RU2776180C1 - Cha-containing zeolite jmz-1 and methods for production thereof - Google Patents

Cha-containing zeolite jmz-1 and methods for production thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2776180C1
RU2776180C1 RU2021107295A RU2021107295A RU2776180C1 RU 2776180 C1 RU2776180 C1 RU 2776180C1 RU 2021107295 A RU2021107295 A RU 2021107295A RU 2021107295 A RU2021107295 A RU 2021107295A RU 2776180 C1 RU2776180 C1 RU 2776180C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zeolite
jmz
exhaust gas
catalyst
cha
Prior art date
Application number
RU2021107295A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Джон КАСКИ
Джилиан КОЛЬЕР
Пол КОКС
Роберт Питер ХОДЖКИНС
Герайнт ЛЛОЙД
Алессандро ТУРРИНА
Original Assignee
Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани filed Critical Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани
Application granted granted Critical
Publication of RU2776180C1 publication Critical patent/RU2776180C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a CHA-containing zeolite JMZ-1 containing a structure-directing agent (SDA) in the frame structure and to a calcined zeolite (JMZ-1C). The invention also relates to methods for producing JMZ-1 and JMZ-1C and methods for applying the calcined zeolite JMZ-1C as a catalyst. Described is a zeolite for purifying spent gas with a CHA-type frame structure, wherein the zeolite constitutes an aluminosilicate with a silicon oxide and aluminium oxide ratio (SAR) from 10 to 50, wherein the zeolite has a characteristic X-ray powder diffraction pattern before the removal of the template agent by calcination, containing at least the following diffraction peaks (in degrees 2θ (± 0.2), wherein relative intensity values are specified in parentheses) at the positions: 9.55 (VS), 16.27 (VS), 20.99 (VS), 24.65 (M) and 31.22 (M), wherein the zeolite has characteristic X-ray diffractometry data after the removal of the template agent by calcination, containing at least the following peaks (in degrees 2θ, wherein relative intensity values are specified in parentheses) at the positions: 9.59 (VS), 13.03 (M), 16.21 (W), 17.99 (W), 20.83 (M–S), 23.31 (W), 25.24 (W), 26.22 (W), 30.98 (M–W) and 31.43 (W) ±0.2, where the relative intensity is based on the strongest line of the X-ray diffraction pattern, assigned a value of 100, and is defined as (W) [weak]: below 20; (M) [medium]: in the range of 20 to 40; (S) [strong]: in the range of 40 to 60 and (VS) [very strong]: above 60; and wherein the template agent contains trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations.
EFFECT: metal-containing JMZ-1C has an increased SCR activity compared to CHA-structure zeolites with the same metal content and comparable silicon dioxide and aluminium oxide ratios (SAR).
20 cl, 3 ex, 9 tbl, 12 dwg

Description

Область применения изобретенияScope of the invention

Настоящее изобретение относится к CHA-содержащему цеолиту JMZ-1, содержащему в каркасной структуре структурообразующий агент (SDA), и кальцинированному цеолиту (JMZ-1C). Настоящее изобретение также относится к способам получения JMZ-1 и JMZ-1C и способам применения кальцинированного цеолита JMZ-1C в качестве катализатора.The present invention relates to CHA-containing zeolite JMZ-1 containing structure-forming agent (SDA) in the framework structure, and calcined zeolite (JMZ-1C). The present invention also relates to methods for producing JMZ-1 and JMZ-1C and methods for using JMZ-1C calcined zeolite as a catalyst.

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention

Цеолиты представляют собой кристаллические материалы, построенные из повторяющихся тетраэдрических элементарных ячеек TO4, где T чаще всего представляет собой Si, Al или P (или комбинации тетраэдрических элементарных ячеек). Эти элементарные ячейки образуют друг с другом связи с формированием каркасов, имеющих регулярные внутрикристаллические полости и/или каналы с размерами молекулярного порядка. Алюмосиликаты в качестве T содержат Si и Al. Были синтезированы синтетические цеолиты различных типов, каждый из которых имеет уникальный каркас, основанный на конкретной конфигурации его тетраэдрических элементарных ячеек. Международная ассоциация по цеолитам (IZA) присвоила каждому топологическому типу уникальный трехбуквенный код (например, CHA) в соответствии с номенклатурой IUPAC (http://www.iza-structure.org/databases/).Zeolites are crystalline materials built from repeating TO 4 tetrahedral unit cells, where T is most commonly Si, Al, or P (or combinations of tetrahedral unit cells). These unit cells form bonds with each other to form frameworks having regular intracrystalline cavities and/or channels with molecular dimensions. Aluminosilicates contain Si and Al as T. Various types of synthetic zeolites have been synthesized, each with a unique framework based on the particular configuration of its tetrahedral unit cells. The International Zeolite Association (IZA) has assigned each topological type a unique three-letter code (eg CHA) according to the IUPAC nomenclature (http://www.iza-structure.org/databases/).

Цеолиты имеют множество промышленных применений, и известно, что цеолиты с определенными каркасными структурами, такими как CHA, являются эффективными катализаторами очистки отработавшего газа сгорания в промышленных областях применения, включая двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, угольные электростанции и т. п. В одном примере содержание оксидов азота (NOx) в отработавшем газе можно контролировать посредством так называемого процесса селективного каталитического восстановления (SCR), в котором соединения NOx в отработавшем газе приводят в контакт с восстанавливающим агентом в присутствии цеолитного катализатора.Zeolites have many industrial applications, and zeolites with certain framework structures, such as CHA, are known to be effective catalysts for cleaning flue gas in industrial applications, including internal combustion engines, gas turbines, coal-fired power plants, and the like. In one example, the content of oxides of nitrogen (NO x ) in the exhaust gas can be controlled by a so-called selective catalytic reduction (SCR) process in which NO x compounds in the exhaust gas are brought into contact with a reducing agent in the presence of a zeolite catalyst.

Синтетические цеолиты топологического типа CHA, полученные в виде алюмосиликатных композиций, получают с использованием структурообразующих агентов (SDA), также называемых «темплатами» или «темплатными агентами». Агенты SDA, применяемые при получении алюмосиликатных материалов типа CHA, как правило, представляют собой сложные органические молекулы, которые организуют или упорядочивают молекулярную форму и структуру цеолитного каркаса. В общем случае SDA можно рассматривать как форму, вокруг которой формируются кристаллы цеолита. После формирования кристаллов агенты SDA извлекают из внутренней структуры кристаллов, оставляя молекулярно-пористый алюмосиликатный остов.Synthetic topology-type CHA zeolites prepared as aluminosilicate compositions are prepared using structure forming agents (SDA), also referred to as "templates" or "template agents". SDA agents used in the preparation of CHA-type aluminosilicate materials are typically complex organic molecules that organize or arrange the molecular shape and structure of the zeolite framework. In general, SDA can be thought of as the shape around which zeolite crystals form. After crystal formation, SDA agents are removed from the internal structure of the crystals, leaving a molecularly porous aluminosilicate backbone.

В типичных способах синтеза твердые кристаллы цеолита осаждаются из реакционной смеси, которая содержит образующие каркас реагенты (например, источник кремния и источник алюминия), источник гидроксид-ионов (например, NaOH) и SDA. Для достижения желаемой кристаллизации такие методы синтеза обычно реализуются в течение нескольких дней (в зависимости от таких факторов, как температура кристаллизации). После завершения кристаллизации твердый осадок, содержащий кристаллы цеолита, отделяют от маточного раствора, который утилизируют. Этот направляемый на утилизацию маточный раствор содержит неиспользованный SDA, который часто разлагается из-за жестких условий реакции, и непрореагировавший диоксид кремния.In typical synthesis methods, solid zeolite crystals are precipitated from a reaction mixture that contains framework-forming reagents (eg, a source of silicon and a source of aluminum), a source of hydroxide ions (eg, NaOH), and SDA. To achieve the desired crystallization, such synthesis methods are usually implemented within a few days (depending on factors such as crystallization temperature). After crystallization is completed, the solid precipitate containing zeolite crystals is separated from the mother liquor, which is disposed of. This disposal mother liquor contains unused SDA, which often decomposes due to harsh reaction conditions, and unreacted silica.

Патент США № 4,544,538 относится к кристаллическому цеолиту SSZ-13, полученному из органических азотсодержащих катионов, которые являются производными от 1-адамантамина, 3-хинуклидинола и 2-экзоаминонорборнана. SSZ-13 имеет кристаллическую структуру шабазита. Характерные линии рентгеновской дифрактограммы (XRD) необожженных цеолитов SSZ-13 с присутствующим органическим темплатным компонентом приведены в таблице 1 патента США № 4,544,538 и показаны ниже в таблице 1.US Pat. No. 4,544,538 relates to crystalline zeolite SSZ-13, obtained from organic nitrogen-containing cations, which are derived from 1-adamantamine, 3-quinuclidinol and 2-exoaminonorbornane. SSZ-13 has a chabazite crystal structure. Characteristic X-ray diffraction (XRD) lines of unfired SSZ-13 zeolites with an organic template component present are shown in Table 1 of US Pat. No. 4,544,538 and shown below in Table 1.

Таблица 1Table 1

d(A)d(A) 100 I/Io100 I/Io d(A)d(A) 100 I/Io100 I/Io 9,579.57 9,249.24 6161 22,7222.72 3,913.91 8eight 14,0614.06 6,306.30 2121 25,0125.01 3,563.56 6969 16,2316.23 5,465.46 8080 26,3026.30 3,5893.589 18eighteen 17,8217.82 4,984.98 2424 31,0031.00 2,8852.885 4747 20,8720.87 4,264.26 100100 31,2931.29 2,8592.859 2121 22,1422.14 4,014.01 99

Характерные линии рентгеновской дифрактограммы (XRD) обожженных цеолитов SSZ-13, из которых был удален органический темплатный компонент, приведены в таблице 2 патента США № 4,544,538 и показаны ниже в таблице 2.Characteristic X-ray diffraction (XRD) lines of calcined SSZ-13 zeolites from which the organic template component has been removed are shown in Table 2 of US Pat. No. 4,544,538 and are shown in Table 2 below.

Таблица 2table 2

d(A)d(A) 100 I/Io100 I/Io d(A)d(A) 100 I/Io100 I/Io 9,629.62 9,199.19 100100 23,3623.36 3,8083.808 66 13,0413.04 6,796.79 3232 25,2325.23 3,5303,530 18eighteen 16,2216.22 5,465.46 18eighteen 26,2626.26 3,3943.394 11eleven 17,9917.99 4,934.93 1616 31,0231.02 2,8832,883 2727 20,8720.87 4,264.26 50fifty 31,4431.44 2,8462,846 1313

Патент США № 9,636,667 относится к способу получения цеолитного материала с каркасной структурой типа CHA, содержащего YO2 и X2O3, где указанный способ включает стадии: (1) обеспечение смеси, содержащей один или более источников YO2, один или более источников X2O3 и одно или более соединений, содержащих катион тетраалкиламмония R1R2R3R4N+, в качестве структурообразующего агента; (2) кристаллизацию смеси, полученной на стадии (1), с получением цеолитного материала с каркасной структурой типа CHA; где Y представляет собой четырехвалентный элемент, а X — трехвалентный элемент, где R1, R2 и R3 независимо друг от друга обозначают алкил, где R4 обозначает циклоалкил, и где смесь, полученная на стадии (1), не содержит какого-либо существенного количества источника Z2O5, где Z представляет собой P, а также к цеолитным материалам, которые могут быть получены в соответствии со способом изобретения, и к их применению. Характерные линии рентгеновской дифрактограммы (XRD) цеолитного материала с каркасной структурой типа CHA содержат по меньшей мере следующие рефлексы, приведенные в таблице 3 патента США № 9,636,667.US Pat. No. 9,636,667 relates to a process for preparing a CHA-type zeolite material containing YO 2 and X 2 O 3 , wherein the process comprises the steps of: (1) providing a mixture containing one or more sources of YO 2 , one or more sources of X 2 O 3 and one or more compounds containing a tetraalkylammonium cation R 1 R 2 R 3 R 4 N + as a structurant; (2) crystallizing the mixture obtained in step (1) to obtain a CHA-type zeolite material; where Y is a tetravalent element and X is a trivalent element, where R 1 , R 2 and R 3 are independently alkyl, where R 4 is cycloalkyl, and where the mixture obtained in step (1) does not contain any or a significant amount of a source of Z 2 O 5 where Z is P, as well as zeolite materials that can be obtained in accordance with the method of the invention, and their use. Characteristic lines of X-ray diffraction (XRD) zeolite material with a framework structure type CHA contain at least the following reflections are shown in table 3 of US patent No. 9,636,667.

Таблица 3Table 3

Брэгговский угол 2θ/°
[Cu K (α1)]
Bragg angle 2θ/°
[CuK(α1)]
Интенсивность (%)Intensity (%)
9,44–9,889.44–9.88 29–9229–92 16,03–16,5516.03–16.55 32–7932–79 17,81–18,1317.81–18.13 12–4212–42 20,62–21,3020.62–21.30 100100 25,02–25,4225.02–25.42 25–7025–70 30,83–31,4330.83–31.43 39–73 39–73

Существует потребность в разработке новых цеолитов, имеющих базовую структуру известных цеолитов, незначительные изменения в структуре которых могут повлиять на одно или более каталитических свойств цеолита. В некоторых случаях, хотя незначительные изменения в структуре могут не быть четко выражены при использовании обычно применяемых аналитических методик, можно улучшить каталитическую активность структурно модифицированного цеолита по сравнению с близкородственными аналогичными цеолитами. Неожиданные улучшения каталитической активности таких структурно модифицированных цеолитов могут привести композиции отработавших газов из двигателей в соответствие с различными нормативными требованиями.There is a need to develop new zeolites having the basic structure of known zeolites, minor changes in the structure of which can affect one or more of the catalytic properties of the zeolite. In some instances, although minor changes in structure may not be apparent using commonly used analytical techniques, it is possible to improve the catalytic activity of a structurally modified zeolite compared to closely related analogous zeolites. Surprising improvements in the catalytic activity of such structurally modified zeolites can bring engine exhaust gas compositions into compliance with various regulatory requirements.

Изложение сущности изобретенияStatement of the Invention

В первом аспекте изобретения предложен цеолит JMZ-1 с каркасной структурой типа CHA, где цеолит имеет композицию с молярным соотношением: SiO2 : (n)Y2O3, где Y = Al, Fe, B или Ga и n = 0–0,1, причем (a) рентгеновская порошковая дифрактограмма до удаления темплатного агента прокаливанием содержит по меньшей мере следующие дифракционные пики (в градусах 2θ (±0,2), причем в скобках указаны относительные значения интенсивности) в положениях: 9,55 (VS), 16,27 (VS), 20,99 (VS), 24,65 (M) и 31,22 (M) ± 0,2, и (b) данные рентгеновской дифрактометрии после удаления темплатного агента прокаливанием содержат по меньшей мере следующие пики (в градусах 2θ, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности) в положениях: 9,59 (VS), 13,03 (M), 16,21 (W), 17,99 (W), 20,83 (M–S), 23,31 (W), 25,24 (W), 26,22 (W), 30,98 (M–W) и 31,43 (W) ± 0,2, где относительная интенсивность основана на самой сильной линии рентгеновской дифрактограммы, которой присвоено значение 100, и определяется как (W) [слабая]: менее 20; (M) [средняя]: в диапазоне 20–40; (S) [сильная]: в диапазоне 40–60; и (VS) [очень сильная]: более 60.In the first aspect of the invention, a JMZ-1 zeolite with a CHA-type framework structure is provided, where the zeolite has a composition with a molar ratio: SiO 2 : (n)Y 2 O 3 , where Y = Al, Fe, B or Ga and n = 0–0 ,1, wherein (a) the X-ray powder diffraction pattern prior to removal of the template agent by calcination contains at least the following diffraction peaks (in degrees 2θ (±0.2), with relative intensities in parentheses) at positions: 9.55 (VS) , 16.27 (VS), 20.99 (VS), 24.65 (M), and 31.22 (M) ± 0.2, and (b) the X-ray diffraction data after removal of the template agent by calcination contain at least the following peaks (in degrees 2θ, with relative intensities in brackets) at positions: 9.59 (VS), 13.03 (M), 16.21 (W), 17.99 (W), 20.83 (M –S), 23.31 (W), 25.24 (W), 26.22 (W), 30.98 (M–W), and 31.43 (W) ± 0.2, where relative intensity is based on the strongest line of the X-ray diffraction pattern, which is assigned a value of 100, and is defined as (W) [weak]: less than 20; (M) [medium]: in the range of 20-40; (S) [strong]: in the range of 40–60; and (VS) [very strong]: more than 60.

Также предложена композиция, содержащая цеолит JMZ-1 с каркасной структурой типа CHA и структурообразующим агентом (SDA), где SDA находится внутри каркасной структуры, а указанный цеолит имеет композицию с молярным соотношением: SiO2 : (n)Y2O3, где Y = Al, Fe, B или Ga и n = 0–0,1, а его характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма содержит пики в положениях 2-тета 9,55 (VS), 16,27 (VS), 20,99 (VS), 24,65 (M) и 31,22 (M) ± 0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности.Also proposed is a composition containing JMZ-1 zeolite with a framework structure of the CHA type and a structure-forming agent (SDA), where SDA is inside the framework structure, and the specified zeolite has a composition with a molar ratio: SiO 2 : (n)Y 2 O 3 , where Y = Al, Fe, B or Ga and n = 0–0.1, and its characteristic X-ray powder diffraction pattern contains peaks at the 2-theta positions 9.55 (VS), 16.27 (VS), 20.99 (VS) , 24.65 (M) and 31.22 (M) ± 0.2, with relative intensity values given in brackets.

Во втором аспекте изобретения предложен кальцинированный цеолит (JMZ-1C), содержащий каркасную структуру, включающую каркасную структуру типа CHA, имеющий композицию с молярным соотношением: SiO2 : (n)Y2O3, где Y = Al, Fe, B или Ga и n = 0–0,1, а его характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма содержит пики в положениях 2-тета 9,59 (VS), 13,03 (M), 16,21 (W), 17,99 (W), 20,83 (M–S), 23,31 (W), 25,24 (W), 26,22 (W), 30,98 (M–W) и 31,43 (W) ± 0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности.In a second aspect of the invention, there is provided a calcined zeolite (JMZ-1C) containing a framework structure comprising a framework structure of the CHA type having a composition with a molar ratio of: SiO 2 : (n)Y 2 O 3 where Y = Al, Fe, B or Ga and n = 0–0.1, and its characteristic X-ray powder diffraction pattern contains peaks at the 2-theta positions 9.59 (VS), 13.03 (M), 16.21 (W), 17.99 (W), 20.83 (M–S), 23.31 (W), 25.24 (W), 26.22 (W), 30.98 (M–W) and 31.43 (W) ± 0.2, with relative intensity values indicated in parentheses.

В третьем аспекте изобретения предложена композиция, содержащая смесь воды, источник диоксида кремния, источник оксида алюминия, основание, катион щелочного металла и катионы триметил(циклогексилметил) аммония, причем композиция имеет молярное композиционное соотношение:In a third aspect of the invention, a composition is provided containing a mixture of water, a source of silica, a source of alumina, a base, an alkali metal cation, and trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cations, the composition having a molar composition ratio of:

SiO2 / Al2O3 SiO 2 / Al 2 O 3 10–10010–100 OH- / SiO2 OH - / SiO 2 0,05–10.05–1 R / SiO2 R/ SiO2 0,05–0,50.05–0.5 Катион щелочного металла / SiO2 Alkali metal cation / SiO 2 0,1–1,00.1–1.0 H2O / SiO2 H 2 O / SiO 2 5–80,5–80

где R представляет собой SDA, предпочтительно катионы триметил(циклогексилметил) аммония. Данную композицию можно использовать для производства цеолита первого или второго аспектов настоящего изобретения.where R is SDA, preferably trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations. This composition can be used to produce the zeolite of the first or second aspects of the present invention.

В четвертом втором аспекте настоящего изобретения предложена композиция, содержащая кальцинированный цеолит второго аспекта настоящего изобретения и одно или более из наполнителя, связующего, стабилизатора и модификатора реологических свойств.In a fourth second aspect of the present invention, there is provided a composition comprising a calcined zeolite of the second aspect of the present invention and one or more of a filler, a binder, a stabilizer, and a rheology modifier.

В пятом втором аспекте настоящего изобретения предложено каталитическое изделие, содержащее: (a) композицию четвертого аспекта настоящего изобретения; и (b) монолитную подложку, на которую нанесена или в структуру которой включена указанная композиция.In a fifth second aspect of the present invention, a catalyst article is provided comprising: (a) a composition of the fourth aspect of the present invention; and (b) a monolithic substrate, on which is applied or in the structure of which the specified composition is included.

В шестом аспекте настоящего изобретения предложена система, содержащая двигатель, который производит NOx, каталитическое изделие, содержащее JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C, трубопровод для направления протекающего отработавшего газа из двигателя на каталитическое изделие и источник восстановителя соединений азота, расположенный перед каталитическим изделием.In a sixth aspect of the present invention, a system is provided comprising an engine that produces NOx, a catalyst article containing JMZ-1C or a metal-containing JMZ-1C, a conduit for directing flowing exhaust gas from the engine to the catalyst article, and a source of nitrogen decompound located before the catalyst article.

В седьмом аспекте настоящего изобретения предложен способ формирования JMZ-1, включающий:In a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for generating JMZ-1, comprising:

a. формирование реакционной смеси, содержащей: (i) по меньшей мере один источник оксида алюминия, (ii) по меньшей мере один источник диоксида кремния и (iii) структурообразующий агент (SDA), содержащий катион триметил(циклогексилметил) аммония,a. forming a reaction mixture containing: (i) at least one source of alumina, (ii) at least one source of silicon dioxide, and (iii) a structurant (SDA) containing a trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cation,

b. нагревание реакционной смеси и формирование кристаллов цеолита, имеющий каркасную структуру CHA и структурообразующий агент, и маточный раствор иb. heating the reaction mixture and forming zeolite crystals having a CHA framework structure and a structurant, and a mother liquor, and

c. извлечение по меньшей мере части кристаллов цеолита из маточного раствора.c. recovering at least a portion of the zeolite crystals from the mother liquor.

В восьмом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения кальцинированного цеолита (JMZ-1C) второго аспекта настоящего изобретения путем прокаливания JMZ-1.In the eighth aspect of the present invention, there is provided a method for producing calcined zeolite (JMZ-1C) of the second aspect of the present invention by calcining JMZ-1.

В девятом аспекте настоящего изобретения предложен способ очистки отработавшего газа из двигателя путем приведения отработавшего газа в контакт с JMZ-1C или металлом, пропитанным JMZ-1C.In a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for purifying exhaust gas from an engine by bringing the exhaust gas into contact with JMZ-1C or JMZ-1C impregnated metal.

В десятом аспекте настоящего изобретения JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C может стимулировать образование метиламинов в реакции метанола и аммиака и превращение метанола в низшие олефины, в частности этилен и пропилен.In a tenth aspect of the present invention, JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C can stimulate the formation of methylamines in the reaction of methanol and ammonia and the conversion of methanol to lower olefins, in particular ethylene and propylene.

В одиннадцатом аспекте настоящего изобретения каталитическое изделие для конверсии низкомолекулярных кислородсодержащих соединений в богатый олефином углеводородный поток может содержать JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C, где JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C располагаются на подложке и/или внутри структурыIn an eleventh aspect of the present invention, the catalyst article for converting low molecular weight oxygenates to an olefin-rich hydrocarbon stream may comprise JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C, wherein the JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C is located on the support and/or within the structure.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

На Фиг. 1 представлена рентгеновская дифрактограмма (XRD) образца
JMZ-1, полученного в примере 1.
On FIG. 1 shows the X-ray diffraction pattern (XRD) of the sample
JMZ-1 obtained in example 1.

