[发明专利]用于处理压缩点火发动机废气的催化型烟灰过滤器

说明书

发明领域

本发明涉及用于压缩点火发动机的催化型烟灰过滤器，该催化型烟灰过滤器包括位于过滤性基底上的氧化催化剂，和涉及包括该催化型烟灰过滤器的排气系统，涉及包括该排气系统的压缩点火发动机和包括该排气系统的车辆。本发明还涉及该催化型烟灰过滤器的用途和处理来自于压缩点火发动机的废气的方法。

发明背景

通常，存在着四类被全球政府间组织立法控制的污染物：一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)、氮的氧化物(NO_x)和颗粒物质(PM)。随着对于来自车辆发动机废气的可允许排放污染物的排放标准变得日益收紧，需要提供改进的催化剂，其能够满足这些标准，并且成本有效。

对于压缩点火发动机例如柴油发动机来说，催化型烟灰过滤器(CSF)典型地被用于处理这种发动机产生的废气。CSF通常催化(1)一氧化碳(CO)到二氧化碳(CO₂)的氧化，(2)HC到二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)的氧化，和(3)从该废气过滤的PM的氧化。两个最重要的PM氧化反应是二氧化氮(NO₂+C→NO+CO)和氧(O₂+2C→2CO或者O₂+C→CO₂)的氧化。用于前者反应的NO₂来源是发动机本身和在包含柴油氧化催化剂(DOC)的上游基底整料上或者在该过滤器催化剂本身上氧化的一氧化氮(也存在于废气中)。用于压缩点火发动机例如柴油发动机，特别是轻型柴油车辆的废气温度相对低(例如约400℃)，和因此一个挑战是开发具有低的“点火”温度的耐久的CSF催化剂配方。

氧化催化剂例如CSF和DOC的活性经常在它们的“点火”温度方面来度量，其是该催化剂开始进行具体的催化反应或者进行该反应到某个水平的温度。通常，“点火”温度在反应物的具体转化率水平方面给出，例如一氧化碳的转化率。因此，T₅₀温度经常称作“点火”温度，因为它代表了催化剂以50％的效率催化反应物的转化率时的最低温度。

低排放区(LEZ)是沿着欧洲例如柏林、伦敦、斯德哥尔摩、埃因霍恩等的区域或者道路，其中大部分污染性车辆被限制进入(参见http://www.lowemissionzones.eu/what-are-lezs？showall＝1&limitstart＝)。有日益增加的证据证明差的空气质量是有害健康和平均寿命的。二氧化氮被认为对健康具有短期和长期二者的影响。它影响了肺功能和暴露出增强了过敏个体对于过敏原的响应。已经提出了二氧化氮对于健康的明显影响可以归因于颗粒或者它的颗粒组合。NO₂还会导致引起光化烟雾的反应。欧盟空气质量标准(对欧盟成员国有约束)设定了用于保护人类健康的极限值。对于NO₂等的欧盟空气质量标准是从2010年1月1日设定为平均200μg/m³(105ppb)/1小时时间，日历年不超过>18倍；和每个日历年平均40μg/m³(21ppb)。

所以本领域需要排气系统，其避免或者减少NO₂向大气的排放，特别是用于进入LEZ的车辆。它们可以包括工厂安装排气系统和改装现有车辆的系统。

WO00/34632公开了一种用于处理柴油发动机废气的系统，其包括有效氧化烃的第一催化剂，有效将NO转化成NO₂，捕集颗粒，在其上颗粒可以在NO₂中燃烧的第二催化剂。第一催化剂可以是铂，其分散在二氧化铈或者掺入了二氧化铈的金属氧化物活化涂层上。该例子解释了：“很显然一旦HC(用C₃H₆代表)已经在第一氧化步骤中除去，则可以更完全地进行NO向NO₂的氧化”。

用于氧化压缩点火发动机排放的废气中的一氧化碳(CO)，烃(HC)和有时候还有氮的氧化物(NO_x)的催化剂通常包含至少一种铂族金属，例如铂或钯。铂在催化压缩点火发动机废气中的CO和HC的氧化方面的活性大于钯，并且通常避免在这种催化剂中包含钯，这是因为它易于硫中毒。但是，超低硫燃料的使用，钯相对于铂的成本和催化剂耐久性的改进(其可以通过包含钯来获得)已经使得含钯的催化剂配方，特别是包含钯和铂二者的配方变得有利。