[发明专利]用于还原氮氧化物的催化剂

说明书

本发明涉及一种氮氧化物储存催化剂，所述氮氧化物储存催化剂由支撑体上的至少两个催化活性载体涂层构成，其中下载体涂层A包含氧化铈、碱土金属化合物和/或碱金属化合物、铂和钯，并且设置在载体涂层A上方的上载体涂层B包含氧化铈、铂和钯，不包含任何碱金属化合物和碱土金属化合物，并且具有大孔。本发明还公开了一种用于转化利用稀燃发动机运行的机动车辆的废气中的NO_x的方法。

本发明涉及用于还原稀燃内燃机的废气中包含的氮氧化物的催化剂。

用稀燃内燃机(诸如柴油机)运行的机动车辆的废气除了一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)外还含有因燃料在气缸的燃烧室中不完全燃烧产生的组分。除了通常也主要以气体形式存在的残余烃(HC)之外，这些组分还包括粒子排放物，也称为“柴油炭烟”或“炭烟粒子”。这些粒子排放物是主要来自含碳颗粒物和粘附液相的复杂团聚体，通常主要由长链烃缩合物组成。粘附到固体组分的液相也称为“可溶性有机馏分SOF”或“挥发性有机馏分VOF”。

为了清洁这些废气，上述组分必须尽可能完全地转化为无害化合物。这只有在使用合适催化剂的情况下才有可能实现。

为除去氮氧化物，已知所谓的氮氧化物储存催化剂，对于这种催化剂，术语“稀燃NO_x捕集器”或LNT是通用的。这种催化剂的清洁作用基于以下事实：在发动机的稀燃操作阶段中，储存催化剂的储存材料使得氮氧化物主要以硝酸盐的形式储存并且所述硝酸盐在发动机的后续富燃操作阶段中再分解，而由此释放的氮氧化物利用储存催化剂中的还原废气组分转化为氮、二氧化碳和水。该操作原理在例如SAE文件SAE 950809中有所描述。

作为储存材料，特别考虑镁、钙、锶、钡、碱金属、稀土金属的氧化物、碳酸盐、或氢氧化物，或它们的混合物。由于它们的碱性特性，这些化合物能够与废气的酸性氮氧化物形成硝酸盐，并以这种方式储存它们。它们以最高度分散的形式沉积在合适的基底材料上，以便与废气产生大的相互作用表面。另外，氮氧化物储存催化剂还包含贵金属，诸如铂、钯、和/或铑作为催化活性组分。它们的目的是，一方面在稀燃条件下将NO氧化成NO₂，以及将CO和HC氧化成CO₂，另一方面在富燃操作阶段将释放的NO₂还原成氮，其中再生氮氧化物储存催化剂。

随着根据Euro 6的排放法规中的变化，未来的废气系统在市区工况循环(urbancycle)中的低温和诸如与高负载一起产生的高温下都将必须表现出足够的NO_x转化率。然而，已知的氮氧化物储存催化剂不在低温或高温下显示出显著的NO_x储存。需要在200至450℃的宽温度范围内提供良好NO_x转化的催化剂。

EP 0 885 650 A2描述了一种在支撑体上具有两个催化活性层的用于内燃机的废气净化催化剂。直接位于支撑体上的层包含一种或多种高度分散的碱土金属氧化物、至少一种铂族金属以及至少一种细粒储氧材料。在这种情况下，铂族金属与第一层的所有组分紧密接触。第二层与废气直接接触，并且包含至少一种铂族金属以及至少一种细粒储氧材料。第二层的细粒固体中只有一部分用作铂族金属的基底。该催化剂是一种三元催化剂，在一定化学计量条件下，即当空气/燃料比λ为1时，该催化剂基本转化有害废气组分。

根据US2009/320457，已知在支撑基材上包括两个叠加的催化剂层的氮氧化物储存催化剂。直接位于载体基底上的下层包含一种或多种贵金属，以及一种或多种氮氧化物储存组分。上层包含一种或多种贵金属以及氧化铈，并且不含碱金属或碱土金属组分。

包含氮氧化物储存材料并且有两层或更多层的催化剂基底在WO 2012/029050中也有所描述。第一层直接位于载体基底上并且含有铂和/或钯，而第二层位于第一层上并且含有铂。这两层也都包含一种或多种储氧材料和一种或多种氮氧化物储存材料，此氮氧化物储存材料含有一种或多种碱金属和/或碱土金属。按碱金属氧化物M₂O和碱土金属氧化物MO计算，碱金属和碱土金属在氮氧化物储存材料中的总量为11.25至156g/L(0.18至2.5g/in³)。