На Фиг. 2 представлена полученная методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) микрофотография образца JMZ-1, полученного в примере 2.On FIG. 2 is a scanning electron microscopy (SEM) micrograph of the JMZ-1 sample obtained in Example 2.

На Фиг. 3 представлена рентгеновская дифрактограмма (XRD) образца кальцинированного JMZ-1 (JMZ-1C), полученного в примере 2.On FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern (XRD) of the calcined JMZ-1 (JMZ-1C) sample prepared in Example 2.

На Фиг. 4 представлен график выраженной в % конверсии NOx с применением свежих 3% Cu-содержащих цеолитов CHA.On FIG. 4 is a graph of % NOx conversion using fresh 3% Cu-containing CHA zeolites.

На Фиг. 5 представлен график концентрации N2O в отработавшем газе, проходящем над свежими 3% Cu-содержащими цеолитами CHA.On FIG. 5 is a graph of N 2 O concentration in exhaust gas passing over fresh 3% Cu-containing CHA zeolites.

На Фиг. 6 представлен график выраженной в % конверсии NH3 с применением свежих 3% Cu-содержащих цеолитов CHA.On FIG. 6 is a graph of % NH 3 conversion using fresh 3% Cu-containing CHA zeolites.

На Фиг. 7 представлен график выраженной в % конверсии NOx с применением 3% Cu-содержащих цеолитов CHA, гидротермически состаренных при температуре 900 °C в течение 1 часа.On FIG. 7 is a graph of % NOx conversion using 3% Cu-containing CHA zeolites hydrothermally aged at 900°C for 1 hour.

На Фиг. 8 представлен график концентрации N2O в отработавшем газе, проходящем над 3% Cu-содержащими цеолитами CHA, гидротермически состаренными при температуре 900 °C в течение 1 часа.On FIG. 8 is a plot of N 2 O concentration in exhaust gas passing over 3% Cu-containing CHA zeolites hydrothermally aged at 900 °C for 1 hour.

На Фиг. 9 представлен график выраженной в % конверсии NH3 с применением 3% Cu-содержащих цеолитов CHA, гидротермически состаренных при температуре 900 °C в течение 1 часа.On FIG. 9 is a graph of % NH 3 conversion using 3% Cu-containing CHA zeolites hydrothermally aged at 900°C for 1 hour.

На Фиг. 10 представлен график выраженной в % конверсии NOx с применением 3% Cu-содержащих цеолитов CHA, гидротермически состаренных при температуре 900 °C в течение 3 часов.On FIG. 10 is a graph of % NOx conversion using 3% Cu-containing CHA zeolites hydrothermally aged at 900°C for 3 hours.

На Фиг. 11 представлен график концентрации N2O в отработавшем газе, проходящем над 3% Cu-содержащими цеолитами CHA, гидротермически состаренными при температуре 900 °C в течение 3 часов.On FIG. 11 is a plot of N 2 O concentration in exhaust gas passing over 3% Cu-containing CHA zeolites hydrothermally aged at 900 °C for 3 hours.

На Фиг. 12 представлен график выраженной в % конверсии NH3 с применением 3% Cu-содержащих цеолитов CHA, гидротермически состаренных при температуре 900 °C в течение 3 часов.On FIG. 12 is a graph of % NH 3 conversion using 3% Cu-containing CHA zeolites hydrothermally aged at 900°C for 3 hours.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают ссылки на множественное число, если из контекста явно не следует иное. Таким образом, например, упоминание «каталитического нейтрализатора» включает смесь двух или более каталитических нейтрализаторов и т. п.In the present description and the appended claims, the singular forms include references to the plural, unless the context clearly requires otherwise. Thus, for example, the reference to "catalyst" includes a mixture of two or more catalytic converters, etc.

В случае, когда указан диапазон или диапазоны для различных числовых элементов, указанный диапазон или диапазоны могут включать в себя значения, если не указано иное.Where a range or ranges are specified for various numeric elements, the specified range or ranges may include values unless otherwise specified.

Используемый в настоящем документе термин «цеолит» обозначает молекулярное сито, содержащее по меньшей мере один четырехвалентный T-атом или смесь четырехвалентных T-атомов (например, кремний, германий или их смеси) и по меньшей мере один трехвалентный T-атом или смеси трехвалентных T-атомов (например, алюминий, бор, галлий, ванадий, железо или их смеси). В настоящем документе цеолиты предпочтительно представляют собой алюмосиликаты, каркасная структура которых состоит из оксида алюминия и оксида кремния (т. е. повторяющихся тетраэдрических элементарных ячеек SiO4 и AlO4). Цеолит может содержать внутри остовов, пор и/или каналов, образованных каркасной структурой, катионные неорганические материалы, включая металлы, и катионные или нейтральные органические частицы (включая структурообразующие агенты). Считают, что кальцинированные цеолиты не содержат структурообразующих агентов.As used herein, the term “zeolite” means a molecular sieve containing at least one tetravalent T atom or mixture of tetravalent T atoms (e.g., silicon, germanium, or mixtures thereof) and at least one trivalent T atom or mixtures of trivalent T -atoms (eg aluminum, boron, gallium, vanadium, iron or mixtures thereof). As used herein, the zeolites are preferably aluminosilicates whose framework structure consists of alumina and silicon oxide (ie, repeating tetrahedral unit cells of SiO 4 and AlO 4 ). The zeolite may contain within the backbones, pores and/or channels formed by the framework structure, cationic inorganic materials, including metals, and cationic or neutral organic particles (including structure-forming agents). It is believed that calcined zeolites do not contain structure-forming agents.

Используемый в настоящем документе термин «CHA» относится к топологическому типу CHA, признанному структурной комиссией Международной ассоциации по цеолитам (IZA), а термин «CHA-цеолит» означает алюмосиликат, в котором основной кристаллической фазой является CHA. Также могут присутствовать другие кристаллические фазы, но основная кристаллическая фаза содержит по меньшей мере около 90 масс.% CHA, предпочтительно по меньшей мере около 95 масс.% CHA и еще более предпочтительно по меньшей мере около 97 или по меньшей мере около 99 масс.% CHA. Предпочтительно, чтобы молекулярное сито CHA по существу не содержало других кристаллических фаз и не представляло собой взаимное прорастание двух или более типов каркасных структур. Термин «по существу не содержит» в отношении других кристаллических фаз означает, что молекулярное сито содержит по меньшей мере 99 масс.% CHA, где массовая доля в процентах приведена в расчете на массу каркаса и не включает в себя обменные металлы.As used herein, the term "CHA" refers to the topological type of CHA recognized by the structure committee of the International Zeolite Association (IZA), and the term "CHA-zeolite" means an aluminosilicate in which the main crystalline phase is CHA. Other crystalline phases may also be present, but the main crystalline phase contains at least about 90 wt.% CHA, preferably at least about 95 wt.% CHA, and even more preferably at least about 97 or at least about 99 wt.% CHA. Preferably, the CHA molecular sieve is substantially free of other crystalline phases and is not an intergrowth of two or more types of framework structures. The term "substantially free" in relation to other crystalline phases means that the molecular sieve contains at least 99 wt.% CHA, where the weight percentage is based on the weight of the framework and does not include exchange metals.

Термин «внутри каркасной структуры» означает, что материал располагается внутри одного или более остовов, пор и/или каналов, образованных каркасной структурой, но не располагается внутри каркаса, который формирует структуру цеолита.The term "inside the framework structure" means that the material is located within one or more of the skeletons, pores and/or channels formed by the framework structure, but is not located within the framework that forms the structure of the zeolite.

Термин «внутри остовов, пор и/или каналов, образованных каркасной структурой» означает, что материал (структурообразующий агент, SDA) располагается внутри одного или более остовов, пор и/или каналов, образованных каркасной структурой, но отсутствует в каркасной структуре цеолита.The term "within the cores, pores and/or channels formed by the framework structure" means that the material (structure-forming agent, SDA) is located within one or more cores, pores and/or channels formed by the framework structure, but is not present in the framework structure of the zeolite.

Термин «цеолит, содержащий внерешеточный металл» относится к цеолиту, в котором металл находится на поверхности и/или внутри остова и/или пор цеолита. Он не относится к цеолитам, в которых металл находится в каркасе, формирующем цеолит.The term "zeolite containing extralattice metal" refers to a zeolite in which the metal is on the surface and/or within the core and/or pores of the zeolite. It does not apply to zeolites in which the metal is in a framework that forms the zeolite.

Термин «не содержит» означает, что материал, о котором идет речь, «не содержит» какую-либо примесь, которая может присутствовать только в следовых количествах, обычно менее 1 масс.%, предпочтительно менее 0,5 масс.%, более предпочтительно <0,1 масс.%.The term "does not contain" means that the material in question "does not contain" any impurity, which may be present only in trace amounts, usually less than 1 wt.%, preferably less than 0.5 wt.%, more preferably <0.1 wt%.

Термин «по существу не содержит» означает, что материал, о котором идет речь, не содержит существенного количества указанного материала. То есть материал, о котором идет речь, не содержится в количестве, которое может повлиять на основные физические и/или химические свойства материала, в частности, в отношении способности материала селективно снижать количество NOx или удерживать его. В некоторых вариантах осуществления содержание материала, о котором идет речь, составляет менее 3 масс.%, предпочтительно менее 1 масс.%, более предпочтительно менее 0,5 масс.% и еще более предпочтительно менее 0,1 масс.%.The term "substantially free" means that the material in question does not contain a significant amount of said material. That is, the material in question is not present in an amount that could affect the basic physical and/or chemical properties of the material, in particular the ability of the material to selectively reduce or retain NOx. In some embodiments, the content of the material in question is less than 3 wt.%, preferably less than 1 wt.%, more preferably less than 0.5 wt.%, and even more preferably less than 0.1 wt.%.

В некоторых вариантах осуществления источник щелочного металла, такого как натрий, не добавляют преднамеренно в смесь для синтеза с целью обеспечения наличия этого материала в смеси. Фраза «по существу не содержит щелочных металлов» или «не содержит щелочных металлов» в настоящем документе означает, что щелочной металл преднамеренно не добавляют в смесь для синтеза в качестве ингредиента. Термин «по существу не содержащий щелочных металлов» или «не содержащий щелочных металлов» катализатор в настоящем документе по существу означает, что каталитический материал содержит незначительный уровень щелочного металла по отношению к предполагаемой каталитической активности. В некоторых вариантах осуществления цеолит JMZ-1 или JMZ-1C содержит менее чем около 0,1 масс.% и предпочтительно менее чем около 0,01 масс.% щелочного металла, такого как натрий или калий.In some embodiments, an alkali metal source, such as sodium, is not intentionally added to the synthesis mixture in order to ensure that the material is present in the mixture. The phrase "substantially free of alkali metals" or "free of alkali metals" in this document means that the alkali metal is not intentionally added to the synthesis mixture as an ingredient. The term "substantially alkali-free" or "alkali-free" catalyst as used herein essentially means that the catalyst material contains a negligible level of alkali metal relative to the intended catalytic activity. In some embodiments, the implementation of the JMZ-1 or JMZ-1C zeolite contains less than about 0.1 wt.% and preferably less than about 0.01 wt.% alkali metal, such as sodium or potassium.

В первом аспекте настоящего изобретения предложен цеолит (JMZ-1), и имеющий каркасную структуру типа CHA, причем цеолит имеет композицию с молярным соотношением: SiO2 : (n)Y2O3, где Y = Al, Fe, B или Ga и n = 0–0,1, причем (a) рентгеновская порошковая дифрактограмма до удаления темплатного агента прокаливанием содержит по меньшей мере следующие дифракционные пики (в градусах 2θ (±0,2), причем в скобках указаны относительные значения интенсивности) в положениях: 9,55 (VS), 16,27 (VS), 20,99 (VS), 24,65 (M) и 31,22 (M) ± 0,2, и (b) данные рентгеновской дифрактометрии после удаления темплатного агента прокаливанием содержат по меньшей мере следующие пики (в градусах 2θ, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности) в положениях: 9,59 (VS), 13,03 (M), 16,21 (W), 17,99 (W), 20,83 (M–S), 23,31 (W), 25,24 (W), 26,22 (W), 30,98 (M–W) и 31,43 (W) ± 0,2, где относительная интенсивность основана на самой сильной линии рентгеновской дифрактограммы, которой присвоено значение 100, и определяется как (W) [слабая]: менее 20; (M) [средняя]: в диапазоне 20–40; (S) [сильная]: в диапазоне 40–60; и (VS) [очень сильная]: более 60.In a first aspect of the present invention, a zeolite (JMZ-1) is provided, and having a CHA-type framework structure, wherein the zeolite has a composition with a molar ratio of: SiO 2 : (n)Y 2 O 3 , where Y = Al, Fe, B or Ga and n = 0–0.1, wherein (a) the X-ray powder diffraction pattern prior to removal of the template agent by calcination contains at least the following diffraction peaks (in degrees 2θ (±0.2), with relative intensities in parentheses) at positions: 9 .55 (VS), 16.27 (VS), 20.99 (VS), 24.65 (M), and 31.22 (M) ± 0.2, and (b) X-ray diffraction data after template agent removal by calcination contain at least the following peaks (in degrees 2θ, with relative intensities in brackets) at positions: 9.59 (VS), 13.03 (M), 16.21 (W), 17.99 (W), 20.83 (M–S), 23.31 (W), 25.24 (W), 26.22 (W), 30.98 (M–W) and 31.43 (W) ± 0.2, where the relative intensity is based on the strongest line of the X-ray diffraction pattern, which is assigned the value 100, and defined as (W) [weak]: less than 20; (M) [medium]: in the range of 20-40; (S) [strong]: in the range of 40–60; and (VS) [very strong]: more than 60.

Характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма цеолита первого аспекта настоящего изобретения может дополнительно содержать пики в положениях 2-тета 13,15 (W), 13,91 (W), 17,50 (W), 19,18 (W), 21,95 (W), 22,87 (W), 23,34 (W), 26,49 (W), 28,05 (W) и 30,43 (W) ± 0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности.The characteristic X-ray powder diffraction pattern of the zeolite of the first aspect of the present invention may further contain peaks at the 2-theta positions of 13.15 (W), 13.91 (W), 17.50 (W), 19.18 (W), 21.95 ( W), 22.87 (W), 23.34 (W), 26.49 (W), 28.05 (W) and 30.43 (W) ± 0.2, with relative intensity values indicated in brackets.

На Фиг. 1 показана рентгеновская порошковая дифрактограмма (XRD) JMZ-1. Характерные линии представлены в таблице 4, где первичные характерные линии обозначены символом *.On FIG. 1 shows an X-ray powder diffraction (XRD) pattern of JMZ-1. Feature lines are presented in Table 4, where primary feature lines are denoted by *.

Таблица 4. Характерные линии рентгеновской порошковой дифрактограммы (XRD) цеолита JMZ-1 сразу после получения (содержащего темплат).Table 4. Characteristic lines of the X-ray powder diffraction (XRD) zeolite JMZ-1 immediately after production (containing the template).

Градусы
(a)
degrees
(a)
I/IoI/io Относительное значение I/IoRelative value of I/Io Градусы
(a)
degrees
(a)
I/IoI/io Относительное
значение I/Io
Relative
I/Io value
9,559.55 100100 VSVS 22,8722.87 1616 WW 13,1513.15 14fourteen WW 23,3423.34 8eight WW 13,9113.91 11eleven WW 24,6524.65 2929 МM 16,2716.27 7373 VSVS 26,4926.49 1313 WW 17,5017.50 15fifteen WW 28,0528.05 55 WW 19,1819.18 8eight WW 30,4030.40 14fourteen WW 20,9920.99 9999 VSVS 31,2231.22 3333 МM 21,9521.95 8eight WW

(a) = ±0,2(a) = ±0.2

Относительная интенсивность основана на самой сильной линии рентгеновской дифрактограммы, которой присвоено значение 100. W (слабая): менее 20; M (средняя): 20–40; S (сильная): 40–60; и VS (очень сильная): более 60.The relative intensity is based on the strongest line of the X-ray diffraction pattern, which is assigned a value of 100. W (weak): less than 20; M (medium): 20-40; S (strong): 40-60; and VS (very strong): more than 60.

Характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма цеолита первого аспекта настоящего изобретения может дополнительно содержать пики в положениях 2-тета 13,15 (W), 13,91 (W), 17,50 (W), 19,18 (W), 21,95 (W), 22,87 (W), 23,34 (W), 28,05 (W) и 30,40 (W) ± 0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности.The characteristic X-ray powder diffraction pattern of the zeolite of the first aspect of the present invention may further contain peaks at the 2-theta positions of 13.15 (W), 13.91 (W), 17.50 (W), 19.18 (W), 21.95 ( W), 22.87 (W), 23.34 (W), 28.05 (W), and 30.40 (W) ± 0.2, with relative intensity values given in brackets.

Рентгеновские порошковые дифрактограммы получали с помощью стандартных методик. Излучение представляло собой дублетное CuKα-излучение, и для регистрации применяли спектрометр со сцинтилляционным счетчиком с диаграммным перьевым самописцем. Значения высоты пиков I и их положения в градусах 2θ, где θ представляет собой брэгговский угол, считывали с бумажной ленты спектрометра. На основании этих измеренных значений можно рассчитать относительные значения интенсивности 100 I/I0, где I0 представляет собой интенсивность самой сильной линии или пика, а d — межплоскостное расстояние в ангстремах, соответствующее зарегистрированным линиям. Рентгеновская дифрактограмма из таблицы 4 является характерной для всех видов композиций семейства JMZ-1 (содержащих темплат). Небольшие вариации значений линий на дифрактограммах, приведенных в таблицах или на фигурах, также могут быть результатом вариаций в органическом соединении, используемом при получении, и вариаций молярного соотношения оксида кремния и оксида алюминия между образцами. Несмотря на эти незначительные отклонения, базовые кристаллические структуры в состоянии сразу после получения и обожженном состоянии остаются по существу неизменными.X-ray powder diffraction patterns were obtained using standard techniques. The radiation was a doublet CuKα radiation, and a spectrometer with a scintillation counter with a chart pen recorder was used for registration. Peak heights I and their positions in degrees 2θ, where θ is the Bragg angle, were read from the paper tape of the spectrometer. From these measured values, the relative intensity values 100 I/I 0 can be calculated, where I 0 is the intensity of the strongest line or peak and d is the interplanar spacing in angstroms corresponding to the detected lines. The X-ray diffraction pattern from Table 4 is typical for all types of compositions of the JMZ-1 family (containing the template). Slight variations in line values in the diffraction patterns shown in the tables or figures may also be the result of variations in the organic compound used in the preparation and variations in the silica to alumina molar ratio between samples. Despite these slight variations, the basic crystal structures in the as-prepared and fired state remain essentially unchanged.

Характерные линии (градусы, 2θ, и относительная интенсивность) цеолита, описанного в патенте США № 9,636,667, представлены в таблице 5 вместе с соответствующими пиками цеолита JMZ-1 в состоянии сразу после получения, содержащего структурообразующие агенты (SDA).The characteristic lines (degrees, 2θ, and relative intensity) of the zeolite described in US Pat. No. 9,636,667 are presented in Table 5 along with the corresponding peaks of the JMZ-1 zeolite in the as-prepared state containing structure-forming agents (SDA).

Таблица 5.Table 5

JMZ-1JMZ-1 US 9,636,667US 9,636,667 Градусы, 2θDegrees, 2θ I/Io
%
I/io
%
Градусы, 2θDegrees, 2θ I/Io
%
I/io
%
9,559.55 100100 9,44–9,889.44–9.88 29–9229–92 16,2716.27 7373 16,03–16,5516.03–16.55 32–7932–79 < 2< 2 17,81–18,1317.81–18.13 12–4212–42 20,9920.99 100100 20,62–21,3020.62–21.30 100100 < 2< 2 25,02–25,4225.02–25.42 25–7025–70 31,2231.22 3333 30,83–31,4330.83–31.43 39–7339–73

JMZ-1 обладает признаками новизны по сравнению с цеолитами, описанными в патенте США № 9,636,667, где требуется, чтобы на рентгеновской дифрактограмме (XRD) имелось шесть пиков в перечисленных выше диапазонах и чтобы они имели интенсивности по сравнению с пиком с положением (2θ) в диапазоне 20,62–21,30 градусов, причем этот пик должен быть самым высоким и иметь относительную интенсивность 100. JMZ-1 отличается от цеолитов, описанных в патенте США № 9,636,667, следующими признаками:JMZ-1 is novel compared to the zeolites described in U.S. Patent No. 9,636,667, which requires that the X-ray diffraction pattern (XRD) has six peaks in the above ranges and that they have intensities compared to the peak with the (2θ) position at range of 20.62-21.30 degrees, with this peak being the highest and having a relative intensity of 100. JMZ-1 differs from the zeolites described in US Pat. No. 9,636,667 in the following features:

JMZ-1 не имеет пика (интенсивность < 2% от максимальной интенсивности) в диапазонах 17,81–18,1 и 25,02–25,42;JMZ-1 has no peak (intensity < 2% of maximum intensity) in the ranges 17.81–18.1 and 25.02–25.42;

JMZ-1 имеет пик с положением (2θ) в диапазоне 9,44–9,88 градусов, но относительная интенсивность пика JMZ-1 составляет 100, что превышает диапазон 29–92, который требуется для цеолитов патента США № 9,636,667; иJMZ-1 has a position (2θ) peak in the range of 9.44-9.88 degrees, but the relative intensity of the JMZ-1 peak is 100, which exceeds the range of 29-92 required for US Pat. No. 9,636,667 zeolites; and

JMZ-1 имеет пик с положением (2θ) в диапазоне 30,83–31,43 градусов, но относительная интенсивность пика JMZ-1 составляет 33, что меньше, чем диапазон 39–73, который требуется для цеолитов патента США № 9,636,667.JMZ-1 has a position (2θ) peak in the 30.83-31.43 degree range, but the relative peak intensity of JMZ-1 is 33, which is less than the 39-73 range required for US Pat. No. 9,636,667 zeolites.

Таким образом, рентгеновская дифрактограмма (XRD) JMZ-1 отличается от рентгеновской дифрактограммы (XRD) цеолитов патента США № 9,636,667.Thus, the X-ray diffraction pattern (XRD) of JMZ-1 differs from the X-ray diffraction pattern (XRD) of US Pat. No. 9,636,667 zeolites.

Этот цеолит может представлять собой алюмосиликат (Y = Al).This zeolite may be an aluminosilicate (Y=Al).

Если цеолит представляет собой алюмосиликат, он может иметь соотношение оксида кремния и оксида алюминия (SAR) от около 10 до около 50, предпочтительно 15–30, более предпочтительно 20–25.If the zeolite is an aluminosilicate, it may have a silica to alumina ratio (SAR) of about 10 to about 50, preferably 15-30, more preferably 20-25.

Структурообразующий агент может содержать катионы триметил(циклогексилметил) аммония.The structurant may contain trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations.

Цеолит JMZ-1 обладает кристаллической структурой и имеет каркас CHA, причем этот каркас содержит оксид четырехвалентного кремния, оксид трехвалентного алюминия, и в его кристаллическую структуру встроен катион триметил(циклогексилметил) аммония, причем кристаллы цеолита являются безводными и не содержат замещенных или незамещенных анионов 5,4-азония и анионов аммония, имеющих заместители, выбранные из полициклических мостиковых соединений, циклоарилов, гетероциклических соединений, циклоалкилов, отличных от циклогексилметила, и C2–C4 алкилов. Композиция может содержать цеолит, включающий в себя эти элементы.The JMZ-1 zeolite has a crystal structure and has a CHA framework, and this framework contains tetravalent silicon oxide, trivalent aluminum oxide, and trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cation is embedded in its crystal structure, and the zeolite crystals are anhydrous and do not contain substituted or unsubstituted anions 5 ,4-azonium; and ammonium anions having substituents selected from polycyclic bridged compounds, cycloaryls, heterocyclic compounds, cycloalkyls other than cyclohexylmethyl, and C2-C4 alkyls. The composition may contain a zeolite including these elements.

