[发明专利]用于NOx还原的催化剂系统和方法

说明书

发明背景

本发明通常涉及用于降低氮氧化物排放的催化剂系统和方法，更具体地说，涉及含多组分催化剂和还原剂的催化剂系统。

一直以来在寻找降低由源于有机物质不完全高温燃烧的副产物所引起的空气污染的有害影响的方法。当在过量空气存在并且高温下进行燃烧时，产生了有害的副产物，如氮氧化物，通常称为NO_x。NO_x和由此的衍生物已被认为在形成与哮喘及其他呼吸疾病有关的地平面臭氧中具有主要作用。NO_x还有助于粉尘形成(这与许多严重的健康影响有关)以及酸雨和沿海河口的退化。结果，NO_x排放受到许多规章规定的限制，这些规章规定限制了排放到周围环境中的排出气体中可存在的NO_x的量。

处理NO_x的一种已知的方法包括使用选择性催化还原(SCR)以将NO_x还原为氮气(N₂)，其使用氨(NH₃)作为还原剂。然而，由于氨本身的有害后果是众所周知的，在SCR系统中使用NH₃带来另外的环境及其他问题，而这些问题也必须解决。管理机构不断将NO_x排放限度变得更低，其它规章也正使可以排放到大气中的NH₃的许可水平变得更低。因为对氨泄漏的规章限制，在SCR方法中使用烃和其氧衍生物(oxygen derivative)进行NO_x还原是非常有吸引力的。为此已经提出了许多催化剂，包括沸石、钙钛矿和在金属氧化物催化剂载体上的金属。然而，现有催化剂系统具有低活性或者窄范围的工作温度或者相对水的低稳定性，这些对于实际应用来说是有害的。美国专利6,703,343教导用于NO_x还原的催化剂系统。然而，这些催化剂系统需要具有极低杂质水平的特别合成的金属氧化物催化剂载体。因此，需要有效的催化剂系统以降低NO_x排放，该系统是稳定的并且可在宽温度范围工作。

发明简述

本发明人已经发现了催化剂系统，其在使用具有存在着常见杂质的市售可得的金属氧化物催化剂载体时令人惊讶地有效。因此，在一个实施方案中，本发明是一种用于NO_x还原的催化剂系统，该催化剂系统包括催化剂，所述催化剂包含金属氧化物催化剂载体、含氧化镓或氧化银中的至少一种的催化金属氧化物，和至少一种选自银、钴、钼、钨、铟和其混合物的增进金属。催化剂系统还包括气体物流，其包括含氧的有机还原剂。

本发明的另一实施方案是一种用于NO_x还原的催化剂系统，该催化剂系统包括催化剂，其包含(i)含氧化铝的金属氧化物催化剂载体，(ii)含量为约5摩尔％-约31摩尔％的氧化镓或氧化银中的至少一种；和(iii)含量为约1摩尔％-约22摩尔％并且选自银、钴、钼、钨、铟和钼、铟和钴以及铟和钨的增进金属或增进金属的结合。催化剂系统还包括气体物流，其包含(A)约1摩尔％-约12摩尔％的水；(B)约1摩尔％-约15摩尔％的氧气；和(C)含氧的并且选自甲醇、乙醇、丁醇、丙醇、二甲醚、碳酸二甲酯和其组合的有机还原剂。有机还原剂和NO_x以碳∶NO_x摩尔比为约0.5∶1-约24∶1而存在。

在又一个实施方案中，本发明是一种用于还原NO_x的方法，其包括以下步骤：提供含NO_x和含氧的有机还原剂的气体混合物；和使气体混合物与催化剂接触。所述催化剂包含金属氧化物催化剂载体，含氧化镓或氧化银中的至少一种的催化金属氧化物和至少一种选自银、钴、钼、钨、铟和其混合物的增进金属。