 1a) with CAS 11 (zeolite) and OKAS = 5.9 (whole catalyst ) were dispersed together with the nitrate-modified Al compound Al-1 in deionized water. Al-1 had
- 13 046217 размер кристаллитов 4,5 нм и размер диспергированных частиц 20 нм (d50). Количество соединения Al составляло 10 мас.%, в виде Al2O3 в конечном количестве покрытия (180 г/л) после прокаливания. Другой образец (№1b) с тем же составом, но с более низким количеством покрытия 140 г/л, также был приготовлен в качестве сравнения с экспериментами с дополнительными соединениями.- 13 046217 crystallite size 4.5 nm and dispersed particle size 20 nm (d 50 ). The amount of Al compound was 10 wt.%, in the form of Al 2 O3 in the final amount of coating (180 g/l) after calcination. Another sample (#1b) with the same composition but a lower coating amount of 140 g/L was also prepared as a comparison to experiments with additional compounds.
Пример №2. Получение Cu-цеолитного катализатора с Al-2.Example No. 2. Preparation of Cu-zeolite catalyst with Al-2.
Тот же Cu-цеолит (СНА с КАС=11), что и в примере 1, также покрывали другим рассматриваемым соединением Al, имеющим размер кристаллов 9 нм, размер диспергированных частиц 90 нм, который представлял собой сравнительное соединение Al-2 (СРАВН 1) с более крупными кристаллами Al2O3 и размерами дисперсных частиц в водном растворе или суспензии. Количество соединения Al составляло 10 мас.%, в виде Al2O3 в конечном количестве покрытия после прокаливания.The same Cu zeolite (CNA with CAS = 11) as in example 1 was also coated with another Al compound under consideration, having a crystal size of 9 nm, a dispersed particle size of 90 nm, which was the comparative compound Al-2 (САВН 1) with larger Al 2 O3 crystals and dispersed particle sizes in an aqueous solution or suspension. The amount of Al compound was 10 wt.%, in the form of Al 2 O3 in the final amount of coating after calcination.
Пример №3. Современный катализатор Cu-СНА в качестве сравнения.Example No. 3. Modern Cu-SHA catalyst as a comparison.
Коммерческий сравнительный Cu-СНА с КАС примерно 28 был изучен в качестве образца сравнения (СРАВН 2), представляющего современную технологию Cu-СНА. Плотность ячеек составляла 400 cpsi при 4 мил, а количество покрытия было приблизительно таким же, как и в №1a.A commercial comparative Cu-SNA with a CAS of approximately 28 was studied as a reference sample (CPAVN 2), representing the state-of-the-art Cu-SNA technology. The cell density was 400 cpsi at 4 mils and the amount of coating was approximately the same as #1a.
Пример №4. Получение Cu-цеолитного катализатора с КАС = 23 в качестве сравнения.Example No. 4. Preparation of a Cu-zeolite catalyst with CAN = 23 as a comparison.
Цеолит Cu-СНА с КАС 23 использовали в качестве сравнения (СРАВН 3) для образцов с Cu-СНА с КАС = 11. Этот Cu-цеолит покрывали соединением Al Al-1. Количество Al-1 составляло 10 мас.%, в виде Al2O3 в конечном количестве покрытия после прокаливания.Cu-CNA zeolite with CAS 23 was used as a comparison (CPAVN 3) for samples with Cu-CNA with CAS = 11. This Cu zeolite was coated with Al compound Al-1. The amount of Al-1 was 10 wt.%, in the form of Al 2 O 3 in the final amount of coating after calcination.
Пример №5. Применение циркония в качестве термостабилизатора для катализатора Cu-СНА.Example No. 5. Application of zirconium as a thermal stabilizer for the Cu-SNA catalyst.
6% ZrO2 (№5) (после окончательного прокаливания) добавляли в виде нитрата Zr в модель Cu-СНА11 с Al-1 в качестве соединения Al. Количество покрытия составляло после прокаливания 140 г/л.6% ZrO 2 (No. 5) (after final calcination) was added as Zr nitrate to the Cu-CHA11 model with Al-1 as the Al compound. The amount of coating after calcination was 140 g/l.
Пример №6. Применение лантана в качестве термостабилизатора для катализатора Cu-СНА.Example No. 6. The use of lanthanum as a thermal stabilizer for the Cu-SNA catalyst.
3% La2O3 (№6) (после окончательного прокаливания) добавляли в виде водорастворимого нитрата La в модель Cu-CHA-ΙΙ с Al-1 в качестве соединения Al. Количество покрытия составляло после прокаливания 140 г/л.3% La 2 O 3 (No. 6) (after final calcination) was added as water-soluble La nitrate to the Cu-CHA-ΙΙ model with Al-1 as the Al compound. The amount of coating after calcination was 140 g/l.
