催化基底整料制造技术

一种用于处理从贫燃内燃机排放的废气的催化基底整料(12)，该催化基底整料(12)包含第一活化涂层(16)和第二活化涂层(18)，其中第一活化涂层包含催化剂组合物，该催化剂组合物包含至少一种铂族金属(PGM)和用于该至少一种PGM的至少一种载体材料，其中当第一活化涂层暴露于包括相对高温的相对极端条件时，第一活化涂层中的至少一种PGM易于挥发，其中第二活化涂层包含用于捕集挥发的PGM的至少一种金属氧化物和其中第二活化涂层经取向以接触已经接触过第一活化涂层的废气。

【技术实现步骤摘要】
本申请是基于申请号为201280060768.7、申请日为2012年12月11日、专利技术名称为“催化基底整料”的中国专利申请的分案申请。专利
本专利技术涉及用于处理从贫燃内燃机，特别是车辆内燃机排放的废气的催化基底整料，该催化基底整料包含第一活化涂层和第二活化涂层。专利技术背景通常，有四类污染物被全世界的政府间组织立法限制：一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)。随着对来自车辆发动机的废气中污染物的可容许排放的排放标准越来越严格，提出和研发了发动机管理和多重催化剂废气后处理系统的组合以满足这些排放标准。对于包括颗粒过滤器的排气系统，通常定期(例如每隔500km)进行发动机管理以提高过滤器中的温度以燃烧掉保持在该过滤器上的基本上所有剩余的烟灰，由此将该系统返回基线水平。这些经过发动机管理的烟灰燃烧事件经常称作“过滤器再生”。尽管过滤器再生的主要焦点是燃烧保持在该过滤器上的烟灰，但未曾预期的结果是根据该系统中发动机管理的水平，排气系统中存在的一个或多个催化剂涂层(例如过滤器(所谓的催化烟灰过滤器(CSF))本身的过滤涂层)、位于过滤器上游或下游的氧化催化剂(例如柴油机氧化催化剂(DOC))或NOx吸附催化剂(NAC)(例如第一DOC之后是柴油颗粒过滤器，之后又是第二DOC，最后是SCR催化剂)能够定期暴露于高废气温度。这些条件也可能经历未曾预期的偶然的发动机不正常模式(upsetmode)或不受控制或控制不良的再生事件。然而，一些柴油发动机(特别是以高负荷操作的重型柴油发动机)甚至可以在正常操作条件下将催化剂暴露于高温(例如>600℃)。因为车辆制造商研发其发动机和发动机管理系统以满足排放标准，本申请人/受让人被车辆制造商要求提出催化组分和催化组分的组合，以帮助满足排放标准的目标。这些组分包括用于氧化CO、HC而且任选也氧化NO的DOC；用于氧化CO、HC、任选也氧化NO并用于捕集颗粒物质用于随后燃烧的CSF；用于氧化CO和HC并用于氧化一氧化氮(NO)和将其从贫燃废气中吸收并解吸吸附的NOx并将其在富废气中还原成N2的NAC(见下面)；和用于在含氮还原剂(例如氨)存在下将NOx还原成N2的选择性催化还原(SCR)催化剂(见下面)。在实践中，DOC和CSF中使用的催化剂组合物是非常相似的。然而，通常DOC和CSF的使用之间的主要差异是该催化剂组合物所涂覆的基底整料：在DOC的情况中，该基底整料通常是流通式基底整料，包括具有延伸贯通的细长通道阵列的金属或陶瓷蜂窝状整料，该通道在两端都开口；CSF基底整料是过滤器整料例如壁流式过滤器，例如陶瓷多孔过滤器基底，其包括与多个出口通道平行排列的多个入口通道，其中各入口通道和各出口通道部分地由多孔结构的陶瓷壁限定，其中各入口通道与出口通道通过多孔结构的陶瓷壁交替隔开，反之亦然。换言之，壁流式过滤器是蜂窝状布置，限定了多个在上游端堵塞的第一通道和多个在上游端未堵塞但在下游端堵塞的第二通道。与第一通道垂直和横向相邻的通道在下游端堵塞。当从任一端观察时，通道的交替地堵塞和开口的端呈现棋盘的外观。