[發明專利]具有改進的水熱穩定性的催化劑

在審

• 申請號: 201580045670.8
• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN106794447A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 薛文梅;魏昕熠;M·希爾真多夫;P·伯克
• 申請（專利權）人: 巴斯夫公司
• 主分類號: B01J21/04
• 分類號: B01J21/04;B01J23/02;B01J23/40;B01D53/86
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 李穎,林柏楠

技術領域

本發明涉及排氣凈化催化劑及其使用方法。本發明更特別涉及耐熱老化的催化劑和使用該材料的方法。該排氣凈化催化劑可用于處理排氣料流，尤其是由稀燃發動機排放的那些。

背景

稀燃發動機，例如柴油機和稀燃汽油機的運行為使用者提供優異的燃料經濟性并由于它們在稀燃料條件下在高空/燃比下運行而具有氣相烴和一氧化碳的低排放。另外，柴油機在其燃料經濟性、耐久性及其在低速下產生高扭矩的能力方面提供優于汽油(火花點火)發動機的顯著優點。

但是，從排放物的角度看，柴油機存在比它們的火花點火對手更嚴重的問題。由于柴油機排氣是多相混合物，排放問題涉及顆粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)、未燃烴(HC)和一氧化碳(CO)。

必須減少來自稀燃發動機的氮氧化物(NO_x)排放以符合排放法規標準。傳統三效轉化(TWC)汽車催化劑適用于消除在等于或接近化學計量空燃比條件下運行的發動機的排氣中的NO_x、一氧化碳(CO)和烴(HC)污染物。產生化學計量條件的確切空燃比隨燃料中碳和氫的相對比例而變。14.65:1的空燃比(A/F)(空氣重量/燃料重量)是與平均化學式為CH_l.88的烴燃料，如汽油的燃燒對應的化學計量比。因此使用符號λ代表將給定燃料的特定A/F比除以化學計量A/F比的結果，因此λ＝1是化學計量混合物，λ>1是稀燃混合物，且λ<1是富燃混合物。

作為燃料經濟性措施，發動機，尤其是用于客車等的以汽油為燃料的發動機正設計成在稀燃條件下運行。這樣的未來發動機被稱作“稀燃發動機”。也就是說，向這樣的發動機供應的燃燒混合物中的空燃比保持在化學計量比以上以使所得排氣“稀”，即該排氣的氧含量相對較高。盡管稀燃發動機提供先進的燃料經濟性，但它們的缺點在于由于排氣中的氧氣過量，傳統TWC催化劑不能有效減少來自此類發動機的NO_x排放。克服這一問題的嘗試包括使用NO_x捕集器。此類發動機的排氣通過催化劑/NO_x吸附劑來處理，該催化劑/NO_x吸附劑在稀燃(富氧)運行期間儲存NO_x并在富燃(富燃料)運行期間釋放所儲存的NO_x。在富燃(或化學計量)運行期間，該催化劑/NO_x吸附劑的催化劑組分促進NO_x通過NO_x(包括從NO_x吸附劑中釋放的NO_x)與排氣中存在的HC、CO和/或氫的反應還原成氮。

在還原環境中，稀燃NO_x捕集器(LNT)通過促進烴的蒸汽重整反應和水煤氣變換(WGS)反應而活化反應以提供H₂作為還原劑以消除NO_x。水煤氣變換反應是其中一氧化碳與水蒸氣反應形成二氧化碳和氫氣的化學反應。LNT中的二氧化鈰的存在催化WGS反應，來改進LNT對SO₂減活化作用的耐受性并穩定PGM；LNT中的二氧化鈰也充當NO_x儲存組分。

已經報道了包含固定到二氧化鈰(CeO₂)上的鋇(BaCO₃)的NO_x儲存材料，并且這些NO_x材料已表現出改進的熱老化性質。但是，二氧化鈰在高溫下水熱老化時發生嚴重燒結。該燒結不僅造成低溫NO_x儲存容量和WGS活性降低，還造成BaCO₃和PGM被本體(bulk)CeO₂包封。因此，需要水熱穩定的含二氧化鈰的催化劑。

概述

本發明的第一方面的實施方案涉及一種催化劑。在第一實施方案中，所述催化劑包含具有以按氧化物計大約20％至大約80％的粒子重量百分比存在的二氧化鈰相的二氧化鈰-氧化鋁粒子、負載在所述二氧化鈰-氧化鋁粒子上的堿土金屬組分，其中CeO₂以水熱穩定并具有在N₂中的2％O₂和10％蒸汽中在950℃下老化5小時后小于的平均微晶粒度的微晶形式存在。

在第二實施方案中，改進了第一實施方案的催化劑，其中所述堿土金屬組分包含鋇組分。

在第三實施方案中，改進了第二實施方案的催化劑，其中所述鋇組分選自氧化鋇和碳酸鋇。