專利名稱：借助scr催化劑處理發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法
借助SCR催化劑處理發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣凈化系統(tǒng)本發(fā)明涉及使用SCR催化劑以及作為還原劑計(jì)量添加(eindosiertem)到廢氣系 統(tǒng)中的氨和能分解成氨的化合物處理內(nèi)燃機(jī)廢氣的廢氣凈化系統(tǒng)(方法和裝置)。柴油機(jī)和以貧化的空氣/燃料混合物驅(qū)動(dòng)的汽油機(jī)的廢氣除了常規(guī)有害氣體一 氧化碳Co、烴HC和氮氧化物NOx外還含有至多15體積％的相對高的氧含量。通過氧化可 輕易地使一氧化碳和烴無害化。由于高的氧含量，將氮氧化物還原成氮要難得多。用于在氧的存在下從廢氣中除去氮氧化物的已知方法是借助于氨的選擇性催化 還原法(SCR法；Selective Catalytic Reduction)，氨還可以由前體化合物例如脲原位產(chǎn) 生。在該方法中，氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)(Komproportionierung)在形成氮的情況下 在適合的催化劑(簡稱SCR催化劑)上進(jìn)行。EP-B 0 385 164描述了用氨選擇性還原氮氧化物的所謂全催化劑，其除了二氧化 鈦和鎢、硅、硼、鋁、磷、鋯、鋇、釔、鑭和鈰中的至少一種的氧化物外，還含有選自釩、鈮、鉬、 鐵和銅的氧化物的另外組分。US 4，961，917請求保護(hù)用氨還原氮氧化物的催化劑配制劑，其除了氧化硅氧化 鋁之比至少為10的沸石和在所有空間方向上通過平均動(dòng)力學(xué)孔徑為至少7Λ的孔連接的孔 結(jié)構(gòu)外，還含有鐵和/或銅作為促進(jìn)劑。EP-A 1 495 804和US 6，914，026示出了在水熱老 化條件下改善這樣的沸石基系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方法。在所提到的文獻(xiàn)中所述的代表現(xiàn)有技術(shù)的SCR催化劑配制劑一般僅僅在特定的 溫度范圍(經(jīng)常高于350°C)內(nèi)具有良好的氮氧化物轉(zhuǎn)化率。所述轉(zhuǎn)化通常僅在相對窄的 溫度范圍內(nèi)最佳地進(jìn)行。該轉(zhuǎn)化率最佳值對于SCR催化劑是典型的并且取決于催化劑的工 作方式。在用于機(jī)動(dòng)車時(shí)，SCR催化劑因內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)的運(yùn)行方式而經(jīng)受強(qiáng)烈波動(dòng)的運(yùn)行條 件。但是，為了遵守法律規(guī)定的排放限值，即使在SCR催化劑的轉(zhuǎn)化率最佳值之外的運(yùn)行 點(diǎn)，也必須在良好的選擇性下保證盡可能高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率。同樣必須確保在低溫下完 全且選擇性的氮氧化物轉(zhuǎn)化，正如在非常熱的廢氣中大量氮氧化物的選擇性和完全的轉(zhuǎn)化 率，所述大量氮氧化物例如在滿負(fù)荷行駛時(shí)出現(xiàn)。因此，SCR催化劑，如在EP-B 0 385 164或US 4，961，917中所提到的配制劑，有 時(shí)與具有不同工作范圍的其它氮氧化物還原催化劑組合使用，以便能夠確保在行駛條件下 出現(xiàn)的所有工作溫度(該工作溫度處于200°C -600°C之間)下去除氮氧化物。因此，US 2006/0039843A1描述了一種廢氣凈化系統(tǒng)，其包含氨或氨前體化合物的 計(jì)量添加裝置和第一催化劑基材，在所述系統(tǒng)中在上游設(shè)置有SCR催化活性涂層并且在下 游設(shè)置有氨封閉催化劑涂層。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在氨或氨前體化合物的計(jì)量添加裝置 與第一催化劑基材之間設(shè)置第二 SCR催化劑。在該設(shè)置中，作為SCR催化劑優(yōu)選使用含釩 的SCR催化劑和/或基于沸石的SCR催化劑，以便達(dá)到足夠好的轉(zhuǎn)化率。