在流通式基底整料上可以涂覆非常复杂的多层催化剂布置，例如DOC和NAC。尽管可以用多于一层的催化剂组合物涂覆过滤器整料的表面(例如壁流式过滤器的入口通道表面)，但涂覆过滤器整料的问题是要避免在使用时通过用催化剂活化涂层过度加载该过滤器整料而不必要地提高背压，由此限制气体流通。因此，尽管用一种或多种不同的催化剂层顺序涂覆过滤器基底整料的表面并不是不可能的，但更通常地将不同的催化剂组合物分割成区，例如过滤器整料的轴向分隔的前半区和后半区，或者通过用第一催化剂组合物涂覆壁流式过滤器基底整料的入口通道，用第二催化剂组合物涂覆其出口通道。然而，在本专利技术的具体实施方案中，用一个或多个可以是相同或不同催化剂组合物的层涂覆过滤器入口。还提出了在过滤基底整料上涂覆NAC组合物(例如参见EP0766993)。在包含多种催化剂组分的排气系统(均包括单独的基底整料)中，通常SCR催化剂位于DOC和/或CSF和/或NAC的下游，因为已知通过将废气中的一些氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)，使得离开DOC和/或CSF和/或NAC的NO:NO2比为约1:1，促进了下游的SCR反应(见下面)。从EP341832(所谓的连续再生捕集器或)中还公知，通过将废气中的NO氧化成NO2而产生的NO2能够用于在下游过滤器上被动燃烧烟灰。在EP341832的方法重要的排气系统布置中，如果SCR催化剂位于过滤器的上游，那么这将会减少或阻止捕集的烟灰在NO2中燃烧的过程，因为用于燃烧烟灰的NOx的大部分将很可能在SCR催化剂上除去。然而，轻型柴油车辆优选的系统布置是柴油机氧化催化剂(DOC)之后是含氮还原剂喷射器，然后是SCR催化剂，最后是催化烟灰过滤器(CSF)。这种布置的简称为“DOC/SCR/CSF”。这种布置优选用于轻型柴油车辆，因为重要的考虑是在车辆发动机启动之后在排气系统中尽可能快地实现NOx转化，以确保(i)将含氮还原剂(例如氨)的前体喷射/分解以释放氨用于NOx转化；和(ii)尽可能高的NOx转化率。如果将大热质量过滤器放在SCR催化剂上游(即DOC和SCR催化剂之间)(“DOC/CSF/SCR”)，(i)和(ii)的过程将会花费长得多的时间实现，且对于整个排放标准加州周期的NOx转化率将会降低。可以使用氧和采用发动机管理技术对过滤器的偶尔强制再生来实现颗粒物质去除。已经提出将SCR催化剂活化涂层涂覆到过滤基底整料自身上(例如参见WO2005/016497)，在这种情况中，氧化催化剂可以位于涂覆有SCR的过滤器基底上游(无论该氧化催化剂是否DOC、CSF或NAC的组分)，以改进NO/NO2比用于提高SCR催化剂上的NOx还原活性。还已经提出将NAC设置在位于流通式基底整料上的SCR催化剂的上游，该NAC能够在NAC再生过程中原位产生NH3(见下面)。GB2375059中公开了一种该提议。NAC是例如从US5,473,887已知的，且经设计以从贫废气(λ>1)中吸附NOx并在废气中氧浓度降低时解吸该NOx。解吸的NOx可以用合适的还原剂(例如发动机燃料)还原成N2，通过NAC自身或位于NAC下游的催化剂组分(例如铑)进行促进。在实践中，能够间歇地根据计算的NAC剩余的NOx吸附容量将对氧浓度的控制调节到所需的氧化还原组成，例如比正常发动机运行操作更富燃(但仍贫于化学计量的或λ＝1的组成)、化学计量的或富于化学计量的(λ<1)。氧浓度可以通过多种手段调节，例如节流、将另外的烃燃料注入发动机气缸(例如在排气冲程过程中)或将烃燃料直接注入发动机集管下游的废气。典型的NAC配方包含催化氧化组分(例如铂)、显著量(即充分大于作为助剂(例如三效催化剂中的助剂)所需的量)的NOx储存组分(例如钡)和还原催化剂(例如铑)。