[发明专利]三元催化转化器

说明书

本发明涉及一种用于减少汽油驱动的内燃机的有害废气组分的三元催化转化器，并涉及相应的废气净化方法。所述催化转化器的特征在于其中储氧材料特别不均匀的分布。

说明书

本发明涉及一种用于减少汽油动力内燃机的有害废气组分的三元催化转化器(TWC)，并涉及相应的废气净化方法。该催化转化器的特征在于其中储氧材料特别不均匀的分布。

内燃机的废气通常含有有害气体一氧化碳(CO)和烃类(HC)、氮氧化物(NO_x)和可能的硫氧化物(SO_x)以及颗粒物，所述颗粒物主要包括烟尘残留物和可能附着的有机附聚物。CO、HC和颗粒物是由于发动机燃烧室内燃料不完全燃烧产生的。当燃烧温度在局部超过1000℃时，进气中的氮气和氧气会在气缸内反应生成氮氧化物。非合成燃料中总是存在少量的有机硫化合物，而有机硫化合物的燃烧会生成硫氧化物。为了去除机动车辆废气中这些对健康和环境有害的排放物，人们已经开发了大量用于净化废气的催化技术，其基本原理通常基于引导需要净化的废气通过由涂有催化活性涂层的蜂窝状体组成的催化转化器。这种催化转化器可促进不同废气组分之间的化学反应，同时形成无害产物，如二氧化碳(CO₂)和水。

根据要净化的废气组合物和预期废气温度水平，所使用的操作方式和催化转化器的组合物可以显著不同。许多用作催化活性涂层的组合物包含下述组分：在一定的操作条件下，一种或多种废气组分可以被暂时束缚，而当操作条件发生适当改变时，该组分可被重新有意地释放。具有这种能力的组分在下文通常被称为存储材料。

例如，三元催化转化器中的储氧材料用于去除汽油发动机(奥托发动机)废气中的CO、HC和NO_x，其中该发动机通过按化学计量平均的空气/燃料混合物来操作。众所周知的储氧材料是铈和锆的混合氧化物，其中可能掺杂有另外的氧化物，特别是掺杂有稀土金属氧化物，如氧化镧、氧化镨、氧化钕或氧化钇(Autoabgaskatalysatoren,Grundlagen-Herstellung-Entwicklung-Recycling-Christian Hagelüken,2nd Edition,2005,p.49(Autoabgaskatalysatoren，Grundlagen-Herstellung-Entwicklung-Recycling-Christian Hagelüken，第二版，2005年，第49页)；Catalytic AirPollution Control,Commercial Technology,R.Heck et al.,1995,p.73-112(催化空气污染控制，《商业技术》，R.Heck等人，1995年，第73-112页))。

在现代汽油发动机中，包含储氧材料的三元催化转化器是在涉及空气/燃料比率λ不连续累进的条件下进行操作的。所述条件包括空气/燃料比率λ以限定的方式发生的周期性变化以及由此产生的废气氧化还原条件的周期性变化。在这两种情况下，空气/燃料比率λ的这种变化对于废气净化的效果都是关键。为此，将废气的λ值调节为具有很短的循环时间(约0.5至5赫兹)，并且在λ值＝1时具有0.005≤Δλ≤0.05的振幅Δλ(还原和氧化的废气组分彼此之间呈化学计量关系)。由于车辆的动态发动机操作，会出现偏离这种条件的情况。为了不使上述情况在废气流过三元催化转化器时对废气净化效果产生负面影响，催化转化器中包含的储氧材料会通过从废气中吸收氧气，并根据需要将氧气释放到废气中的方式在一定程度上抵消这些偏差(Catalytic Air Pollution Control,CommercialTechnology,R.Heck et al.,1995,p.90(催化空气污染控制，《商业技术》，R.Heck等人，1995年，第90页))。

对于减少内燃机排放物的不断增长的需求，需要催化转化器不断地更进一步发展。这样做时，催化转化器的温度稳定性以及，汽油发动机的主要废气组分如烃类、一氧化碳和氮氧化物减少的程度无疑是特别重要的，此外用于转化污染物的催化转化器的启动温度也很重要。