RU2776705C2 - Catalytic product with active scr substrate, layer of ammonia slip neutralization catalyst, and scr layer for use in exhaust treatment system - Google Patents

Catalytic product with active scr substrate, layer of ammonia slip neutralization catalyst, and scr layer for use in exhaust treatment system Download PDF

Info

Publication number
RU2776705C2
RU2776705C2 RU2019134542A RU2019134542A RU2776705C2 RU 2776705 C2 RU2776705 C2 RU 2776705C2 RU 2019134542 A RU2019134542 A RU 2019134542A RU 2019134542 A RU2019134542 A RU 2019134542A RU 2776705 C2 RU2776705 C2 RU 2776705C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
substrate
combustion exhaust
article
oxide
Prior art date
Application number
RU2019134542A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019134542A3 (en
RU2019134542A (en
Inventor
Хеледд ХОУЭЛЛС
Дэвид МИКАЛЛЕФ
Эндрю НЬЮМЕН
Нил ГРИНХЭМ
Original Assignee
Джонсон Мэтти 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
Priority claimed from GBGB1705158.2A external-priority patent/GB201705158D0/en
Application filed by Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани filed Critical Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани
Publication of RU2019134542A3 publication Critical patent/RU2019134542A3/ru
Publication of RU2019134542A publication Critical patent/RU2019134542A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2776705C2 publication Critical patent/RU2776705C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to an improved catalytic product for use in an exhaust treatment system. A catalytic product for treatment of a flow of combustion exhaust gases contains: catalytically active substrate containing one or more channels passing along its axial length, through which the flow of combustion exhaust gases flows during use, wherein one or more channels have the first surface for contact with the flow of combustion exhaust gases. In this case, substrate is formed by extruded material of a vanadium-containing SCR catalyst, while the first layer is located on at least part of the first surface, while the first layer contains a catalytic composition for ammonia slip neutralization, containing one or more platinum group metals deposited on titanium dioxide, mixed oxide of silicon dioxide-titanium dioxide, containing 5-25% by wt. of silicon dioxide, mixed Ce-Zr oxide having a ratio of cerium oxide to zirconium dioxide from 60:40 to 30:70 per total oxide, or a mixture thereof, and the second layer is located on at least part of the first layer and contains a catalytic SCR composition.
EFFECT: provision of improved resistance to poisoning, especially relatively to vanadium, for ammonia slip neutralization catalysts (ASC), while the degree of vanadium poisoning is much lower.
13 cl, 2 dwg, 9 ex

Description

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному каталитическому изделию для использования в системе обработки выхлопов. В частности, оно относится к композиции катализатора нейтрализации проскока аммиака, нанесенного на экструдированный ванадийсодержащий SCR–катализатор с улучшенной стойкостью к отравлению ванадием.The present invention relates to an improved catalyst article for use in an exhaust treatment system. In particular, it relates to an ammonia slip neutralization catalyst composition supported on an extruded vanadium-containing SCR catalyst with improved resistance to vanadium poisoning.

При сжигании углеводородов в дизельных двигателях, стационарных газовых турбинах и других системах образуются выхлопные газы, которые должны быть обработаны для удаления оксидов азота (NOx), которые включают NO (оксид азота) и NO2 (диоксид азота), причем NO представляет собой большую частью образующихся NOx. Известно, что NOx приводит к ряду проблем со здоровьем у людей, а также вызывает ряд неблагоприятных экологических последствий, включая образование смога и кислотных дождей. Чтобы уменьшить воздействие NOx в выхлопных газах на человека и окружающую среду, желательно устранить эти нежелательные компоненты, предпочтительно способом, который не образует других вредных или токсичных веществ.The combustion of hydrocarbons in diesel engines, stationary gas turbines and other systems produces exhaust gases that must be treated to remove oxides of nitrogen (NO x ), which include NO (nitrogen oxide) and NO 2 (nitrogen dioxide), where NO is a large part of the formed NO x . NO x is known to cause a number of health problems in humans, as well as a number of adverse environmental effects, including the formation of smog and acid rain. In order to reduce human and environmental exposure to NO x in exhaust gases, it is desirable to eliminate these undesirable components, preferably in a manner that does not form other harmful or toxic substances.

Выхлопные газы, образующиеся в двигателях, работающих на обедненных смесях, и дизельных двигателях, как правило, являются окислительными. NOx необходимо селективно восстанавливать с помощью катализатора и восстановителя в способе, известном как селективное каталитическое восстановление (SCR), превращающем NOx в элементарный азот (N2) и воду. В способе SCR газообразный восстановитель, обычно безводный аммиак, водный раствор аммиака или мочевина, добавляется в поток выхлопного газа перед контактом с катализатором. Восстановитель абсорбируется на катализаторе, и NOx восстанавливается по мере прохождения газов через или над катализирующим субстратом.Exhaust gases from lean-burn and diesel engines are generally oxidative. NO x must be selectively reduced with a catalyst and a reducing agent in a process known as selective catalytic reduction (SCR), which converts NO x to elemental nitrogen (N 2 ) and water. In the SCR process, a gaseous reducing agent, typically anhydrous ammonia, aqueous ammonia, or urea, is added to the exhaust gas stream prior to contact with the catalyst. The reducing agent is absorbed onto the catalyst and NO x is reduced as the gases pass through or over the catalytic substrate.

Для того, чтобы максимально повысить эффективность конверсии NOx, часто необходимо добавлять аммиак в газовый поток в количестве больше стехиометрического. Однако выброс избытка аммиака в атмосферу может нанести вред здоровью людей и окружающей среде. Кроме того, аммиак является едким веществом, особенно в его водной форме. Конденсация аммиака и воды в участках выхлопного трубопровода после катализаторов выхлопных газов может привести к образованию коррозийной смеси, которая может повредить выхлопную систему. Поэтому высвобождение аммиака в выхлопные газы должно быть исключено. Во многих традиционных выхлопных системах катализатор окисления аммиака (также известный как катализатор нейтрализации проскока аммиака или «ASC») устанавливается после SCR–катализатора для удаления аммиака из выхлопных газов путем превращения его в азот. Использование катализаторов нейтрализации проскока аммиака может обеспечить конверсию NOx, превышающую 90% по сравнению с типичным ездовым циклом дизельного двигателя.In order to maximize NO x conversion efficiency, it is often necessary to add more than stoichiometric amount of ammonia to the gas stream. However, the release of excess ammonia into the atmosphere can harm human health and the environment. In addition, ammonia is corrosive, especially in its aqueous form. Condensation of ammonia and water in the exhaust pipe sections downstream of the exhaust catalysts can form a corrosive mixture that can damage the exhaust system. Therefore, the release of ammonia into the exhaust gases must be avoided. In many conventional exhaust systems, an ammonia oxidation catalyst (also known as an ammonia slip catalyst or "ASC") is installed after the SCR catalyst to remove ammonia from the exhaust by converting it to nitrogen. The use of ammonia slip catalysts can provide NO x conversions in excess of 90% over a typical diesel engine driving cycle.

Известны катализаторы для окисления избытка аммиака в выхлопных газах. В WO2016205506 описан пример катализатора нейтрализации проскока аммиака. Данное изобретение включает примеры селективных ASC–покрытий, содержащих Pt на оксиде алюминия, нанесенных на экструдированные ванадийсодержащие катализаторы. Утверждается, что покрытия имеют хорошую стойкость к отравлению ванадием.Known catalysts for the oxidation of excess ammonia in exhaust gases. WO2016205506 describes an example of an ammonia slip neutralization catalyst. This invention includes examples of selective ASC coatings containing Pt on alumina deposited on extruded vanadium-containing catalysts. The coatings are said to have good resistance to vanadium poisoning.

В WO2011092521 описан фильтр с проточными стенками, содержащий экструдированную твердую массу, для использования при обработке оксидов азота в выбросах выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания из стационарных источников и мобильных видов применения. Этот фильтрующий субстрат содержит ванадий. В WO2009093071 и WO2013017873 описаны аналогичные субстраты.WO2011092521 describes a flow wall filter containing an extruded solid mass for use in the treatment of nitrogen oxides in exhaust emissions from internal combustion engines from stationary sources and mobile applications. This filter substrate contains vanadium. WO2009093071 and WO2013017873 describe similar substrates.

В WO2015011452 описано каталитическое изделие для обработки выхлопных газов.WO2015011452 describes an exhaust gas treatment catalytic article.

