用于减少来自内燃机的废气的氨和氮氧化物排放物的催化剂制造技术

本发明专利技术涉及一种催化剂，该催化剂包含

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少来自内燃机的废气的氨和氮氧化物排放物的催化剂
[0001]本专利技术涉及用于减少来自内燃机，特别是稀薄运行的发动机如柴油机的废气的氨和氮氧化物排放物的催化剂，所述催化剂具有若干材料区。
[0002]除了一氧化碳CO、烃HC和氮氧化物NO
x
之外，柴油机的原始废气含有高达15体积％的相对高氧含量。还含有主要由烟灰残留物和可能的有机附聚物组成并且源自发动机气缸中的部分不完全燃料燃烧的颗粒排放物。
[0003]虽然带有和不带有催化活性涂层的柴油微粒过滤器都适于去除颗粒排放物，但一氧化碳和碳氢化合物通过在合适的氧化催化剂上氧化而变得无害。在文献中广泛描述了氧化催化剂。例如，它们是流通式基材，其承载贵金属，如铂和钯，作为大面积、多孔、高熔点氧化物(如氧化铝)上必不可少的催化活性组分。
[0004]氮氧化物可以在存在氧气的情况下在SCR催化剂上通过氨转化为氮气和水。SCR催化剂也在文献中广泛描述。它们通常是所谓的混合氧化物催化剂，特别是含有钒、钛和钨，或者是所谓的沸石催化剂，它们含有金属交换的沸石，特别是小孔的沸石。SCR催化活性材料可以载于流通式基材或壁流式过滤器上。
[0005]用作还原剂的氨可以通过将氨前体化合物进料到废气中而得到，该废气被热解和水解以形成氨。此类前体的示例是氨基甲酸铵、甲酸铵，并且优选尿素。另选地，氨可以通过废气内的催化反应形成。
[0006]为了提高SCR催化剂处氮氧化物的转化率，可能需要以比所需量高约10％至20％的量(即，超过化学计量的量)加入氨。这继而导致废气中未反应的氨，鉴于其毒性作用，这是不希望的。氨排放物在废气立法中越来越受到限制。
[0007]为了避免氨排放物，已经开发了所谓的氨泄漏催化剂(ASC)。这些催化剂通常包含用于在尽可能低的温度下氧化氨的氧化催化剂。这种氧化催化剂包含至少一种贵金属，如钯，特别是铂。然而，包含贵金属的氧化催化剂不仅将氨氧化成氮，而且还氧化成有害物质，如一氧化二氮(N2O)和氮氧化物(NO
x
)。通过将氧化催化剂与SCR催化剂结合可以提高氨氧化对氮的选择性。此类结合可以以不同的方式进行，例如两种组分可以混合和/或它们可以各自存在于载体基材上的单独层中。在分层布置的情况下，SCR层通常是上层，并且涂覆在作为下层的氧化层上。ASC催化剂通常涂覆在整体式载体基材上，如流通式基材或壁流式过滤器。
[0008]这种类型的ASC催化剂例如公开在EP0410440A1、WO02/100520A1、EP2117702A2和WO2010/062730A2中。
[0009]在这些系统中，存在氨氧化活性与对N2O和NO
x
的选择性之间的权衡。较高的氨氧化与较高的N2O和NO
x
产生相关联。当将氨和NO
x
同时进料到这些催化剂中时，观察到对N2O和NO
x
的高选择性。
[0010]因此需要一种解决方案，以在对N2O和NO
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的选择性较低的情况下实现更高的氨转化率，并在对N2O和NO
x
的选择性较低的情况下实现高SCR活性。
[0011]本专利技术的专利技术人惊奇地发现，该问题可以通过包含作为SCR催化剂的含铜沸石的ASC催化剂来解决，其中Cu/Al比高于特定值。
[0012]因此，本专利技术涉及一种催化剂，其包括：
[0013]·
载体基材，该载体基材具有在第一端面
‘
a
’
和第二端面
‘
b
’
之间延伸的长度L，和
[0014]·
布置在载体基材上的不同组成的材料区A和B，其中
[0015]‑
材料区A包含铂且不含钯，或包含重量比为Pt:Pd≥1的铂和钯，并且
[0016]‑
材料区B包含Cu/Al比率为0.355或更高的含铜沸石。
[0017]在材料区A包含铂和钯的情况下，重量比Pt:Pd优选地为20:1至1:1，特别是10:1至4:1。示例为20:1、12:1、10:1、7:1、6:1、4:1、3:1、2:1、1.5:1和1:1。
[0018]然而，材料区A优选地仅包含铂且不含钯。
[0019]在本专利技术的优选的实施方案中，材料区A包含呈铂颗粒形式的铂，其中铂颗粒的平均粒径为50nm
‑
