高性能scr催化劑系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高性能SCR催化劑系統(tǒng)，其為了解決用于處理船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的SCR催化劑系統(tǒng)存在的問題，而將清除SOF成份的催化劑模塊附著在發(fā)動(dòng)機(jī)后端并連續(xù)在下游安裝SCR催化劑模塊，從而能夠有效清除氮氧化合物。通過在200℃以下的較低溫度分解SOF成份，從而可以解決因粘性液態(tài)混合物，即SOF成份累積在SCR催化劑表面降低SCR催化劑活性，且因SOF成份的粘性導(dǎo)致蜂窩型載體通道被堵塞的問題。
【專利說明】高性能SCR催化劑系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高性能SCR催化劑結(jié)構(gòu)。具體講，就是涉及一種在能夠適用于處理排放大量溶解性有機(jī)物質(zhì)(SOF，Soluble Organic Fract1n)的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的SCR催化劑系統(tǒng)中，將清除SOF成份的催化劑模塊附著在發(fā)動(dòng)機(jī)后端并連續(xù)在下游安裝SCR催化劑模塊，從而能夠有效清除氮氧化合物的高性能SCR催化劑系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著船舶環(huán)境規(guī)制的強(qiáng)化，對船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的氮氧化合物進(jìn)行控制的選擇性催化還原(SCR ;selective catalytic reduct1n)系統(tǒng)正得到廣泛利用。SCR系統(tǒng)主要用于減少船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化合物，在上述系統(tǒng)中，氨氣噴射到通過設(shè)置有催化劑的路徑的尾氣流中。氨氣使從尾氣排出的大量氮氧化合物還原轉(zhuǎn)化成水和氮?dú)?。用于SCR系統(tǒng)的脫氮氧化合物催化劑為高價(jià)產(chǎn)品，因此可以對尾氣/氨/催化劑反應(yīng)的化學(xué)當(dāng)量進(jìn)行控制是優(yōu)選的。這種脫氮氧化合物等催化劑活性物質(zhì)可以被無機(jī)耐火材料或金屬材質(zhì)的載體支撐。用于SCR系統(tǒng)的催化劑根據(jù)制造方法的不同大致可分為擠壓型SCR催化劑和涂層型SCR催化劑，包括催化劑活性物質(zhì)及載體。為了防止尾氣壓力下降通常將其制作成蜂窩型結(jié)構(gòu)。這種SCR催化劑通常安裝在船舶發(fā)動(dòng)機(jī)后端。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題
[0004]最近，為了改善船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗，在船舶上適用從油耗效率層面考慮最優(yōu)良的附著有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)的情況正在增加。在這種情況下，如果在帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)后端安裝SCR催化劑，就會(huì)因催化劑入口溫度達(dá)不到SCR催化劑發(fā)揮作用的最佳溫度，即230°C左右，而無法確保SCR的活性。同時(shí)，從船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的碳、硫酸鹽、水等粘性液態(tài)混合物，即SOF成份累積在SCR催化劑表面的情況下，不僅會(huì)導(dǎo)致SCR催化劑活性降低，而且當(dāng)過量的SOF流入到催化劑時(shí)還會(huì)出現(xiàn)蜂窩型載體通道被堵塞的現(xiàn)象。
[0005]技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明就是為解決用于處理船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)特別是帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的SCR催化劑系統(tǒng)存在問題而研發(fā)的。本發(fā)明涉及一種將清除SOF成份的催化劑模塊附著在發(fā)動(dòng)機(jī)后端并連續(xù)在下游安裝SCR催化劑模塊，從而能夠有效清除氮氧化合物的高性能SCR催化劑系統(tǒng)。
