贱金属催化剂制造技术

本发明专利技术描述了贱金属催化剂，所述贱金属催化剂包含足以在300℃至650℃的温度范围内产生放热并且氧化由下游颗粒过滤器收集的烟尘的量的贱金属材料。贱金属催化剂基本上不含铂族金属。本发明专利技术还描述了使用贱金属催化剂修复氮氧化物(NO

【技术实现步骤摘要】
贱金属催化剂
[0001]本申请是由巴斯夫欧洲公司2015年6月10日提交的国际申请号为PCT/IB2015/000904的专利技术名称为“贱金属催化剂”的国际申请的分案申请。该国际申请PCT/IB2015/000904进入中国国家阶段的日期为2017年2月9日，国家申请号为201580042799.3。


[0002]本专利技术涉及贱金属催化剂、排放物处理系统和方法。更具体地，实施方案涉及具有位于颗粒过滤器和选择性催化还原(SCR)催化剂上游的贱金属催化剂的催化剂、系统和方法。在其中烃(例如燃料)周期性地在贱金属催化剂的上游注入的系统中，贱金属催化剂在300℃至650℃的温度范围内产生放热，以再生已收集烟尘的下游颗粒过滤器。

技术介绍

[0003]柴油发动机排气是多相混合物，其不仅含有气态排放物如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的烃(“HC”)和氮氧化物(“NO
x”)，而且含有构成所谓的颗粒或颗粒物质的凝聚相材料(液体和固体)。通常，在柴油发动机排气系统中提供催化剂组合物和其上设置该组合物的基材，以将某些或所有这些排气组分转化为无害组分。例如，柴油机排气系统可以包含一种或多种柴油机氧化催化剂、烟尘过滤器和用于还原NO
x
的催化剂。
[0004]已知含有铂族金属的氧化催化剂通过促进将HC和CO气态污染物和一些比例的颗粒物质转化为二氧化碳和水而促进柴油发动机排气的处理，通过这些污染物的氧化而进行所述转化。这样的催化剂通常被包含在被称为柴油机氧化催化剂(DOC)的单元中，所述单元被放置在柴油发动机的排气中，以在排气排放到大气之前处理排气。除了气态HC、CO和颗粒物质的转化之外，含有铂族金属的氧化催化剂(其通常分散在高熔点氧化物载体(support)上)也促进一氧化氮(NO)氧化成NO2。
[0005]柴油机排气的总颗粒物质排放物由三种主要组分组成。一种组分是固体、干燥的固体碳质部分或烟尘部分。这种干燥的碳质物质是通常与柴油机排气相关的可见的烟尘排放物的一部分。颗粒物质的第二组分是可溶有机部分(“SOF”)。可溶有机部分有时被称为挥发性有机部分(“VOF”)，本文将使用该术语。VOF可以作为蒸气或作为气溶胶(液体冷凝物的细液滴)存在于柴油机排气中，这取决于柴油机排气的温度。如标准测量试验(例如U.S.Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)所规定的，它通常作为冷凝液体在稀释的排气中在52℃的标准颗粒收集温度下存在。这些液体产生于两个来源：(1)每次活塞上下运动时从发动机气缸壁扫下的润滑油；和(2)未燃烧或部分燃烧的柴油燃料。
[0006]颗粒物质的第三组分是所谓的硫酸盐部分。硫酸盐部分由存在于柴油燃料和油中的少量硫组分形成。在柴油燃料的燃烧期间形成小比例的SO3，其反过来与排气中的水迅速结合以形成硫酸。硫酸作为凝聚相与颗粒作为气溶胶收集，或者被吸附到其它颗粒组分上，从而增加了TPM的质量。
[0007]用于高颗粒物质减少的一种关键后处理技术是柴油机颗粒过滤器。存在许多已知的有效地从柴油机排气中除去颗粒物质的过滤器结构，例如蜂窝壁流式过滤器，缠绕或填
充的纤维过滤器，开孔泡沫，烧结金属过滤器等。然而，如下所述的陶瓷壁流式过滤器受到最多的关注。这些过滤器能够从柴油机排气中除去超过90％的颗粒材料。过滤器是用于从排气中除去粒子的物理结构，并且积聚的粒子将增加来自发动机上的过滤器的背压。因此，必须连续或周期性地将积聚的粒子从过滤器中烧出，以保持可接受的背压。遗憾的是，当使用氧气用于碳氧化时，碳烟尘粒子需要超过500℃的温度以在富(贫)氧排气条件下燃烧。该温度高于柴油机排气中通常存在的温度。然而，烟尘氧化的另一种机理是其与NO2的反应，其在250至500℃之间的温度间隔内以足够的反应速率进行。上边界温度的原因在于存在氧的情况下NO和NO2之间的热力学平衡，其通过升高温度导致低NO2浓度。
[0008]对于基于氧的烟尘氧化，主动再生过程通常通过改变发动机管理以将过滤器前面的温度升高到高达500至630℃来启动；对于基于NO2的烟尘氧化，主动再生过程通常通过改变发动机管理以将过滤器前面的温度升高到高达300至500℃来启动。根据驱动模式，当再生期间的冷却不足时(低速/低负载或空转驱动模式)，在过滤器内部可能发生高放热。这种放热在过滤器内可能超过800℃或更高。已经开发的用于完成主动再生的一种常见方式是将可燃材料(例如柴油燃料)引入排气中并将其燃烧穿过安装在过滤器上游的流通式柴油机氧化催化剂(DOC)。来自这种辅助燃烧的放热提供在可接受的时间段(例如约2
‑
120分钟)内燃烧来自过滤器的烟尘所需的显热(例如约300
‑
700℃)。
[0009]通常引入供应物以降低烟尘燃烧温度，以便提供过滤器的被动再生。催化剂的存在促进烟尘燃烧，从而在实际工作循环下在柴油发动机的排气中可达到的温度下再生过滤器。以这种方式，催化烟尘过滤器(CSF)或催化柴油机颗粒过滤器(CDPF)足以提供>80％的颗粒物质减少以及积聚烟尘的被动燃烧，从而促进过滤器再生。
