[发明专利]具有HC氧化能力的与非PGM型催化剂组合的PGM催化剂

说明书

本发明涉及柴油氧化催化剂，其包含基材以及含第一层和第二层的载体涂层，其中基材具有基材长度、前端和后端，所述载体涂层包含：第一层，其含有第一种金属氧化物并含有负载于金属氧化物载体材料上的铂族金属；第二层，其含有第二种金属氧化物，并含有钒的氧化化合物、钨的氧化化合物和沸石材料中的一种或多种，其中沸石材料含有Fe和Cu中的一种或多种元素；其中第一层按照位于从基材前端开始计的基材长度的x％上的方式至少部分地直接布置在基材上或至少部分地直接布置在中间层上，所述中间层直接布置在基材的整个长度上，和其中第二层按照位于从基材后端开始计的基材长度的y％上的方式至少部分地直接布置在基材上或至少部分地直接布置在中间层上，所述中间层直接布置在基材的整个长度上，其中x是在25‑75的范围内，y是在25‑75的范围内，并且x+y是在95‑105的范围内，其中中间层包含氧化铝。

本发明涉及用于氧化NO、CO和烃中的一种或多种物质的柴油氧化催化剂，所述柴油氧化催化剂的制备方法、用途，以及含有所述柴油氧化催化剂的排气处理系统。因此，本发明涉及新型柴油氧化催化剂(也简称为DOC)和包含所述柴油氧化催化剂的新型排气处理系统的设计。特别是，本发明涉及柴油氧化催化剂，其具有形成入口区域的含铂族金属的第一层以及形成出口区域的不含铂族金属的第二层，其中第一层和第二层、即入口区域和出口区域可以位于一个基材上或位于分开的多个基材上。

一般而言，按照法规要求，北美、日本和欧洲的所有卡车的排气处理系统配有柴油颗粒过滤器。因此，从成本最小化的压力角度考虑，非常成本有效的技术方案具有重要的经济潜力。在许多目前的商用车辆的排气处理系统中(例如对于Euro VI排放水平)，使用闭合式组合的柴油颗粒过滤器。在过滤器中收集的烟灰必须经由合适的方法被转化成气态物质(通常是CO₂)，从而过滤器不会被堵塞—这称为过滤器再生。因此，柴油氧化催化剂(DOC)被安装在过滤器的上游，这种催化剂含有较大量的昂贵铂族金属，特别是铂或钯。可以使用DOC，从而在催化剂上游注入的柴油燃料在DOC上催化燃烧。在这里，根据所用的方法，在此时的温度下，过滤器开始再生或加速，并使其更为有效。由于使用大量的铂族金属，这些催化剂是比较昂贵的。

WO 2015/189680 A1涉及贱金属催化剂、排气处理系统和方法。更具体而言，所公开的催化剂、系统和方法具有位于颗粒过滤器上游的贱金属催化剂，以及选择性催化还原(SCR)催化剂。在其中在贱金属催化剂的上游定期注入烃(例如燃料)的系统中，贱金属催化剂在300-650℃的温度范围内产生放热，从而再生已收集烟灰的下游颗粒过滤器。

在发动机测试期间，发现常规用于选择性催化还原反应的含钒催化剂(所谓的V-SCR催化剂)在柴油燃料的催化燃烧中具有较好的性能—与含铂族金属的催化剂十分相当。因此，V-SCR催化剂目前用于在旧的欧洲排放水平上(例如Euro V)认证的许多卡车上的排气处理系统中。它们用于用氨还原在排气中的氮氧化物(也称为DeNOx反应)。所述V-SCR催化剂通常不含铂族金属，所以是比较价廉的。

除了在出口区域中的V-SCR催化剂之外，也可以考虑使用金属交换的沸石(例如含有Cu和Fe中的一种或多种元素的沸石)，以及金属氧化物催化剂，例如钒酸铁、氧化铈、铈/锆氧化物或氧化铁。上述不同的材料也可以互相组合。在被涂覆的催化剂上，这可以通过混合、作为分开的多个区域和/或分开的多个层施用来进行。

但是，如果不含贵金属的区域用作入口区域，则烃可以被入口区域吸收，特别是当HC注射温度低于烃的起燃温度的情况下。如果发生这种情况并且当温度将升高直到起燃温度时，烃可以发生瞬时氧化，这导致高温以致此区域或甚至催化剂本身受损而丧失其恰当发挥其功能的能力。

所以，本发明的主要目的是在降低的铂族金属载荷下保持催化剂性能并避免上述缺点。目标是解决此问题并发现能在低的铂族金属载荷下实现HC起燃的催化剂。因此，本发明的一个目的是提供柴油氧化催化剂，其能有效地氧化CO、NO和烃中的一种或多种，特别是使用较低载荷的铂族金属。另外，本发明的一个目的是提供柴油氧化催化剂，其能产生有利的温度，即放热，特别是用于催化烟灰过滤器的再生。