Пример №7. Комбинация циркония и лантана в качестве термостабилизаторов для Cu-СНА.Example No. 7. Combination of zirconium and lanthanum as thermal stabilizers for Cu-SNA.
3% La2O3 и 3% ZrO2 (№7) (после окончательного прокаливания) добавляли в качестве водорастворимых нитратов Zr и La в модель Cu-СНА с Al-1 в качестве соединения Al. Количество покрытия составляло после прокаливания 140 г/л.3% La 2 O 3 and 3% ZrO 2 (No. 7) (after final calcination) were added as water-soluble Zr and La nitrates to the Cu-SHA model with Al-1 as the Al compound. The amount of coating after calcination was 140 g/l.
Пример №8а. Применение КЧ-AlLa в катализаторе Cu-СНА.Example No. 8a. Application of CN-AlLa in Cu-SHA catalyst.
Тот же цеолит Cu-СНА, что и в примере 1, был получен также вместе с Al-1 и 40 г/л КЧ, которые состояли из оксида алюминия и лантана (добавка на КЧ). Лантан стабилизировал Al2O3, поскольку КЧ добавляли к предварительно измельченной суспензии, уже содержащей Cu-цеолит и Al-1. Размер частиц (d50) этих КЧ (отмеченных как КЧ-AlLa) составлял 30 мкм. Прокаленный каталитический материал содержал 70,0% Cu-СНА, 7,8% Al-1 в виде Al2O3 и 22,2% КЧ-Al-La в виде оксида. Общее количество покрытия составляло после прокаливания 180 г/л.The same Cu-SNA zeolite as in example 1 was also obtained together with Al-1 and 40 g/l CN, which consisted of aluminum oxide and lanthanum (CN additive). Lanthanum stabilized Al 2 O 3 since CN was added to a pre-ground suspension already containing Cu zeolite and Al-1. The particle size ( d50 ) of these CNs (labeled CN-AlLa) was 30 μm. The calcined catalytic material contained 70.0% Cu-CHA, 7.8% Al-1 in the form of Al 2 O 3 and 22.2% CN-Al-La in the form of oxide. The total amount of coating after calcination was 180 g/l.
Пример №8b. Применение частиц КЧ-AlSi в катализаторе Cu-СНА.Example #8b. Application of CN-AlSi particles in Cu-SNA catalyst.
Тот же Cu-цеолит, что и в примере 1, получали также вместе с Al-1 и 40 г/л КЧ, стабилизированный диоксидом кремния Al2O3 в качестве КЧ добавляли к предварительно измельченной суспензии, уже содержащей Cu-цеолит и Al-1. Размер частиц (d50) этих КЧ (отмеченных как КЧ-AlSi) составлял 35 мкм. Прокаленный каталитический материал содержал 70,0% Cu-СНА, 7,8% Al-1 в виде Al2O3 и 22,2% КЧAlSi в виде оксида. Общее количество покрытия составляло после прокаливания 180 г/л.The same Cu-zeolite as in example 1 was also obtained together with Al-1 and 40 g/l CN, stabilized with silicon dioxide Al 2 O 3 as CN was added to a pre-ground suspension already containing Cu-zeolite and Al- 1. The particle size ( d50 ) of these CNs (labeled CN-AlSi) was 35 μm. The calcined catalytic material contained 70.0% Cu-CHA, 7.8% Al-1 in the form of Al 2 O 3 and 22.2% CNAlSi in the form of oxide. The total amount of coating after calcination was 180 g/l.
Пример №8с. Применение частиц КЧ-AlSiZr в катализаторе Cu-СНА.Example No. 8c. Application of CN-AlSiZr particles in Cu-SNA catalyst.
Тот же Cu-цеолит, что и в примере 1, также получали вместе с Al-1 и 40 г/л КЧ, которые состояли из оксида алюминия, диоксида кремния и оксида циркония. Диоксид кремния и оксид циркония стабилизировали Al2O3, поскольку КЧ добавляли в предварительно измельченную суспензию, уже содержащую Cu-цеолит и Al-1. Размер частиц (d50) этих КЧ (отмеченных как КЧ-AlSiZr) составлял 35 мкм. Таким образом, исходный большой размер частиц КЧ присутствовал в окончательном покрытии №8а-с. Прокаленный каталитический материал содержал 70,0% Cu-СНА, 7,8% Al-1 в виде Al2O3 и 22,2% КЧ-AlSiZr в виде оксида. Общее количество покрытия составляло после прокаливания 180 г/л.The same Cu zeolite as in example 1 was also prepared together with Al-1 and 40 g/l of CN, which consisted of aluminum oxide, silicon dioxide and zirconium oxide. Silicon dioxide and zirconium oxide stabilized Al2O3, since CP was added to a pre-ground suspension already containing Cu zeolite and Al-1. The particle size ( d50 ) of these CNs (labeled CN-AlSiZr) was 35 μm. Thus, the initial large particle size of CN was present in the final coating No. 8a-c. The calcined catalytic material contained 70.0% Cu-SNA, 7.8% Al-1 in the form of Al 2 O 3 and 22.2% CN-AlSiZr in the form of oxide. The total amount of coating after calcination was 180 g/l.
