[发明专利]尿素水解催化器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造尿素水解催化器的载体涂料悬浮液 (Washcoat-Suspension)，并且还涉及一种具有催化活性组合物的尿素水 解催化器，所述催化活性组合物包含二氧化钛、二氧化硅和含硫化合物。

最后，本发明还涉及一种尾气净化系统，其通过应用尿素水解催化器 来去除移动式及固定式燃烧设备的废气中的氮。

背景技术

汽车催化器用于以化学方式转变机动车尾气中的燃烧产物，例如：碳 氢化合物(H_mC_n)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)。特别是氮氧化物(NO_x) 的排放可能会引起呼吸道的局部刺激，或者通过与大气中的水接触形成 酸从而导致“酸雨”。因此人们尝试借助催化器从尾气气流中尽可能彻底 地去除氮氧化物。

在机动车汽油发动机的情况下例如可以通过三元催化器对烃类 (H_mC_n)和一氧化碳(CO)进行氧化，同时对氮氧化物(NO_x)进行还 原。

在柴油发动机的情况下，废气中过多的氧妨碍了氮氧化物(NO_x)的 还原，因此必须采用特殊的催化器。因此在柴油发动机的情况下应该采 用所谓的氮氧化物储存催化器，或者称之为SCR(selective catalytic reduction)催化器。

在该选择性催化还原催化器处，有选择地还原氮氧化物。这意味着， 其优选还原氮氧化物(NO、NO₂)，同时尽量抑制例如将SO₂氧化成SO₃这样的副反应。

在此，氮氧化物通过还原反应被还原成水(H₂O)和氮气(N₂)，所 述还原反应是借助于被混入废气中的氨实现的。

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

由于(气态的)氨存在安全隐患并且必须按照气罐的形式对其操作， 因此按照含32.5％尿素的水溶液形式提供所需的之前所述的氨，这种尿素 水溶液被称为

将这种尿素水溶液持续地(例如借助于计量泵或者喷射器)喷入废气 气流中，此时通过水解产生水和氨。所产生的氨(NH₃)在适当温度条件 下能够将废气中的氮氧化物还原成氮气。在典型情况下，所消耗的尿素 水溶液在数量方面相当于所使用的柴油燃料的大约2％至8％。

为此，这种选择性催化还原系统(SCR系统)包括四个还原阶段， 它们分别借助于下列的一种不同类型的催化器来促进：V催化器、H催 化器、SCR催化器和Oxi催化器。

在第一步骤中，借助于所谓的前催化器(V催化器)将一氧化氮(NO) 部分地氧化成二氧化氮(NO₂)。该步骤负责将NO与NO₂之比设定在1∶ 1的范围内，从而使得随后能够按照明显更为快速的“快速选择性催化还 原机理”(Fast-SCR Mechanismus)来还原去除氮氧化物。通过这种机理， 借助于NH₃将NO和NO₂催化转化成N₂和H₂O。

通过彻底蒸发水使得喷入的尿素溶液被转变成气态的氨，这种转变是 分两个步骤借助于尿素水解催化器(H催化器)实现的。首先对尿素进 行热分解，尿素按照热分解方式被分解成一当量氨和一当量异氰酸。随 后通过水解还原从该异氰酸得到另一当量的氨和CO₂。水解是在尿素水 解催化器(H催化器)处进行的，该尿素水解催化器位于SCR催化器之 前。H催化器的任务在于尽可能多地将尿素转变为氨。

热分解：CH₄N₂O→NH₃+HNCO

水解：HNCO+H₂O→NH₃+CO₂

随后利用所生成的氨按照“快速选择性催化还原机理”并借助于SCR 催化器对氮氧化物混合物进行还原。