ЗОНИРОВАННЫЙ КАТАЛИЗАТОР РАЗЛОЖЕНИЯ АММИАКА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ГАЗОВЫХ ТУРБИНАХ Российский патент 2021 года по МПК F01N3/20 F01N3/35 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к деталям, содержащим катализаторы для предотвращения проскока аммиака (ASC) и катализаторы окисления СО (Oxicats), и к способам изготовления и применения таких деталей для регулирования выбросов аммиака и СО с выхлопами газовых турбин.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Сжигание топлива на основе углеводородов в электростанциях и в двигателях создает выхлопной газ, который содержит, по большей части, относительно безвредные азот (N₂), водяной пар (H₂O) и диоксид углерода (CO₂). Но выхлопные газы также содержат относительно небольшую часть вредных и/или токсичных веществ, таких как монооксид углерода (CO) вследствие неполного сгорания, углеводороды (HC) из несгоревшего топлива, оксиды азота (NO_x) вследствие чрезмерных температур горения, и твердые частицы (главным образом сажу). Для сокращения воздействия выделяемого в атмосферу выхлопного газа на окружающую среду желательно устранять или снижать количество нежелательных компонентов, предпочтительно способом, который, в свою очередь, не генерирует другие вредные или токсичные вещества.

Как правило, выхлопные газы из электростанций и работающих на обедненных смесях двигателей проявляют конечное окислительное действие благодаря высокому содержанию кислорода, который присутствует для обеспечения надлежащего сгорания углеводородного топлива. В таких газах одним из наиболее трудно удаляемых компонентов является NO_x, который включает оксид азота (NO) и диоксид азота (NO₂). Восстановление NO_x до N₂ является особенно проблематичным, поскольку выхлопной газ содержит достаточное количество кислорода, чтобы благоприятствовать скорее реакциям окисления, нежели восстановления. Тем не менее, NO_x может быть восстановлен способом, общеизвестным как селективное каталитическое восстановление (SCR). SCR-процесс включает конверсию NO_x в присутствии катализатора и с помощью азотсодержащего восстановителя, такого как аммиак, с образованием элементарного азота (N₂) и воды. В SCR-процессе газообразный восстановитель, такой как аммиак, добавляют в поток выхлопного газа перед приведением выхлопного газа в контакт с SCR-катализатором. Восстановитель абсорбируется на катализаторе, и протекает реакция восстановления NO, когда газы проходят через содержащий катализатор носитель или над ним. Уравнения химических реакций для SCR с аммиаком таковы:

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

Некоторое количество аммиака может проходить через SCR-катализатор без реагирования (что также называется «проскоком аммиака»), и это нежелательно, поскольку высвобожденный газообразный аммиак может оказывать негативное влияние на атмосферу, и может реагировать с другими продуктами сгорания. Для сокращения проскока аммиака SCR-системы могут включать катализатор окисления аммиака (AMOX) (также известный как катализатор, предотвращающий проскок аммиака (ASC)) ниже по потоку относительно SCR-катализатора.

Катализаторы для окисления избыточного аммиака в выхлопном газе известны. Например, Патент США № 7,393,511 описывает катализатор окисления аммиака, содержащий драгоценный металл, такой как платина, палладий, родий или золото, на подложке из диоксида титана-оксида алюминия, кремнезема, оксида циркония, и т.д. Другие катализаторы окисления аммиака содержат первый слой из оксида ванадия, оксида вольфрама и оксида молибдена на подложке из диоксида титана, и второй слой из платины на подложке из диоксида титана (например, смотри Патенты США №№ 8,202,481 и 7,410,626).

В современных ASC-технологиях используют комбинацию функции окисления и SCR-функции для селективного преобразования NH₃ в N₂. В вариантах применения для газовых турбин первостепенной функцией ASC является контроль проскока NH₃. Однако, поскольку ASC исполняет функцию окисления, ASC также мог бы заменять находящиеся выше по потоку катализаторы окисления, которые используются для окисления летучих органических углеродсодержащих соединений (VOC) и монооксида углерода (CO), приводя к каталитической SCR-ASC-системе, которая является более простой и потенциально менее дорогостоящей.

Вследствие все более строгих требований в отношении выбросов, газовые турбины теперь, как правило, должны выделять менее 5 млн^-1 CO, для чего может потребоваться 90%-ная или более степень конверсии СО. Обеспечиваемая ASC степень конверсии CO может быть недостаточной для соответствия необходимым целевым уровням производительности системы. Тем самым во многих случаях желательно добавление в SCR-ASC-систему дополнительной функции окисления CO. Однако, поскольку ASC уже катализирует существенное окисление CO, требуемая дополнительная производительность окисления СО является малой. Эта система могла бы иметь (с использованием обозначений в порядке от выше по потоку до ниже по потоку) конфигурацию SCR-ASC-(катализатор окисления CO).

Поскольку в системе SCR-ASC-(катализатор окисления CO) может потребоваться относительно малый уровень производительности в отношении окисления СО, катализатор окисления СО может иметь относительно малую толщину. Это может создавать проблему при изготовлении и размещения катализатора. Целью настоящего изобретения является разрешение этой проблемы изготовлении и размещения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Квалифицированным специалистам в этой области технологии известен двухслойный ASC для селективного окисления NH₃ до N₂. Двухслойный ASC состоит из подложки (например, кордиеритного ячеистого монолита), покрытой слоем катализатора окисления, обозначаемым как нижний слой. Дополнительный слой, включающий SCR-катализатор, нанесен поверх нижнего слоя (то есть, как верхний слой). Нижний слой этого катализатора по составу и конфигурации подобен катализаторам окисления, обычно применяемым в выхлопах после сгорания, и может эффективно исполнять такую функцию окисления.

Как упоминалось выше, для системы SCR-ASC-катализатор окисления в газовой турбине, где требуется окислительное действие вдобавок к тому, которое обеспечивается только самим ASC, необходимая длина катализатора окисления может быть довольно короткой, возможно, 25 мм или менее. Изготовление катализатора с такой короткой длиной и размещение этого короткого катализатора в подходящем корпусе может быть исключительно трудной задачей. Может быть использован более длинный катализатор, но это было бы экономически менее выгодным решением, и создавало бы более высокое падение давления, и оба эти обстоятельства являются существенными недостатками.

Один подход к изготовлению окислительной ASC-CO-окислительной композиции состоит в нанесении на единую инертную подложку (например, из ячеистого кордиерита) покрытия из слоя катализатора окисления (нижнего слоя), непрерывного от впускного конца подложки до выпускного конца подложки, и затем нанесении частичного покрытия на нижний слой из слоя, включающего SCR-катализатор (верхнего слоя). Это оставляло бы относительно короткую зону нижнего слоя на задней части подложки как действующую в качестве катализатора окисления СО. Нанесением покрытия как из ASC, так и из катализатора окисления на единую более длинную подложку можно было бы избежать проблем с изготовлением и размещением катализатора в отдельном корпусе.

В первом аспекте изобретение относится к каталитическому изделию для обработки потока выхлопного газа, содержащего один или многие из NOx, углеводородов, CO, SOx и аммиака, из газовой турбины, каковая каталитическое изделие включает: (a) подложку, имеющую впускной конец и выпускной конец, определяющие осевую длину; (b) окислительный слой, включающий катализатор окисления, содержащий один или многие благородные металлы, причем окислительный слой позиционирован на подложке и покрывает подложку по осевой длине, и (c) SCR-слой, включающий SCR-катализатор, причем SCR-слой размещен на окислительном слое и перекрывает участок окислительного слоя, причем участок составляет менее 100%.

Во втором аспекте изобретение относится к выхлопной системе, включающей каталитическое изделие согласно первому аспекту изобретения.

В третьем аспекте изобретение относится к газовой турбине, включающей выхлопную систему согласно второму аспекту изобретения.

В четвертом аспекте изобретение относится к способу повышения степени конверсии СО и HC в выхлопном газе из газовой турбины приведением содержащего СО и HC выхлопного газа в контакт с каталитической деталью первого аспекта изобретения.

В пятом аспекте изобретение относится к способу сокращения проскока аммиака в выхлопном газе газовой турбины, причем способ включает приведение содержащего аммиак выхлопного газа в контакт с каталитической деталью согласно первому аспекту изобретения.

В шестом аспекте изобретение относится к способу повышения степени конверсии СО и HC и сокращения проскока аммиака в выхлопном газе газовой турбины, причем способ включает приведение содержащего СО, HC и аммиак выхлопного газа в контакт с каталитической деталью согласно первому аспекту изобретения.

