[发明专利]含有氧化钒和含有铁的分子筛的SCR催化剂装置

说明书

本发明涉及用于通过选择性催化还原(SCR)净化含有氮氧化物的废气的催化剂装置，包括至少两个催化区域，含有氧化钒和氧化铈的第一区域，以及含有含铁的分子筛的第二区域。本发明还涉及用途、所述催化剂装置和用于净化废气的方法。

本发明涉及用于通过选择性催化还原(SCR)净化含有氮氧化物的废气的催化剂装置，包括至少两个催化区域，含有氧化钒和氧化铈的第一区域，以及含有含铁的分子筛的第二区域。本发明还涉及催化剂装置的用途并且涉及用于净化废气的方法。

现有技术

选择性催化还原(SCR)的方法在现有技术中用于还原例如来自燃烧设备、燃气轮机、工业设备或内燃机的废气中的氮氧化物。化学反应用选择性催化剂进行，下文称为“SCR催化剂”，其以还原方式选择性地去除氮氧化物，尤其是NO和NO₂。相反，抑制了不期望的副反应。在反应期间，进料含有氮的还原剂；这通常是氨(NH₃)或前体化合物(诸如尿素)，将其添加到废气中。该反应是归中反应。所获得的主要反应产物是水和元素氮。SCR催化剂通常含有金属氧化物，诸如钒、钛、钨、锆或其组合的氧化物。此外，分子筛通常用作SCR催化剂，特别是与催化活性金属交换的沸石。

SCR的重要应用是从来自内燃机的废气中去除氮氧化物，该内燃机主要以稀空气/燃料比率操作。此类内燃机是柴油发动机和直喷汽油发动机。这些统称为“稀燃发动机”。除了有害气体一氧化碳CO、烃HC和氮氧化物NO_x之外，来自稀燃发动机的废气含有高达15体积％的相对高的氧含量。通过氧化可容易地使一氧化碳和烃变得无害。由于高氧含量，氮氧化物还原为氮更加困难。

由于机动车辆中的内燃机是瞬时操作的，所以即使在剧烈波动的操作条件下，SCR催化剂也必须保证具有良好选择性的最高可能氮氧化物转化。必须确保在低温下完全和选择性氮氧化物转化，同样必须在非常热的废气中选择性和完全转化高氮氧化物量，例如在满载驱动期间。此外，强烈波动的操作条件导致氨的精确计量的困难，该计量应理想地以与待还原的氮氧化物的化学计量比进行。这对SCR催化剂提出了高的要求，即，它在宽温度窗口中以高转化率和选择率将氮氧化物还原为氮的能力，其中催化剂负载高度可变并且还原剂的供应波动。

EP 0 385 164 B1描述用氨选择性还原氮氧化物的所谓“全催化剂”，除了氧化钛和钨、硅、硼、铝、磷、锆、钡、钇、镧和铈的至少一种氧化物之外，该全催化剂含有选自钒、铌、钼、铁和铜的氧化物的另外的组分。

US 4,961,917涉及用氨还原氮氧化物的催化剂配方，除了具有至少为10的二氧化硅：氧化铝比率和通过平均动力学孔径至少为7埃的孔在所有空间方向上连接的孔结构的沸石之外，该催化剂配方含有铁和/或铜作为促进剂。

然而，上述文献中描述的催化剂装置需要改善，因为良好的氮氧化物转化率可仅在高于约350℃或高于约450℃的相对较高温度下实现。通常，最佳转化仅在相对窄的温度范围内进行。此类最佳转化对于SCR催化剂是典型的，并且由作用机制确定。

SCR催化剂上的氮氧化物与氨(其可由前体化合物诸如尿素形成)的反应根据以下反应方程式进行：

4NO+4NH₃+O2→4N₂+6H₂ (1)

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O (2)

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O (3)

有利的是增加NO₂的比例，并且特别是将NO₂∶NO比率调节为约1∶1。在这些条件下，由于与反应(1)(“标准SCR反应”)相比显著更快的反应(2)(“快速SCR反应”)，在低于200℃的低温下已经可以实现显著更高的转化率。