[发明专利]柴油发动机废气催化剂及其使用方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及一种催化剂组合物及其用于氧化废气中可氧化组分的方法；更具体地说，本发明涉及柴油废气的处理，以降低排放到大气中的颗粒物含量和其他污染物含量。

相关技术描述

柴油发动机废气是一种多相物质，它不仅含有气态污染物如一氧化碳(CO)和未燃烧的烃类(HC)，而且还含有由干燥的固体含碳物部分和可溶性有机物部分组成的油烟颗粒物。可溶性有机物部分有时也称为挥发性有机物部分(VOF)，在这里将使用这一专用名词。在柴油发动机废气中VOF可作为蒸汽存在，也可作为气溶胶(液体冷凝物的微小液滴)存在，这与柴油发动机废气的温度有关。

已知含有沉积在难熔的金属氧化物载体上的铂族金属的氧化催化剂用于处理柴油发动机废气，通过催化氧化HC和CO气态污染物以及颗粒物如油烟颗粒物，以便使它们转化成二氧化碳和水。在处理柴油发动机废气中所面临的一个问题是柴油燃料中存在的硫。在燃烧时，硫生成二氧化硫，并且氧化催化剂催化SO₂生成SO₃(硫酸盐)，随后生成可冷凝的硫化合物，如硫酸。它经冷凝，从而使颗粒物的质量增加。硫酸盐还可与活性的氧化铝载体反应，生成硫酸铝，它使含活性氧化铝的催化剂失活，正如在US4,171,289中公开的。以前解决这一硫酸盐化的努力包括将大量耐硫酸盐的材料如氧化钒加入到载体表层中，或者使用抗硫的载体材料如α-氧化铝、氧化硅和氧化钛。

先有技术还知道，将包括金属掺杂的沸石(即催化活性物)在内的沸石用于处理柴油发动机废气。例如，US4,929,581公开了一种柴油发动机废气的过滤器，其中强制废气通过催化剂壁，从而过滤掉油烟颗粒。将含有铂族金属掺杂的沸石的催化剂分散在过滤器的壁上，以便将油烟催化氧化，防止过滤器堵塞。

EP0 92/102161.4公开了一种借助有酸性的沸石催化剂来降低柴油发动机废气中的颗粒物含量和英尺英寸的催化剂。据称该催化剂具有能使长链芳烃裂化的性能。沸石包括八面沸石、五元环沸石(Pentasil)和丝光沸石。此外，八面沸石和丝光沸石可经脱铝。据称该沸石含有一种或几种过渡元素，它们可包括铜、镍、钴、铁、铬、锰和/或钒。

日本专利申请S63-95026(公开号H1-266854，1989年10月24日)公开了一种用于净化废气的催化剂。该催化剂含用铜进行离子交换的沸石，并负载在耐火载体上。离子交换中心在沸石超笼的表面上，氧原子对铜离子的配位中心为正方形四配位。

1wamoto(氮氧化物的催化分解，石油技术，12期，888-893页，1989年)涉及降低柴油发动机废气的氮氧化物和各种排放物。他指出，使用铜离子交换的ZSM-5或丝光沸石或镁碱沸石。US4,934,142公开了一种废气排放控制设备，它在发动机废气体系中装有第一过滤器，用于收集在废气中所含的颗粒物。第二过滤器装在第一过滤器的下游，用于吸收令人不愉快的气味组分。第二过滤器通过负载在沸石上的铜的铜离子的离子交换的方法来制成。

EP0申请0 508 513A1公开了一种处理柴油燃料发动机废气的方法，以降低有含碳材料芯和可冷凝的烃类沉积在含碳材料上的颗粒物的排放。在废气中的可冷凝的烃类与一种催化活性的固体酸材料接触，该材料有仍保留在其酸性中心处的可释放的氢离子。与该中心接触的可冷凝的烃类被从该中心释放的氢原子裂化。固体酸材料希望为有H阳离子的Y型沸石(HY沸石)，或有可水解的多价阳离子如镧的Y型沸石(LaY沸石)、铈的Y型沸石(CeY沸石)和钙的Y型沸石(CaY沸石)，它们承载在陶瓷整体材料或金属整体材料上。

标题为“改进的含沸石氧化催化剂及其应用方法”的美国专利申请08/255,289公开了一种处理含有挥发性有机物部分的柴油发动机废气流的催化剂组合物。该催化剂含有一种难熔载体，催化材料表面层沉积在载体上，该材料含有催化有效量BET表面积为至少约10米²/克的氧化铈和催化有效量的沸石。使用氧化铝稳定的氧化铈作为铂族金属的载体作为二元废气催化剂也是已知的。

含有钒和铂族金属作为活性组分的细分散无机氧化物的应用在US5,157,007中公开。该催化剂为开孔式整体催化剂形式。

WO94/22564公开了一种用于处理柴油发动机废气的催化剂组合物，它含有氧化铈和任选的氧化铝以及β沸石。铂族金属用来促进CO和HC的氧化，同时限制SO₂转化成SO₃。