Пример №9. Применение Al-3, Zr и КЧ-AlLa в катализаторе Cu-СНА.Example No. 9. Application of Al-3, Zr and CN-AlLa in Cu-SNA catalyst.
Тот же Cu-цеолит, что и в примере 1, получали вместе с соединением Al Al-3, 6% ZrO2 и 40 г/л КЧ, состоящих из оксида алюминия и лантана (КЧ-AlLa, КЧ, включающие добавку). La стабилизировал Al2O3, поскольку КЧ добавляли к суспензии, уже содержащей Cu-цеолит, Al-3 и 6% ZrO2, в расчете на прокаленное покрытие. Обработанный азотной кислотой нанокристаллический Al-3 представлял собой альтернативу соединению Al Al-1, и его применяли в этих комбинированных исследованиях соединений с хорошими свойствами в процессе нанесения покрытия. Водорастворимый Zr(NO3)4 является источником ZrO2 в этой суспензии. Размер частиц (d50) этих КЧ (КЧ-AlLa) составлял 30 мкм. Прокаленный каталитический материал содержал 67,9% Cu-СНА, 7,6% Al-3 в виде Al2O3, 3,0% ZrO2 и 21,5% КЧ-AlLa в виде оксида. Общее количество покрытия, нанесенного на керамическую подложку, составляло после прокаливания 180 г/л.The same Cu zeolite as in example 1 was prepared together with the Al compound Al-3, 6% ZrO 2 and 40 g/l CN consisting of aluminum oxide and lanthanum (CN-AlLa, CN including additive). La stabilized Al 2 O 3 since CN was added to a suspension already containing Cu zeolite, Al-3 and 6% ZrO 2 , based on the calcined coating. Nitric acid-treated nanocrystalline Al-3 was an alternative to Al compound Al-1 and was used in these combination studies of compounds with good properties in the coating process. Water-soluble Zr(NO 3 ) 4 is the source of ZrO 2 in this suspension. The particle size ( d50 ) of these CNs (CN-AlLa) was 30 μm. The calcined catalytic material contained 67.9% Cu-CHN, 7.6% Al-3 in the form of Al 2 O 3 , 3.0% ZrO 2 and 21.5% CN-AlLa in the form of oxide. The total amount of coating applied to the ceramic substrate after calcination was 180 g/l.
- 14 046217- 14 046217
Пример №10. Добавление Al-3, Zr и КЧ-AlSiTi в катализатор Cu-СНА.Example No. 10. Addition of Al-3, Zr and CN-AlSiTi to the Cu-SHA catalyst.
Тот же Cu-цеолит, что и в примере 1, получали с участием Al-3 вместе с 6% ZrO2, 40 г/л КЧ (22,2 мас.%, в конечном покрытии), которые состояли из оксида алюминия, диоксида кремния и титана в виде стабильных оксидов (КЧ-AlSiTi). Si-Ti стабилизировали Al2O3, поскольку КЧ добавляли к суспензии, уже содержащей Cu-цеолит, Al-3 и 6% ZrO2, в расчете на прокаленное покрытие. Обработанный азотной кислотой, нанокристаллический Al-3 представлял собой альтернативу соединению Al Al-1, и его применяли в этих комбинированных исследованиях соединений. Размер частиц (d50) этих КЧ (КЧ-AlSiTi) составлял 30 мкм. Прокаленный каталитический материал содержал 67,9% Cu-СНА, 7,6% Al-3 в виде Al2O3, 3,0% ZrO2 и 21,5% КЧ-AlSiTi в виде оксида. Общее количество покрытия, нанесенного на керамическую подложку, составляло после прокаливания 180 г/л.The same Cu zeolite as in example 1 was prepared with the participation of Al-3 together with 6% ZrO 2 , 40 g/l CN (22.2 wt.%, in the final coating), which consisted of aluminum oxide, dioxide silicon and titanium in the form of stable oxides (CN-AlSiTi). Si-Ti was stabilized by Al 2 O 3 , since CN was added to a suspension already containing Cu zeolite, Al-3 and 6% ZrO 2 , based on the calcined coating. Treated with nitric acid, nanocrystalline Al-3 provided an alternative to the Al compound Al-1 and was used in these combination compound studies. The particle size ( d50 ) of these CNs (CN-AlSiTi) was 30 μm. The calcined catalytic material contained 67.9% Cu-SNA, 7.6% Al-3 in the form of Al 2 O 3 , 3.0% ZrO 2 and 21.5% CN-AlSiTi in the form of oxide. The total amount of coating applied to the ceramic substrate after calcination was 180 g/l.
