[发明专利]被动氮氧化物吸附催化剂

说明书

本发明涉及一种催化剂，该催化剂包括长度为L的载体基材、被动氮氧化物吸附剂和用于控制该载体基材的温度的装置，以及涉及一种用于清洁从稀燃发动机排放的废气的方法。

本发明涉及一种催化剂，该催化剂包括涂布在基材上的被动氮氧化物吸附剂(PNA)，该PNA使得能够对催化剂进行主动温度管理。

用稀燃内燃机(诸如柴油发动机)操作的机动车辆的废气除一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)之外还含有因燃料在气缸的燃烧室中不完全燃烧而产生的组分。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”。这些颗粒排放物是主要来自含碳颗粒物和粘附液相的复杂团聚体，通常主要包含长链烃缩合物。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。

在氧的存在下除去废气中所含氮氧化物的已知方法是在SCR催化剂的存在下用氨进行选择性催化还原。该方法包括用作为还原剂的氨将待从废气中除去的氮氧化物转化成氮气和水。

合适的SCR催化剂例如是与铁，特别是与铜进行离子交换的沸石，参见例如WO2008/106519 A1、WO2008/118434 A1和WO2008/132452 A2。

用于用氨转化氮氧化物的SCR催化剂不含贵金属，特别是不含铂。这是因为在这些金属的存在下，优选用氧将氨氧化成氮氧化物，并且SCR反应(氨与氮氧化物的转化)将落在后面。在文献中，一些作者说明了与铂交换的“SCR催化剂”。然而，这并不是指NH₃-SCR反应，而是指用烃还原氮氧化物。由于后一反应的选择性非常有限，因此更准确的是将其称为“HC-DeNOx-反应”而非“SCR反应”。

SCR反应中使用的氨可以通过将氨前体诸如尿素、氨基甲酸铵或甲酸铵给料到废气管线中并随后水解而可用。

SCR催化剂的缺点是它们仅能够在约180℃至200℃的废气温度下操作。即使最近的出版物陈述了SCR催化剂能够在低至150℃时具有活性，但是使它们去除在发动机的冷起动期间形成的氮氧化物仍然是一个问题。

除SCR催化剂之外，为了除去氮氧化物，还已知的是所谓的氮氧化物储存催化剂。对于这些催化剂，术语“贫NOx阱”或LNT是常见的。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。它们以可能的最高度分散的形式沉积在合适的基材材料上，以便产生大的与废气相互作用的表面。此外，氮氧化物储存催化剂通常包含贵金属诸如铂、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和H₂O，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。

现代氮氧化物储存催化剂例如公开于EP0885650 A2、US2009/320457、WO2012/029050 A1和WO2016/020351 A1中。

SAE文件SAE950809中描述的方法也被称为“主动”氮氧化物储存方法，该方法包括在稀燃操作阶段期间储存氮氧化物并且在随后的富燃操作阶段中释放它们。