Цеолитный каркас может не содержать или по существу не содержать: (i) переходные металлы, включая сурьму, висмут, хром, кобальт, медь, железо, марганец, молибден, никель, ниобий, олово, титан, вольфрам, ванадий, цинк и цирконий; (ii) благородные металлы, включая металлы платиновой группы (PGM), такие как индий, палладий, платина, родий и рутений, и драгоценные металлы, такие как золото и серебро; и (iii) редкоземельные металлы, такие как церий, эрбий, европий, лантан, неодим, празеодим, тербий, иттербий и иттрий.The zeolite framework may be free or substantially free of: (i) transition metals, including antimony, bismuth, chromium, cobalt, copper, iron, manganese, molybdenum, nickel, niobium, tin, titanium, tungsten, vanadium, zinc, and zirconium; (ii) noble metals, including platinum group metals (PGMs) such as indium, palladium, platinum, rhodium and ruthenium, and precious metals such as gold and silver; and (iii) rare earth metals such as cerium, erbium, europium, lanthanum, neodymium, praseodymium, terbium, ytterbium and yttrium.

Цеолиты настоящего изобретения не являются кремнийалюмофосфатами (SAPO) и, следовательно, не содержат в своем каркасе значительного количества фосфора. Таким образом, цеолитные каркасы не содержат фосфор в виде регулярной повторяющейся элементарной ячейки и/или не содержат фосфор в количестве, способном оказывать влияние на основные физические и/или химические свойства материала, в частности на способность материала селективно снижать концентрацию NOx в широком температурном диапазоне. Содержание фосфора в каркасе может составлять менее чем около 1 масс.%, предпочтительно менее чем 0,1 масс.%, наиболее предпочтительно менее чем 0,01 масс.% в расчете на общую массу цеолита.The zeolites of the present invention are not silicon aluminophosphates (SAPO) and therefore do not contain significant amounts of phosphorus in their framework. Thus, zeolite frameworks do not contain phosphorus in the form of a regular repeating unit cell and/or do not contain phosphorus in an amount capable of influencing the basic physical and/or chemical properties of the material, in particular, the ability of the material to selectively reduce NO x concentration over a wide temperature range. . The content of phosphorus in the frame may be less than about 1 wt.%, preferably less than 0.1 wt.%, most preferably less than 0.01 wt.% based on the total weight of the zeolite.

Цеолит топологического типа CHA настоящего изобретения может содержать низкие уровни железа. Железо может содержаться в тетраэдрической позиции каркаса и/или в виде катионных частиц. Количество железа, содержащегося в тетраэдрической позиции каркаса и/или в виде катионных частиц, после синтеза обычно составляет менее чем около 0,1 масс.%.The CHA topological type zeolite of the present invention may contain low levels of iron. The iron may be present in the tetrahedral position of the framework and/or in the form of cationic particles. The amount of iron contained in the tetrahedral position of the framework and/or in the form of cationic particles after synthesis is usually less than about 0.1 wt.%.

Также предложена композиция, содержащая цеолит JMZ-1 с каркасной структурой типа CHA и структурообразующим агентом (SDA), где SDA находится внутри каркасной структуры, а указанный цеолит имеет композицию с молярным соотношением: SiO2 : (n)Y2O3, где Y = Al, Fe, B или Ga и n = 0–0,1, а его характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма содержит пики в положениях 2-тета 9,55 (VS), 16,27 (VS), 20,99 (VS), 24,65 (M) и 31,22 (M) ± 0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности.Also proposed is a composition containing JMZ-1 zeolite with a framework structure of the CHA type and a structure-forming agent (SDA), where SDA is inside the framework structure, and the specified zeolite has a composition with a molar ratio: SiO 2 : (n)Y 2 O 3 , where Y = Al, Fe, B or Ga and n = 0–0.1, and its characteristic X-ray powder diffraction pattern contains peaks at the 2-theta positions 9.55 (VS), 16.27 (VS), 20.99 (VS) , 24.65 (M) and 31.22 (M) ± 0.2, with relative intensity values given in brackets.

Во втором аспекте изобретения предложен цеолит (JMZ-1C) с каркасной структурой типа CHA, имеющий композицию с молярным соотношением: SiO2 : (n)Y2O3, где Y = Al, Fe, B или Ga и n = 0–0,1, а его характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма содержит пики в положениях 2-тета 9,59 (VS), 13,03 (M), 16,21 (W), 17,99 (W), 20,83 (M–S), 23,31 (W), 25,24 (W), 26,22 (W), 30,98 (M–W) и 31,43 (W) ± 0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности, при этом указанный цеолит не содержит структурообразующего агента (SDA). Указанный цеолит предпочтительно представляет собой кальцинированный цеолит.In a second aspect of the invention, a zeolite (JMZ-1C) with a CHA-type framework structure is provided, having a composition with a molar ratio: SiO 2 : (n)Y 2 O 3 , where Y = Al, Fe, B or Ga and n = 0–0 ,1, and its characteristic X-ray powder diffraction pattern contains peaks at the 2-theta positions 9.59 (VS), 13.03 (M), 16.21 (W), 17.99 (W), 20.83 (M– S), 23.31 (W), 25.24 (W), 26.22 (W), 30.98 (M–W) and 31.43 (W) ± 0.2, with relative values in brackets intensity, while the specified zeolite does not contain structure-forming agent (SDA). Said zeolite is preferably a calcined zeolite.

JMZ-1C обладает признаками новизны по сравнению с цеолитами, описанными в патенте США № 9,636,667, где требуется, чтобы на рентгеновской дифрактограмме (XRD) имелось шесть пиков в перечисленных выше диапазонах и чтобы они имели интенсивности по сравнению с пиком с положением (2θ) в диапазоне 20,62–21,30 градусов, причем этот пик должен быть самым высоким и иметь относительную интенсивность 100. Характерные линии (положение, 2θ, градусы, и относительная интенсивность) цеолита, описанного в патенте США № 9,636,667, представлены в таблице 6 вместе с соответствующими пиками цеолита JMZ-1C.JMZ-1C is novel compared to the zeolites described in US Pat. No. 9,636,667, which require that the X-ray diffraction pattern (XRD) has six peaks in the above ranges and that they have intensities compared to the peak with the (2θ) position at range of 20.62-21.30 degrees, with this peak being the highest and having a relative intensity of 100. Feature lines (position, 2θ, degrees, and relative intensity) of the zeolite described in US Pat. No. 9,636,667 are presented in Table 6 together with corresponding peaks of zeolite JMZ-1C.

Таблица 6.Table 6

JMZ-1CJMZ-1C US 9,636,667US 9,636,667 Градусы
degrees
I/Io
%
I/io
%
Градусы
degrees
I/Io
%
I/io
%
9,599.59 100100 9,44–9,889.44–9.88 29–9229–92 16,2116.21 1616 16,03–16,5516.03–16.55 32–7932–79 17,9917.99 1212 17,81–18,1317.81–18.13 12–4212–42 20,8320.83 4141 20,62–21,3020.62–21.30 100100 25,2425.24 1212 25,02–25,4225.02–25.42 25–7025–70 30,9830.98 1919 30,83–31,4330.83–31.43 39–7339–73

JMZ-1C отличается от цеолитов, описанных в патенте США № 9,636,667, следующими признаками:JMZ-1C differs from the zeolites described in US Pat. No. 9,636,667 in the following ways:

Для цеолита JMZ-1C положение (2θ) пика с максимальной интенсивностью составляет 9,59 градусов, а для цеолита из патента США № 9,636,667 положение (2θ) пика с максимальной интенсивностью составляет 20,62–21,30 градусов.For JMZ-1C zeolite, the position (2θ) of the maximum intensity peak is 9.59 degrees, and for the zeolite of US Pat. No. 9,636,667, the position (2θ) of the maximum intensity peak is 20.62-21.30 degrees.

JMZ-1C имеет пик с положением (2θ) в диапазоне 9,44–9,88 градусов, но относительная интенсивность пика JMZ-1 составляет 100, что превышает диапазон 29–92, который требуется для цеолитов патента США № 9,636,667.JMZ-1C has a position (2θ) peak in the range of 9.44-9.88 degrees, but the relative intensity of the JMZ-1 peak is 100, which exceeds the range of 29-92 required for US Pat. No. 9,636,667 zeolites.

JMZ-1C имеет пик с положением (2θ) в диапазоне 16,03–16,55 градусов, но относительная интенсивность пика JMZ-1 составляет 16, что меньше, чем диапазон 32–79, который требуется для цеолитов патента США № 9,636,667.JMZ-1C has a position (2θ) peak in the range of 16.03-16.55 degrees, but the relative intensity of the JMZ-1 peak is 16, which is less than the 32-79 range required for US Pat. No. 9,636,667 zeolites.

JMZ-1C имеет пик с положением (2θ) в диапазоне 20,62–21,30 градусов, но относительная интенсивность пика JMZ-1 составляет 41, что менее 100, т. е. интенсивности пика, которая требуется для цеолитов патента США № 9,636,667.JMZ-1C has a peak at a (2θ) position in the range of 20.62-21.30 degrees, but the relative peak intensity of JMZ-1 is 41, which is less than 100, i.e., the peak intensity that is required for the zeolites of US Patent No. 9,636,667 .

JMZ-1C имеет пик с положением (2θ) в диапазоне 25,02–25,42 градусов, но относительная интенсивность пика JMZ-1 составляет 12, что меньше, чем диапазон 25–70, который требуется для цеолитов патента США № 9,636,667.JMZ-1C has a position (2θ) peak in the range of 25.02-25.42 degrees, but the relative peak intensity of JMZ-1 is 12, which is less than the 25-70 range required for US Pat. No. 9,636,667 zeolites.

JMZ-1C имеет пик с положением (2θ) в диапазоне 30,83–31,43 градусов, но относительная интенсивность пика JMZ-1 составляет 19, что меньше, чем диапазон 39–73, который требуется для цеолитов патента США № 9,636,667.JMZ-1C has a position (2θ) peak in the range of 30.83-31.43 degrees, but the relative peak intensity of JMZ-1 is 19, which is less than the 39-73 range required for US Pat. No. 9,636,667 zeolites.

Таким образом, рентгеновская дифрактограмма (XRD) JMZ-1C отличается от рентгеновской дифрактограммы (XRD) цеолитов патента США № 9,636,667.Thus, the X-ray diffraction pattern (XRD) of JMZ-1C differs from the X-ray diffraction pattern (XRD) of US Pat. No. 9,636,667 zeolites.

Цеолит JMZ-1C может представлять собой алюмосиликат. (Y = Al.)The JMZ-1C zeolite may be an aluminosilicate. (Y = Al.)

JMZ-1C предпочтительно может содержать ионы одного или более каталитических металлов, которые вводят в полости, каналы и/или поры цеолита посредством ионного обмена или иным способом пропитки. Примеры металлов, которые могут вводиться посредством ионного обмена или пропитки после синтеза цеолита, включают: (i) переходные металлы, включая сурьму, висмут, хром, кобальт, медь, железо, марганец, молибден, никель, ниобий, олово, титан, вольфрам, ванадий, цинк и цирконий; (ii) благородные металлы, включая металлы платиновой группы (PGM), такие как индий, палладий, платина, родий и рутений, и драгоценные металлы, такие как золото и серебро; (iii) щелочноземельные металлы, такие как барий, бериллий, кальций, магний и стронций, и (iv) редкоземельные металлы, такие как церий, эрбий, европий, лантан, неодим, празеодим, тербий, иттербий и иттрий. Предпочтительные переходные металлы, вводимые после синтеза путем ионного обмена, выбраны из группы, состоящей из кобальта, меди, железа, марганца, никеля и их смесей.JMZ-1C may preferably contain ions of one or more catalytic metals, which are introduced into the cavities, channels and/or pores of the zeolite by ion exchange or otherwise by impregnation. Examples of metals that can be introduced via ion exchange or impregnation after zeolite synthesis include: (i) transition metals including antimony, bismuth, chromium, cobalt, copper, iron, manganese, molybdenum, nickel, niobium, tin, titanium, tungsten, vanadium, zinc and zirconium; (ii) noble metals, including platinum group metals (PGMs) such as indium, palladium, platinum, rhodium and ruthenium, and precious metals such as gold and silver; (iii) alkaline earth metals such as barium, beryllium, calcium, magnesium and strontium; and (iv) rare earth metals such as cerium, erbium, europium, lanthanum, neodymium, praseodymium, terbium, ytterbium and yttrium. Preferred transition metals introduced after synthesis by ion exchange are selected from the group consisting of cobalt, copper, iron, manganese, nickel and mixtures thereof.

Особенно предпочтительные обменные металлы включают медь и железо, особенно в комбинации с кальцием и/или церием, и особенно если переходные металлы (TM) и щелочные металлы (AM) присутствуют в молярном соотношении TM : AM от около 15 : 1 до около 1 : 1, например, от около 10 : 1 до около 2 : 1, от около 10 : 1 до около 3 : 1 или от около 6 : 1 до около 4 : 1.Particularly preferred exchange metals include copper and iron, especially in combination with calcium and/or cerium, and especially if the transition metals (T M ) and alkali metals ( AM ) are present in a T M : A M molar ratio of about 15:1 to about 1:1, e.g., about 10:1 to about 2:1, about 10:1 to about 3:1, or about 6:1 to about 4:1.

Переходный металл может присутствовать в количестве от около 0,1 до около 10 масс.%, например, от около 0,5 до около 5 масс.%, от около 0,1 до около 1,0 масс.%, от около 2,5 до около 3,5 масс.% и от около 4,5 до около 5,5 масс.%, причем массовый процент указан в расчете на общую массу цеолитного материала.The transition metal may be present in an amount of from about 0.1 to about 10 wt.%, for example, from about 0.5 to about 5 wt.%, from about 0.1 to about 1.0 wt.%, from about 2, 5 to about 3.5 wt.% and from about 4.5 to about 5.5 wt.%, and the mass percentage is indicated based on the total weight of the zeolite material.

Цеолит JMZ-1C может применяться в качестве катализатора в определенных областях применения. Высушенные кристаллы JMZ-1 предпочтительно обжигают, но их также можно использовать без обжига. Цеолит JMZ-1C, предпочтительно кальцинированный (обожженный), можно использовать без введения металла посредством ионного обмена после синтеза или с введением металла посредством ионного обмена после синтеза, предпочтительно с введением металла посредством ионного обмена после синтеза.Zeolite JMZ-1C can be used as a catalyst in certain applications. Dried JMZ-1 crystals are preferably fired, but can also be used without firing. Zeolite JMZ-1C, preferably calcined (calcined), can be used without metal introduction by ion exchange after synthesis or with metal introduction by ion exchange after synthesis, preferably with metal introduction by ion exchange after synthesis.

В некоторых аспектах настоящего изобретения предложен катализатор, содержащий JMZ-1C, который не содержит или по существу не содержит каких-либо обменных металлов, в частности металлов, введенных после синтеза посредством ионного обмена или пропитки.In some aspects of the present invention, a JMZ-1C containing catalyst is provided that is free or substantially free of any exchangeable metals, in particular metals introduced after synthesis via ion exchange or impregnation.

Металлы, введенные после синтеза, могут быть добавлены в молекулярное сито любым известным способом, таким как ионный обмен, пропитка, изоморфное замещение и т. п.The metals introduced after synthesis can be added to the molecular sieve by any known method such as ion exchange, impregnation, isomorphic substitution, and the like.

Эти обменные катионы металлов отличаются от металлов, составляющих молекулярный каркас цеолита, и, таким образом, металлообменные цеолиты отличаются от металл-замещенных цеолитов.These exchangeable metal cations are different from the metals that make up the molecular framework of the zeolite, and thus, metal exchange zeolites are different from metal-substituted zeolites.

Каталитические свойства кальцинированного цеолита (JMZ-1C), содержащего обменный металл, такой как медь, отличаются от свойств других цеолитов со структурой CHA, имеющих сопоставимое соотношение SAR после гидротермического состаривания. Сопоставимое соотношение SAR представляет собой значение SAR, которое находится в пределах двух единиц, предпочтительно в пределах трех единиц, более предпочтительно в пределах четырех единиц. Как показано ниже в примере 3, каталитическая активность кальцинированного цеолита (JMZ-1C), содержащего обменный металл, такой как медь, и гидротермическое состаривание при температуре 900°C в течение 3 часов может обеспечить одно или более из:The catalytic properties of the calcined zeolite (JMZ-1C) containing an exchange metal such as copper differ from those of other CHA structured zeolites having a comparable SAR after hydrothermal aging. A comparable SAR ratio is a SAR value that is within two units, preferably within three units, more preferably within four units. As shown in Example 3 below, the catalytic activity of a calcined zeolite (JMZ-1C) containing an exchange metal such as copper and hydrothermal aging at 900°C for 3 hours can provide one or more of:

a. по меньшей мере на 10% более высокую степень конверсии NOx при температуре в диапазоне от около 175°C до около 225°C по сравнению с катализатором со структурой CHA, имеющим сопоставимое соотношение SAR (SAR = 22–25); иa. at least 10% higher NOx conversion at a temperature in the range of about 175°C to about 225°C compared to a CHA catalyst having a comparable SAR ratio (SAR = 22-25); and

b. по меньшей мере на 20% более высокую степень конверсии NH3 при температуре в диапазоне от около 165°C до около 225°C по сравнению с катализатором со структурой CHA, имеющим сопоставимое соотношение SAR (SAR = 22–25).b. at least 20% higher NH 3 conversion at a temperature in the range of about 165°C to about 225°C compared to a CHA catalyst having a comparable SAR ratio (SAR = 22-25).

После гидротермического состаривания при температуре 900°C в течение трех часов JMZ-1C, содержащий 3% Cu, введенной путем пропитки, может обеспечить повышенное снижение содержания NOx, особенно при температурах менее 225°C, по сравнению с шабазитами, содержащими 3% Cu и имеющими сопоставимое соотношение SAR (SAR = 22–25). После гидротермического состаривания при температуре 900°C в течение трех часов JMZ-1C, содержащий 3% Cu, введенной путем пропитки, может обеспечить повышенную степень конверсии NH3, особенно при температурах от 165°C до 225°C по сравнению с цеолитом со структурой CHA, содержащим 3% Cu и имеющим сопоставимое соотношение SAR.After hydrothermal aging at 900°C for three hours, JMZ-1C containing 3% Cu introduced by impregnation can provide increased NOx reduction, especially at temperatures below 225°C, compared to chabazites containing 3% Cu and having a comparable SAR ratio (SAR = 22–25). After being hydrothermally aged at 900°C for three hours, JMZ-1C containing 3% Cu introduced by impregnation can provide improved NH 3 conversion, especially at temperatures from 165°C to 225°C compared to zeolite with the structure CHA containing 3% Cu and having a comparable SAR ratio.

В третьем аспекте изобретения предложена композиция, содержащая смесь воды, источник диоксида кремния, источник оксида алюминия, основание, катион щелочного металла и катионы триметил(циклогексилметил) аммония, причем композиция имеет молярное композиционное соотношение:In a third aspect of the invention, a composition is provided containing a mixture of water, a source of silica, a source of alumina, a base, an alkali metal cation, and trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cations, the composition having a molar composition ratio of:

SiO2 / Al2O3 SiO 2 / Al 2 O 3 10–10010–100 OH- / SiO2 OH - / SiO 2 0,05–10.05–1 R / SiO2 R/ SiO2 0,05–0,50.05–0.5 Катион щелочного металла / SiO2 Alkali metal cation / SiO 2 0,1–1,00.1–1.0 H2O / SiO2 H 2 O / SiO 2 5–80,5–80

где R представляет собой SDA, предпочтительно катионы триметил(циклогексилметил) аммония. where R is SDA, preferably trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations.

Предпочтительно композиция имеет молярное композиционное соотношение:Preferably the composition has a molar composition ratio:

SiO2 / Al2O3 SiO 2 / Al 2 O 3 15–7015–70 OH- / SiO2 OH - / SiO 2 0,1–0,70.1–0.7 R / SiO2 R/ SiO2 0,05–0,20.05–0.2 Катион щелочного металла / SiO2 Alkali metal cation / SiO 2 0,15–0,650.15–0.65 H2O / SiO2 H 2 O / SiO 2 10–610–6

Композиция может представлять собой раствор, коллоидную дисперсию (коллоидный золь), гель или пасту, причем предпочтительным вариантом является гель.The composition may be a solution, a colloidal dispersion (colloidal sol), a gel or a paste, with a gel being the preferred option.

В четвертом аспекте настоящего изобретения предложена композиция, содержащая кальцинированный цеолит второго аспекта настоящего изобретения и одно или более из наполнителя, связующего вещества, стабилизатора и модификатора реологических свойств.In a fourth aspect of the present invention, there is provided a composition comprising the calcined zeolite of the second aspect of the present invention and one or more of a filler, a binder, a stabilizer, and a rheology modifier.

Кальцинированный цеолит может содержать внерешеточный переходный металл или благородный металл. Внерешеточный переходный металл может быть выбран из группы, состоящей из Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Ta, V и W. Предпочтительно внерешеточный переходный металл представляет собой Cu или Fe.The calcined zeolite may contain an extralattice transition metal or noble metal. The extralattice transition metal may be selected from the group consisting of Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni, Ta, V, and W. Preferably, the extralattice transition metal is Cu or Fe.

Внерешеточный благородный металл может быть выбран из Ag, Au, Ir, Os, Pd, Pt, Rh или Ru.The extralattice noble metal may be selected from Ag, Au, Ir, Os, Pd, Pt, Rh, or Ru.

Кальцинированный цеолит может содержать от около 0,1 до около 5 масс.% переходного металла или благородного металла.The calcined zeolite may contain from about 0.1% to about 5% by weight of a transition metal or noble metal.

Кальцинированный цеолит может содержать от около 0,1 до около 5 масс.% ионной меди.The calcined zeolite may contain from about 0.1% to about 5% by weight of ionic copper.

Кальцинированный цеолит может дополнительно содержать Ca, Ce или комбинацию Ca и Ce.The calcined zeolite may further contain Ca, Ce, or a combination of Ca and Ce.

Катализаторы настоящего изобретения особенно применимы к гетерогенным каталитическим реакционным системам (т.е. в которых твердый катализатор контактирует с газообразным реагентом). Для увеличения площади поверхности контакта, механической стабильности и/или характеристик потока текучей среды катализаторы могут быть расположены на подложке, предпочтительно на пористой подложке, и/или внутри подложки. Покрытие из пористого оксида, содержащее катализатор, можно наносить на инертную подложку, такую как гофрированная металлическая пластина или кордиеритовый кирпич с сотовой структурой. В альтернативном варианте осуществления катализатор смешивают вместе с другими компонентами, такими как наполнители, связующие и укрепляющие агенты, в экструдируемую пасту, которую затем экструдируют через головку экструдера с получением кирпича с сотовой структурой. Соответственно, каталитическое изделие может содержать описанный в настоящем документе катализатор со структурой CHA, нанесенный на подложку и/или включенный в нее.The catalysts of the present invention are particularly applicable to heterogeneous catalytic reaction systems (ie, in which a solid catalyst is contacted with a gaseous reactant). To increase contact surface area, mechanical stability and/or fluid flow characteristics, catalysts may be located on a support, preferably on a porous support, and/or within the support. The porous oxide coating containing the catalyst can be applied to an inert substrate such as corrugated metal plate or honeycomb cordierite brick. In an alternative embodiment, the catalyst is mixed together with other components such as fillers, binders and reinforcing agents into an extrudable paste which is then extruded through an extruder die to form a honeycomb brick. Accordingly, the catalytic article may comprise a CHA catalyst as described herein supported on and/or incorporated into a support.

