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CN114870888A - 一种scr催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种scr催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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CN114870888A CN202210557110.2A CN202210557110A CN114870888A CN 114870888 A CN114870888 A CN 114870888A CN 202210557110 A CN202210557110 A CN 202210557110A CN 114870888 A CN114870888 A CN 114870888A
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刘洋
张翔
常跃进
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Abstract

本发明涉及催化剂技术领域，特别是涉及一种SCR催化剂及其制备方法和应用。该SCR催化剂包括蜂窝载体和选择性还原材料，所述蜂窝载体具有热传导性，所述选择性还原材料涂覆于所述蜂窝载体上。该制备方法包括如下步骤：将包括选择性还原材料的浆料涂覆在蜂窝载体上并焙烧。该SCR催化剂用于在宽温度窗口下对NOx进行转化的用途，所述宽温度窗口为150℃～550℃。本发明SCR催化剂在发动机低负荷运行阶段具有良好的NOx转化性能，在汽车冷起动阶段具有显著的减排效果。

Description

一种SCR催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，特别是涉及一种SCR催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
国六b排放法规中NOx排放要求相比较于国五降低了80％左右，获取一种性能稳定、去除NOx效率高的SCR催化剂一直是人们关注的焦点。而随着后续汽车排放法规的越来越严格，提高SCR催化剂在发动机低负荷运行阶段NOx的处理能力是其中的关键。
目前，柴油发动机SCR技术主要使用沸石分子筛作为催化剂，其工作温度一般在200℃以上，而重型发动机冷启动排气温度较低，导致在冷启动阶段尾气中NOx排放水平较高。针对以上问题，人们提出不同的技术路线已解决该问题，如双喷SCR路线，即前级SCR+后级SCR的双SCR催化器。但该技术方案控制策略复杂，双喷头喷氨成本增加明显。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SCR催化剂及其制备方法和应用，用于解决现有技术中催化剂低温NOx转化效率低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种SCR催化剂，包括蜂窝载体和选择性还原材料，所述蜂窝载体具有热传导性，所述选择性还原材料涂覆于所述蜂窝载体上。
优选地，所述SCR催化剂还包括如下技术特征中的至少一项：
a1)所述热传导性为将焦耳效应产生的热能传递到所述SCR催化剂；
a2)所述蜂窝载体的材料还具有导电性、耐弱腐蚀介质和耐化学腐蚀介质的性能；
a3)所述选择性还原材料包括以下一种或多种：含Cu和/或Fe的CHA型分子筛、含Cu和/或含Fe的AEI型分子筛，以及含Cu和/或Fe的BEA型分子筛。
更优选地，所述SCR催化剂还包括如下技术特征中的至少一项：
a21)特征a2)中，所述蜂窝载体的材料为耐弱腐蚀介质及耐化学腐蚀介质的金属材料，如不锈钢、含铬不锈钢、含铁铬铝合金等；
a31)特征a3)中，所述选择性还原材料包括以下一种或多种：含Cu的SSZ-13型分子筛和含Cu的SSZ-39型分子筛。
本发明第二方面提供上述SCR催化剂的制备方法，包括如下步骤：将包括选择性还原材料的浆料涂覆在蜂窝载体上并焙烧，得到所述SCR催化剂。
优选地，所述SCR催化剂的制备方法还包括如下技术特征中的至少一项：