Соответственно, желательно создать усовершенствованное каталитическое изделие нейтрализации проскока аммиака и/или решить по меньшей мере некоторые из проблем, связанных с известным уровнем техники, или, по меньшей мере, предложить их коммерчески подходящую альтернативу.Accordingly, it is desirable to provide an improved ammonia slip catalytic product and/or solve at least some of the problems associated with the prior art, or at least offer a commercially viable alternative thereof.

В соответствии с первым аспектом предложено каталитическое изделие для обработки потока выхлопных газов сгорания, причем изделие содержит:According to a first aspect, a catalytic article for treating a combustion exhaust stream is provided, the article comprising:

каталитически активный субстрат, содержащий один или более каналов, проходящих вдоль его осевой длины, через которые в процессе использования протекает поток выхлопных газов сгорания, причем один или более каналов имеют первую поверхность для контакта с потоком выхлопных газов сгорания;a catalytically active substrate comprising one or more channels extending along its axial length through which a combustion exhaust stream flows during use, the one or more channels having a first surface for contact with the combustion exhaust stream;

при этом субстрат образован экструдированным материалом ванадийсодержащего SCR–катализатора,in this case, the substrate is formed by an extruded material of a vanadium-containing SCR catalyst,

при этом первый слой расположен на по меньшей мере части указанной первой поверхности, при этом первый слой содержит каталитическую композицию нейтрализации проскока аммиака, содержащую один или более металлов платиновой группы, нанесенных на диоксид титана, смешанный оксид диоксид кремния–диоксид титана, смешанный оксид Ce–Zr, или их смесь, иwherein the first layer is located on at least a part of said first surface, wherein the first layer contains an ammonia slip neutralization catalytic composition containing one or more platinum group metals supported on titanium dioxide, mixed oxide silicon dioxide–titania, mixed oxide Ce– Zr, or a mixture thereof, and

второй слой расположен на по меньшей мере части первого слоя и содержит каталитическую композицию SCR.the second layer is located on at least a portion of the first layer and contains the SCR catalyst composition.

Настоящее изобретение теперь будет описано подробнее. В следующих ниже параграфах различные аспекты/варианты осуществления изобретения определены более детально. Каждый определенный таким образом аспект/вариант осуществления может быть объединен с любым другим аспектом/вариантом осуществления или аспектами/вариантами осуществления, если явным образом не указано иное. В частности, любой признак, обозначенный как предпочтительный или имеющий преимущества, может быть объединен с любым другим признаком или признаками, обозначенными как предпочтительные или имеющие преимущества. Предполагается, что признаки, раскрытые в связи с продуктом, могут быть объединены с признаками, раскрытыми в связи со способом, и наоборот.The present invention will now be described in more detail. In the following paragraphs, various aspects/embodiments of the invention are defined in more detail. Each aspect/embodiment so defined may be combined with any other aspect/embodiment or aspects/embodiments, unless expressly stated otherwise. In particular, any feature or features identified as preferred or advantageous may be combined with any other feature or features identified as preferred or advantageous. It is contemplated that features disclosed in connection with a product may be combined with features disclosed in connection with a method, and vice versa.

В процессе использования экструдированный материал ванадийсодержащего SCR–катализатора в присутствии азотного восстановителя служит для уменьшения NOx в выхлопных газах. Любой избыток азотного восстановителя контактирует с ASC в первом слое и превращается в азот. Наличие второго слоя, содержащего дополнительный SCR–материал, решает проблему регенерации NOx, которая может возникнуть, когда ASC контактирует с азотным восстановителем. В результате данной конфигурации уровни конверсии NOx являются высокими.In use, the extruded material of the vanadium-containing SCR catalyst in the presence of a nitrogen reducing agent serves to reduce NOx in the exhaust gases. Any excess nitrogen reducing agent contacts the ASC in the first layer and is converted to nitrogen. The presence of a second layer containing additional SCR material solves the problem of NO x recovery that can occur when ASC is in contact with a nitrogen reducing agent. As a result of this configuration, NO x conversion levels are high.

Однако авторы изобретения обнаружили, что ванадий может мигрировать из субстрата в слой PGM ASC–покрытия. Это приводит к деактивации, особенно после 580°C/100 ч старения в двигателе, соответствующего имитации конца срока службы в транспортном средстве, и наблюдается там, где носитель PGM получен на основе оксида алюминия или диоксида кремния–оксида алюминия. Неожиданно было обнаружено, что при использовании другого материала носителя для PGM в ASC–покрытии, как описано в данном документе, функциональность ASC становится намного более стабильной. В частности, авторы изобретения неожиданно обнаружили, что использование материала носителя PGM на основе диоксида титана, диоксида кремния–диоксида титана или смешанного оксида Ce–Zr обеспечивает улучшенную стойкость к отравлению, особенно в отношении ванадия, для катализаторов нейтрализации проскока аммиака (ASC), нанесенных на экструдированные субстраты ванадийсодержащего катализатора. Это было продемонстрировано, в частности, по сравнению с традиционными материалами носителя из диоксида кремния–оксида алюминия.However, the inventors have found that vanadium can migrate from the substrate into the PGM ASC-coating layer. This leads to deactivation, especially after 580°C/100 h aging in the engine, corresponding to end-of-life simulation in a vehicle, and is observed where the PGM carrier is based on alumina or silica-alumina. Surprisingly, it has been found that by using a different carrier material for the PGM in the ASC coating, as described herein, the functionality of the ASC becomes much more stable. In particular, the inventors have unexpectedly found that the use of a PGM support material based on titanium dioxide, silica-titania or mixed Ce-Zr oxide provides improved resistance to poisoning, especially against vanadium, for ammonia slip catalysts (ASCs) supported onto extruded substrates of the vanadium-containing catalyst. This has been demonstrated, in particular, in comparison with conventional silica-alumina support materials.

Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что миграция ванадия по–прежнему происходит, даже при наличии локальных областей, содержащих до 1% масс. ванадия в свежем катализаторе. Тем не менее, степень отравления ванадием оказывается гораздо ниже. Вне связи с какой–либо теорией, полагают, что ванадий и PGM связываются с различными участками в материале носителя, благодаря чему ванадий не влияет на каталитические свойства PGM.The inventors unexpectedly found that the migration of vanadium still occurs, even in the presence of local areas containing up to 1% of the mass. vanadium in fresh catalyst. However, the degree of vanadium poisoning appears to be much lower. Without being bound by any theory, it is believed that vanadium and PGM bind to different sites in the carrier material, whereby vanadium does not affect the catalytic properties of PGM.

Настоящее изобретение относится к каталитическому изделию. Под каталитическим изделием понимается описанная здесь структура, обладающая каталитическими свойствами. Каталитические свойства обусловлены материалами, включенными в структуру или нанесенными на нее в виде покрытия. Определенное в данном документе изделие включает в себя как описанный здесь каталитический субстрат с покрытием, так и обработанный и заключенный в оболочку модуль SCR и/или ASC, подходящий для установки на автомобиле. Каталитическое изделие представляет собой гетерогенный катализатор окисления, который эффективен для уменьшения проскока аммиака при использовании для SCR–процесса или после SCR–процесса.The present invention relates to a catalytic article. Under the catalytic product refers to the structure described here, with catalytic properties. The catalytic properties are due to the materials included in the structure or deposited on it in the form of a coating. The product defined herein includes both the coated catalytic substrate described herein and a processed and wrapped SCR and/or ASC module suitable for installation on a vehicle. The catalytic article is a heterogeneous oxidation catalyst that is effective in reducing ammonia slip when used for or after the SCR process.

Каталитическое изделие предназначено для обработки/очистки потока выхлопных газов сгорания. Таким образом, каталитическое изделие может быть использовано для обработки/очистки выхлопных газов, полученных в процессе сгорания, например, из двигателя внутреннего сгорания (мобильного или стационарного), газовой турбины для стационарной, морской или движущейся техники, и для электростанций, работающих на угле или нефти. Изделие может также использоваться для обработки/очистки газа промышленных процессов, таких как нефтепереработка, из нагревателей и котлов нефтеперерабатывающих установок, печей, химической обрабатывающей промышленности, коксовых печей, станций по переработке муниципальных отходов и инсинераторов, и т.д. В частном варианте осуществления способ используется для обработки/очистки выхлопных газов, полученных из газовой турбины или двигателя, работающего на обедненной смеси.The catalytic article is intended for treating/purifying a combustion exhaust gas stream. Thus, the catalytic article can be used to treat/purify exhaust gases produced in the combustion process, for example, from an internal combustion engine (mobile or stationary), a gas turbine for stationary, marine or moving equipment, and for coal-fired or power plants. oil. The product can also be used to treat/purify gas from industrial processes such as oil refining, from refinery heaters and boilers, furnaces, chemical process industries, coke ovens, municipal waste treatment plants and incinerators, etc. In a particular embodiment, the method is used to treat/purify exhaust gases obtained from a gas turbine or lean-burn engine.

