本发明专利技术公开了催化剂制品及其相关的制备方法和用途，所述催化剂制品在第一催化层中包含基本上唯一的钯贵金属组分，在第二催化层中包含铑组分。本发明专利技术还公开了催化剂制品，包含：在载体基底上形成的第一层，其中所述第一层包括耐火金属氧化物并具有基本上均一的表面；在所述第一层上形成的第二层，其中所述第二层包括：i)为所述第二层的大约50-90重量%的储氧组分；和ii)为所述第二层的大约2-5重量%的量的钯组分，其中所述钯组分是基本上唯一的铂族金属组分；和无钯的第三层，包括负载在为所述第二层的大约80-99重量%的耐热储氧组分上的铑组分。所述催化剂制品展现出一种或多种改善的性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有效处理含有碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物气流的催化剂制品、使用催化剂制品处理所述气流的方法、包括催化剂制品的系统以及所述催化剂制品的制造方法。更特别的是，本专利技术提供了催化剂制品和处理由小型引擎产生的废气的方法。
技术介绍
内燃机的废气，包括小型引擎的，熟知的污染物有如污染空气的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物(NOx)。小型内燃机，通常是两冲程和四冲程的火花点火引擎为各种机械提供能量，如汽油引擎为动力割草机、链锯、吹叶机、串刀、摩托车、摩托车、轻便摩托车及类似的机器提供能量。这种引擎为催化尾气处理装置带来了恶劣的环境。这是因为在小型引擎内，尾气中含有高浓度的未燃燃料和未消耗的氧气。一种可以安装在引擎内下游的催化剂制品，其他如消声器结构。例如在美国专利申请公开号20040038819公布的装在消声器催化剂制品，其全部内容通过引用的方式并入本文。此外，一个两冲程引擎的振动可以达到四冲程引擎的三、四倍。例如，在小型引擎的报告中，在150赫兹(Hz)下，振动加速度为70G到90G (G=重力加速度)。小型引擎相关的刺耳的振动和废气温度条件导致安装的几种模式的废气催化处理装置都失败了 ；包括在设备中保护催化剂制品的安装结构的无法安装，或者由于机械振动和在高温条件下废气的流动，导致的催化剂制品的相应损害或破坏。催化剂制品通常包括ー种类似陶瓷的载体，有多个微小平行的气体流通道延伸穿过(有时也被称为“蜂窝”)，此为典型例子，如堇青石，莫来石等，所述催化材被涂覆其上。在过度的振动和暴露到非常高的空间速度下，陶瓷类材料会开裂和粉碎(即空气流经催化剂制品的量，这可能达到400-500K或更高)。虽然陶瓷和金属单片蜂窝催化剂被用于小型引擎应用程序是可行的，但其应具有可选择的设计，以适应更小的空间，极端的操作环境和整体成本较低的小型引擎。在这种情况下，金属载体如金属板和丝网已被使用。虽然丝网可以很容易地适应于狭小的空间，并且相对便宜，但是在小型引擎中，其易曲性使其容易在极端振动和气流条件下的降解催化层，从而缩短了催化剂的使用寿命。催化剂在小型引擎中的应用，參见美国专利申请公开号20060171866的描述，其中的全部内容通过引用方式并入本文。简言之，这种催化剂包括一种或多种钼族金属化合物或复合物，它可在合适金属负载上。术语“化合物型”是指任何化合物，复合物的或类似的催化组分，经煅烧的或使用催化剂，分解或以其他方式转换为催化活性的组分，常常是ー种氧化物或金属。各种化合物或一种或多种催化组分的复合物可以被溶解或悬浮在任何液、体(其会变潮湿或浸溃载体材料)中。三效转换(TWC)催化剂应用在ー些领域，包括处理汽车、卡车和其他的汽油引擎等内燃机的废气。各国政府已经制定了未燃尽的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等污染物的排放标准，新车必须满足以前的标准。为了满足这些标准，包含TWC催化剂的催化转换器安装于内燃机的尾气线。这种催化剂通过氧气促进了未燃尽的碳氢化合物和ー氧化碳的废气的氧化并减少氮氧化物的排放。已知的三效催化剂显示出良好的活性和较长的寿命，包括使一个或多个钼族金属(例如钼、钯、铑、铼、铱)在耐火金属氧化物负载体上高表面积处置，(例如，高表面积氧化铝涂层)。在合适的载体或基底上的负载体，如包括耐火陶瓷或金属蜂窝结构的整体式载体，或耐火材料颗粒，如合适的耐火材料的球状或短的挤压段。三效催化器载体，也可能是ー个铁丝网，通常是丝网(其特别在小型引擎中使用)。可以通过许多途径制造TWC催化剂。例如，美国专利号6，478，874，提出了ー个催化涂层基板的系统。例如，美国专利号4，714，694和4，923，842，发现ー个三效催化器催化剂的细节。美国专利号5，057，483、5，597，771、 7，022，646;W095/35152公开了三效催化剂有两层贵金属。美国专利号6，764，665公开了ー种三效催化剂有三层，包括基本上没有储氧组分的钯层。美国专利号5，898，014公开的催化剂成分含有储氧组分。催化剂制品催化组分的载体。在氧化铝载体材料，也被称为“伽玛氧化铝”或“活性氧化铝”，特别是显示出BET表面积超过60平方米每克(“m2/g”)，往往高达200平方米/克或更高。