[发明专利]用于柴油应用的分区的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及具有分区的设计的氧化催化剂。更具体地，实施方案涉及包含在难熔金属氧化物载体上的Pt和Pd的分区的催化剂组合物，以及它们用于降低在柴油引擎系统内的一氧化碳和碳氢化合物排放的用途。

背景

贫燃引擎例如柴油引擎和贫燃汽油引擎的操作，为用户提供了出色的燃料燃烧效率，并且由于在燃料贫乏的条件下，他们的操作处于高的空气/燃料比，因此其具有气相碳氢化合物和一氧化碳的低排放。此外，根据它们的燃料燃烧效率、耐久性以及它们以低速产生高扭矩的能力，柴油引擎提供超过汽油引擎(火花点火)的显著的优点。

然而，从排放的角度来看，柴油引擎存在的问题比火花点火的引擎存在的问题严重。因为柴油引擎废气是不均匀的混合物，所以排放问题涉及颗粒物质(PM)、氧化氮(NO_X)、未燃的碳氢化合物(HC)，以及一氧化碳(CO)。

NO_X是用于描述氧化氮的多个化学物类的术语，尤其包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。NO令人关注，因为它被认为通过一系列在日光和碳氢化合物存在下的反应经历通常所说的光化学烟雾形成的过程，并且它是酸雨的显著贡献者。另一方面，NO₂具有作为氧化剂的高的可能性，并且是强的肺刺激物。

有效地减少来自贫燃引擎的NO_x是难于实现的，因为高的NO_x转化率通常需要富含还原剂的条件。排气流的所述NO_x组分的转化成无害的组分需要用于在贫燃条件下操作的专门的NO_x减排策略。

一个用于在来自贫燃引擎的所述排气流中的NO_x的减排此类策略使用NO_x存储还原(NSR)催化剂，其还被称为“贫燃NO_x捕集”(LNT)。所述贫燃NO_x捕集技术可以包括通过对此类氧化有效的催化金属组分的NO到NO₂的催化氧化，诸如贵金属。然而，在所述贫燃NO_x捕集中，当所述NO₂被吸附到催化剂表面时，NO₂形成之后是硝酸盐的形成。因此NO₂以硝酸盐的形式被“捕集”，即储存在催化剂表面上，并且随后通过在实现所释放的NO_x(硝酸盐)还原成N₂的富燃料燃烧条件下定期操作所述系统分解。

包含分散在难熔金属氧化物载体上的贵金属的氧化催化剂因在处理柴油引擎的废气以通过将这些污染物催化氧化成二氧化碳和水来转化碳氢化合物和一氧化碳气体污染物的使用而众所周知。此类催化剂通常被包含在被称为柴油氧化催化剂(DOC)的单元内，其被放置在从柴油驱动的引擎至它排到大气之前处理所述废气的废气流路线上。通常，所述柴油氧化催化剂在陶瓷衬底载体或金属衬底载体(诸如，例如，流过式整体载体)上形成，一种或多种催化剂涂层组合物沉积在它上面。除微粒物质的气态HC、CO和可溶的有机部分(SOF)的转化之外，含有铂族金属(其通常分散在难熔氧化物载体上)的氧化催化剂促进一氧化氮(NO)氧化成NO₂。

用于处理内燃机引擎的所述废气的催化剂在相对低的温度操作期间不太有效，诸如引擎操作的开始冷启动期间，因为引擎废气不处于足以在所述废气中的有害组分的有效催化转化的足够高的温度。

包含分散在难熔金属氧化物载体上的铂族金属(PGM)的氧化催化剂因在处理柴油引擎的废气排放中使用而众所周知。在DOC中在贫燃条件并且在燃料硫的存在下高温熟化后，铂Pt是用于氧化CO和HC的有效金属。另一方面，富钯Pd柴油催化氧化催化剂通常显示更高的用于CO和HC的氧化的点火温度，特别当用于处理含高含量的硫(来自高含硫燃料)或当以HC存储材料的形式使用时。用于特殊组分的“点火”温度是50％的该组分反应的温度。含Pd的DOC可以抑制Pt转化HC和/或氧化NO_x的活性，并且还可以使催化剂更容易硫中毒。这些特性通常已经阻止富Pd氧化催化剂在贫燃操作中的使用，特别是对于在大多数驱动条件下引擎温度保持低于250℃的轻型柴油应用。