[发明专利]用于还原氮氧化物的涂层

说明书

本发明涉及一种用于水解催化剂(H‐催化剂)中以便还原氮氧化物的催化剂涂层。本发明还涉及一种用于这种涂层的制造方法，以及一种催化剂结构和其用途。所述H‐催化剂包含碱性化合物，所述碱性化合物能够吸附HNCO和/或氮氧化物并且包括碱金属和碱土金属、镧和/或钇和/或铪和/或镨和/或镓和/或锆，以便促进还原，诸如以便促进尿素的水解和氨的形成和/或氮氧化物的选择性还原。

本发明涉及一种用于水解催化剂(H‐催化剂)中、以用于还原氮的氧化物的催化剂涂层。

呈包含过量氧的气体混合物形式的燃料的燃烧是一种在固定和移动应用中产生能量的有效方式。燃料高效型柴油发动机几乎独占性地用于卡车，并且越不越多地用于汽车，尤其是在欧洲。在贫油混合物燃烧中，排放物通常具有相当低含量的一氧化碳(CO)或烃(HC)，但是，考虑到氮氧化物(NO_x)和粒子(颗粒物，PM)，在达到官方规定的排放标准方面可能出现问题。此外，可以利用氧化催化剂有效地除去一氧化碳和烃排放物，但还原氮氧化物和粒子则要求使用其它类型的后处理方法。可以利用各种颗粒过滤器有效地去除粒子。还原来自于包含过量氧的废气的氮氧化物比较困难，因为可能的还原剂倾向于氧化氮氧化物，而不是与之反应。

70年代早期，日本规定了NO_x排放限制以便减少烟雾，烟雾造成了许多问题，特别是在大城市中，而在焚化设施中还原氮氧化物成了热门问题。针对这些目的，开发出了利用氨(NH₃)选择性催化还原(SCR)氮氧化物。在所述催化剂中，氨主要与NO_x反应，不管是否存在过量氧。事实上，氧促进SCR‐催化剂中的反应，从那时起，SCR‐催化剂就已经是包含钒、钨和钼氧化物作为活性组分和稳定剂的基于TiO₂的民用产品。关于基于氧化物、沸石或碳的SCR‐催化剂或其混合物的其它类型SCR‐催化剂还有许多出版物。现在，SCR‐催化剂几乎一直是蜂窝型的，由此保持适度的压降和堵塞。所述催化剂可以由SCR‐催化剂块(mass)挤出，或涂布在蜂窝型载体材料的表面上。所述载体材料一般是陶瓷的或金属的。

在包含过量氧的混合物中，SCR的主反应可以呈现如下：

4NH₃+4NO+O₂‐‐>4N₂+6H₂O (1)

可以通过专用注射喷嘴将呈气体或水溶液形式的氨引入到稍微处于催化剂前方的废气中。当使用氨作为还原剂时，氨立即进行其准确补充，而限制因素可能是气流内的混合或水溶液的汽化。

八十年代发现了还可以使用具有一定的氨衍生物或氮含量的其它还原剂，诸如尿素或氰尿酸来替代氨。设计用于汽车的SCR系统从一开始就主要基于使用尿素作为还原剂，因为与氨相比，尿素和尿素溶液的使用、存储和运输较为安全。尿素(CO(NH₂)₂)包含两个NH₂基团，且在包含水的气体混合物中，一个尿素分子分解产生两分子的氨。纯尿素是易以高浓度溶于水的固态白色物质。在用于卡车和电厂应用的尿素SCR系统中，所采用的还原剂实际上是尿素‐水溶液：

(NH₂)₂CO→NH₃+HNCO (2)热解

HNCO+H₂O→NH₃+CO₂ (3)水解