В некоторых аспектах настоящего изобретения предложено каталитическое покрытие из пористого оксида. Покрытие из пористого оксида, содержащее кальцинированный цеолит JMZ-1C, описанный в настоящем документе, предпочтительно представляет собой раствор, суспензию или взвесь. Подходящие покрытия включают поверхностные покрытия, покрытия, частично проникающие в толщину подложки, покрытия, проникающие на всю толщину подложки, или какую-либо их комбинацию.In some aspects of the present invention, a porous oxide catalytic coating is provided. The porous oxide coating containing the JMZ-1C calcined zeolite described herein is preferably a solution, suspension or slurry. Suitable coatings include surface coatings, partial penetration coatings, full penetration coatings, or any combination thereof.

Покрытие из пористого оксида может также включать в себя некаталитические компоненты, такие как наполнители, связующие, стабилизаторы, модификаторы реологических свойств и другие добавки, включая одно или более из оксида алюминия, диоксида кремния, нецеолитного алюмосиликата, оксида титана, оксида циркония, оксида церия. Каталитическая композиция может содержать агенты для формирования пор, такие как графит, целлюлоза, крахмал, полиакрилат и полиэтилен и т. п. Эти дополнительные компоненты необязательно катализируют желаемую реакцию, но они способствуют повышению эффективности каталитического материала, например, посредством увеличения его рабочего температурного диапазона, увеличения площади поверхности контакта катализатора, увеличения адгезии катализатора к подложке и т. п. Предпочтительно нагрузка покрытия из пористого оксида составляет >0,3 г/дюйм3, например >1,2 г/дюйм3, >1,5 г/дюйм3, >1,7 г/дюйм3 или >2,00 г/дюйм3 и предпочтительно <3,5 г/дюйм3, например < 2,5 г/дюйм3. Покрытие из пористого оксида можно наносить на подложку с нагрузкой от около 0,8 до 1,0 г/дюйм3, от 1,0 до 1,5 г/дюйм3 или от 1,5 до 2,5 г/дюйм3.The porous oxide coating may also include non-catalytic components such as fillers, binders, stabilizers, rheology modifiers, and other additives, including one or more of alumina, silica, non-zeolitic aluminosilicate, titanium oxide, zirconium oxide, cerium oxide. The catalyst composition may contain pore-forming agents such as graphite, cellulose, starch, polyacrylate, and polyethylene, and the like. These additional components do not necessarily catalyze the desired reaction, but they do increase the performance of the catalyst material, for example, by increasing its operating temperature range, increasing the contact surface area of the catalyst, increasing the adhesion of the catalyst to the substrate , and the like. , >1.7 g/in 3 or >2.00 g/in 3 and preferably <3.5 g/in 3 eg <2.5 g/in 3 . The porous oxide coating may be applied to the substrate at a load of about 0.8 to 1.0 g/in 3 , 1.0 to 1.5 g/in 3 , or 1.5 to 2.5 g/in 3 .

В пятом аспекте настоящего изобретения предложено каталитическое изделие, содержащее: (a) композицию четвертого аспекта настоящего изобретения; и (b) монолитную подложку, на которую нанесена или в структуру которой включена указанная композиция.In a fifth aspect of the present invention, there is provided a catalyst article comprising: (a) a composition of the fourth aspect of the present invention; and (b) a monolithic substrate, on which is applied or in the structure of which the specified composition is included.

Двумя из наиболее распространенных структур подложек, на которую можно наносить катализатор, являются подложка с сотовой структурой и пластина. Предпочтительные типы подложек, особенно для автомобильных применений, включают в себя проточные монолиты и монолиты с проточными стенками. Проточные монолиты имеют так называемую сотовую геометрию, которая содержит множество смежных параллельных каналов, открытых с обоих концов и по существу проходящих от впускной поверхности к выпускной поверхности подложки и обеспечивающих высокое отношение площади поверхности к объему. Монолиты с проточными стенками аналогичны проточным монолитам за исключением того, что концы каналов в монолитах с проточными стенками в альтернативном варианте осуществления закупорены для принудительного перемещения потока газа через пористые стенки, которые действуют как фильтры.Two of the most common substrate structures on which a catalyst can be applied are the honeycomb substrate and the plate. Preferred types of substrates, especially for automotive applications, include flow-through monoliths and flow wall monoliths. The flow monoliths have a so-called honeycomb geometry that contains a plurality of adjacent parallel channels open at both ends and substantially extending from the inlet surface to the outlet surface of the substrate and providing a high surface area to volume ratio. Flow wall monoliths are similar to flow wall monoliths except that the ends of the channels in the flow wall monoliths are alternatively plugged to force gas flow through the porous walls which act as filters.

Для определенных сфер применения сотовый проточный монолит предпочтительно имеет высокую плотность сот, например от около 600 до около 800 сот на квадратный дюйм, и/или среднюю толщину внутренней стенки от около 0,18 до около 0,35 мм, предпочтительно от около 0,20 до около 0,25 мм. Для некоторых других применений сотовый проточный монолит предпочтительно имеет низкую плотность сот, от около 150 до около 600 сот на квадратный дюйм, более предпочтительно от около 200 до около 400 сот на квадратный дюйм. Предпочтительно, чтобы сотовый монолит являлся пористым.For certain applications, the honeycomb flow monolith preferably has a high honeycomb density, such as about 600 to about 800 honeycombs per square inch, and/or an average inner wall thickness of about 0.18 to about 0.35 mm, preferably about 0.20 up to about 0.25 mm. For some other applications, the honeycomb flow monolith preferably has a low honeycomb density, from about 150 to about 600 honeycombs per square inch, more preferably from about 200 to about 400 honeycombs per square inch. Preferably, the honeycomb monolith is porous.

Другие материалы, которые можно использовать в качестве подложки, помимо кордиерита, карбида кремния, нитрида кремния, керамики и металла включают в себя нитрид алюминия, нитрид кремния, титанат алюминия, α-оксид алюминия, муллит, например игольчатый муллит, поллюцит, такой как Al2OsZFe, Al2O3/Ni или B4CZFe или композиты, содержащие сегменты любых двух или более из них. Предпочтительные материалы включают кордиерит, карбид кремния и титанат оксида алюминия.Other materials that can be used as a substrate besides cordierite, silicon carbide, silicon nitride, ceramic, and metal include aluminum nitride, silicon nitride, aluminum titanate, α-aluminum oxide, mullite, such as acicular mullite, pollucite, such as Al 2 OsZFe, Al 2 O 3 /Ni or B 4 CZFe or composites containing segments of any two or more of them. Preferred materials include cordierite, silicon carbide and alumina titanate.

Катализаторы пластинчатого типа имеют более низкие перепады давления и в меньшей степени подвержены закупориванию и засорению, чем катализаторы сотового типа, что является преимуществом при высокоэффективных стационарных применениях, но пластинчатые конфигурации могут быть намного больше и дороже. Конфигурация с сотовой структурой обычно меньше пластинчатой конфигурации, что является преимуществом в автомобильных применениях, но имеет более высокие перепады давления и легче закупоривается. Пластинчатая подложка может быть сконструирована из металла, предпочтительно из гофрированного металла.Plate type catalysts have lower pressure drops and are less prone to clogging and fouling than honeycomb type catalysts, which is an advantage in high efficiency stationary applications, but plate configurations can be much larger and more expensive. The honeycomb configuration is typically smaller than the plate configuration, which is an advantage in automotive applications, but has higher pressure drops and clogs more easily. The plate substrate may be constructed from metal, preferably corrugated metal.

Каталитическое изделие может быть изготовлено способом, описанным в настоящем документе. Каталитическое изделие может быть получено способом, который включает стадии нанесения металлсодержащего кальцинированного цеолита (JMZ-1C), предпочтительно в виде покрытия из пористого оксида, на подложку в виде слоя до или после по меньшей мере одного дополнительного слоя другой композиции, такого как катализатор окисления аммиака, катализатор окисления, катализатор восстановления, поглощающий компонент или аккумулирующий NOx компонент, для очистки отработавшего газа. Один или более слоев катализатора на подложке, включая слой катализатора со структурой CHA, располагаются в виде последовательных слоев. Используемый в настоящем документе термин «последовательный» применительно к слоям катализатора на подложке означает, что каждый слой находится в контакте со смежным (-и) слоем (-ями), и что слои катализатора в целом располагаются на подложке один поверх другого.The catalytic article can be manufactured by the method described herein. The catalytic article can be produced by a method which includes the steps of depositing a metal-containing calcined zeolite (JMZ-1C), preferably in the form of a porous oxide coating, on a support in the form of a layer before or after at least one additional layer of another composition, such as an ammonia oxidation catalyst. , an oxidation catalyst, a reduction catalyst, a scavenging component or an NO x storage component, for exhaust gas purification. One or more catalyst layers on the support, including the CHA catalyst layer, are arranged in successive layers. As used herein, the term "in-line" in relation to supported catalyst layers means that each layer is in contact with adjacent layer(s) and that the catalyst layers are generally stacked on top of each other on the support.

Катализатор со структурой CHA может располагаться на подложке в виде первого слоя или зоны, а другая композиция, такая как катализатор окисления, катализатор восстановления, поглощающий компонент или аккумулирующий NOx компонент, может располагаться на подложке в виде второго слоя или зоны. В настоящем документе термины «первый слой» и «второй слой» используют для описания относительных положений слоев катализатора в каталитическом изделии относительно нормального направления перемещения отработавших газов сквозь каталитическое изделие поверх него и/или над ним. В нормальных условиях потока отработавшего газа отработавший газ контактирует с первым слоем перед вступлением в контакт со вторым слоем. Второй слой может быть нанесен на инертную подложку в качестве нижнего слоя, а первый слой представляет собой верхний слой, который наносят поверх второго слоя в виде ряда последовательных подслоев.The CHA catalyst may be disposed on the support as a first layer or zone, and another composition such as an oxidation catalyst, reduction catalyst, scavenging component, or NOx storage component may be disposed on the support as a second layer or zone. As used herein, the terms "first layer" and "second layer" are used to describe the relative positions of the catalyst layers in a catalyst article relative to the normal direction of travel of exhaust gases through and/or over the catalyst article. Under normal exhaust gas flow conditions, the exhaust gas contacts the first layer before coming into contact with the second layer. The second layer may be applied to the inert substrate as a bottom layer, and the first layer is a top layer that is applied over the second layer in a series of successive sublayers.

Перед вступлением в контакт со вторым слоем отработавший газ может проникать в первый слой (и, следовательно, контактировать с ним), а затем возвращаться через первый слой для выхода из каталитического компонента.Before coming into contact with the second layer, the exhaust gas may enter (and hence contact with) the first layer and then return through the first layer to exit the catalyst component.

Первый слой может представлять собой первую зону, расположенную на верхней по потоку части подложки, а второй слой может располагаться на подложке в виде второй зоны, причем вторая зона располагается ниже по потоку относительно первой зоны.The first layer may be a first zone located on the upstream part of the substrate, and the second layer may be located on the substrate in the form of a second zone, and the second zone is located downstream of the first zone.

Каталитическое изделие может быть получено способом, который включает в себя стадии нанесения на подложку JMZ-1C, предпочтительно в виде покрытия из пористого оксида, в качестве первой зоны и последующего нанесения на подложку по меньшей мере одной дополнительной композиции для очистки отработавшего газа в качестве второй зоны, при этом по меньшей мере часть первой зоны располагается ниже по потоку относительно второй зоны. В альтернативном варианте осуществления композиция катализатора со структурой CHA может быть нанесена на подложку во второй зоне, расположенной ниже по потоку относительно первой зоны, содержащей дополнительную композицию. Примеры дополнительных композиций включают катализаторы окисления, катализаторы восстановления, поглощающие компоненты (например, для серы, воды и т. п.) или аккумулирующие NOx компоненты.The catalytic article can be produced by a method which includes the steps of applying JMZ-1C to a substrate, preferably as a porous oxide coating, as the first zone and then applying at least one additional exhaust gas treatment composition to the substrate as the second zone. , wherein at least a portion of the first zone is located downstream of the second zone. In an alternative embodiment, the CHA catalyst composition may be applied to the support in a second zone downstream of the first zone containing the additional composition. Examples of additional compositions include oxidation catalysts, reduction catalysts, scavenging components (eg for sulphur, water, etc.) or NOx storage components.

Для уменьшения пространства, занимаемого системой выпуска отработавших газов, отдельные компоненты системы выпуска отработавших газов могут быть выполнены с возможностью выполнения более одной функции. Например, нанесение SCR-катализатора на подложку, представляющую собой фильтр с проточными стенками, для формирования SCRF, а не на проточную подложку, позволяет уменьшить общий размер системы обработки отработавших газов за счет того, что одна подложка выполняет две функции, а именно: каталитическое снижение концентрации NOx в отработавшем газе и механическое удаление сажи из отработавшего газа. Это является предпочтительным применением кальцинированного цеолита из-за стабильности кальцинированного цеолита после гидротермического состаривания. Подложка может представлять собой фильтр с проточными стенками, имеющий сотовую структуру, или фильтр неполного потока. Фильтры с проточными стенками аналогичны проточным подложкам с сотовой структурой в том, что они содержат множество смежных параллельных каналов. Однако каналы проточных подложек с сотовой структурой открыты с обоих концов, тогда как у каналов подложек с проточными стенками один конец заглушен, причем каналы закупориваются с противоположных концов смежных каналов в чередующемся порядке. Закупоривание концов каналов в чередующемся порядке предотвращает протекание газа, поступающего через впускную поверхность подложки, непосредственно через канал и его выход с противоположной стороны. Вместо этого отработавший газ поступает к передней поверхности подложки и проходит примерно через половину каналов, после чего он под давлением проходит через стенки каналов, поступает во вторую половину каналов и выходит через заднюю поверхность подложки.To reduce the space occupied by the exhaust system, the individual components of the exhaust system may be configured to perform more than one function. For example, depositing an SCR catalyst on a flow wall filter substrate to form the SCRF, rather than on a flow substrate, reduces the overall size of the exhaust gas treatment system by having one substrate perform two functions, namely: catalytic reduction NO x concentration in the exhaust gas; and mechanical removal of soot from the exhaust gas. This is the preferred use of calcined zeolite due to the stability of calcined zeolite after hydrothermal aging. The substrate may be a flow wall filter having a honeycomb structure or a partial flow filter. Flow wall filters are similar to honeycomb flow substrates in that they contain a plurality of contiguous parallel channels. However, the channels of the honeycomb flow substrates are open at both ends, while the channels of the flow wall substrates are plugged at one end, with the channels being plugged at opposite ends of adjacent channels in an alternating manner. Closing the ends of the channels in an alternating manner prevents the flow of gas entering through the inlet surface of the substrate directly through the channel and its outlet on the opposite side. Instead, the exhaust gas enters the front surface of the substrate and passes through about half of the channels, after which it passes under pressure through the walls of the channels, enters the second half of the channels and exits through the rear surface of the substrate.

Стенка подложки имеет такую пористость и размер пор, которые являются проницаемыми для газов, но по мере прохождения газа через стенку захватывают из газа основную часть твердых частиц, таких как сажа. Предпочтительными подложками с проточными стенками являются высокоэффективные фильтры. Фильтры с проточными стенками, пригодные для применения в настоящем изобретении, предпочтительно имеют эффективность по меньшей мере 70%, по меньшей мере около 75%, по меньшей мере около 80% или по меньшей мере около 90%. Эффективность может составлять от около 75 до около 99%, от около 75 до около 90%, от около 80 до около 90% или от около 85 до около 95%. В данном случае эффективность относится к саже и другим частицам аналогичного размера, а также к концентрациям твердых частиц, которые обычно присутствуют в традиционном отработавшем газе дизельного двигателя. Например, размер твердых частиц в отработавшем газе дизельного двигателя может находиться в диапазоне от 0,05 мкм до 2,5 мкм. Таким образом, эффективность может быть основана на этом диапазоне или каком-либо поддиапазоне, например, от 0,1 до 0,25 мкм, от 0,25 до 1,25 мкм или от 1,25 до 2,5 мкм.The substrate wall has a porosity and pore size that is permeable to gases but, as the gas passes through the wall, traps most of the particulate matter, such as soot, from the gas. The preferred flow wall substrates are high efficiency filters. Flow wall filters useful in the present invention preferably have an efficiency of at least 70%, at least about 75%, at least about 80%, or at least about 90%. The efficiency may be from about 75% to about 99%, from about 75% to about 90%, from about 80% to about 90%, or from about 85% to about 95%. In this case, efficiency refers to soot and other particles of similar size, as well as concentrations of particulate matter that are typically present in conventional diesel engine exhaust gas. For example, the size of particulate matter in the exhaust gas of a diesel engine may be in the range of 0.05 µm to 2.5 µm. Thus, efficiency may be based on this range or some sub-range, such as 0.1 to 0.25 µm, 0.25 to 1.25 µm, or 1.25 to 2.5 µm.

Пористость является мерой процентного содержания свободного порового пространства в пористой подложке и связана с противодавлением в системе выпуска отработавших газов: в общем случае чем ниже пористость, тем выше противодавление. Пористый субстрат предпочтительно имеет пористость от около 30 до около 80%, например от около 40 до около 75%, от около 40 до около 65% или от около 50 до около 60%.Porosity is a measure of the percentage of free pore space in a porous substrate and is related to the back pressure in the exhaust system: in general, the lower the porosity, the higher the back pressure. The porous substrate preferably has a porosity of about 30% to about 80%, such as about 40% to about 75%, about 40% to about 65%, or about 50% to about 60%.

Возможность взаимного соединения пор, измеренная в процентах от общего порового объема подложки, представляет собой степень, в которой поры, пустоты и/или каналы соединены друг с другом с образованием непрерывных траекторий через пористую подложку, т. е. от впускной поверхности до выпускной поверхности. Показателем, противоположным возможности взаимного соединения пор, является сумма объема закрытых пор и объема пор, которые имеют канал, проходящий только к одной из поверхностей подложки. Предпочтительно пористая подложка имеет объем взаимного соединения пор по меньшей мере около 30%, более предпочтительно по меньшей мере около 40%.Pore interconnectivity, measured as a percentage of the total pore volume of the substrate, is the degree to which pores, voids, and/or channels are connected to each other to form continuous paths through the porous substrate, i.e., from inlet surface to outlet surface. The opposite measure of pore interconnectivity is the sum of the volume of closed pores and the volume of pores that have a channel extending to only one of the surfaces of the substrate. Preferably, the porous substrate has a pore interconnection volume of at least about 30%, more preferably at least about 40%.

Средний размер пор пористой подложки также имеет большое значение в отношении фильтрации. Средний размер пор можно определить любыми приемлемыми способами, включая ртутную порометрию. Средний размер пор пористой подложки должен быть достаточно высоким, чтобы способствовать обеспечению низкого противодавления, обеспечивая при этом достаточную эффективность благодаря свойствам самой подложки, за счет стимуляции слоя нагара на поверхности подложки, либо за счет комбинации обоих факторов. Предпочтительные пористые подложки имеют средний размер пор от около 10 до около 40 мкм, например от около 20 до около 30 мкм, от около 10 до около 25 мкм, от около 10 до около 20 мкм, от около 20 до около 25 мкм, от около 10 до около 15 мкм и от около 15 до около 20 мкм.The average pore size of the porous substrate is also of great importance in terms of filtration. The average pore size can be determined by any suitable means, including mercury porosimetry. The average pore size of the porous substrate must be high enough to help provide low back pressure, while still providing sufficient performance due to the properties of the substrate itself, by promoting a layer of carbon on the surface of the substrate, or by a combination of both factors. Preferred porous substrates have an average pore size of about 10 to about 40 microns, such as about 20 to about 30 microns, about 10 to about 25 microns, about 10 to about 20 microns, about 20 to about 25 microns, about 10 to about 15 microns; and about 15 to about 20 microns.

Как правило, получение экструдированного твердого тела, такого как сотовый проточный фильтр или фильтр с проточными стенками, содержащий катализатор JMZ-1C, включает смешивание JMZ-1C, связующего, необязательно органического соединения, усиливающего вязкость, в гомогенную пасту, которую затем добавляют к связующему/матричному компоненту или его предшественнику и необязательно к одному или более из стабилизированного оксида церия и неорганических волокон. Смесь уплотняют в смесительном или замешивающем аппарате или экструдере. Смеси содержат органические добавки, такие как связующие, порообразователи, пластификаторы, поверхностно-активные вещества, смазывающие вещества, диспергирующие агенты в качестве технологических добавок для улучшения смачивания и, следовательно, получения однородной партии. Затем полученный пластический материал отливают, в частности с использованием экструзионного пресса или экструдера, содержащего экструзионную головку, и полученные в результате отливки высушивают и обжигают. Органические добавки «выжигают» в процессе обжига экструдированного твердого тела. Каталитически активный кальцинированный цеолит JMZ-1C, также можно наносить в виде покрытия из пористого оксида на экструдированное твердое тело в виде одного или более подслоев, которые располагаются на поверхности или полностью или частично проникают в экструдированное твердое тело.Generally, the preparation of an extruded solid, such as a honeycomb flow filter or a flow wall filter containing a JMZ-1C catalyst, involves mixing JMZ-1C, a binder, optionally an organic viscosity enhancing compound, into a homogeneous paste, which is then added to the binder/ the matrix component or its precursor, and optionally one or more of the stabilized cerium oxide and inorganic fibers. The mixture is compacted in a mixing or kneading apparatus or extruder. The blends contain organic additives such as binders, pore formers, plasticizers, surfactants, lubricants, dispersants as processing aids to improve wetting and hence a uniform batch. The resulting plastic material is then cast, in particular using an extrusion press or an extruder containing an extrusion die, and the resulting castings are dried and fired. Organic additives are "burned out" during the firing process of the extruded solid. The catalytically active calcined zeolite JMZ-1C can also be applied as a porous oxide coating to the extruded solid in one or more sublayers that are located on the surface or completely or partially penetrate the extruded solid.

Связующий/матричный компонент предпочтительно выбран из группы, состоящей из кордиерита, нитридов, карбидов, боридов, интерметаллических соединений, алюмосиликата лития, шпинели, необязательно легированного оксида алюминия, источника диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, диоксида титана-диоксида циркония, диоксида циркония, циркона и смесей любых двух или более из них. Паста может необязательно содержать армирующие неорганические волокна, выбранные из группы, состоящей из углеродных волокон, стекловолокна, металлических волокон, борных волокон, алюмооксидных волокон, кварцевых волокон, алюмосиликатных волокон, карбид-кремниевых волокон, волокон из титаната калия, волокон из бората алюминия и керамических волокон.The binder/matrix component is preferably selected from the group consisting of cordierite, nitrides, carbides, borides, intermetallics, lithium aluminosilicate, spinel, optionally doped alumina, silica source, titanium dioxide, zirconia, titania-zirconia, zirconia , zircon, and mixtures of any two or more of them. The paste may optionally contain reinforcing inorganic fibers selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers, metal fibers, boron fibers, alumina fibers, quartz fibers, aluminosilicate fibers, silicon carbide fibers, potassium titanate fibers, aluminum borate fibers, and ceramic fibers. fibers.

Алюмооксидный связующий/матричный компонент предпочтительно представляет собой γ-оксид алюминия, но может представлять собой любую другую переходную модификацию оксида алюминия, т. е. α-оксид алюминия, β-оксид алюминия, χ-оксид алюминия, η-оксид алюминия, ρ-оксид алюминия, κ-оксид алюминия, θ-оксид алюминия, δ-оксид алюминия, смешанный оксид лантана и β-оксид алюминия и смеси любых двух или более таких переходных модификаций оксидов алюминия. Для повышения термостабильности оксида алюминия предпочтительно легировать его по меньшей мере одним элементом, отличным от алюминия. Подходящие добавки для легирования оксида алюминия включают кремний, цирконий, барий, лантаниды и смеси любых двух или более из них. Подходящие легирующие добавки на основе лантанидов включают La, Ce, Nd, Pr, Gd и смеси любых двух или более из них.The alumina binder/matrix component is preferably γ-alumina, but may be any other transition modification of alumina, i.e. α-alumina, β-alumina, χ-alumina, η-alumina, ρ- alumina, κ-alumina, θ-alumina, δ-alumina, mixed lanthanum oxide and β-alumina; and mixtures of any two or more of such transitional alumina modifications. To increase the thermal stability of alumina, it is preferable to alloy it with at least one element other than aluminum. Suitable additives for doping alumina include silicon, zirconium, barium, lanthanides, and mixtures of any two or more of these. Suitable lanthanide-based dopants include La, Ce, Nd, Pr, Gd, and mixtures of any two or more of these.

