[發(fā)明專利]用于柴油應(yīng)用的分區(qū)催化劑

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080014918.1
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN102387856A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·B·霍克;J·C·德特蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 巴斯夫公司
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J23/42;B01J37/025;B01D53/94;F01N3/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 彭立兵;林柏楠

相關(guān)申請的交叉引用

根據(jù)35USC§119(e)，本發(fā)明要求享有第61/167,575號美國臨時申請的優(yōu)先僅，其通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施方案涉及分區(qū)設(shè)計的氧化催化劑。更具體地，實施方案涉及包含耐火金屬氧化物負(fù)載體(例如含Ce負(fù)載體)中的Pt和Pd的分區(qū)催化劑配方，及其減少柴油發(fā)動機和高級燃燒柴油發(fā)動機系統(tǒng)中的一氧化碳和烴的用途。

背景技術(shù)

稀薄燃燒發(fā)動機(例如柴油發(fā)動機和稀薄燃燒汽油發(fā)動機)的運行為用戶節(jié)約了燃料，并且由于其在燃料稀薄的條件下以高空氣/燃料比率運行，與火花點火化學(xué)計量比汽油發(fā)動機(spark-ignited?stoichiometric?gasoline?engine)相比，其排放的氣態(tài)烴和一氧化碳顯著較少。柴油發(fā)動機的排放物包括顆粒物質(zhì)(PM)、氮氧化物(NO_x)、未燃烴(HC)和一氧化碳(CO)。NO_x是用于描述多種化學(xué)類型的氮氧化物的術(shù)語，其中包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。

用于處理柴油發(fā)動機廢氣和汽油發(fā)動機廢氣的催化劑系統(tǒng)之間存在很多差異。這兩種發(fā)動機類型和其運行之間的一個顯著差異是汽油發(fā)動機是火花點火式并且在理論空燃比中運行，柴油發(fā)動機是壓縮點火式發(fā)動機，其在空氣大大過量的條件下運行。這兩種類型的發(fā)動機的排放物非常不同并且需要完全不同的催化劑方案。由于柴油發(fā)動機中形成大量的NO_x和顆粒排放物，通常柴油發(fā)動機排放物的處理比汽油發(fā)動機排放物的處理更為復(fù)雜。

廢氣顆粒物質(zhì)的兩個主要組分是可溶性有機成分(SOF)和煙灰成分(煙灰過濾器)。SOF在煙灰上凝結(jié)成層，其來源于未燃燒的柴油燃料和潤滑油。根據(jù)廢氣的溫度，SOF在柴油廢氣中可以以氣態(tài)或者液態(tài)(液體冷凝物的小液滴)存在。煙灰主要由碳顆粒組成。由于顆粒微小，柴油廢氣的顆粒物質(zhì)極易吸入，這在較高暴露水平下造成健康危脅。此外，SOF含有多環(huán)芳香烴，其中一些是疑似致癌物。

利用最先進燃燒技術(shù)(例如均質(zhì)充量壓燃(Homogeneous?Charge?Compression?Ignition(HCCI))的柴油發(fā)動機通過點火前使發(fā)動機氣缸內(nèi)部燃燒火焰的溫度降低和增加燃料供給的一致性和混合度，將能夠減少排放到發(fā)動機外的NO_x和顆粒物質(zhì)(PM)。與傳統(tǒng)柴油發(fā)動機排放的廢氣相比，通常進行任何處理前所排放的廢氣含有顯著減少的顆粒物質(zhì)和NO_x。在一些情況下，這種先進燃燒柴油發(fā)動機排放的NO_x比傳統(tǒng)柴油發(fā)動機排放的NO_x少2至3倍。但是，在將燃燒過程轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的NO_x和PM排放的過程中，CO和烴(HC)排放的總量將增加，所形成的HC的性質(zhì)將發(fā)生變化(例如可能產(chǎn)生更多的甲烷)，并且廢氣溫度較低。在一些情況下，先進燃燒柴油發(fā)動機的CO和HC排放量比傳統(tǒng)柴油發(fā)動機的CO和HC排放量高50％至大約100％。由于這些廢氣特性對現(xiàn)有柴油排放催化制品技術(shù)提出了重大挑戰(zhàn)，需要新的催化劑配方，以符合日益嚴(yán)格的規(guī)章制度，例如Euro?6和US?Tier?2Bin?5。

已知利用包含事先涂于耐火金屬氧化物負(fù)載體上的貴金屬的氧化催化劑來處理柴油發(fā)動機的廢氣，以通過將烴和一氧化碳?xì)怏w污染物氧化成為二氧化碳和水而使這些污染物轉(zhuǎn)化。這種催化劑通常包含于被稱為柴油氧化催化劑(DOC)或者更簡單地被稱為催化轉(zhuǎn)化劑或催化劑中，所述催化劑置于柴油動力系統(tǒng)的廢氣流通道中，以在廢氣排向大氣前將其處理。通常柴油氧化催化劑形成于陶瓷或者金屬基材的載體上(例如如本文中下面所描述的流通式單片載體)，所述載體上沉積一種或者多種催化劑洗涂層復(fù)合物。除了使氣態(tài)HC和CO排放物以及顆粒物質(zhì)(SOF成分)轉(zhuǎn)化之外，含有鉑族金屬(通常涂于耐火氧化物負(fù)載體上)的氧化催化劑促進一氧化氮(NO)氧化為NO₂。