[发明专利]催化剂制品、方法和用途

说明书

本发明提供了用于处理来自强制点火发动机的废气的三元催化剂制品，所述催化剂制品包括：基底，所述基底具有设置在其上的第一层，其中第二层设置在所述第一层上，其中所述第一层包含第一金属和第一氧化铝，并且其中所述第二层包含第二金属和第二氧化铝，其中(i)所述第一金属为Pd并且所述第二金属为Rh；或者(ii)所述第一金属为Rh并且所述第二金属为Pd；并且其中所述第一氧化铝和所述第二氧化铝中的至少一者包含θ氧化铝。

技术领域

本公开涉及用于处理废气的催化剂制品。具体地讲，本公开涉及用于处理来自内燃发动机的废气的TWC催化剂。

背景技术

强制点火发动机使用火花点火引起烃和空气混合物的燃烧。相比之下，压缩点火发动机通过将烃喷射到压缩空气中来引起烃的燃烧。强制点火发动机可以由汽油燃料、与含氧化合物(包括甲醇和/或乙醇)共混的汽油燃料、液化石油气或压缩天然气提供燃料。强制点火发动机可以是化学计量操作的发动机或贫燃操作的发动机。

三元催化剂(TWC)通常含有一种或多种铂族金属，特别是选自由铂、钯和铑组成的组的那些。

TWC旨在同时催化三个反应：

(i)一氧化碳氧化成二氧化碳，

(ii)未燃烧的烃氧化成二氧化碳和水；以及

(iii)氮氧化物还原成氮气和氧气。

当TWC从在化学计量点处或其附近运行的发动机接收废气时，这三个反应最有效地发生。如本领域所熟知的，当汽油燃料在强制点火(例如火花点火)内燃发动机中燃烧时排放的一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)和氮氧化物(NO_x)的量主要受燃烧气缸中的空气燃料比的影响。具有化学计量平衡的组成的废气是其中氧化气体(NO_x和O₂)的浓度和还原气体(HC、H₂和CO)的浓度基本上匹配的废气。产生该化学计量平衡的废气组成的空气燃料比通常为14.7:1。

理论上，应当可以实现将化学计量平衡的废气组成中的O₂、NO_x、CO、H₂和HC完全转化成CO₂、H₂O和N₂(以及残余的O₂)，这是TWC的任务。因此，理想的是，发动机应当以使得燃烧混合物的空气燃料比产生化学计量平衡的废气组成的方式操作。

限定废气的氧化气体和还原气体之间的组成平衡的方式是废气的λ值，其可以根据公式(1)被定义为：

实际的发动机空气燃料比/化学计量的发动机空气燃料比，(1)其中λ值为1表示化学计量平衡的(或化学计量的)废气组成，其中λ值1表示O₂和NO_x过量并且组成被描述为“贫的”，并且其中λ值1表示HC、H₂和CO过量并且组成被描述为“富的”。在本领域中，还通常将发动机工作时的空气燃料比称为“化学计量的”、“贫的”或“富的”，具体取决于空气燃料比产生的废气组成：因此是化学计量操作的汽油发动机或贫燃汽油发动机。

应当理解，当废气组成为化学计量贫时，使用TWC将NO_x还原成N₂的效率较低。同样，当废气组成为富时，TWC不太能够氧化CO和HC。因此，挑战是将流到TWC中的废气的组成保持在尽可能接近化学计量组成。