Предпочтительно JMZ-1C (кальцинированный цеолит) распределяют по всему объему и предпочтительно равномерно по всему объему всего экструдированного тела катализатора.Preferably JMZ-1C (calcined zeolite) is distributed throughout and preferably uniformly throughout the entire extruded catalyst body.

Если любые из описанных выше экструдированных твердых тел изготавливаются в виде фильтра с проточными стенками, пористость фильтра с проточными стенками может составлять 30–80%, например 40–70%. Пористость, объем пор и радиус пор можно измерять, например методом ртутной интрузионной порометрии.If any of the extruded solids described above are manufactured as a flow wall filter, the porosity of the flow wall filter may be 30-80%, such as 40-70%. Porosity, pore volume and pore radius can be measured, for example, by mercury intrusion porosimetry.

В шестом аспекте настоящего изобретения предложена система, содержащая двигатель, который производит NOx, каталитическое изделие, содержащее JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C, трубопровод для направления протекающего отработавшего газа от двигателя на каталитическое изделие и источник азотсодержащего восстановителя, расположенный выше по потоку относительно каталитического изделия. Эта система позволяет осуществлять очистку отработавшего газа, образовавшегося в результате процесса сгорания, например, в двигателе внутреннего сгорания (автомобильном или стационарном), газовой турбине и электростанциях, работающих на угле или нефтепродуктах. Такие системы включают в себя каталитическое изделие, содержащее JMZ-1C, цеолит второго аспекта настоящего изобретения и по меньшей мере один дополнительный компонент для очистки отработавшего газа, причем каталитическое изделие и по меньшей мере один дополнительный компонент выполнены с возможностью функционирования в качестве когерентной производственной единицы.In a sixth aspect of the present invention, a system is provided comprising an engine that produces NOx, a catalyst article containing JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C, a conduit for directing flowing exhaust gas from the engine to the catalyst article, and a source of nitrogen-containing reductant located upstream of the catalytic products. This system makes it possible to clean the exhaust gas resulting from the combustion process, for example, in an internal combustion engine (automobile or stationary), gas turbine and coal-fired or oil-fired power plants. Such systems include a catalyst article comprising JMZ-1C, a zeolite of the second aspect of the present invention, and at least one additional exhaust gas purification component, wherein the catalyst article and at least one additional component are configured to function as a coherent manufacturing unit.

Система может содержать двигатель, который производит NOx, каталитическое изделие, содержащее JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C, трубопровод для направления протекающего отработавшего газа из двигателя на каталитическое изделие и источник восстановителя соединений азота, расположенный перед каталитическим изделием по потоку. Система может включать в себя контроллер для дозирования азотсодержащего восстановителя в протекающий отработавший газ только при условии определения, что JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C способен катализировать снижение NOx с желаемой или более высокой эффективностью в определенном температурном диапазоне, например, при температуре выше 100°C, выше 150°C или выше 175°C. Дозирование азотсодержащего восстановителя может быть выполнено таким образом, чтобы в отработавшем газе, поступающем на SCR-катализатор, присутствовало от 60% до 200% теоретического аммиака, рассчитанного для соотношения NH3 / NO 1 : 1 и соотношения NH3 / NO2 4 : 3.The system may include an engine that produces NOx, a catalyst article containing JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C, a conduit for directing flowing exhaust gas from the engine to the catalyst article, and a source of nitrogen decompound located upstream of the catalyst article. The system may include a controller for dosing a nitrogen-containing reductant into the flowing exhaust gas only if it is determined that the JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C is capable of catalyzing NO x reduction with the desired or better efficiency over a certain temperature range, for example, at temperatures above 100 °C, above 150°C or above 175°C. Dosing of the nitrogen-containing reductant can be carried out in such a way that the exhaust gas entering the SCR catalyst contains from 60% to 200% of the theoretical ammonia calculated for the ratio NH 3 / NO 1 : 1 and the ratio NH 3 / NO 2 4 : 3 .

Система может содержать катализатор окисления (например, дизельный катализатор окисления, DOC) для окисления монооксида азота в отработавшем газе до диоксида азота, который может быть расположен выше по потоку относительно точки дозирования азотсодержащего восстановителя в отработавший газ. В некоторых аспектах катализатор окисления выполнен с возможностью выхода потока газа, поступающего на цеолитный SCR-катализатор и имеющего объемное соотношение NO : NO2 от около 4 : 1 до около 1 : 3, например, при температуре отработавшего газа на входе катализатора окисления от 250°C до 450°C. Окислительный катализатор может включать по меньшей мере один металл платиновой группы (или их некоторую комбинацию), такой как платина, палладий или родий, нанесенный на проточную монолитную подложку. По меньшей мере один металл платиновой группы может представлять собой платину, палладий или комбинацию платины и палладия. Металл платиновой группы может быть нанесен на компонент-покрытие из пористого оксида с высокой площадью поверхности, такой как оксид алюминия, цеолит, такой как алюмосиликатный цеолит, кремнезем, нецеолитный алюмосиликат, оксид церия, оксид циркония, оксид титана, или на смешанный или композитный оксид, содержащий как оксид церия, так и оксид циркония.The system may include an oxidation catalyst (eg, diesel oxidation catalyst, DOC) for oxidizing nitrogen monoxide in the exhaust gas to nitrogen dioxide, which may be located upstream of the dosing point of the nitrogen-containing reductant into the exhaust gas. In some aspects, the oxidation catalyst is configured to exit the gas stream entering the zeolite SCR catalyst and having a NO : NO 2 volume ratio of from about 4:1 to about 1:3, for example, at an exhaust gas temperature at the inlet of the oxidation catalyst of 250° C to 450°C. The oxidation catalyst may include at least one platinum group metal (or some combination thereof), such as platinum, palladium, or rhodium supported on a flow-through monolithic support. The at least one platinum group metal may be platinum, palladium, or a combination of platinum and palladium. The platinum group metal can be deposited on a high surface area porous oxide coating component such as alumina, a zeolite such as aluminosilicate zeolite, silica, non-zeolitic aluminosilicate, cerium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, or a mixed or composite oxide. containing both cerium oxide and zirconium oxide.

Между катализатором окисления и SCR-катализатором может быть размещена подходящая фильтрующая подложка. Фильтрующие подложки могут быть выбраны из любых упомянутых выше, например из фильтров с проточными стенками. Если фильтр катализирован, например, катализатором окисления описанного выше типа, предпочтительно, чтобы точка дозирования азотного восстановителя была расположена между фильтром и цеолитным катализатором. В альтернативном варианте осуществления, если фильтр не катализирован, средства для дозирования азотсодержащего восстановителя могут быть расположены между катализатором окисления и фильтром.A suitable filter support may be placed between the oxidation catalyst and the SCR catalyst. The filter substrates may be selected from any of those mentioned above, such as flow wall filters. If the filter is catalyzed, for example, with an oxidation catalyst of the type described above, it is preferred that the dosing point of the nitrogen reducing agent is located between the filter and the zeolite catalyst. In an alternative embodiment, if the filter is not catalyzed, means for dosing nitrogen-containing reductant may be located between the oxidation catalyst and the filter.

Каталитическое изделие может содержать катализатор проскока аммиака, расположенный ниже по потоку относительно катализатора селективного каталитического восстановления (SCR). Катализатор проскока аммиака может окислять по меньшей мере часть любого азотсодержащего восстановителя, который не расходуется в процессе селективного каталитического восстановления. Катализатор проскока аммиака может быть расположен на выпускной стороне фильтра с проточными стенками, а SCR-катализатор может быть расположен на верхней по потоку стороне фильтра. Катализатор проскока аммиака может быть расположен на нижнем по потоку конце проточной подложки, а SCR-катализатор может быть расположен на верхнем по потоку конце проточной подложки. Это означает, что катализатор проскока аммиака и SCR-катализатор размещены на отдельных блоках в системе выпуска отработавших газов. Такие отдельные блоки могут быть размещены рядом друг с другом и соприкасаться друг с другом или быть отделены друг от друга определенным расстоянием при условии, что они сообщаются по текучей среде друг с другом и при условии, что блок катализатора SCR расположен выше по потоку от блока с каталитическим нейтрализатором проскока аммиака.The catalytic article may comprise an ammonia slip catalyst located downstream of the selective catalytic reduction (SCR) catalyst. The ammonia slip catalyst may oxidize at least a portion of any nitrogen containing reductant that is not consumed in the selective catalytic reduction process. The ammonia slip catalyst may be located on the outlet side of the flow wall filter and the SCR catalyst may be located on the upstream side of the filter. The ammonia slip catalyst may be located at the downstream end of the flow support, and the SCR catalyst may be located at the upstream end of the flow support. This means that the ammonia slip catalyst and the SCR catalyst are placed on separate blocks in the exhaust system. Such separate units may be placed next to each other and be in contact with each other or be separated from each other by a certain distance, provided that they are in fluid communication with each other and provided that the SCR catalyst unit is located upstream of the block with ammonia slip catalytic converter.

В седьмом аспекте настоящего изобретения предложен способ формирования JMZ-1, включающий:In a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for generating JMZ-1, comprising:

a. формирование реакционной смеси, содержащей: (i) по меньшей мере один источник оксида алюминия, (ii) по меньшей мере один источник диоксида кремния и (iii) структурообразующий агент (SDA), содержащий катион триметил(циклогексилметил) аммония,a. forming a reaction mixture containing: (i) at least one source of alumina, (ii) at least one source of silicon dioxide, and (iii) a structurant (SDA) containing a trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cation,

b. нагревание реакционной смеси и формирование кристаллов цеолита, содержащих каркасную структуру CHA и структурообразующий агент, и маточного раствора иb. heating the reaction mixture and forming zeolite crystals containing a CHA framework structure and a structurant and a mother liquor, and

c. извлечение по меньшей мере части кристаллов цеолита из маточного раствора.c. recovering at least a portion of the zeolite crystals from the mother liquor.

Кристаллы цеолита предпочтительно отделяют от последующего маточного раствора любым традиционным способом, таким как фильтрование.The zeolite crystals are preferably separated from the subsequent mother liquor by any conventional means such as filtration.

Реакционная смесь для способа синтеза JMZ-1 обычно содержит по меньшей мере один источник диоксида кремния, по меньшей мере один источник оксида алюминия, по меньшей мере один SDA, подходящий для формирования JMZ-1, и по меньшей мере один источник гидроксид-ионов. Однако следует понимать, что описанный в настоящем документе способ синтеза не обязательно ограничивается алюмосиликатами, а также может быть применен для синтеза других молекулярных сит, имеющих структуру CHA, таких как боросиликаты, титаносиликаты, ванадосиликаты и т.п. в случае эффективной замены алюминия на B, Fe, Ti или V соответственно. Таким образом, в более общем смысле реакционная смесь, из которой кристаллизуются молекулярные сита, содержит по меньшей мере один активный источник оксида четырехвалентного элемента или смесь оксидов четырехвалентных элементов (например, оксида кремния, оксида германия или их смесей) и по меньшей мере один оксид трехвалентного элемента или смесь оксидов трехвалентных элементов (например, оксида алюминия, оксида бора, оксида галлия, оксида железа, оксида ванадия или их смесей). В реакционной смеси в качестве источника алюминия также может использоваться алюмосиликатный цеолит топологического типа FAU.The reaction mixture for the JMZ-1 synthesis process typically contains at least one source of silica, at least one source of alumina, at least one SDA suitable for forming JMZ-1, and at least one source of hydroxide ions. However, it should be understood that the synthesis method described herein is not necessarily limited to aluminosilicates, but can also be applied to the synthesis of other molecular sieves having a CHA structure, such as borosilicates, titanosilicates, vanadosilicates, and the like. in the case of an effective replacement of aluminum with B, Fe, Ti, or V, respectively. Thus, more generally, the reaction mixture from which the molecular sieves are crystallized contains at least one active source of a tetravalent element oxide or a mixture of oxides of tetravalent elements (e.g., silicon oxide, germanium oxide, or mixtures thereof) and at least one oxide of a trivalent element. element or a mixture of oxides of trivalent elements (for example, alumina, boron oxide, gallium oxide, iron oxide, vanadium oxide or mixtures thereof). In the reaction mixture, an aluminosilicate zeolite of the FAU topological type can also be used as a source of aluminum.

Подходящие источники диоксида кремния включают без ограничений пирогенный диоксид кремния, силикаты, осажденный диоксид кремния, коллоидный диоксид кремния, силикагели, цеолиты, такие как цеолит Y и/или цеолит X, а также гидроксиды и алкоксиды кремния. Предпочтительными являются те источники диоксида кремния, которые обеспечивают высокий относительный выход. Типичные источники оксида алюминия также общеизвестны и включают алюминаты, оксид алюминия, другие цеолиты, такие как FAU-цеолит, коллоиды оксида алюминия, бемиты, псевдобемиты, гидроксиды алюминия, соли алюминия, такие как сульфат алюминия и хлорид алюминия, гидроксиды и алкоксиды алюминия, гели оксида алюминия.Suitable silica sources include, without limitation, fumed silica, silicates, precipitated silica, colloidal silica, silica gels, zeolites such as zeolite Y and/or zeolite X, and silica hydroxides and alkoxides. Those sources of silica are preferred which provide a high relative yield. Typical sources of alumina are also well known and include aluminates, alumina, other zeolites such as FAU zeolite, alumina colloids, boehmites, pseudoboehmites, aluminum hydroxides, aluminum salts such as aluminum sulfate and aluminum chloride, aluminum hydroxides and alkoxides, gels aluminum oxide.

Как правило, в реакционной смеси используют источник гидроксид-ионов, такой как гидроксид щелочного металла и/или гидроксид щелочноземельного металла, включая гидроксид натрия, калия, лития, цезия, рубидия, кальция и магния. Однако этот компонент можно не применять до тех пор, пока сохраняется эквивалентная основность. Для получения гидроксид-иона может быть использован структурообразующий агент (SDA). Таким образом, возможно, целесообразным является ионный обмен, например, галогенид-иона на гидроксид-ион, что позволит уменьшить или устранить требуемое количество гидроксида щелочного металла. Катион щелочного металла или катион щелочноземельного металла может являться частью синтезированного кристаллического оксидного материала, что позволит уравновесить заряды валентных электронов в нем.Typically, a source of hydroxide ions is used in the reaction mixture, such as an alkali metal hydroxide and/or an alkaline earth metal hydroxide, including sodium, potassium, lithium, cesium, rubidium, calcium and magnesium hydroxide. However, this component may be omitted as long as equivalent basicity is maintained. A structurant (SDA) can be used to produce the hydroxide ion. Thus, ion exchange, for example, of a halide ion for a hydroxide ion, may be advantageous in order to reduce or eliminate the required amount of alkali metal hydroxide. The alkali metal cation or alkaline earth metal cation may be part of the synthesized crystalline oxide material, which will balance the charges of the valence electrons in it.

Реакционная смесь может дополнительно содержать щелочной металл. Щелочной металл предпочтительно представляет собой натрий, калий или их комбинацию.The reaction mixture may further contain an alkali metal. The alkali metal is preferably sodium, potassium, or a combination thereof.

Также в реакционную смесь могут быть добавлены или в реакционной смеси могут быть образованы соли, в частности галогениды щелочных металлов, такие как хлорид натрия.Salts, in particular alkali metal halides such as sodium chloride, can also be added to the reaction mixture or formed in the reaction mixture.

Предпочтительно реакционная смесь не содержит или по существу не содержит одно или более из фтора, фторсодержащих соединений и фторид-ионов (фторида).Preferably, the reaction mixture is free or substantially free of one or more of fluorine, fluorine compounds, and fluoride ions (fluoride).

Структурообразующий агент (SDA), предпочтительно катион триметил(циклогексилметил) аммония, может быть связан с анионом, выбранным из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, йодида, гидроксида, ацетата, сульфата, тетрафторбората, карбоксилата, карбоната и бикарбоната. Предпочтительно структурообразующий агент (SDA) представляет собой йодид-анион или гидроксид-анион, более предпочтительно гидроксид-анион.The structurant (SDA), preferably the trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cation, may be associated with an anion selected from the group consisting of fluoride, chloride, bromide, iodide, hydroxide, acetate, sulfate, tetrafluoroborate, carboxylate, carbonate and bicarbonate. Preferably the structurant (SDA) is an iodide anion or a hydroxide anion, more preferably a hydroxide anion.

Реакционная смесь может дополнительно содержать от около 0,1 до около 10 масс.% затравочных кристаллов, причем затравочные кристаллы содержат кристаллическое молекулярное сито, имеющее каркасную структуру CHA.The reaction mixture may further contain from about 0.1 to about 10 wt.% seed crystals, and the seed crystals contain a crystalline molecular sieve having a CHA framework structure.

Затравочные кристаллы могут содержать от 1 до 40 масс.% примеси по меньшей мере одного кристаллического молекулярного сита.The seed crystals may contain from 1 to 40 wt.% impurities of at least one crystalline molecular sieve.

Реакционная смесь содержит смесь воды, источник диоксида кремния, источник оксида алюминия, основание, катион щелочного металла и катионы триметил(циклогексилметил) аммония, причем композиция имеет молярное композиционное соотношение:The reaction mixture contains a mixture of water, a source of silicon dioxide, a source of alumina, a base, an alkali metal cation and trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations, and the composition has a molar composition ratio:

SiO2 / Al2O3 SiO 2 / Al 2 O 3 10–10010–100 OH- / SiO2 OH - / SiO 2 0,05–10.05–1 R / SiO2 R/ SiO2 0,05–0,50.05–0.5 Катион щелочного металла / SiO2 Alkali metal cation / SiO 2 0,1–1,00.1–1.0 H2O / SiO2 H 2 O / SiO 2 5–80,5–80

где R представляет собой SDA, предпочтительно катионы триметил(циклогексилметил) аммония. where R is SDA, preferably trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations.

Предпочтительно реакционная смесь имеет молярное композиционное соотношение:Preferably the reaction mixture has a molar composition ratio:

SiO2 / Al2O3 SiO 2 / Al 2 O 3 15–7015–70 OH- / SiO2 OH - / SiO 2 0,1–0,70.1–0.7 R / SiO2 R/ SiO2 0,05–0,20.05–0.2 Катион щелочного металла / SiO2 Alkali metal cation / SiO 2 0,15–0,650.15–0.65 H2O / SiO2 H 2 O / SiO 2 10–610–6

Реакционная смесь может представлять собой раствор, коллоидную дисперсию (коллоидный золь), гель или пасту, причем предпочтительной формой является гель.The reaction mixture may be a solution, a colloidal dispersion (colloidal sol), a gel or a paste, with a gel being the preferred form.

Предпочтительно, чтобы общий выход по диоксиду кремния в процессе составлял по меньшей мере около 60%, например по меньшей мере около 70%, по меньшей мере около 80%. Предпочтительно, чтобы общий выход по SDA в процессе составлял по меньшей мере около 40%, например по меньшей мере около 60%, по меньшей мере около 80%, по меньшей мере около 90%, по меньшей мере от около 40 до около 90%, от около 40 до около 60%, от около 60 до около 80%, от около 80 до около 90%, от около 90 до около 95% или от около 95 до около 99%.Preferably, the overall silica yield of the process is at least about 60%, such as at least about 70%, at least about 80%. Preferably, the overall SDA yield of the process is at least about 40%, such as at least about 60%, at least about 80%, at least about 90%, at least about 40% to about 90%, about 40% to about 60%, about 60% to about 80%, about 80% to about 90%, about 90% to about 95%, or about 95% to about 99%.

Температуры реакции, значения времени и скоростей перемешивания и другие технологические параметры, которые подходят для традиционных методов синтеза структур CHA, также в общем случае подходят для настоящего изобретения. Как правило, реакционную смесь выдерживают при повышенной температуре до образования кристаллов JMZ-1. Гидротермическую кристаллизацию, как правило, проводят под автогенным давлением при температуре от около 75 до около 220°C, например от около 120 до 160 °C, в течение нескольких часов, например от около 0,1 до около 20 суток и предпочтительно от около 0,25 до около 3 суток. Цеолит предпочтительно получают путем перемешивания или смешивания.Reaction temperatures, mixing times and rates, and other process parameters that are suitable for traditional methods for synthesizing CHA structures are also generally suitable for the present invention. Typically, the reaction mixture is kept at an elevated temperature until JMZ-1 crystals form. Hydrothermal crystallization is typically carried out under autogenous pressure at a temperature of from about 75 to about 220°C, for example from about 120 to 160°C, for several hours, for example from about 0.1 to about 20 days and preferably from about 0 .25 to about 3 days. The zeolite is preferably obtained by stirring or mixing.

На стадии гидротермической кристаллизации зародышеобразование кристаллы JMZ-1 из реакционной смеси может осуществляться спонтанно. Использование кристаллов JMZ-1 или других кристаллов с топологией CHA в качестве затравочного материала может быть преимущественным с точки зрения уменьшения времени, необходимого для полной кристаллизации. При использовании в качестве затравки кристаллы JMZ-1 можно добавлять в количестве от 0,1 до 10% от массы диоксида кремния, используемого в реакционной смеси.At the stage of hydrothermal crystallization, nucleation of JMZ-1 crystals from the reaction mixture can occur spontaneously. The use of JMZ-1 crystals or other CHA topology crystals as seed material can be advantageous in terms of reducing the time required for complete crystallization. When used as a seed, JMZ-1 crystals can be added in an amount of 0.1 to 10% by weight of the silica used in the reaction mixture.

После образования кристаллов JMZ-1 твердый продукт отделяют от реакционной смеси стандартными методами разделения, такими как фильтрация. Кристаллы JMZ-1 промывают водой, а затем высушивают в течение от нескольких секунд до нескольких минут (например, от 5 секунд до 10 минут для мгновенной сушки) или нескольких часов (например, от около 4 до около 24 часов для сушки в печи при температуре от 75 до около 150 °C) с получением синтезированных кристаллов JMZ-1, имеющих топологическую каркасную структуру CHA и структурообразующий агент (SDA) внутри кристаллов. Стадию сушки можно осуществлять при атмосферном давлении или под вакуумом.After the formation of JMZ-1 crystals, the solid product is separated from the reaction mixture by standard separation methods such as filtration. The JMZ-1 crystals are washed with water and then dried for several seconds to several minutes (for example, 5 seconds to 10 minutes for instant drying) or several hours (for example, about 4 to about 24 hours for oven drying at from 75 to about 150 °C) to obtain synthesized JMZ-1 crystals having a CHA topological framework structure and a structure forming agent (SDA) inside the crystals. The drying step can be carried out at atmospheric pressure or under vacuum.

Следует понимать, что описанная выше последовательность стадий, а также каждый из упомянутых выше периодов времени и значений температуры приведены лишь в качестве примера и могут изменяться.It should be understood that the sequence of steps described above, as well as each of the time periods and temperatures mentioned above, are given by way of example only and are subject to change.

Кристаллы цеолита JMZ-1, полученные в соответствии с данным способом, могут быть однородными, содержать небольшое количество или не содержать двойников и/или содержать множество двойников или могут образовывать агломераты.Crystals of zeolite JMZ-1 obtained in accordance with this method may be homogeneous, contain little or no twins and/or contain many twins, or may form agglomerates.

