[发明专利]利用多组分金属燃烧催化剂的降低排放的燃烧

说明书

背景技术

本发明涉及新的组合物和用于改进化石燃料燃烧源的效率的新方法。利用含有可溶于燃料的催化剂的燃料，该催化剂包含铂和至少一种附加的金属，降低了不完全燃烧所产生的类型的污染物的产生，所述污染物例如微粒、未燃烧的烃和一氧化碳。

柴油机相对于奥托型发动机具有许多重要的优点。其中有燃料经济性、容易维修和长寿命。但是，从排放的角度来看，相对于它们的火花点火对应物，它们存在更严重的问题。排放问题涉及微粒、氮的氧化物(NOx)、未燃烧的烃(HC)和一氧化碳(CO)。当进行发动机运行上的改进以降低柴油机中的微粒和未燃烧的烃时，NOx的排放趋于增加。

已提出采用后处理设备，如柴油机微粒过滤器(DPF)和柴油机氧化催化剂(DOC)，来降低柴油机中微粒以及气态烃和一氧化碳的排放。这些设备在较老的发动机中承受着极大的压力并且在较新的发动机中需要有功效上的改进。所有情形中，它们都是昂贵的，这主要是由于有效性所需要使用的贵金属的成本。期望降低DOC或DPF设备的成本或者将它们完全排除。

已相信，实现这一点的一种途径是，采用燃料携带的催化剂(fuel bornecatalyst)(FBC)；但是，它们在较高水平下使用时并非是完全有效的。FBC产生灰分，并且在欧洲VERT计划下公布的数据显示，在20ppm、或100ppm铈的高FBC剂量率下，超细颗粒的数目的增加显著高于基准。但是，对于以0.5/7.5或0.25/4ppm使用的双金属，不存在超细颗粒数目的显著增加。已发现，在低水平的FBC下，不存在单独的超细氧化物颗粒峰并且金属氧化物在整个粒径分布之上都包含在烟灰中。期望降低金属灰分对整个发动机排放的贡献。对于满足1998 US排放标准的发动机，微粒排放限制在100000微克/马力-小时(0.1克/马力-小时)。燃料中以30ppm使用的铈FBC代表了发动机的金属催化剂输入载荷为6000微克/马力-小时的金属或者大致6％的未处理的发动机排放。

存在对于提供含有低于现有水平的FBC的柴油机燃料的需求，其仍具有高效应，使得通过降低直接来自柴油机的微粒、HC和CO的排放，后处理设备可以被排除或者在尺寸、催化剂加载量或烟灰的清洗频率方面降低。

发明内容

本发明的优点是，无需使用后处理设备如过滤器或催化剂，例如柴油机情形中的柴油机微粒过滤器(DPF)或柴油机氧化催化剂(DOC)，就可以实现改进。

本发明的另一优点是，对于来自柴油机的发动机输出排放，可以实现改进的程度是，如果应用后处理设备如DOC或DPF，该设备可以使用较少的贵金属而具有改进的性能。

依据本发明使用的燃料包括碳质燃料(carbonaceous fuel)，例如化石燃料，含有低的或者超低水平的催化剂金属添加剂。该催化剂优选地可溶于或者可分散于燃料且含有铂以及铈和/或铁组合物。

一方面，本发明提供了无需后处理设备而降低微粒排放的用于给柴油机提供动力的柴油机燃料，其包括：包含馏出物(distillate)的基础燃料(basicfuel)，和包含铂以及铈和/或铁的燃料携带的催化剂，其中铂的使用水平为0.05～0.5ppm，例如0.1～0.5ppm，且铈和/或铁的水平为5～10ppm。优选地，该柴油机燃料含有小于0.05％的硫。在优选的方面中，铈和/或铁以0.5至小于8ppm的总浓度存在。

另一方面，本发明提供了一种用于在与氧化器或微粒捕集器(particulatetrap)接触之前降低直接从发动机输出的来自柴油机的微粒、烃和一氧化碳的排放的方法，其包括：将可溶于燃料的铂族金属组合物和包含可溶于燃料的铈和/或铁化合物中的至少一种的其它催化化合物添加到柴油机燃料中以降低微粒、未燃烧的烃和一氧化碳的排放，其中铂的使用水平为0.05～0.5ppm，例如0.1～0.5ppm，且铈和/或铁的水平为5～10ppm；以及采用该燃料运行柴油机。

从另一角度看，本发明可以描述为提供了一种用于改进主要以天然气来运行的双燃料柴油机中引燃燃料(pilot fuel)的燃烧的方法，其包括：在引导燃料中加入多组分催化剂组合物，该组合物包含浓度为仅0.0005至小于0.15ppm的铂以及总浓度为仅0.5至小于8ppm的铈和/或铁。