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CN118891096A - 废气处理系统 - Google Patents

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CN118891096A
CN118891096A CN202380023696.7A CN202380023696A CN118891096A CN 118891096 A CN118891096 A CN 118891096A CN 202380023696 A CN202380023696 A CN 202380023696A CN 118891096 A CN118891096 A CN 118891096A
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CN
China
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vanadium
scr catalyst
treatment system
substrate
layer
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Pending
Application number
CN202380023696.7A
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English (en)
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C·戴利
I·菲德勒
雷纳·莱佩尔特
J·W·明希
A·D·纽曼
I·皮拉斯
A·拉杰
D·F·桑蒂
N·斯宾塞
A·斯托纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Matthey Catalysts Germany GmbH
Johnson Matthey PLC
Original Assignee
Johnson Matthey Catalysts Germany GmbH
Johnson Matthey PLC
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Publication date
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Abstract

一种废气处理系统依次包括：进气口，该进气口用于接收来自稀燃燃烧发动机的废气；喷射器，该喷射器用于提供含氮还原剂；密偶含钒SCR催化剂组合物；一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物，其中该密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。

Description

废气处理系统
背景技术
本发明涉及一种用于处理废气的废气处理系统和方法，并且特别地，涉及一种采用具有高SCR活性的密偶含钒SCR催化剂组合物而不损害下游含PGM氧化催化剂组合物的活性的系统和方法，该下游含PGM氧化催化剂组合物可另外地包含铜沸石。
将于2025年在欧洲生效的排放法规(Euro 7)要求更严格地控制NOx和N2O的排放。
为了满足Euro 7法规的要求，期望使用含钒SCR催化剂，这是因为与铜沸石相比，它们对N2O的选择性较低。特别地，期望将含钒SCR催化剂布置在密偶位置中，在该密偶位置处，该含钒SCR催化剂将在接通之后(即，在发动机启动之后)被废气快速加热，从而使得该催化剂能够快速达到其点火温度。在此类催化剂中使用更大量的钒提高了它们的SCR活性。特别地，在此类催化剂中使用更大量的钒提高了它们还原NO的活性。当含钒SCR催化剂被布置在其中存在少量NO2并且因此其性能的大部分是关于NO还原的密偶位置时，这是特别重要的。在已知布置中，催化剂载体材料可被稳定化，使得可采用更大量的钒。在一些情况下，使用锑来稳定二氧化钛基载体材料。然而，增加钒含量会导致在使用期间中更大的钒挥发和随后从SCR催化剂中损失的可能性，特别是当该SCR催化剂处于热的密偶位置时。对于下游含PGM氧化催化剂(诸如DOC或ASC)，特别是那些还含有铜沸石的催化剂，密偶SCR催化剂中的钒损失是一个特别的问题，这些催化剂被释放的钒毒化，从而降低它们的活性。
因此，期望提供一种改进的废气处理系统，该改进的废气处理系统采用密偶SCR催化剂组合物以及下游含PGM氧化催化剂组合物，该下游含PGM氧化催化剂组合物表现出高NOx活性和低N2O选择性，而不损害其氧化活性，使得可满足Euro 7法规的要求。本发明的一个目的是解决这个问题，解决与现有技术相关的缺点，或者至少提供一种商业上有用的替代方案。
发明内容
根据本发明的某些方面，一种废气处理系统依次包括：
进气口，该进气口用于接收来自稀燃燃烧发动机的废气；
喷射器，该喷射器用于提供含氮还原剂；
密偶含钒SCR催化剂组合物；
一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物，
其中该密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。
在一些方面，钒以基于V2O5至少2重量％或2重量％至6重量％的量存在于密偶含钒SCR催化剂组合物中。该密偶含钒SCR催化剂组合物还可包含Sb:V摩尔比大于0.5或0.6至0.9的锑。铈可以0.3至0.7或0.4至0.6的Ce:V摩尔比存在于密偶含钒SCR催化剂组合物中。
在一些方面，该密偶含钒SCR催化剂组合物作为挤出的多孔基底或多孔基底上的载体涂层提供。该挤出的多孔基底或该多孔基底可以是蜂窝整料基底。
在一些方面，该密偶含钒SCR催化剂组合物包含二氧化钛基催化剂载体材料。
在某些方面，该下游含PGM氧化催化剂组合物作为挤出的多孔基底或基底上的载体涂层提供。
在一些方面，将一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物提供在与形成单个催化剂制品的密偶含钒SCR催化剂组合物相同的基底之上和/或之中，其中该基底具有入口端、出口端和轴向长度。该密偶含钒SCR催化剂组合物可被布置在第一区域中，并且该一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物被布置在第二区域中，其中该第一区域与该第二区域间隔开。在一些方面，该第一区域从该入口端延伸并且其中该第二区域从该出口端延伸，任选地其中该第一区域沿着该基底的轴向长度的10％与90％之间、该基底的轴向长度的25％与85％之间延伸，并且该第二区域沿着该基底的轴向长度的10％与90％之间、该基底的轴向长度的10％与60％之间延伸。在某些方面，该第一区域和该第二区域不重叠，使得沿着该基底的轴向长度在该第一区域与该第二区域之间存在间隙，任选地其中该第一区域是第一层并且其中该第二区域是第二层。
该系统还可包括覆盖层，该覆盖层从该出口端在该第二区域的至少一部分上延伸，任选地其中该覆盖层包含SCR催化剂组合物。在一些方面，该第一区域是第一层并且其中该第二区域是第二层，其中该第一区域和该第二区域通过在该第一层与该第二层之间延伸的中间层彼此间隔开，任选地其中该中间层包含SCR催化剂组合物。在一些方面，该第一层与该第二层重叠。
在某些方面，该密偶含钒SCR催化剂组合物和该一种或多种含PGM氧化催化剂组合物被提供在分开的基底上，由此形成密偶含钒SCR催化剂制品和一种或多种含PGM氧化催化剂制品，任选地其中该密偶含钒SCR催化剂制品与该一种或多种含PGM氧化催化剂制品间隔开。