Кристаллы JMZ-1, полученные в соответствии со способами, описанными в настоящем документе, могут иметь средний размер кристаллитов от около 0,01 до около 5 мкм, например от около 0,5 до около 5 мкм, от около 0,1 до около 1 мкм и от около 1 до около 5 мкм. Крупные кристаллы можно размалывать с помощью струйной мельницы или другого способа измельчения посредством столкновения частиц друг с другом до среднего размера от около 1,0 до около 1,5 мкм, чтобы упростить нанесение суспензии, содержащей катализатор, на подложку, такую как проточную монолитную подложку.JMZ-1 crystals prepared according to the methods described herein may have an average crystallite size of about 0.01 to about 5 microns, such as about 0.5 to about 5 microns, about 0.1 to about 1 µm and from about 1 to about 5 µm. Large crystals can be ground using a jet mill or other grinding method by colliding particles with each other to an average size of from about 1.0 to about 1.5 microns to facilitate the application of the catalyst-containing slurry to a support, such as a flow-through monolithic support.

JMZ-1, синтезированный способами, описанными в настоящем документе, предпочтительно имеет соотношение оксида кремния и оксида алюминия (SAR) в диапазоне от около 8 до около 50 включительно, от около 10 до около 35 или от около 15 до около 25. Соотношение SAR может быть селективно достигнуто на основании композиции исходной смеси для синтеза и/или корректировки других переменных процесса. Соотношение оксида кремния и оксида алюминия в цеолитах можно определить традиционным методом анализа. Это соотношение считается максимально приближенным к соотношению в жестком атомном каркасе кристалла цеолита и не относится к кремнию или алюминию, содержащимся в связующем (для применения в катализаторах) или в катионной или иной форме внутри каналов.JMZ-1 synthesized by the methods described herein preferably has a silica to alumina ratio (SAR) in the range of about 8 to about 50, inclusive, about 10 to about 35, or about 15 to about 25. The SAR ratio may be selectively achieved based on the composition of the initial mixture for synthesis and/or adjustment of other process variables. The ratio of silicon oxide and alumina in zeolites can be determined by the traditional method of analysis. This ratio is considered as close as possible to the ratio in the rigid atomic framework of the zeolite crystal and does not apply to silicon or aluminum contained in the binder (for use in catalysts) or in cationic or other form within the channels.

Цеолиты, синтезированные настоящим способом, могут включать в себя один или более внерешеточных щелочных и/или щелочноземельных металлов. Эти металлы, как правило, вводят в реакционную смесь вместе с источником гидроксид-ионов. Примеры таких металлов включают в себя один или более из бария, кальция, цезия, лития, магния, калия, рубидия, натрия и стронция.Zeolites synthesized by the present process may include one or more extralattice alkali and/or alkaline earth metals. These metals are usually introduced into the reaction mixture along with a source of hydroxide ions. Examples of such metals include one or more of barium, calcium, cesium, lithium, magnesium, potassium, rubidium, sodium, and strontium.

В общем случае желательно удалить катион щелочного металла путем ионного обмена и заменить его на водород, ион аммония или ион любого желаемого металла. Соответственно, цеолиты настоящего изобретения могут представлять собой цеолит натриевой формы, цеолит калиевой формы или комбинацию Na и K форм и т. п. или могут представлять собой цеолит водородной формы, цеолит аммониевой формы или цеолит с замещающим металлом. Типичные методы ионного обмена включают приведение синтетического цеолита в контакт с раствором, содержащим соль требуемого замещающего катиона или катионов. Хотя можно использовать широкий спектр солей, наиболее предпочтительными являются хлориды и другие галогениды, нитраты, сульфаты и карбонаты. Типичные методы ионного обмена широко известны в данной области техники. Ионный обмен происходит после синтеза и может осуществляться либо до, либо после обжига цеолита. После приведения в контакт с раствором соли требуемого замещающего катиона цеолит обычно промывают водой и высушивают при температурах в диапазоне от 65°C до около 315°C, обычно от 80°C до 150°C. После промывки цеолит можно подвергнуть обжигу в атмосфере инертного газа и/или на воздухе при температурах в диапазоне от около 315°C до 850°C в течение периодов времени в диапазоне от 1 до 48 часов или более с получением каталитически активного и стабильного цеолита.In general, it is desirable to remove the alkali metal cation by ion exchange and replace it with hydrogen, ammonium ion, or any desired metal ion. Accordingly, the zeolites of the present invention may be a sodium form zeolite, a potassium form zeolite, or a combination of Na and K forms, and the like, or may be a hydrogen form zeolite, an ammonium form zeolite, or a metal-substituted zeolite. Typical ion exchange methods involve bringing the synthetic zeolite into contact with a solution containing a salt of the desired substituting cation or cations. Although a wide range of salts can be used, the most preferred are chlorides and other halides, nitrates, sulfates and carbonates. Typical ion exchange methods are widely known in the art. The ion exchange occurs after synthesis and can be carried out either before or after the calcination of the zeolite. After bringing into contact with a salt solution of the desired replacement cation, the zeolite is usually washed with water and dried at temperatures in the range from 65°C to about 315°C, typically from 80°C to 150°C. After washing, the zeolite can be calcined under an inert gas atmosphere and/or in air at temperatures ranging from about 315°C to 850°C for periods of time ranging from 1 to 48 hours or more to obtain a catalytically active and stable zeolite.

В восьмом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения JMZ-1C путем прокаливания (обжига) JMZ-1. В настоящем документе термин «кальцинирование», «обжиг» или «прокаливание» означает нагревание материала в присутствии воздуха или кислорода. Это определение согласуется с определением прокаливания по IUPAC. (IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Составили: A. D. McNaught и A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Исправленная версия XML онлайн: http://goldbook.iupac.org (2006-), подготовлена: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; обновления составил A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/goldbook.) Прокаливание выполняют с целью разложения соли металла и промотирования обмена ионами металлов в цеолите, а также для усиления адгезии цеолита к подложке. Температура, используемая при прокаливании, зависит от компонентов, содержащихся в прокаливаемом материале, и в общем случае составляет от около 300°C до около 900°C, а продолжительность прокаливания составляет примерно 1–8 часов. В некоторых случаях прокаливание можно выполнять при температуре вплоть до около 1200°C. В вариантах применения, включающих описанные в настоящем документе процессы, прокаливание в общем случае выполняют при температурах от около 400°C до около 700°C в течение около 1–8 часов, предпочтительно при температурах от около 400°C до около 650°C в течение около 1–4 часов.In an eighth aspect of the present invention, there is provided a process for producing JMZ-1C by calcining (roasting) JMZ-1. As used herein, the term "calcining", "calcining" or "calcining" means heating a material in the presence of air or oxygen. This definition is consistent with the IUPAC definition of calcination. (IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by: A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Revised XML online: http://goldbook.iupac. org (2006-), prepared by: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata, updated by A. Jenkins, ISBN 0-9678550-9-8, doi:10.1351/goldbook.) promoting the exchange of metal ions in the zeolite, as well as to enhance the adhesion of the zeolite to the substrate. The temperature used in the calcination depends on the components contained in the material to be calcined, and generally ranges from about 300°C to about 900°C, and the duration of the calcination is about 1-8 hours. In some cases, the calcination can be performed at temperatures up to about 1200°C. In applications involving the processes described herein, calcination is generally performed at temperatures from about 400°C to about 700°C for about 1 to 8 hours, preferably at temperatures from about 400°C to about 650°C in for about 1-4 hours.

В девятом аспекте настоящего изобретения предложены способы очистки отработавшего газа из двигателя путем приведения отработавшего газа в контакт с катализированным цеолитом второго аспекта настоящего изобретения (JMZ-1C или пропитанный металлом JMZ-1C).In a ninth aspect of the present invention, methods are provided for purifying exhaust gas from an engine by contacting the exhaust gas with a catalyzed zeolite of the second aspect of the present invention (JMZ-1C or metal impregnated JMZ-1C).

Способ восстановления содержащихся в газе соединений NOX и/или окисления NH3 включает в себя приведение газа в контакт с JMZ-1C или металлсодержащим JMZ-1C в течение времени, достаточного для снижения уровня соединений NOx в газе. Способы настоящего изобретения могут включать в себя одну или более из следующих стадий. (a) накопление и/или сжигание сажи, которая находится в контакте с впускным отверстием каталитического фильтра; (b) введение азотсодержащего восстанавливающего агента в поток отработавшего газа перед приведением его в контакт с каталитическим фильтром, предпочтительно без промежуточных каталитических стадий, включающих обработку NOx и восстановителя; (c) формирование NH3 над катализатором адсорбции NOx или ловушкой бедных NOx и предпочтительно применение такого NH3 в качестве восстановителя в протекающей ниже по потоку реакции SCR; (d) приведение потока отработавшего газа в контакт с DOC для окисления растворимой органической фракции (SOF) на основе углеводородов и/или монооксида углерода в CO2 и/или окисления NO до NO2, который, в свою очередь, можно использовать для окисления твердых частиц в фильтре для твердых частиц; и/или уменьшение количества твердых частиц (PM) в отработавшем газе; (e) приведение отработавшего газа в контакт с одним или более устройствами проточного SCR-катализатора в присутствии восстанавливающего агента для снижения концентрации NOX в отработавшем газе; и (f) приведение отработавшего газа в контакт с катализатором проскока аммиака, предпочтительно ниже по потоку относительно SCR-катализатора, для окисления большей части или всего аммиака перед выбросом отработавшего газа в атмосферу или пропусканием отработавшего газа через контур рециркуляции перед подачей/повторной подачей в двигатель.The method for reducing the NO X compounds contained in the gas and/or oxidizing the NH 3 includes bringing the gas into contact with JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C for a time sufficient to reduce the level of NO x compounds in the gas. The methods of the present invention may include one or more of the following steps. (a) accumulation and/or combustion of soot that is in contact with the inlet of the catalytic filter; (b) introducing a nitrogen-containing reducing agent into the exhaust gas stream prior to bringing it into contact with the catalytic filter, preferably without intermediate catalytic steps involving NO x and reducing agent treatment; (c) forming NH 3 over a NO x adsorption catalyst or lean NO x trap, and preferably using such NH 3 as a reducing agent in a downstream SCR reaction; (d) contacting the exhaust gas stream with DOC to oxidize the soluble organic fraction (SOF) based on hydrocarbons and/or carbon monoxide to CO 2 and/or oxidize NO to NO 2 , which in turn can be used to oxidize solid particles in the particulate filter; and/or reducing the amount of particulate matter (PM) in the exhaust gas; (e) contacting the exhaust gas with one or more SCR flow catalyst devices in the presence of a reducing agent to reduce the NO X concentration in the exhaust gas; and (f) contacting the exhaust gas with an ammonia slip catalyst, preferably downstream of the SCR catalyst, to oxidize most or all of the ammonia before venting the exhaust gas to atmosphere or passing the exhaust gas through a recirculation loop before being fed/re-supplied to the engine .

JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C может стимулировать реакцию восстановителя, предпочтительно аммиака, с оксидами азота с селективным образованием элементарного азота (N2) и воды (H2O). Таким образом, катализатор может иметь состав, благоприятствующий восстановлению оксидов азота восстановителем (т. е. может представлять собой SCR-катализатор). Примеры таких восстановителей включают углеводороды (например, углеводороды C3–C6) и азотсодержащие восстановители, такие как аммиак и гидразин аммония, или любой подходящий предшественник аммиака, такой как карбамид ((NH2)2CO), карбонат аммония, карбамат аммония, гидрокарбонат аммония или формиат аммония.JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C can promote the reaction of a reducing agent, preferably ammonia, with oxides of nitrogen to selectively form elemental nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). Thus, the catalyst may be formulated to favor the reduction of nitrogen oxides with the reducing agent (ie, may be an SCR catalyst). Examples of such reducing agents include hydrocarbons (eg C3-C6 hydrocarbons) and nitrogen containing reducing agents such as ammonia and ammonium hydrazine, or any suitable ammonia precursor such as urea ((NH 2 ) 2 CO), ammonium carbonate, ammonium carbamate, ammonium hydrogen carbonate or ammonium formate.

Восстановитель на основе азота, в частности NH3, для применения в процессе SCR может полностью или по меньшей мере частично обеспечиваться с помощью катализатора адсорбции NOX (NAC), ловушки бедных NOX (LNT) или катализатора накопления/восстановления NOX (NSRC), расположенного выше по потоку относительно SCR-катализатора, например SCR-катализатора настоящего изобретения, расположенного на фильтре с проточными стенками. Компоненты NAC, используемые в настоящем изобретении, включают каталитическую комбинацию из основного материала (такого как щелочной металл, щелочноземельный металл или редкоземельный металл, включая оксиды щелочных металлов, оксиды щелочноземельных металлов и их комбинации) и драгоценного металла (такого как платина) и необязательно компонента катализатора восстановления, такого как родий. Конкретные типы основных материалов, используемых в NAC, включают оксид цезия, оксид калия, оксид магния, оксид натрия, оксид кальция, оксид стронция, оксид бария и их комбинации. Драгоценный металл предпочтительно присутствует в количестве от около 10 до около 200 г/фут3, например от 20 до 60 г/фут3. В альтернативном варианте осуществления драгоценный металл катализатора характеризуется средней концентрацией, которая может составлять от около 40 до около 100 г/фут3.The nitrogen-based reductant, in particular NH 3 , for use in the SCR process can be wholly or at least partially provided by a NO X Adsorption Catalyst (NAC), a Low NO X Trap (LNT), or a NO X Storage/Recovery Catalyst (NSRC) located upstream of the SCR catalyst, such as the SCR catalyst of the present invention, located on the filter with flow walls. The NAC components used in the present invention include a catalytic combination of a base material (such as an alkali metal, an alkaline earth metal, or a rare earth metal, including alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, and combinations thereof) and a precious metal (such as platinum) and optionally a catalyst component restoration such as rhodium. Specific types of base materials used in NAC include cesium oxide, potassium oxide, magnesium oxide, sodium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, and combinations thereof. The precious metal is preferably present in an amount of from about 10 to about 200 g/ft 3 , for example from 20 to 60 g/ft 3 . In an alternative embodiment, the catalyst precious metal has an average concentration that can be from about 40 to about 100 g/ft 3 .

Во время периодических циклов регенерации в богатом режиме над катализатором адсорбции NOx может образовываться NH3. SCR-катализатор, расположенный ниже по потоку относительно катализатора адсорбции NOx, может способствовать повышению общей эффективности снижения концентрации NOx в системе. В комбинированной системе SCR-катализатор способен накапливать NH3, высвобожденный из катализатора NAC во время периодических циклов регенерации в богатом режиме, и накопленный NH3 применяется для селективного снижения концентрации некоторых или всех оксидов NOx, которые проскакивают через катализатор NAC в обычных условиях эксплуатации в бедном режиме.During periodic rich mode regeneration cycles, NH 3 can form over the NO x adsorption catalyst. An SCR catalyst located downstream of the NO x adsorption catalyst can improve the overall efficiency of reducing the NO x concentration in the system. In a combined system, the SCR catalyst is able to store NH 3 liberated from the NAC catalyst during intermittent rich mode regeneration cycles, and the stored NH 3 is used to selectively reduce some or all of the NO x oxides that pass through the NAC catalyst under normal operating conditions in poor mode.

Данный способ очистки отработавшего газа можно применять к отработавшему газу, произведенному в результате процесса сгорания, например в двигателе внутреннего сгорания (автомобильном или стационарном), газовой турбине и электростанциях, работающих на угле или нефтепродуктах. Данный способ также можно использовать для обработки газов, образующихся в промышленных процессах, таких как нефтепереработка, в нагревательных и котельных установках нефтеперерабатывающих заводов, печах, в химической обрабатывающей промышленности, коксовых печах, на предприятиях по переработке твердых бытовых отходов и мусоросжигательных заводах и т.п. Способ можно использовать для очистки отработавшего газа из двигателя внутреннего сгорания, обедненного автомобилем, такого как дизельный двигатель, обедненного бензиновым двигателем или двигателем, приводимым в действие жидким нефтяным газом или природным газом.This exhaust gas purification method can be applied to exhaust gas produced from a combustion process, such as in an internal combustion engine (automobile or stationary), gas turbine, and coal-fired or oil-fired power plants. This method can also be used to treat gases generated in industrial processes such as oil refining, refinery heating and boiler installations, furnaces, chemical processing industries, coke ovens, municipal solid waste treatment plants and waste incinerators, etc. . The method can be used to clean exhaust gas from an automobile lean internal combustion engine, such as a diesel engine, a lean gasoline engine, or an engine powered by liquid petroleum gas or natural gas.

Способ очистки отработавшего газа может включать приведение отработавшего газа сгорания, содержащего NOx и/или NH3, в контакт с каталитическим изделием пятого аспекта изобретения для селективного восстановления по меньшей мере части NOx до N2 и H2O и/или окисления по меньшей мере части NH3.The exhaust gas purification method may include bringing the combustion exhaust gas containing NO x and/or NH 3 into contact with the catalytic article of the fifth aspect of the invention to selectively reduce at least a portion of NO x to N 2 and H 2 O and/or oxidize at least least part of NH 3 .

Кальцинированный цеолит второго аспекта настоящего изобретения (JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C) также может стимулировать окисление аммиака. Предпочтительно JMZ-1C содержит ионы одного или более металлов, таких как медь или железо, которые включаются в JMZ-1C путем пропитки. Катализатор может иметь состав, благоприятствующий окислению кислородом аммиака, в частности, аммиака в концентрации, обычно встречающейся ниже по потоку от SCR-катализатора (например, катализатора окисления аммиака (AMOX), такого как катализатор проскока аммиака (ASC)). Катализатор со структурой CHA может быть расположен в виде верхнего слоя, нанесенного поверх окислительного нижнего слоя, где нижний слой содержит катализатор, содержащий металл платиновой группы (PGM), или катализатор, не содержащий PGM. Предпочтительно компонент катализатора в нижнем слое расположен на носителе с высокой площадью поверхности, включающем без ограничений оксид алюминия.The calcined zeolite of the second aspect of the present invention (JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C) can also promote ammonia oxidation. Preferably the JMZ-1C contains one or more metal ions, such as copper or iron, which are incorporated into the JMZ-1C by impregnation. The catalyst may be formulated to favor oxygen oxidation of ammonia, in particular ammonia at a concentration typically found downstream of an SCR catalyst (e.g., an ammonia oxidation catalyst (AMOX) such as an ammonia slip catalyst (ASC)). The CHA structure catalyst can be positioned as a top layer deposited on top of an oxidizing bottom layer, where the bottom layer contains a platinum group metal (PGM) containing catalyst or a non-PGM containing catalyst. Preferably, the catalyst component in the lower layer is located on a high surface area carrier including, but not limited to, alumina.

Операции SCR и AMOX могут выполняться последовательно, причем в обоих процессах используется катализатор, содержащий катализатор со структурой CHA, описанный в настоящем документе, и при этом процесс SCR осуществляется перед процессом AMOX. Например, состав SCR-катализатора может располагаться на впускной стороне фильтра, а состав катализатора AMOX может быть расположен на выпускной стороне фильтра.The SCR and AMOX steps may be performed sequentially, with both processes using a catalyst containing the CHA catalyst described herein, with the SCR process occurring before the AMOX process. For example, the SCR catalyst composition may be located on the inlet side of the filter, and the AMOX catalyst composition may be located on the outlet side of the filter.

Соответственно, предложен способ восстановления содержащихся в газе соединений NOx или окисления NH3, который включает в себя приведение газа в контакт с композицией катализатора, описанной в настоящем документе, для каталитического восстановления соединений NOx в течение времени, достаточного для снижения уровня соединений NOx и/или NH3 в газе.Accordingly, a method is provided for reducing NO x compounds contained in a gas or oxidizing NH 3 , which includes contacting the gas with a catalyst composition described herein to catalytically reduce NO x compounds for a time sufficient to reduce the level of NO x compounds. and/or NH 3 in gas.

Процесс SCR и/или AMOX можно проводить при температуре по меньшей мере 100°C, предпочтительно при температуре от около 150°C до около 750°C, более предпочтительно от около 175 до около 550°C, еще более предпочтительно от 175 до 400°C.The SCR and/or AMOX process can be carried out at a temperature of at least 100°C, preferably at a temperature of from about 150°C to about 750°C, more preferably from about 175 to about 550°C, even more preferably from 175 to 400°C. C.

В некоторых условиях температурный диапазон может составлять от 450 до 900°C, предпочтительно от 500 до 750°C, более предпочтительно от 500 до 650°C, еще более предпочтительно от 450 до 550°C. Температуры более 450 °C можно, в частности, использовать для обработки отработавших газов из тяжелых и легких дизельных двигателей, имеющих системы выпуска отработавших газов, содержащие (необязательно катализированные) фильтры твердых частиц выхлопа дизельных двигателей, которые активно регенерируют, например, путем впрыскивания углеводородов в систему выпуска отработавших газов выше по потоку относительно фильтра, причем цеолитный катализатор для использования в настоящем изобретении располагается ниже по потоку относительно фильтра.Under certain conditions, the temperature range may be from 450 to 900°C, preferably from 500 to 750°C, more preferably from 500 to 650°C, even more preferably from 450 to 550°C. Temperatures above 450 °C can in particular be used for treating exhaust gases from heavy and light diesel engines having exhaust systems containing (optionally catalyzed) diesel particulate filters that are actively regenerated, for example by injecting hydrocarbons into an exhaust system upstream of the filter, wherein the zeolite catalyst for use in the present invention is located downstream of the filter.

В десятом аспекте настоящего изобретения JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C может стимулировать образование метиламинов в реакции метанола и аммиака и превращение метанола в низшие олефины, в частности этилен и пропилен.In a tenth aspect of the present invention, JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C can stimulate the formation of methylamines in the reaction of methanol and ammonia and the conversion of methanol to lower olefins, in particular ethylene and propylene.

Способ конверсии оксигената, такого как метанол, в олефин (MTO) путем приведения метанола в контакт с JMZ-1C или металлсодержащим JMZ-1C, как описано выше в настоящем документе. Реакционный процесс конверсии оксигената в олефин (OTO) хорошо известен специалистам в данной области техники. В частности, в реакционном процессе OTO оксигенат приводится в контакт с каталитической композицией на основе молекулярного сита в условиях, эффективных для конверсии по меньшей мере части оксигената в легкие олефины. Если метанол представляет собой оксигенат, этот способ в общем случае называют реакционным процессом «метанол-в-олефины» (MTO). Метанол является особенно предпочтительным оксигенатом для синтеза этилена и/или пропилена.A process for converting an oxygenate, such as methanol, to an olefin (MTO) by contacting methanol with JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C, as described above herein. The reaction process for converting oxygenate to olefin (OTO) is well known to those skilled in the art. In particular, in the OTO reaction process, the oxygenate is contacted with a molecular sieve catalyst composition under conditions effective to convert at least a portion of the oxygenate to light olefins. If the methanol is an oxygenate, this process is generally referred to as the methanol-to-olefins (MTO) reaction process. Methanol is a particularly preferred oxygenate for the synthesis of ethylene and/or propylene.

Способ конверсии оксигенатного сырья в легкий олефиновый продукт включает: a) обеспечение оксигенатного сырья, содержащего значительную часть метанола; b) обеспечение каталитической композиции, содержащей JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C и необязательно основный сокатализатор на основе оксида металла; и c) приведение оксигенатного сырья в контакт с каталитической композицией в условиях, достаточных для конверсии по меньшей мере части оксигенатного сырья в легкий олефиновый продукт.The process for converting an oxygenate feed to a light olefin product includes: a) providing an oxygenate feed containing a significant portion of methanol; b) providing a catalyst composition containing JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C and optionally a basic metal oxide co-catalyst; and c) contacting the oxygenate feedstock with the catalyst composition under conditions sufficient to convert at least a portion of the oxygenate feedstock to a light olefin product.

