具有上游-多层催化剂的三元催化体系制造技术

本文披露了一种层状的三元转换催化剂，其具有同时催化氧化烃和一氧化碳并还原在前部和后部中被分离的氮氧化物的能力。本发明专利技术提供至少两个前层和两个后层的一种催化材料与基板结合，其中每个层包括一个载体，所有的层都包含铂族金属组分，并且后底层基本上不包含含有氧化铈的储氧组分（OSC）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于处理含有烃、一氧化碳和氮氧化物的气体流的层状催化齐U。更确切地说，本专利技术是针对具有上游的一个以上催化层和位于下游的多层催化剂的三元转换(TWC)催化剂。背景和现有技术目前TWC催化剂用于来自奥托(Otto)发动机的车辆排放控制。该技术非常发达，在升温至超过250° C的操作温度后，C0、HC (烃)和NOx (氮氧化物)的减排能力>99%。典型的TWC催化剂配置由位于该车辆废气管线中的单块或多块系统组成。如果使用一种以上的催化剂，则这些催化剂可位于一个单一的转换器，对接在一起，或位于由一个定义的空间分隔的单独的转换器内。大型发动机常见的设计是在热紧密耦合(CC)的位置(接近歧管)有一个转换器，在冷却器底部(UB)位置有第二转换器。由于几乎所有的移动排放控制系统在本质上是被动的，升温至催化剂的操作温度的时间是至关重要的，如在EP1900416中所披露，其被依赖于且通过引用以其全文结合于此。因此，CC催化剂的设计通常包括有利于快速加热的功能，如重量轻、体积小的基板(热惯性低)，高单元密度(提高的质量与传热)以及高钼族金属(PGM，例如，钼、钮、错、铼、钌和铱)负载。另一方面，UB催化剂可以具有更大的体积和更低的单元密度(更低压降)，更通常包含低PGM负载。对于在高转速运转的较小的车辆，通常仅使用一个转换器，往往位于CC位置。催化剂置于接近歧管的一个缺点是增加了热分解和更快速的活性损失，特别是在高负载/高速的条件下，这会导致载体表面积或孔体积的损失以及PGM的快速烧结。现代TWC催化剂使用各种策略来限制或减缓热分解，如PGM的高表面积稳定的氧化铝载体，添加能同时提高性能且以较慢速率分解的促进剂、稳定剂和先进的储氧组分(OSC)(参见例如US5672557，其被依赖且通过引用以其全文结合于此)。在现有技术中，某些设计策略已经用于平衡性能与相关成本。这些策略包括选择PGM类型和分布、基板体积、单元密度、WC分层和各种WC层的组成。TWC技术的一个重要的设计特点包括PGM和洗涂层(washcoat) (WC)组分的适当的分隔和配置，其中该洗涂层(WC)组分位于单独的WC层中和/或位于单独的块中(如果使用多块系统的话)。大多数现代的TWC催化剂可以有一个至更多个WC层，最常见的是2层体系，参见例如，EP1541220、US5981427、W009012348、W008097702、W09535152、US7022646、US5593647，其被依赖且通过引用以其全文结合于此。对于PGM，最常见的策略是Rh和任选的Pt组分位于顶层或第二 WC层中，优选地Pd位于底层或第一 WC层中(参见例如，US5593647)。对于单块通过分区也可以实现WC组分和PGMs的分隔，其中WC层的前或后区或部分可以包括不同的载体组分或不同的PGM组分或更常见的不同浓度的一种给定的PGM，如Pd。PGM分隔成层或区的一个优势是可以使用对于每个PGM更优化的载体和促进剂，以最大限度地提高整体性能。本专利技术之前，研究人员被某些WC组合物配置所吸引，这些WC组成配置被传授为获得最佳性能的优选配置。因此，对于两层UB催化剂，Rh总是位于顶层(第二层)且也任选地存在Pt,而Pd位于第一层或底层(参见例如，US5593647)。另外,顶层(第二层)和底层(第一层)理想地同时含有高表面积的难熔氧化物载体，如Y或Y/θ/δ氧化铝并进一步添加促进剂、稳定剂和合适的储氧组分(OSC)。此WC设计由Sung等人，(US6087298)和Hu等人，(US6497851)详细描述，在此通过引用的目的结合在此。