[發明專利]包含金屬纖維氈基質的催化和吸著制品

在審

• 申請號: 201780080682.3
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN110114140A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: O·伊利尼奇;S·A·羅斯;J·霍克
• 申請（專利權）人: 巴斯夫公司
• 主分類號: B01J35/06
• 分類號: B01J35/06;B01J23/86;B01J20/28;B01J20/02;F01N3/20
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 唐秀玲;林柏楠

描述了包含金屬纖維氈的催化和/或吸著制品，金屬氈具有金屬纖維束和空隙及設置在金屬纖維上和空隙內的催化劑組合物和/或吸著劑組合物。這種制品可以非常有效地減少來自內燃機的廢氣流中的污染物。

發明領域

本發明涉及用于處理內燃機廢氣的功能制品，例如催化和/或吸著制品。本發明還涉及制備和使用這種功能制品的方法以及使用這種制品的廢氣處理系統。

背景技術

稀燃發動機，例如柴油發動機，由于它們在稀燃料條件下以高空氣/燃料比運行，因此為用戶提供了極好的燃料經濟性。然而，柴油發動機導致廢氣排放物含有顆粒物質(PM)，未燃燒的烴(HC)，一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)，其中NO_x描述氮氧化物的各種化學物質，尤其包括一氧化氮和二氧化氮。廢顆粒物質的兩種主要成分是可溶性有機成分(SOF)和煙灰成分。SOF分層凝結在煙灰上且通常來自未燃燒的柴油燃料和潤滑油。取決于廢氣的溫度，SOF可以作為蒸氣或氣溶膠(即液體冷凝物的細小液滴)存在于柴油機廢氣中。煙灰主要由碳顆粒組成。

包含分散在難熔金屬氧化物載體如氧化鋁上的貴金屬如鉑族金屬(PGM)的氧化催化劑已知用于處理柴油發動機的廢氣以轉化烴和一氧化碳氣態污染物，通過催化這些污染物氧化成二氧化碳和水。這種催化劑通常包含在稱為柴油氧化催化劑(DOC)的單元中，其被放置在柴油動力系統的廢氣流路中，以在廢氣排放到大氣之前處理廢氣。通常，這種柴油氧化催化劑形成在陶瓷或金屬基質上，在其上沉積一種或多種催化劑涂料組合物。除了轉化氣態HC和CO排放物和顆粒物質(SOF部分)之外，含有PGM的氧化催化劑還促進NO氧化成NO₂。催化劑通常由它們的熄燈溫度或達到50％轉化時的溫度定義，也稱為T50。

鉑(Pt)仍然是在硫存在下氧化DOC中的CO和HC的最有效的鉑族金屬。在稀燃條件下高溫老化之后，將Pd添加到Pt基DOC中可能是有利的，因為Pd使Pt在高溫下燒結時穩定。使用鈀(Pd)基催化劑的主要優點之一是與Pt相比Pd的成本更低。然而，沒有Pt的Pd基DOC通常顯示出氧化CO和HC的更高的熄燈溫度，尤其是當與HC儲存材料一起使用時，可能導致HC和/或CO熄燈的延遲。因此，必須注意設計催化劑以最大化正相互作用，同時最小化負相互作用。

用于處理內燃機廢氣的催化劑在相對低溫操作期間(例如發動機運行的初始冷啟動期)有效性較低，因為發動機廢氣溫度不足夠高以有效催化轉化廢氣中的有害成分。為此，本領域已知包含吸附劑材料，其可以是沸石，作為催化處理系統的一部分，以吸附氣態污染物，通常是烴，并在初始冷啟動期間保留它們。隨著廢氣溫度升高，吸附的烴從吸附劑趕走并在較高溫度下經受催化處理。

減少稀燃發動機如汽油直噴和部分稀燃發動機，以及柴油發動機廢氣中NO_x的一種有效方法，需要在稀燃發動機運行條件下捕集和儲存NO_x并減少在化學計量或濃混合氣發動機運行條件下或在稀燃發動機運行下(其中外部燃料噴射到廢氣中以誘導濃燃條件)捕集的NO_x。稀混合氣運行循環通常在1分鐘至20分鐘之間，濃混合氣運行循環通常較短(1至10秒)以保持盡可能多的燃料。為了提高NO_x轉化效率，短而頻繁的再生有利于長時間但不太頻繁的再生。因此，稀NO_x捕集催化劑通常必須提供NO_x捕集功能和三效轉化功能。

一些稀NO_x捕集(LNT)系統包含堿土元素。例如，NO_x吸著劑組分包含堿土金屬氧化物，例如Mg、Ca、Sr或Ba的氧化物。其他稀LNT系統可包含稀土金屬氧化物，例如Ce、La、Pr或Nd的氧化物。NO_x吸著劑可以與鉑族金屬催化劑例如分散在氧化鋁載體上的鉑組合使用，用于催化NO_x氧化和還原。LNT催化劑在循環稀(捕集模式)和濃(再生模式)廢氣條件下運行，在此期間發動機輸出NO轉化為N₂。