在一些方面，该下游含PGM氧化催化剂组合物包含ASC组合物和DOC组合物，其中该ASC组合物在该DOC组合物的上游。
在某些方面，该系统还包括在该一种或多种含PGM氧化催化剂组合物下游的下游SCR催化剂组合物，任选地其中该一种或多种含PGM氧化催化剂组合物和该下游SCR催化剂组合物处于配置中。
在一些方面，该一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物还包括Cu-沸石，其中该Cu-沸石是小孔沸石，优选地其中该Cu-沸石具有CHA或AEI型骨架结构。
根据本发明的一些方面，一种燃烧和排放处理系统包括
稀燃燃烧发动机；以及
如本文所述的废气处理系统。
根据本发明的一些方面，一种用于处理废气的方法包括：在本文所述的废气处理系统中处理废气。
根据某些方面，本发明包括用铈来减少密偶含钒SCR催化剂组合物中的钒损失的用途，其中该密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。
附图说明
图1示出了根据本发明的催化剂制品的第一示例性构造。
图2示出了根据本发明的催化剂制品的第二示例性构造。
图3示出了根据本发明的催化剂制品的第三示例性构造。
图4是用于测试实施例1至27的含钒SCR催化剂中的钒损失的布置的示意图。
图5是展示由于催化剂中铈的存在而减少了含钒SCR中的钒损失的图表，该催化剂作为基底上的载体涂层提供。图5的图表中所示的数据已经被标称化。
图6是展示尽管在含钒SCR催化剂中存在铈但仍实现了保持的NOx活性的图表，该含钒SCR催化剂作为基底上的载体涂层提供。
图7是展示铈负载量对挤出的含钒SCR催化剂和形成为基底上的载体涂层含钒催化剂中的钒损失的影响的图表。实施例7至14的数据已经相对于实施例7的数据进行了标称化，并且实施例15至18的数据已经相对于实施例15的数据进行了标称化。
图8是含钒SCR催化剂的钒负载量相对于从其损失的钒的图表，并且展示了在不同的钒负载量下由于催化剂中铯的存在而减少了钒损失。
图9是图5的图表中使用的数据的不同表示。在图6中，该图表是所添加的金属：钒(其中所添加的金属是铈、钨或铌)的摩尔比相对于含钒SCR催化剂中的钒损失的图表。
图10是展示尽管在含钒SCR催化剂中存在铈但用更高钒负载量在225℃下实现了提高的新鲜NOx活性的图表。
图11是展示尽管在含钒SCR催化剂中存在铈但用更高钒负载量在225℃下实现了提高的老化NOx活性的图表。
图12是展示尽管在含钒SCR催化剂中存在铈但用更高钒负载量在500℃下实现了提高的新鲜NOx活性的图表。
具体实施方式
根据第一方面，提供了一种废气处理系统，该废气处理系统依次包括：
进气口，该进气口用于接收来自稀燃燃烧发动机的废气；
喷射器，该喷射器用于提供含氮还原剂；
密偶含钒SCR催化剂组合物；
一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物，
其中该密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。
在以下段落中，更详细地定义了不同方面/实施方案。除非有明确相反的说明，否则如此定义的每个方面/实施方案可与任何其他方面/实施方案或多个方面/实施方案组合。特别地，被指示为优选或有利的任何特征可与被指示为优选或有利的任何其他一个或多个特征组合。
如上所讨论的，为了满足Euro 7法规的要求，期望使用密偶含钒SCR催化剂来减少NOx和N2O排放，这是由于它们的点火温度较低。在此类催化剂中使用更大量的钒对于改进SCR活性是期望的，但在使用期间导致更大的挥发和随后的钒损失，特别是当被布置在热密偶位置中时。密偶SCR催化剂中的损失造成下游含PGM氧化催化剂的中毒，从而降低它们的活性。本发明涉及一种废气处理系统，该废气处理系统包括密偶含钒SCR催化剂组合物和一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物两者，其中该密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。本发明的发明人已经令人惊讶地发现，以此类量存在的铈令人惊讶地在不损失SCR催化剂的性能情况下减少钒挥发。所减少的挥发允许更大的钒负载量，这对于改进SCR催化剂的效率是期望的。所减少的挥发还导致下游含PGM氧化催化剂的中毒减少，使得可使用尺寸更小或具有更低PGM负载量的氧化催化剂，同时仍然保持足够的氧化活性。
本发明涉及一种排放处理系统。该排放处理系统是适用于处理来自稀燃燃烧发动机的废气的系统。也就是说，该排放处理系统可用于处理源自稀燃燃烧发动机中的燃烧过程的废气，该稀燃燃烧发动机可以是移动的或固定的。该排放处理系统依次包括：进气口，该进气口用于接收来自稀燃燃烧发动机的废气；喷射器，该喷射器用于提供含氮还原剂；密偶含钒SCR催化剂组合物；以及一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物。换句话说，进气口在喷射器的上游并且喷射器在密偶含钒SCR催化剂组合物的上游。密偶含钒SCR催化剂在一种或多种含PGM氧化催化剂组合物的上游。该排放处理系统可任选地包括用于处理密偶含钒SCR催化剂下游的废气的另外的部件，诸如颗粒过滤器，该另外的部件可任选地含有一种或多种PGM。
喷射器可以是用于将含氮还原剂喷射到废气中的任何装置。喷射器可包括喷嘴。喷射器可任选地包括阀。含氮还原剂可包含氨。喷射器被布置在密偶含钒SCR催化剂组合物的上游。本发明的催化剂组合物用于对来自稀燃燃烧发动机的废气进行催化处理，以便在气体被排放到大气中之前转换或转化气体组分，以便满足排放法规。
SCR催化剂组合物储存NH3，并且在氧的存在下用NH3选择性还原NOx。SCR催化剂组合物被布置在密偶位置中，即位于用于接收来自发动机的废气的进气口附近，并且因此被称为密偶SCR催化剂组合物。在密偶位置中，SCR催化剂组合物在接通(即发动机启动)之后被废气快速加热，从而使SCR催化剂组合物能够快速达到其点火温度。
密偶SCR催化剂组合物含有钒，并且因此被称为密偶含钒SCR催化剂组合物。钒在SCR催化剂组合物中的存在实现了良好的SCR活性。钒优选地以钒氧化物存在于密偶含钒SCR催化剂组合物中。优选地，基于V2O5，密偶含钒SCR催化剂组合物包含至少2重量％的钒、更优选地2重量％至6重量％的钒(即优选地，密偶含钒SCR催化剂组合物包含至少2重量％、优选地2重量％至6重量％的V2O5)。此类含量适用于高SCR活性。
密偶含钒SCR催化剂组合物可作为挤出的多孔基底或基底上的载体涂层提供，该载体涂层可以是多孔的或者可浸渍到基底中，从而形成催化剂制品。基底包括入口端(上游端)和出口端(下游端)，并且具有轴向长度L。
催化剂制品是适用于废气系统中的组分。典型地，此类制品是蜂窝整料，该蜂窝整料也可被称为“砖”。这些具有适用于使待处理的气体与催化剂材料接触以实现废气组分的转换或转化的高表面积构造。其他形式的催化剂制品是已知的并且包括板构造以及包裹的金属催化剂基底。本文所述的催化剂制品适用于所有这些已知形式，但特别优选的是，它们采用蜂窝整料的形式，因为这些催化剂提供了性能和体积的良好比例。
本发明的催化剂制品用于对来自稀燃燃烧发动机的废气进行催化处理，以便在气体被排放到大气中之前转换或转化气体组分，以便满足排放法规。