EP-A 1 795 724也描述了一種廢氣凈化系統(tǒng)，其含有作為能分解成氨的化合物的 脲溶液的計(jì)量添加裝置和兩種相繼設(shè)置的SCR催化劑。在上游設(shè)置的催化劑是高溫活性的 并優(yōu)選含有氧化釩，在下游設(shè)置的催化劑是低溫活性的并優(yōu)選含有Cu-、Fe-、Co-或Ag-沸石或Cu-、Fe-、Co-或Ag-氧化鋁。由于釩化合物在含氧的、潮濕的氣氛中在升高的溫度下的高揮發(fā)性，因此使用含 釩的催化劑是有毒性顧慮的。EP-A 0 393 905或者US 5，516，497公開了在氣流中使用氨使氮氧化物轉(zhuǎn)換的方 法，該方法包括(i)使含NOx和氨的氣流流經(jīng)含鐵-和/或銅-促進(jìn)的第一沸石的第一催化 劑區(qū)域和(ii)使產(chǎn)生的含有未反應(yīng)的氨且其氮氧化物減少的氣流流經(jīng)第二催化劑區(qū)域， 該第二催化劑區(qū)域同樣含有鐵_和/或銅_促進(jìn)的第二沸石。這兩個(gè)催化劑區(qū)域的區(qū)別在 于促進(jìn)劑的含量，依照在該文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，所述催化劑的功能由此決定所述含有至多1重 量％的鐵和/或銅的第一區(qū)域有效地催化氮氧化物與氨的還原反應(yīng)，而所述含有高于1重 量％的鐵和/或銅的第二區(qū)域，在將氨氧化成氮的反應(yīng)中是有效的。僅使用沸石基的SCR催化劑系統(tǒng)因沸石的高原料費(fèi)用而非常昂貴。WO 2008/006427公開了一種SCR催化劑，其由兩個(gè)在載體上彼此相繼設(shè)置的物料 區(qū)域構(gòu)成。所述物料區(qū)域的特征在于在SCR反應(yīng)中不同的轉(zhuǎn)化率廓線，其中待凈化的廢氣 首先接觸的物料區(qū)域的轉(zhuǎn)化率廓線比待凈化的廢氣隨后接觸的物料區(qū)域的轉(zhuǎn)化率廓線處 于更高的溫度下。所述催化劑的特征在于，廢氣首先接觸的區(qū)域含有鐵交換的沸石，且待凈 化的廢氣隨后接觸的物料區(qū)域含有過渡金屬交換的沸石或選自五氧化二釩、三氧化鎢和二 氧化鈦或它們的組合的過渡金屬氧化物或選自過渡金屬交換的沸石和選自五氧化二釩、三 氧化鎢和二氧化鈦或它們的組合的過渡金屬氧化物。這類催化劑顯現(xiàn)出差的起動(dòng)性能，尤其是在廢氣溫度低于300°C時(shí)。此外，如果所 述待凈化的廢氣含有未燃燒的烴的殘留物，則NOx-轉(zhuǎn)化率在主要由沸石化合物構(gòu)成的SCR 催化劑上是較差的。本發(fā)明的目的在于，提供一種用于減少柴油機(jī)廢氣中的氮氧化物的基于SCR-工 藝的廢氣凈化系統(tǒng)(方法和裝置)，所述廢氣含有未燃燒的烴，其特征在于在低溫下的良好 起動(dòng)性能和同時(shí)在盡可能寬的溫度范圍內(nèi)的高轉(zhuǎn)化效率。所述廢氣凈化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)不具有毒 性顧慮的組分(如釩)而且是低成本的解決方案。該目的通過處理含氮氧化物和烴的柴油機(jī)廢氣的方法得以實(shí)現(xiàn)，該方法包括(a) 從不形成廢氣系統(tǒng)的一部分的源將氨或能分解成氨的化合物添加到含氮氧化物和烴的廢 氣流中；(b)使含氮氧化物、烴和氨或能分解成氨的化合物的廢氣流流經(jīng)第一、上游的SCR 催化劑，該催化劑在300°C -500°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)，并 將在所述廢氣中所含有的烴至少部分地氧化；并且(c)使由(b)產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)第二、下游 的SCR催化劑，該催化劑在150°C -400°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的反歧化反 應(yīng)并同時(shí)儲(chǔ)存過量的氨。