Пример №11. Добавление Al-3, Zr, La и КЧ-AlSiTi в катализатор Cu-СНА.Example No. 11. Addition of Al-3, Zr, La and CN-AlSiTi to the Cu-SNA catalyst.
В данном примере Cu-СНА с КАС=11 получали с Al-3 (соединение А1), 3% ZrO2, 3% La2O3 и КЧAlSiTi, которые состояли из оксида алюминия, диоксида кремния и титана в виде стабильных оксидов. Обработанный азотной кислотой, нанокристаллический Al-3 применяли в этих комбинированных исследованиях соединений. Размер частиц (d50) этих КЧ (КЧ-AlSiTi) составлял 30 мкм. Массовый процент в прокаленном материале составлял 65,8% Cu-СНА, 7,3% Al-3 в виде Al2O3, 3,0% ZrO2, 3,0% La2O3 и 20,9% КЧ-AlSiTi в виде оксида. Общее количество покрытия, нанесенного на керамическую подложку, составляло после прокаливания 180 г/л.In this example, Cu-SNA with CAS = 11 was prepared with Al-3 (compound A1), 3% ZrO 2 , 3% La 2 O 3 and CNAlSiTi, which consisted of aluminum oxide, silicon dioxide and titanium in the form of stable oxides. Nitric acid-treated, nanocrystalline Al-3 was used in these combination compound studies. The particle size ( d50 ) of these CNs (CN-AlSiTi) was 30 μm. The mass percentage in the calcined material was 65.8% Cu-CHA, 7.3% Al-3 in the form of Al 2 O 3 , 3.0% ZrO 2 , 3.0% La 2 O 3 and 20.9% CN- AlSiTi in the form of oxide. The total amount of coating applied to the ceramic substrate after calcination was 180 g/l.
Функциональность соединения Al и влияние различных добавок, применяемых в примерах 1 -11, объясняются ниже результатами испытаний конверсии NOx, которые показаны на фиг. 2-6.The functionality of the Al compound and the effect of the various additives used in Examples 1 to 11 are explained below by the NOx conversion test results shown in FIG. 2-6.
Фиг. 2. Влияние соединения Al с малым размером кристаллов и сравнение со сравнительным современным катализатором Cu-СНА в сырьевом газе NO-NO2 (40% NO2, ОС 71,000 ч-1) в экспериментах SGB при старении ГТ800/20 ч.Fig. 2. Effect of Al compound with small crystal size and comparison with a comparative modern catalyst Cu-SNA in feed gas NO-NO2 (40% NO2, OS 71,000 h -1 ) in SGB experiments with GT aging 800/20 h.
Конверсия NOx в быстром СКВ была явно выше с образцом Cu-СНА (пример 1а), имеющим КАС 11, ОКАС 5,9 и А1-1 в качестве соединения А1, по сравнению с Cu-СНА с А1-2 (пример 2, СРАВН 1) с более крупными кристаллическими размерами Al2O3. Современный Cu-СНА (пример 3, СРАВН 2) показал хорошую активность при низких и средних температурах, но также резкое падение, когда ГТ800 состаривали при высоких температурах выше 400°С. Это связано с чрезмерно высоким окислением аммиака, что приводит к низкой конверсии 52% при 570°С в сырьевом газе NO+NO2. Соотношение Cu/Al, по оценкам, составляет примерно 0,7 для этого Cu-СНА с высоким КАС, что, вероятно, является причиной высвобождения оксидов Си на цеолите и чрезмерно высокого окисления аммиака при высокой температуре. Это типичное свойство цеолитов Cu-СНА с высоким КАС в СКВ. Использование более низкого Cu/Al на Cu-СНА с высоким КАС уменьшит общую нагрузку CuO, которая вредна для важной низко- и среднетемпературной активности СКВ. Следовательно, стабилизированный Cu-СНА с низким КАС согласно изобретению представляет собой решение для поддержания хорошей функциональности СКВ при низких и высоких температурах. Cu-СНА с КАС=11 также сравнивали с Cu-СНА (пример 4, СРАВН 3) с КАС=23, полученным с добавкой Al-1. Однако Cu-СНА СКВ (КАС=23, пример 4) имел более высокую активность СКВ, чем активность катализатора из примера 2 с более крупными кристаллами Al2O3. Таким образом, можно было получить термически стабильный катализатор Cu-СНА с низким КАС, таким как 11, успешно конкурирующий с Cu-СНА с более высоким КАС (>20) путем активации нанокристаллического соединения Al.The NOx conversion in fast SCR was clearly higher with the Cu-SNA sample (example 1a) having CAS 11, OKAS 5.9 and A1-1 as compound A1, compared to Cu-SNA with A1-2 (example 2, COMP. 1) with larger crystalline sizes Al 2 O 3 . Modern Cu-SNA (example 3, CVN 2) showed good activity at low and medium