排气处理系统的制作方法

本发明总体上涉及选择性催化还原领域和选择性还原氮氧化物的方法。本发明的实施方案更特别涉及用于处理含nox的发动机排气料流的排气系统。

背景技术：

1、长期以来，氮氧化物(nox)有害组分已造成大气污染。在例如来自内燃机(例如汽车和卡车)、来自燃烧设施(例如天然气、油或煤加热的发电站)和来自硝酸生产装置的废气中含有nox。

2、已经使用各种处理方法处理含nox的气体混合物。一种类型的处理涉及氮氧化物的催化还原。有两种方法：(1)非选择性还原法，其中使用一氧化碳、氢气或低碳烃作为还原剂，和(2)选择性还原法，其中使用氨或氨前体作为还原剂。在选择性还原法中，可以用少量还原剂实现氮氧化物的高度脱除。

3、选择性还原法被称作scr法(选择性催化还原)。scr法在大气氧存在下用氨催化还原氮氧化物以主要形成氮气和水蒸汽：

4、4no+4nh3+o2→4n2+6h2o(标准scr反应)

5、2no2+4nh3→3n2+6h2o(缓慢scr反应)

6、no+no2+nh3→2n2+3h2o(快速scr反应)

7、scr法中所用的催化剂理想地应该能够在水热条件下在宽范围的使用温度条件，例如200℃至600℃或更高温度内保持良好的催化活性。在实践中经常遇到水热条件，如在滤烟器(用于除去粒子的排气处理系统的一个组件)的再生过程中。

8、当前的重型柴油机(hdd)在氮氧化物(nox)和颗粒物(pm)方面具有主要的废气排放减轻要求。可以使用不含和包含催化剂(csf)的柴油机微粒过滤器(dpf)控制微粒。在hdd用途中减少nox的主要手段是通过使用钒基催化剂或沸石基催化剂的选择性催化还原(scr)。

9、更新的政府规章要求scr催化剂的更高性能。现行2013u.s.公路监管nox排放标准是在重型瞬态循环(hddt或hd ftp)中的0.2g/制动马力小时(bhph)。欧洲和全世界的越野nox标准和试验循环(例如whtc&nrtc)不同于u.s.的那些。用于hdd公路用途的典型发动机输出nox排放水平在2-3g/bhph范围内。需要90-93％ nox减少才能满足nox排放标准。但是，也希望减少/消除在hdd发动机上使用排气再循环(egr)，这会导致温室气体排放(例如co2)减少和燃料经济性提高。但是，减少egr会导致发动机输出的nox排放从2-3g/bhph的现有水平提高到例如4-7g/bhph。这些较高的发动机输出nox排放水平需要甚至更高的nox转化率(95-98％)才能满足现行nox标准。因此，需要能够满足低温(例如200℃-300℃)nox转化和egr减少这样的相冲突的目标的scr催化剂，其对scr催化剂的减少nox和满足政府监管限制的能力提出极端的要求。

技术实现思路

1、本发明的第一方面涉及一种排气处理系统，其包含产生排气料流的发动机和包括选择性催化还原制品的催化剂系统。这种选择性催化还原制品具有两个区域：包含铁助催化的第一分子筛材料的上游区和包含铜助催化的第二分子筛材料的下游区。在一些实施方案中，第一和第二分子筛材料具有双六环单元。在一些实施方案中，所述铁助催化的分子筛材料和所述铜助催化的分子筛材料涂布于具有轴向长度以及上游端和下游端的基底上，其中包含铁助催化的第一分子筛材料的上游区涂布于所述单基底的上游端上且包含铜助催化的第二分子筛材料的下游区涂布于所述单基底的下游端上。

2、在另一实施方案中，所述基底包含流通型整料。在另一实施方案中，所述基底是壁流式过滤器。

3、在另一实施方案中，所述上游区和所述下游区至少部分重叠。在另一实施方案中，涂布所述上游区以使所述上游区至少部分遮住所述下游区。在另一实施方案中，涂布所述下游区以使所述下游区至少部分遮住所述上游区。在另一实施方案中，所述上游区邻接所述下游区。在另一实施方案中，在所述上游区和下游区之间存在间隙。