В седьмом аспекте изобретение относится к способу повышения устойчивости катализатора к сере в выхлопном газе из газовой турбины приведением содержащего серу выхлопного газа в контакт с каталитической деталью первого аспекта изобретения, причем SCR-слой проходит от выпускного конца в сторону впускного конца.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чтобы это изобретение могло быть полностью понятным, теперь будут описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых:

Фиг. 1а показывает конфигурацию, в которой верхний слой, включающий SCR-катализатор, размещается поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, причем верхний слой покрывает нижний слой от выпускного конца, и впускной участок нижнего слоя не покрыт верхним слоем;

Фиг. 1b показывает конфигурацию, в которой верхний слой, включающий SCR-катализатор, размещается поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, причем верхний слой покрывает нижний слой от впускного конца, и выпускной участок нижнего слоя не покрыт верхним слоем;

Фиг. 1с показывает конфигурацию, в которой имеются два верхних слоя, каждый из которых включает SCR-катализатор, размещенных поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, где один из верхних слоев размещен у впускного участка нижнего слоя, второй слой размещен у выпускного участка нижнего слоя, и участок нижнего слоя между двумя верхними слоями не покрыт верхним слоем;

Фиг. 2а показывает конфигурацию, в которой верхний слой, включающий SCR-катализатор, размещается поверх нижнего слоя, содержащего два смежных катализатора окисления, где первый катализатор окисления размещен у впускного участка, и второй катализатор окисления размещен у выпускного участка, и впускной участок нижнего слоя не покрыт верхним слоем;

Фиг. 2b показывает конфигурацию, в которой верхний слой, включающий SCR-катализатор, размещается поверх нижнего слоя, содержащего два смежных катализатора окисления, где первый катализатор окисления размещен у впускного участка, и второй катализатор окисления размещен на выпускном участке, и выпускной участок нижнего слоя не покрыт верхним слоем;

Фиг. 2с показывает конфигурацию, в которой имеются два верхних слоя, каждый из которых включает SCR-катализатор, размещенных поверх нижнего слоя, содержащего два смежных катализатора окисления, где первый катализатор окисления размещен у впускного участка, и второй катализатор окисления размещен у выпускного участка, где впускной участок первого катализатора окисления и выпускной участок второго катализатора окисления в каждом случае покрыты одним из верхних слоев, и секция нижнего слоя, включающая часть первого катализатора окисления и часть второго катализатора окисления, не покрыта верхним слоем;

Фиг. 3a показывает конфигурацию, в которой имеется первый верхний слой, включающий первый SCR-катализатор, и второй верхний слой, включающий второй SCR-катализатор, размещенные поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, где второй верхний слой размещен к выпускного участка, первый верхний слой размещен на стороне впускного участка второго верхнего слоя, и участок нижнего слоя у впускного конца не покрыт верхним слоем;

Фиг. 3b показывает конфигурацию, в которой имеется первый верхний слой, включающий первый SCR-катализатор, и второй верхний слой, включающий второй SCR-катализатор, размещенные поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, где первый верхний слой размещен у впускного участка, второй верхний слой размещен на стороне выпускного участка первого верхнего слоя, и участок нижнего слоя у выпускного конца не покрыт верхним слоем;

Фиг. 4а показывает конфигурацию, в которой имеется первый верхний слой, включающий первый SCR-катализатор, и второй верхний слой, включающий второй SCR-катализатор, размещенные поверх нижнего слоя, содержащего первый катализатор окисления и второй катализатор окисления, где первый катализатор окисления размещен у впускного участка, и второй катализатор окисления является смежным с первым катализатором окисления и проходящим от выпускного участка, второй верхний слой размещен у выпускного участка, первый верхний слой размещен на стороне впускного участка второго верхнего слоя, и участок нижнего слоя у впускного конца не покрыт верхним слоем; и

Фиг. 4b показывает конфигурацию, в которой имеется первый верхний слой, включающий первый SCR-катализатор, и второй верхний слой, включающий второй SCR-катализатор, размещенные поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, где первый катализатор окисления размещен у впускного участка, и второй катализатор окисления является смежным с первым катализатором окисления и проходящим от выпускного участка, первый верхний слой размещен у впускного участка, второй верхний слой размещен на выпускной стороне первого верхнего слоя, и участок нижнего слоя у выпускного конца не покрыт верхним слоем.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Используемые в этом описании и в пунктах прилагаемой формулы изобретения формы единственного числа включают многочисленные объекты, если контекст определенно не оговаривает иное. Так, например, ссылка на «катализатор» включает смесь двух или более катализаторов, и тому подобно.

Термин «проскок аммиака» подразумевает количество непрореагировавшего аммиака, который прошел через SCR-катализатор.

Термин «осевая длина» означает расстояние между впускным концом и выпускным концом подложки.

Термин «подложка» подразумевает материал, на котором зафиксирован катализатор.

Термин «подложка из огнеупорного оксида металла» означает керамический материал, содержащий оксид металла, который может быть использован при повышенных температурах.

Термин «благородные металлы» означает золото, серебро, платину, палладий, рутений, родий, осмий и иридий.

Термин «кальцинировать» или «кальцинирование» подразумевает нагревание материала на воздухе или в кислороде. Это определение согласуется с определением ИЮПАК для кальцинирования (IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2-ая редакция. (the «Gold Book»). составление A. D. McNaught и A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997), исправленная онлайн-версия на XML: http://goldbook.iupac.org(2006-), созданная M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; обновления составлены A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8.doi:10.1351/goldbook.). Кальцинирование выполняется для разложения соли металла и стимулирования обмена металлических ионов внутри катализатора, и также для сцепления катализатора с подложкой. Применяемые при кальцинировании температуры зависят от компонентов в подвергаемом кальцинированию материале, и, как правило, составляют между около 400°С до около 900°С, в течение приблизительно от 1 до 8 часов. В некоторых случаях кальцинирование может проводиться вплоть до температуры около 1200°С. В вариантах применения, включающих описываемые здесь процессы, кальцинирования обычно выполняются при температурах от около 400°С до около 700°С, в течение приблизительно от 1 до 8 часов, предпочтительно при температурах от около 400°С до около 650°С, в течение приблизительно от 1 до 4 часов.

Термин «около» означает приблизительно, и имеет отношение к диапазону, который необязательно составляет ±25%, предпочтительно ±10%, более предпочтительно ±5%, или наиболее предпочтительно ±1%, значения, с которым связан термин.

Когда приведены диапазон, или диапазоны, для разнообразных численных элементов, диапазон, или диапазоны, могут включать значения, если не оговаривается иное.

Термин «сплошной окислительный слой» означает, что окислительный слой присутствует главным образом без прерываний и допускает наличие случайных неоднородностей.

В первом аспекте изобретения, каталитическое изделие для обработки потока выхлопного газа, содержащего одно или более из NOx, углеводородов, CO, SOx и аммиака, из газовой турбины, включает (a) подложку, имеющую впускной конец и выпускной конец, определяющие осевую длину; (b) окислительный слой, включающий катализатор окисления, содержащий один или многие благородные металлы, причем окислительный слой позиционирован на подложке и покрывает подложку по осевой длине, и (c) SCR-слой, включающий SCR-катализатор, причем SCR-слой размещен на окислительном слое и перекрывает участок окислительного слоя, причем участок составляет менее 100%.

SCR-слой может присутствовать в нескольких конфигурациях. SCR-слой может проходить от впускного конца в сторону выпускного конца. SCR-слой может проходить от выпускного конца в сторону впускного конца. SCR-слой может проходить от места на некотором расстоянии от впускного конца подложки в сторону выпускного конца подложки, и не покрывает впускной и выпускной участки подложки. SCR-слой может проходить от впускного конца в сторону выпускного конца, и от выпускного конца в сторону впускного конца.

Каталитическое изделие может обеспечивать более высокую степень конверсии СО/HC, чем сравнимая деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие.

Каталитическое изделие может обеспечивать меньший проскок аммиака, чем сравнимая деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие.

Каталитическое изделие может обеспечивать более высокую степень конверсии СО/HC и меньший проскок аммиака, чем сравнимая деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие.

SCR-слой может включать первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор, причем первый SCR-катализатор отличается от второго SCR-катализатора, и первый SCR-катализатор размещается на впускной стороне детали относительно второго SCR-катализатора.

Первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор могут содержать различные каталитические вещества. Под различными веществами подразумевается химически отличающийся катализатор. Например, первый SCR-катализатор может представлять собой неблагородный металл (такой как ванадий), и второй SCR-катализатор может представлять собой содержащее металл молекулярное сито (такое как медьсодержащий шабазит (Cu-CHA)), или первый SCR-катализатор может представлять собой содержащее металл молекулярное сито (такое как Cu-CHA), и второй SCR-катализатор может представлять собой иное содержащее металл молекулярное сито (такое как железосодержащий шабазит (Fe-CHA)).

Окислительный слой может включать первый катализатор окисления и второй катализатор окисления, где первый катализатор окисления является иным, нежели второй катализатор окисления, и первый катализатор окисления размещается на впускной стороне детали относительно второго катализатора окисления.

Первый катализатор окисления и второй катализатор окисления могут различаться по уровню содержания катализатора окисления. Содержание катализатора окисления предпочтительно является более высоким во втором катализаторе окисления, чем в первом катализаторе окисления.

Первый катализатор окисления и второй катализатор окисления могут включать различные каталитические вещества.

Первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор могут различаться по уровню содержания SCR-катализатора. Содержание SCR-катализатора предпочтительно является более высоким поверх второго катализатора окисления, чем поверх первого катализатора окисления.

Каталитическое изделие может дополнительно включать третье каталитическое покрытие, причем третье каталитическое покрытие проходит от выпускного конца в сторону впускного конца, и первое каталитическое покрытие содержит область, которая не покрыта вторым каталитическим покрытием или третьим каталитическим покрытием. Третье каталитическое покрытие может включать SCR-катализатор, который отличается от SCR-катализатора во втором каталитическом покрытии.

SCR-зона может проходить по 95% или менее, предпочтительно по 90% или менее, более предпочтительно проходить по 75% или менее, еще более предпочтительно проходить по 50% или менее, осевой длины подложки.

Разнообразные конфигурации SCR-катализатора и катализатора окисления в каталитическом изделии показаны в фигурах 1-4 включительно.

Фигуры 1а-1с показывают конфигурации, в которых имеется катализатор окисления в нижнем слое и SCR-катализатор в верхнем слое. В этих конфигурациях нижний слой может включать один или многие катализаторы окисления, и верхние слои могут включать один или многие SCR-катализаторы. Когда в слое присутствует более чем один SCR-катализатор или катализатор окисления, более чем один SCR-катализатор и/или более чем один катализатор окисления присутствует в виде смеси.

Когда в слое присутствует более чем один катализатор, и катализаторы разделены, конфигурации показаны в Фигурах 2-4. Фигуры 2а-2с показывают конфигурации, в которых имеются два катализатора окисления на различных участках нижнего слоя, и SCR-катализатор в верхнем слое. Фигуры 3а и 3b показывают конфигурации, в которых имеет катализатор окисления в нижнем слое, и имеются два SCR-катализатора, каждый из которых находится на ином участке верхнего слоя. Фигуры 4а и 4b показывают конфигурации, в которых имеются два катализатора окисления, каждый из которых размещен на ином участке нижнего слоя, и два SCR-катализатора, каждый в иной части верхнего слоя.