b1)所述浆料还包括粘结剂和水；粘结剂可以避免涂层的脱落；
b2)焙烧温度为200～650℃；
b3)焙烧时间为1～10h。
更优选地，特征b1)中，所述SCR催化剂的制备方法还包括如下技术特征中的至少一项：
b11)特征b1)中，所述粘结剂为铝胶和/或硅胶；
b12)特征b1)中，所述粘结剂占所述浆料的质量百分比为1％～10％；
b13)特征b1)中，所述水占所述浆料的质量百分比为40％～70％。
本发明第三方面提供上述SCR催化剂用于在宽温度窗口下对NOx进行转化的用途，所述宽温度窗口为150℃～550℃。
本发明第四方面提供上述SCR催化剂的运行装置，包括设有第一腔体的电加热部件和设有第二腔体的SCR催化剂承载部件；所述第一腔体与所述第二腔体相通；
所述电加热部件包括两个电极、电加热承载单元和电加热单元，所述电极贯穿所述电加热承载单元并与所述电加热单元连接，所述电加热单元设于所述第一腔体内；
所述SCR催化剂承载部件与所述电加热承载单元连接；所述SCR催化剂设于所述第二腔体内并与所述SCR催化剂承载部件连接，所述SCR催化剂与所述电加热单元接触。
本发明第五方面提供上述SCR催化剂的运行方法，车用尾气依次经所述电加热部件加热和所述SCR催化剂催化还原，其中，所述电加热部件产生的热能传递到所述SCR催化剂。
优选地，控制所述电加热部件在1～2s内将通过的车用尾气加热至225℃以上，然后停止通电加热。
和/或，催化还原的温度为150℃～550℃。
上述技术方案具有如下有益效果：
1)本发明SCR催化剂中蜂窝载体具有热传导性，能将焦耳效应产生的热能传递到SCR催化剂，使SCR催化剂在发动机低负荷运行阶段具有优良的催化性能。
2)本发明SCR催化剂的制备方法工艺简单，且得到的SCR催化剂低温性能大大提高，能够满足较多低负荷低排温发动机尾气排放控制的需求。
附图说明
图1显示为对比例1、实施例1中SCR催化剂使用时NOx转化率随温度变化曲线图。
图2显示为SCR催化剂的运行装置示意图。
附图标记
1 电加热部件
11 电极
12 电加热承载单元
13 电加热单元
2 SCR催化剂承载部件
3 SCR催化剂
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图2所示，一种SCR催化剂的运行装置，包括设有第一腔体的电加热部件1和设有第二腔体的SCR催化剂承载部件2；第一腔体与第二腔体相通；
电加热部件1包括两个电极11、电加热承载单元12和电加热单元13，电极11贯穿电加热承载单元12并与电加热单元13连接，电加热单元13设于第一腔体内；
SCR催化剂承载部件2与电加热承载单元12连接；SCR催化剂3设于第二腔体内并与SCR催化剂承载部件2连接，SCR催化剂3与电加热单元13接触。
使用时，在两个电极11两端通电，控制电加热承载单元12如加热盘在1～2s内将通过的车用尾气加热至225℃以上，然后停止通电加热。
对比例1
SCR催化剂活性测试的应用条件：使用燃烧器提供试验所需的温度及气体流量，试验所需的氨气直接使用钢瓶气，NO＝500ppm、NH3＝500ppm、空速60K/h。以10℃/min的升温速率将反应器从100℃升到550℃，实时记录SCR催化剂后的NOx浓度，以SCR催化剂温度与NOx转化效率作图，即为催化剂NOx转化性能曲线。
(1)将含Cu的SSZ-13型分子筛与水配置成水含量45wt％的涂浆；
(2)将上述物质配成浆料涂覆在蜂窝陶瓷载体上制成催化剂，并转移至焙烧炉中在空气气氛中550℃焙烧2h，冷却至室温，得到催化剂A。
实施例1
本实施例使用如上所述的SCR催化剂的运行装置(如图2所示)，SCR催化剂3设于第二腔体内并与SCR催化剂承载部件2连接，SCR催化剂中蜂窝载体的材料为不锈钢，其可通过焊接的方式与SCR催化剂承载部件2连接，SCR催化剂承载部件2的材料也为不锈钢，电极11贯穿电加热承载单元12并与电加热单元13连接，电加热单元13设于第一腔体内，电加热承载单元12的材料也为不锈钢，电加热承载单元12与SCR催化剂承载部件2可焊接也可为一整体。
(1)将含Cu的SSZ-13型分子筛、5wt％粘结剂与水配置成固含量45wt％的涂浆；
(2)将上述所得浆料涂覆在蜂窝不锈钢载体上，制成催化剂，转移至焙烧炉在空气气氛中550℃焙烧2h，冷却至室温，得到催化剂B。
