[发明专利]作为氨氧化催化剂的具有覆盖层SCR组分的钙钛矿和用于柴油机废气排放控制的系统

说明书

发明领域

本发明涉及选择性氨氧化催化剂，也称作氨泄漏催化剂，和从已经经过通过氨注入的氮氧化物(NO_x)的选择性催化还原(SCR)的废气中除去氨的方法。更具体地，本发明涉及一种复合催化剂，其具有包含SCR催化剂的层和包含钙钛矿的层。

发明背景

烃类燃料在电站和发动机中的燃烧产生烟气或废气，其含有大部分的是相对无害的氮气(N₂)、水蒸气(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。但是烟气和废气还含有相对小部分的有害和/或有毒物质，例如来自于不完全燃烧的一氧化碳(CO)、来自于未燃烧燃料的烃(HC)、来自于过高燃烧温度的氮氧化物(NO_x)，和颗粒物质(主要是烟灰)。为减轻烟气和废气释放到大气中的环境影响，期望消除或减少不期望的组分的量，优选通过不进而产生其他有害或有毒物质的方法。

典型地，贫燃内燃机的废气和电站的烟气由于高比例的氧气而具有净氧化作用，该氧气用于保证烃类燃料充分燃烧。在这些气体中，最难以除去的组分之一是NO_x，其包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)和一氧化二氮(N₂O)。将NO_x还原成N₂尤其成问题，因为废气含有足够的氧，从而有利于氧化反应而不是还原反应。尽管如此，可以通过通常称作选择性催化还原(SCR)的方法来还原NO_x。SCR方法包括在催化剂存在下并借助于含氮还原剂例如氨，将NO_x转化成单质氮(N₂)和水。在SCR方法中，在使废气与SCR催化剂接触之前，将气态还原剂例如氨添加到废气流中。还原剂吸附到催化剂上，并且在气体经过催化基底之中或之上时，发生NO_x还原反应。使用氨的化学计量的SCR反应的化学方程式是：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

大部分SCR方法使用化学计量过量的氨来使得NOx的转化率最大化。经过SCR方法的未反应的氨(也称作“氨泄漏”)是不期望的，因为逸出的氨气会负面地影响大气，并会与其他燃烧物质反应。为减少氨泄漏，SCR系统可以包含SCR催化剂下游的氨氧化催化剂(AMOX)(也称作氨泄漏催化剂(ASC))。

用于氧化废气中过量的氨的催化剂是已知的。例如，美国专利7,393,511描述了一种氨氧化催化剂，该氨氧化催化剂含有在二氧化钛、氧化铝、二氧化硅、氧化锆等载体上的贵金属例如铂、钯、铑或金。其他氨氧化催化剂含有在二氧化钛载体上的氧化钒、氧化钨和氧化钼的第一层，和在二氧化钛载体上的铂的第二层(参见例如美国专利8,202,481和7,410,626)。然而，这些催化剂在转化氨，特别是在相对低温时不是特别有效。大部分用于氧化过量的氨的已知系统依赖于作为氧化催化剂中的组分的昂贵的贵金属。因此，本领域仍然需要改进的氨泄漏催化剂。本发明尤其满足这种需要。

发明内容

在本发明的一方面中，一种氨泄漏催化剂包含：包含SCR催化剂的第一层和包含钙钛矿的第二层，其中第一层经布置以在第二层之前接触废气。

在本发明的另一方面中，一种生产氨泄漏催化剂的方法包括：(a)通过向基底上施用包含钙钛矿的底层载体涂层(washcoat)，来在基底上形成底层，(b)干燥该基底上的该底层载体涂层，(c)煅烧该基底上的该底层载体涂层；(d)通过将包含SCR催化剂的顶层载体涂层施用到步骤(c)中形成的经煅烧的底层上，来形成位于该底层上的顶层，(e)干燥该基底上的该经煅烧的底层上的该顶层载体涂层，和(f)煅烧该基底上的该底层载体涂层上的该顶层载体涂层。

在本发明的又一方面中，一种降低由燃烧源产生的废气流中的氨浓度的方法包括：使含有氨的废气流与氨泄漏催化剂接触，该氨泄漏催化剂包含：包含SCR催化剂的第一层和包含钙钛矿的第二层，其中第一层经布置以在第二层之前接触废气。