密偶含钒SCR催化剂组合物可被挤出以形成挤出的多孔基底，或者可作为载体涂层施加到基底上，或者可浸渍到多孔基底中。基底可任选地由金属或陶瓷材料形成。因此，含有密偶含钒SCR催化剂组合物的催化剂制品可以是挤出的、载体涂覆的或浸渍的基底。优选地，当催化剂制品作为挤出的、载体涂覆的或浸渍的多孔基底提供时，该多孔基底是蜂窝整料基底。这通常是流通型基底，因为这有利于气体从该结构进入和离开。基底可以是过滤基底。当将密偶含钒SCR催化剂组合物被设置在过滤基底上时，这形成选择性催化还原过滤催化剂，该选择性催化还原过滤催化剂在本文中由缩写表示。
基底可以是基于堇青石的，使得它可承受在密偶位置中遇到的环境，特别是高温。其他合适的基底材料包括陶瓷样材料，诸如α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅氧化镁或硅酸锆、或多孔难熔金属。当密偶含钒SCR催化剂组合物作为基底上的载体涂层提供或浸渍到多孔基底中时，该基底优选地由陶瓷样材料形成，更优选地由堇青石形成。当密偶含钒SCR催化剂组合物作为挤出的多孔基底提供时，该基底可包含二氧化钛和一种或多种纤维和/或粘合剂。密偶含钒SCR催化剂组合物可包含二氧化钛基催化剂载体材料。
密偶含钒SCR催化剂组合物包含铈，其中铈与钒的摩尔比大于0.3、优选地0.3至0.7、更优选地0.4至0.6。以此类比例采用铈和钒减少了钒挥发，而不降低密偶含钒SCR催化剂组合物的活性。所减少的挥发允许更大的钒负载量，这对于改进SCR催化剂的效率是期望的。所减少的挥发还导致下游含PGM氧化催化剂的中毒减少，使得可使用尺寸更小或具有更低PGM负载量的氧化催化剂，同时仍然保持足够的氧化活性。举例来说，密偶含钒SCR催化剂组合物可包含基于V2O5量为2重量％至6重量％、优选地3重量％至5重量％的钒和基于CeO2量为1重量％至10重量％、优选地2重量％至5重量％的铈。密偶含钒SCR催化剂组合物可包含2重量％至6重量％、优选地3重量％至5重量％的V2O5和1重量％至10重量％、优选地2重量％至5重量％的CeO2。
密偶含钒SCR催化剂组合物可另外地包含锑。如上所讨论的，锑有时用于稳定二氧化钛基载体材料，使得更大量的钒可用于密偶含钒SCR催化剂组合物中。然而，如本申请的图2中的数据所示，锑基本上不会减少钒挥发。锑可以这样的量存在，使得锑与钒的摩尔比大于0.5、优选地0.6至0.9、更优选地0.7至0.8。锑可作为Sb2O5存在。举例来说，密偶含钒SCR催化剂组合物可包含2重量％至6重量％的V2O5、2重量％至6重量％的CeO2和3重量％至8重量％的Sb2O5。
密偶含钒SCR催化剂组合物可另外地包含SiO2。SiO2可以至少1重量％、优选地至少3重量％的量存在。SiO2可被掺杂到载体上，该载体可以是二氧化钛或者可用作粘合剂。在使用SiO2作为粘合剂(例如硅溶胶)的情况下，其可以高达25重量％的量存在。例如，当用作粘合剂时，SiO2可以1重量％至20重量％、优选地5重量％至20重量％、更优选地10重量％至18重量％的量存在。当用作掺杂剂(诸如二氧化钛掺杂剂)时，SiO2可以1重量％至6重量％、优选地2重量％至4重量％的量存在。当用作掺杂剂(诸如二氧化钛掺杂剂)和粘合剂两者时，SiO2可以2重量％至26重量％、优选地7重量％至24重量％、更优选地12重量％至22重量％的量存在。举例来说，密偶含钒SCR催化剂组合物可包含2重量％至6重量％的V2O5、2重量％至6重量％的CeO2、3重量％至8重量％的Sb2O5、1重量％至20重量％的SiO2和余量的TiO2。
一种或多种下游含铂族金属(PGM)氧化催化剂组合物被布置在密偶含钒SCR催化剂组合物的下游。因此，废气在通过一种或多种下游含铂族金属(PGM)氧化催化剂组合物之前通过密偶含钒SCR催化剂组合物。该一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物在废气的组分被释放到大气中之前将它们氧化。在本发明的排放系统中，存在于上游SCR催化剂组合物中的铈减少了由此造成的钒损失。这减少了下游含PGM氧化组合物的钒中毒，使得可基本上保持其氧化活性。因此，含PGM氧化催化剂的尺寸可减小或可采用较低的PGM负载量，同时仍保持足够的氧化活性，从而降低成本。
一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物含有一种或多种铂族金属，该一种或多种铂族金属可被承载在载体材料上。存在于含PGM氧化催化剂组合物中的一种或多种铂族金属(PGM)可选自钌、铑、钯、锇、铱、铂以及它们中的两种或更多种的混合物。一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物可包含至少0.05重量％的一种或多种PGM。
除了该一种或多种PGM之外，一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物另外地包含一种或多种Cu-沸石(即含铜沸石)。另外地或另选地，除了一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物之外，还可提供一种或多种Cu-沸石。例如，在密偶含钒SCR催化剂组合物与一种或多种含PGM氧化催化剂组合物之间(即密偶含钒SCR催化剂组合物的下游和一种或多种含PGM氧化催化剂组合物的上游)提供一种或多种Cu-沸石。
沸石由重复的例如以环形彼此链接的SiO4、AlO4和四面体单元构成，以形成具有规则晶内腔体和分子尺寸通道的骨架。四面体单元(环成员)的具体排列产生沸石的骨架，并且按照惯例，国际沸石协会(IZA)为每个独特骨架分配了独特的三字母代码(例如，“CHA”)。沸石还可根据孔径进行分类，例如沸石骨架中存在的四面体原子的最大数量。如本文所定义，“小孔”分子筛(诸如CHA)含有八个四面体原子的最大环尺寸，而“中孔”分子筛例如MFI含有十个四面体原子的最大环尺寸；并且“大孔”分子筛(诸如BEA)含有十二个四面体原子的最大环尺寸。
Cu-沸石可以是含铜大孔沸石、中孔沸石或小孔沸石。
更优选地，Cu-沸石是小孔沸石。优选地，小孔沸石具有选自由AEI、AFT、AFV、AFX、AVL、CHA、EMT、GME、KFI、LEV、LTN和SFW构成的组的骨架结构，其包括前述两种或更多种的混合物。特别优选地，Cu-沸石具有CHA或AEI型骨架结构。
特别地，下游含PGM氧化催化剂组合物中的一种下游含PGM氧化催化剂组合物可以是氨逃逸催化剂组合物(ASC)(也称为氨氧化催化剂)，该氨逃逸催化剂组合物(ASC)通过将氨转化为氮来从废气中去除氨。这是有利的，因为氨氧化催化剂组合物将氨选择性地氧化成N2和NOx，否则它们将逃逸到更下游的较低选择性的组分，诸如DOC或CSF，这将因此产生N2O。在本发明中，系统的含钒SCR催化剂处于密偶位置中，没有上游催化剂充当散热器/缓冲器。因此，密偶含钒SCR催化剂最容易受到来自发动机的急剧温度升高(尖峰)的影响，这可能导致氨从含钒SCR催化剂的储存位点解吸和随后的氨逃逸。因此，在本发明的排放系统中采用下游氨氧化催化剂对于减少氨逃逸和随后的N2O的产生是特别有利的。
下游含PGM氧化催化剂组合物中的一种下游含PGM氧化催化剂组合物可以是柴油氧化催化剂，该柴油氧化催化剂氧化废气中存在的NO、CO和/或烃中的一者或多者。在示例性布置中，下游含PGM氧化催化剂组合物包含ASC和DOC，其中ASC在DOC的上游。在另一示例性布置中，该废气处理系统还可包括在一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物下游的下游SCR催化剂组合物，任选地其中该一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物和该下游SCR催化剂组合物处于配置中。配置中依次包含DOC、连续再生颗粒捕集器、还原剂流体源、SCR催化剂以及任选地还有ASC。