Sung等人和Hu等人还描述了CC催化剂的优选的WC组成和配置或位于废气流入口的区。因此，对于入口 CC或入口(前)区，该WC设计优选不含OSC且由高表面积的难熔氧化物载体(如具有适当的稳定剂和添加剂的Y或θ/δ氧化铝)组成。另一方面，优选后催化剂、区或UB催化剂在底层和顶层具有0SC。例如，这些和其他特征由Hu等人描述并在其中引用。在TWC催化剂领域内，新技术和WC配置和体系要求满足甚至更严格的排放标准，并需要延缓催化剂失活，并实现在低PGM负载下不断增加的性能。专利技术概述本专利技术涉及TWC催化剂，及其在排放控制系统中的用途，该TWC催化剂具有依彼此相对的位置而不同的WC组成。更确切地说，根据本专利技术的TWC催化剂包括至少一个前(上游)块或区以及一个后(下游)块或区。前和后块或区都包括至少两层；但是，在后块或区中，第一催化层(下层)不含0SC。在一些实施例中，一个或多个块或区可放置在该前和后块或区之间。在一些实施例中，这些区或块位于一个单一的转换器内，对接在一起，或由一个定义的空间分隔。在一些实施例中，这些块位于在单独的转换器内。在一些实施例中，提供了两个或更多个单独的转换器，且至少一个转换器包含具有至少两层且在第一催化层不含OSC的后区或块。在一些包括一个以上的单独的转换器的实施例中，最远的下游转换器包含具有至少两层且在第一催化层不含OSC的一个后区或块。在一些实施例中，本专利技术针对一种用于净化基本上在化学计量条件下运行的内燃机废气的催化剂复合物,本专利技术依次并且按顺序包含:在基板上的一个前双层配置，具有一个前第一(下)催化层和一个前第二 (上)催化层；以及在基板上的一个后双层配置，具有一个后第一(下)催化层和一个后第二催化(上)层；其中该前第二催化层和后第二催化层包括钼族金属化合物(PGM)，如铑；并且其中该前第一催化层和该后第一催化层包括另一种钼族金属化合物(PGM)，如钯；并且其中该后第一催化层基本上不含储氧组分(OSC)。在本专利技术的一些实施例中，该前第二催化层和该后第二催化层形成一个连续的层。在一些实施例中，该连续的层可以从上游端至下游端有一个梯度。在一些实施例中，该前第二催化层和该后第二催化层是由相同浓度或不同浓度的相同材料制成的。通过提及第一层和第二层，对于该层相对废气流的方向放置的位置不加以限制。这些层相对于废气流的位置最好描述为前(上游)层和后(下游)层。第一层催化材料沉积在一个基板上或沉积在一个已沉积在基板上的底层上，以形成一个下涂层。第二催化层沉积在第一层上并与第一层具有物理接触，以形成该上涂层。换言之，首先与废气接触的前(上游)区或块最接近发动机，并可以有一个底(第一)催化层和一个顶(第二)催化层。后(下游)区或块在废气已与前区或块接触之后再与该废气接触。后区或块可以有一个底(第一)催化层和一个顶(第二)催化层。该前和后区或块可以位于相同的转换器内，并可以彼此接触或分开一定距离，例如约一英寸左右。作为替代方案，该前和后区或块可以位于由一段大距离例如1-6英尺分隔的单独的转换器内。术语“基本上不含储氧组分(OSC) ”是指例如，在一个给定的层内具有非常低的量的，或者优选没有0SC。一个非常低的OSC量应理解为是指小于或等于约1%，优选约0.5%，更优选约0.25%，并且最优选约0.1%，按在一个给定的层中OSC的重量计。在一些实施例中，提供了包括催化剂复合物的废气处理系统。该废气处理系统可进一步包括一个或多个选自由汽油微粒过滤捕集器(GPT)、HC捕集器和NOx吸附器催化剂组成的组中的废气处理装置。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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·G·纽南，R·克林曼，R·J·安德森，D·O·克拉克，D·H·莫泽，
申请(专利权)人：尤米科尔股份公司及两合公司，
类型：
国别省市：