為了實(shí)施本發(fā)明的方法，提出了一種用于減少在內(nèi)燃機(jī)的貧化廢 氣中的氮氧化物含量的廢氣凈化裝置，其組合地并以如下順序包含(1)用于從不形成廢 氣系統(tǒng)的一部分的源將氨或能分解成氨的化合物添加到含氮氧化物的廢氣流中的裝置，以 及氨或能分解成氨的化合物的源；(2)第一 SCR催化劑，其在300°C -500°C的溫度范圍內(nèi)有 效催化氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)，且既不含釩化合物也不含沸石化合物；以及(3)第二、 無釩SCR催化劑，其在150°C-400°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)，并 含有銅(Cu)交換的沸石化合物。本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)(方法和裝置)使得有效減少氮氧化物含量成為可能，即使在含烴的廢氣中在150°C-500°C (所謂的“工作窗口”)的寬溫度范圍內(nèi)。與完全基于沸 石的SCR系統(tǒng)相比，例如在W02008/006427或EP 0 393 905中描述的那些，該廢氣凈化系 統(tǒng)的特征一方面在于可觀的成本優(yōu)勢，另一方面在于在低于300°C的低溫范圍內(nèi)改進(jìn)的起 動(dòng)性能。此外，所述系統(tǒng)不使用釩化合物，該釩化合物的使用是有毒性顧慮的。根據(jù)發(fā)明人的認(rèn)識，所述起動(dòng)性能的改進(jìn)基于選擇這樣的組成作為第一 SCR催化 劑，該組成能夠至少部分氧化在廢氣中含有的烴，而不存入顯著量的烴。據(jù)觀察，如果廢 氣含有烴，則根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氮氧化物與氨的有效反歧化反應(yīng)在無釩的催化劑上無法進(jìn) 行。使用含沸石的SCR催化劑，在含烴的廢氣中的該起動(dòng)性能的抑制是特別顯著的。這 些在沸石化合物的孔隙結(jié)構(gòu)中儲(chǔ)存了烴。我們認(rèn)為，這些存入的烴至少部分地阻礙了在 氨-SCR-反應(yīng)中為活性的催化劑中的反應(yīng)中心，使得氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)受到干 擾。此外，非常令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的設(shè)備能夠使得氨或者能分解成氨的化合物 的計(jì)量添加策略適于機(jī)動(dòng)車中運(yùn)行點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)換。我們認(rèn)為，通過本發(fā)明的第一、上游 的、無沸石且無釩的SCR催化劑(其在300°C-50(TC的低溫度范圍內(nèi)具有活性)與第二、下 游的SCR催化劑(其在150°C -400°C的低溫度范圍內(nèi)顯示出其最大活性并且還能夠存入過 量的氨)的組合，還原劑的計(jì)量添加首次較好地符合需要的量由于改進(jìn)的起動(dòng)性能，所述 位于前方的第一 SCR催化劑極其靈活地對變化的氮氧化物和還原劑的供給量做出反應(yīng)并 且使到達(dá)的氮氧化物與可用的氨發(fā)生反應(yīng)而無任何延遲。能夠存入特定量氨的后續(xù)低溫催 化劑，對氨的短時(shí)間的過量添加和不足量添加形成緩沖，所述過量添加和不足量添加可在 使計(jì)量添加的還原劑量適應(yīng)于運(yùn)行點(diǎn)變化時(shí)出現(xiàn)。這一方面通過在沸石中存入過多計(jì)量添 加的氨，另一方面通過由沸石儲(chǔ)存提供任何缺少的氨而實(shí)現(xiàn)。由于根據(jù)本發(fā)明位于前方的 SCR催化劑將存在于廢氣中的烴氧化，因此避免了后續(xù)的含沸石的SCR催化劑在氨-SCR反 應(yīng)中由于存入烴而暫時(shí)阻滯或延遲起動(dòng)。該令人驚奇的效果通過在廢氣凈化裝置中安裝兩種相繼的SCR催化劑而得以實(shí) 現(xiàn)，如權(quán)利要求7所述。兩種SCR催化劑中的每一種可以為惰性載體上的涂層形式。如果 將第一和第二 SCR催化劑作為涂層設(shè)置在相同載體上，則獲得了在機(jī)動(dòng)車中可供使用的結(jié) 構(gòu)空間的局限性方面有利的實(shí)施方案。因而，所述第一、上游SCR催化劑優(yōu)選處于在設(shè)置于 進(jìn)入側(cè)上的載體上的涂層區(qū)域形式，而所述第二、下游SCR催化劑在出口側(cè)上的載體上形 成涂層區(qū)域。本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)的這種優(yōu)選實(shí)施方案示意地描述于