一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物可作为一个或多个基底上的载体涂层提供或浸渍到一个或多个多孔基底中或作为一个或多个挤出的多孔基底提供，以形成一种或多种催化剂制品。换句话讲，可将一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物进行载体涂覆或浸渍到一个或多个基底上或挤出以形成一个或多个挤出的多孔基底。
一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物可被提供在一个或多个基底之上和/或之中，该一个或多个基底与在其上和/或之中提供密偶含钒SCR催化剂组合物的基底是分开的。因此，此类布置将在一种或多种含PGM氧化催化剂制品的上游提供含钒SCR催化剂制品。密偶含钒SCR催化剂制品的基底可与一种或多种下游含PGM氧化催化剂制品的基底相邻或间隔开。密偶含钒SCR催化剂的基底可被称为第一基底，并且一种或多种含PGM氧化催化剂制品的基底可被称为第二基底。
另选地，下游含PGM氧化催化剂组合物中的一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物可存在于与密偶含钒SCR催化剂组合物相同的基底之上和/或之中，从而形成单个催化剂制品。可采用催化剂组合物的各种配置，前提条件是密偶含钒SCR催化剂组合物的至少一部分被布置在一种或多种含PGM氧化催化剂组合物的至少一部分的上游。
含有密偶含钒SCR催化剂组合物的单个催化剂制品的部位可被称为单个催化剂制品的第一区域，并且含有一种或多种含PGM氧化催化剂组合物的催化剂制品的部位可被称为单个催化剂制品的第二区域。第一区域和第二区域被设置/被布置/被承载在同一基底上。如下所讨论的，第一区域和/或第二区域可直接设置/布置/承载在同一基底上(即，该区域与基底的表面直接接触)。
第一区域可从基底的入口端延伸，并且第二区域可从基底的出口端延伸。
第一区域可沿着基底的轴向长度的10％和90％之间、优选地沿着基底的轴向长度的25％至85％延伸，并且第二区域可沿着基底的轴向长度的10％和90％之间、优选地沿着基底的轴向长度的10％至60％延伸。
含有密偶含钒SCR催化剂组合物的第一区域和含有含PGM氧化催化剂组合物的第二区域可重叠。优选地，在重叠部位中，密偶含钒SCR催化剂组合物被布置在含PGM氧化催化剂组合物的顶部。重叠部位将含有密偶含钒SCR催化剂组合物和一种或多种含PGM氧化催化剂组合物两者。因此，重叠部位可在SCR区与氧化区之间形成ASC区(氨逃逸催化剂区)。
另选地，含有密偶含钒SCR催化剂组合物的第一区域和含有一种或多种含PGM氧化催化剂组合物的第二区域可不重叠。
第一区域和第二区域可以是基底的所浸渍的部位并且/或者可以是基底上的载体涂覆层。
例如，密偶含钒SCR催化剂组合物可作为基底上的载体涂层提供或被浸渍到基底中，并且一种或多种下游含PGM氧化催化剂也可作为同一基底上的载体涂层提供或浸渍到同一基底中。换句话说，第一区域可以是含有密偶含钒SCR催化剂组合物的载体涂层或所浸渍的部位，并且第二区域可以是含有一种或多种含PGM氧化催化剂组合物的载体涂层或所浸渍的部位。在第一区域和第二区域两者均形成为载体涂覆层的布置中，含有密偶含钒SCR催化剂组合物的载体涂层的至少一部分在含有一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物的载体涂层的上游。含有一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物的载体涂层可与含有密偶含钒SCR催化剂组合物的载体涂层分开地施加并干燥。含有一种或多种下游含PGM氧化催化剂的载体涂层和含有密偶含钒SCR催化剂组合物的载体涂层可重叠或可不重叠。
第一区域可与第二区域间隔开。“间隔开”是指第一区域不接触第二区域，即，密偶含钒SCR催化剂组合物不接触一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物。
在示例性布置中，第一区域和第二区域两者均可直接设置在基底之上/之中(即，与基底直接接触)。第一区域可沿着基底的长度与第二区域间隔开，从而在该第一区域与该第二区域之间形成间隙，该间隙沿着基底的轴向长度延伸。该间隙可沿着基底的长度的至少10％延伸、优选地沿着基底的轴向长度的20％至50％延伸。
催化剂制品还可包括包含SCR催化剂组合物的覆盖区域。覆盖区域可被设置在第二区域的至少一部分上方。覆盖区域可以是在第二区域的至少一部分上方从出口端延伸的层。覆盖区域可在形成于第一区域与第二区域之间的间隙上方延伸。覆盖区域优选地基本上不含钒。因此，覆盖区域的SCR催化剂组合物优选地基本上不含钒。覆盖区域的SCR催化剂组合物可包含沸石。如本文所用，针对材料所引用的表述“基本上不含”是指以少量存在的材料，诸如≤5重量％、优选地≤2重量％、更优选地≤1重量％。表述“基本上不含”涵盖表述“不包含”。覆盖区域的SCR催化剂组合物可包含沸石。
除了第一区域沿着基底的轴向长度与第二区域间隔开的布置之外或作为其替代方案，第一区域可另选地或另外地通过至少部分地在其间延伸的中间层(即，在第一区域与第二区域之间延伸的中间层)与第二区域间隔开。在此类布置中，第一区域可以是第一层，并且第二区域可以是第二层。中间层至少部分地与第一区域和第二区域两者重叠。中间层优选地与第一层的至少下游部分和第二层的至少上游部分重叠。换句话说，中间层优选地与第一层的接近第二层的至少一部分重叠并且与第二层的接近第一层的至少一部分重叠。第一层可直接设置在中间层的至少一部分上。中间层可直接设置在第二层的至少一部分上。因此，中间层可与第一层和第二层直接接触。
中间层可包含SCR催化剂组合物。中间层优选地基本上不含钒。因此，存在于中间层中的SCR催化剂组合物可基本上不含钒。如本文所用，针对材料所引用的表述“基本上不含”是指以少量存在的材料，诸如≤5重量％、优选地≤2重量％、更优选地≤1重量％。表述“基本上不含”涵盖表述“不包含”。中间层的SCR催化剂组合物可包含沸石。
中间层可从基底的出口端沿着基底的轴向长度的10％至90％延伸、优选地沿着基底的轴向长度的20％至80％延伸。优选地，第一层从入口端沿基底的轴向长度的25％至85％延伸，第二层从出口端沿基底的轴向长度的10％至60％延伸，并且第三层从出口端沿基底的轴向长度的20％至80％延伸。优选地，从出口端延伸的第二层的长度小于同样从出口端延伸的中间层的长度。优选地，中间层长度和第一层长度的总和等于或大于基底L的轴向长度的100％。
优选地，第一层长度和第二层长度的总和小于基底L的轴向长度的100％，即优选地第一层可不与第二层重叠。然而，在第一层和第二层任选地重叠的布置中，第一层和第二层可在重叠部位中通过中间层彼此间隔开。换句话说，第一层和第二层可在横向于重叠部位中的基底的轴向长度的方向上由中间层彼此隔开。第一层和第二层可重叠达基底的轴向长度的10％至50％。
在示例性布置中，催化剂制品还可包括第三层，该第三层从入口端延伸并包含密偶含钒SCR催化剂组合物。第三层可延伸小于基底的总轴向长度L。中间层可至少部分地在第三层与第一层之间以及在第一层与第二层之间延伸。第三层可沿着基底的长度与第二层间隔开，从而在第一区域与第二区域之间形成间隙，该间隙沿着基底的轴向长度延伸。该间隙可沿着基底的长度的至少10％延伸、优选地沿着基底的轴向长度的20％至50％延伸。
