[发明专利]包括镍基催化剂的废气处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于减少来自车辆废气的一氧化碳、烃排放物以及氮氧化物(NO_x)的镍基催化剂的制备和使用，更具体地，涉及用于车辆后处理系统中为一氧化碳和烃的氧化以及氮氧化物的还原提供补充的氧气储存能力的镍基催化剂。

背景技术

近年来，美国政府法规已经对来自车辆发动机废气的一氧化碳(CO)、烃(HC)和氮氧化物(NO_x)排放物做出了限制。这已经使得在以汽油为动力的车辆中使用催化剂成为必要，其中催化剂发挥作用以促进HC和CO的氧化反应以及NO_x的还原。这种催化剂被典型地称为三效转化(TWC)催化剂，因为它们在将NO_x还原成氮气的同时，将CO和HC同时氧化为CO₂和水。三效转化催化剂通常包括具有氧气储存能力(OSC)的材料，即在高空气/燃料比(浓)下提供氧化废气中的一氧化碳和烃所需的额外氧气的材料。在随后的低空气/燃料比(稀)运行的过程中，废气中过量的氧气再补充在先前浓运行中使用的OSC材料的耗尽的氧气，这加强了废气流中的NO_x的全面还原。

目前，OSC材料典型地包含铈基氧化物，如二氧化铈(CeO₂)、铈-锆复合氧化物(Ce_xZr_yO₂)以及铈-镨复合氧化物(Ce_xPr_yO₂)。然而，在一些具有长时间且高空气/燃料比行程的车辆运行中，传统的铈基氧化物不产生氧化HC和CO所需的充足的氧气量。

因此，本领域需要一种提供氧气储存能力以满足减少来自车辆废气的一氧化碳、烃排放物以及氮氧化物所需要的氧气的催化剂。

发明内容

本发明的实施例通过提供镍基催化剂满足了以上需要，其中镍基催化剂为稀-到-浓转变过程中的一氧化碳和烃的氧化以及浓-到-稀转变过程中的氮氧化物的还原提供了补充的氧气储存能力。镍基催化剂还通过催化的水-气-转化(WGS)以及氧气储存能力耗尽之后的水蒸汽重整操作提供了一氧化碳和烃的去除。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于减少来自车辆废气的一氧化碳和烃排放物的催化剂，该催化剂包含直接置于载体上的镍基催化剂，其中载体与镍不发生反应。“与镍不发生反应”，意思是载体不含有如任何过渡型氧化铝的材料，这种材料会与镍不利地发生反应而形成铝酸镍，并且降低它的功能或引起镍催化剂的失活。

载体优选包含选自由氧化锆、堇青石、碳化硅、硅胶以及非反应性氧化铝组成的群组的材料。“非反应性氧化铝”，意思是一种类型的氧化铝，如δ型氧化铝(delta alumina)，其不会与镍负面地发生反应而降低它的功能。载体可以采用蜂窝基体的形式或者采用粉末的形式。如果载体采用蜂窝基体的形式，则镍直接担载在蜂窝上。在载体采用粉末的形式的实施例中，担载镍的载体粉末可以涂敷在陶瓷或金属蜂窝上。

镍基催化剂以约2％至约20％重量百分比之间的担载量包含在载体上，并且优选地，担载量为约8％至约15％重量百分比之间。

在一个实施例中，催化剂还包括提供为镍基催化剂之上的独立层的三效催化剂。该三效催化剂优选包括选自由铂、钯或铑组成的群组的贵金属。在一个实施例中，该三效催化剂还包括选自氧化锆、氧化铈、氧化铝、氧化镨、氧化镧以及氧化钡的催化剂助剂。

在一个实施例中，镍基催化剂还包括选自由铂、钯、铑、铜、铬、锰以及钴组成的群组的催化剂助剂。

在本发明的另一实施例中，提供了一种用于减少来自车辆废气的一氧化碳、烃排放物以及氮氧化物的催化剂，该催化剂包含担载在载体上的约2％至约20％重量百分比的镍，其中载体与镍不发生反应。

在本发明的另一实施例中，提供了一种车辆废气处理系统，其包含位于车辆的废气通道中的镍基催化剂，其中催化剂直接置于与镍不发生反应的载体上。

在一个实施例中，废气处理系统还包括镍基催化剂上的三效催化剂。在另一实施例中，处理系统还包括密偶催化剂，其中镍基催化剂位于密偶催化剂的下游。

在另一实施例中，废气处理系统还包括底部催化剂，其中镍基催化剂位于底部催化剂的上游。

在另一实施例中，废气处理系统包括密偶催化剂以及位于密偶催化剂下游的底部催化剂，其中镍基催化剂位于底部催化剂的下游。