包括混合金属氧化物类水滑石化合物的催化器元件制造技术

本发明专利技术涉及用于氮氧化物(NO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括混合金属氧化物类水滑石化合物的催化器元件描述本专利技术涉及用于氮氧化物(NOx)的转化的、包含混合金属氧化物化合物的催化器元件(catalysatorelement)。本专利技术还涉及用于制备用于本专利技术催化器元件的本专利技术混合金属氧化物化合物的方法，以及包括本专利技术催化器元件(诸如用于废气(exhaustgas)中(NOx)的转化)的用于内燃机的排气系统。氮氧化物(NOx)在发动机中在燃烧期间产生，并且NOx即一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)是空气污染的主要贡献者中的一种。这些气体有助于形成例如烟雾和酸雨。由通过内燃机排放引起的污染可以通过添加所谓的柴油排气流体(dieselexhaustfluid)(DEF)来减少，所述柴油排气流体包括为式CO(NH2)2的有机化合物的尿素(也被称为碳酰二胺)。通常，DEF是包含32.5％尿素和67.5％去离子水的尿素水溶液。DEF在内燃机中在被称为选择性催化还原(SCR)的工艺中使用以降低废气排放物中的NOx浓度并且减少释放到大气中的NOx的量。在选择性催化还原反应中，使用SCR催化器将NOx转化为氮气(N2)和水(H2O)。在内燃机动力车辆的应用领域中，DEF被注射到热废气流中，其中尿素水溶液蒸发(水蒸发)。尿素被热分解以形成氨(NH3)和异氰酸(HNCO)。随后，HNCO被水解成二氧化碳(CO2)和氨(NH3)。在氧气(O2)和SCR催化器的存在下，NH3将还原NOx，导致作为最终产物的N2和H2O。N2和H2O两者经由发动机的气体排放管道被释放到大气中。通常，包括在DEF中的尿素在SCR催化器的上游注射。喷雾剂可以被注射到混合器、管壁、蒸发管、锥体(cone)等上。在商业系统中，注射被编程为如果温度超过170℃则启动，该温度被认为是避免形成尿素沉积物的最小阈值。固有地，这意味着在直到达到该温度的前几分钟所需的时间中，NOx仅被部分地处理。事实上，在尾管处排放的大部分NOx在被称为“冷启动”的该时间段内产生。用于SCR反应的最佳温度在350℃和450℃之间，其中约98％的NOx被转化。反应也可以在低至225℃的温度发生，然而在这样的相对低的温度，约仅50％-60％的NOx被转化并且需要更长的停留时间，对于在用于内燃机动力车辆的排放控制系统中使用，这固有地是不切实际的且次优的。SCR催化器包括载体材料(主要是陶瓷基底)和活性催化组分，该活性催化组分最常见的是金属氧化物。为了汽车的目的，重要的是SCR催化器具有高的热耐久性，以在显著高的温度操作持续延长的时间段。一般来说，SCR催化器具有蜂窝状结构或板状结构的几何形状，以便提供增加的反应表面积，这对于转化反应和总的NOx转化率是有益的。然而，次优的SCR反应(例如在DEF注射期间处于低温)导致尿素不被分解或异氰酸不被有效地水解成NH3，并且导致在废气管道的内部上形成未分解的尿素和/或异氰酸的沉积物或膜。尿素在高于132℃的温度开始热分解。该分解反应是吸热反应，并且导致温度下降，这是建立在水分蒸发的影响上的，这两种效应(化学的和物理的)的组合增加了沉积物的形成的效果。当发动机刚启动并且需要时间预热时或者当DEF被注射到气体排放管道时，排放管道中也会出现低温，这可以导致温度下降至60℃-70℃。在这样的低温，诱导尿素/HNCO沉积物的形成。适时地，这些沉积物堵塞排气系统的部件，导致气流的阻塞(固有地影响催化剂表面上的流动均匀性)、增加的背压、减少的SCR反应以及减少的废气中NOx的还原或甚至没有废气中NOx的还原，并且影响尿素注射的校准以及对NH3漏失(slip)的量产生负面影响。与沉积物形成相关的另外的问题是，即使温度高于250℃，如果沉积物聚合成长链，则它们可能难以分解。考虑到上文，在本领域中存在对于改进的催化器元件的需求，其中气体排放系统中尿素沉积物的形成被减少或防止，并且由此改善废气中的NOx还原。此外，在本领域中存在对于在内燃机的气体排放系统中更有效(例如更高的转化率和处于更低的温度)和更持久的NOx还原的需求。除了其他目的之外，本专利技术的一个目的是解决本领域中的上述需求。