这种活性氧化铝通常是ー个伽玛和△相氧化铝的混合物，但也可能包含大量的n、K和0相氧化铝。虽然许多的其它耐火金属氧化物载体有比氧化铝的比活性更低BET表面积的缺点，这种缺点往往被更持久的耐用性催化剂抵消。在运行的引擎中，尾气温度可达到600° C，催化出的温度可超过1000° C。这样的高温下会由相变引起导致活性氧化铝或其他负载材料进行由相变和体积收缩引起的热分解，尤其是在蒸汽的存在时，随着暴露催化表面积的损失，在收缩的负载体媒介上的催化金属变得闭塞，相应地降低了催化活性。通过使用如氧化锆、ニ氧化钛、碱土金属氧化物(如氧化钡，钙质或氧化锶)、或稀土金属氧化物(例如ニ氧化铈，氧化镧和两个或两个以上的稀土混合物的金属氧化物)等材料作为稳定氧化铝负载体来抵抗此类热降解，是ー个有效手段。 例如，參见C. D. Keith等，美国专利号4，171，288，其全部内容通过引用的方式并入本文。在钼族金属中，对于汽油引擎排放控制而言，因为其相对于钼(Pt)和铑(Rh)较低的成本，钯(Pd)是特别有意义的，在某些作业环境下，相对于其他钼族金属，由于其性能优势钼具有相对更高的可用性。然而，尽管具有价格和可用性优势，钯仅作为催化材料在使用中，还是有几个问题。相比钼金属，钯对燃料和机油污染物的抗毒性较差，其转换短链饱和烃(如こ烷和丙烷)方面的能力也比钼金属差。钯的这些缺点被部分抵销，其比钼金更耐烧结性更持久。然而，钯催化剂制品的成本优势在满足小型引擎中的较便宜类型机器排气的处理方面尤为重要。仍然需要一种首先基于钯的基础上，提高耐用性和在小型引擎的恶劣环境下性能的的催化剂制品。本专利技术解决了这一需要。专利技术概述本专利技术的实施方案是指催化剂制品和相关的制备方法及用途；在所述催化剂制品中，钯是在第一催化层中的主要催化成分并且其任选地进步包括钼，所述催化剂制品还包括在第二催化层中作为催化成分的铑和任选地包括的钼。所述催化剂制品包括在载体上或者在粘附到所述载体的底涂层上形成第一催化层和在第一催化层上形成的第二催化层；其中所述第一催化层包括i)储氧组分和ii)钯组分，其中所述钯组分基本上是所述唯一的钼族金属组分；其中所述第二催化层包括负载在耐热储氧组分的铑和任选的钼。所述第二催化层不含有钯。在一个实施方案中，所述催化剂制品表现改善的持久性和(在小型引擎中使用的)单钯催化剂制品相关的性能，特别是在蒸汽/空气中1050° C下老化之后的性能。所述催化剂制品的载体可以是适合在小型引擎中使用的任意载体，例如适合在小型引擎中使用的丝网、金属整体制品或热管、或陶瓷载体。在本专利技术的另一方面中，所述催化剂制品的制备通过在载体上涂覆i)包含在酸溶胶中的耐火金属氧化物的底涂层，使用热量和气流干燥所述第一层使大体均一的表面在所述底涂层上形成，ii)通过在所述底涂层上涂覆浆料在所述底涂层上沉积第一催化层，所述浆料包括储氧组分和浸溃钯组分的耐火金属氧化物，其中所述钯组分基本上是所述唯一的钼族金属组分，以及使本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.06 US 61/258,783;2010.11.01 US 12/916,6761.ー种在小型引擎中使用的催化剂制品，包括 在载体上形成的第一催化层，所述第一催化层包括i)储氧组分，所述储氧组分为所述第一催化层的大约50-90重量％ ;和ii)钯组分，所述钯组分的量为所述第一催化层的大约2-5重量％，其中所述钯组分是在所述第一催化层中基本上唯一的钼族金属组分，以及； 在所述第一催化层上形成的第二催化层，所述第二催化层包括铑组分，所述铑组分的量为所述第二催化层的大约O. 2-1重量％，其中所述第二催化层不含钯，并且所述铑组分与耐热储氧组分相关联。2.根据权利要求I所述的催化剂制品，其中所述钯组分以所述第一催化层的大约3-4重量％存在，并且所述铑组分以所述第二催化层的大约O. 3-0. 9重量％存在。3.根据权利要求I或2所述的催化剂制品，其进ー步包括在所述载体上的耐火金属氧化物底涂层。4.根据权利要求I至3任意一项所述的催化剂制品，其中在所述第二催化层中的所述储氧组分以所述第二催化层重量的80-99%的量存在。5.根据权利要求4所述的催化剂制品，其中在所述第二催化层中的所述储氧组分是ニ氧化铺-氧化错。6.根据权利要求I至5中任意一项所述的催化剂制品，其中所述载体选自金属载体、陶瓷载体和丝网。7.根据权利要求I至6中任意一项所述的催化剂制品，其包括大约25-75g/ft3的钼族金属。8.根据权利要求I至7中任意一项所述的催化剂制品，其中所述第一催化层进一歩包括大约0-0. 5重量％的钼组分，并且所述第二催化层进一歩包括大约O. 2-1重量％的钼组分。9.根据权利要求8所述的催化剂制品，其中所述第一催化层包括大约O.04-0. 08重量％...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·H·德兰，M·P·加利甘，K·阿利韦，Y·刘，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：
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