[0007]另外，為解決用于處理船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)特別是帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的SCR催化劑系統(tǒng)存在問題，本發(fā)明提供了一種由清除SOF的催化劑成份一體形成于SCR催化劑物質(zhì)上層的SCR模塊構(gòu)成的高性能SCR催化劑系統(tǒng)。
[0008]在依據(jù)本發(fā)明的SCR催化劑系統(tǒng)中，用于清除SOF成份的催化劑活性物質(zhì)是二氧化鈰，或二氧化鈰的復(fù)合氧化物，或者含有二氧化鈰的混合物，為了提高催化劑活性物質(zhì)的凝聚力及載體附著力可以含有硅石、氧化鋯及/或氧化鋁。清除SOF成份的催化劑活性物質(zhì)可以沉積于載體內(nèi)部或者涂覆于載體內(nèi)壁。所述二氧化鈰的復(fù)合氧化物是含有二氧化鈰的氧化物復(fù)合體，可以具有10至20重量份的二氧化鈰。
[0009]非限制性地，對于依據(jù)本發(fā)明清除SOF成份的模塊來說，載體呈蜂窩型結(jié)構(gòu)，可以由堇青石、碳化硅、堇青石-α -氧化鋁、氮化硅、鋯莫來石、鋰輝石、氧化鋁-二氧化硅-氧化鎂、硅酸鋯、硅線石、硅酸鎂、鋯石、透鋰長石、α -氧化鋁、鋁硅酸鹽等構(gòu)成，優(yōu)選由堇青石構(gòu)成。
[0010]另外，在依據(jù)本發(fā)明的SCR催化劑系統(tǒng)中，可以在SOF清除模塊下游連續(xù)安裝SCR催化劑模塊。對于SCR催化劑模塊來說，沉積或涂覆于載體內(nèi)部的催化劑活性物質(zhì)可以是將氧化鈦(T12)、氧化鎢(WO3)或氧化鉬(MoO3)添加到釩中的釩系列、沸石系列或非金屬(base metal)氧化物，但并非僅限定于此。
[0011]另外，在依據(jù)本發(fā)明的高性能SCR催化劑系統(tǒng)中，清除SOF的催化劑活性物質(zhì)可以層疊于SCR催化劑上層，因此SCR催化劑模塊同時(shí)具有SOF清除活性功能。
[0012]有益效果
[0013]依據(jù)本發(fā)明的SCR催化劑系統(tǒng)適用于船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)特別是帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)后端，在200°C以下的相對低溫條件下分解SOF成份，可以解決粘性液態(tài)混合物，即SOF成份累積于SCR催化劑表面從而降低SCR催化劑的活性，并且因SOF成份的粘性導(dǎo)致蜂窩型載體通道被堵塞的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是適用于現(xiàn)有船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的SCR催化劑系統(tǒng)及依據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的SCR催化劑系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。
[0015]圖2是依據(jù)本發(fā)明的清除SOF的催化劑及普通氧化催化劑的溶解性有機(jī)物質(zhì)(SOF)清除性能評估測定結(jié)果坐標(biāo)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明涉及一種將清除SOF成份的催化劑模塊附著在發(fā)動(dòng)機(jī)后端并連續(xù)在下游安裝SCR催化劑模塊，從而能夠?qū)⒂糜诖暗鹊牟裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)排放的氮氧化合物清除的高性能SCR催化劑系統(tǒng)。
[0017]本申請中使用的術(shù)語“下游”是指以發(fā)動(dòng)機(jī)為基準(zhǔn)的尾氣流動(dòng)方向?！澳K”是指為了執(zhí)行一項(xiàng)功能的最小單位裝置，例如:“SCR催化劑模塊”是指為了清除從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的氮氧化合物而執(zhí)行SCR功能的催化劑裝置，“S0F清除模塊”是指用于清除柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的碳、硫酸鹽、水等粘性液態(tài)混合物，即SOF成份的模塊。模塊由載體及催化劑活性物質(zhì)構(gòu)成，催化劑活性物質(zhì)能夠涂覆于載體內(nèi)壁或者沉積于載體內(nèi)部。