Фигуры 1а и 2а показывают конфигурации, где участок нижнего слоя, не покрытый верхним слоем, размещается у впускного конца подложки. Фигуры 1b и 2b показывают конфигурации, где участок нижнего слоя, не покрытый верхним слоем, размещается у выпускного конца подложки. Фигуры 1с и 2с показывают конфигурации, где участок нижнего слоя, не покрытый верхним слоем, находится между двумя SCR-катализаторами.

Фиг. 1а показывает конфигурацию, в которой верхний слой, включающий SCR-катализатор, размещается поверх нижнего слоя, включающего катализатор окисления, причем верхний слой покрывает нижний слой от выпускного участка в сторону впускного участка, и участок нижнего слоя, проходящий от впускного участка, не покрыт верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть получена сначала формированием нижнего слоя нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, по всей осевой длине подложки. Затем покрытие из пористого оксида может быть высушено и, предпочтительно, подвергнуто кальцинированию перед нанесением верхнего слоя поверх нижнего слоя. Верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие SCR-катализаторы, поверх нижнего слоя, включающего катализатор окисления, от выпускного участка в сторону впускного участка, но не покрывая часть, проходящую от впускного участка. Затем каталитическое изделие может быть высушена и кальцинирована.

Фиг. 1b показывает конфигурацию, в которой верхний слой, включающий SCR-катализатор, размещается поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, причем верхний слой покрывает нижний слой от впускного конца, и часть нижнего слоя, проходящая от выпускного участка, не покрыта верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть получена сначала формированием нижнего слоя нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, по всей осевой длине подложки. Затем покрытие из пористого оксида может быть высушено и высушено и, предпочтительно, кальцинировано перед нанесением верхнего слоя поверх нижнего слоя. Верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие SCR-катализаторы, поверх нижнего слоя, включающего катализатор окисления, от впускного участка в сторону выпускного участка, но не покрывая часть, проходящую от выпускного участка.

Фиг. 1с показывает конфигурацию, в которой присутствуют два верхних слоя, каждый из которых включает SCR-катализатор, размещенных поверх нижнего слоя, включающего катализатор окисления, где один из верхних слоев размещается у впускного участка нижнего слоя, второй из верхних слоев находится у выпускного участка нижнего слоя, и часть нижнего слоя между двумя верхними слоями не покрыта верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть изготовлена формированием нижнего слоя нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, по всей осевой длине подложки. Затем покрытие из пористого оксида может быть высушено и предпочтительно кальцинировано. Верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие SCR-катализаторы, поверх нижнего слоя, включающего катализатор окисления, от впускного конца и от выпускного конца, где два SCR-слоя имеют промежуток между ними, и окислительный слой не полностью покрыт двумя верхними слоями. Затем каталитическое изделие может быть высушена и кальцинирована.

Фиг. 2а показывает конфигурацию, в которой верхний слой, включающий SCR-катализатор, размещен поверх нижнего слоя, содержащего два смежных катализатора окисления, где первый катализатор окисления (Окисление 1) находится у впускного участка, и второй катализатор окисления (Окисление 2) размещен у выпускного участка, и часть нижнего слоя, проходящая от впускного участка, не покрыта верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть изготовлена сначала формированием нижнего слоя нанесением первого покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, либо от впускной стороны, либо от выпускной стороны, поверх части, но не всей, осевой длины подложки. Этот слой необязательно может быть высушен, и затем второе покрытие из пористого оксида, включающее по меньшей мере один отличающийся катализатор окисления, может быть нанесено с того конца подложки, на который не было нанесено первое покрытие из пористого оксида. В Фиг. 2а первое покрытие из пористого оксида (Окисление 1) было нанесено с впускной стороны, и затем второе покрытие из пористого оксида (Окисление 2) было нанесено от выпускного участка подложки. Обозначения могли бы быть изменены на обратные, где первое покрытие из пористого оксида наносилось бы от выпускной стороны подложки (в фигурах не показано). Это также применимо к маркировке катализаторов окисления в Фигурах 2b, 2с, 4а и 4b, и к SCR-катализаторам в Фигурах 3а, 3b, 4а и 4b. Нижний слой покрытия(-тий) из пористого оксида может быть затем высушен и предпочтительно кальцинирован перед тем, как верхний слой будет нанесен поверх нижнего слоя. Верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие SCR-катализаторы, поверх слоя, включающего катализатор окисления, от выпускного конца. Каталитическое изделие затем может быть высушена и кальцинирована.

Фиг. 2b показывает конфигурацию, в которой верхний слой, включающий SCR-катализатор, размещается поверх нижнего слоя, содержащего два смежных катализатора окисления, где первый катализатор окисления (Окисление 1) находится у впускного участка, и второй катализатор окисления (Окисление 2) размещен на выпускном участке, и часть нижнего слоя, проходящая от выпускного участка, не покрыта верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть изготовлена сначала формированием нижнего слоя нанесением первого покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, либо от впускной стороны, либо от выпускной стороны, поверх части, но не всей, осевой длины подложки. Этот слой необязательно может быть высушен. Второе покрытие из пористого оксида, включающее по меньшей мере один отличающийся катализатор окисления, может быть нанесено с того конца подложки, на который не было нанесено первое покрытие из пористого оксида. Нижний слой покрытия(-тий) из пористого оксида может быть затем высушен и предпочтительно кальцинирован перед тем, как верхний слой будет нанесен поверх нижнего слоя. Верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие SCR-катализаторы, поверх нижнего слоя, включающего катализатор окисления, от впускного участка в сторону выпускного участка, но не покрывая участок, проходящий от выпускного конца. Каталитическое изделие затем может быть высушена и кальцинирована.

Фиг. 2с показывает конфигурацию, в которой имеются два верхних слоя, каждый из которых включает SCR-катализатор, размещенные поверх нижнего слоя, содержащего два смежных катализатора окисления, где первый катализатор окисления (Окисление 1) находится у впускного участка, и второй катализатор окисления (Окисление 2) размещен у выпускного участка, где впускной участок первого катализатора окисления и выпускной участок второго катализатора окисления в каждом случае покрыты одним из верхних слоев, и секция нижнего слоя, включающая участок первого катализатора окисления и участок второго катализатора окисления, не покрыта верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть изготовлена формированием нижнего слоя нанесением первого покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, либо от впускной стороны, либо от выпускной стороны, поверх части, но не всей, осевой длины подложки. Этот слой необязательно может быть высушен. Второе покрытие из пористого оксида, включающее по меньшей мере один отличающийся катализатор окисления, затем наносится с того конца подложки, на который не было нанесено первое покрытие из пористого оксида. В Фигурах 2 и 4 первое покрытие из пористого оксида (Окисление 1) было нанесено от впускной стороны подложки, и затем второе покрытие из пористого оксида (Окисление 2) было нанесено от выпускного участка подложки. Обозначения могли бы быть изменены на обратные, где первое покрытие из пористого оксида наносилось бы от выпускной стороны подложки (в фигурах не показано). Нижний слой покрытия(-тий) из пористого оксида может быть затем высушен и предпочтительно кальцинирован. Верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие SCR-катализаторы, поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, от впускного конца и от выпускного конца, где покрытия из пористого оксида, включающие SCR-катализатор, имеют промежуток между ними, и окислительный слой не полностью покрыт двумя SCR-слоями. Каталитическое изделие затем может быть высушена и кальцинирована.

В Фигурах 2а-с длины первого слоя катализатора окисления (Окисление 1) и второго слоя катализатора окисления (Окисление 2) показаны приблизительно одинаковыми между собой. В некоторых конфигурациях соответствующие длины Окисления 1 и Окисления 2 могут отличаться друг от друга, в то же время соответствуя требованию, что окислительный слой целиком покрывает подложку по всей осевой длине.

Фиг. 3а показывает конфигурацию, в которой первый верхний слой, включающий первый SCR-катализатор (SCR 1), и второй верхний слой, включающий второй SCR-катализатор (SCR 2), размещены поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, где второй верхний слой находится у выпускного участка, и первый верхний слой размещен примыкающим ко второму верхнему слою на впускной стороне второго верхнего слоя, и часть нижнего слоя, проходящая от впускного участка, не покрыта верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть получена формированием нижнего слоя нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, по всей осевой длине подложки. Затем покрытие из пористого оксида может быть высушено и предпочтительно кальцинировано. Первый верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие SCR-катализаторы, поверх части нижнего слоя, включающего катализатор окисления, где выпускное сопло инжекторного устройства размещает первое покрытие из пористого оксида на месте вблизи желательной точки на окислительном слое, где соприкасаются первое покрытие из пористого оксида и второе покрытие из пористого оксида. Второй верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие SCR-катализаторы, которые отличаются от SCR-катализатора в первом верхнем слое, поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, от выпускного конца. Затем каталитическое изделие может быть высушена и кальцинирована.

Фиг. 3b показывает конфигурацию, в которой первый верхний слой, включающий первый SCR-катализатор (SCR 1), и второй верхний слой, включающий второй SCR-катализатор (SCR 2), размещены поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, где первый верхний слой находится у впускного участка, и второй верхний слой размещен примыкающим к первому верхнему слою, и часть нижнего слоя, проходящая от выпускного участка, не покрыта верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть изготовлена формированием нижнего слоя нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, по всей осевой длине подложки. Затем покрытие из пористого оксида может быть высушено и предпочтительно кальцинировано. Второй верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие SCR-катализаторы, поверх части нижнего слоя, включающего катализатор окисления, где сопло инжекторного устройства размещает первое покрытие из пористого оксида на месте вблизи желательной точки на окислительном слое, где соприкасаются первое покрытие из пористого оксида и второе покрытие из пористого оксида. Первый верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие SCR-катализаторы, которые отличаются от SCR-катализатора во втором верхнем слое, поверх нижнего слоя, содержащего катализатор окисления, от выпускного конца. Затем каталитическое изделие может быть высушена и кальцинирована.