temperatures, but also a sharp drop when GT800 was aged at high temperatures above 400°C. This is due to excessively high ammonia oxidation, resulting in a low conversion of 52% at 570°C in the NO+NO2 feed gas. The Cu/Al ratio is estimated to be approximately 0.7 for this high CAN Cu-SNA, which is likely responsible for the release of Cu oxides on the zeolite and excessive ammonia oxidation at high temperature. This is a typical property of Cu-CHA zeolites with high CAS in SCR. Using lower Cu/Al on high CAN Cu-SNA will reduce the overall CuO loading, which is detrimental to the important low- and mid-temperature SCR activity. Therefore, the stabilized Cu-SHA with low CAN according to the invention provides a solution for maintaining good SCR functionality at low and high temperatures. Cu-SNA with CAS=11 was also compared with Cu-SNA (example 4, COMPARE 3) with CAS=23, obtained with the addition of Al-1. However, Cu-CHA SCR (CAS=23, Example 4) had higher SCR activity than the activity of the catalyst from Example 2 with larger Al 2 O 3 crystals. Thus, it was possible to obtain a thermally stable Cu-SNA catalyst with a low CAN, such as 11, that successfully competes with Cu-CNA with a higher CAN (>20) by activating the nanocrystalline Al compound.
Фиг. 3. Повышенная стабильность при старении Cu-СНА с Al-1, цирконием и лантаном в качестве термостабилизаторов в сырьевых газах только NO (фиг. 3а) и NO+NO2 (фиг. 3b) (50,000 ч-1) в экспериментах SGB при старении ГТ850/20ч.Fig. 3. Increased stability during aging of Cu-SNA with Al-1, zirconium and lanthanum as thermal stabilizers in feed gases only NO (Fig. 3a) and NO+NO2 (Fig. 3b) (50,000 h -1 ) in SGB experiments during aging GT850/20h.
Кроме того, можно было улучшить активность СКВ на катализаторе Cu-СНА с КАС 11 и Al-1 путем добавления в виде дисперсных форм 6% ZrO2 (пример 5) или 3% La2O3 (пример 6). В этих экспериментах с термостабилизатором температура старения была увеличена до 850°С, чтобы увидеть стабилизирующие эффекты на цеолитах. Условия реактора были незначительно изменены по сравнению с фиг. 2, в результате чего ОС составляла 50,000 ч-1 в этом и последующих экспериментах. Кроме того, только NO и NO+NO2 применяли в сырьевых газах для определения относительной активации и зависимости NO2 в реакциях СКВ. Улучшение благодаря добавленным соединениям было очевидным в сырьевых газах, как только NO, так и NO+NO2 при низких и средних температурах до 500°С, температурный диапазон которых охватывает основное применение и условия составления графика характеристик двигателя в дизельных применениях.In addition, it was possible to improve the activity of SCR on the Cu-SNA catalyst with CAS 11 and Al-1 by adding 6% ZrO2 (example 5) or 3% La2O3 (example 6) in the form of dispersed forms. In these thermal stabilizer experiments, the aging temperature was increased to 850°C to see the stabilizing effects on the zeolites. Reactor conditions were slightly changed from FIG. 2, resulting in an OS of 50,000 h -1 in this and subsequent experiments. In addition, only NO and NO+NO2 were used in the feed gases to determine the relative activation and dependence of NO2 in SCR reactions. The improvement due to the added compounds was evident in both NO and NO+NO2 feed gases at low and medium temperatures up to 500°C, a temperature range that covers the main application and engine performance charting conditions in diesel applications.
Нанокристаллический А1-1 также может быть применен с комбинациями 3% ZrO2 и 3% La2O3 (пример 7), что приводит к улучшениям при низкой и высокой температуре. Таким образом, можно повысить гидротермальную стабильность Cu-СНА с низким КАС, таким как 11, с Al-1 в качестве соединения Al, вместе с Zr и La в качестве добавки.Nanocrystalline Al-1 can also be used with combinations of 3% ZrO 2 and 3% La 2 O 3 (Example 7), resulting in improvements at low and high temperature. Thus, it is possible to improve the hydrothermal stability of low CAN Cu-CHN such as 11 with Al-1 as the Al compound, together with Zr and La as additives.