Каталитическое изделие содержит каталитически активный субстрат, содержащий один или более каналов, проходящих вдоль его осевой длины, через которые в процессе использования протекает поток выхлопных газов сгорания. В процессе использования один или более каналов имеют первую поверхность для контакта с потоком выхлопных газов сгорания. Каталитически активный субстрат обеспечивает SCR–функциональность, благодаря чему NOx в газообразных продуктах горения будут превращены в азот и воду.The catalytic article contains a catalytically active substrate containing one or more channels extending along its axial length through which the flow of combustion exhaust gases flows during use. In use, one or more channels have a first surface for contact with the combustion exhaust stream. The catalytically active substrate provides SCR functionality, whereby the NOx in the combustion gases will be converted to nitrogen and water.

Субстрат образован экструдированным материалом ванадийсодержащего SCR–катализатора. Примеры таких экструдированных ванадийсодержащих субстратов приведены в WO2011092521, WO2009093071 и WO2013017873, содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки. Использование такого ванадийсодержащего субстрата обеспечивает эффективные SCR–свойства, но создает риск отравления ванадием. Предпочтительно субстрат содержит 1–3% масс., более предпочтительно 1,5–2,5% масс. оксида ванадия. Такие уровни подходят для хороших SCR–свойств.The substrate is formed by an extruded material of a vanadium-containing SCR catalyst. Examples of such extruded vanadium-containing substrates are given in WO2011092521, WO2009093071 and WO2013017873, the contents of which are incorporated herein by reference. The use of such a vanadium-containing substrate provides effective SCR properties, but creates the risk of vanadium poisoning. Preferably the substrate contains 1-3% wt., more preferably 1.5-2.5% wt. vanadium oxide. Such levels are suitable for good SCR properties.

Экструдированный материал SCR–катализатора предпочтительно также содержит промотированное переходным металлом молекулярное сито. Например, предпочтительный субстрат сформирован из смеси ванадия/вольфрама/диоксида титана и промотированного железом цеолита ZSM–5, как описано в WO 2014/027207 A1, полное содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Другие подходящие переходные металлы и молекулярные сита хорошо известны в обсуждаемой здесь области техники.The extruded SCR catalyst material preferably also contains a transition metal promoted molecular sieve. For example, a preferred substrate is formed from a mixture of vanadium/tungsten/titanium dioxide and iron promoted ZSM-5 zeolite as described in WO 2014/027207 A1, the entire content of which is incorporated herein by reference. Other suitable transition metals and molecular sieves are well known in the art discussed here.

Предпочтительно субстрат является проточным монолитным субстратом. Сотовые конфигурации являются более компактными, чем пластинчатые, но имеют более высокие перепады давления и забиваются (становятся заблокированными) намного легче. Для большей части мобильных видов применения предпочтительные субстраты включают проточные монолиты, имеющие так называемую сотовую геометрию, которая содержит множество смежных параллельных каналов, которые открыты на обоих концах и, как правило, вытянуты от впускной торцевой поверхности до выпускной торцевой поверхности субстрата и приводят в результате к высокому отношению площади поверхности к объему. Для некоторых видов применения сотовый проточный монолит предпочтительно имеет высокую плотность ячеек, например, примерно от 600 до 800 ячеек на квадратный дюйм (93–124 ячейки на см2), и/или среднюю толщину внутренних стенок примерно 0,18–0,35 мм, предпочтительно примерно 0,20–0,25 мм. Для некоторых других видов применения сотовый проточный монолит предпочтительно имеет низкую плотность ячеек, примерно 150–600 ячеек на квадратный дюйм (16–93 ячейки на см2), более предпочтительно примерно 200–400 ячеек на квадратный дюйм (31–62 ячейки на см2). Предпочтительно, сотовые монолиты являются пористыми. В качестве альтернативы, субстратом могут быть каналы так называемого фильтра с проточными стенками.Preferably the substrate is a flow-through monolithic substrate. Honeycomb configurations are more compact than plate configurations, but have higher pressure drops and clog (become blocked) much more easily. For most mobile applications, preferred substrates include flow-through monoliths having a so-called honeycomb geometry that contains a plurality of adjacent parallel channels that are open at both ends and typically extend from the inlet end face to the outlet end face of the substrate and result in high ratio of surface area to volume. For some applications, the honeycomb flow monolith preferably has a high cell density, such as about 600 to 800 cells per square inch (93 to 124 cells per cm 2 ), and/or an average inner wall thickness of about 0.18 to 0.35 mm , preferably about 0.20-0.25 mm. For some other applications, the honeycomb flow monolith preferably has a low cell density, about 150-600 cells per square inch (16-93 cells per cm 2 ), more preferably about 200-400 cells per square inch (31-62 cells per cm 2 ). Preferably, the honeycomb monoliths are porous. Alternatively, the substrate can be the channels of a so-called flow wall filter.

Первый слой расположен на по меньшей мере части внутренних стенок каналов субстрата, т.е. «первой поверхности». В соответствии с одним вариантом осуществления первый слой покрывает до 50% осевой длины субстрата, предпочтительно 10–40% осевой длины, и предпочтительно проходит от конца изделия. В данном варианте осуществления оставшийся непокрытый субстрат служит в качестве SCR–катализатора для обработки NOx в присутствии азотного восстановителя. Часть с покрытием, созданным первым слоем, затем служит в качестве ASC. Предпочтительно часть с покрытием проходит от нижнего конца субстрата в процессе использования, благодаря чему ASC воздействует на любой остаточный аммиак (или тому подобное) до того, как он покинет субстрат.The first layer is located on at least part of the inner walls of the channels of the substrate, i. "first surface". According to one embodiment, the first layer covers up to 50% of the axial length of the substrate, preferably 10-40% of the axial length, and preferably extends from the end of the product. In this embodiment, the remaining uncoated substrate serves as an SCR catalyst for NO x treatment in the presence of a nitrogen reducing agent. The coated portion created by the first layer then serves as the ASC. Preferably, the coated portion extends from the lower end of the substrate during use, whereby the ASC attacks any residual ammonia (or the like) before it leaves the substrate.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления первый слой покрывает до 50% осевой длины субстрата, предпочтительно 100% осевой длины. В этом варианте осуществления устройство может функционировать полностью как ASC, при этом свойства ASC обеспечиваются первым слоем, и он может быть расположен ниже по потоку от отдельного SCR–катализатора в системе обработки/очистки выхлопов.According to an alternative embodiment, the first layer covers up to 50% of the axial length of the substrate, preferably 100% of the axial length. In this embodiment, the device can function entirely as an ASC, with the ASC properties provided by the first layer, and it can be located downstream of a separate SCR catalyst in the aftertreatment/treatment system.

Первый слой содержит каталитическую композицию нейтрализации проскока аммиака. Каталитическая композиция нейтрализации проскока аммиака, содержит один или более металлов платиновой группы (PGM), нанесенных на диоксид титана, смешанный диоксид кремния–диоксид титана, смешанный оксид Ce–Zr, или смесь этого. PGM выбирают из рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины и смесей двух или более из этих металлов. Предпочтительно PGM представляет собой платину, палладий или их комбинацию, и наиболее предпочтительно является платиной. Предпочтительно первый слой содержит 0,05–0,5% масс. металла платиновой группы, более предпочтительно 0,1–0,2% масс. Такие содержания PGM обеспечивают желательные свойства ASC. Ниже нижнего предела долговечность ASC–покрытия снижается из–за спекания PGM при нагревании. Выше верхнего предела снижается селективность катализатора.The first layer contains the catalytic composition for neutralizing the ammonia slip. The ammonia slip neutralization catalyst composition contains one or more platinum group metals (PGMs) supported on titanium dioxide, silica-titania mixed oxide, Ce-Zr mixed oxide, or a mixture thereof. PGMs are selected from ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, and mixtures of two or more of these metals. Preferably the PGM is platinum, palladium, or a combination thereof, and most preferably is platinum. Preferably the first layer contains 0.05-0.5% wt. platinum group metal, more preferably 0.1-0.2% of the mass. Such PGM contents provide desirable ASC properties. Below the lower limit, the durability of the ASC coating is reduced due to the sintering of the PGM when heated. Above the upper limit, the selectivity of the catalyst decreases.