В Фигурах 3а и b длины первого SCR-покрытия из пористого оксида (SCR 1) и второго SCR-покрытия из пористого оксида (SCR 2) показаны приблизительно одинаковыми. В некоторых конфигурациях длина этих двух покрытий из пористого оксида может быть различной.

Фиг. 4а показывает конфигурацию, в которой первый верхний слой, включающий первый SCR-катализатор (SCR 1), и второй верхний слой, включающий второй SCR-катализатор (SCR 2), размещены поверх нижнего слоя, включающего первый катализатор окисления (Окисление 1), и второй катализатор окисления (Окисление 2), где первый верхний слой находится у впускного участка поверх части первого катализатора окисления, и второй верхний слой размещается у выпускного участка поверх части второго катализатора окисления, и часть нижнего слоя между двумя верхними слоями не покрыта верхним слоем. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть получена формированием нижнего слоя нанесением первого покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, поверх части осевой длины подложки либо от впускного участка, либо выпускного участка, и затем нанесением второго покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие катализаторы окисления, которые отличаются от катализатора окисления в первом покрытии из пористого оксида, поверх остальной части осевой длины подложки от конца, который не использовался для нанесения первого покрытия из пористого оксида. Затем покрытия из пористого оксида могут быть высушены и предпочтительно кальцинированы. Первый верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, включающего один или многие SCR-катализаторы, поверх части одного или обоих из нижних слоев, содержащих катализатор окисления, где сопло инжекторного устройства помещает первое покрытие из пористого оксида на месте вблизи желательной точки на окислительных слоях, где соприкасаются первое покрытие из пористого оксида и второе покрытие из пористого оксида. Второй верхний слой может быть сформирован нанесением от выпускного конца второго покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие SCR-катализаторы, которые отличаются от SCR-катализаторов в первом покрытии из пористого оксида, использованного при формировании верхнего слоя, поверх по меньшей мере части одного из второго нижнего окислительного слоя. Затем каталитическое изделие может быть высушена и кальцинирована.

Фиг. 4b показывает конфигурацию, в которой первый верхний слой, включающий первый SCR-катализатор (SCR 1), и второй верхний слой, включающий второй SCR-катализатор (SCR 2), размещены поверх нижнего слоя, включающего первый катализатор окисления (Окисление 1), и второй катализатор окисления (Окисление 2), где второй верхний слой (SCR 2) размещается у выпускного конца поверх части второго катализатора окисления, и первый верхний слой (SCR 1) размещен смежным со вторым верхним слоем на впускной стороне второго верхнего слоя, и часть нижнего слоя, проходящая от впускного участка, не покрыта верхним слоем. Второй SCR-катализатор показан покрывающим части как первого, так и второго окислительных слоев.

В некоторых конфигурациях второй SCR-слой может покрывать часть только второго окислительного покрытия из пористого оксида, и первый SCR-слой может покрывать по меньшей мере весь первый окислительный слой и, необязательно, по меньшей мере часть второго окислительного слоя.

Второй верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие SCR-катализаторы, поверх части нижнего слоя, включающего катализатор окисления, где сопло инжекторного устройства помещает второе покрытие из пористого оксида на месте вблизи желательной точки на окислительном слое, где соприкасаются первое покрытие из пористого оксида и второе покрытие из пористого оксида. Каталитическое изделие в этой конфигурации может быть изготовлена формированием нижнего слоя нанесением первого покрытия из пористого оксида, включающего один или многие катализаторы окисления, поверх части осевой длины подложки, либо от впускного участка, либо от выпускного участка, и затем нанесением второго покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие катализаторы окисления, которые отличаются от катализатора окисления в первом покрытии из пористого оксида, поверх остальной части осевой длины подложки от конца, который не использовался для нанесения первого покрытия из пористого оксида. Затем покрытия из пористого оксида могут быть высушены и предпочтительно кальцинированы. Второй верхний слой может быть сформирован нанесением покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие SCR-катализаторы, поверх части одного или обоих из нижних слоев, включающий катализатор окисления, где сопло инжекторного устройства помещает второе покрытие из пористого оксида на месте вблизи желательной точки на окислительных слоях, где соприкасаются первое покрытие из пористого оксида и второе покрытие из пористого оксида. Первый верхний слой может быть сформирован нанесением от впускного конца первого покрытия из пористого оксида, содержащего один или многие SCR-катализаторы, которые отличаются от SCR-катализаторов во втором покрытии из пористого оксида, использованного при формировании верхнего слоя, поверх по меньшей мере части одного из второго нижнего окислительного слоя. Затем каталитическое изделие может быть высушена и кальцинирована.

В Фигурах 4а и b длины первого SCR-каталитического слоя (SCR 1) и второго SCR-каталитического слоя (SCR 2) показаны приблизительно одинаковыми, и длины первого слоя катализатора окисления (Окисление 1) и второго слоя катализатора окисления (Окисление 2) показаны приблизительно одинаковыми между собой, причем в совокупности длины SCR-покрытий из пористого оксида является более короткими, чем общая длина окислительных слоев, то есть, осевой длины. В некоторых конфигурациях длина этих SCR-слоев и/или длины окислительных слоев могут различаться между собой, тогда как слой катализатора окисления в целом соответствует требованию, что окислительный слой покрывает подложку по всей осевой длине.

SCR-катализатор

В разнообразных конфигурациях композиции могут включать первый SCR-катализатор, или первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор.

Первый SCR-катализатор может отличаться от второго SCR-катализатора тем, что содержит иной активный компонент, как описано ниже, тем, что имеет иное содержание активного компонента, или по обоим признакам.

В некоторых конфигурациях уровень содержания, например, выражаемый в граммах на кубический дюйм, или в граммах на литр, второго SCR-катализатора является более высоким, чем уровень содержания первого SCR-катализатора.

Активный компонент в первом и втором SCR-катализаторах могут быть независимо выбраны из группы, состоящей из неблагородного металла, оксида неблагородного металла, смешанных оксидов металлов, молекулярного сита, молекулярного сита с введенным ионным обменом металлом, или их смеси. Неблагородный металл может быть выбран из группы, состоящей из церия, хрома, кобальта, меди, железа, марганца, молибдена, никеля, вольфрама, ванадия и циркония, и их смесей.

SCR-композиции, состоящие из ванадия, нанесенного на носитель из огнеупорного оксида металла, такого как оксид алюминия, оксид кремния, оксид циркония, диоксид титана, оксид церия, и их комбинации, хорошо известны и широко применяются на промышленной основе в автомобильной отрасли. Типичные составы описаны в Патентах США №№ 4,010,238 и 4,085,193, полное содержание которых включено здесь ссылкой. Используемые в промышленности композиции, в особенности в автомобильной отрасли, включают TiO₂, на котором были диспергированы WO₃ и V₂O₅ с концентрациями, варьирующими от 0 до 20 вес.%, и от 0,1 до 6 вес.%, соответственно. Второй SCR-катализатор может включать Nb-Ce-Zr или Nb на MnO₂. Эти катализаторы могут содержать другие неорганические материалы, такие как SiO₂ и ZrO₂, действующие как связующие материалы и промоторы.

Когда SCR-катализатор представляет собой неблагородный металл, каталитическое изделие может дополнительно включать по меньшей мере один промотор неблагородного металла. Как используемый здесь, «промотор» понимается как означающий вещество, которое, будучи добавленным в катализатор, повышает активность катализатора. Промотор неблагородного металла может быть в форме металла, оксида металла, или их смеси. По меньшей мере один промотор катализатора на основе неблагородного металла может быть выбран из неодима (Nd), бария (Ba), церия (Ce), лантана (La), празеодима (Pr), магния (Mg), кальция (Ca), марганца (Mn), цинка (Zn), ниобия (Nb), циркония (Zr), молибдена (Mo), олова (Sn), тантала (Ta), стронция (Sr), и их оксидов. По меньшей мере один промотор катализатора на основе неблагородного металла предпочтительно может представлять собой MnO₂, Mn₂O₃, Fe₂O₃, SnO₂, CuO, CoO, CeO₂, и их смеси.

По меньшей мере один промотор катализатора на основе неблагородного металла может быть добавлен к катализатору в форме соли в водном растворе, такой как нитрат или ацетат.

По меньшей мере один промотор катализатора на основе неблагородного металла и по меньшей мере один неблагородный металл в качестве катализатора, например, медь, может быть введен в оксидный(-ные) материал(-лы) носителя импрегнированием из водного раствора, может быть добавлен в покрытие из пористого оксида, включающее оксидный(-ные) материал(-лы) носителя, или может быть введен импрегнированием в носитель, на который предварительно нанесено покрытие из пористого оксида.

SCR-катализатор может включать молекулярное сито или молекулярное сито с введенным ионным обменом металлом. Как применяемое здесь, «молекулярное сито» понимается как означающее метастабильный материал, содержащий тонкие поры с точным и однородным размером, который может быть использован в качестве адсорбента для газов или жидкостей. Молекулы, которые являются достаточно малыми, чтобы проходить через поры, адсорбируются, тогда как более крупные молекулы не поглощаются. Молекулярное сито может представлять собой цеолитное молекулярное сито, нецеолитное молекулярное сито, или их смесь.

SCR-катализатор может включать молекулярное сито или молекулярное сито с введенным ионным обменом металлом, где молекулярное сито является мелкопористым, среднепористым, крупнопористым, или их смесью. «Мелкопористое молекулярное сито» представляет собой молекулярное сито, содержащее циклы с максимальным размером из 8 тетраэдрических атомов. «Среднепористое молекулярное сито» представляет собой молекулярное сито, содержащее циклы с максимальным размером из 10 тетраэдрических атомов. «Крупнопористое молекулярное сито» представляет собой молекулярное сито, имеющее циклы с максимальным размером из 12 тетраэдрических атомов.