Фиг. 4. Улучшенная стабильность при старении Cu-СНА с Al-1 вместе с крупными частицами (КЧ) в качестве промоторов в сырьевых газах только NO (фиг. 4а) и NO+NO2 (фиг. 4b) (50,000 ч-1) в экспериментах SGB при старении ГТ850/20ч.Fig. 4. Improved aging stability of Cu-CHN with Al-1 together with large particles (CP) as promoters in feed gases with only NO (Fig. 4a) and NO+NO2 (Fig. 4b) (50,000 h -1 ) in experiments SGB with aging GT850/20h.
Активность СКВ Cu-СНА с низким КАС 11 и Al-1 была дополнительно улучшена путем добавлеThe SCR activity of Cu-SNA with low CAS 11 and Al-1 was further improved by adding
- 15 046217 ния КЧ, содержащих A12O3 в качестве основного оксида, но также содержащих добавки La (в примере 8а), Si (в примере 8b) или Zr+Si (в примере 8с). Добавление КЧ на Cu-CHA-ΙΙ с Al-1 увеличило конверсию NOx по всему рабочему окну. Частицы КЧ стабилизировали предпочтительно с помощью Si или Ti для улучшения термической долговечности и повышения кислотности. Si, Ti или Zr на оксиде алюминия также уменьшают адсорбцию серы на КЧ. Повышение кислотности коррелирует с более низкой тенденцией к адсорбции серы. Кроме того, Zr и/или добавка также могут быть добавлены к частицам КЧ для улучшения стабильности КЧ против спекания. La является термостабилизатором, но также снижает кислотность и создает основные центры на КЧ. Роль La заключается в уменьшении адсорбции аммиака на частицах КЧ в условиях реакции СКВ и в направлении адсорбции аммиака на центры цеолитов вблизи активных центры меди. Затем каталитическая композиция содержит в качестве тепловых барьеров КЧ, которые имеют минимальную способность к адсорбции аммиака, который таким образом концентрируется в частицах цеолита с функцией СКВ.- 15 046217 CN containing A12O3 as the main oxide, but also containing additives La (in example 8a), Si (in example 8b) or Zr+Si (in example 8c). The addition of CN on Cu-CHA-ΙΙ with Al-1 increased the NO x conversion throughout the operating window. The CP particles are preferably stabilized with Si or Ti to improve thermal durability and acidity. Si, Ti or Zr on alumina also reduces the adsorption of sulfur on CP. Increased acidity correlates with a lower tendency to adsorb sulfur. In addition, Zr and/or an additive can also be added to the CN particles to improve the stability of the CN against sintering. La is a heat stabilizer, but also reduces acidity and creates basic sites on the CN. The role of La is to reduce the adsorption of ammonia on CP particles under SCR reaction conditions and to direct the adsorption of ammonia onto zeolite centers near the active copper centers. The catalytic composition then contains CNs as thermal barriers, which have minimal ability to adsorb ammonia, which is thus concentrated in the SCR-functional zeolite particles.
Фиг. 5. Повышенная стабильность при старении Cu-СНА с Al-3 в качестве соединения Al, Zr, La в качестве добавки и КЧ с Si+Ti в сырьевых газах только NO (фиг. 5а) и NO+NO2 (фиг. 5b) (50,000 ч-1) в экспериментах SGB при старении ГТ850/20ч.Fig. 5. Increased stability during aging of Cu-SNA with Al-3 as a compound of Al, Zr, La as an additive and CN with Si+Ti in the raw gases only NO (Fig. 5a) and NO+NO2 (Fig. 5b) ( 50,000 h -1 ) in SGB experiments with aging GT850/20h.