Диоксид титана, если он присутствует в первом слое, предпочтительно является анатазом, поскольку он имеет более высокую площадь поверхности. Смешанный диоксид кремния–диоксид титана, если он присутствует, может характеризоваться балансом диоксида кремния к диоксиду титана. Предпочтительно, смешанный диоксид кремния–диоксид титана содержит менее 50% масс. диоксида кремния, предпочтительно 5–25% масс., и более предпочтительно 7–15% масс. диоксида кремния. Смешанный оксид Ce–Zr, если он присутствует, может характеризоваться балансом оксида церия к диоксиду циркония. Предпочтительно, смешанный оксид Ce–Zr имеет отношение оксида церия к диоксиду циркония от 60:40 до 30:70 в расчете на общий оксид, т.е. CeO2:ZrO2.Titanium dioxide, if present in the first layer, is preferably anatase because it has a higher surface area. Mixed silica-titanium dioxide, if present, can be characterized by a balance of silica to titanium dioxide. Preferably, the mixed silica-titanium dioxide contains less than 50 wt. silicon dioxide, preferably 5-25% wt., and more preferably 7-15% wt. silicon dioxide. The Ce–Zr mixed oxide, if present, can be characterized by a balance of cerium oxide to zirconia. Preferably, the Ce-Zr mixed oxide has a ratio of cerium oxide to zirconia from 60:40 to 30:70 based on total oxide, i.e. CeO 2 :ZrO 2 .

В дополнение к PGM на перечисленных носителях первый слой может содержать дополнительные компоненты. Например, такие компоненты, как наполнители, связующие, стабилизаторы, реологические модификаторы и другие добавки. В некоторых вариантах осуществления покрытие из пористого оксида содержит порообразующие агенты, такие как графит, целлюлозу, крахмал, полиакрилат и полиэтилен, и тому подобное. Эти дополнительные компоненты необязательно катализируют желаемую реакцию, но вместо этого улучшают эффективность каталитического материала, например, путем увеличения диапазона его рабочих температур, повышения площади поверхности контакта катализатора, увеличение адгезии катализатора к субстрату и тому подобного. Как правило, единственным дополнительным компонентом может быть связующее. Как правило, частицы оксида металла, используемые в качестве связующих, отличаются от частиц оксида металла, используемых в качестве носителей, по размеру частиц, причем частицы связующего значительно больше по сравнению с частицами носителя. Предпочтительно дополнительные компоненты составляют менее 25% масс., предпочтительно менее 15% масс., и наиболее предпочтительно менее 10% масс. первого слоя, при этом остальное приходится на PGM и диоксид титана, смешанный диоксид кремния–диоксид титана, смешанный оксид Ce–Zr, или смесь этого.In addition to the PGMs on the media listed, the first layer may contain additional components. For example, components such as fillers, binders, stabilizers, rheological modifiers and other additives. In some embodiments, the porous oxide coating contains blowing agents such as graphite, cellulose, starch, polyacrylate, and polyethylene, and the like. These additional components do not necessarily catalyze the desired reaction, but instead improve the performance of the catalytic 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. Typically, the only additional component may be a binder. Typically, the metal oxide particles used as binders differ from the metal oxide particles used as carriers in terms of particle size, with the binder particles being significantly larger compared to the carrier particles. Preferably, the additional components are less than 25% wt., preferably less than 15% wt., and most preferably less than 10% wt. the first layer, with the rest being PGM and titanium dioxide, mixed silica-titania, mixed Ce-Zr oxide, or a mixture of these.

Предпочтительно первый слой содержит менее примерно 5% масс. и более предпочтительно менее примерно 1% масс. ванадия в свежем состоянии, после первоначального прокаливания для закрепления слоев.Preferably the first layer contains less than about 5% of the mass. and more preferably less than about 1% of the mass. vanadium in a fresh state, after the initial calcination to fix the layers.

Второй слой расположен поверх первого слоя, причем второй слой содержит каталитическую композицию SCR. Второй слой содержит катализатор для накопления NH3 и селективного восстановления NOx с помощью NH3 в присутствии кислорода, также называемый здесь SCR–катализатором. Предпочтительно второй слой покрывает весь первый слой внутри каналов. Действительно, наиболее предпочтительно второй слой охватывает первый слой таким образом, что ни одна часть первого слоя не может напрямую контактировать с потоком выхлопных газов. Данная конфигурация обеспечивает улучшенную селективность по отношению к N2 и отличается минимальным образованием N2O и NO и/или NO2. Частичное перекрытие или полное исключение верхнего слоя SCR может повышать конверсию NH3 за счет селективности (больше образование N2O и NO и/или NO2 через ASC). Верхний слой с небольшим количеством пригодного для использования NH3 или без него может привести к более низкой селективности при увеличении образования N2O и NO и/или NO2.The second layer is located on top of the first layer, and the second layer contains the SCR catalyst composition. The second layer contains a catalyst for the accumulation of NH3 and selective reduction of NOx with NH3 in the presence of oxygen, also referred to here as the SCR catalyst. Preferably the second layer covers the entire first layer inside the channels. Indeed, most preferably the second layer surrounds the first layer in such a way that no part of the first layer can directly contact the exhaust gas stream. This configuration provides improved N selectivity.2 and is characterized by minimal formation of N2O and NO and/or NO2. Partial overlap or complete exclusion of the upper SCR layer can increase NH conversion3 due to selectivity (more formation of N2O and NO and/or NO2 via ASC). Top layer with some usable NH3 or without it can lead to lower selectivity with increased N production2O and NO and/or NO2.

Предпочтительно каталитическая композиция SCR второго слоя содержит промотированный медью цеолит, промотированный железом цеолит или их комбинацию. Первый SCR–катализатор предпочтительно представляет собой Cu–SCR–катализатор, Fe–SCR–катализатор или смешанный оксид, более предпочтительно Cu–SCR–катализатор или Fe–SCR–катализатор, наиболее предпочтительно Cu–SCR–катализатор. Cu–SCR–катализатор содержит медь и цеолит. Fe–SCR–катализатор содержит железо и цеолит.Preferably, the second layer SCR catalyst composition comprises a copper-promoted zeolite, an iron-promoted zeolite, or a combination thereof. The first SCR catalyst is preferably Cu-SCR catalyst, Fe-SCR catalyst or mixed oxide, more preferably Cu-SCR catalyst or Fe-SCR catalyst, most preferably Cu-SCR catalyst. Cu-SCR-catalyst contains copper and zeolite. Fe–SCR–catalyst contains iron and zeolite.

Цеолит представляет собой микропористый алюмосиликат, имеющий любую из каркасных структур, перечисленных в «Базе данных цеолитных структур» («Database of Zeolite Structures»), опубликованной Международной цеолитной ассоциацией (IZA). Каркасные структуры включают, без ограничения, типы CHA, FAU, BEA, MFi, MOR. Неограничивающие примеры цеолитов, имеющие эти структуры, включают шабазит, фожазит, цеолит Y, ультрастабильный цеолит Y, бета–цеолит, морденит, силикалит, цеолит X и ZSM–5. Алюмосиликатные цеолиты могут иметь молярное отношение диоксида кремния к оксиду алюминия (SAR, определяемое как SiO2/Al2O3) от по меньшей мере примерно 5, предпочтительно по меньшей мере примерно 20, с подходящими диапазонами от примерно 10 до 200.Zeolite is a microporous aluminosilicate having any of the framework structures listed in the "Database of Zeolite Structures" published by the International Zeolite Association (IZA). Framework structures include, without limitation, CHA, FAU, BEA, MFi, MOR types. Non-limiting examples of zeolites having these structures include chabasite, faujasite, zeolite Y, ultrastable zeolite Y, beta zeolite, mordenite, silicalite, zeolite X, and ZSM-5. The aluminosilicate zeolites may have a silica to alumina molar ratio (SAR, defined as SiO 2 /Al 2 O 3 ) of at least about 5, preferably at least about 20, with suitable ranges from about 10 to 200.

