[发明专利]催化剂及制备方法

说明书

技术领域

所述系统和技术包括涉及催化剂的实施方案。它们还包括涉及制备催化剂和可包含催化剂的系统的实施方案。

背景技术

化石燃料燃烧(如加热炉、烘箱和发动机)产生的排气流包含各种潜在不需要的燃烧产物，包括氮氧化物(NO_x)、未燃烧的烃(HC)和一氧化碳(CO)。NO_x，虽然在热力学上不稳定，但没有催化剂就不能自发分解。排气流可利用排气处理装置从排气流去除NO_x。

排气处理装置的实例包括催化转化器(例如，三用催化剂、氧化催化剂、选择性催化还原(SCR)催化剂等)、蒸发排放装置、洗涤装置(例如，烃(HC)、硫等)、颗粒过滤器/捕集器、吸附器/吸收器、等离子体反应器(例如，非热等离子体反应器和热等离子体反应器)等。催化转化器中的三用催化剂(TWC催化剂)可用CO和残余烃还原NO_x。TWC催化剂可在贫和富两种燃料/空气条件的具体操作范围和具体操作温度范围内有效。颗粒状催化组合物可使HC、CO和NO_x的转化能够达到最佳。转化率可取决于排气温度。催化转化器可在约300℃或更高的升高催化剂温度下操作。在排气排放开始(即，“冷启动”)时到基体加热到高达点火温度时间之间的时间阶段为点火时间。点火温度为在通过催化剂时来自发动机的排放的百分之五十(50％)转化所在的催化剂温度。可用加热催化剂的替代方法使催化剂温度达到点火温度。

来自发动机的排气可加热催化转化器。此加热可帮助使催化剂达到点火温度。排气通过催化转化器相对不变，直至达到点火温度。另外，发动机排气的组合物随着发动机温度从冷启动温度升高到操作温度而改变，并且TWC催化剂可对在正常升高的发动机操作温度下存在的排气组合物起作用。

选择性催化还原(SCR)可包括贵金属系统、贱金属系统或沸石系统。贵金属催化剂可在约240℃至约270℃的温度范围操作，但可受二氧化硫的存在抑制。贱金属催化剂可在约310℃至约500℃的温度范围操作，但可促进二氧化硫氧化成三氧化硫。沸石可经受最高600℃温度，但在用贱金属浸渍时可具有宽范围的操作温度。

具有氨作为还原剂的SCR系统可在大的燃天然气的涡轮发动机和贫燃柴油机中产生大于80％的NO_x还原效率。然而，存在氨可能不需要，并且由于反应气体不完全分布和不完全氨消耗可能有一些氨泄漏。另外，氨溶液需要另外的储罐，并且在冷环境温度下经历冻结。

NO_x的SCR也可以用烃完成。在过量氧气条件下，可通过一些有机化合物在数种催化剂上选择还原NO_x，所述有机化合物如烷烃、烯烃和醇。为了在排气流中补充烃(HC)，已探索在重型固定式柴油机中注入柴油或甲醇。然而，超出300℃至400℃温度范围，转化效率可能降低。另外，此技术可能在催化剂有HC泄漏，运输和现场大量储存烃，并且可能常压释放HC。烃的部分氧化可能释放CO、未燃烧的HC和颗粒。

可能需要具有一种催化剂，在一定温度范围和不同于目前利用的那些条件的操作条件下，所述催化剂可实现排放减少。

发明内容

在一个实施方案中，本发明提供一种催化剂系统。该催化剂系统包括包含均匀固体混合物的第一催化组合物，所述均匀固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体。固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径。所述催化金属包括纳米晶体。

在另一个实施方案中，本发明提供一种催化剂系统。该催化剂系统包括包含均匀固体混合物的第一催化组合物，所述均匀固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体。固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径。所述催化金属包括纳米晶体。该催化剂系统还包含至少一种助催化金属(promoting metal)。所述催化剂系统还包含第二催化组合物。第二催化组合物包括(i)沸石，或(ii)置于第一基体上的第一催化物质。第一催化物质包括选自钨、钛和钒的元素。

在还另一个实施方案中，本发明提供一种方法。所述方法包括以下步骤：提供至少一种催化金属的纳米晶体；使纳米晶体掺入到至少一种金属无机载体中；并形成包括均匀固体混合物的第一催化组合物，所述均匀固体混合物包含至少一种催化金属和至少一种金属无机载体，其中固体混合物的孔具有约1纳米至约15纳米的平均孔径，并且其中催化金属包括纳米晶体。