SCR-катализатор может включать молекулярное сито, выбранное из группы, состоящей из алюмосиликатных молекулярных сит, металлсодержащих алюмосиликатных молекулярных сит, алюмофосфатных (AlPO) молекулярных сит, металлсодержащих алюмофосфатных (MeAlPO) молекулярных сит, силикоалюмофосфатных (SAPO) молекулярных сит, и металлсодержащих силикоалюмофосфатных (MeAPSO) молекулярных сит, и их смесей.

Алюмосиликатные молекулярные сита и металлсодержащие алюмосиликатные молекулярные сита представляют собой цеолитные молекулярные сита; алюмофосфатные (AlPO) молекулярные сита, металлсодержащие алюмофосфатные (MeAlPO) молекулярные сита, силикоалюмофосфатные (SAPO) молекулярные сита, и металлсодержащие силикоалюмофосфатные (MeAPSO) молекулярные сита являются нецеолитными молекулярными ситами.

Алюмосиликатные цеолиты могут иметь молярное соотношение оксид кремния/оксид алюминия (SAR), определяемое как SiO₂/Al₂O₃, по меньшей мере от около 5, предпочтительно по меньшей мере около 15, с полезными диапазонами от около 10 до 200.

Любой из SCR-катализаторов может включать мелкопористое молекулярное сито, выбранное из группы с каркасом типов, состоящих из ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SFW, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, и ZON, и их смесей и/или сросток. Мелкопористое молекулярное сито предпочтительно выбирается из группы с каркасом типов, состоящих из AEI, AFX, CHA, DDR, ERI, ITE, KFI, LEV и SFW.

Любой из SCR-катализаторов может включать среднепористое молекулярное сито, выбранное из группы с каркасом типов, состоящих из AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI, и WEN, и их смесей и/или сросток. Среднепористое молекулярное сито предпочтительно выбирается из группы с каркасом типов, состоящих из FER, MFI и STT.

Любой из SCR-катализаторов может включать крупнопористое молекулярное сито, выбранное из группы с каркасом типов, состоящих из AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, IFR, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, OKO, OSI, RON, RWY, SAF, SAO, SBE, SBS, SBT, SEW, SFE, SFO, SFS, SFV, SOF, SOS, STO, SSF, SSY, USI, UWY, и VET, и их смесей и/или сросток. Крупнопористое молекулярное сито предпочтительно выбирается из группы с каркасом типов, состоящих из BEA, MOR и OFF.

SCR-катализатор предпочтительно включает молекулярное сито или металлсодержащее молекулярное сито, и молекулярное сито или молекулярное сито в металлсодержащем молекулярном сите имеет каркас типа, выбранного из группы, состоящей из: AEI, BEA (бета-цеолит), CHA (шабазит), FAU (цеолит Y), FER (ферриерит), MFI (ZSM-5) и MOR (морденит).

Молекулярное сито с введенным ионным обменом металлом может иметь по меньшей мере один металл из одной из групп VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, или IIB периодической таблицы, осажденный на внекаркасные центры на наружной поверхности или внутри каналов, полостей или пустот молекулярных сит. Металл предпочтительно выбирается из группы, состоящей из церия, хрома, кобальта, меди, галлия, индия, иридия, железа, марганца, молибдена, никеля, палладия, платины, рутения, рения, серебра, олова и цинка. Металл в металлсодержащем молекулярном сите более предпочтительно включает медь или железо.

Металл может быть в одной из нескольких форм, включающих, но не ограничивающихся этим, нульвалентные металлические атомы или кластеры, изолированные катионы, одноядерные или многоядерные оксикатионы, или как сложные оксиды металлов. Предпочтительными металлами могут быть железо, медь, и их смеси или комбинации.

Металл может быть объединен с молекулярным ситом с использованием смеси или раствора прекурсора металла в подходящем растворителе. Термин «прекурсор металла» подразумевает любое соединение или комплекс, который может быть диспергирован на цеолите с образованием каталитически активного металлического компонента. Настоящее изобретение не ограничивается прекурсорами металлов конкретного типа, состава или чистоты. Растворитель предпочтительно представляет собой воду ввиду как экономических, таких и экологических аспектов применения других растворителей.

Когда используется медь, предпочтительный металл, пригодные комплексы или соединения включают, но не ограничиваются этими, безводные и гидратированные сульфат меди, нитрат меди, ацетат меди, ацетилацетонат меди, оксид меди, гидроксид меди, и соли амминных комплексов меди (например, [Cu(NH₃)₄]²⁺).

Молекулярное сито может быть добавлено к раствору металлического компонента с образованием суспензии, которая затем вводится в реакцию так, что металлический компонент распределяется на цеолите. Металл может быть распределен в поровых каналах, а также на наружной поверхности молекулярного сита. Металл может быть распределен в ионной форме или как оксид металла. Например, медь может быть распределена как ионы меди(II), ионы меди(I), или в виде оксида меди. Содержащее металл молекулярное сито может быть отделено от жидкостной фазы суспензии, промыто и высушено. Полученное металлсодержащее молекулярное сито затем может быть кальцинировано для фиксирования металла в молекулярном сите. SCR-катализатор предпочтительно включает Cu-SCR, Fe-SCR, ванадий, смешанный оксид, промотированный Ce-Zr или промотированный MnO₂. Cu-SCR-катализатор включает медь и молекулярное сито, и Fe-SCR-катализатор содержит железо и молекулярное сито.

Молекулярное сито с введенным ионным обменом металлом может содержать металл группы VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, или IIB в диапазоне от около 0,10% до около 10% по весу, размещенный на внекаркасных центрах на наружной поверхности или внутри каналов, полостей или пустот молекулярного сита. Металл на внекаркасных центрах предпочтительно может присутствовать в количестве в диапазоне от около 0,2% до около 5% по весу.

Молекулярное сито с введенным ионным обменом металлом предпочтительно представляет собой молекулярное сито в качестве носителя для меди (Cu) или железа (Fe), имеющее от около 0,1 вес.% до около 20,0 вес.% меди или железа от совокупного веса катализатора. Более предпочтительно, медь или железо присутствует в количестве от около 0,5 вес.% до около 15 вес.% от общего веса катализатора. Медь или железо наиболее предпочтительно присутствует в количество от около 1 вес.% до около 9 вес.% от общего веса катализатора.

Металл, нанесенный на носитель из оксида металла, может включать каталитическую композицию, содержащую по меньшей мере один каталитический компонент, состоящий из: (i) по меньшей мере одного переходного металла, диспергированного на смешанном оксиде или сложном оксиде, или их смеси, в качестве материала носителя, состоящего из церия и циркония; или (ii) оксида церия и оксида циркония как простых оксидов или их сложного оксида, или смеси простых оксидов и сложного оксида, диспергированных на инертном оксидном материале носителя, где на нем диспергирован по меньшей мере один переходный металл, и по меньшей мере один переходный металл, выбранный из группы, состоящей из металла Группы VIB, металла Группы IB, металла Группы IVA, металла Группы VB, металла Группы VIIB, металла Группы VIII, и смесей двух или более их, при условии, что по меньшей мере один выбранный переходный металл представляет собой вольфрам, и содержание церия и циркония как оксидов в каталитическом компоненте представляется как Ce_xZr_1-XO₂, где X=0,1-0,5.

SCR-катализатор может присутствовать в SCR-слое в количестве от 0,5 г/дюйм³ до 3,0 г/дюйм³ (30,5-183,1 г/дм³), предпочтительно от 1,0 г/дюйм³ до 2,5 г/дюйм³ (61,02-152,6 г/дм³), более предпочтительно от 1,25 г/дюйм³ до 2,0 г/дюйм³ (76,3-122,04 г/дм³). Катализатор окисления может присутствовать в окислительном слое в количестве от 0,2 г/дюйм³ до 1,6 г/дюйм³ (12,2-97,6 г/дм³), предпочтительно от 0,35 г/дюйм³ до 1,25 г/дюйм³ (21,4-76,3 г/дм³), более предпочтительно от 0,5 г/дюйм³ до 1,0 г/дюйм³ (30,5-61,02 г/дм³).

Катализатор окисления

Катализатор окисления может включать благородный металл или его смеси. Благородный металл предпочтительно представляет собой золото, серебро, платину, палладий, рутений или родий, или их комбинации. Более предпочтительно благородный металл представляет собой платину или палладий, или комбинацию платины и палладия.

Металл платиновой группы может присутствовать в количестве от около 0,1 г/фут³ до около 75 г/фут³ (0,0035-2,63 г/дм³), предпочтительно от около 2 г/фут³ до около 50 г/фут³ (0,07-1,75 г/дм³), более предпочтительно от около 5 г/фут³ до около 30 г/фут³ (0,175-1,05 г/дм³).

Благородные металлы предпочтительно распределены на подложке из огнеупорного оксида металла.

Катализатор окисления аммиака может включать платину, палладий, или комбинацию платины и палладия, на подложке с низким удерживанием аммиака. Термин «подложка с низким удерживанием аммиака» означает подложку, которая удерживает менее 0,001 ммоля NH₃ на м³ подложки. Подложка с низким удерживанием аммиака предпочтительно представляет собой молекулярное сито или цеолит, имеющие каркас типа, выбранного из группы, состоящей из AEI, ANA, ATS, BEA, CDO, CFI, CHA, CON, DDR, ERI, FAU, FER, GON, IFR, IFW, IFY, IHW, IMF, IRN, IRY, ISV, ITE, ITG, ITN, ITR, ITW, IWR, IWS, IWV, IWW, JOZ, LTA, LTF, MEL, MEP, MFI, MRE, MSE, MTF, MTN, MTT, MTW, MVY, MWW, NON, NSI, RRO, RSN, RTE, RTH, RUT, RWR, SEW, SFE, SFF, SFG, SFH, SFN, SFS, SFV, SGT, SOD, SSF, SSO, SSY, STF, STO, STT, SVR, SVV, TON, TUN, UOS, UOV, UTL, UWY, VET, VNI. Подложка с низким удерживанием аммиака более предпочтительно представляет собой молекулярное сито или цеолит, имеющие каркас типа, выбранного из группы, состоящей из BEA, CDO, CON, FAU, MEL, MFI и MWW, еще более предпочтительно каркас типа, выбранного из группы, состоящей из BEA и MFI.

