层状三元催化剂制造技术

本发明专利技术涉及一种用于处理来自以主要化学计量的空气/燃料比运行的内燃机(所谓的火花点火式发动机)的废气的三元催化剂(TWC)。点火式发动机)的废气的三元催化剂(TWC)。点火式发动机)的废气的三元催化剂(TWC)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】层状三元催化剂
[0001]说明书
[0002]本专利技术涉及一种用于处理来自以主要化学计量的空气/燃料比运行的内燃机(所谓的火花点火式发动机)的废气的三元催化剂(TWC)。
[0003]在内燃机领域中众所周知，燃料燃烧是不完全的，并且因此产生污染物排放，该污染物如未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)。为了改善空气质量，制定了排放限制法规，以实现来自固定应用和移动源的污染物低排放。对于客车之类的移动源，已经实施了主动策略诸如改善燃烧和优化A/F或λ控制，以努力减少污染物的排放。改善燃料
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空气混合(A/F比)作为主要措施大幅减少了污染物。然而，由于这些年以来推行更为严格的法规，使用非均相催化剂已变得在所难免。
[0004]对于汽油发动机，所谓的三元催化剂(TWC)能够消除HC、CO和NOx。此类催化剂含有由一种或多种铂族金属(特别是铂、钯和/或铑)组成的催化活性材料。
[0005]TWC催化剂对CO、HC和NOx的最大转化率为约λ＝1+/
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0.005，其中空气/燃料比等于约14.56。高于这些值时，废气被称为稀薄的并含有过量的氧化剂诸如O2和NOx，并且CO和HC被催化氧化成二氧化碳和水。低于该值时，废气被称为富集的并含有过量的还原剂诸如H2、CO和HC，并且使用例如CO作为还原剂主要将NOx还原成氮气。
[0006]虽然在λ＝1下实现了HC、CO和NOx的最大转化率，但汽油发动机在略微稀燃条件和略微富燃条件之间的连续振荡条件下运行。为了拓宽TWC的最佳运行，将铈
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锆混合氧化物形式的储氧组分(OSC)包含在其配方中。
[0007]高度浓缩的铂族金属(PGM)如铂、钯和铑可在许多废气处理后应用中提供显著的性能改善。因此，就钯而言，通过在中等至严重老化之后将Pd载量从20g/ft3(0.7g/l)增加到100g/ft3(3.5g/l)的更高载量，起燃(LO)性能可改善100℃(测量为50％转化率的温度)。性能确实改善成高于这些载量，但是相对于钯载量的性能梯度是低的，并且需要非常高的钯载量以获得显著的影响。预计铑在TWC应用中有相同的一般趋势。
[0008]然而，三元转化催化剂中的高浓度铂族金属由于其高成本而并非首选。该缺点可通过策略性放置成靠近发动机歧管定位且具有高细孔密度的小尺寸单块来部分地克服。该策略利用更热的废气温度，这缩短了冷启动的时间，因为单块加热更快。较低的质量与高细孔密度相结合利用了较低的热惯性与更快热传递到紧密偶联(CC)单块相结合的优势。
[0009]用于改善起燃和用于降低铂族金属成本的另一个策略是将其选择性地定位在单块的一小部分上，通常小于单块体积的10％，在该体积中其具有最大益处。这允许人们在不使用大量铂族金属的同时浓缩铂族金属。
[0010]在文献和先前专利中已知的是，当被施加到基材入口时，高度浓缩且短区的PGM由于改善的起燃而提供改善的冷启动性能，尤其是对于碳氢化合物(HC)和CO而言，因为当发动机冷却并且不完全燃烧盛行时，排放高浓度的HC和CO。然而，CC单块可能在车辆的寿命期间暴露于保持在适当位置的多种污染物。这些包括发动机油中的分解或部分燃烧的组分，并且包含Ca、P、Zn和B。这些毒物不均匀地沉积在单块的长度上。相反，它们优先朝向催化剂的进口沉积，随着朝向单块出口的推进，它们的载量迅速下降。载量的下降实际上可为指数
级的，使得单块的前1至2英寸可能具有非常高载量的这些组分。根据毒物进入废气的方式，观察到两种不同类型的中毒模式。如果毒物泄漏到车辆燃烧室中，则所得的P和Zn穿透洗涂层(WC)并与WC组分(诸如Ce、Al和其他组分)反应。据信，例如，P在这种中毒机制中形成磷酸，并且其反应程度使得通常结构稳定的Ce
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Zr混合氧化物分解得到新化合物。在极端情况下，可从Ce
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Zr混合氧化物中提取Ce以得到CePO4，这导致OSC性能损失。