Комбинации Al-3, Zr, La и КЧ применяли для получения катализатора Cu-СНА с КАС=11. Стабильность КЧ повышали с помощью Si+Ti и La (добавка). Количество Cu-СНА было одинаковым во всех этих образцах. Следовательно, слой покрытия также разбавляли частицами КЧ, которые также оказывают предотвращающее действие на распространение спекания в условиях применения. Образцы с 6% ZrO2 (пример 9 и пример 10) показали высокую эффективность СКВ в сырьевых газах только NO и NO+NO2 с КЧ, содержащими La или КЧ, содержащими Si+Ti. То же самое применимо к образцу с 3% ZrO2 и 3% La2O3 с КЧ, содержащими Si+Ti (пример 11). Промоторы Zr, La и стабилизированные КЧ в этих катализаторах улучшали низкотемпературную активность СКВ. Особое улучшение наблюдалось в быстром СКВ (NO+NO2), поскольку NO2 обычно компенсирует плохой запуск реакции, обнаруженный при подаче только NO. Следовательно, КЧ, содержащие Si и Ti, улучшали характеристики КЧ в катализаторе Cu-СНА. Ti и Si способны стабилизировать поверхность оксида алюминия для уменьшения адсорбции оксидов серы, что важно в применениях в условиях обедненных отходящих газов.Combinations of Al-3, Zr, La and CN were used to obtain the Cu-SNA catalyst with CAS=11. The stability of the CN was increased using Si+Ti and La (additive). The amount of Cu-CHNA was the same in all these samples. Consequently, the coating layer was also diluted with CN particles, which also have a preventing effect on the spread of sintering under application conditions. Samples with 6% ZrO 2 (example 9 and example 10) showed high efficiency of SCR in feed gases only NO and NO+NO2 with CN containing La or CN containing Si+Ti. The same applies to a sample with 3% ZrO 2 and 3% La 2 O 3 with CN containing Si+Ti (example 11). Zr, La promoters and stabilized CNs in these catalysts improved the low-temperature activity of SCR. Particular improvement was observed in fast SCR (NO+NO2), since NO2 usually compensates for the poor reaction startup found when feeding NO alone. Consequently, CPs containing Si and Ti improved the performance of CPs in the Cu-SNA catalyst. Ti and Si are capable of stabilizing the alumina surface to reduce the adsorption of sulfur oxides, which is important in lean flue gas applications.
Фиг. 6. Сравнение катализатора Cu-СНА согласно изобретению с Cu-СНА с высоким КАС с помощью сырьевых газов NO+NO2 (50,000 ч-1) в экспериментах SGB при старении ГТ850/20ч.Fig. 6. Comparison of the Cu-SNA catalyst according to the invention with Cu-SNA with high CAS using feed gases NO+NO2 (50,000 h -1 ) in SGB experiments with aging GT850/20h.
Наконец, разработанную композицию Cu-цеолита, содержащую соединение Al, 3% ZrO2, 3% La2O3 в качестве добавки и КЧ на основе оксида алюминия с активацией Si+Ti (пример 11), сравнивали с катализатором сравнения Cu-СНА (пример 3, СРАВН 2) с высоким КАС примерно 28. Композиция Cu-СНА согласно настоящему изобретению показала более высокую конверсию NOx по всему температурному окну и гораздо более высокую селективность при более высоких температурах выше 400°С. Катализатор сравнения (СРАВН 2) обладает свойством чрезмерно высокого окисления аммиака, что вредно для потребления мочевины и общей эффективности NOx. Незначительное падение также наблюдалось после старения ГТ850 в примере 11 согласно настоящему изобретению, но конверсия NOx все еще составляла примерно 90% при 500°С и примерно 80% при 600°С. Соответственно, конверсия NOx составляла примерно 80% при 500°С и примерно 49% при 600°С для образца СРАВН 2 (пример 3) после старения ГТ850. В условиях дизельных отходящих газов требуется высокая активность СКВ, по меньшей мере, до 500°С. Низкотемпературная активность СКВ повышалась в присутствии NO2 за счет активации Zr, La и КЧ.Finally, the developed Cu-zeolite composition containing an Al compound, 3% ZrO 2 , 3% La 2 O 3 as an additive and alumina-based CN with Si+Ti activation (example 11) was compared with the comparison catalyst Cu-SNA ( example 3, COMPARE 2) with a high CAC of approximately 28. The Cu-CHA composition according to the present invention showed higher NOx conversion across the entire temperature window and much higher selectivity at higher temperatures above 400°C. The reference catalyst (CRAVN 2) has the property of excessively high ammonia oxidation, which is detrimental to urea consumption and overall NOx efficiency. A slight drop was also observed after aging the GT850 in Example 11 of the present invention, but NO x conversion was still about 90% at 500°C and about 80% at 600°C. Accordingly, NO x conversion was approximately 80% at 500°C and approximately 49% at 600°C for sample SRAVN 2 (example 3) after aging GT850. Under diesel exhaust gas conditions, high SCR activity is required, at least up to 500°C. The low-temperature activity of SCR increased in the presence of NO 2 due to the activation of Zr, La and CN.
Заключение и выводы.Conclusion and conclusions.