Подложка с низким удерживанием аммиака может представлять собой кремнийсодержащую подложку. Кремнийсодержащая подложка может включать оксид кремния или цеолит с отношением оксида кремния к оксиду алюминия по меньшей мере из: (a) по меньшей мере 100, (b) по меньшей мере 200, (c) по меньшей мере 250, (d) по меньшей мере 300, (e) по меньшей мере 400, (f) по меньшей мере 500, (g) по меньшей мере 750, и (h) по меньшей мере 1000.

Кремнийсодержащая подложка может включать молекулярное сито, имеющее каркас типа BEA, CDO, CON, FAU, MEL, MFI или MWW, предпочтительно каркас типа BEA или MFI.

Отношение количества SCR-катализатора к количеству платины на подложке с низким удерживанием аммиака в смеси может быть в диапазоне от 0,1 до 300:1, включительно, предпочтительно от 3:1 до 300:1, включительно, более предпочтительно от 7:1 до 100:1, включительно, еще более предпочтительно в диапазоне от 10:1 до 50:1, включительно, в расчете на вес этих компонентов.

Термин «содержание активного компонента» имеет отношение к весу носителя платины+вес платины+вес первого SCR-катализатора в смеси. Платина может присутствовать в катализаторе в содержании активного компонента от около 0,01 до около 0,3 вес.%, включительно, предпочтительно от около 0,03-0,2 вес.%, включительно, более предпочтительно от около 0,05-0,17 вес.%, включительно, наиболее предпочтительно от около 0,07-0,15 вес.%, включительно.

Платина может присутствовать в окислительном слое от около 0,1 вес.% до 2 вес.%, включительно, предпочтительно от 0,1 до 1 вес.%, включительно, более предпочтительно от 0,1 вес.% до 0,5 вес.%, включительно, относительно веса слоя.

Дополнительные катализаторы, такие как палладий (Pd), золото (Au), серебро (Ag), рутений (Ru) или родий (Rh), могут присутствовать с Pt, предпочтительно в смеси с Pt.

Окислительный слой может дополнительно включать SCR-катализатор, где катализатор окисления и SCR-катализатор присутствуют в окислительном слоем в виде смеси.

Покрытие из пористого оксида, включающее SCR-катализатор или катализатор окисления, предпочтительно представляет собой раствор, суспензию или взвесь, которые создают поверхностное покрытие. Верхний слой, содержащий SCR-катализатор, может содержать SCR-катализатор в количестве около 80% или более, в расчете на вес слоя. Остальное количество содержит связующие материалы, и т.д. Покрытие из благородного металла предпочтительно содержит около 0,05-5 весовых процентов благородного металла, в расчете на вес подложки из огнеупорного оксида металла.

Покрытие из пористого оксида также может включать некаталитические компоненты, такие как наполнители, связующие материалы, стабилизаторы, модификаторы реологии, и прочие добавки, в том числе один или многие из оксида алюминия, оксида кремния, нецеолитного оксида кремния-оксида алюминия, диоксида титана, оксида циркония, оксида церия.

Суспензия может включать порообразующий агент, такой как графит, целлюлоза, крахмал, полиакрилат и полиэтилен, и тому подобные. Эти дополнительные компоненты не обязательно катализируют желательную реакцию, но, вместо этого, повышают эффективность каталитического материала, например, увеличением его рабочего температурного диапазона, увеличением площади поверхности контакта катализатора, усилением сцепления катализатора с подложкой, и т.д.

Покрытие нижнего слоя предпочтительно наносится на подложку в количестве, достаточном для формирования покрытия из пористого оксида с содержанием благородного металла около 0,1-40 г/фут³ (0,0035-1,4 г/дм³), более предпочтительно около 0,5-20 г/фут³ (0,018-0,07 г/дм³), и еще более предпочтительно около 1-10 г/фут³ (0,035-0,35 г/дм³).

Покрытие верхнего слоя предпочтительно может быть нанесено поверх нижнего слоя для создания покрытия верхнего слоя из SCR-катализатора в количестве >0,25 г/дюйм³ (15,26 г/дм³), таком как >0,50 г/дюйм³ (30,5 г/дм³), или >0,80 г/дюйм³ (48,8 г/дм³), например, от 0,80 до 3,00 г/дюйм³ (48,8-183,1 г/дм³). В предпочтительных вариантах исполнения содержание покрытия из пористого оксида составляет >1,00 г/дюйм³ (61,02 г/дм³), такое как >1,2 г/дюйм³ (73,2 г/дм³), >1,5 г/дюйм³ (91,5 г/дм³), >1,7 г/дюйм³ (103,7 г/дм³), или >2,00 г/дюйм³ (122,04 г/дм³), или, например, от 1,5 до 2,5 г/дюйм³ (91,5-152,6 г/дм³).

Используемые согласно настоящему изобретению подложки предпочтительно состоят из керамических материалов, подобных керамическим материалов, или жаростойких металлов. Примеры керамических или подобных керамическим материалов включают кордиерит, α-оксид алюминия, карбид кремния, нитрид кремния, оксид циркония, муллит, сподумен, оксид алюминия-оксид кремния-оксид магния, или силикат циркония. Примеры жаростойких металлов включают нержавеющую сталь.

Две структуры подложек, которые могут быть использованы в газовых турбинах, представляют собой сотообразные структуры и пластины. Предпочтительные сотообразные подложки включают проточные монолиты, имеющие так называемую ячеистую геометрию, которая включает многочисленные смежные, параллельные каналы, которые открыты на обоих концах и, как правило, пролегают от впускной поверхности до выпускной поверхности подложки, и характеризуются высоким отношением площади поверхности к объему. Сотообразные структуры могут быть изготовлены экструзией керамического материала, такого как кордиерит, или из гофрированной металлической фольги, такой как нержавеющая сталь. В дополнение к кордиериту, карбиду кремния, нитриду кремния, керамическому материалу и металлу, другие материалы, которые могут быть применены в подложке, включают нитрид алюминия, нитрид кремния, титанат алюминия, α-оксид алюминия, муллит, например, игольчатый муллит, поллюцит, термостойкий металлсодержащий материал, такой как Al₂OsZFe, Al₂O₃/Ni или B₄CZFe, или композиты, содержащие сегменты любых двух или более из них. Предпочтительные материалы включают кордиерит, карбид кремния и титанат алюминия. Для вариантов применения в газовой турбине ячеистый проточный монолит предпочтительно имеет низкую плотность ячеек от около 50 до около 400 ячеек на квадратный дюйм (cpsi), более предпочтительно от около 50 до около 250 ячеек на квадратный дюйм.

Каталитическое изделие, имеющая SCR-слой, проходящий от выпускного конца в сторону впускного конца, может обеспечивать более высокую устойчивость к сере и/или более высокую степень конверсии СО/HC, чем сравнительная деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие.

Каталитическое изделие, имеющая SCR-слой, проходящий от выпускного конца в сторону впускного конца, может обеспечивать более высокую степень конверсии СО/HC, чем сравнительная деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие.

Каталитическое изделие, имеющая SCR-слой, проходящий от выпускного конца в сторону впускного конца, может обеспечивать уменьшенный проскок аммиака и более высокую степень конверсии СО/HC, чем сравнительная деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие.

Каталитическое изделие, имеющая SCR-слой, проходящий от места на некотором расстоянии от впускного конца подложки в сторону выпускного конца подложки, где SCR-слой не покрывает впускной и выпускной участки подложки, может обеспечивать более высокую устойчивость к сере, чем сравнительная деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие.

Катализаторы пластинчатого типа проявляют меньшие падения давления и менее чувствительны к засорению и загрязнению, чем ячеистые типы. Ячеистые конфигурации являются меньшими, чем пластинчатые типы, но проявляют более высокие падения давления и легче засоряются. Пластинчатая подложка может быть выполнена из металла, такого как нержавеющая сталь. Пластинчатая подложка предпочтительно представляет собой гофрированный металл, и предпочтительно включает многочисленные проемы или отверстия сквозь подложку.

Выхлопная система включает SCR-катализатор и каталитическое изделие согласно первому аспекту изобретения.

Газовая турбина включает выхлопную систему согласно изобретению.

Способ повышения степени конверсии СО и HC в выхлопном газе из газовой турбины включает приведение содержащего СО и HC выхлопного газа в контакт с каталитической деталью согласно первому аспекту изобретения.

Способ сокращения проскока аммиака в выхлопном газе из газовой турбины включает приведение содержащего аммиак выхлопного газа в контакт с каталитической деталью согласно первому аспекту изобретения.

Способ повышения степени конверсии СО и HC и сокращения проскока аммиака в выхлопном газе из газовой турбины включает приведение содержащего СО, HC и аммиак выхлопного газа в контакт с каталитической деталью согласно первому аспекту изобретения.

Способ повышения устойчивости катализатора к сере в выхлопном газе из газовой турбины включает приведение содержащего серу выхлопного газа в контакт с каталитической деталью первого аспекта изобретения, причем SCR-слой проходит от выпускного конца в сторону впускного конца.

Описываемые здесь каталитические детали могут быть использованы для повышения устойчивости катализатора к сере в выхлопном газе из газовой турбины приведением содержащего серу выхлопного газа в контакт с каталитической деталью.

Описываемые здесь каталитические детали могут быть использованы для сокращения дезактивации катализатора вследствие присутствия серы приведением содержащего серу выхлопного газа в контакт с каталитической деталью.