200nm，优选地80nm
‑
120nm。
[0020]在本专利技术的上下文中，术语“平均粒径”应理解为是指是基于半最大峰宽(FWHM)处的全宽上大约39.8
°
处的[111]主反射，根据X射线衍射图像计算出来的。
[0021]铂或者铂和钯通常负载在材料区A中的一种或多种载体氧化物上。这些载体氧化物有利地是高熔点的，即它们的熔点足够高于根据本专利技术的催化剂的特定正常操作期间出现的温度。此外，载体氧化物具有有利的大表面积，并且优选地具有50m2/g至200m2/g的BET表面(根据DIN 66132测定)。
[0022]合适的载体氧化物选自由以下项组成的组：氧化铝、掺杂的氧化铝、氧化硅、氧化钛、掺杂的氧化钛、氧化铈、氧化锆以及这些氧化物中的一种或多种的混合氧化物。
[0023]掺杂的氧化铝为例如氧化硅掺杂的氧化铝、氧化锆掺杂的氧化铝和/或氧化钛掺杂的氧化铝。有利地使用镧稳定的氧化铝，其中分别以按照La2O3计算的并相对于稳定的氧化铝的重量计1重量％至10重量％，优选地3重量％至6重量％的量使用镧。掺杂的氧化钛为例如氧化硅掺杂的氧化钛。
[0024]在本专利技术的优选的实施方案中，材料区A包含负载在氧化钛上的呈铂颗粒形式的铂，其中铂颗粒的平均粒径为50nm
‑
200nm，优选地80nm
‑
120nm。
[0025]在本专利技术的上下文中，术语“平均粒径”是基于半最大峰宽(FWHM)处的全宽上大约39.8
°
处的[111]主反射，根据X射线衍射图像计算的平均Pt微晶直径。当使用标准硅时，在大约28.4
°
2θ处产生一峰，其中FWHM为0.06
°
2θ。
[0026]优选地，氧化钛以二氧化钛的形式存在，特别是包括结晶相锐钛矿和金红石。锐钛矿和金红石相优选地以大于9:1的重量比存在。
[0027]氧化钛优选地掺杂有氧化硅，特别是基于掺杂的氧化钛的重量计1重量％至10重量％的氧化硅。
[0028]基于载体氧化物的重量计，载体氧化物的铂负载量具体地在0.5重量％至20重量％，优选地3重量％至8重量％的范围内。
[0029]在其中铂以平均直径为50nm
‑
200nm、优选地80nm
‑
120nm的铂颗粒形式存在的本专利技术的实施方案中，载体氧化物不是氧化铝。
[0030]负载在载体氧化物上的呈铂颗粒形式的铂(其中铂颗粒的平均直径为50nm
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.催化剂，所述催化剂包含
·
载体基材，所述载体基材具有在第一端面
‘
a
’
和第二端面
‘
b
’
之间延伸的长度L，和
·
布置在所述载体基材上的不同组成的材料区A和B，其中
‑
材料区A包含铂且不含钯，或包含重量比为Pt:Pd≥1的铂和钯，并且
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材料区B包含Cu/Al比率为0.355或更高的含铜沸石。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，材料区A包含铂且不含钯。3.根据权利要求1和/或2所述的催化剂，其特征在于，材料区A包含呈铂颗粒形式的铂，其中所述铂颗粒的平均直径为50nm
‑
200nm。4.根据权利要求1至3中的一项或多项所述的催化剂，其特征在于，材料区A中的铂或者铂和钯负载在一种或多种载体氧化物上。5.根据权利要求4所述的催化剂，其特征在于，所述载体氧化物选自由以下项组成的组：氧化铝、掺杂的氧化铝、氧化硅、氧化钛、掺杂的氧化钛、氧化铈、氧化锆以及它们中的一种或多种的混合氧化物。6.根据权利要求1至5中的一项或多项所述的催化剂，其特征在于，材料区A包含负载在氧化钛上的呈铂颗粒形式的铂，其中所述铂颗粒的平均直径为50nm
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200nm。7.根据权利要求6所述的催化剂，其特征在于，氧化钛掺杂有氧化硅。8.根据权利要求7所述的催化剂，其特征在于，基于所述掺杂的氧化钛的重量计，氧化钛掺杂有1重量％至10重量％...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：优美科股份公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：