[发明专利]降低柴油机微粒过滤器上颗粒物起燃温度的不含铂族金属的催化剂

说明书

相关申请

本申请书根据35U.S.C.§119(e)要求2004年10月14日提交的美国专利临时申请60/619382、60/619390和60/619314的权益，在这里其全部内容作为参考并入。

发明领域

本发明的实施方案涉及降低柴油机微粒过滤器上颗粒物起燃温度的不含铂族金属(PGM)的催化剂组合物。

发明背景

用于机动车辆的柴油发动机具有良好的燃料经济性和高的耐用性。遗憾的是，柴油发动机的废气含有高量NO_X和颗粒物。美国和欧洲都对柴油发动机的NO_X和颗粒物排放量制定了严格的限制。2004年美国卡车的颗粒物和NO_X限定值分别为0.1和2g/bhp-hr。2007年，所述限定值降到0.01和0.2g/bhp-hr。

柴油机微粒过滤器(DPF)已安装在公共汽车和柴油汽车上多年，用于从废气流中除去颗粒物。由于颗粒物在过滤器上的积累，过滤器可能被堵塞。随着过滤器上颗粒物量增加，过滤器的压降会提高。堵塞的过滤器可能必须要再生或更换。

颗粒物可包括润滑油固体、碳颗粒物和无机灰分的混合物。润滑油固体和碳颗粒物有时可通过燃烧从DPF上除去。碳颗粒物的起燃温度通常为约600℃。柴油机废气的温度很少有那么高。可通过推迟喷油正时来提高碳颗粒物的温度，但这是以牺牲燃料效率来达到的。或者，可用电加热器来加热过滤器。加热电加热器需要能量，并伴随燃料效率损失。

Johnson Matthey已描述了一种称为“连续再生捕集器”(“CRT^TM”)的系统。将铂基柴油机氧化催化剂(DOC)置于DPF的上游，将废气流中的NO氧化成NO₂。废气流中的NO₂可在比柴油机废气流中的氧进行氧化要低的温度下使DPF上的碳颗粒物和润滑油固体氧化。CRT^TM系统例如在颁发给Cooper等的US4902487中公开。

CRT^TMDOC中的铂是昂贵的。此外，铂催化剂可能被柴油机燃料中的硫中毒。低硫柴油机燃料是昂贵的。

将催化剂溶解或悬浮于柴油机燃料中来降低DPF上碳颗粒物的燃烧温度。燃料担载型催化剂的应用需要另加组件如燃料添加剂罐、计量系统和填充添加剂罐的下层结构。燃料担载型添加剂可能是昂贵的，特别是如果燃料担载型添加剂为铂族金属(PGM)的话。此外，燃料担载型添加剂可形成颗粒状颗粒物，累积于DPF上，使得必需更换DPF。

将催化剂放到DPF上使颗粒物的起燃温度降低可能是一种替代燃料担载型催化剂的有吸引力方法。Hartwig(US4510265)公开了一种包括铂族金属和钒酸银的催化剂。Homeier的催化剂(US4759918)包括负载于耐硫载体如氧化钛或氧化锆上的铂、钯或铑。Dettling(US5100632)使用的催化剂是一或多种铂族金属与一或多种碱土金属氧化物如氧化镁的混合物。Harwig、Homeier和Dettling等的催化剂包括铂族金属(PGM)。铂族金属(PGM)催化剂是昂贵的。

颁发给DeGussa A.G.的US4900517中已描述了包含钒催化剂来降低碳颗粒物燃烧温度的DPF。颁发给Redem的US6013599中描述了另一些钒催化剂。

氧化钒是挥发性和有毒的。碳颗粒物燃烧过程中DPF中存在的高温可使DPF上的钒催化剂汽化，有可能对普通百姓带来健康问题。因此需要不含昂贵的PGM或有毒钒化合物的DPF催化剂。

许多DPF催化剂的表面积较低。DPF加上修补基面涂层来负载催化剂的方法可通过将催化剂分散在修补基面涂层上来提高催化剂的表面积。对能放到载体上来增大负载型DPF催化剂表面积的修补基面涂层有需求。

发明概述

本发明的一个方面涉及一种降低柴油机废气中颗粒物起燃温度的催化剂组合物。所述的催化剂组合物包含：

a)至少一种选自铈、镧系元素及其混合物的第一组分；

b)至少一种选自钴、铜、锰及其混合物的第二组分；以及

c)至少一种含锶的第三组分，其中第一组分、第二组分和第三组分焙烧后呈氧化物形式。

更有利地，当第二组分含钴时，第一组分比第二组分比第三组分的摩尔比可在35-70∶5-45∶5-35范围；当第二组分含锰时，第一组分比第二组分比第三组分的摩尔比可在15-60∶30-70∶5-35范围。优选地，当第二组分含锰和铜组合时，锰与铜的摩尔比可在30-95∶70-5范围。