[发明专利]三元催化剂

说明书

本发明涉及一种催化剂，所述催化剂包括在基材端部a和b之间延伸的长度L的载体基材以及两个洗涂层区A和B，其中洗涂层区A包含第一铂族金属并且从基材端部a开始在该长度L的一部分上延伸，并且洗涂层区B包含与洗涂层区A相同的组分以及另外的第二铂族金属，并且从基材端部b在该长度L的一部分上延伸，其中L＝Lsubgt;A/subgt;+Lsubgt;B/subgt;，其中Lsubgt;A/subgt;是洗涂层区A的长度并且Lsubgt;B/subgt;是基材长度B的长度。

本发明涉及一种用于处理以主要化学计量的空气/燃料比运行的燃烧式发动机的废气的三元催化剂(TWC)。

在燃烧式发动机领域中众所周知，燃料燃烧是不完全的，并且会产生污染物排放，如未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM)。为了改善空气质量，制定了排放限制法规，以实现来自固定应用以及来自移动源的污染物的较低排放。对于如客车的移动源，已经进行了主动策略诸如改善的燃烧和优化的A/F或λ控制的实施，以努力减少污染物的排放。改善燃料-空气混合(A/F比)作为主要措施大幅减少了污染物。然而，由于这些年以来更为严格的法规，使用非均相催化剂在所难免。

对于汽油发动机，所谓的三元催化剂(TWC)能够消除HC、CO和NO_x。此类催化剂包含作为催化活性材料的一种或多种铂族金属，特别是铂、钯和/或铑。

在λ＝1+/-0.005附近，即空气/燃料比等于14.56的情况下，TWC的使用最佳。高于这些值，废气据称是稀薄的并且含有过量的氧化剂，诸如O₂和NO_x，并且CO和HC被催化氧化成二氧化碳和水。低于该值，废气据称是富集的并且含有过量的还原剂，诸如H₂、CO和HC，并且主要使用例如CO作为还原剂将NO_x还原为氮气。

在λ＝1时，实现HC、CO和NO_x的最佳转化率。然而，汽油发动机是在振荡状况下，即处于略微稀薄和略微富集的条件之间操作。为了拓宽TWC的最佳操作，将铈-锆混合氧化物形式的储氧组分(OSC)包含在其配方中。

高度浓缩的铂族金属(PGM)如铂、钯和铑可在许多废气处理后应用中提供显著的性能改善。因此，就钯而言，从20g/ft³(0.7g/l)的低钯载量到中等至严重老化后的100g/ft³(3.5g/l)的高载量，起燃性能可改善100℃(测量为50％转化率的温度)。性能确实改善成高于这些载量，但是相对于钯载量的性能梯度是低的，并且需要非常高的钯载量以获得显著的影响。预计铑在TWC应用中有相同的一般趋势。

然而，三元转化催化剂中的高浓度铂族金属由于其高成本而并非首选。该缺点可通过将金属策略性放置成例如靠近发动机歧管定位且具有高单元密度的小尺寸单块来部分地克服。这些策略利用了较热的废气温度，缩短了冷启动的时间，因为单块会较快地加热，并且较低的质量外加高单元密度利用了较低的热惯性外加至紧密偶联(CC)单块的较快热传递。

用于改善起燃和用于降低铂族金属成本的另一个策略是将其选择性地定位在单块的一小部分上，通常小于单块体积的10％，在该体积中其具有最大益处。这允许在不使用大量铂族金属的同时浓缩铂族金属，因为铂族金属被策略性地定位在单块的小体积部分上。