Предпочтительно второй слой имеет по меньшей мере некоторую величину аккумулирования аммиака до 0,1 г на грамм второго слоя, измеренную при 200°C, предпочтительно 0,01–0,05 г/г и наиболее предпочтительно примерно 0,025 г/г.Preferably the second layer has at least some ammonia storage up to 0.1 g per gram of the second layer measured at 200° C., preferably 0.01-0.05 g/g and most preferably about 0.025 g/g.

Используемые в настоящем документе термины «первый слой» и «второй слой» используются, чтобы описать относительные положения слоев катализатора в каталитическом изделии по отношению к нормальному направлению протекания выхлопных газов через каталитическое изделие, после и/или поверх него. При нормальных условиях потока выхлопных газов выхлопные газы контактируют со вторым слоем до контактирования с первым слоем и затем будут контактировать со вторым слоем снова, перед выходом из каталитического изделия. Следует отметить, что первый и второй слои являются пористыми благодаря своей структуре и позволяют выхлопным газам проходить внутри и через материал слоя. Первый слой наносится на проточный сотовый субстрат в качестве нижнего слоя, и второй слой представляет собой верхний слой, который наносится поверх первого слоя.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 with respect to the normal direction of flow of exhaust gases through, after, and/or over the catalyst article. Under normal exhaust gas flow conditions, the exhaust gases contact the second layer prior to contacting the first layer and will then contact the second layer again before exiting the catalyst article. It should be noted that the first and second layers are porous due to their structure and allow exhaust gases to pass within and through the material of the layer. The first layer is applied to the flow honeycomb substrate as the bottom layer and the second layer is the top layer that is applied over the first layer.

Способы нанесения первого и второго слоев хорошо известны в данной области техники и включают нанесение покрытия из пористого оксида на покрываемые поверхности. После нанесения слоев на изделие их обычно прокаливают для закрепления слоев. Прокаливание хорошо известно в данной области техники и может проводиться на воздухе при температурах примерно 500°С.Methods for applying the first and second layers are well known in the art and include applying a porous oxide coating to the surfaces to be coated. After applying the layers to the product, they are usually calcined to fix the layers. The calcination is well known in the art and can be carried out in air at temperatures of about 500°C.

Предпочтительно описанное здесь каталитическое изделие является заключенным в оболочку и готовым к использованию в системе обработки выхлопных газов автомобиля.Preferably, the catalyst article described herein is encapsulated and ready for use in an automotive aftertreatment system.

В соответствии с дополнительным аспектом предложена система обработки выхлопов для обработки потока выхлопных газов сгорания, причем система содержит источник выхлопных газов сгорания, находящийся в сообщении по текучей среде с описанным здесь каталитическим изделием, и источник азотного восстановителя, расположенный выше по потоку от указанного изделия. Предпочтительно источником выхлопных газов сгорания является дизельный двигатель.In accordance with a further aspect, an exhaust treatment system for treating a combustion exhaust gas stream is provided, the system comprising a combustion exhaust gas source in fluid communication with a catalyst article described herein and a nitrogen reducing agent source located upstream of said article. Preferably, the source of combustion exhaust gases is a diesel engine.

Таким образом, каталитическое изделие настоящего изобретения может быть частью системы обработки выхлопных газов, в которой каталитическое изделие расположено после источника азотного восстановителя. В соответствии с одним вариантом осуществления изделие представляет собой SCR–катализатор, содержащий расположенную ниже по потоку часть ASC–катализатора. Например, катализатор нейтрализации проскока аммиака размещается на находящемся ниже по потоку конце проточного субстрата, и SCR–катализатор размещается на находящемся выше по потоку конце проточного субстрата. В соответствии с другим вариантом осуществления изделие представляет собой ASC–катализатор, который должен быть расположен ниже по потоку от отдельного катализатора селективного каталитического восстановления (SCR). Таким образом, катализатор нейтрализации проскока аммиака и SCR–катализатор размещаются на отдельных модулях внутри выхлопной системы. Эти отдельные модули могут быть смежными и могут находиться в контакте друг с другом, или могут быть разнесены на определенное расстояние, при условии, что они находятся в сообщении по текучей среде друг с другом, и при условии, что модуль SCR–катализатора расположен выше по потоку от модуля катализатора нейтрализации проскока аммиака. В обоих этих вариантах осуществления катализатор нейтрализации проскока аммиака окисляет по меньшей мере часть любого азотного восстановителя, который не израсходован в процессе селективного каталитического восстановления.Thus, the catalyst article of the present invention may be part of an exhaust gas treatment system in which the catalyst article is located downstream of a nitrogen reductant source. In accordance with one embodiment, the article is an SCR catalyst containing a downstream portion of the ASC catalyst. For example, an ammonia slip neutralization catalyst is placed at the downstream end of the flow substrate, and an SCR catalyst is placed at the upstream end of the flow substrate. According to another embodiment, the article is an ASC catalyst to be located downstream of a separate Selective Catalytic Reduction (SCR) catalyst. Thus, the ammonia slip catalyst and the SCR catalyst are placed on separate modules inside the exhaust system. These individual modules may be adjacent and in contact with each other, or may be separated by a certain distance, provided they are in fluid communication with each other, and provided that the SCR catalyst module is located upstream. flow from the catalyst module to neutralize the slip of ammonia. In both of these embodiments, the ammonia slip neutralization catalyst oxidizes at least a portion of any nitrogen reductant that is not consumed in the selective catalytic reduction process.

Азотным восстановителем может быть аммиак сам по себе, гидразин или предшественник аммиака, выбранный из группы, состоящей из мочевины ((NH2)2CO), карбоната аммония, карбамата аммония, гидрокарбоната аммония и формиата аммония. Аммиак является наиболее предпочтительным.The nitrogen reducing agent may be ammonia itself, hydrazine, or an ammonia precursor selected from the group consisting of urea ((NH 2 ) 2 CO), ammonium carbonate, ammonium carbamate, ammonium hydrogen carbonate, and ammonium formate. Ammonia is the most preferred.

Предпочтительно первый слой покрывает до 50% осевой длины субстрата и проходит от расположенного ниже по потоку конца изделия в процессе использования.Preferably, the first layer covers up to 50% of the axial length of the substrate and extends from the downstream end of the article during use.

В соответствии с дополнительным аспектом предложен способ обработки потока выхлопных газов сгорания, причем способ включает контактирование потока выхлопных газов сгорания с описанным здесь каталитическим изделием в присутствии азотного восстановителя.In accordance with a further aspect, a method is provided for treating a combustion exhaust stream, the method comprising contacting the combustion exhaust stream with a catalyst article described herein in the presence of a nitrogen reducing agent.

Хотя настоящее изобретение описывает первый и второй слои, также предполагается, что первый и второй слои могут быть выполнены в виде единого смешанного слоя, включающего в себя все те компоненты, которые описаны здесь для первого и второго слоев.Although the present invention describes the first and second layers, it is also contemplated that the first and second layers can be made as a single mixed layer, including all those components that are described here for the first and second layers.

Настоящее изобретение теперь будет описано со ссылкой на следующие неограничивающие чертежи, на которых:The present invention will now be described with reference to the following non-limiting drawings, in which:

на фиг.1 показано поперечное сечение проточного монолитного субстрата;figure 1 shows a cross section of a flowing monolithic substrate;

на фиг.2 представлен график, показывающий активность свежих и состаренных катализаторов, описанных в настоящем документе и в известном уровне техники.Figure 2 is a graph showing the activity of fresh and aged catalysts described herein and in the prior art.

На фиг.1 представлен один канал 5 внутри проточного субстрата 2 в соответствии с каталитическим изделием 1 настоящего изобретения. Субстрат 1 имеет стенки 10, образованные из экструдированного ванадийсодержащего SCR–материала. Стенки 10 ограничивают канал 5, через который проходит выхлопной газ 15. Каждая стенка 10 имеет поверхность 20 для контакта с выхлопным газом 15.Figure 1 shows one channel 5 within the flow substrate 2 in accordance with the catalytic product 1 of the present invention. Substrate 1 has walls 10 formed from extruded vanadium-containing SCR material. The walls 10 define a channel 5 through which the exhaust gas 15 passes. Each wall 10 has a surface 20 for contact with the exhaust gas 15.

На находящемся ниже по потоку конце 25 поверхностей 20 расположен первый слой 30. Первый слой 30 содержит материал катализатора нейтрализации проскока аммиака, содержащий Pt на смешанном диоксиде кремния–диоксиде титана.At the downstream end 25 of the surfaces 20 is a first layer 30. The first layer 30 contains an ammonia slip neutralization catalyst material containing Pt on mixed silica-titania.