Оксигенатное сырье, в частности композиция, представляющая собой смесь спиртов и содержащая метанол и этанол, является подходящим сырьем для различных каталитических процессов, в частности для реакционных процессов «оксигенат-в-олефин» (OTO), в которых каталитическую композицию, как правило, содержащую первичный оксидный катализатор, содержащий по меньшей мере два из Al, Si и P (например, если первичный оксидный катализатор содержит Al и Si, он представляет собой алюмосиликатное молекулярное сито, предпочтительно алюмосиликатное молекулярное сито с высоким содержанием диоксида кремния), и предпочтительно основный сокатализатор на основе оксида металла, можно использовать для конверсии оксигенатного сырья в легкий олефиновый продукт, например, содержащий этилен и/или пропилен, предпочтительно включающий этилен. Затем олефины могут быть извлечены и использованы в дальнейшей переработке, например в производстве полиолефинов, таких как полиэтилен и/или полипропилен, олефиновых олигомеров, олефиновых сополимеров, их смесей и/или их компаундов.An oxygenate feedstock, in particular a composition that is a mixture of alcohols and contains methanol and ethanol, is a suitable feedstock for various catalytic processes, in particular for oxygenate-to-olefin (OTO) reaction processes, in which the catalyst composition, as a rule, contains a primary oxide catalyst containing at least two of Al, Si and P (for example, if the primary oxide catalyst contains Al and Si, it is an aluminosilicate molecular sieve, preferably a high silica aluminosilicate molecular sieve), and preferably a basic cocatalyst on based on a metal oxide, can be used to convert an oxygenate feed to a light olefin product, for example containing ethylene and/or propylene, preferably including ethylene. The olefins can then be recovered and used in further processing, for example in the production of polyolefins such as polyethylene and/or polypropylene, olefin oligomers, olefin copolymers, mixtures thereof and/or compounds thereof.

В сырье, направляемое в реакционную систему OTO, можно включать один или более дополнительных компонентов. Например, сырье, направляемое в реакционную систему OTO, помимо метанола и этанола может необязательно содержать одно или более соединений с алифатическими функциональными группами, таких как спирты, амины, карбонильные соединения, например альдегиды, кетоны и карбоновые кислоты, простые эфиры, галогениды, меркаптаны, сульфиды и т.п., а также их смеси. Алифатическая функциональная группа таких соединений, как правило, содержит от 1 до 50 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 20 атомов углерода, более предпочтительно от 1 до 10 атомов углерода, наиболее предпочтительно от 1 до 4 атомов углерода.One or more additional components may be included in the feed to the OTO reaction system. For example, the feedstock sent to the OTO reaction system, in addition to methanol and ethanol, may optionally contain one or more compounds with aliphatic functional groups, such as alcohols, amines, carbonyl compounds, such as aldehydes, ketones and carboxylic acids, ethers, halides, mercaptans, sulfides, and the like; and mixtures thereof. The aliphatic functional group of such compounds typically contains 1 to 50 carbon atoms, preferably 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, most preferably 1 to 4 carbon atoms.

Не имеющие ограничительного характера примеры соединений с алифатическими функциональными группами включают спирты, такие как метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол и т. п., алкилмеркаптаны, такие как метилмеркаптан и этилмеркаптан, алкилсульфиды, такие как метилсульфид, алкиламины, такие как метиламин, простые алкиловые эфиры, такие как ДМЭ, диэтиловый эфир и метилэтиловый эфир, алкилгалогениды, такие как метилхлорид и этилхлорид, алкилкетоны, такие как диметилкетон, алкилальдегиды, такие как формальдегид и ацетальдегид, и различные органические кислоты, такие как муравьиная кислота и уксусная кислота.Non-limiting examples of compounds with aliphatic functional groups include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol and the like, alkyl mercaptans such as methyl mercaptan and ethyl mercaptan, alkyl sulfides such as methyl sulfide, alkyl amines such as methylamine, alkyl ethers such as DME, diethyl ether and methyl ethyl ether, alkyl halides such as methyl chloride and ethyl chloride, alkyl ketones such as dimethyl ketone, alkyl aldehydes such as formaldehyde and acetaldehyde, and various organic acids such as formic acid and acetic acid.

Описанные выше различные виды сырья конвертируются преимущественно в один или более олефинов. Олефины или олефиновые мономеры, полученные из сырья, обычно содержат от 2 до 30 атомов углерода, предпочтительно от 2 до 8 атомов углерода, более предпочтительно от 2 до 6 атомов углерода, еще более предпочтительно от 2 до 4 атомов углерода, а наиболее предпочтительно представляют собой этилен и/или пропилен. Не имеющие ограничительного характера примеры олефиновых мономеров включают в себя этилен, пропилен, бутен-1, пентен-1,4-метилпентен-1, гексен-1, октен-1 и децен-1, предпочтительно этилен, пропилен, бутен-1, пентен-1,4-метилпентен-1, гексен-1, октен-1 и их изомеры. Другие олефиновые мономеры могут включать без ограничений ненасыщенные мономеры, диолефины, имеющие от 4 до 18 атомов углерода, конъюгированные или неконъюгированные диены, полиены, виниловые мономеры и циклические олефины.The various feedstocks described above are predominantly converted to one or more olefins. The olefins or olefin monomers derived from the feedstock typically contain 2 to 30 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms, more preferably 2 to 6 carbon atoms, even more preferably 2 to 4 carbon atoms, and most preferably are ethylene and/or propylene. Non-limiting examples of olefin monomers include ethylene, propylene, butene-1, pentene-1,4-methylpentene-1, hexene-1, octene-1 and decene-1, preferably ethylene, propylene, butene-1, pentene -1,4-methylpentene-1, hexene-1, octene-1 and their isomers. Other olefin monomers may include, without limitation, unsaturated monomers, diolefins having from 4 to 18 carbon atoms, conjugated or unconjugated dienes, polyenes, vinyl monomers, and cyclic olefins.

В одиннадцатом аспекте настоящего изобретения каталитическое изделие для конверсии низкомолекулярных кислородсодержащих соединений в богатый олефином углеводородный поток может содержать JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C, где JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C располагаются на подложке и/или внутри структуры.In an eleventh aspect of the present invention, a catalyst article for converting low molecular weight oxygenates to an olefin-rich hydrocarbon stream may comprise JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C, wherein the JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C is located on the support and/or within the structure.

Каталитическое изделие для конверсии низкомолекулярных кислородсодержащих соединений в богатый ароматическими соединениями поток углеводородов может содержать JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C, где JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C располагаются на подложке и/или внутри структуры.A catalytic article for converting low molecular weight oxygenates to an aromatics-rich hydrocarbon stream may contain JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C, where JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C are located on the substrate and/or within the structure.

Катализатор может быть включен в другие добавочные материалы или смешан с ними. Такую добавку, как правило, называют катализатором или каталитической композицией, входящими в состав смеси. Предпочтительно, чтобы добавочные материалы были по существу инертными по отношению к реакциям конверсии, в которых используются простые диалкиловые эфиры (например, простой диметиловый эфир) и/или алканолы (например, метанол, этанол и т.п.).The catalyst may be included in or mixed with other additive materials. Such an additive is generally referred to as a catalyst or catalyst composition, which is part of the mixture. Preferably, the additive materials are substantially inert to conversion reactions using dialkyl ethers (eg, dimethyl ether) and/or alkanols (eg, methanol, ethanol, etc.).

Один или более других материалов могут быть смешаны с JMZ-1C или с металлсодержащим JMZ-1C, в частности материалы, устойчивые к температурам и другим условиям, используемым в процессах органической конверсии. Такие материалы могут включать каталитически активные и неактивные материалы и синтетические или природные цеолиты, а также неорганические материалы, такие как глины, диоксид кремния и/или другие оксиды металлов, такие как оксид алюминия. Последний может быть либо природного происхождения, либо находиться в форме студенистых осадков или гелей, включая смеси диоксида кремния и оксидов металлов. Применение каталитически активного материала может способствовать изменению степени конверсии и/или селективности катализатора в процессе конверсии оксигената. Неактивные материалы могут соответствующим образом служить в качестве разбавителей для контроля степени конверсии в процессе, что позволяет получать продукты экономичным и упорядоченным образом без применения других средств контроля скорости реакции. Эти материалы могут быть включены в природные глины, например бентонит и каолин, для повышения прочности катализатора на раздавливание в промышленных условиях эксплуатации. Материалы (например, глины, оксиды и т. п.) могут выступать в качестве связующих для катализатора. Может быть желательным обеспечить катализатор, обладающий высокой прочностью на раздавливание, поскольку в коммерческом применении может быть желательным предотвращать разрушение катализатора до порошкообразных материалов.One or more other materials may be blended with the JMZ-1C or the metal containing JMZ-1C, in particular materials that are resistant to the temperatures and other conditions used in organic conversion processes. Such materials may include catalytically active and inactive materials and synthetic or natural zeolites, as well as inorganic materials such as clays, silica and/or other metal oxides such as alumina. The latter may be either naturally occurring or in the form of gelatinous precipitates or gels, including mixtures of silica and metal oxides. The use of a catalytically active material may contribute to changing the degree of conversion and/or selectivity of the catalyst in the conversion of the oxygenate. Inactive materials can suitably serve as diluents to control the degree of conversion in the process, which allows you to get products in an economical and orderly manner without the use of other means of controlling the reaction rate. These materials can be incorporated into natural clays, such as bentonite and kaolin, to improve the crush strength of the catalyst under industrial conditions. Materials (eg, clays, oxides, etc.) can act as catalyst binders. It may be desirable to provide a catalyst having high crush strength, since in a commercial application it may be desirable to prevent the catalyst from breaking down into powdered materials.

Глины природного происхождения, которые можно использовать, могут включать в себя без ограничений монтмориллонит и семейство каолинов, где указанное семейство включает в себя суббентониты и каолины, хорошо известные как глины Dixie, McNamee, Georgia и Florida, или другие, в которых основным минеральным компонентом является галлуазит, каолинит, дикит, накрит или анауксит. Эти глины можно применять в необработанном состоянии, в том виде, в каком они были добыты, или сначала подвергнуть прокаливанию, кислотной обработке или химической модификации. Другие подходящие связующие могут включать в себя без ограничений неорганические оксиды, такие как диоксид кремния, диоксид титана, оксид бериллия, оксид алюминия и их смеси.Clays of natural origin that may be used may include, but are not limited to, the montmorillonite and the kaolin family, where said family includes subbentonites and kaolins, well known as Dixie, McNamee, Georgia, and Florida clays, or others in which the major mineral component is halloysite, kaolinite, dikite, nakrite or anauxite. These clays can be used in the raw state, as mined, or first subjected to calcination, acid treatment, or chemical modification. Other suitable binders may include, without limitation, inorganic oxides such as silica, titanium dioxide, beryllium oxide, alumina, and mixtures thereof.

В дополнение к вышеупомянутым материалам JMZ-1C или металлсодержащий JMZ-1C можно включать в композиты с пористым матричным материалом, таким как оксид кремния-оксид алюминия, оксид кремния-оксид магния, оксид кремния-оксид циркония, оксид кремния-оксид тория, оксид кремния-оксид бериллия и оксид кремния-оксид титана, а также в тройные композиции, такие как оксид кремния-оксид алюминия-оксид тория, оксид кремния-оксид алюминия-оксид циркония, оксид кремния-оксид алюминия-оксид магния и оксид кремния-оксид магния-оксид циркония.In addition to the above materials, JMZ-1C or metal containing JMZ-1C can be incorporated into composites with porous matrix material such as silica-alumina, silica-magnesium oxide, silica-zirconium oxide, silica-thorium oxide, silica -beryllium oxide and silicon oxide-titanium oxide, as well as in ternary compositions such as silicon oxide-aluminum oxide-thorium oxide, silicon oxide-aluminum oxide-zirconium oxide, silicon oxide-aluminum oxide-magnesium oxide and silicon oxide-magnesium oxide - zirconium oxide.

Относительные доли JMZ-1C или металлсодержащего JMZ-1C и неорганической оксидной матрицы могут варьироваться в широких пределах. Например, смесь может иметь содержание цеолита в диапазоне от около 1 до около 90 масс.% и наиболее типично, в частности, при получении композита в форме гранул, в диапазоне от около 2 до около 80 масс.% в расчете на массу композита.The relative proportions of JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C and the inorganic oxide matrix can vary widely. For example, the mixture may have a zeolite content in the range of from about 1 to about 90 wt.% and most typically, in particular, when preparing a composite in the form of granules, in the range of from about 2 to about 80 wt.% based on the weight of the composite.

Настоящее изобретение также относится к продуктам C2, C3, C4 и C5, полученным в процессах OTO или MTO с применением JMZ-1C или металлсодержащего JMZ-1C в качестве катализатора или сокатализатора.The present invention also relates to products C2, C3, C4 and C5 obtained in the processes of OTO or MTO using JMZ-1C or metal-containing JMZ-1C as a catalyst or co-catalyst.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

SDA (темплат) катион триметил(циклогексилметил) аммония (регистрационный номер CAS 30833-81-9) был получен с использованием хорошо известных методик, описанных в литературе (например, C. C. Price, E. L. Eliel and R. J. Convery, J. Org. Chem., 1957, 22, 347).SDA (template) trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cation (CAS accession number 30833-81-9) was prepared using well-known procedures described in the literature (e.g., C. C. Price, E. L. Eliel and R. J. Convery, J. Org. Chem., 1957, 22, 347).

Пример 1. Синтез чистой фазы цеолита JMZ-1Example 1. Synthesis of pure phase of zeolite JMZ-1

Реакционный гель, имеющий молярную композицию:A reactive gel having a molar composition of:

60 SiO2 : 2,22 Al2O3 : 6 K2O : 10 Темплат : 9 K2SO4 : 3000 H2O60 SiO 2 : 2.22 Al 2 O 3 : 6 K 2 O : 10 Template : 9 K 2 SO 4 : 3000 H 2 O

готовили путем взвешивания отдельных реагентов в чашке из ПТФЭ вместимостью 45 мл, содержащей магнитный стержень (якорь магнитной мешалки) из ПТФЭ. Используемые реагенты и порядок их добавления описаны ниже:was prepared by weighing the individual reagents into a 45 ml PTFE cup containing a PTFE magnetic stirrer bar. The reagents used and the order in which they are added are described below:

a) Деминерализованная вода,a) Demineralized water,

b) Коллоидный диоксид кремния,b) colloidal silicon dioxide,

c) Гидроксид калия,c) Potassium hydroxide,

d) Сульфат алюминия,d) aluminum sulfate,

e) Сульфат калияe) Potassium sulfate

f) Темплат — триметил(циклогексилметил) аммония йодид.f) Template - trimethyl (cyclohexylmethyl) ammonium iodide.

В смесь добавляли затравки с каркасной структурой CHA (около 5 масс.% твердого диоксида кремния, используемого в качестве реагента). После добавления всех реагентов смесь тщательно гомогенизировали в течение 15 минут с помощью акустической мешалки. Чашку из ПТФЭ помещали во внешний сосуд из нержавеющей стали, герметично закрывали, затем помещали в печь, нагревали до температуры 180 °C при вращении с частотой 30 об/мин, после чего реагенты в смеси вступали в реакцию. После 6 суток выдержки при температуре 180 °C печь охлаждали, открывали реактор, и полученный материал центрифугировали, декантировали и добавляли в него деминерализованную воду. После первоначального смешивания с водой и удаления воды процедуру повторяли еще 3 раза (всего 4 промывки), после чего полученный продукт высушивали в течение ночи при температуре 110 °C. Затем высушенный продукт анализировали методом рентгеновской порошковой дифрактометрии (XRD). Продукт содержал чистую фазу цеолита JMZ-1. Рентгеновская порошковая дифрактограмма (XRD) приведена на Фиг. 1, а линии на XRD дифрактограмме представлены в таблице 7.The CHA framework seeds (about 5 wt % solid silica used as reagent) were added to the mixture. After adding all the reagents, the mixture was thoroughly homogenized for 15 minutes using an acoustic stirrer. The PTFE cup was placed in an external stainless steel vessel, hermetically sealed, then placed in an oven, heated to a temperature of 180 °C with rotation at a frequency of 30 rpm, after which the reactants in the mixture reacted. After 6 days of exposure at a temperature of 180°C, the furnace was cooled, the reactor was opened, and the resulting material was centrifuged, decanted, and demineralized water was added to it. After initial mixing with water and removal of water, the procedure was repeated 3 more times (4 washes in total), after which the resulting product was dried overnight at a temperature of 110°C. The dried product was then analyzed by X-ray powder diffractometry (XRD). The product contained a pure JMZ-1 zeolite phase. An X-ray powder diffraction (XRD) pattern is shown in FIG. 1, and the lines on the XRD diffractogram are presented in Table 7.

Таблица 7. Характерные линии рентгеновской порошковой дифрактограммы (XRD) цеолита JMZ-1 сразу после получения (содержащего темплат).Table 7. Characteristic lines of the X-ray powder diffraction (XRD) zeolite JMZ-1 immediately after production (containing the template).

Градусы
degrees
I/IoI/io Относительное значение
I/Io
Relative value
I/io
Градусы
degrees
I/IoI/io Относительное значение
I/Io
Relative value
I/io
9,559.55 100100 VSVS 22,8722.87 1616 WW 13,1513.15 14fourteen WW 23,3423.34 8eight WW 13,9113.91 11eleven WW 24,6524.65 2929 МM 16,2716.27 7373 VSVS 26,4926.49 1313 WW 17,5017.50 15fifteen WW 28,0528.05 55 WW 19,1819.18 8eight WW 30,4030.40 14fourteen WW 20,9920.99 9999 VSVS 31,2231.22 3333 МM 21,9521.95 8eight WW

В таблице 8 показано сопоставление характерных линий рентгеновской порошковой дифрактограммы (XRD) цеолита JMZ-1 с характерными линиями SSZ-13 (агент SDA со структурой CHA) по материалам таблицы 1 патента США № 4,544,538.Table 8 shows a comparison of X-ray powder diffraction (XRD) characteristic lines of zeolite JMZ-1 with characteristic lines of SSZ-13 (SDA agent with CHA structure) according to table 1 of US patent No. 4,544,538.

Таблица 8. Характерные линии рентгеновской порошковой дифрактограммы (XRD) цеолита JMZ-1 (содержащего темплат) в сравнении с необожженным SSZ-13 (содержащим темплат).Table 8. Characteristic lines of the X-ray powder diffraction (XRD) zeolite JMZ-1 (containing template) in comparison with unfired SSZ-13 (containing template).

JMZ-1JMZ-1 SSZ-13SSZ-13 Градусы
degrees
I/IoI/io Относительное значение
I/Io
Relative value
I/io
Градусы
degrees
I/IoI/io Относительное значение
I/Io
Relative value
I/io
9,559.55 100100 VSVS 9,579.57 6161 VSVS 13,1513.15 14fourteen WW 13,9113.91 11eleven WW 14,0614.06 2121 МM 16,2716.27 7373 VSVS 16,2316.23 8080 VSVS 17,5017.50 15fifteen WW 17,8217.82 2424 МM 19,1819.18 8eight WW 20,9920.99 9999 VSVS 20,8720.87 100100 VSVS 21,9521.95 8eight WW 22,1422.14 99 WW 22,8722.87 1616 WW 22,7222.72 8eight WW 23,3423.34 8eight WW 24,6524.65 2929 МM 25,0125.01 6969 VSVS 26,4926.49 14fourteen WW 26,3026.30 18eighteen WW 28,0528.05 55 WW 30,4030.40 14fourteen WW 31,0031.00 4747 31,2231.22 3333 МM 31,2931.29 2121 SS

Данное сопоставление показывает, что, хотя и JMZ-1, и SSZ-13 являются содержащими темплат цеолитами со структурой CHA, структура этих двух материалов различается.This comparison shows that although both JMZ-1 and SSZ-13 are template-containing zeolites with a CHA structure, the structures of the two materials are different.

Пример 2. Синтез цеолита JMZ-1 для оценки каталитических свойствExample 2 Synthesis of Zeolite JMZ-1 to Evaluate Catalytic Properties

Реакционный гель, имеющий молярную композицию:A reactive gel having a molar composition of:

60 SiO2 : 2,22 Al2O3 : 5,5 K2O : 10 Темплат : 9 K2SO4 : 3000 H2O60 SiO 2 : 2.22 Al 2 O 3 : 5.5 K 2 O : 10 Template : 9 K 2 SO 4 : 3000 H 2 O

готовили путем взвешивания отдельных реагентов в чашке с покрытием из ПТФЭ вместимостью 45 мл, содержащей магнитный стержень (якорь магнитной мешалки) из ПТФЭ. Используемые реагенты и порядок их добавления описаны ниже:was prepared by weighing the individual reagents into a 45 ml PTFE coated cup containing a PTFE magnetic bar. The reagents used and the order in which they are added are described below:

a) Деминерализованная вода,a) Demineralized water,

b) Коллоидный диоксид кремния,b) colloidal silicon dioxide,

c) Гидроксид калия,c) Potassium hydroxide,

d) Сульфат алюминия,d) aluminum sulfate,

e) Сульфат калияe) Potassium sulfate

f) Темплат — триметил(циклогексилметил) аммония йодид.f) Template - trimethyl (cyclohexylmethyl) ammonium iodide.

Реакционную смесь гомогенизировали, как описано в примере 1, затем проводили реакцию в течение 6 суток при температуре 180°C и частоте вращения реактора 30 об/мин.The reaction mixture was homogenized as described in example 1, then the reaction was carried out for 6 days at a temperature of 180°C and a reactor speed of 30 rpm.

Продукт обрабатывали, как описано в примере 1, затем анализировали методом рентгеновской порошковой дифрактометрии (XRD). Продукт содержал чистую фазу цеолита JMZ-1, рентгеновская порошковая дифрактограмма которой была очень сходной с дифрактограммой, описанной в примере 1. Анализ методом РФА показал, что соотношение оксида кремния и оксида алюминия (SAR) в продукте составляет 23,4. Изображение продукта, полученное СЭМ, показано на Фиг. 2.The product was processed as described in example 1, then analyzed by X-ray powder diffractometry (XRD). The product contained a pure JMZ-1 zeolite phase, the X-ray powder diffraction pattern of which was very similar to that described in Example 1. XRF analysis showed that the silica to alumina ratio (SAR) of the product was 23.4. The SEM image of the product is shown in FIG. 2.

Цеолит (JMZ-1) сразу после получения активировали прокаливанием на воздухе. Образец нагревали до температуры 110°C со скоростью 2°C/мин, затем нагревали до температуры 450°C со скоростью 5°C/мин и выдерживали при температуре 450°C в течение 16 часов. Затем материал нагревали до температуры 550°C со скоростью 5°C/мин и выдерживали при температуре 550°C в течение 16 часов. Образец JMZ-1C охлаждали до комнатной температуры, а затем подвергали ионному обмену в 1-молярном растворе хлорида аммония, используя 10 мл раствора на грамм кальцинированного цеолита. Ионный обмен проводили при комнатной температуре в течение 1 часа. Затем перемешивание останавливали, подвергнутый ионному обмену цеолит центрифугировали, и прозрачный супернатант декантировали. Эту процедуру ионного обмена повторяли, затем цеолит центрифугировали, промывали (с декантацией супернатанта) и высушивали. Полученный цеолит в NH4-форме преобразовывали в водородную форму путем прокаливания на воздухе посредством нагревания до температуры 150°C со скоростью 2 °C/мин и выдержки при температуре 150°C в течение 10 часов с последующим нагреванием до температуры 450°C со скоростью 5°C/мин и конечной выдержкой при температуре 450°C в течение 16 часов.The zeolite (JMZ-1) was activated by air calcination immediately after preparation. The sample was heated to a temperature of 110°C at a rate of 2°C/min, then heated to a temperature of 450°C at a rate of 5°C/min and kept at a temperature of 450°C for 16 hours. Then the material was heated to a temperature of 550°C at a rate of 5°C/min and kept at a temperature of 550°C for 16 hours. Sample JMZ-1C was cooled to room temperature and then subjected to ion exchange in a 1 M ammonium chloride solution using 10 ml solution per gram of calcined zeolite. Ion exchange was carried out at room temperature for 1 hour. Stirring was then stopped, the ion-exchanged zeolite was centrifuged and the clear supernatant decanted. This ion exchange procedure was repeated, then the zeolite was centrifuged, washed (with decantation of the supernatant) and dried. The obtained zeolite in the NH4 form was converted into the hydrogen form by calcination in air by heating to a temperature of 150°C at a rate of 2 °C/min and holding at a temperature of 150°C for 10 hours, followed by heating to a temperature of 450°C at a rate of 5 °C/min and a final hold at 450°C for 16 hours.