在包括包含SCR催化剂组合物并从出口端延伸的中间层或覆盖层的布置中，中间层或覆盖层与第二区域一起形成ASC区。所得的催化剂制品因此可具有从基底的出口端延伸的ASC区和从基底的入口端延伸的SCR区。
在所有这些布置中，通过避免密偶含钒SCR催化剂组合物与一种或多种含PGM氧化催化剂组合物之间的接触，可进一步减少密偶含钒SCR催化剂组合物的钒对一种或多种含PGM氧化催化剂组合物造成的中毒。
在示例性布置中，密偶含钒SCR催化剂组合物可被挤出以形成挤出的多孔基底并且一种或多种含PGM氧化催化剂组合物可被载体涂覆到含有密偶含钒SCR催化剂组合物的挤出的多孔基底的下游部分上或浸渍到该下游部分中。
本发明还涉及一种燃烧和排放处理系统，该燃烧和排放处理系统包括稀燃燃烧发动机和上述废气处理系统。废气处理系统具有接收来自稀燃燃烧发动机的废气的进气口。稀燃燃烧发动机可以是移动的或固定的。在稀燃燃烧发动机中，燃烧在高于化学计量空燃比的空燃比下发生。稀燃燃烧发动机可以是内燃发动机，诸如柴油发动机、稀燃汽油发动机、H2燃料内燃发动机或这些中的两种的混合。
根据另一个方面，提供了一种用于处理废气的方法，该方法包括在上述废气处理系统中处理废气。因此，被描述为用于该系统的所有特征同样适用于该方法方面。该方法通常包括将密偶含钒SCR催化剂组合物并且然后将下游含PGM氧化催化剂组合物与从稀燃燃烧发动机接收的废气接触。
根据另一个方面，提供了用铈来减少密偶含钒SCR催化剂组合物中的钒损失的用途，其中该密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。
优选地，该方面中所述的用途可应用于本文所述的方法和系统。因此，被描述为优选地用于该系统和方法的所有特征同样适用于该用途方面。
根据另一个方面，提供了一种废气处理系统，该废气处理系统依次包括：
进气口，该进气口用于接收来自稀燃燃烧发动机的废气；
喷射器，该喷射器用于提供含氮还原剂；
密偶含钒SCR催化剂组合物；
一种或多种下游催化剂组合物，该一种或多种下游催化剂组合物包含含铜沸石，
其中该密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。
上文对废气系统的描述同样适用于需要一种或多种包含含铜沸石的下游催化剂组合物的该方面。例如，上文对密偶含钒SCR催化剂组合物的描述同样适用于该方面。上文对一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物的配置的描述同样适用于该方面所要求的一种或多种包含含铜沸石的下游催化剂组合物的配置。
在上述各方面，应当注意，一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物可另外地包含含铜沸石(Cu-沸石)。在上述方面中对可存在于下游含PGM氧化催化剂组合物中的含铜沸石的描述同样适用于该方面的含铜沸石，该含铜沸石可在没有下游含PGM氧化催化剂组合物的情况下存在。
图1示出了本发明的第一示例性催化剂制品的示意图，该第一示例性催化剂制品具有基底，在该基底上设置有第一区域(1)、第二区域(2)和中间层(3)。基底具有入口(上游)端4a和出口(下游)端4b以及轴向长度L。图1的箭头指示每个区域/层已经从基底的哪一端施加(第一区域(1)从入口端4a施加，第二区域(2)和中间层(3)从出口端4b施加)。在使用期间，待处理的废气经由入口端4a流入催化剂制品，并且经由出口端4b流出催化剂制品。第一区域(1)是第一层并且含有密偶含钒SCR催化剂组合物。第一层从入口端4a延伸小于基底L的总轴向长度。第二区域(2)是第二层并且含有含PGM氧化催化剂组合物。第二层从出口端4b延伸小于基底L的总轴向长度。第二层(2)直接设置在基底(4)上。第一层(1)和第二层(2)不重叠。中间层(3)被设置在第二层(2)上并且从出口端4b延伸小于基底(L)的总轴向长度。中间层具有比第二层更长的长度。中间层(3)至少部分地在第一层(1)与第二层(2)之间延伸。中间层与第一层(1)的下游部分和整个第二层(2)重叠。第一层(1)的上游部分直接设置在基底上，并且第一层(1)的下游部分直接设置在中间层(3)的上游部分上。中间层(3)含有SCR催化剂组合物并且基本上不含钒。中间层(3)的SCR催化剂组合物包含沸石。中间层(3)的存在增加了沿着基底(4)的长度在第一层(1)的与基底直接接触的部分与第二层(2)之间的间隙的尺寸。
图2示出了本发明的第二示例性催化剂制品的示意图，该第二示例性催化剂制品具有基底，在该基底上，第一区域(1)、第二区域(2)和覆盖层(5)被设置在基底(4)上。基底具有入口(上游)端4a和出口(下游)端4b以及轴向长度L。图2的箭头指示每个区域/层已经从基底的哪一端施加(第一区域(1)从入口端4a施加，第二区域(2)和覆盖层(5)从出口端4b施加)。在使用期间，待处理的废气经由入口端4a流入催化剂制品，并且经由出口端4b流出催化剂制品。第一区域(1)是第一层并且含有含钒SCR催化剂组合物。第一层(1)从入口端4a延伸小于基底L的总轴向长度。第二区域(2)是第二层并且含有含PGM氧化催化剂组合物。第二层(2)从出口端4b延伸小于基底L的总轴向长度。第一层(1)和第二层(2)直接设置在基底(4)上(即，与该基底直接接触)。第一层(1)和第二层(2)不重叠，即，第一层和第二层的总长度小于基底的总轴向长度L的100％。因此，在第一层与第二层之间沿着基底L的轴向长度形成间隙(G)。该间隙在第一层(1)的下游端与第二层(2)的上游端之间延伸。覆盖层(5)从出口端延伸小于基底(4)的总轴向长度L。覆盖层(5)直接设置在第一层(1)和第二层(2)上，并且覆盖间隙(G)。覆盖层(5)具有比第二层(2)更长的长度。覆盖层(5)与第一层(1)和第二层(2)重叠。更具体地，覆盖层(5)与第一层(1)的下游部分和整个第二层(2)重叠。覆盖层(5)含有SCR催化剂组合物并且基本上不含钒。覆盖层(5)的SCR催化剂组合物包含沸石。在这种布置中，避免了第一层(1)与第二层(2)之间的接触，从而减少了第二层(2)的含PGM氧化催化剂组合物的中毒。提供从出口延伸的ASC区，而不会使含PGM氧化催化剂组合物中毒。
图3示出了本发明的第三示例性催化剂制品的示意图，该第三示例性催化剂制品具有基底(4)，在该基底上设置有第一区域(1)、第二区域(2)、中间层(3)和第三层(6)。基底具有入口(上游)端4a和出口(下游)端4b以及轴向长度L。图1的箭头指示每个区域/层已经从基底的哪一端施加(第一区域(1)和第三层(6)从入口端4a施加，第二区域(2)和中间层(3)从出口端4b施加)。在使用期间，待处理的废气经由入口端4a流入催化剂制品，并且经由出口端4b流出催化剂制品。第一区域(1)是第一层并且含有含钒SCR催化剂组合物。第一层(1)从入口端4a延伸小于基底L的总轴向长度。第二区域(2)是第二层并且含有含PGM氧化催化剂组合物。第二层(2)从出口端4b延伸小于基底L的总轴向长度。第二层(2)直接设置在基底(4)上。第一层(1)和第二层(2)不重叠。中间层(3)被设置在第二层(2)上并且从出口端4b延伸小于基底(L)的总轴向长度。中间层(3)具有比第二层(2)更长的长度。中间层(3)至少部分地在第一层(1)与第二层(2)之间延伸。中间层(3)与第一层(1)的下游部分和整个第二层(2)重叠。第一层(1)的上游部分直接设置在第三层(6)上，并且第一层(1)的下游部分直接设置在中间层(3)的上游部分上。中间层(3)含有SCR催化剂组合物并且基本上不含钒。中间层(3)的SCR催化剂组合物包含沸石。第三层(6)从入口端(4a)延伸小于基底(4)的总轴向长度，并且直接设置在基底(4)上。类似于第一层(1)，第三层(6)也含有密偶含钒SCR催化剂组合物。中间层(3)至少部分地在第一层与第三层之间延伸。第三层(6)和第一层(1)具有相同的长度。因此，第三层(6)和第二层(2)不重叠。