Изобретение также может быть определено одной или многими из следующих формулировок:

1) Каталитическое изделие, включающая: (а) подложку, имеющую впускной конец и выпускной конец, определяющие осевую длину; (b) окислительный слой, включающий катализатор окисления, содержащий один или многие благородные металлы, причем окислительный слой позиционирован на подложке и покрывает подложку по осевой длине подложки; и (c) SCR-слой, включающий SCR-катализатор, причем SCR-слой размещен на окислительной зоне и перекрывает участок окислительного слоя, где участок составляет менее 100%, где деталь конфигурирована для обработки потока выхлопного газа, содержащего один или многие из NOx, углеводородов, СО, SОх и аммиака, из газовой турбины;

2) Каталитическое изделие согласно пункту 1), где SCR-слой проходит от впускного конца в сторону выпускного конца;

3) Каталитическое изделие согласно пункту 1), где SCR-слой проходит от выпускного конца в сторону впускного конца;

4) Каталитическое изделие согласно пункту 1), где SCR-слой проходит от впускного конца в сторону выпускного конца и от выпускного конца в сторону впускного конца;

5) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 5), включительно, где SCR-слой включает первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор, где первый SCR-катализатор отличается от второго SCR-катализатора, и первый SCR-катализатор размещен на впускной стороне детали относительно второго SCR-катализатора;

6) Каталитическое изделие согласно пункту 5), где первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор различаются по уровню содержания SCR-катализатора;

7) Каталитическое изделие согласно пункту 5) или 6), где уровень содержания второго SCR-катализатора является более высоким, чем в первом SCR;

8) Каталитическое изделие согласно пункту 5), 6) или 7), где первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор включают различные каталитические вещества;

9) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 8), включительно, где окислительный слой включает первый катализатор окисления и второй катализатор окисления, где первый катализатор окисления отличается от второго катализатора окисления, и первый катализатор окисления размещен на впускной стороне детали относительно второго катализатора окисления;

10) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 9), включительно, где первый катализатор окисления и второй катализатор окисления различаются по уровню содержания катализатора окисления;

11) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 10), где уровень содержания катализатора окисления является более высоким во втором катализаторе окисления, чем в первом катализаторе окисления;

12) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 11), где первый катализатор окисления и второй катализатор окисления включают различные каталитические вещества;

13) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 2) до 12), включительно, дополнительно включающая третье каталитическое покрытие, где третье каталитическое покрытие проходит от выпускного конца в сторону впускного конца, и первое каталитическое покрытие содержит область, которая не покрыта вторым каталитическим покрытием или третьим каталитическим покрытием;

14) Каталитическое изделие согласно пункту 13), где третье каталитическое покрытие включает SCR-катализатор, который отличается от SCR-катализатора во втором каталитическом покрытии;

15) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 14), включительно, где SCR-зона покрывает 90% или менее осевой длины подложки;

16) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 15), включительно, где SCR-зона проходит по 75% или менее осевой длины подложки;

17) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 16), включительно, где SCR-зона проходит по 55% или менее осевой длины подложки;

18) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 17), включительно, где катализатор окисления включает металл платиновой группы;

19) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 18), где металл платиновой группы представляет собой платину, или палладий, или рутений, или их смесь;

20) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 19), где катализатор окисления включает платину на подложке с низким удерживанием аммиака;

21) Каталитическое изделие согласно пункту 20), где подложка с низким удерживанием аммиака представляет собой кремнийсодержащую подложку;

22) Каталитическое изделие согласно пункту 21), где кремнийсодержащая подложка включает оксид кремния или цеолит с отношением оксида кремния к оксиду алюминия, по меньшей мере одним из: (a) ≥100, (b) ≥200, (c) ≥250, ≥300, (d) ≥400, (e) ≥500, (f) ≥750, и (g) ≥1000;

23) Каталитическое изделие согласно пункту 21) или 22), в которой кремнийсодержащая подложка включает BEA или MFI;

24) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 23), включительно, где окислительный слой дополнительно включает SCR-катализатор, и катализатор окисления и SCR-катализатор в окислительном слое присутствуют в виде смеси;

25) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 24), где деталь обеспечивает более высокую степень конверсии СО/HC, чем сравнительная деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие;

26) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 25), включительно, где деталь обеспечивает уменьшенный проскок аммиака, чем сравнительная деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие;

27) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 26), включительно, где деталь обеспечивает более высокую степень конверсии СО/HC и уменьшенный проскок аммиака, чем сравнительная деталь, где второе каталитическое покрытие полностью перекрывает первое каталитическое покрытие;

28) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 27), включительно, где один или многие благородные металлы размещаются на подложке из огнеупорного оксида металла;

29) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 28), включительно, где SCR-катализатор включает неблагородный металл, оксид неблагородного металла, молекулярное сито, металлсодержащее молекулярное сито, металл, нанесенный на носитель из смешанного оксида, или их смесь;

30) Каталитическое изделие согласно пункту 29), где неблагородный металл выбирается из группы, состоящей из церия, хрома, кобальта, меди, железа, марганца, молибдена, никеля, вольфрама, и ванадия, и их смесей;

31) Каталитическое изделие согласно пункту 29), где SCR-катализатор включает металлсодержащее молекулярное сито, где металл выбирается из группы, состоящей из церия, хрома, кобальта, меди, галлия, индия, иридия, железа, марганца, молибдена, никеля, палладия, платины, рутения, рения, серебра, олова и цинка;

32) Каталитическое изделие согласно пункту 31), где металл в металлсодержащем молекулярном сите включает медь или железо;

33) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 30), включительно, 31) и 32), где SCR-катализатор включает алюмосиликатное молекулярное сито, алюмофосфатное молекулярное сито, силикоалюмофосфатное молекулярное сито, металлсодержащее алюмосиликатное молекулярное сито, металлсодержащее алюмофосфатное молекулярное сито, или металлсодержащее силикоалюмофосфатное молекулярное сито;

34) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 30), включительно, и от 31) до 33), включительно, где SCR-катализатор включает молекулярное сито или металлсодержащее молекулярное сито, и молекулярное сито или молекулярное сито в металлсодержащем молекулярном сите имеет каркас типа, выбранного из группы, состоящей из: AEI, BEA (бета-цеолит), CHA (шабазит), FAU (цеолит Y), FER (ферриерит), MFI (ZSM-5) и MOR (морденит);

35) Каталитическое изделие согласно пункту 29), где металл, нанесенный на подложку из смешанного оксида, включает каталитическую композицию, содержащую по меньшей мере один каталитический компонент из (i) по меньшей мере одного переходного металла, диспергированного на смешанном оксиде или сложном оксиде, или их смеси, в качестве материала подложки, состоящего из церия и циркония; или (ii) оксида церия и оксида циркония как простых оксидов или их сложного оксида, или смеси простых оксидов и сложного оксида, диспергированных на инертном оксидном материале подложки, где на нем диспергирован по меньшей мере один переходный металл, и по меньшей мере один переходный металл выбирается из группы, состоящей из металла Группы VIB, металла Группы IB, металла Группы IVA, металла Группы VB, металла Группы VIIB, металла Группы VIII, и смесей двух или более их, при условии, что по меньшей мере один выбранный переходный металл представляет собой вольфрам, и содержание церия и циркония как оксидов в каталитическом компоненте представляется как Ce_xZr_1-XO₂, где X=0,1-0,5;

36) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 35), включительно, где SCR-катализатор присутствует в SCR-слое в количестве от 0,5 г/дюйм³ до 3,0 г/дюйм³ (30,5-183,1 г/дм³), предпочтительно от 1,0 г/дюйм³ до 2,5 г/дюйм³ (61,02-152,6 г/дм³), более предпочтительно от 1,25 г/дюйм³ до 2,05 г/дюйм³ (76,3-125,1 г/дм³);

37) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 36), включительно, где катализатор окисления присутствует в окислительном слое от 0,2 г/дюйм³ до 1,6 г/дюйм³ (12,2-97,6 г/дм³), предпочтительно из диапазонов SCR-слоя от 0,35 г/дюйм³ до 1,25 г/дюйм³ (21,4-76,3 г/дм³), более предпочтительно от 0,5 г/дюйм³ до 1,0 г/дюйм³ (30,5-61,02 г/дм³);

38) Каталитическое изделие согласно любому из пунктов от 1) до 37), включительно, где подложка включает кордиерит, карбид кремния, титанат алюминия, или металл;

39) Выхлопная система, включающая каталитическое изделие по любому из пунктов от 1) до 38) включительно.

40) Способ повышения степени конверсии СО и HC в выхлопном газе из газовой турбины, причем способ включает приведение содержащего СО и HC выхлопного газа в контакт с каталитической деталью согласно любому из пунктов от 1) до 37) включительно;

41) Способ сокращения проскока аммиака в выхлопном газе из газовой турбины, причем способ включает приведение содержащего аммиак выхлопного газа в контакт с каталитической деталью согласно любому из пунктов от 1) до 37) включительно; и

42) Способ повышения степени конверсии СО и HC и сокращения проскока аммиака в выхлопном газе из газовой турбины, причем способ включает приведение содержащего СО, HC и аммиак выхлопного газа в контакт с каталитической деталью согласно любому из пунктов от 1 до 37 включительно.

Чтобы это изобретение могло быть более полно понятым, нижеследующие Примеры приведены только в качестве иллюстрации.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Изготовили экструдированный SCR-катализатор, содержащий диоксид титана, оксид вольфрама, оксид ванадия и подходящие связующие материалы. Плотность ячеек SCR-катализатор составляла 140 ячеек на квадратный дюйм (cpsi).

Пример 2 (Сравнительный)

На керамической подложке с 230 cpsi приготовили двухслойный катализатор разложения аммиака (ASC). Первый слой нанесли в виде покрытия, имеющего непрерывный слой покрытия из пористого оксида на основе оксида алюминия вдоль всей длины подложки. Затем в слой покрытия из пористого оксида на основе оксида алюминия ввели Pt импрегнированием из раствора нитрата платины для уровня содержания 5 г/фут³ (0,175 г/дм³) Pt. Второе покрытие из пористого оксида, содержащее импрегнированный Cu цеолит CHA, смешанный со связующими материалами, нанесли сплошным слоем, покрывающим 100% слоя содержащего Pt оксида алюминия.

