[发明专利]用于还原氮氧化物的催化剂和方法

说明书

本发明涉及一种用于还原存在于稀燃内燃发动机的排气中的氮氧化物的催化剂。

使用稀燃内燃发动机例如使用柴油发动机运行的机动车辆的排气不仅包含一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)，而且还包含来源于在汽缸燃烧室中的燃料的不完全燃烧的多种成分。这些不仅包含通常也主要呈气体形式的残余的烃类(HC)，而且包含也被称为“柴油炭烟”或者“炭烟颗粒”的微粒排放物。这些是主要地含碳的固体颗粒以及通常主要由较长链的烃缩合物组成的一种粘附液相的复合团聚体。粘附到这些固体成分上的液相也被称为可溶的有机部分(SOF)或者挥发性的有机部分(VOF)。

为了处理这些排气，所述成分必须非常实质性地转化为无害的化合物，这仅仅使用适合的催化剂是可能的。

已知的是用于去除氮氧化物的所谓的氮氧化物存储催化剂，其中术语“贫NOx捕捉器”或LNT也是常规的。其处理作用是基于通过主要呈硝酸盐形式的该存储催化剂的存储材料在该发动机的一个贫工作阶段中对氮氧化物的存储，以及其在该发动机的一个随后的富工作阶段的分解，以及由此释放的氮氧化物与这些还原性的排气组分在该存储催化剂上反应以便产生氮气、二氧化碳以及水。这种工作方式例如在SAE文件SAE 950809中进行了描述。

有用的存储材料尤其包括镁、钙、锶、钡、碱金属、稀土金属的氧化物、碳酸盐或氢氧化物或其混合物。因为它们的碱性特性，这些化合物能够与排气中的酸性氮氧化物形成硝酸盐并且以此方式储存它们。为了产生与该排气的高的相互作用面积，将它们以最高的分散度(dispersion)沉积在适合的载体材料上。氮氧化物存储催化剂附加地总体上包含贵金属如铂、钯和/或铑作为催化活性组分。它们的第一任务是在贫条件下将NO氧化为NO₂，并且将CO和HC氧化为CO₂，并且它们的第二任务是将在其中氮氧化物存储催化剂再生的富工作阶段过程中释放的NO₂还原为氮气。

随着在根据Euro 6的排气法规中的变化，未来的排气系统在以下两者下将必须具有足够的NO_x转化，在一个民用(town)循环中的低温下以及在如在高负载下发生的高温下。但是已知的氮氧化物存储催化剂展现了或者在低温下或者在高温下的显著的NO_x存储。迄今为止，没有可能在从200℃至450℃的宽的温度范围内实现良好的NO_x转化率，为了满足未来的排气法规这是必要的。

EP 0 885 650 A2描述了一种用于内燃发动机的具有在载体上的两个催化活性层的排气处理催化剂。存在于该载体上的层包含一种或多种精细分散的碱土金属氧化物、至少一种铂族金属、以及至少一种精细分散的氧存储材料。在此使这些铂族金属与该第一层的所有成分密切接触。该第二层直接地与该排气接触并且包含至少一种铂族金属、以及至少一种精细分散的氧存储材料。只有一部分在第二层中的微细固体用作一种用于这些铂族金属的载体。该催化剂是一种三效催化剂，该三效催化剂在基本上化学计量条件下(即，在1的空气比λ下)转化有害的排气组分。

US 2009/320457披露了一种包含在一个载体基底上的两种叠加的催化剂的氮氧化物存储催化剂。直接在该载体基底顶上的下层包含一种或多种贵金属、以及一种或多种氮氧化物存储组分。该上层包含一种或多种贵金属和氧化铈，并且没有碱金属或碱土金属组分。

包含氮氧化物存储材料的基底和两个或多个层的催化剂在WO 2012/029050中也进行了描述。该第一层直接地在该载体基底的顶上并且包含铂和钯，同时该第二层在该第一层的顶上并且包含铂。这两个层还包含一种或多种氧存储材料以及一种或多种包含一种或多种碱金属和/或碱土金属的氮氧化物存储材料。以M₂O和碱土金属氧化物MO计算，碱金属和碱土金属在该氮氧化物存储材料中的总量是0.18至2.5g/in³。

本发明涉及一种由在载体上的至少两个催化活性的载体涂料(washcoat)层构成的氮氧化物存储催化剂，

其中

- 一个下面的载体涂料层A包含氧化铈、一种碱土金属化合物和/或碱金属化合物、以及还有铂，并且

- 一个被布置在该载体涂料层A顶上的上面的载体涂料层B包含氧化铈、以及还有铂和/或钯，并且没有碱土金属化合物，

并且其中该载体涂料层B基于该载体的体积以50至200g/L的量存在，并且氧化铈在该载体涂料层B中以％表示的按质量计的最小的比例是由下式计算的

0.1×以g/L表示的载体涂料层B的量+30。