对于该配方来说，用于从贫废气中储存NOx通常的机理为：NO+1/2O2→NO2(1)；和BaO+2NO2+1/2O2→Ba(NO3)2(2)，其中在反应(1)中，一氧化氮与氧气在铂上的活性氧化位上反应生成NO2。反应(2)包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理从贫燃内燃机排放的废气的催化基底整料，该催化基底整料包含第一活化涂层和第二活化涂层，其中第一活化涂层包含催化剂组合物，该催化剂组合物包含至少一种铂族金属(PGM)和用于该至少一种PGM的至少一种载体材料，其中当第一活化涂层暴露于包括相对高温的相对极端条件时，第一活化涂层中的至少一种PGM易于挥发，其中第二活化涂层包含用于捕集挥发的PGM的至少一种金属氧化物和其中第二活化涂层经取向以接触已经接触过第一活化涂层的废气。

【技术特征摘要】
2012.01.18 GB 1200780.3;2011.12.12 US 61/569,5231.一种用于处理从贫燃内燃机排放的废气的催化基底整料，该催化基底整料包含第一活化涂层和第二活化涂层，其中第一活化涂层包含催化剂组合物，该催化剂组合物包含至少一种铂族金属(PGM)和用于该至少一种PGM的至少一种载体材料，其中当第一活化涂层暴露于包括相对高温的相对极端条件时，第一活化涂层中的至少一种PGM易于挥发，其中第二活化涂层包含用于捕集挥发的PGM的至少一种金属氧化物和其中第二活化涂层经取向以接触已经接触过第一活化涂层的废气。2.根据权利要求1所述的催化基底整料，其中第一活化涂层中的该至少一种PGM包括铂。3.根据权利要求1或2所述的催化基底整料，其中第一活化涂层中的该至少一种PGM包括铂和钯。4.根据权利要求3所述的催化基底整料，其中Pt:Pd重量比是≤2。5.根据权利要求1、2、3或4中任一项所述的催化基底整料，其中第二活化涂层的该至少一种金属氧化物包括选自以下的金属氧化物：任选稳定化的氧化铝、无定形二氧化硅-氧化铝、任选稳定化的氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、任选稳定化的二氧化铈-氧化锆混合氧化物及其任意两种或更多种的混合物。6.根据前述权利要求中任一项所述的催化基底整料，其中第二活化涂层包含催化剂组合物，该催化剂组合物包含选自以下的至少一种金属：钯、银、金及其任意两种或更多种的组合，其中该至少一种金属氧化物负载该至少一种金属。7.根据权利要求1-6中任一项所述的催化基底整料，其中第二活化涂层包含铂和钯，和其中第二活化涂层中的Pt:Pd重量比低于第一活化涂层中的Pt:Pd重量比。8.根据前述权利要求中任一项所述的催化基底整料，其中第一活化涂层位于基底整料的第一活化涂层区中，第二活化涂层位于基底整料的第二活化涂层区中，其中在第一活化涂层区和第二活化涂层区之间基本上不存在重叠。9.根据权利要求1-7中任一项所述的催化基底整料，其中第二活化涂层位于第一活化涂层上面的层中。10.根据前述权利要求中任一项所述的催化基底整料，其中该基底整料是流通式基底整料。11.根据权利要求1-9中任一项所述的催化基底整料，其中该基底整料是具有入口表面和出口表面的过滤基底整料，其中该入口表面通过多...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·布拉克曼，G·M·布朗，S·查特杰，A·F·驰菲，J·加斯特，P·R·菲利浦，R·拉贾拉姆，G·斯普利特泽，A·沃克，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB