[发明专利]一种柴油机尾气污染物净化SCR催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柴油机尾气污染物净化SCR催化剂及其制备方法，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

柴油机由于其在动力性、经济性和可靠性方面都比汽油机有明显的优势，因此在各类车型上都有广泛应用。但随着中国排放控制法规的逐步加严，柴油机的污染物排放问题也引起了公众的普遍关注。虽然柴油车的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)比排放较低，但其氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM)排放较高。NO_x和PM对大气环境及人体健康都有较大危害，也是雾霾的主要成因之一。柴油机污染物减排主要也是针对上述两种污染物进行。

柴油机污染物控制包含机内净化及后处理两种方式，机内净化包括优化燃烧、增压技术及废气再循环(EGR)等；后处理包括氧化催化转化器(DOC)、颗粒过滤器(DPF)及选择性催还还原(SCR)等。在国IV及V阶段，一般柴油机污染物控制采取机内净化和后处理相结合方式，即机内净化去除PM或NOx的一种使其满足排放标准要求；再使用后处理净化另一种污染物，进而使整机排放满足法规要求。目前国V阶段典型的柴油机污染物控制技术路线包含以下两种：

(1)EGR+DOC+DPF：

该技术路线采用EGR降低发动机NO_x原排使其满足相应标准要求；再配合DOC+DPF的后处理单元去除排气中的PM，使整机排放满足要求。但由于DPF成本高、标定控制复杂且燃油经济性较差，国内主机厂国V阶段一般不愿采用。

(2)优化燃烧+SCR：

该技术路线采用电控高压共轨等优化燃烧技术降低发动机的PM原排使其满足相应标准要求；再配合SCR技术处理排气中的NO_x，使整机排放满足要求。SCR被认为是目前被证实最有效的柴油机NO_x净化技术之一，并对柴油含硫量不敏感。该技术通过在排气管中喷入一定浓度的尿素溶液，经热解和水解后产生的NH₃和尾气中的NO_x在催化转化器中发生还原反应并最终生成无害的N₂和H₂O，实现NO_x的有效去除。SCR技术的核心为催化剂，其能催化NO_x与NH₃的氧化还原反应实现NO_x的净化。

现有SCR催化剂对PM的去除效果有限，应用SCR路线需通过机内净化保证PM的原排满足法规要求。但是小排量柴油机(一般排量<4L)受体积限值，优化燃烧很难做到如大排量柴油机那样完善，导致机内净化效果受限，PM原排往往会超出法规要求，需要后处理进一步去除。目前常用的解决方案为在SCR系统前加装DOC转化器。由于柴油机尾气PM主要包含可溶性有机物质(Soluble Organic Fractions，SOF)和碳烟(Soot)两种，DOC辅以SCR催化剂可有效去除SOF部分，使PM排放下降约50～70％，从而满足排放标准要求。由于DOC含有贵金属涂层，其加装必然会导致后处理系统成本上升，不利于发动机的经济性。如能提升SCR催化剂对PM的去除效率，实现单SCR系统去除NO_x和PM，使排放满足国V法规要求，则将十分有助于国内柴油机的排放升级，减轻主机厂及后处理厂的负担。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有柴油机用SCR催化剂对颗粒物去除效率低的问题，提供了一种用于柴油机尾气氮氧化物和颗粒污染物高效净化的SCR催化剂及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：一种柴油机尾气污染物净化SCR催化剂，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，在载体的孔道表面涂覆有催化涂层，所述催化剂涂层的涂覆量为200～250g/L，所述催化涂层以钒铈锰复合氧化物为活性组分，以硅铝分子筛材料为助剂，以钛钨硅复合氧化物为负载材料，其中活性组分：助剂：负载材料的质量比为1～3：1～3：15，并采用氧化硅为粘结剂增强催化涂层与载体间的附着力，所述粘结剂与催化涂层按质量比计为0.5～1.5：10。

进一步的，所述活性组分中各组分按质量比计为五氧化二钒：二氧化铈：二氧化锰为1：5～10：0.5～1。

进一步的，所述硅铝分子筛材料助剂为beta型分子筛，其中二氧化硅与三氧化二铝按质量比计为15～25：1。

进一步的，所述负载材料中各组分按质量比计为二氧化钛：三氧化钨：二氧化硅为8～9：0.5～1：0.5～1。

柴油机尾气污染物净化SCR催化剂的制备方法，包括如下步骤：