[0010]在全世界采用的未来排放物标准也将致力于来自柴油机排气的NO
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还原。应用于具有贫排气条件的固定源的成熟的NO
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减排技术是选择性催化还原(SCR)。在该方法中，在通常由贱金属组成的催化剂上，用氨(NH3)将NO
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还原为氮气(N2)。该技术能够达到大于90％的NO
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还原，因此它代表了用于实现积极的NO
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还原目标的最佳方法之一。SCR正在开发用于移动应用，其中用尿素(通常存在于水溶液中)作为氨源。SCR提供NO
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的有效转化，只要排气温度在催化剂的活性温度范围(即操作窗口)内。
[0011]全世界用于柴油发动机的新的排放物法规迫使使用更先进的排放物控制系统。这些系统需要将总颗粒物质和NOx二者减少约95％。发动机制造商具有多个排放系统选择以满足新规定，但是一个选择是用于颗粒减少的主动过滤器系统和选择性催化还原系统的组合。
[0012]文献中提出的一种系统配置包括位于发动机下游的柴油机氧化催化剂(DOC)，位于DOC下游的催化烟尘过滤器(CSF)，位于CSF下游的还原剂喷射系统，位于还原剂喷射系统下游的选择性催化还原(SCR)催化剂，以及位于SCR催化剂下游的任选的氨氧化(AMOX)催化剂。该系统通常还包括位于发动机下游并位于DOC上游的烃喷射系统。
[0013]该系统配置为整个系统功能提供了几个优点。使DOC处于第一位置，允许其尽可能靠近发动机放置，从而确保快速加热冷起始物HC和CO排放物，并保证用于主动过滤器再生的最大DOC入口温度。位于SCR前方的CSF将防止颗粒、油灰和其它不期望的材料沉积在SCR催化剂上，从而改善其耐久性和性能。在SCR前方具有铂族金属氧化催化剂，允许NO2至NO转化(或进入SCR的NO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于减少贫燃发动机的排气排放物的贱金属催化剂，所述贱金属催化剂包括：贱金属材料，其量为在引入可燃材料时有效产生放热，以主动地并周期性地再生含有积聚的该下游颗粒过滤器收集的烟尘的下游颗粒过滤器，放热产生热以在该下游颗粒过滤器前面提供300℃至650℃的温度范围并且有效氧化由下游颗粒过滤器收集的烟尘，其中所述贱金属催化剂不含铂族金属。2.根据权利要求1所述的贱金属催化剂，其中排气排放物包括硫。3.根据权利要求1所述的贱金属催化剂，其中贱金属材料选自V、W、Ti、Cu、Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Nd、Ba、Ce、La、Pr、Mg、Ca、Zn、Nb、Zr、Mo、Sn、Ta、Ce和Sr及其组合。4.根据权利要求2所述的贱金属催化剂，其中贱金属材料选自V、W、Ti、Cu、Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Nd、Ba、Ce、La、Pr、Mg、Ca、Zn、Nb、Zr、Mo、Sn、Ta、Ce和Sr及其组合。5.根据权利要求1至4中任一项所述的贱金属催化剂，其还包含选自AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、EMT、ERI、FAU、GME、JSR、KFI、LEV、LTL、LTN、MOZ、MSO、MWW、OFF、SAS、SAT、SAV、SBS、SBT、SFW、SSF、SZR、TSC、WEN及其组合的分子筛。6.根据权利要求1至4中任一项所述的贱金属催化剂，其中所述贱金属催化剂分散在高熔点金属氧化物载体上，其中所述贱金属催化剂为选自均匀、分区或层叠的配置。7.根据权利要求5所述的贱金属催化剂，其中所述贱金属催化剂分散在高熔点金属氧化物载体上，其中所述贱金属催化剂为选自均匀、分区或层叠的配置。8.一种用于处理贫燃发动机排气流的系统，所述贫燃发动机排气流包含烃、一氧化碳和其它排气组分，所述系统包括：排气导管，所述排气导管经由排气歧管与贫燃发动机流体连通；权利要求1至7中任一项所述的贱金属催化剂，所述贱金属催化剂设置在载物基材上；和位于贱金属催化剂下游的颗粒过滤器和第一SCR催化剂。9.根据权利要求8所述的系统，其中第二SCR催化剂涂布在位于贱金属催化剂下游的颗粒过滤器上。10.根据权利要求8所述的系统，所述系统还包括在贱金属催化剂下游并在颗粒过滤器上游的铂族金属(PGM)氧化催化剂，其中贱金属催化剂和铂族金属(PGM)氧化催化剂位于单一基材上，或其中贱金属催化剂和铂族金属(PGM)氧化催化剂位于分开的基材上。11.根据权利要求9所述的系统，所述系统还包括在贱金属催化剂下游并在颗粒过滤器上游的铂族金属(PGM)氧化催化剂，其中贱金属催化剂和铂族金属(PGM)氧化催化剂位于单一基材上，或其中贱金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：