圖1中。這兩個(gè)涂層區(qū)域的長度彼此之間的比例由所產(chǎn)生的區(qū)域性催化劑到發(fā)動(dòng)機(jī)的距 離并由此由在常規(guī)運(yùn)行中在構(gòu)件中平均存在的廢氣溫度共同決定。必須保持下游的、含沸 石的涂層區(qū)域的最小臨界長度，以避免過于限制上述緩沖作用，該緩沖作用一方面針對氨 穿越，另一方面針對氮氧化物穿越。在確定前方區(qū)域長度的尺寸時(shí)，在本發(fā)明的構(gòu)件前的廢 氣中的烴含量起到重要作用。優(yōu)選地，設(shè)置于入口側(cè)的涂層區(qū)域的長度與出口側(cè)的涂層區(qū) 域的長度比例為0. 1-3，特別優(yōu)選為0. 5-2。如果當(dāng)前的平均廢氣溫度為約300°C并且所述 廢氣不含有極其大量的烴，則設(shè)置于入口側(cè)上的涂層區(qū)域與出口側(cè)上的涂層區(qū)域的非常特 別優(yōu)選的長度比例為0. 8-1.5。作為第一、上游的SCR催化劑，必須選擇在300°C-50(TC的溫度范圍內(nèi)有效催化氮 氧化物與氨的反歧化反應(yīng)的組成，該組成具有至少部分地氧化烴的特性，而且既不含釩化合物也不含沸石化合物。所述第一 SCR催化劑的優(yōu)選實(shí)施方案含有氧化鎢WO3和均質(zhì)鈰-鋯 混合氧化物(Ce，Zr) O2，其中氧化鎢WO3的含量可以為5_25重量％，而均質(zhì)鈰-鋯混合氧化 物的含量可以為50-95重量％，分別基于第一 SCR催化劑的總量計(jì)，而不考慮惰性載體的質(zhì) 量。優(yōu)選地，在第一 SCR催化劑中的氧化鎢WO3的含量為7-17重量％，特別優(yōu)選10-15重 量％，基于第一 SCR催化劑的總量計(jì)，而不考慮惰性載體的質(zhì)量。在第一 SCR催化劑中的 所述均質(zhì)鈰-鋯混合氧化物(Ce，Zr) O2的含量優(yōu)選為60-90重量％，特別優(yōu)選為70-90重 量％，基于第一 SCR催化劑的總量計(jì)，不考慮惰性載體的質(zhì)量。氧化鈰CeO2與氧化鋯&02 的重量比為0. 43-2. 33的均質(zhì)鈰-鋯混合氧化物(Ce，Zr)O2是合適的。優(yōu)選使用CeO2與 ZrO2的比例為0. 67-1. 5那些。特別優(yōu)選的是氧化鈰與氧化鋯的固溶體，其CeO2與&02的 比例為0. 8-1. 2。作為第二、下游的SCR催化劑選擇這樣的組成，其在150°C -400°C的溫度范圍內(nèi) 有效地催化氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)并且含有銅(Cu)交換的沸石化合物。除了銅之 外，還可考慮銀(Ag)、金(Au)或鉬(Pt)作為交換金屬，但優(yōu)選的是銅。所述交換金屬的含 量可以為2-10重量％，基于所使用的沸石化合物的總重量計(jì)。所使用的沸石化合物優(yōu)選 地含有3-8重量％的Cu，特別優(yōu)選4-6重量％的Cu，其中適合的沸石化合物有利地選自貝 塔_( β _)沸石、Y-沸石、ZSM-5、ZSM-20、鎂堿沸石和絲光沸石。所述廢氣凈化裝置適合于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1的處理含氮氧化物和烴的柴油機(jī) 廢氣的方法。本發(fā)明的方法包括三個(gè)主要步驟，即(a)從不形成廢氣系統(tǒng)的一部分的源將氨或能分解成氨的化合物添加到含氮氧化 物和烴的廢氣流中；(b)使含氮氧化物、烴和氨或能分解成氨的化合物的廢氣流流經(jīng)第一、上游的SCR 催化劑，該催化劑在300°C -500°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)，同 時(shí)將在所述廢氣中所含有的烴至少部分地氧化；并且(c)使由(b)產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)第二、下游SCR催化劑，該催化劑在150°C -400°C的 溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)并同時(shí)儲(chǔ)存過量的氨。