[发明专利]作为高温SCR催化剂的8环小孔分子筛

说明书

优先权

本申请要求2012年10月19日提交的未决专利申请序列号61/716,078和2013年10月17日提交的序列号14/056,175的优先权。

技术领域

本发明涉及选择性催化还原催化剂的领域。更特别地，本发明实施方案涉及包含8环小孔分子筛的选择性催化还原催化剂，和在多种方法如减少排气中的污染物中使用这些催化剂的方法。

背景

分子筛如沸石广泛用于催化精炼和石油化学反应中的大量化学反应，以及催化、吸附、分离和层析。例如，关于沸石，合成和天然沸石及其在促进某些反应，包括甲醇转化成烯烃(MTO反应)和将氮氧化物用还原剂如氨、脲或烃在氧气存在下选择性催化还原(SCR)中的用途是本领域中熟知的。沸石为具有相当均匀的孔径大小的结晶材料，取决于沸石的类型以及包含在沸石晶格中的阳离子的类型和量，其直径为约3-10埃。最近发现具有8环开口和双六环二级结构单元的沸石，特别是具有笼状结构的那些在用作SCR催化剂中是有意义的。具有这些性能的一类具体沸石为菱沸石(CHA)，其为具有它的三维孔隙率达到的8元开口(～3.8埃)的小孔沸石。笼状结构由通过4个环将双六环结构单元连接而产生。

用于SCR方法中的催化剂理想地应能够在水热条件下经宽范围的使用温度条件，例如200℃至600℃或更高下保持良好的催化活性。水热条件通常是实践中，例如在煤烟过滤器，用于除去颗粒的排气处理系统的组件的再生期间遭遇到的。

用于将氮氧化物用氨选择性催化还原的金属促进沸石催化剂，尤其包括铁促进和铜促进沸石催化剂是已知的。铁促进β沸石(US 4,961,917)是用于将氮氧化物用氨选择性还原的有效商业催化剂。不幸的是，发现在苛刻的水热条件下，例如煤烟过滤器以局部超过700℃的温度再生期间显示出的条件下，许多金属促进沸石的活性开始下降。该下降通常归因于沸石的脱铝以及因此沸石内含金属活性中心的损失。

沸石的合成根据沸石的结构类型变化，但是通常沸石使用结构导向剂，有时称为模板或有机模板，与二氧化硅和氧化铝的来源一起合成。结构导向剂可以为有机，即四乙基氢氧化铵(TEAOH)，或者无机阳离子，即Na⁺或K⁺的形式。在结晶期间，四面体二氧化硅-氧化铝单元围绕SDA组织以形成所需骨架，且SDA通常嵌入沸石晶体的孔结构内。

具有CHA结构类型和大于1的二氧化硅:氧化铝摩尔比的金属促进，特别是铜促进的铝硅酸盐沸石，特别是具有大于或等于5、10或15且小于约1000、500、250、100和50的硅铝比(silica/alumina)的那些目前获得作为催化剂用于在贫燃发动机中使用含氮还原剂将氮氧化物SCR的高度意义。这是因为与这些材料的优异水热耐久性联合的宽温度窗，如美国专利No.7,601,662所述。在发现美国专利No.7,601,662中所述金属促进沸石以前，尽管该文献已表明专利和科学文献中提出大量金属促进沸石用作SCR催化剂，提出的材料各自遭遇以下缺陷中的一个或两个：(1)在低温，例如350℃和更低下的差氮氧化物转化率；和(2)由通过SCR的氮氧化物转化中催化剂活性明显下降表示的差水热稳定性。因此，美国专利No.7,601,662所述发明从事于引人注目的未解决需要以提供在低温下的氮氧化物转化率以及在超过650℃的温度下水热老化以后的SCR催化活性保持力的材料。

即使美国专利No.7,601,662所述催化剂显示出优异的性能，总是想要在意欲或不同的温度窗中的改进性能。例如，对于一些应用，可能想要或需要Cu-SS-13的改进高温(例如超过450℃的温度)性能。为满足规章标准，例如Euro6规章和其它规章，在高温下的改进性能是理想的。

概述

本发明的第一方面涉及包含用大于5重量％铁促进的8环小孔分子筛的选择性催化还原催化剂，使得催化剂有效地催化氮氧化物在还原剂存在下在200-600℃的温度下选择性催化还原。

在一个或多个实施方案中，铁促进8环小孔分子筛选自具有选自如下的结构类型的铁促进沸石：AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、ERI、KFI、LEV、SAS、SAT和SAV。在一个或多个实施方案中，铁促进8环小孔分子筛具有CHA晶体结构。

在一个或多个实施方案中，具有CHA晶体结构的铁促进8环小孔分子筛选自铝硅酸盐沸石、硼硅酸盐、镓硅酸盐、SAPO、ALPO、MeAPSO和MeAPO。