Первый слой 30 полностью покрыт вторым слоем 35, содержащим каталитическую композицию SCR.The first layer 30 is completely covered by the second layer 35 containing the SCR catalyst composition.

В процессе использовании выхлопной газ 15 контактирует с SCR–материалом в субстрате 1 в присутствии аммиака. Это приводит к превращению NOx в выхлопном газе 15 в азот и воду.During use, the exhaust gas 15 contacts the SCR material in the substrate 1 in the presence of ammonia. This causes the NO x in the exhaust gas 15 to be converted into nitrogen and water.

Избыток аммиака в выхлопном газе 15 затем контактирует с ASC в первом слое 30 и превращается в азот. Данное превращение может также образовывать дополнительный NOx, который затем вступает в контакт с SCR во втором слое 35 и превращается обратно в азот.The excess ammonia in the exhaust gas 15 then contacts the ASC in the first layer 30 and is converted to nitrogen. This conversion may also generate additional NO x which then comes into contact with the SCR in the second layer 35 and is converted back to nitrogen.

В предпочтительном варианте осуществления проточный субстрат 2 представляет собой экструдированную смесь ванадия/вольфрама/диоксида титана и промотированного железом цеолита ZSM–5. Он имеет первый слой 30, нанесенный в виде покрытия из пористого оксида, содержащего примерно 0,15% масс. Pt, промотированный железом цеолит и менее 10% масс. золя диоксида кремния в качестве связующего. Связующее способствует адгезии слоя к субстрату, но предпочтительно присутствует в минимальном количестве, чтобы избежать повышения противодавления.In a preferred embodiment, flow substrate 2 is an extruded blend of vanadium/tungsten/titanium dioxide and iron promoted ZSM-5 zeolite. It has a first layer 30 deposited as a porous oxide coating containing about 0.15 wt. Pt, promoted by iron zeolite and less than 10% of the mass. silica sol as a binder. The binder promotes the adhesion of the layer to the substrate, but is preferably present in a minimal amount to avoid an increase in back pressure.

Затем наносится второй слой 35 из SCR–композиции, содержащей промотированный железом цеолит. Он наносится с оксидом алюминия в качестве связующего. Первый и второй слои 30, 35 могут быть высушены после нанесения и затем прокалены на воздухе при температуре примерно 500°С для их закрепления.Then a second layer 35 of the SCR composition containing the iron-promoted zeolite is applied. It is applied with alumina as a binder. The first and second layers 30, 35 can be dried after application and then calcined in air at a temperature of about 500°C to fix them.

Готовое изделие 1 затем заключают в оболочку для установки в выхлопную систему.The finished product 1 is then enclosed in a shell for installation in the exhaust system.

Настоящее изобретение теперь будет описано со ссылкой на следующие неограничивающие примеры.The present invention will now be described with reference to the following non-limiting examples.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Пример 1: Получение экструдированного сотового субстратаExample 1 Preparation of Extruded Honeycomb Substrate

Катализатор с экструдированным сотовым субстратом в соответствии с WO 2014/027207 А1 получали сначала путем смешивания алюмосиликатного цеолита MFI, который был подвергнут ионному обмену с >1% масс. железа с 2% масс. V2O5 – WO3/TiO2 остальных компонентов, с неорганическими вспомогательными веществами для улучшения реологических свойств экструзии и повышения механической прочности экструдата. Подходящие органические вспомогательные вещества, такие как экструзионные смазки и пластификаторы, могут быть добавлены для облегчения перемешивания с образованием однородной экструдируемой массы. Органические вспомогательные вещества могут включать целлюлозу, водорастворимые смолы, такие как полиэтиленгликоль, и выгорают из конечного субстрата во время прокаливания. Соответствующие пропорции цеолита, V2O5 – WO3/TiO2, неорганических вспомогательных веществ выбирали таким образом, чтобы после удаления органических вспомогательных веществ субстрат содержал 16% масс. Fe/цеолитного компонента, 72% масс. V2O5 – WO3/TiO2 компонента, 12% масс. неорганических вспомогательных веществ. Экструдируемую массу экструдировали с образованием сотовых тел диаметром 10,5×7,0 дюймов длины (26,7×17,8 см) и 400 ячеек на квадратный дюйм (62 ячейки на см2) в проточной конфигурации (т. е. ячейки открыты с обоих концов), имеющих толщину стенки сотовой ячейки 0,011 дюйма (0,028 см). Затем экструдированный сотовый субстрат сушили и прокаливали с получением конечного продукта.The extruded honeycomb substrate catalyst according to WO 2014/027207 A1 was first prepared by mixing an MFI aluminosilicate zeolite that had been ion exchanged with >1% wt. iron with 2% wt. V 2 O 5 - WO 3 /TiO 2 other components, with inorganic auxiliary substances to improve the rheological properties of extrusion and increase the mechanical strength of the extrudate. Suitable organic auxiliaries such as extrusion lubricants and plasticizers may be added to facilitate mixing to form a uniform extrudable mass. Organic excipients may include cellulose, water soluble resins such as polyethylene glycol, and burn out from the final substrate during calcination. Appropriate proportions of zeolite, V 2 O 5 - WO 3 /TiO 2 , inorganic excipients were chosen so that after the removal of organic excipients, the substrate contained 16% of the mass. Fe/zeolite component, 72% wt. V 2 O 5 - WO 3 /TiO 2 components, 12% wt. inorganic excipients. The extrudable mass was extruded into honeycomb bodies 10.5 x 7.0 inches in diameter (26.7 x 17.8 cm) long and 400 cells per square inch (62 cells per cm 2 ) in a flow configuration (i.e. cells open both ends) having a honeycomb cell wall thickness of 0.011 inches (0.028 cm). The extruded honeycomb substrate was then dried and calcined to obtain the final product.

Пример 2: Получение покрытия из пористого оксида медьзамещенного цеолитного SCR–катализатора (второго слоя)Example 2: Obtaining a porous oxide coating of a copper-substituted zeolite SCR catalyst (second layer)

Коммерчески доступным синтетическим алюмосиликатным цеолитом СНА был цеолит, подвергнутый ионному обмену с NH4+ в растворе NH4NO3, который затем отфильтровывали. Полученные материалы добавляли к водному раствору Cu(NO3)2 при перемешивании. Суспензию фильтровали, затем промывали и сушили. Процедуру могли повторять для достижения концентрации металла 3% масс. Конечный продукт прокаливали.The commercially available synthetic aluminosilicate zeolite CHA was ion exchanged with NH4 + in NH 4 NO 3 solution, which was then filtered. The resulting materials were added to an aqueous solution of Cu(NO 3 ) 2 with stirring. The suspension was filtered, then washed and dried. The procedure could be repeated to achieve a metal concentration of 3% wt. The final product was calcined.

Сравнительный пример 3: Получение каталитического покрытия из пористого оксида Pt/легированного диоксидом кремния оксида алюминия катализатора нейтрализации проскока аммиака (первый слой)Comparative Example 3: Preparation of Catalytic Coating of Porous Pt Oxide/Silica Doped Alumina Catalyst for Ammonia Surge Neutralization Catalyst (First Layer)

Раствор нитрата платины импрегнировали на коммерчески доступный, легированный диоксидом кремния оксид алюминия, с образованием суспензии, в которой целевое содержание Pt в легированном диоксидом кремния оксиде алюминия составляло 0,2% масс., и номинальная загрузка Pt составляла 3 г/фут3 (0,007 кг/м3).The platinum nitrate solution was impregnated onto commercially available silica-doped alumina to form a slurry in which the target Pt content in the silica-doped alumina was 0.2 wt% and the nominal Pt loading was 3 g/ft 3 (0.007 kg / m 3 ).

Пример 4: Получение каталитического покрытия из пористого оксида, содержащего Pt/диоксид кремния–диоксид титана катализатор нейтрализации проскока аммиака (первый слой)Example 4: Preparation of a porous oxide catalytic coating containing Pt/silica-titania Ammonia slip neutralization catalyst (first layer)

Раствор нитрата платины импрегнировали на коммерчески доступный смешанный диоксид кремния–диоксид титана, имеющий содержание диоксида кремния примерно 10% масс., с образованием суспензии, в которой содержание Pt в смешанном диоксиде кремния–диоксиде титана составляло 0,2% масс., и номинальная загрузка Pt составляла 3 г/фут3 (0,007 кг/м3).A solution of platinum nitrate was impregnated onto a commercially available mixed silica-titania having a silica content of about 10 wt.% to form a slurry in which the Pt content in the mixed silica-titania was 0.2 wt.% and the nominal loading Pt was 3 g/ft 3 (0.007 kg/m 3 ).