不形成廢氣系統(tǒng)的一部分的用于氨或能分解成氨的化合物的所述源可以例如是 在車輛中安置的填充有氨的壓力容器。同樣好的可以是脲的水溶液或氨基甲酸銨水溶液的 罐或其它現(xiàn)有技術(shù)已知的類似裝置。在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)，如果在(a)中添加氨或能分解成氨的化合物之前引導(dǎo)含 氮氧化物和烴的廢氣流通過氧化催化劑，所述氧化催化劑將在氮氧化物中含有的至少一部 分NO氧化成NO2，則尤其在較冷的運(yùn)行點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)良好的氮氧化物轉(zhuǎn)化率。如果改變在廢氣中 的Ν02/Ν0χ比例，使得廢氣流在(b)中流經(jīng)第一、上游SCR催化劑之前具有0. 3-0. 7的NO2/ NOx比例，則氮氧化物的轉(zhuǎn)化率特別高。如果在(b)中流經(jīng)第一、上游SCR催化劑之前將NO2/ NOx比例調(diào)節(jié)為0. 4-0. 6或者0. 5，則獲得非常特別高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率。而且在納入氧化催化劑時(shí)，本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)產(chǎn)生了令人驚奇的優(yōu)點(diǎn)，其已 經(jīng)描述并且基于所述方法和/或裝置特征的特定組合。在柴油機(jī)車輛的冷開啟運(yùn)行點(diǎn)、 空轉(zhuǎn)階段和被動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)階段尤其是這樣，如果由發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)排氣系統(tǒng)中的未燃燒烴的量如此 大，以至于該量通過前置的氧化催化劑不能完全轉(zhuǎn)化。此外，如果對在方法步驟(a)中加入到廢氣流中的氨或能分解成氨的化合物的量進(jìn)行選擇，使得廢氣流在(b)中被引導(dǎo)到第一、上游SCR催化劑之前具有0. 8-1. 2的ΝΗ3/Ν0χ 比例，則這是有利的。任選地在方法步驟(C)中在流經(jīng)第二、下游的SCR催化劑之后，可以引導(dǎo)廢氣流通 過氧化催化劑，其選擇性地催化氨到氮的氧化。這樣的氧化催化劑(有時(shí)也稱作氨阻擋催 化劑)在優(yōu)選的實(shí)施方案中設(shè)置于過濾煙灰顆粒的載體上。在下文中依據(jù)幾個(gè)實(shí)施例、對比實(shí)施例和附圖進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。其中Ml^顯示了本發(fā)明的廢氣凈化裝置的優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，該廢氣凈化裝置 具有由不形成廢氣系統(tǒng)的一部分的源(2)將氨或能分解成氨的化合物添加到廢氣流中的 裝置(1)(流動(dòng)方向以“一”表示)，在300°C -500°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的 反歧化反應(yīng)的第一 SCR催化劑(3)，以及在150°C -400°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與 氨的反歧化反應(yīng)的第二 SCR催化劑(4)。顯示了在新制得的催化活性構(gòu)件上在含烴的廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率，該 催化活性構(gòu)件在入口側(cè)上包含具有第一 SCR催化劑的催化劑區(qū)域以及在出口側(cè)上具有第 二 SCR催化劑的催化劑區(qū)域；所述區(qū)域長度之比=1 ；VKl =在 Cu-沸石之前的 V202/Ti02/W03 ；VK2 =在Cu-沸石之前的Fe-沸石；Kl =本發(fā)明的催化活性構(gòu)件在Cu-沸石之前的 WO3/ (Ce，Zr) O2顯示了催化劑區(qū)域的長度比例對本發(fā)明的催化活性構(gòu)件的氮氧化物轉(zhuǎn)化率 的影響，所述催化活性構(gòu)件在入口側(cè)包含具有第一 SCR催化劑的催化劑區(qū)域1和在出口側(cè) 具有第二 SCR催化劑的催化劑區(qū)域2 ；Kl 區(qū)域1 區(qū)域2比例=1 ；新制得；K2 區(qū)域1 區(qū)域2比例=0. 