实施例
现在将结合以下非限制性实施例来进一步描述本发明。
实施例1至6
实施例1至4、6是比较例。实施例5是根据本发明的。
实施例1的催化剂是具有130g/ft3的钒、3.0g/in3的TiO2和1.0g/in3的SiO2的载体涂覆的催化剂。
钒在实施例1中作为承载在二氧化钛上的氧化钒存在。实施例1的催化剂中按V2O5计的钒负载量为3.3重量％。
通过形成包含草酸氧钒、高表面积二氧化钛粉末和胶态二氧化硅的水分散体的含水浆料来制备催化剂。具体地说，所采用的高表面积二氧化钛粉末是获自的DT-51d，并且所采用的胶态二氧化硅的水分散体是得自格雷斯(Grace)的AS-40。该含水浆料具有5至8的最终pH，并通过抽吸工艺沉积在基底(其是堇青石流通整料)上，随后干燥并煅烧。将催化剂在100℃下干燥大约15分钟，并且随后在500℃下煅烧大约10分钟。
实施例2至6的催化剂是也具有130g/ft3的钒、3.0g/in3的TiO2和1.0g/in3的SiO2的载体涂覆的催化剂。实施例2至6的每种催化剂不同于实施例1的催化剂，因为实施例2至6的催化剂还含有作为氧化物存在的附加金属，该金属在本文中被称为“所添加的金属”，其中所添加的金属与钒的摩尔比为0.4。存在于实施例2至6的催化剂中的所添加的金属和相关量列在下表1中。
钒在实施例2至6中作为承载在二氧化钛上的氧化钒存在。实施例2至6的催化剂中按V2O5计的钒负载量是3.2重量％。
类似于实施例1，通过形成包含草酸氧钒、高表面积二氧化钛粉末、胶态二氧化硅的水分散体和下表中列出的所添加的金属的前体的含水浆料来制备实施例2至6的催化剂。具体地说，所采用的高表面积二氧化钛粉末是获自的DT-51d，并且所采用的胶态二氧化硅的水分散体是得自格雷斯(Grace)的AS-40。该含水浆料具有5至8的最终pH，并通过抽吸工艺沉积在催化剂整料上，随后干燥并煅烧。将催化剂在100℃下干燥大约15分钟，并且随后在500℃下煅烧大约10分钟。
表1
将实施例1至6的催化剂中的每个催化剂形成为在由尺寸为1"×3"300/5的堇青石(堇青石流通整料)形成的基底芯(砖)上的载体涂层，并且将其各自装载到如图4所示的相应夹持器中。将催化剂在DOC+CSF后面的发动机上以560℃(+/-10℃)的核心夹持器入口温度在约26K SV下并行老化100小时，并且在夹持器上游以ANR1.05添加尿素。老化过程中的H2O含量为约9％至10％。如图4所示，将氧化铝涂覆的基底芯(在图4中标记为芯2：氧化铝涂覆的捕获芯)定位在夹持器内的实施例1至6的催化剂(在图4中标记为芯1:V-SCR)中的每个催化剂的下游(即后方)以捕获挥发的钒。图4中的箭头表示废气通过其中的方向。
通过XRF分析每个氧化铝涂覆的基底芯的第一/前面1"的钒和二氧化钛含量，以确定来自相应氧化铝涂覆的基底芯上游的实施例1至6的含钒SCR催化剂的钒损失。通过将所测量的二氧化钛与基线水平进行比较，对任何载体涂层损失的结果进行校正。还减去了每个氧化铝涂覆的基底芯砖中的基线钒含量，该基线钒含量是堇青石中的大约49ppm。结果示于图5的图表中，并且也提供在下表2中。
表2
通过使合成气体混合物流过实验室流通反应器上的实施例1至6的催化剂，测量实施例1至6在225℃和500℃两者下的新鲜NOx转化活性。合成气体混合物具有60KSV并且含有500ppm的NO、525ppm的NH3、8％的CO2、10％的O2、0.035％的CO、5％的H20和余量的N2。结果示于图6的图表中。对于每个实施例，在225℃下的NOx转化活性低于在500℃下NOx转化活性。
从图5的图表中可以看出，与没有所添加的金属的含钒SCR催化剂(实施例1)相比并且与使用其他金属(诸如W、Sb或Nb)的含钒SCR催化剂(实施例2、3和4)相比，采用铈的含钒SCR催化剂表现出显著更少的钒损失。实际上，可以看出，锑的存在对钒损失基本上没有影响(实施例4)，并且与没有所添加的金属的含钒SCR催化剂(实施例1)相比，W或Nb的存在实际上增加了钒损失。
图5示出了含有铒的含钒催化剂(实施例6)比含有铈的含钒催化剂(实施例5)实现略少的钒损失。然而，如图5的图表所示，铒的存在显著地影响低温NOx转化率。实际上，由于铒的存在，在225℃下的NOx转化率从45％降低到25％，如通过比较实施例1与实施例6所实现的NOx转化率所示。因此，尽管SCR催化剂中铒的存在减少了钒损失，但它也降低了低温NOx转化活性。相反，与没有所添加的金属的含钒催化剂相比，采用铈的含钒催化剂在225℃下表现出基本相同的NOx转化率，并且在500℃表现出略高的NOx转化率。因此，含钒催化剂中铈的存在减少了SCR催化剂的钒损失，而不影响其NOx转化活性。
实施例7至18
实施例8至14和实施例16至18是根据本发明的。实施例7和15是比较例。
实施例7至14形成为基底上的载体涂层。实施例15至18形成为挤出物。实施例7至14的组合物在下面提供的表3中列出。实施例15至18的组合物在下面提供的表4中列出。
载体涂覆的含钒催化剂(实施例7至14)含有量为4.5重量％的V2O5、量为5.6重量％的Sb2O5、如下表3中所示的量的SiO2、任选地如下表3中所示的CeO2和余量的TiO2。如下表3中所示，不含二氧化铈的载体涂覆的含钒催化剂(实施例7)含有18.73％的SiO2。对于也含有二氧化铈的载体涂覆的含钒催化剂(实施例8至14)，减少SiO2含量以补偿所添加的CeO2，因此对于所有实施例7至14保持载体涂层负载量以及V和Sb含量恒定。
表3
通过形成包含草酸氧钒、高表面积二氧化钛粉末、胶态二氧化铈的水分散体和胶态二氧化硅的水分散体的含水浆料来制备载体涂覆的催化剂中的每个载体涂覆的催化剂(实施例7至14)。具体地说，所采用的高表面积二氧化钛粉末是获自的DT-51d，并且所采用的胶态二氧化硅的水分散体是得自格雷斯(Grace)的AS-40。所采用的胶态二氧化铈的水分散体是来自索尔维(Solvay)的JMA702。该含水浆料具有5至8的最终pH，并通过抽吸工艺沉积在催化剂整料上，随后干燥并煅烧。将催化剂在100℃下干燥大约15分钟，并且随后在500℃下煅烧大约10分钟。
挤出的含钒催化剂含有量为4.5重量％的V2O5、量为6.7重量％的五氧化二锑、14.5重量％的粘合剂和余量的含二氧化钛的二氧化硅。
通过将可商购获得的含二氧化钛的二氧化硅(标称SiO2含量为3.5重量％的锐钛矿)与偏钒酸铵混合以达到期望的V2O5当量来制备挤出的催化剂中的每个挤出的催化剂(实施例15至18)。如表4中所公开的添加CeO2，从而相应地降低二氧化钛二氧化硅含量。添加8重量％的玻璃纤维和6.4重量％的低碱含量粘土作为粘合剂/强度改进组分。在下一步骤中，通过使用捏合机将大约1重量％至2重量％的纤维素、1重量％至2重量％的聚环氧乙烷和氨溶液共混，以制备pH为5至7的良好塑化的可成型糊剂。将该糊剂挤出成具有连续通道和圆形横截面的流通型蜂窝体，该流通型蜂窝体展现出为400cpsi的孔密度。随后，根据WO2009/080155中描述的方法，该专利申请以引用方式并入本文，将催化剂体在2mbar下冷冻干燥1小时，并在580℃的温度下煅烧以形成固体催化剂体。用于制备这些催化剂的一般方法描述于WO002013017873A1中，该专利申请以引用方式并入本文。
表4