本专利技术的该目的以及其他目的通过如所附权利要求中概述的本专利技术来满足。具体地，上述目的以及其他目的通过本专利技术(根据第一方面)通过适合于氮氧化物(NOx)的转化的催化器元件来满足，该催化器元件包括涂覆有煅烧的混合金属氧化物类水滑石化合物(mixedmetaloxidehydrotalcite-likecompound)的固体支撑物，其中所述煅烧的混合金属氧化物类水滑石化合物包含至少一种二价金属(M2+)和至少一种三价金属(M3+)，其中：-所述至少一种二价金属(M2+)选自由以下组成的组：Co2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+、Ni2+、Ag2+、Ca2+、Pt2+、Pd2+、Cd2+、Mo2+、W2+、Ru2+、Sr2+、Ba2+、Nd2+及其混合物，优选地Co2+；并且-其中所述至少一种三价金属(M3+)选自由以下组成的组：Ce3+、Al3+、Mn3+、Fe3+、Hf3+、Co3+、V3+、Ti3+、Zr3+、Y3+、La3+和Pr3+及其混合物，优选地Ce3+和Al3+；或者-其中与Al3+组合的所述至少一种三价金属(M3+)选自由以下组成的组：Ce3+、Mn3+、Fe3+、Hf3+、Co3+、V3+、Ti3+、Zr3+、Y3+、La3+和Pr3+及其混合物，优选地Ce3+。关于Pt2+、Pd2+，注意的是这些二价金属提供优异的水解催化作用，特别是在低温条件。关于氧化催化，特别是在超过200℃的温度，将它们分散到水滑石基质中，我们将降低它们的总体氧化能力同时保持水解反应中的活性。这两种二价金属的效率可以通过添加与上文其他二价金属组合的铂和/或钯，即掺杂在例如CoAlCe中的铂和/或钯来适当地利用，尽管还设想了掺杂在其他二价金属和三价金属组合诸如下文所列出的那些中。令人惊讶地，本专利技术人已经发现，作为类水滑石化合物被生产的混合金属氧化物诸如过渡金属氧化物具有水解反应、特别是尿素分解和HCNO水解中所需的可调的和适度的酸性特性，这与汽车废气处理中使用的SCR应用非常相关。水滑石是一种层状双氢氧化物并且包括一类具有独特的结构性质的层状材料。水滑石包括带正电荷的氢氧化物层和位于层间区域的可移动的阴离子和水分子。采取这种独特结构的化合物通常被称为类水滑石化合物。类水滑石化合物是非常均质的，这允许水解反应(例如异氰酸水解)所需的酸位点的最佳密度。层状双氢氧化物结构给予这些化合物适合于包括新的药物和催化剂的开发的若干种工业应用的阴离子交换性质。本专利技术人已经发现，作为类水滑石化合物被生产的混合金属氧化物可以在低于150℃的温度通过催化异氰酸水解来加速尿素分解形成NH3的速率。此外，当废气管道、尿素注射器壳体、尿素混合元件或尿素SCR砖(ureaSCRbrick)的入口面中的一部分设置有这些混合金属氧化物类水滑石化合物时，尿素沉积物(诸如缩二脲、三脲、三聚氰胺、氰尿酰胺和氰尿酸)在低于170本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化器元件，包括涂覆有煅烧的混合金属氧化物类水滑石化合物的固体支撑物，其中所述煅烧的混合金属氧化物类水滑石化合物包含至少一种二价金属(M

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170710 EP 17180530.21.一种催化器元件，包括涂覆有煅烧的混合金属氧化物类水滑石化合物的固体支撑物，其中所述煅烧的混合金属氧化物类水滑石化合物包含至少一种二价金属(M2+)和至少一种三价金属(M3+)，其中：
-所述至少一种二价金属(M2+)选自由以下组成的组：Co2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+、Ni2+、Ag2+、Ca2+、Pt2+、Pd2+、Cd2+、Mo2+、W2+、Ru2+、Sr2+、Ba2+、Nd2+及其混合物，优选地Co2+；并且
-其中所述至少一种三价金属(M3+)选自由以下组成的组：Ce3+、Al3+、Mn3+、Fe3+、Hf3+、Co3+、V3+、Ti3+、Zr3+、Y3+、La3+和Pr3+及其混合物，优选地Ce3+和Al3+；或者