4、在另一实施方案中，所述铁助催化的第一分子筛材料以大约0.01重量％至大约10.0重量％铁的量存在，按氧化铁计算。在另一实施方案中，所述铜助催化的第二分子筛材料以大约2重量％至大约5重量％的量存在，按氧化铜计算。

5、在另一实施方案中，所述排气处理系统具有在第一基底上的上游区，其中所述第一基底包含第一和第二区域，其中第一区域包含所述铁助催化的第一分子筛材料且第二区域包含铜助催化的第三分子筛材料，其中第一区域在第二区域之前暴露于排气料流；且其中所述下游区在第二基底上。

6、在一些实施方案中，所述排气处理系统具有在第二基底上的上游区且所述下游区在第一基底上，其中第一基底包含第一和第二区域，其中第一区域包含铁助催化的第四分子筛材料且第二区域包含铜助催化的第二分子筛材料，其中第一区域在第二区域之前暴露于排气料流。在另一实施方案中，在第一基底上第一区域邻接第二区域。在另一实施方案中，第一区域延伸第一基底的总轴向长度的至少50％。在另一实施方案中，第一区域延伸第一基底的总轴向长度的小于50％。在另一实施方案中，第一区域延伸第一基底的总轴向长度的小于35％。在另一实施方案中，所述上游区和所述下游区涂布于相同基底上。在一些实施方案中，所述上游区涂布于第一基底上且所述下游区涂布于第二基底上。在另一实施方案中，第一基底包含壁流式过滤器且第二基底包含流通型整料。

7、在另一实施方案中，所述催化剂系统中的选择性催化还原制品进一步包含顶部洗涂层和底部洗涂层，其中所述底部洗涂层包含直接涂布于基底上的铜助催化的第五分子筛材料，且所述顶部洗涂层包含直接涂布于底部洗涂层上的上游区和下游区。在另一实施方案中，所述排气处理系统进一步包含位于所述选择性催化还原制品下游的氨氧化催化剂。在另一实施方案中，所述氨氧化催化剂包含铂族金属和用铜、铁或其组合助催化的分子筛。

8、在另一实施方案中，第一和第二分子筛材料具有选自aei、cha和afx的骨架类型。在另一实施方案中，第一和第二分子筛材料含有cha骨架类型。

9、在另一实施方案中，所述排气处理系统进一步包含位于所述选择性催化还原制品上游的催化滤烟器(csf)。

10、本发明的另一方面描述一种处理发动机排气料流的方法，所述方法包括用包括选择性催化还原制品的催化剂系统处理含nox的发动机排气料流，所述选择性催化还原制品包含两个区域，包括(1)不含铜助催化的沸石的上游scr区，所述上游区可有效将n2o形成减至最低；和(2)包含具有双六环单元的铜助催化的分子筛的下游活性scr区。在一些实施方案中，所述排气处理系统有效降低nox水平。在一些实施方案中，所述排气处理系统有效降低排气料流中超过4g/bhph的nox水平。

11、在一些实施方案中，所述排气料流流经上游催化滤烟器以在到达上游scr区之前产生大约0.1至大约0.85的流出no2/nox比。在另一实施方案中，所述上游scr区包含具有双六环单元的铁助催化的分子筛材料。在另一实施方案中，所述上游scr区和所述下游活性scr区含有cha骨架类型。

12、在另一实施方案中，所述方法进一步包括在所述排气料流接触所述scr区之前将还原剂添加到此类排气料流中，其中添加的还原剂的量过量。在一些实施方案中，添加的还原剂的量为至少大约1.05的还原剂/nox摩尔比。在另一实施方案中，所述气态还原剂是脲。在另一实施方案中，n2o的形成比其中上游scr区不包含铁助催化的分子筛的催化剂系统低至少大约65％。在另一实施方案中，所述排气料流经过所述催化制品以使nox转化率为至少大约75％。