将实施例7至14的催化剂中的每个催化剂作为载体涂层提供在由尺寸为1"×3"300/5的堇青石形成的基底芯(砖)上，并且将实施例15至18的催化剂中的每个催化剂作为由尺寸为1"×3"400/11的芯/砖形成的挤出物提供。如图4所示，将实施例7至18的芯/砖中的每一者装载到相应夹持器中。将催化剂在DOC+CSF后面的发动机上以560℃(+/-10℃)的核心夹持器入口温度在约26K SV下并行老化100小时，并且在夹持器上游以ANR1.05添加尿素。老化过程中的H2O含量为约9％至10％。如图4所示，将氧化铝涂覆的基底芯定位在夹持器内的实施例7至14的催化剂(a)、(b)中的每个催化剂的下游(即后方)以捕获挥发的钒。
通过XRF分析每个氧化铝涂覆的基底芯的第一/前面1"的钒和二氧化钛含量，以确定来自相应氧化铝涂覆的基底芯上游的实施例7至18的含钒SCR催化剂的钒损失。通过将所测量的二氧化钛与基线水平进行比较，对任何载体涂层损失的结果进行校正。还减去了每个氧化铝涂覆的基底芯砖中的基线钒含量，该基线钒含量是堇青石中的大约49ppm。结果示于图7的图表中。因此，图7是展示铈负载量对载体涂覆的含钒SCR催化剂和挤出的含钒SCR催化剂中的钒损失的影响的图表。
如图7的图表所示，与没有二氧化铈的含钒SCR催化剂相比，含钒SCR催化剂中二氧化铈的存在表现出在所有所测试的二氧化铈负载量(即1重量％至14重量％)下钒损失减少。等于0.3或更大的铈:钒摩尔比的二氧化铈负载量导致钒损失大约减少50％。如图6所示，对于大于0.7的Ce:V摩尔比，没有实现钒损失的进一步减少。
实施例19至27
实施例19至27的催化剂是载体涂覆的催化剂，该载体涂覆的催化剂具有3.81g/in3的TiO2、1.0g/in3的SiO2、表5中列出的量的钒和表5中所示的量为389g/ft3的被称为“所添加的金属”的附加金属。实施例19至21的催化剂中的每个催化剂含有量为389g/ft3的铈，但存在的钒的量不同，如下表5所示。对于实施例19至21的催化剂，铈:钒的摩尔比为0.55至0.85。实施例22至24的催化剂中的每个催化剂含有量为389g/ft3的钨，但存在的钒的量不同，如下表5所示。实施例25至27含有量为389g/ft3的铌，但存在的钒的量不同，如下表5所示。
钒在实施例19至27中作为承载在二氧化钛上的氧化钒存在。
通过形成包含草酸氧钒、高表面积二氧化钛粉末、胶态二氧化硅的水分散体和下表5中列出的所添加的金属的前体的含水浆料来制备实施例19至27的催化剂。具体地说，所采用的高表面积二氧化钛粉末是获自的DT-51d，并且所采用的胶态二氧化硅的水分散体是得自格雷斯(Grace)的AS-40。该含水浆料具有5至8的最终pH，并通过抽吸工艺沉积在催化剂整料上，随后干燥并煅烧。将催化剂在100℃下干燥大约15分钟，并且随后在500℃下煅烧大约10分钟。
表5
将实施例19至27的催化剂中的每个催化剂形成为在由尺寸为1"×3"300/5的堇青石(堇青石流通整料)形成的基底芯(砖)上的载体涂层，并且将其各自装载到如图4所示的相应夹持器中。将催化剂在DOC+CSF后面的发动机上以560℃(+/-10℃)的核心夹持器入口温度在约26K SV下并行老化100小时，并且在夹持器上游以ANR1.05添加尿素。老化过程中的H2O含量为约9％至10％。如图4所示，将氧化铝涂覆的基底芯定位在夹持器内的实施例19至27的催化剂中的每个催化剂下游(即后方)以捕获挥发的钒。
通过XRF分析每个氧化铝涂覆的基底芯的第一/前面1"的钒和二氧化钛含量，以确定来自相应氧化铝涂覆的基底芯上游的实施例19至27的含钒SCR催化剂的钒损失。通过将所测量的二氧化钛与基线水平进行比较，对任何载体涂层损失的结果进行校正。还减去了每个氧化铝涂覆的基底芯砖中的基线钒含量，该基线钒含量是堇青石中的大约49ppm。结果示于图8和图9的图表中。图8是实施例19至27的催化剂的钒负载量对比从其损失的钒的图表，而图9是实施例19至27的催化剂的所添加的金属元素:钒的摩尔比对从其损失的钒的图表。用虚线连接的十字表示的数据是关于实施例19至21的数据，用实线连接的黑圈表示的数据是关于实施例22至24的数据，并且用实线连接的灰色方块表示的数据是关于实施例25至27的数据。
如图8和图9所示，在所测试的所有三种钒负载量下，铈的存在显著降低挥发性至约250ppm，这等同于大约0.55至0.85的铈:钒摩尔比。相反，以相同量389g/ft3存在铌或钨表现出随着钒负载增加而增加的高钒损失(对于实施例22至27，1400ppm至3900ppm的钒损失)。
通过使合成气体混合物流过实验室流通反应器上的实施例19至27的催化剂，测量实施例19至27在225℃和500℃两者下的新鲜NOx转化活性和在225℃下的老化NOx转化活性。合成气体混合物具有60K SV并且含有500ppm的NO、525ppm的NH3、8％的CO2、10％的O2、0.035％的CO、5％的H20和余量的N2。结果示于图10(在225℃下的新鲜NOx活性)、图11(在225℃下的老化NOx活性)和图12(在500℃下的新鲜NOx活性)的图表中。用虚线连接的十字表示的数据是关于实施例19至21的数据，用实线连接的黑圈表示的数据是关于实施例22至24的数据，并且用实线连接的灰色方块表示的数据是关于实施例25至27的数据。
如图10、图11和图12所示，与具有相同、较低钒负载量的含钨或含铌实施例(实施例21、22、24和25)相比，具有较低钒负载量的新鲜含铈实施例和老化含铈实施例(实施例19和20)表现出更低的NOx转化率。然而，如实施例21所展示，铈的存在使得钒负载量能够增加，从而增加在225℃和在500℃下的NOx转化率。如图8和图9中所示的数据所展示的，这种NOx转化率的增加是在不损害钒挥发性的情况下实现的。因此，图8和图9与图10、图11和图12一起展示了含钒SCR催化剂中铈的存在即使在高钒负载量下也减少了从其损失的钒，而不影响其在225℃和500℃两者下的新鲜NOx转化活性和在225℃下的老化NOx转化活性。
如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指代。术语“包括”的使用旨在被解释为包括此类特征但不排除其他特征，并且还旨在包括必须限于所描述的那些特征的特征选项。换句话说，该术语还包括限制“基本上由......组成”(旨在表示可存在特定的另外的部件，前提条件是它们不实质性地影响所描述的特征的基本特性)和“由......组成”(旨在表示可不包括其他特征，使得如果这些部件以它们的比例的百分比来表达，则这些将合计达100％，同时考虑任何不可避免杂质)，除非上下文另有明确说明。
如本文所用，术语“区域”是指基底上的载体涂层或浸渍的催化剂组合物的面积。例如，“区域”可以“层”或“区”的形式设置或承载在基底上。一般在将载体涂层施加到基底或将催化剂组合物浸渍到基底中的过程中控制基底上催化剂组合物的部位或布置。“区域”通常具有不同的边界或边缘(即，可使用常规的分析技术将一个区域与另一个区域进行区分)。
术语“载体涂层”是本领域熟知的，并且是指通常在催化剂生产期间施加到基底的粘附涂层。
通常，“区域”具有基本上均匀的长度。在该上下文中，提及“基本上均匀的长度”是指不偏离其平均值(例如，最大长度和最小长度之间的差值)超过10％、优选地不偏离超过5％、更优选地不偏离超过1％的长度。
优选每个“区域”具有基本上均匀的组成(即，当将区域的一部分与该区域的另一部分进行比较时，载体涂层的组成没有显著差异)。在该上下文中，基本上均匀的组成是指其中当将区域的一部分与该区域的另一部分进行比较时，组成的差异为10％或更小、通常为5％或更小并且最通常为2.5％或更小的材料(例如，区域)。
基底的总长度为其入口端与其出口端(例如，基底的相对端)之间的距离。