Активность СКВ, полученная при сильном гидротермальном старении при 800 и 850°С Cuцеолитных катализаторов, доказала стабилизацию и стимулирующее действие заявленных каталитических композиций. Применение Cu-цеолита с низким КАС (<15) (СНА) позволяет использовать высокие нагрузки Cu с низким молярным соотношением Cu/Al(<0,4), что приводит к низкому окислению аммиака при высоких температурах и высокой эффективности NOx с различными соотношениями NO2/NOx по всему температурному окну в условиях обедненных отходящих газов. Нанокристаллическое соединение Al (Al2O3) улучшало термическую стабильность с цеолитом Cu-СНА с низким КАС=11. Два хороших примера были представлены в качестве соединения Al; Al-1 с кристаллическим размером 4,5 нм и Al-3 с кристаллическим размером 6 нм. Детали способа нанесения покрытия также играют роль в том, какое из соединений Al будет применено в комбинированных композициях. Цирконий в виде стабильной, диспергированной формы оксида циркония показал дополнительные улучшения термической долговечности, контроля кислотности и низкотемпературной активности на Cu-цеолитном катализаторе СКВ. Добавка (La в примерах) показала дополнительную стабилизацию и улучшения низкотемпературной функциональности на Cu-цеолитных катализаторах СКВ. Крупные частицы (КЧ) с Si и Ti в качестве промоторов показали явное улучшение стабильности Cu-цеолитного катализатора. КЧ также играют ключевую роль в структурной и термической долговечности слоя покрытия. Примеры показали несколько вариаций комбинаций активирующих соединений. Определяли параметр общего КАС (ОКАС), который изменяется для Cu-цеолитных катализаторов СКВ в зависимости от количества нанокристаллического оксида алюминия. Ионный радиус добавленных соединений также определялся возможностями взаимодействия. Cu2+ внутри цеолитной решетки имеет ключевой радиус, соединение Al с Al3+ имеет меньший радиус,The SCR activity obtained during strong hydrothermal aging of Cu zeolite catalysts at 800 and 850°C proved the stabilization and stimulating effect of the claimed catalytic compositions. The use of low UAN (<15) Cu zeolite (CNA) allows the use of high Cu loads with low Cu/Al molar ratios (<0.4), resulting in low ammonia oxidation at high temperatures and high NOx efficiency with varying NO2 ratios /NOx throughout the entire temperature window under lean exhaust gas conditions. Nanocrystalline Al compound (Al 2 O 3 ) improved thermal stability with Cu-CHA zeolite with low CAS=11. Two good examples have been presented as an Al compound; Al-1 with a crystal size of 4.5 nm and Al-3 with a crystal size of 6 nm. Details of the plating method also play a role in which Al compounds are used in the combination compositions. Zirconium in the form of a stable, dispersed form of zirconium oxide showed additional improvements in thermal durability, acidity control and low temperature activity on a Cu zeolite SCR catalyst. The additive (La in the examples) showed additional stabilization and improvements in low temperature functionality on Cu zeolite SCR catalysts. Large particles (CP) with Si and Ti as promoters showed obvious improvement in the stability of Cu zeolite catalyst. CNs also play a key role in the structural and thermal durability of the coating layer. The examples showed several variations in combinations of activating compounds. The total CAC (TCAC) parameter was determined, which changes for Cu-zeolite SCR catalysts depending on the amount of nanocrystalline aluminum oxide. The ionic radius of the added compounds was also determined by the interaction possibilities. Cu 2+ inside the zeolite lattice has a key radius, the Al compound with Al 3+ has a smaller radius,
--
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19205201.7 | 2019-10-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA046217B1 true EA046217B1 (en) | 2024-02-16 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11982218B2 (en) | Palladium diesel oxidation catalyst | |
KR102463563B1 (en) | Zoned configuration for oxidation catalyst combinations | |
JP5841123B2 (en) | ZrOx, Ce-ZrOx, Ce-Zr-REOx as host matrices of redox-active cations for low temperature, hydrothermal and toxic resistant SCR catalysts | |
JP5965501B2 (en) | Copper CHA zeolite catalyst | |
JP6853244B2 (en) | Oxidation catalyst for diesel engine exhaust | |
JP5683111B2 (en) | Copper CHA zeolite catalyst | |
KR20200055744A (en) | Combined NOx absorber and SCR catalyst | |
CN111954577A (en) | SCR catalyst containing mixed zeolites | |
KR20230143152A (en) | Exhaust gas treatment system for reducing ammonia emissions from automotive gasoline applications | |
EP3501637A1 (en) | Oxidation catalyst for a diesel engine exhaust | |
JP2023506027A (en) | Lean NOx trap and low temperature NOx adsorption system for low temperature NOx trap | |
KR20170063596A (en) | Thermally stable nh3-scr catalyst compositions | |
EA046217B1 (en) | CATALYTIC COMPOSITION FOR SELECTIVE NOx REDUCTION | |
US20220387981A1 (en) | Durable copper-scr catalyst | |
US20210205794A1 (en) | Zeolite having improved heat resistance and catalyst composite using same | |
KR20230070457A (en) | Catalyzed Particulate Filter | |
EP3797866A1 (en) | Zeolite having improved heat resistance and catalyst composite using same | |
WO2023020579A1 (en) | Metal oxide catalyst for selective catalytic reduction | |
CN115551618A (en) | Selective catalytic reduction catalyst and catalytic article comprising the same |