Пример 5: Получение каталитического покрытия из пористого оксида Pt/смешанного оксидного Ce–Zr катализатора нейтрализации проскока аммиака (первый слой)Example 5 Catalytic Coating of Pt Oxide/Ce-Zr Mixed Oxide Ammonia Surge Neutralization Catalyst (First Layer)

Раствор нитрата платины импрегнировали на коммерчески доступный смешанный оксид церия–диоксид циркония, имеющий содержание оксида церия примерно 50% масс., с образованием суспензии, в которой содержание Pt в смешанном оксиде церия–диоксиде циркония составляло 0,2% масс., и номинальная загрузка Pt составляла 3 г/фут3 (0,007 кг/м3).A solution of platinum nitrate was impregnated onto a commercially available mixed cerium oxide-zirconia having a cerium oxide content of about 50 wt.% to form a slurry in which the Pt content in the mixed cerium oxide-zirconia was 0.2 wt.% and the nominal loading Pt was 3 g/ft 3 (0.007 kg/m 3 ).

Пример 6: Покрытие субстратов каталитическими композициями первого слояExample 6 Coating of Substrates with First Layer Catalyst Compositions

Каждый из трех сотовых субстратов, полученных в соответствии с примером 1, покрывали с одного конца сотового субстрата покрытием из пористого оксида каталитических композиций первого слоя, описанных в примерах 3 (сравнительный), 4 и 5, с использованием способа, описанного в WO 99/47260 A1, на глубину 2 дюйма (5,1 см), т.е. способа, включающего стадии: (a) помещения удерживающего средства поверх субстрата, (b) дозирования заранее установленного количества жидкого компонента в указанное удерживающее средство, или в порядке (a) затем (b), или (b) затем (a), и (c) подведения вакуума, с вытягиванием всего указанного количества жидкого компонента в по меньшей мере часть субстрата, и сохранения по существу всего указанного количества внутри носителя, без рецикла. Затем субстраты с нанесенным покрытием сушили и прокаливали.Each of the three honeycomb substrates prepared according to Example 1 was coated at one end of the honeycomb substrate with a porous oxide coating of the first layer catalyst compositions described in Examples 3 (comparative), 4 and 5 using the method described in WO 99/47260 A1, to a depth of 2 inches (5.1 cm), i.e. a method comprising the steps of: (a) placing a retention agent on top of a substrate, (b) dispensing a predetermined amount of a liquid component into said retention agent, either in the order of (a) followed by (b), or (b) followed by (a), and ( c) applying a vacuum to draw all of said amount of the liquid component into at least a portion of the substrate and retain substantially all of said amount within the carrier, without recycling. The coated substrates were then dried and calcined.

Пример 7: Покрытие субстратов каталитическими композициями второго слояExample 7 Coating Substrates with Second Layer Catalyst Compositions

Каждый из трех сотовых субстратов, полученных в примере 6, дополнительно покрывали каталитической композицией Cu/цеолит примера 2 с использованием той же самой методики, которая описана в примере 6, т.е. в WO 99/47260 A1. Покрытия второго слоя наносили на тот же самый конец сотового субстрата таким образом, что второй слой перекрывал первый слой в такой степени, что ни одна часть первого слоя не оставалась открытой, т.е. второй слой был нанесен в виде небольшого перекрытия поверх первого слоя на конце первого слоя, удаленном от конца субстрата, на который было нанесено покрытие, чтобы исключить открытый первый слой, окисляющий аммиак во входящем газе. Затем субстраты с нанесенным покрытием сушили и прокаливали.Each of the three honeycomb substrates prepared in Example 6 was further coated with the Cu/zeolite catalyst composition of Example 2 using the same technique as described in Example 6, ie. in WO 99/47260 A1. Coatings of the second layer were applied to the same end of the honeycomb substrate in such a way that the second layer overlapped the first layer to such an extent that no part of the first layer was left exposed, i. a second layer was applied as a slight overlap over the first layer at the end of the first layer remote from the end of the coated substrate to eliminate an exposed first layer oxidizing the ammonia in the incoming gas. The coated substrates were then dried and calcined.

Пример 8: Условия старенияExample 8 Aging Conditions

Экструдированные каталитические сотовые субстраты, полученные в примере 7, подвергали термическому старению (без воды) на стадии ускоренного старения, либо путем нагревания их в печи при температуре выше 600°С в течение 2 ч (называются в настоящем описании «свежие») или при 650°С в течение 100 ч (называются в настоящем описании «состаренные»), чтобы смоделировать ожидаемое воздействие сотовых субстратов на выхлопные газы автомобилей в течение срока службы транспортного средства в соответствии с европейским экологическим стандартом по выхлопам.The extruded catalytic honeycomb substrates prepared in Example 7 were thermally aged (without water) in an accelerated aging step, either by heating them in an oven at over 600° C. for 2 hours (referred to herein as "fresh") or at 650 °C for 100 h (referred to here as "aged") to simulate the expected impact of honeycomb substrates on vehicle exhaust gases over the life of a vehicle in accordance with the European emission standard.

Пример 9: Условия испытанияExample 9: Test Conditions

Сердцевины диаметром 1 дюйм (2,54 см) вырезали из свежих и состаренных субстратов из примера 7 и каждую из них загружали в лабораторное устройство для определения каталитической активности синтетических катализаторов (SCAT), для проверки способности каждого образца окислять NH3 в модельном выхлопном газе, содержащем 500 ч/млн NH3, 4,5% масс. CO, 5% масс. H2O, 200 ч/млн CO2, 12% масс. O2 и остальное – N2. Испытание проводили при объемной скорости выхлопного газа 150000 ч–1. Результаты в виде % конверсии NH3 в зависимости от температуры показаны на фиг.2.Cores 1 inch (2.54 cm) in diameter were cut from the fresh and aged substrates from Example 7 and each was loaded into a laboratory Synthetic Catalyst Catalyst Tester (SCAT) to test each sample's ability to oxidize NH 3 in model exhaust gas, containing 500 ppm NH 3 , 4.5% of the mass. CO, 5 wt. H 2 O, 200 ppm CO 2 , 12% wt. O 2 and the rest - N 2 . The test was carried out at an exhaust gas space velocity of 150,000 h –1 . The results as % conversion of NH 3 versus temperature are shown in FIG. 2.

Как показано на фиг.2, нанесенный на носитель из диоксида кремния–оксида алюминия катализатор проявляет хорошую активность в свежем состоянии, но она падает при старении. Катализаторы на носителе из диоксида кремния–диоксида титана и оксида церия–диоксида циркония обладают сопоставимыми активностями в свежем состоянии, которая снижается значительно меньше при старении, чем для образца диоксида кремния–оксида алюминия.As shown in FIG. 2, the silica-alumina-supported catalyst exhibits good activity in the fresh state, but decreases with aging. Supported catalysts of silica–titania and cerium oxide–zirconium dioxide have comparable activities in the fresh state, which decreases significantly less with aging than for the silica–aluminum oxide sample.

Вышеприведенное подробное описание было представлено для пояснения и иллюстрации и не предназначено для ограничения объема прилагаемой формулы изобретения. Многие изменения в предпочтительных в настоящее время вариантах осуществления, проиллюстрированных в данном документе, будут очевидны для специалиста в данной области и остаются в объеме прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.The foregoing detailed description has been presented for purposes of explanation and illustration and is not intended to limit the scope of the appended claims. Many changes to the currently preferred embodiments illustrated herein will be apparent to those skilled in the art and remain within the scope of the appended claims and their equivalents.

Во избежание неопределенности, полное содержание всех процитированных здесь документов включено в настоящее описание посредством ссылки.For the avoidance of doubt, the entire contents of all documents cited herein are incorporated herein by reference.