5 ；新制得；K 1'區(qū)域1 區(qū)域2比例=1 ；經(jīng)熱學(xué)預(yù)處理；K2'區(qū)域1 區(qū)域2比例=0. 5 ；經(jīng)熱學(xué)預(yù)處理圖4 在含有Cu交換的沸石的SCR催化劑上有針對性地?zé)N的情況下在催化劑 之前和之后的溫度曲線制備所檢測的催化劑本發(fā)明的廢氣系統(tǒng)的主要特征之一是在廢氣的流動(dòng)方向上安置兩種相繼SCR催 化劑，所述催化劑在不同的溫度范圍內(nèi)特別有效地催化SCR反應(yīng)。在本發(fā)明的廢氣系統(tǒng)的 優(yōu)選實(shí)施方案中，將這兩種相繼連接的SCR催化劑設(shè)置在相同載體上作為涂層，從而得到 具有兩個(gè)催化劑區(qū)域的單個(gè)催化活性構(gòu)件。在下列實(shí)施例和對比實(shí)施例中制備具有兩個(gè)催化劑區(qū)域的所述催化活性構(gòu)件。在 所有所示的對比實(shí)施例和實(shí)施例中，以如下方式進(jìn)行所述構(gòu)件的制備在常規(guī)浸漬法中，將含有第一 SCR催化劑的涂層施加到惰性陶瓷蜂窩體上，所 述蜂窩體的體積為0. 041，長度為76. 2mm,以及空腔數(shù)為62個(gè)空腔/cm2 (空腔壁厚度 0. 17mm)，直至所述惰性載體的長度范圍的事先確定的點(diǎn)。然后給所述蜂窩體仍未涂覆的部 分配備含有第二 SCR催化劑的涂層，使得兩個(gè)催化劑區(qū)域接觸而無任何重疊。下文給出的是在兩個(gè)催化劑區(qū)域的涂層中所含有的組分和所述催化劑區(qū)域彼此之間的長度比例。對比實(shí)施例1 制備具有下列催化劑區(qū)域的構(gòu)件VKl
權(quán)利要求
1.處理含氮氧化物和烴的柴油機(jī)廢氣的方法，包括(a)從不形成廢氣系統(tǒng)的一部分的源將氨或能分解成氨的化合物添加到含氮氧化物和 烴的廢氣流中；(b)使含氮氧化物、烴和氨或能分解成氨的化合物的廢氣流流經(jīng)第一、上游的SCR催化 劑，該催化劑在300°C-500°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)，同時(shí)將 在所述廢氣中所含有的烴至少部分地氧化；并且(c)使由(b)產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)第二、下游的SCR催化劑，該催化劑在150°C-400°C的溫 度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的反歧化反應(yīng)并同時(shí)儲(chǔ)存過量的氨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在(a)中添加氨或能分解成氨的化合物之前， 將所述含氮氧化物和烴的廢氣流引導(dǎo)通過氧化催化劑，該氧化催化劑將在所述氮氧化物中 含有的NO的至少一部分氧化成NO2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，對在所述廢氣流中的Ν02/Ν0χ比例進(jìn)行改變， 使得所述廢氣在(b)中流經(jīng)第一、上游SCR催化劑之前具有0. 3-0. 7的Ν02/Ν0χ比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，對在(a)中加入到廢氣中的氨或能分解成氨 的化合物的量進(jìn)行選擇，使得所述廢氣流在(b)中流經(jīng)第一、上游的SCR催化劑之前具有 0. 8-1. 2 的 ΝΗ3/Ν0χ 比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在(c)中在流經(jīng)第二、下游SCR催化劑之后，引 導(dǎo)所述廢氣流通過氧化催化劑，該氧化催化劑選擇性地催化將氨向氮的氧化反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述氧化催化劑設(shè)置于過濾煙灰顆粒的載體上。