Пример 3

Приготовили зонированный ASC/катализатор окисления (OC) на керамической подложке с 230 cpsi. Первый слой нанесли в виде покрытия, имеющего непрерывный слой покрытия из пористого оксида на основе оксида алюминия вдоль всей длины подложки. Затем в слой покрытия из пористого оксида на основе оксида алюминия ввели Pt импрегнированием из раствора нитрата платины для уровня содержания 5 г/фут³ (0,175 г/дм³) Pt. Второе покрытие из пористого оксида, содержащее импрегнированный Cu цеолит CHA, смешанный со связующими материалами, нанесли сплошным слоем, покрывающим передние 85% слоя содержащего Pt оксида алюминия.

Пример 4

Приготовили зонированный ASC/OC на керамической подложке с 230 cpsi. Первый слой нанесли в виде покрытия, имеющего непрерывный слой покрытия из пористого оксида на основе оксида алюминия вдоль всей длины подложки. Затем в слой покрытия из пористого оксида на основе оксида алюминия ввели Pt импрегнированием из раствора нитрата платины для уровня содержания 5 г/фут³ (0,175 г/дм³) Pt. Второе покрытие из пористого оксида, содержащее импрегнированный Cu цеолит CHA, смешанный со связующими материалами, нанесли сплошным слоем, покрывающим передние 70% слоя содержащего Pt оксида алюминия.

Испытание образцов

Катализаторы Примеров 1-4, включительно, протестировали в разнообразных комбинациях в реакторе лабораторного масштаба. Состав подаваемого на катализатор газа был 50 млн^-1 СО, 24 млн^-1 NO, 6 млн^-1 NO₂, 30 млн^-1 NH₃, 15% O₂, 8% воды, 3% CO₂, и остальное количество N₂. Степени конверсии CO, NOx, и NH₃ измеряли с использованием реактора, выдерживаемого при уровнях температуры в установившемся режиме, варьирующих от 200 до 450°С.

Пример 5

Пример 1 и Пример 2 ввели в реактор последовательно (SCR-катализатор Примера 1 выше по потоку относительно ASC Сравнительного Примера 2), и протестировали согласно описанным выше методикам при такой величине расхода потока, что объемная скорость подачи газа (GHSV) через весь объем SCR+ASC составляла 80000 час^-1.

Покрыты 100% слоя содержащего Pt оксида алюминия Температура на входе Степень конверсии (%) Концентрация NH₃ на выходе (°С) NO_x CO (млн^-1) 200 58 23 12,0 300 88 48 4,2 400 77 62 3,5 450 55 70 3,6

Пример 5 показывает, что ASC Сравнительного Примера 2 может обеспечивать по меньшей мере 55% и 20% степени конверсии NOx и CO, соответственно, при 200°C, степени конверсии по меньшей мере 85% и 45% при 300°C, степени конверсии по меньшей мере 75% и 60% при 400°C, и степени конверсии по меньшей мере 50% и 65% при 450°C.

Эти концентрации представляют снижения концентраций NH₃ на 60%, 86%, 89% и 88% при температурах 200, 300, 400 и 450°С, соответственно, от начальной концентрации NH₃.

Пример 6

Пример 1 и Пример 3 ввели в реактор последовательно (SCR-катализатор Примера 1 выше по потоку относительно ASC Примера 3), и протестировали согласно описанным здесь выше методикам при такой величине расхода потока, что GHSV через часть SCR+ASC зонированного ASC/OC-катализатора составляла 80000 час^-1, и GHSV через ОС-участок зонированного ASC/OC составляла 1040115 час^-1.

Покрыты передние 85% слоя содержащего Pt оксида алюминия Температура на входе Степень конверсии (%) Концентрация NH₃ на выходе (°С) NO_x CO (млн^-1) 200 62 43 8,5 300 85 69 2,3 400 76 77 2,4 450 52 83 2,5

Пример 6 показывает, что ASC Примера 3 как ASC может обеспечивать по меньшей мере 60% и 40% степени конверсии NOx и CO, соответственно, при 200°C, степени конверсии по меньшей мере 80% и 65% при 300°C, степени конверсии по меньшей мере 75% и 75% при 400°C, и степени конверсии по меньшей мере 50% и 80% при 450°C.

Эти концентрации представляют снижения концентраций NH₃ на 71%, 92%, 92% и 91% при температурах 200, 300, 400 и 450°С, соответственно, от начальной концентрации NH₃.

Пример 7

Пример 1 и Пример 4 ввели в реактор последовательно (SCR-катализатор Примера 1 выше по потоку относительно ASC Примера 4), и протестировали согласно описанным здесь выше методикам при такой величине расхода потока, что GHSV через участок SCR+ASC зонированного ASC/OC-катализатора составляла 80000 час^-1, и GHSV через ОС-участок зонированного ASC/OC составляла 480Кчас^-1.

Покрыты передние 70% слоя содержащего Pt оксида алюминия Температура на входе Степень конверсии (%) Концентрация NH₃ на выходе (°С) NO_x CO (млн^-1) 200 59 43 10,0 300 83 71 2,2 400 74 77 2,3 450 50 82 2,4

Пример 6 показывает, что ASC Примера 4 как ASC может обеспечивать по меньшей мере 55% и 40% степени конверсии NOx и CO, соответственно, при 200°C, степени конверсии по меньшей мере 80% и 70% при 300°C, степени конверсии по меньшей мере 70% и 75% при 400°C, и степени конверсии по меньшей мере 50% и 80% при 450°C.

Эти концентрации представляют снижения концентраций NH₃ на 66%, 93%, 92% и 91% при температурах 200, 300, 400 и 450°С, соответственно, от начальной концентрации NH₃.

Хотя изобретение иллюстрировано и описано здесь со ссылкой на конкретные варианты осуществления, изобретение не предполагается быть ограниченным показанными подробностями. Скорее, разнообразные модификации могут быть сделаны в деталях в пределах области и диапазона эквивалентов пунктов формулы изобретения, и без выхода за пределы изобретения.

Каталитическое изделие для обработки потока выхлопного газа, содержащего один или многие из NOx, углеводородов, СО, SОх и аммиака, из газовой турбины включает (а) подложку, имеющую впускной конец и выпускной конец, определяющие осевую длину; (b) окислительный слой, включающий катализатор окисления, содержащий один или многие благородные металлы, причем окислительный слой позиционирован на подложке и покрывает подложку по осевой длине подложки; и (c) SCR-слой, включающий SCR-катализатор, причем SCR-слой размещен на окислительном слое и перекрывает участок окислительного слоя, причем участок составляет менее 100%. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Каталитическое изделие для обработки потока выхлопного газа, содержащего одно или несколько веществ из NOx, углеводородов, СО, SОх и аммиака, из газовой турбины, причем данное каталитическое изделие включает:

(а) подложку, имеющую впускной конец и выпускной конец, определяющие осевую длину;

(b) окислительный слой, включающий катализатор окисления, содержащий один или несколько благородных металлов, причем окислительный слой расположен на подложке и покрывает подложку по осевой длине подложки; и

(c) SCR-слой, включающий SCR-катализатор, причем:

указанный SCR-слой размещен на окислительном слое и перекрывает участок окислительного слоя, при этом участок составляет менее 100%; и

указанный SCR-слой включает первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор, причем первый SCR-катализатор отличается от второго SCR-катализатора, и первый SCR-катализатор размещен на впускной стороне каталитического изделия относительно второго SCR-катализатора.

2. Каталитическое изделие по п. 1, в котором: (i) SCR-слой проходит от впускного конца в сторону выпускного конца; (ii) SCR-слой проходит от выпускного конца в сторону впускного конца; или (iii) SCR-слой проходит от впускного конца в сторону выпускного конца и от выпускного конца в сторону впускного конца.

3. Каталитическое изделие по п. 1, в котором первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор различаются по уровню загрузки SCR-катализатора.

4. Каталитическое изделие по любому из пп. 1-3, в котором уровень загрузки второго SCR-катализатора является более высоким, чем в первом SCR-катализаторе.

5. Каталитическое изделие по любому из пп. 1-4, в котором первый SCR-катализатор и второй SCR-катализатор содержат различные каталитические вещества.

6. Каталитическое изделие по любому из пп. 1-5, в котором окислительный слой включает первый катализатор окисления и второй катализатор окисления, причем первый катализатор окисления отличается от второго катализатора окисления, и первый катализатор окисления размещен на впускной стороне каталитического изделия относительно второго катализатора окисления.

7. Каталитическое изделие по п. 6, в котором первый катализатор окисления и второй катализатор окисления различаются по уровню загрузки катализатора окисления.

8. Каталитическое изделие по п. 6 или 7, в котором уровень загрузки катализатора окисления является более высоким во втором катализаторе окисления, чем в первом катализаторе окисления.

9. Каталитическое изделие по пп. 6, 7 или 8, в котором первый катализатор окисления и второй катализатор окисления содержат различные каталитические вещества.

10. Каталитическое изделие по любому из пп. 1-9, дополнительно включающее третье каталитическое покрытие, причем третье каталитическое покрытие проходит от выпускного конца в сторону впускного конца, и первое каталитическое покрытие содержит область, которая не покрыта вторым каталитическим покрытием или третьим каталитическим покрытием.

11. Каталитическое изделие по п. 10, в котором третье каталитическое покрытие включает SCR-катализатор, который отличается от SCR-катализатора во втором каталитическом покрытии.

12. Каталитическое изделие по любому из пп. 1-11, в котором SCR-зона покрывает 90% или менее осевой длины подложки.

13. Каталитическое изделие по любому из пп. 1-12, в котором окислительный слой дополнительно включает SCR-катализатор, и катализатор окисления и SCR-катализатор в окислительном слое присутствуют в виде смеси.

14. Выхлопная система, включающая каталитическое изделие по любому из пп. 1-13.

15. Газовая турбина, включающая выхлопную систему по п. 14.

16. Способ повышения степени конверсии монооксида углерода (СО) и углеводородов (HC) в выхлопном газе газовой турбины, причем способ включает приведение содержащего СО и HC выхлопного газа в контакт с каталитическим изделием по любому из пп. 1-13.