Claims (17)

1. Каталитическое изделие для обработки потока выхлопных газов сгорания, содержащее:1. A catalytic article for treating a combustion exhaust stream, comprising: каталитически активный субстрат, содержащий один или более каналов, проходящих вдоль его осевой длины, через которые в процессе использования протекает поток выхлопных газов сгорания, причем один или более каналов имеют первую поверхность для контакта с потоком выхлопных газов сгорания;a catalytically active substrate comprising one or more channels extending along its axial length through which a combustion exhaust stream flows during use, the one or more channels having a first surface for contact with the combustion exhaust stream; при этом субстрат образован экструдированным материалом ванадийсодержащего SCR-катализатора,wherein the substrate is formed by an extruded material of a vanadium-containing SCR catalyst, при этом первый слой расположен на по меньшей мере части первой поверхности, при этом первый слой содержит каталитическую композицию нейтрализации проскока аммиака, содержащую один или более металлов платиновой группы, нанесенных на диоксид титана, смешанный оксид диоксид кремния–диоксид титана, содержащий 5-25% масс. диоксида кремния, смешанный оксид Ce-Zr, имеющий отношение оксида церия к диоксиду циркония от 60:40 до 30:70 в расчете на общий оксид, или их смесь, иwherein the first layer is located on at least part of the first surface, wherein the first layer contains an ammonia slip neutralization catalytic composition containing one or more platinum group metals deposited on titanium dioxide, a mixed oxide of silicon dioxide–titania, containing 5-25% mass. silicon dioxide, a mixed Ce-Zr oxide having a ratio of cerium oxide to zirconia from 60:40 to 30:70 based on total oxide, or a mixture thereof, and второй слой расположен на по меньшей мере части первого слоя и содержит каталитическую композицию SCR.the second layer is located on at least a portion of the first layer and contains the SCR catalyst composition. 2. Изделие по п.1, в котором субстрат представляет собой сотовый проточный монолитный субстрат.2. The article of claim 1 wherein the substrate is a honeycomb flow monolithic substrate. 3. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором субстрат содержит 1–3% масс., более предпочтительно 1,5–2,5% масс., оксида ванадия.3. An article according to any of the preceding claims, wherein the substrate contains 1-3% by weight, more preferably 1.5-2.5% by weight, vanadium oxide. 4. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором первый слой содержит 0,05–0,5% масс. металла платиновой группы.4. The product according to any of the preceding paragraphs, in which the first layer contains 0.05-0.5% of the mass. platinum group metal. 5. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором металл платиновой группы представляет собой Pt.5. An article according to any one of the preceding claims, wherein the platinum group metal is Pt. 6. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором первый слой покрывает до 50% осевой длины субстрата, предпочтительно 10–40% осевой длины, и предпочтительно проходит от конца изделия.6. An article according to any one of the preceding claims, wherein the first layer covers up to 50% of the axial length of the substrate, preferably 10-40% of the axial length, and preferably extends from the end of the article. 7. Изделие по любому из пп.1–5, в котором первый слой покрывает до 50% осевой длины субстрата, предпочтительно 100% осевой длины.7. An article according to any one of claims 1 to 5, wherein the first layer covers up to 50% of the axial length of the substrate, preferably 100% of the axial length. 8. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором каталитическая композиция SCR второго слоя содержит промотированный медью цеолит, промотированный железом цеолит или их комбинацию.8. An article according to any one of the preceding claims, wherein the second layer SCR catalyst composition comprises a copper-promoted zeolite, an iron-promoted zeolite, or a combination thereof. 9. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором второй слой покрывает 100% площади первого слоя.9. An article according to any one of the preceding claims, wherein the second layer covers 100% of the area of the first layer. 10. Система обработки выхлопов для обработки потока выхлопных газов сгорания, где система содержит источник выхлопных газов сгорания, находящийся в сообщении по текучей среде с каталитическим изделием по любому из предшествующих пунктов, и источник азотного восстановителя, расположенный выше по потоку от указанного изделия.10. An exhaust treatment system for treating a combustion exhaust gas stream, wherein the system comprises a combustion exhaust gas source in fluid communication with the catalyst article of any one of the preceding claims and a source of nitrogen reductant located upstream of said article. 11. Система по п.10, в которой первый слой покрывает до 50% осевой длины субстрата и проходит от расположенного ниже по потоку конца изделия.11. The system of claim 10 wherein the first layer covers up to 50% of the axial length of the substrate and extends from the downstream end of the article. 12. Система по п.10 или 11, в которой источник выхлопных газов сгорания представляет собой дизельный двигатель.12. The system of claim 10 or 11, wherein the combustion exhaust source is a diesel engine. 13. Способ обработки потока выхлопных газов сгорания, включающий: контактирование потока выхлопных газов сгорания с каталитическим изделием по любому из пп.1–9 в присутствии азотного восстановителя.13. A method for treating a combustion exhaust gas stream, comprising: contacting a combustion exhaust gas stream with a catalytic article according to any one of claims 1 to 9 in the presence of a nitrogen reducing agent.
RU2019134542A 2017-03-30 2018-03-19 Catalytic product with active scr substrate, layer of ammonia slip neutralization catalyst, and scr layer for use in exhaust treatment system RU2776705C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1705158.2 2017-03-30
GBGB1705158.2A GB201705158D0 (en) 2017-03-30 2017-03-30 Catalyst article for use in a emission treatment system
PCT/GB2018/050705 WO2018178627A1 (en) 2017-03-30 2018-03-19 Catalyst article with scr active substrate, ammonia slip catalyst layer and scr layer for use in an emission treatment system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019134542A3 RU2019134542A3 (en) 2021-04-30
RU2019134542A RU2019134542A (en) 2021-04-30
RU2776705C2 true RU2776705C2 (en) 2022-07-25

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015017516A2 (en) * 2013-07-30 2015-02-05 Johnson Matthey Public Limited Company Ammonia slip catalyst
WO2015175921A2 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Johnson Matthey Public Limited Company Catalytic article for treating exhaust gas
US9227176B2 (en) * 2012-11-30 2016-01-05 Johnson Matthey Public Limited Company Ammonia oxidation catalyst
RU2592791C2 (en) * 2010-11-11 2016-07-27 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани METHOD OF PROCESSING NOx OF EXHAUST GASES USING THREE CONSECUTIVE ZONES OF SCR CATALYSTS
WO2016205506A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 Johnson Matthey Public Limited Company Single or dual layer ammonia slip catalyst
WO2016205509A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 Johnson Matthey Public Limited Company Ammonia slip catalyst with low n2o formation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2592791C2 (en) * 2010-11-11 2016-07-27 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани METHOD OF PROCESSING NOx OF EXHAUST GASES USING THREE CONSECUTIVE ZONES OF SCR CATALYSTS
US9227176B2 (en) * 2012-11-30 2016-01-05 Johnson Matthey Public Limited Company Ammonia oxidation catalyst
WO2015017516A2 (en) * 2013-07-30 2015-02-05 Johnson Matthey Public Limited Company Ammonia slip catalyst
WO2015175921A2 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Johnson Matthey Public Limited Company Catalytic article for treating exhaust gas
WO2016205506A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 Johnson Matthey Public Limited Company Single or dual layer ammonia slip catalyst
WO2016205509A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 Johnson Matthey Public Limited Company Ammonia slip catalyst with low n2o formation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10828603B2 (en) SCR with turbo and ASC/DOC close-coupled system
KR102602376B1 (en) diesel oxidation catalyst
US11857925B2 (en) Single brick SCR/ASC/PNA/DOC close-coupled catalyst
US10500574B2 (en) LTA catalysts having extra-framework iron and/or manganese for treating exhaust gas
KR102345897B1 (en) Base metal catalyst
US10799832B2 (en) Catalyst article for use in an emission treatment system
KR20140045393A (en) Catalyzed soot filter with layered design
US11541379B2 (en) Bimetallic Cu/Mn catalysts for selective catalytic reduction
KR20160036586A (en) Tungsten/titania oxidation catalyst
KR20210075195A (en) Exhaust gas treatment systems for lean burn engines
US11225895B2 (en) Catalyst article for use in an emission treatment system
RU2776705C2 (en) Catalytic product with active scr substrate, layer of ammonia slip neutralization catalyst, and scr layer for use in exhaust treatment system
RU2784964C2 (en) Catalytic product for use in system for exhaust gas processing
RU2774932C2 (en) Exhaust system containing a catalytic scrf converter with an oxidation zone
US11280240B2 (en) Exhaust system including SCRF catalyst with oxidation zone
US20230323802A1 (en) Exhaust gas treatment system
RU2772861C2 (en) Catalytic product for exhaust gas treatment
KR20230012001A (en) Selective catalytic reduction catalyst and catalytic article comprising the same