[0011]在第二机制中，发动机油在其离开燃烧气缸之后可能直接泄漏到废气中。在这种情况下，将油直接沉积到单块WC上并分解以在表面上产生焦磷酸锌。如果经由该机制沉积高水平，则在WC表面上建立表面“釉面”或不可渗透屏障，使得废气分子无法扩散到催化剂WC内的活性PGM组分。这通常被称为掩蔽，并且常见于严重油中毒的TWC催化剂。
[0012]尽管需要在催化剂入口处存在足够载量的WC来吸附毒物，但是我们仍然需要关键量的WC来分散PGM，用于足够的OSC和用于耐受严重热老化的技术。另一方面，太多WC可导致增加的质量传递限制和高热惯性，这延迟在车辆的临界冷启动阶段期间催化剂起燃的时间。
[0013]本专利技术通过利用以下概念解决催化剂中毒的问题。通过制备用于减轻由主要化学计量燃烧式发动机排放的有毒污染物的催化剂，该催化剂包括长度L的载体基材和至少三个洗涂层A、B和C，所述长度L在基材端部(a)和(b)之间延伸，其中洗涂层A包含Rh，任选地包含Pt和Pd，以及承载氧化物，并且从基材端部(b)开始在长度L的一部分上延伸，并且洗涂层C包含一种或多种铂族金属、承载氧化物并且在所述长度L的一部分或全部上延伸，并且洗涂层B包含Pd和承载氧化物，并且从基材端部(a)开始在长度L的一部分上延伸，而洗涂层A和B直接涂覆到洗涂层C上，其中L
A
是洗涂层A的长度，L
B
是洗涂层B的长度，并且L
C
是洗涂层C的长度，并且其中洗涂层B在具有介于0.4g/L与20g/L之间的Pd含量和不超过长度L的40％的长度L
B
的同时具有不超过100g/L的总载量，生成催化剂，该催化剂令人惊讶地比现有技术中已知的那些催化剂更不太易产生中毒效应。所提出的解决方案是催化剂架构，其中实现了分区方法，其中顶层由以下组成：具有高Pd浓度的短的较低WC载量的入口区B，随后是相对于区B较厚的WC载量后Rh区A。底层C优选地可以由与顶前Pd区B相比较重WC载量的PGM层组成。低WC载量的前顶区中的高Pd浓度显示用于起燃、快速起燃(FLO)和储氧的最佳性能。如附图2至图4中所示，这种架构还保持了高磷(6g/pc)中毒老化后的最佳性能。
[0014]TWC的当前架构有利地有助于减轻在正点火内燃机的废气列车的中毒和老化之后TWC的去活的问题。所述架构的概念是将相应洗涂层的至少三个层放置在一个载体基材上，以便实现涂覆到底层C上的前(a)层B后(b)层A，在低洗涂层载量的层B中具有高Pd含量。根据本专利技术，层A和层B至少部分地定位在层C上，后者有利地直接涂覆到载体基材上。因此，优选地，在层C之前没有其它洗涂层(例如纯氧化铝)涂覆到载体基材上。进一步认为有利的是，层A和层B直接涂覆到层C上。洗涂层A和层B可以彼此直接附接或在之间留有间隙地进行涂覆。本专利技术的层状TWC的最优选设计示出了层B与层A之间的间隙，并且两个层直接涂覆到层C上。技术人员知道如何建立这样的概念，例如在涂覆根据本专利技术的催化剂的非常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于减轻由主要化学计量燃烧式发动机排放的有毒污染物的催化剂，所述催化剂包括长度L的载体基材和至少三个洗涂层A、B和C，所述长度L在基材端部(a)和(b)之间延伸，其中洗涂层A包含Rh和承载氧化物并且从基材端部(b)开始在所述长度L的一部分上延伸，并且洗涂层C包含一种或多种铂族金属、承载氧化物并且在所述长度L的一部分或全部上延伸，并且洗涂层B包含Pd和承载氧化物，并且从基材端部(a)开始在所述长度L的一部分上延伸，而洗涂层A和层B直接涂覆到洗涂层C上，其中L
A
是洗涂层A的长度，L
B
是洗涂层B的长度，并且L
C
是洗涂层C的长度，并且其中洗涂层B在具有0.4g/L至20g/L的Pd含量和不超过所述长度L的40％的长度L
B
的同时具有不超过100g/L的总载量。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中洗涂层C直接涂覆到所述载体基材上。3.根据前述权利要求中的一项所述的催化剂，其中层A仅包含Rh作为PGM。4.根据权利要求3所述的催化剂，其中层A包含0.05g/L至4.0g/L的量的Rh。5.根据前述权利要求中的一项所述的催化剂，其中层B仅包含Pd作为PGM。6.根据权利要求5所述的催化剂，其中层B包含0.4g/L至20g/L的量的Pd。7.根据前述权利要求中的一项所述的催化剂，其中所述承载氧化物选自由以下项组成的组：氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、稀土诸如镧、钕、镨、钇，包含这些材料中的至少一种的混合物以及包含这些材料中的至少一种的混合氧化物。8.根据前述权利要求中的一项所述的催化剂，其中洗涂层B包含相对于OSC和氧化铝的总和0.4
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0.6:...

【专利技术属性】
技术研发人员：中岛优，J，
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：