将上述制成催化剂在燃烧器上测试NOx转化性能，控制电加热部件在2s内将通过的车用尾气加热至225℃，车用尾气加热SCR催化剂至225℃左右，停止通电加热。
结合对比例1、实施例1与图1可知，将选择性还原材料涂覆于具有热传导性的蜂窝载体上，在尾气排放的低温段即发动机低负荷运行阶段，NOx转化效率明显提高。
综上所述，本发明将NOx选择性还原材料涂敷在具有将焦耳效应产生的热能传递到催化剂的蜂窝载体，能够明显提高SCR催化剂在尾气排放的低温段即发动机低负荷运行阶段NOx转化效率，从而在更宽的操作温度窗口下进行良好的NOx转化。所以，本发明有效克服了现有技术中的缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种SCR催化剂，其特征在于，包括蜂窝载体和选择性还原材料，所述蜂窝载体具有热传导性，所述选择性还原材料涂覆于所述蜂窝载体上。
2.如权利要求1所述的SCR催化剂，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
a1)所述热传导性为将焦耳效应产生的热能传递到所述SCR催化剂；
a2)所述蜂窝载体的材料还具有导电性、耐弱腐蚀介质和耐化学腐蚀介质的性能；
a3)所述选择性还原材料包括以下一种或多种：含Cu和/或Fe的CHA型分子筛、含Cu和/或含Fe的AEI型分子筛，以及含Cu和/或Fe的BEA型分子筛。
3.如权利要求2所述的SCR催化剂，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
a21)特征a2)中，所述蜂窝载体的材料为耐弱腐蚀介质及耐化学腐蚀介质的金属材料；
a31)特征a3)中，所述选择性还原材料包括以下一种或多种：含Cu的SSZ-13型分子筛和含Cu的SSZ-39型分子筛。
4.如权利要求3所述的SCR催化剂，其特征在于，特征a21)中，所述蜂窝载体的材料为不锈钢、含铬不锈钢或含铁铬铝合金。
5.如权利要求1至4任一项所述的SCR催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将包括选择性还原材料的浆料涂覆在蜂窝载体上并焙烧，得到所述SCR催化剂。
6.如权利要求5所述的SCR催化剂的制备方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
b1)所述浆料还包括粘结剂和水；
b2)焙烧温度为200～650℃；
b3)焙烧时间为1～10h。
7.如权利要求6所述的SCR催化剂的制备方法，其特征在于，特征b1)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
b11)特征b1)中，所述粘结剂为铝胶和/或硅胶；
b12)特征b1)中，所述粘结剂占所述浆料的质量百分比为1％～10％；
b13)特征b1)中，所述水占所述浆料的质量百分比为40％～70％。
8.如权利要求1至4任一项所述的SCR催化剂用于在宽温度窗口下对NOx进行转化的用途，所述宽温度窗口为150℃～550℃。
9.如权利要求1至4任一项所述的SCR催化剂的运行装置，其特征在于，包括设有第一腔体的电加热部件(1)和设有第二腔体的SCR催化剂承载部件(2)；所述第一腔体与所述第二腔体相通；
所述电加热部件(1)包括两个电极(11)、电加热承载单元(12)和电加热单元(13)，所述电极(11)贯穿所述电加热承载单元(12)并与所述电加热单元(13)连接，所述电加热单元(13)设于所述第一腔体内；
所述SCR催化剂承载部件(2)与所述电加热承载单元(12)连接；所述SCR催化剂(3)设于所述第二腔体内并与所述SCR催化剂承载部件(2)连接，所述SCR催化剂(3)与所述电加热单元(13)接触。
10.如权利要求9所述的运行装置的运行方法，其特征在于，车用尾气依次经所述电加热部件(1)加热和所述SCR催化剂催化还原，其中，所述电加热部件(1)产生的热能传递到所述SCR催化剂(3)。
11.如权利要求10所述的运行装置的运行方法，其特征在于，控制所述电加热部件在1～2s内将通过的车用尾气加热至225℃以上，然后停止通电加热；
和/或，催化还原的温度为150℃～550℃。
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