Продукт после активации характеризовался дифрактограммой XRD, показанной на Фиг. 3, и межплоскостными расстояниями и значениями интенсивности, показанными ниже в таблице 9.The product after activation was characterized by the XRD pattern shown in FIG. 3 and interplanar spacings and intensity values shown in Table 9 below.

Таблица 9. Характерные пики XRD активированного продуктаTable 9. Characteristic XRD peaks of the activated product

Градусы
degrees
I/IoI/io Относительная
интенсивность
Relative
intensity
Градусы
degrees
I/IoI/io Относительная
интенсивность
Relative
intensity
9,599.59 100100 VSVS 23,3123.31 55 WW 13,0313.03 2929 МM 25,2425.24 1212 WW 16,2116.21 1616 WW 26,2226.22 99 VSVS 17,9917.99 1212 WW 30,9830.98 1919 МM 20,8320.83 4141 M–SM–S 31,4331.43 99 МM

Пример 3. Испытание катализатора для селективного каталитического восстановления (SCR) NH3 Example 3 NH 3 Selective Catalytic Reduction (SCR) Catalyst Test

Кальцинированный продукт JMZ-1, описанный в примере 2, JMZ-1C, пропитывали медью при нагрузке 3 масс.% с использованием необходимого количества моногидрата ацетата меди (II) (Alfa Aesar), растворенного в деминерализованной воде. Пропитанный образец сушили в течение ночи при температуре 105 °C, а затем прокаливали на воздухе при температуре 500 °C в течение 2 часов.The calcined JMZ-1 product described in Example 2, JMZ-1C, was impregnated with copper at a load of 3 wt.% using the required amount of copper (II) acetate monohydrate (Alfa Aesar) dissolved in demineralized water. The impregnated sample was dried overnight at 105°C and then calcined in air at 500°C for 2 hours.

Образцы порошка катализатора гранулировали, а затем состаривали в потоке 4,5% H2O на воздухе. Образцы нагревали со скоростью 10 °C/мин до температуры 900 °C. После выдерживания при температуре 900 °C в течение 1 или 3 часов образцы охлаждали в паровоздушной смеси до тех пор, пока температура не достигала < 200 °C, затем через образцы пропускали воздух только до тех пор, пока они не охлаждались до около комнатной температуры.Catalyst powder samples were granulated and then aged in a stream of 4.5% H 2 O in air. The samples were heated at a rate of 10°C/min to a temperature of 900°C. After holding at 900 °C for 1 or 3 hours, the samples were cooled in a vapor-air mixture until the temperature reached < 200 °C, then air was passed through the samples only until they were cooled to about room temperature.

Образцы гранулированных порошков катализатора подвергали испытанию в устройстве, в котором газ, содержащий 500 ч.н.м. NOx (только NO), 550 ч.н.м. NH3, 10% O2, 10% H2O с оставшимся остатком N2, протекает через катализатор с объемной скоростью 60 K (390 л/г кат/ч). Температуру увеличивали (линейно) со 150 до 500 °C со скоростью 5 °C/мин.Samples of granular catalyst powders were tested in a device in which a gas containing 500 ppm NOx (NO only), 550 ppm NH 3 , 10% O 2 , 10% H 2 O with the remainder of N 2 flows through the catalyst at a space velocity of 60 K (390 l/g cat/h). The temperature was increased (linearly) from 150 to 500°C at a rate of 5°C/min.

На Фиг. 4–12 представлены профили активности свежих и состаренных катализаторов конверсии NOx при температурах от около 150 °C до около 550 °C, где на Фиг. 4–6 показаны профили свежих образцов, на Фиг. 7–9 показаны профили образцов, гидротермически состаренных при температуре 900 °C в течение 1 часа, а на Фиг. 10–12 показаны профили образцов, гидротермически состаренных при температуре 900 °C в течение 3 часов. Активность свежих и состаренных в течение одного часа катализаторов JMZ-1C была сходной с активностью любого из двух цеолитов со структурой CHA и соотношениями SAP, равными 22 и 25, а активность катализаторов, состаренных в течение 3 часов, отличалась, при этом катализаторы JMZ-1C по существу обеспечивали более высокие степени конверсии NOx. На Фиг. 10 показано, что степень конверсии NOx в катализаторах JMZ-1C была по меньшей мере на 10% выше в диапазоне температур от около 175 °C до около 225 °C по сравнению с катализатором со структурой CHA, имеющим соотношение SAR, равное 22, и примерно на 20% выше в диапазоне температур от около 175 °C до около 225 °C по сравнению с катализатором со структурой CHA, имеющим соотношение SAR, равное 25.On FIG. 4-12 show the activity profiles of fresh and aged NOx conversion catalysts at temperatures from about 150°C to about 550°C, where FIG. 4-6 show profiles of fresh samples, FIG. 7–9 show the profiles of specimens hydrothermally aged at 900°C for 1 hour, and Figs. Figures 10–12 show profiles of specimens hydrothermally aged at 900°C for 3 hours. The activity of the fresh and one hour aged JMZ-1C catalysts was similar to that of either of the two CHA zeolites with SAP ratios of 22 and 25, while the activities of the 3 hour aged catalysts were different, with the JMZ-1C catalysts essentially provide higher NOx conversions. On FIG. 10 shows that the NOx conversion of the JMZ-1C catalysts was at least 10% higher over the temperature range of about 175°C to about 225°C compared to a CHA catalyst having an SAR ratio of 22 and about 20% higher over a temperature range of about 175°C to about 225°C compared to a CHA catalyst having a SAR ratio of 25.

Концентрация N2O в газе, проходящем через свежий и состаренный катализаторы, при температурах от около 150°C до около 550°C представлена на Фиг. 6, 9 и 22 (свежий, состаренный в течение 1 часа и состаренный в течение 3 часов соответственно). Газ, поступающий в аппарат, содержал 500 ч.н.м. NOx в расчете только на NO. Уровни N2O в газе после пропускания через катализаторы JMZ-1C были сопоставимы с уровнями после пропускания через два вида цеолитов со структурой CHA и соотношениями SAP, равными 22 и 25.The concentration of N 2 O in the gas passing through the fresh and aged catalysts at temperatures from about 150°C to about 550°C is shown in FIG. 6, 9 and 22 (fresh, aged for 1 hour and aged for 3 hours, respectively). The gas entering the apparatus contained 500 ppm. NOx calculated as NO only. N 2 O levels in the gas after passing through the JMZ-1C catalysts were comparable to levels after passing through two types of zeolites with a CHA structure and SAP ratios of 22 and 25.

На Фиг. 11 показаны профили активности гидротермически состаренных в течение 3 ч при температуре 900°C катализаторов конверсии NH3 при температурах от около 150°C до около 550°C. При температурах от около 165°C до около 225°C катализаторы JMZ-1C обеспечивали увеличение степени конверсии NH3 по сравнению с двумя цеолитами со структурой CHA и соотношениями SAP, равными 22 и 25. Например, при температуре около 175 °C максимальная степень конверсии NH3 с каждым из двух видов цеолита со структурой CHA и соотношениями SAR, равными 22 и 25, составляла около 30%, тогда как катализаторы JMZ-1C обеспечивали степень конверсии около 38 и 64%, что превышает на величину около 27% и 113% наибольшую степень конверсии NH3 с каждым из двух цеолитов со структурой CHA и соотношениями SAP, равными 22 и 25.On FIG. 11 shows the activity profiles of NH 3 conversion catalysts hydrothermally aged for 3 hours at 900°C at temperatures from about 150°C to about 550°C. At temperatures from about 165°C to about 225°C, the JMZ-1C catalysts provided an increase in NH 3 conversion compared to two zeolites with a CHA structure and SAP ratios of 22 and 25. For example, at a temperature of about 175°C, the maximum conversion The NH 3 with each of the two CHA zeolites with SAR ratios of 22 and 25 was about 30%, while the JMZ-1C catalysts provided conversions of about 38 and 64%, which were about 27% and 113% higher. the highest NH 3 conversion with each of the two CHA zeolites with SAP ratios of 22 and 25.

Claims (25)

1. Цеолит для очистки отработавшего газа с каркасной структурой типа CHA, причем цеолит представляет собой алюмосиликат, имеющий соотношение оксида кремния и оксида алюминия (SAR) от 10 до 50, причем цеолит имеет характерную рентгеновскую порошковую дифрактограмму до удаления темплатного агента прокаливанием, содержащую по меньшей мере следующие дифракционные пики (в градусах 2θ (±0,2), причем в скобках указаны относительные значения интенсивности) в положениях: 9,55 (VS), 16,27 (VS), 20,99 (VS), 24,65 (M) и 31,22 (M), и причем цеолит имеет характерные данные рентгеновской дифрактометрии после удаления темплатного агента прокаливанием, содержащие по меньшей мере следующие пики (в градусах 2θ, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности) в положениях: 9,59 (VS), 13,03 (M), 16,21 (W), 17,99 (W), 20,83 (M–S), 23,31 (W), 25,24 (W), 26,22 (W), 30,98 (M–W) и 31,43 (W) ±0,2, где относительная интенсивность основана на самой сильной линии рентгеновской дифрактограммы, которой присвоено значение 100, и определяется как (W) [слабая]: менее 20; (M) [средняя]: в диапазоне 20–40; (S) [сильная]: в диапазоне 40–60 и (VS) [очень сильная]: более 60; и причем темплатный агент содержит катионы триметил(циклогексилметил) аммония.1. An exhaust gas purification zeolite with a CHA type framework structure, wherein the zeolite is an aluminosilicate having a silica to alumina ratio (SAR) of 10 to 50, the zeolite having a characteristic X-ray powder diffraction pattern prior to removal of the template agent by calcination, comprising at least least the following diffraction peaks (in degrees 2θ (±0.2), with relative intensities in parentheses) at positions: 9.55 (VS), 16.27 (VS), 20.99 (VS), 24.65 (M) and 31.22 (M), and wherein the zeolite has characteristic X-ray diffraction data after removal of the template agent by calcination, containing at least the following peaks (in degrees 2θ, with relative intensities in parentheses) at positions: 9.59 (VS), 13.03 (M), 16.21 (W), 17.99 (W), 20.83 (M–S), 23.31 (W), 25.24 (W), 26, 22 (W), 30.98 (M–W), and 31.43 (W) ±0.2, where the relative intensity is based on the strongest line of the X-ray diffraction pattern, which assigned a value of 100, and defined as (W) [weak]: less than 20; (M) [medium]: in the range of 20-40; (S) [strong]: in the range of 40–60 and (VS) [very strong]: over 60; and wherein the template agent contains trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations. 2. Композиция для очистки отработавшего газа, содержащая цеолит с каркасной структурой типа CHA и структурообразующим агентом (SDA), причем SDA находится внутри каркасной структуры, причем цеолит представляет собой алюмосиликат, имеющий соотношение оксида кремния и оксида алюминия (SAR) от 10 до 50, а его характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма содержит пики в положениях 2-тета 9,55 (VS), 16,27 (VS), 20,99 (VS), 24,65 (M) и 31,22 (M) ±0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности, где относительная интенсивность основана на самой сильной линии рентгеновской дифрактограммы, которой присвоено значение 100, и определяется как (W) [слабая]: менее 20; (M) [средняя]: в диапазоне 20–40; (S) [сильная]: в диапазоне 40–60 и (VS) [очень сильная]: более 60, и причем SDA содержит катионы триметил(циклогексилметил) аммония.2. An exhaust gas purification composition comprising a zeolite with a CHA-type framework structure and a structure-forming agent (SDA), the SDA being inside the framework structure, the zeolite being an aluminosilicate having a silica to alumina ratio (SAR) of 10 to 50, and its characteristic X-ray powder diffraction pattern contains peaks at the 2-theta positions 9.55 (VS), 16.27 (VS), 20.99 (VS), 24.65 (M), and 31.22 (M) ±0, 2, with relative intensity values indicated in brackets, where the relative intensity is based on the strongest line of the X-ray diffraction pattern, which is assigned a value of 100, and is defined as (W) [weak]: less than 20; (M) [medium]: in the range of 20-40; (S) [strong]: in the range of 40-60 and (VS) [very strong]: more than 60, and SDA contains trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cations. 3. Композиция по п. 2, в которой характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма дополнительно содержит пики в положениях 2-тета 13,15 (W), 13,91 (W), 17,50 (W), 19,18 (W), 21,95 (W), 22,87 (W), 23,34 (W), 28,05 (W) и 30,40 (W) ±0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности.3. The composition of claim 2, wherein the characteristic X-ray powder diffraction pattern further comprises peaks at the 2-theta positions 13.15 (W), 13.91 (W), 17.50 (W), 19.18 (W), 21.95 (W), 22.87 (W), 23.34 (W), 28.05 (W) and 30.40 (W) ±0.2, with relative intensity values indicated in brackets. 4. Композиция по п. 2 или 3, в которой цеолит имеет соотношение диоксида кремния и оксида алюминия (SAR) 15–30, предпочтительно 20–25.4. Composition according to claim 2 or 3, wherein the zeolite has a silica to alumina ratio (SAR) of 15-30, preferably 20-25. 5. Композиция по любому одному из пп. 2–4, в которой структурообразующий агент (SDA) представляет собой катион триметил(циклогексилметил) аммония.5. Composition according to any one of paragraphs. 2–4, in which the structurant (SDA) is a trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cation. 6. Композиция для очистки отработавшего газа, содержащая кристаллы цеолита, имеющие каркасную структуру CHA, в которой кристаллы цеолита имеют каркасную структуру, содержащую оксид четырехвалентного кремния, оксид трехвалентного алюминия, и в их кристаллическую структуру встроен катион триметил(циклогексилметил) аммония, причем кристаллы цеолита являются безводными и не содержат замещенных или незамещенных анионов 5,4-азония и анионов аммония, имеющих заместители, выбранные из полициклических мостиковых соединений, циклоарилов, гетероциклических соединений, циклоалкилов, отличных от циклогексилметила, и C2–C4 алкилов.6. An exhaust gas purification composition comprising zeolite crystals having a CHA framework structure, in which the zeolite crystals have a framework structure containing tetravalent silicon oxide, trivalent aluminum oxide, and a trimethyl(cyclohexylmethyl)ammonium cation is embedded in their crystal structure, wherein the zeolite crystals are anhydrous and free of substituted or unsubstituted 5,4-azonium anions and ammonium anions having substituents selected from polycyclic bridged compounds, cycloaryls, heterocyclic compounds, cycloalkyls other than cyclohexylmethyl, and C 2 -C 4 alkyls. 7. Цеолит для очистки отработавшего газа, содержащий каркасную структуру, включающую каркасную структуру типа CHA, причем цеолит представляет собой алюмосиликат, имеющий соотношение оксида кремния и оксида алюминия (SAR) от 10 до 50, а его характерная рентгеновская порошковая дифрактограмма содержит пики в положениях 2-тета 9,59 (VS), 13,03 (M), 16,21 (W), 17,99 (W), 20,83 (M–S), 23,31 (W), 25,24 (W), 26,22 (W), 30,98 (M–W) и 31,43 (W) ±0,2, причем в скобках указаны относительные значения интенсивности, при этом указанный цеолит не содержит структурообразующего агента (SDA).7. An exhaust gas purification zeolite comprising a framework structure including a CHA-type framework structure, wherein the zeolite is an aluminosilicate having a silica to alumina ratio (SAR) of 10 to 50, and its characteristic X-ray powder diffraction pattern contains peaks at the 2 positions -theta 9.59 (VS), 13.03 (M), 16.21 (W), 17.99 (W), 20.83 (M–S), 23.31 (W), 25.24 ( W), 26.22 (W), 30.98 (M–W) and 31.43 (W) ±0.2, with relative intensity values indicated in parentheses, while the specified zeolite does not contain a structure-forming agent (SDA). 8. Цеолит по п. 7, содержащий внерешеточный переходный металл или благородный металл.8. A zeolite according to claim 7 containing an extralattice transition metal or noble metal. 9. Цеолит по п. 7, содержащий от около 0,1 до около 5 масс.% переходного металла или благородного металла.9. The zeolite according to claim 7, containing from about 0.1 to about 5 wt.% transition metal or noble metal. 10. Композиция для очистки отработавшего газа, содержащая цеолит по одному из пп. 7–9 и одно или более из наполнителя, связующего, стабилизатора и модификатора реологических свойств.10. Composition for cleaning exhaust gas containing zeolite according to one of paragraphs. 7-9 and one or more of filler, binder, stabilizer and rheology modifier. 11. Каталитическое изделие для очистки отработавшего газа, содержащее: (a) композицию по п.10 и (b) монолитную подложку, на которую нанесена или в которую включена указанная каталитическая композиция.11. Catalytic product for exhaust gas purification, containing: (a) the composition according to claim 10 and (b) a monolithic substrate on which is applied or in which the specified catalyst composition is included. 12. Система для очистки отработавшего газа, содержащая двигатель, который производит NOx, каталитическое изделие по п. 11, трубопровод для направления протекающего отработавшего газа из двигателя на каталитическое изделие и источник восстановителя соединений азота, расположенный перед каталитическим изделием.12. An exhaust gas treatment system comprising an engine that produces NOx , a catalyst article according to claim 11, a conduit for directing flowing exhaust gas from the engine to the catalyst article, and a source of nitrogen decompound located upstream of the catalyst article. 13. Композиция для очистки отработавшего газа, содержащая смесь воды, источник диоксида кремния, источник оксида алюминия, основание, катион щелочного металла и катионы триметил(циклогексилметил) аммония, причем композиция имеет молярное композиционное соотношение:13. An exhaust gas cleaning composition containing a mixture of water, a source of silicon dioxide, a source of alumina, a base, an alkali metal cation and trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations, the composition having a molar composition ratio: SiO2/Al2O3 SiO 2 /Al 2 O 3 10–100 10–100 OH-/SiO2 OH - /SiO 2 0,05–1 0.05–1 R/SiO2 R/ SiO2 0,05–0,5 0.05–0.5 Катион щелочного металла/SiO2 Alkali metal/SiO 2 cation 0,1–1,00.1–1.0 H2O/SiO2 H2O / SiO2 5–80, 5–80
где R представляет собой SDA, предпочтительно катионы триметил(циклогексилметил) аммония.where R is SDA, preferably trimethyl(cyclohexylmethyl) ammonium cations. 14. Способ синтеза композиции по пп. 2–6, включающий: a) формирование реакционной смеси, содержащей: (i) по меньшей мере один источник оксида алюминия, (ii) по меньшей мере один источник диоксида кремния и (iii) структурообразующий агент (SDA), содержащий катион триметил(циклогексилметил) аммония; и b) нагревание реакционной смеси и формирование композиции, содержащей кристаллы цеолита, имеющие каркасную структуру CHA и структурообразующий агент, и маточный раствор, и c) извлечение по меньшей мере части кристаллов цеолита из маточного раствора.14. The method of synthesizing the composition according to paragraphs. 2-6, including: a) forming a reaction mixture containing: (i) at least one source of alumina, (ii) at least one source of silicon dioxide, and (iii) a structurant (SDA) containing a trimethyl(cyclohexylmethyl) cation ) ammonium; and b) heating the reaction mixture and forming a composition containing zeolite crystals having a CHA framework structure and a structurant, and a mother liquor, and c) recovering at least a portion of the zeolite crystals from the mother liquor. 15. Способ по п. 14, в котором реакционная смесь представляет собой гель, имеющий молярное композиционное соотношение:15. The method according to p. 14, in which the reaction mixture is a gel having a molar composition ratio: SiO2/Al2O3 SiO 2 /Al 2 O 3 10–100 10–100 OH-/SiO2 OH - /SiO 2 0,05–1 0.05–1 R/SiO2 R/ SiO2 0,05–0,5 0.05–0.5 Катион щелочного металла/SiO2 Alkali metal/SiO 2 cation 0,1–1,00.1–1.0 H2O/SiO2 H2O / SiO2 5–80, 5–80
где R представляет собой SDA.where R is SDA. 16. Способ по п. 14 или 15, дополнительно включающий прокаливание кристаллов цеолита.16. The method according to claim 14 or 15, further comprising calcining the zeolite crystals. 17. Композиция для очистки отработавшего газа, полученная или получаемая способами по пп.14–16.17. Composition for cleaning exhaust gas, obtained or obtained by the methods according to paragraphs 14-16. 18. Способ формирования цеолита по одному из пп. 7–9, включающий прокаливание цеолита по п. 1 или композиции по одному из пп. 2–6.18. The method of forming a zeolite according to one of paragraphs. 7-9, including the calcination of the zeolite according to claim 1 or the composition according to one of claims. 2–6. 19. Способ очистки отработавшего газа из двигателя путем приведения отработавшего газа в контакт с цеолитом по одному из пп. 7–9.19. A method for cleaning exhaust gas from an engine by bringing the exhaust gas into contact with a zeolite according to one of paragraphs. 7–9. 20. Способ очистки отработавшего газа, включающий: (a) приведение отработавшего газа сгорания, содержащего NOx и/или NH3, в контакт с каталитическим изделием по п. 11 и (b)20. An exhaust gas purification method, comprising: (a) bringing combustion exhaust gas containing NO x and/or NH 3 into contact with a catalyst article according to claim 11 and (b) селективное восстановление по меньшей мере части NOx до N2 и H2O и/или окисление по меньшей мере части NH3.selective reduction of at least part of NO x to N 2 and H 2 O and/or oxidation of at least part of NH 3 .
RU2021107295A 2018-11-30 2019-11-29 Cha-containing zeolite jmz-1 and methods for production thereof RU2776180C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/773,248 2018-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776180C1 true RU2776180C1 (en) 2022-07-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011064186A1 (en) * 2009-11-24 2011-06-03 Basf Se Process for the preparation of zeolites having cha structure
RU2449834C2 (en) * 2007-02-27 2012-05-10 Басф Каталистс Ллк Copper-containing zeolite catalysts having sna structure
US20140147378A1 (en) * 2012-11-25 2014-05-29 Chevron U.S.A. Inc. Method for preparing cha-type molecular sieves using colloidal aluminosilicate
US9636667B2 (en) * 2012-06-04 2017-05-02 Basf Se CHA-type zeolite materials and methods for their preparation using cycloalkyammonium compounds

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449834C2 (en) * 2007-02-27 2012-05-10 Басф Каталистс Ллк Copper-containing zeolite catalysts having sna structure
WO2011064186A1 (en) * 2009-11-24 2011-06-03 Basf Se Process for the preparation of zeolites having cha structure
US9636667B2 (en) * 2012-06-04 2017-05-02 Basf Se CHA-type zeolite materials and methods for their preparation using cycloalkyammonium compounds
US20140147378A1 (en) * 2012-11-25 2014-05-29 Chevron U.S.A. Inc. Method for preparing cha-type molecular sieves using colloidal aluminosilicate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11452996B2 (en) Zeolite synthesis with a fluoride source
US10414665B2 (en) Synthesis of AFX zeolite
CN109317190B (en) Synthesis of mixed templates for high silica Cu-CHA
US10807080B2 (en) Synthesis of metal promoted zeolite catalyst
US10413890B2 (en) STA-19, a new member of the GME family of molecular sieve zeotypes, methods of preparation and use
US10799853B2 (en) Synthesis of AEI and Cu-AEI zeolites
US10722872B2 (en) JMZ-5 and JMZ-6, zeolites having an SZR-type crystal structure, and methods of their preparation and use
KR20190003615A (en) STA-20, a new molecular sieve framework type, manufacturing method and use
RU2776180C1 (en) Cha-containing zeolite jmz-1 and methods for production thereof
CN112739649B (en) JMZ-1, CHA-containing zeolite and process for preparing same
US11400439B2 (en) JMZ-1S, a CHA-containing molecular sieve and methods of preparation