如本文所用，通常在区域、层或区的含量的语境下针对材料所使用的表述“基本上不含”是指少量的材料，诸如≤5重量％，优选地≤2重量％，更优选地≤1重量％。表述“基本上不含”涵盖表述“不包含”。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”等在本文中可用于描述各种元件、层和/或部分，但所述元件、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、层或部分与另一个元件、层或部分或另外的元件、层或部分区分开。空间相对术语，诸如“在……下方(under)”、“在……下面(below)”、“在……以下(beneath)”、“在……之下(lower)”、“在……上方(over)”、“在……上面(above)”、“在……之上(upper)”等，可在本文中使用以便于描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了附图中所描绘的取向之外的系统在使用或操作中的不同取向。例如，如果如本文所述的催化剂制品或系统被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被取向为在其他元件或特征“上方”或“上面”。因此，示例术语“在……下方”可涵盖上方和下方两种取向。催化剂制品或系统可以其他方式取向，并且本文所用的空间相对描述符被相应地解释。
以上详细描述已通过解释和说明的方式提供，并且不旨在限制所附权利要求的范围。本文所示的目前优选的实施方案的许多变型形式对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的，并且保持在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (22)

1.一种废气处理系统，所述废气处理系统包括：
进气口，所述进气口用于接收来自稀燃燃烧发动机的废气；
喷射器，所述喷射器用于提供含氮还原剂；
密偶含钒SCR催化剂组合物；
一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物，
其中所述密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。
2.根据权利要求1所述的废气处理系统，其中钒以基于V2O5至少2重量％、优选地2重量％至6重量％的量存在于所述密偶含钒SCR催化剂组合物中。
3.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，其中所述密偶含钒SCR催化剂组合物还包含Sb:V摩尔比大于0.5、优选地0.6至0.9的锑。
4.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，其中铈以0.3至0.7、优选地0.4至0.6的Ce:V摩尔比存在于所述密偶含钒SCR催化剂组合物中。
5.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，其中所述密偶含钒SCR催化剂组合物作为挤出的多孔基底或多孔基底上的载体涂层提供。
6.根据权利要求5所述的废气处理系统，其中所述挤出的多孔基底或所述多孔基底是蜂窝整料基底。
7.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，其中所述密偶含钒SCR催化剂组合物包含二氧化钛基催化剂载体材料。
8.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，其中所述一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物作为挤出的多孔基底或基底上的载体涂层提供。
9.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，其中将所述一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物提供在与形成单个催化剂制品的所述密偶含钒SCR催化剂组合物相同的基底之上和/或之中，其中所述基底具有入口端、出口端和轴向长度。
10.根据权利要求9所述的废气处理系统，其中所述密偶含钒SCR催化剂组合物被布置在第一区域中，并且所述一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物被布置在第二区域中，其中所述第一区域与所述第二区域间隔开。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的废气处理系统，其中所述第一区域从所述入口端延伸并且其中所述第二区域从所述出口端延伸，任选地其中所述第一区域沿着所述基底的所述轴向长度的10％与90％之间、优选地所述基底的所述轴向长度的25％与85％之间延伸，并且所述第二区域沿着所述基底的所述轴向长度的10％与90％之间、优选地所述基底的所述轴向长度的10％与60％之间延伸。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的废气处理系统，其中所述第一区域和所述第二区域不重叠，使得沿着所述基底的所述轴向长度在所述第一区域与所述第二区域之间存在间隙，任选地其中所述第一区域是第一层并且其中所述第二区域是第二层。
13.根据权利要求12所述的废气处理系统，所述废气处理系统还包括覆盖层，所述覆盖层从所述出口端在所述第二区域的至少一部分上延伸，任选地其中所述覆盖层包含SCR催化剂组合物。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的废气处理系统，其中所述第一区域是第一层并且其中所述第二区域是第二层，其中所述第一区域和所述第二区域通过在所述第一层与所述第二层之间延伸的中间层彼此间隔开，任选地其中所述中间层包含SCR催化剂组合物。
15.根据从属于权利要求9至11的权利要求14所述的废气处理系统，其中所述第一层与所述第二层重叠。
16.根据权利要求1至8中任一项所述的废气处理系统，其中所述密偶含钒SCR催化剂组合物和所述一种或多种含PGM氧化催化剂组合物被提供在分开的基底上，由此形成密偶含钒SCR催化剂制品和一种或多种含PGM氧化催化剂制品，任选地其中所述密偶含钒SCR催化剂制品与所述一种或多种含PGM氧化催化剂制品间隔开。
17.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，其中所述下游含PGM
氧化催化剂组合物包含ASC组合物和DOC组合物，其中所述ASC
组合物在所述DOC组合物的上游。
18.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，所述废气处理系统还包括在所述一种或多种含PGM氧化催化剂组合物下游的下游SCR催化剂组合物，任选地其中所述一种或多种含PGM氧化催化剂组合物和所述下游SCR催化剂组合物处于配置中。
19.根据任一前述权利要求所述的废气处理系统，其中所述一种或多种下游含PGM氧化催化剂组合物还包括Cu-沸石，其中所述Cu-沸石是小孔沸石，优选地其中所述Cu-沸石具有CHA或AEI型骨架结构。
20.一种燃烧和排放处理系统，所述燃烧和排放处理系统包括：
稀燃燃烧发动机；以及
根据权利要求1至19中任一项所述的废气处理系统。
21.一种用于处理废气的方法，所述方法包括在根据权利要求1至19中任一项所述的废气处理系统中处理废气。
22.用铈来减少密偶含钒SCR催化剂组合物中的钒损失的用途，其中所述密偶含钒SCR催化剂组合物包含Ce:V摩尔比大于0.3的铈。
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