[发明专利]集成的SCR和AMOX催化剂系统

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂、其制备的方法，并涉及处理废气流中排放物的方法。

背景

柴油机废气是不均匀混合物，其不仅包含微粒排放物例如烟灰和气态排放物例如一氧化碳、未燃烧或部分燃烧的烃和氮氧化物（统称为NO_X），而且包含构成所谓的微粒或微粒物质的冷凝相材料（液体和固体）。通常将设置在一个或多个整体基底(monolithic substrate)上的催化剂组合物放置在发动机排气系统内，以将这些废气组分中的某些或全部转化为无毒化合物。例如，柴油机排气系统可以包含柴油机氧化催化剂、烟灰过滤器和用于还原NO_X的催化剂中的一种或多种。

已知包含铂族金属、碱金属和其组合的氧化催化剂通过将HC和CO气态污染物两者以及一些比例的微粒物质氧化为二氧化碳和水来促进这些污染物的转化而促进柴油机废气的处理。这样的催化剂通常已经被包含在称为柴油机氧化催化剂（“DOC”）的单元中，该单元放置在柴油机的排气装置中以在废气排出到大气之前处理废气。这样的催化剂还被包含在称为催化烟灰过滤器的单元中，该单元同时捕集微粒物质并氧化HC、CO和微粒。除了转化气态HC、CO和微粒物质之外，包含铂族金属的氧化催化剂（其通常分散在耐火氧化物载体上）促进将一氧化氮（NO）氧化为NO₂。

氨选择性催化还原(SCR)是一种NO_x减排技术，其可用于实现柴油和稀燃发动机严格的NO_x排放目标。在氨SCR方法中，NO_x（通常由NO+NO₂组成）与氨（或氨前体，诸如尿素）反应，以在通常由贱金属构成的催化剂上形成双氮(N₂)。该技术能够在典型柴油机行驶工况下实现大于90%的NO_x转化率，因此其代表了用于实现积极NO_x减排目标的最佳方法之一。

某些氨SCR催化剂材料的特有的特征为往往在典型行驶工况的低温部分期间在催化剂表面上的路易斯（Lewis）和布朗斯台德酸部位上保留有大量的氨。随后排气温度的增加可以使氨从氨SCR催化剂表面脱附并离开车辆排气管。使氨过量以提高NO_x转化率是另一种可能的情况，其中氨可从氨SCR催化剂上离开。

氨SCR催化剂上的氨泄露带来许多问题。在空气中NH₃的嗅觉阈值为20ppm。在100ppm以上时眼睛和咽喉刺激十分明显，在400ppm以上时发生皮肤刺激，在空气中IDLH为500ppm。NH₃是腐蚀性的，特别是其处于水性形式时。在废气催化剂的排气管路下游的较冷区域中冷凝NH₃和水将得到腐蚀性混合物。

因此，希望在氨能够进入排气管前将其移除。为此，采用了选择性氨氧化(AMOx)催化剂，其目的在于将过量氨转化为N₂。希望提供用于选择性氨氧化的催化剂，其能够在车辆行驶工况下发生氨泄露的宽泛温度下转化氨，并且能够产生最少量的氮氧化物副产物。AMOx催化剂还应产生最少量的N₂O，N₂O是一种有效的温室气体。

概述

本发明的方面包括催化剂制品、用于处理废气流的催化剂系统和方法、以及制备用于处理这样的气体的催化剂制品的方法。第一方面涉及一种用于处理废气流的催化剂制品，废气流包含颗粒物质、烃、CO和氨。在第一实施方案中，制品包括：基底，其具有界定轴向长度的入口端和出口端；第一催化剂涂层，其包括铂族金属，第一催化剂涂层从出口端向入口端延伸遍布不到基底的整个轴向长度；和第二催化剂涂层，其包括用于氮氧化物的选择性催化还原（SCR）的催化剂，第二催化剂涂层从入口端向出口端延伸遍布不到基底的整个轴向长度，并重叠第一催化剂涂层的一部分。在第二实施方案中，基底是具有多个纵向延伸的通道的流通基底，通道由限制和界定通道的纵向延伸的壁形成。在第三实施方案中，基底是壁流式过滤器，壁流式过滤器具有形成为多个轴向延伸的通道的气体可渗透的壁，每一个通道的一端被堵塞，且在其相对端处任一对的邻近通道被堵塞。