[发明专利]用于稀燃发动机排气中氨氧化的催化剂材料

说明书

技术领域

本技术领域总体涉及处理稀燃发动机所产生的排气的排气后处理系统，更特别地，涉及可用于氧化氨的催化剂材料，尤其是有助于防止氨逃逸到大气中。

背景技术

向例如柴油发动机和某些火花点火发动机的稀燃发送机供给并燃烧空气和燃料(富氧混合物)的稀混合物以实现更有效的燃油经济性。这些发动机的稀燃操作周期中排放的排气包括相对高含量的氮气(N₂)和氧气(O₂)，相对低含量的一氧化碳(CO)和未燃烧的/部分燃烧的碳氢化合物(HC′s)，可能的一些悬浮颗粒物质(即在柴油发动机内)，和少量的主要包括NO和NO₂(共同称为NO_x)的氮氧化物。排气中的NO_x组可在约50和约1500ppm之间波动，通常包括远高于NO₂量的NO以及极少量的N₂O。热的发动机排气的温度可达到高达约900℃，经常需要在排放到大气之前进行处理。

排气后处理系统可同稀燃发动机联合，用以帮助去除有害的气体排放物和可能存在于稀燃发动机排气中的颗粒物质。排气后处理系统可配置为从稀燃发动机接收排气流，并且通常期望配合地(1)氧化CO为二氧化碳(CO₂)，(2)氧化碳氢化合物为CO₂和水(H₂O)，(3)转化NO_x气体为氮气(N₂)和O₂，和(4)过滤掉或用其它方式破坏任何悬浮颗粒物质。已经设计出多种使用专门催化组分的排气后处理系统布置方式，并能够充分促进这些反应，由此，排放到环境中的排气包括更多的合乎需要的化学组成。

很多排气后处理系统设计的正常操作可导致氨(NH₃)进入到排气流中。例如，一些排气后处理系统设计故意向排气流中引入可控量的NH₃作为还原剂在选择性催化还原(SCR)催化剂上将NO_x还原为N₂。可以使用直接向排气流中注入NH₃或NH₃的前体(即尿素)的计量系统来向SCR催化剂提供NH₃。氨也可被动地由排气流中所固有的NO_x产生，通过周期性地循环富空气/燃料混合物到稀燃发送机，并输送所得的发动机排气通过紧密耦合三元催化剂(TWC)。产生的NH₃可随后存储在下游的SCR催化剂上，并在稀燃发动机燃烧稀空气/燃料混合物时消耗掉。作为另一个实施例，其它排气后处理设计系统，可包括一个或多个稀NO_x捕集器(LNT)，有时不得不进行再生并脱硫，由此可导致将NH₃引入到排气流中。

净化氧化催化剂常常包括位于或靠近排气后处理系统的末端，以氧化任何残留的NH₃和可能以其它方式排放到大气中的其它的气体排放物。设法通过排气后处理系统的氨通常称作“氨逃逸”。排气后处理系统的这个特殊关头所使用的净化氧化催化剂习惯上表现为散布于高表面积支撑材料，例如氧化铝，之上的约5至10g/ft³的铂族金属(PGM’S)。大部分的或全部的净化氧化催化剂的PGM负载通常为铂，尽管如果需要，也可包括少量的钯和铑。蜂窝状流道整块结构可以在数百至数千个平行的流道单元承载净化氧化催化剂，以确保在排气流和净化氧化催化剂之间充分的接触。

PGM通常用于制备净化氧化催化剂，但是，它们非常昂贵，并且已经发现在一些情况中，当暴露于相对高温的发动机排气中时显示出不良的热耐久性。PGM基净化氧化催化剂的N₂选择性也同样受到热老化和温度波动和排气流化学组成的影响。这些作用于N₂选择性的影响也会使得净化氧化催化剂将NH₃氧化为NO_X-而不是N₂-以不能接受的高速率，并由此降低了排气后处理系统的总NO_X转化效率。

发明内容