[0018]為了使船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的尾氣經(jīng)由一個(gè)或者一個(gè)以上的催化劑模塊時(shí)最小化壓力下降幅度，載體優(yōu)選構(gòu)成為蜂窩型形狀。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知蜂窩型或蜂巢型的結(jié)構(gòu)，但這里還是概略介紹一下，它帶有從載體流入前面或排出后面延長的并列氣體流動(dòng)通路，所述通路前面及后面開放，從氣體流入前面到排出后面具有實(shí)質(zhì)上直線路徑的開放通路，即通道。這些通道由較薄的內(nèi)壁形成。
[0019]依據(jù)本發(fā)明的SCR催化劑及SOF清除催化劑載體由陶瓷材質(zhì)構(gòu)成，可以由堇青石、碳化硅、堇青石-α -氧化鋁、氮化硅、氧化鋁-二氧化硅-氧化鎂、硅酸鋯、硅線石、硅酸鎂、鋯石、透鋰長石、α -氧化鋁、鋁硅酸鹽等構(gòu)成，優(yōu)選由堇青石構(gòu)成。催化劑活性物質(zhì)根據(jù)載體的多孔度沉積于空隙內(nèi)或者涂覆于內(nèi)壁上。SCR催化劑活性物質(zhì)可以是將氧化鈦(T12)、氧化鎢(WO3)或氧化鉬(MoO3)添加到釩中的釩系列、沸石系列或非金屬(base metal)氧化物，但并非僅限定于此。另外，SOF清除催化劑活性物質(zhì)是一種含有10至20重量份二氧化鈰的氧化物復(fù)合體，為了提高催化劑活性物質(zhì)的凝聚力及載體附著力，可以含有硅石、氧化鋯及/或氧化鋁。對于所述氧化物復(fù)合體來說，如果二氧化鈰的含量在10重量份以下，則SOF成份就不能充分地分解，由此會(huì)發(fā)生下游SCR催化劑模塊通道被堵塞的情況，如果添加20重量份以上的二氧化鈰，又會(huì)因SOF成份分解熱過多導(dǎo)致超過下游SCR催化劑模塊的最佳功能溫度。
[0020]依據(jù)本發(fā)明的SOF成份清除用催化劑或SCR催化劑模塊的制造方法與現(xiàn)有SCR催化劑制造方法沒有不同之處，下面作簡要介紹。為了確保所有催化劑活性物質(zhì)都能夠涂覆于載體內(nèi)壁，將能夠在載體內(nèi)壁形成厚薄涂層的催化劑活性料漿進(jìn)行定量化處理后，再將陶瓷載體浸漬到料漿中進(jìn)行焙燒。催化劑活性物質(zhì)的定量涂覆方法可以通過本 申請人:2011年9月29日申請的大韓民國專利申請?zhí)柕?0-2011-0098682號(hào)(催化劑支撐體定量涂覆裝置及方法)實(shí)現(xiàn)，所述在先申請作為參考納入本申請中。
[0021]另外，除了如上所述的由多個(gè)模塊構(gòu)成SCR催化劑系統(tǒng)之外，也可以由清除SOF的催化劑活性物質(zhì)一體形成于SCR催化劑活性物質(zhì)上層的SCR模塊構(gòu)成。
[0022]下面，將參照附圖對依據(jù)本發(fā)明的SCR催化劑系統(tǒng)進(jìn)行說明。
[0023]本發(fā)明確認(rèn)了含有二氧化鈰的氧化物復(fù)合體能夠有效清除柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中大量含有的溶解性有機(jī)物質(zhì)(SOF)的事實(shí)。由于SOF具有粘附特性，因此它是一種不僅會(huì)堵塞形成于SCR催化劑模塊上的通道，而且最終還會(huì)降低SCR催化劑活性的成份。圖2是依據(jù)本發(fā)明的SOF清除催化劑及普通氧化催化劑的SOF清除性能評估測定結(jié)果坐標(biāo)圖。令人吃驚的是，由硅石、氧化鋯及氧化鋁構(gòu)成含有15%重量份的二氧化鈰的氧化物復(fù)合體(標(biāo)記為“0SC”)與典型的氧化催化劑(PVAl2O3)比較，能夠在較低的溫度條件下清除SOF成份。圖2顯示了使用差示掃描熱量計(jì)(DSC)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，代替SOF而將潤滑油及碳粉涂覆在對象催化劑上后，使溫度從室溫增加到900°C，并使空氣流動(dòng)速度為400cc/分鐘。從圖2中可以看出，OSC成份在200°C以下發(fā)熱，與此相反，典型的氧化催化劑直到300°C才能夠分解SOF成份。因此，將由硅石、氧化鋯及氧化鋁構(gòu)成且含有二氧化鈰的氧化物復(fù)合體適用于船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)后端，在在較為低的溫度分解SOF成份，從而可以解決因粘性液態(tài)混合物，即SOF成份累積在SCR催化劑表面而降低SCR催化劑活性，且因SOF成份的粘性導(dǎo)致的蜂窩型載體通道被堵塞的問題。通過這種分解發(fā)熱，SCR催化劑為釩(V2O5)系列時(shí)上升到最佳溫度300-450°C，當(dāng)SCR催化劑為沸石系列時(shí)上升到最佳溫度350-600°C，從而能夠執(zhí)行最佳功能。