[發明專利]柴油汽車尾氣凈化催化劑及制備方法和凈化裝置

有效

• 申請號: 201110451371.8
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102489322A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 陳德茂;劉奇;劉慶賓;翟步英;陽浩;張登友;薄新維;楊曉亮
• 申請（專利權）人: 重慶材料研究院
• 主分類號: B01J27/224
• 分類號: B01J27/224;B01J23/89;B01D53/94;B01D53/56;B01D53/62;B01D53/72;F01N3/28
• 代理公司: 重慶志合專利事務所 50210
• 代理人: 胡榮琿

技術領域

本發明涉及一種柴油汽車尾氣凈化催化劑及制備方法和凈化裝置。

背景技術

柴油車尾氣具有復雜的化學組成，且隨著發動機的工況變化，尾氣組成也顯著不同，其排放的污染物中含有碳煙顆粒物(PM)、烴類(HC)、CO和NOx等。因為尾氣中O₂含量較高，故HC和CO排放量較少，一般只有汽油機的1/10，NOx排放量與汽油機大致相同，而PM的排放量約為汽油機的幾十倍。

隨著全球乘用柴油車產量的不斷擴大，柴油車的尾氣排放問題引起了社會的廣泛關注，尤其是2005年歐IV排放標準實施以來，柴油車后處理技術得到了快速發展，歐美國家幾乎所有柴油機廠家均采用了氧化型催化轉換器(DOC)，該催化轉換器主要由單γ-Al₂O₃涂層負載貴金屬活性組分構成，其中γ-Al₂O₃粒度在0.9～0.28mm之間，對柴油車尾氣中的HC、CO等具有一定的凈化效果，但不能有效凈化尾氣中的顆粒物，由此柴油車顆粒物過濾系統(DPF)得到了廣泛應用，該項技術主要集中在對過濾材料和過濾體再生兩個方面，如碳化硅壁流式過濾體、堇青石壁流式蜂窩陶瓷、新型的金屬型過濾體以及鈦酸鋁材料等，其中代表性單位有雪鐵龍公司、Tohnson?Mat?they公司以及Engelhard公司等，它們在過濾材料及過濾體再生等關鍵技術上取得了突破并得到成功應用。同時進行柴油車尾氣凈化處理研究的還有美國的埃索公司、法國的道達爾菲納-埃爾夫公司、英國的BP石油公司等，它們利用γ-Al₂O₃-La₂O₃涂層負載V₂O₅/TiO₂作催化劑，依靠NH₃或尿素對NOx化合物的選擇性還原(SCR)來實現NOx化合物的凈化，該技術取得了較大突破，并有望達到歐V尾氣排放標準。以上技術對凈化柴油車尾氣中某些特定的有害氣體具有良好效果，但不能同時去除尾氣中的HC、CO、NOx和PM。近年來，歐洲和日本的許多大型汽車公司都在進行能同時減少HC、CO、NOx和PM的多功能四效催化處理技術，如英國的Johnson?Matthey公司開發了一種SCRT系統，它由CRT(連續再生技術)顆粒物過濾和NO選擇性催化還原(SCR)技術結合而成，可降低PM和NOx排放的75％～90％，對CO和HC也有好的凈化效果。日本豐田汽車公司開發了一種柴油機尾氣四效催化的DPNR技術，該技術是配有最新的共軌、電子控制燃料噴射技術直噴柴油機的PM、NOx、HC和CO排放同時凈化的一種新途徑，在操作的初始階段，DPNR的PM和NOx轉化率大于80％。這些技術的共同特點是催化轉化器的效率較高，但是容易被硫中毒，需要使用低硫燃料和加裝硫吸附脫除設備。

近年來，國內在單一四效凈化催化劑研究方面取得了積極進展，如中科院生態環境研究中心開發了一種在含SO₂氣氛下能選擇性去除HC、CO和NO_x的催化體系，主要包括多孔無機物載體和貴金屬Pt、Au和Ag等，NO_x的轉化率最高超過90％，但是對PM的消除非常有限。中國石油大學(專利號為200710307416.8，名稱為：同時消除柴油機尾氣四種污染物的組合催化劑和凈化方法)公開了一種在不同比表面的Al₂O₃上負載鈣鈦礦復合氧化物La_0.8K_0.2MnO₃催化劑，該催化劑對于CO和碳顆粒的燃燒活性較好，起燃溫度顯著降低，生成CO₂的選擇性高于95％，烴類在較低溫度下的轉化率為90％，但是對NO選擇還原為N₂的催化性能還有待進一步提高。目前國內柴油車尾氣凈化器產品總的來說技術還比較落后，無法滿足國IV及以上柴油車尾氣排放標準要求。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種柴油汽車尾氣凈化催化劑，所述催化劑和裝置采用DOC與CDPF組合技術，通過前端DOC將尾氣中的HC、CO以及PM中的有機物(SOF)氧化去除，同時將NO轉化為還原性更強的NO₂，以利于NO₂與C的反應，達到去除NO的目的，同時降低C的燃燒溫度，依靠柴油車自身溫度實現微粒過濾器的再生，具有凈化效率高，使用方便等特點。

柴油汽車尾氣的凈化催化劑的技術方案是：