-其中与Al3+组合的所述至少一种三价金属(M3+)选自由以下组成的组：Ce3+、Mn3+、Fe3+、Hf3+、Co3+、V3+、Ti3+、Zr3+、Y3+、La3+和Pr3+及其混合物，优选地Ce3+。


2.根据权利要求1所述的催化器元件，其中所述至少一种二价金属(M2+)和所述至少一种三价金属(M3+)选自由以下组成的非化学计量组合的组：CoAlCe；CoAlMn；CoAlFe；CoAlCo；CoAlV；CoAlTi；CoAlHf；CoAlPr；CoAlLa；CuAlCe；FeAlCe；ZnAlCe；NiAlCe；AgAlCe；CaAlCe；PtAlCe；PdAlCe；CdAlCe；MoAlCe；WAlCe；RuAlCe；SrAlCe；BaAlCe；NdAlCe；CuAlMn；FeAlMn；ZnAlMn；NiAlMn；AgAlMn；CaAlMn；PtAlMn；PdAlMn；CdAlMn；MoAlMn；WAlMn；RuAlMn；SrAlMn；BaAlMn；NdAlMn；CuAlFe；FeAlFe；ZnAlFe；NiAlCe；AgAlCe；CaAlCe；PtAlCe；PdAlCe；CdAlCe；MoAlCe；WAlCe；RuAlCe；SrAlCe；BaAlCe；NdAlCe；CuAlCo；FeAlCo；ZnAlCo；NiAlCo；AgAlCo；CaAlCo；PtAlCo；PdAlCo；CdAlCo；MoAlCo；WAlCo；RuAlCo；SrAlCo；BaAlCo；NdAlCo；CuAlV；FeAlV；ZnAlV；NiAlV；AgAlV；CaAlV；PtAlV；PdAlV；CdAlV；MoAlV；WAlV；RuAlV；SrAlV；BaAlV；NdAlV；CuAlTi；FeAlTi；ZnAlTi；NiAlTi；AgAlTi；CaAlTi；PtAlTi；PdAlTi；CdAlTi；MoAlTi；WAlTi；RuAlTi；SrAlTi；BaAlTi；NdAlTi；CuAlHf；FeAlHf；ZnAlHf；NiAlHf；AgAlHf；CaAlHf；PtAlHf；PdAlHf；CdAlHf；MoAlHf；WAlHf；RuAlHf；SrAlHf；BaAlHf；NdAlHf；CuAlPr；FeAlPr；ZnAlPr；NiAlPr；AgAlPr；CaAlPr；PtAlPr；PdAlPr；CdAlPr；MoAlPr；WAlPr；RuAlPr；SrAlPr；BaAlPr；NdAlPr；CuAlLa；FeAlLa；ZnAlLa；NiAlLa；AgAlLa；CaAlLa；PtAlLa；PdAlLa；CdAlLa；MoAlLa；WAlLa；RuAlLa；SrAlLa；BaAlLa；和NdAlLa。


3.根据权利要求2所述的催化器元件，其中所述至少一种二价金属(M2+)和所述至少一种三价金属(M3+)选自由以下组成的组合的组：CoAlCe；CoAlMn；CoAlFe；CoAlCo；CoAlV；CoAlTi；CoAlPr；CoAlLa；CuAlCe；FeAlCe；ZnAlCe；NiAlCe；AgAlCe；CaAlCe；PtAlCe；PdAlCe；CdAlCe；MoAlCe；RuAlCe；SrAlCe；BaAlCe；NdAlCe；PdAlMn；RuAlMn；CdAlCe；MoAlCe；WAlCe；RuAlCe；CuAlCo；FeAlCo；ZnAlCo；NiAlCo；CdAlCo；MoAlCo；WAlCo；RuAlCo；NdAlCo；CuAlPr；FeAlPr；NiAlPr；AgAlPr；CaAlPr；CdAlPr；CuAlLa；FeAlLa；NiAlLa；AgAlLa；CaAlLa；CdAlLa；MoAlLa；WAlLa；SrAlLa；BaAlLa；和NdAlLa。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的催化器元件，其中所述煅烧的混合金属氧化物类水滑石化合物通过将包含至少一种二价金属(M2+)和至少一种三价金属(M3+)的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·让蒂，杜尔盖鲁·彼得里克，蒂埃里·维萨尔特德波卡尔米，
申请(专利权)人：博萨尔排放控制系统公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE