低溫催化劑/碳?xì)浠衔锊都鞯闹圃旆椒?br>【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明描述的實(shí)施例涉及一種用于冷啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的催化劑，其包含儲(chǔ)氧材料以在低溫下提供用于碳?xì)浠衔锶紵难踉?。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種包括該催化劑的碳?xì)浠衔锊都鳌?br>[0002]近年來，已經(jīng)做了相當(dāng)大的努力來降低來自于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的一氧化碳(CO)，碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)排放物的水平。傳統(tǒng)的尾氣處理系統(tǒng)典型地包括三效催化劑(TWC)，其用來減少這些污染物，并防止來自于車輛尾氣的未燃燒或部分燃燒的碳?xì)浠衔锱欧盼锱懦?。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)的初始起動(dòng)過程中，三效催化劑沒有足夠熱來變得催化地活躍，也就是說，它們沒有達(dá)到它們的“起燃”溫度。因此，污染物可以穿過發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣系統(tǒng)，而不被處理。
[0003]已經(jīng)開發(fā)出了碳?xì)浠衔锊都饔糜谕ㄟ^在低溫時(shí)捕集/吸附碳?xì)浠衔?HC)排放物并且在足夠高的溫度下(即在起燃溫度處或起燃溫度上)將它們從捕集器中釋放/脫附，從而通過三效催化劑處理轉(zhuǎn)換成CO2和水。三效催化劑可以位于捕集器的下游或者它可以與捕集器吸附材料結(jié)合，例如，通過在HC吸附材料(稱為催化的碳?xì)浠衔锊都?上提供TWC涂層，其中TWC和HC吸附材料沉積在整體式載體上。典型地，催化的碳?xì)浠衔锊都靼哂形讲牧系娜Т呋瘎?，吸附材料比如為在冷啟?dòng)過程中捕獲碳?xì)浠衔锏姆惺?br>[0004]在操作中，尾氣流然后按路線穿過碳?xì)浠衔锊都饕灾掠贖C物種吸附在捕集器上。從捕集器中一脫附，隨著捕集器和催化劑的升溫，碳?xì)浠衔锱c三效催化劑就會(huì)接觸轉(zhuǎn)化成0)2和H 20。
[0005]在尾氣系統(tǒng)中使用這樣的碳?xì)浠衔锊都鞯囊粋€(gè)最大的挑戰(zhàn)是保持吸附的碳?xì)浠衔镏钡疆?dāng)從捕集器中脫附時(shí)三效催化劑足夠熱以有效地轉(zhuǎn)化HC。這典型地促進(jìn)將HC捕獲材料(比如沸石)和催化劑結(jié)合成單體，比如整料蜂窩狀。然而，仍然可能的是，對(duì)于一些HC物種在200°C以下一一典型的三效催化劑配方的起燃溫度以下一一從捕集器中脫附。此外，傳統(tǒng)的尾氣系統(tǒng)典型地包括上游的TWC催化劑，其緊耦合到排氣岐管，并且因此比下游的HC捕集器升溫更快。因此，氧通過在緊耦合的TWC催化劑上發(fā)生的氧化反應(yīng)從尾氣氣流中顯著地減少，所以經(jīng)常會(huì)不能留下足夠的氧來與從捕集器中釋放的HC反應(yīng)形成0)2和H 20。這可以導(dǎo)致HC未處理地從捕集器中逃脫，導(dǎo)致低的HC轉(zhuǎn)化率。
[0006]這些問題增加了捕集器的老化。例如，在車輛操作過程中高溫老化導(dǎo)致儲(chǔ)存的碳?xì)浠衔镌诘蜏叵旅摳?，并且需要更高的溫度來?shí)現(xiàn)釋放的碳?xì)浠衔锏难趸?。盡管低操作溫度已經(jīng)通過將碳?xì)浠衔锊都髦糜谲囕v的車身底部轉(zhuǎn)換器組件中而實(shí)現(xiàn)，需要使捕獲的HC能夠轉(zhuǎn)換成0)2和H 20的尾氣氧限制在這個(gè)位置。
[0007]進(jìn)一步地，緊耦合催化劑上游的汽油尾氣的典型溫度一般在800°C以上。因此，用來作為碳?xì)浠衔镂絼┑牟牧媳仨毦哂懈邷胤€(wěn)定性。而γ-氧化鋁和沸石已經(jīng)在傳統(tǒng)的碳?xì)浠衔锊都髦惺褂茫鼈冊(cè)谶@樣的高溫下容易失去吸附能力。
[0008]因此，提供一種在低溫下實(shí)現(xiàn)碳?xì)浠衔镅趸母倪M(jìn)催化劑和氧源以及提供一種在車輛整個(gè)使用壽命中保持良好碳?xì)浠衔镂侥芰痛呋瘎┺D(zhuǎn)化的催化劑/碳?xì)浠衔锊都魇瞧谕摹?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]這些需求通過本發(fā)明的實(shí)施例滿足，本發(fā)明提供一種用于降低冷啟動(dòng)車輛汽油機(jī)和柴油機(jī)或使用生物燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物的催化劑/碳?xì)浠衔锊都鳌４呋瘎?碳?xì)浠衔锊都靼ㄔ谄渲械木邇?chǔ)氧能力(OSC)材料，以提供足夠的氧氣，在低溫下實(shí)現(xiàn)碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?CO)的氧化。催化劑/碳?xì)浠衔锊都鞫ㄎ辉谲囕v尾氣系統(tǒng)中以致于尾氣溫度在正常的車輛操作過程中保持在低于850°c的溫度下，優(yōu)選低于700°C，來保持尾氣系統(tǒng)全部使用壽命中的良好的碳?xì)浠衔镂侥芰Α?br>[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種低溫催化劑，其包含鉑族金屬，該鉑族金屬浸漬到儲(chǔ)氧材料和煅燒使鉑族金屬粘結(jié)到儲(chǔ)氧材料。通過“低溫”催化劑，它是指該催化劑開始氧化碳?xì)浠衔锸窃诘陀诩s200°c的溫度下進(jìn)行。優(yōu)選地，催化劑開始氧化一氧化碳在低于約150°C的溫度下，并且更優(yōu)選地，低于約100°C。
[0011]包含粘結(jié)的鉑族金屬和儲(chǔ)氧材料的催化劑可以包含在支撐結(jié)構(gòu)上，其中支撐結(jié)構(gòu)從堇青石，擠壓沸石(extruded zeolite)，碳化娃和金屬箔組成的群組中選擇。支撐結(jié)構(gòu)還可以包括支撐物，其包括預(yù)先應(yīng)用的涂層，比如三效催化劑和/或沸石。催化劑適于定位在緊耦合的催化劑下游的車輛尾氣流中，以致于使尾氣流的溫度，當(dāng)與催化劑接觸時(shí)，在正常的車輛操作過程中不超過850°C。通過“緊耦合催化劑”，它是指在緊靠尾氣歧管之后安裝的催化劑。緊耦合催化劑可以包含傳統(tǒng)的三效催化劑，并且配置用于實(shí)質(zhì)上同時(shí)去除一氧化碳，碳?xì)浠衔锖偷趸铩?br>[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中所述儲(chǔ)氧材料從鈰和鋯的氧化物的混合物中選擇。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中所述儲(chǔ)氧材料包含鈰和鋯的氧化物的固溶體。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包含按重量計(jì)至少50%的二氧化鈰。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包含按重量計(jì)至少75%的二氧化鈰。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中所述的鉑族金屬從鈀、鉑和銠中選擇。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中所述鉑族金屬包含鈀。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中碳?xì)浠衔锏难趸诓淮嬖跉鈶B(tài)氧的情況下在低于約200°C的溫度下引發(fā)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種碳?xì)浠衔锊都?，其包含低溫催化劑，該低溫催化劑包含鉑族金屬，該鉑族金屬浸漬到儲(chǔ)氧材料和煅燒使鉑族金屬粘結(jié)到儲(chǔ)氧材料，其中催化劑包含在支撐結(jié)構(gòu)上，支撐結(jié)構(gòu)從沸石，擠壓沸石，和其壁涂覆有沸石的堇青石組成的群組中選擇。捕集器適于定位在緊耦合催化劑下游的車輛尾氣系統(tǒng)中。在一個(gè)實(shí)施例中，尾氣流的溫度，當(dāng)與捕集器接觸時(shí)，在正常車輛操作過程中不超過700°C。
[0020]在催化劑/碳?xì)浠衔锊都髦惺褂玫膬?chǔ)氧材料從氧化鈰，氧化鋯，以及它們的混合物中選擇。這種混合物通常稱為混合的氧化物或固溶體，因?yàn)樗鼈儽３?amp;02的螢石結(jié)構(gòu)，但在結(jié)構(gòu)中Ce陽離子被Zr陽離子部分替換。優(yōu)選地，儲(chǔ)氧材料包含氧化鈰和氧化鋯的混合物，其中該混合物包含按重量計(jì)至少50%的氧化鈰(二氧化鈰)。在另一個(gè)實(shí)施例中，混合物包含按重量計(jì)至少75%的二氧化鈰。下文將這種材料描述為鈰-鋯或CZO。
[0021]其中支撐結(jié)構(gòu)是沸石，沸石從β-沸石，ZSM-5(ZSM_5沸石)，或者它們的組合中選擇。β -沸石優(yōu)選具有約40到100的SiAl2比率。
[0022]鉑族金屬從鈀，鉑和銠中選擇。在一個(gè)實(shí)施例中，鉑族金屬包含鈀。在一個(gè)實(shí)施例中，鉑族金屬擔(dān)載量小于或等于約100g/ft3，其中體積的測量是基于在整體式載體的外部尺寸。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中碳?xì)浠衔锏难趸诓淮嬖跉鈶B(tài)氧的情況下在低于約200°C的溫度下引發(fā)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，提供一種尾氣處理系統(tǒng)，包含:
[0025]緊耦合的催化劑；
[0026]定位在所述緊耦合催化劑下游位置的低溫催化劑，所述催化劑包含鉑族金屬，該鉑族金屬浸漬到儲(chǔ)氧材料和煅燒來使所述鉑族金屬粘結(jié)到所述儲(chǔ)氧材料，所述催化劑在支撐結(jié)構(gòu)上形成涂層；其中在所述催化劑位置處的來自于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣溫度在正常車輛操作過程中不超過850 °C。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，提供一種尾氣處理系統(tǒng)，包含:
[0028]緊耦合的催化劑；
[0029]定位在所述緊耦合催化劑下游位置的碳?xì)浠衔锊都?，所述捕集器包含具有鉑族金屬的催化劑，該鉑族金屬浸漬到儲(chǔ)氧材料和煅燒來使所述鉑族金屬粘結(jié)到所述儲(chǔ)氧材料，所述催化劑在支撐結(jié)構(gòu)上形成涂層，所述支撐結(jié)構(gòu)從沸石，擠壓沸石，和其壁涂覆有沸石的多孔堇青石組成的群組中選擇。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述碳?xì)浠衔锊都魑恢锰幍奈矚鉁囟仍谡＼囕v操作過程中不超過700°C。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于降低來自車輛發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)的碳?xì)浠衔锱欧盼锏姆椒?，其中低溫催化?碳?xì)浠衔锊都鞫ㄎ辉诰o耦合催化劑下游的車輛尾氣管道中，并且尾氣通過催化劑/碳?xì)浠衔锊都?。在一個(gè)實(shí)施例中，尾氣流的溫度，當(dāng)與捕集器接觸時(shí)，在正常車輛操作過程中不超過700°C。優(yōu)選地，尾氣流的溫度在正常車輛操作過程中至少為400°C。當(dāng)尾氣通過尾氣管道時(shí)，捕集器在尾氣中吸附未燃燒的碳?xì)浠衔锱欧盼锖捅３痔細(xì)浠衔镏钡竭_(dá)到用于催化轉(zhuǎn)化的足夠溫度，即，從約200°C到約600°C。在冷啟動(dòng)過程中沒有在捕集器中被吸附的未燃燒的碳?xì)浠衔锖?或一氧化碳的至少一部分通過在低于約200°C的溫度下的低溫催化劑氧化