7.用于減少在內(nèi)燃機(jī)的貧化廢氣中的氮氧化物含量的廢氣凈化裝置，組合地并以如下 順序包含(1)用于從不形成廢氣系統(tǒng)的一部分的源將氨或能分解成氨的化合物添加到含氮氧化 物的廢氣流中的裝置，以及氨或能分解成氨的化合物的源；(2)第一、上游SCR催化劑，其在300°C-500°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化物與氨的 反歧化反應(yīng)，且既不含釩化合物也不含沸石化合物；以及(3)第二、上游且無釩的SCR催化劑，其在150°C-400°C的溫度范圍內(nèi)有效催化氮氧化 物與氨的反歧化反應(yīng)，并含有銅(Cu)交換的沸石化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述兩種SCR催化劑中的每一種處于 惰性載體上的涂層形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述第一和第二SCR催化劑作為涂層 設(shè)置于相同的載體上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述第一、上游SCR催化劑在入口側(cè) 以涂層區(qū)域形式設(shè)置在所述載體上，并且所述第二、下游SCR催化劑在出口側(cè)在所述載體 上形成涂層區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述設(shè)置于入口側(cè)上的涂層區(qū)域 的長度與出口側(cè)上的涂層區(qū)域的長度之比為0. 1-3。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述第一SCR催化劑含有氧化鎢WO3 和均質(zhì)鈰_鋯混合氧化物(Ce，Zr) O2。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的廢氣凈化裝置，其特征在于，在所述第一SCR催化劑中氧化鎢 WO3的含量為5-25重量％，基于所述第一 SCR催化劑的總量計(jì)，而不考慮所述惰性載體的質(zhì)量。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的廢氣凈化裝置，其特征在于，在所述第一SCR催化劑中均質(zhì) 鈰_鋯混合氧化物(Ce，Zr) O2的含量為50-95重量％，基于所述第一 SCR催化劑的總量計(jì)， 而不考慮所述惰性載體的質(zhì)量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的廢氣凈化裝置，其特征在于，在所述均質(zhì)鈰-鋯-混合氧化物 (Ce，Zr) O2中的氧化鈰CeO2與氧化鋯ZrO2的重量比為0. 43-2. 33。
16.根據(jù)權(quán)利要求7的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述第二SCR催化劑含有銅(Cu) 交換的沸石化合物，該沸石化合物的Cu含量為2-10重量％，基于所述沸石化合物的總重量 計(jì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述沸石化合物選自貝塔 沸石、Y-沸石、ZSM-5、ZSM-20、鎂堿沸石和絲光沸石。
全文摘要
公開了一種用于處理含氮氧化物和烴的柴油機(jī)廢氣的廢氣凈化系統(tǒng)(方法和裝置)，該系統(tǒng)包括將氨或能分解成氨的化合物添加到廢氣流中，隨后使該廢氣流流經(jīng)兩種性能和組成不同且彼此連續(xù)設(shè)置的SCR催化劑。這兩種SCR催化劑不含釩化合物且僅僅設(shè)置于下游的SCR催化劑含有沸石化合物。本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)的特征在于在低溫下良好的起動(dòng)性能以及同時(shí)在寬溫度范圍內(nèi)的高轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號B01J29/072GK101998878SQ200980112801
公開日2011年3月30日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者G·耶斯克, K·阿德爾曼, M·普法伊費(fèi)爾, N·澤格, T·克羅伊策, W·施奈德 申請人:尤米科爾股份公司及兩合公司