圖1是示出現(xiàn)有用于船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的SCR催化劑系統(tǒng)及依據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的SCR催化劑系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。從圖1中可明確得知，與現(xiàn)有SCR催化劑系統(tǒng)對比，依據(jù)本發(fā)明的SCR催化劑系統(tǒng)將清除SOF成份的催化劑模塊附著在發(fā)動(dòng)機(jī)特別是帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)后端并連續(xù)在下游安裝SCR催化劑模塊，從而能夠有效地清除氮氧化合物。但是，本發(fā)明的目的并非僅僅通過這種多重模塊才能實(shí)現(xiàn)。雖然附圖中沒有標(biāo)示，但是本發(fā)明為了解決用于處理船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)特別是帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的SCR催化劑系統(tǒng)存在的問題，可以使所述清除SOF的催化劑成份一體形成于所述SCR催化劑物質(zhì)上層。在這種情況下，一體化的SCR催化劑模塊可以直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)下端，制造一體化催化劑模塊的方式對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是非常清楚的。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能SCR催化劑系統(tǒng)，其特征在于: 對于處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的SCR催化劑系統(tǒng)來說，將具有清除SOF成份的催化劑活性物質(zhì)的清除SOF催化劑模塊附著在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)后端，并連續(xù)在下游安裝具有SCR催化劑活性物質(zhì)的SCR催化劑模塊，從而有效清除氮氧化合物。
2.一種高性能SCR催化劑系統(tǒng)，其特征在于: 對于處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的SCR催化劑系統(tǒng)來說，該SCR催化劑系統(tǒng)由SCR催化劑模塊構(gòu)成，該SCR催化劑模塊包括:清除SOF成份的催化劑活性成份形成于SCR催化劑活性物質(zhì)上層的2重催化劑層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能SCR催化劑系統(tǒng)，其特征在于: 用于清除SOF成份的催化劑活性物質(zhì)為二氧化鈰、二氧化鈰的復(fù)合氧化物或含有二氧化鈰的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能SCR催化劑系統(tǒng)，其特征在于: 為了提高用于清除SOF成份的催化劑活性物質(zhì)的凝聚力及載體附著力，能夠含有硅石、氧化錯(cuò)或氧化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能SCR催化劑系統(tǒng)，其特征在于: SCR催化劑活性物質(zhì)選自由將氧化鈦、氧化鎢或氧化鉬添加到釩中的釩系列、沸石系列及非金屬氧化物組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能SCR催化劑系統(tǒng)，其特征在于: 清除SOF成份的催化劑活性物質(zhì)或SCR催化劑活性物質(zhì)涂覆于蜂窩型載體內(nèi)壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高性能SCR催化劑系統(tǒng)，其特征在于: 載體由堇青石、碳化硅、堇青石-α -氧化鋁、氮化硅、鋯莫來石、鋰輝石、氧化鋁-二氧化硅-氧化鎂、硅酸鋯、硅線石、硅酸鎂、鋯石、透鋰長石、α -氧化鋁或鋁硅酸鹽構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】B01D53/94GK104508269SQ201380040369
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日
【發(fā)明者】韓賢植, 金垠錫, 安陵均 申請人:喜星觸媒株式會(huì)社