[发明专利]具有改进的水热稳定性的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及排气净化催化剂及其使用方法。本发明更特别涉及耐热老化的催化剂和使用该材料的方法。该排气净化催化剂可用于处理排气料流，尤其是由稀燃发动机排放的那些。

背景

稀燃发动机，例如柴油机和稀燃汽油机的运行为使用者提供优异的燃料经济性并由于它们在稀燃料条件下在高空/燃比下运行而具有气相烃和一氧化碳的低排放。另外，柴油机在其燃料经济性、耐久性及其在低速下产生高扭矩的能力方面提供优于汽油(火花点火)发动机的显著优点。

但是，从排放物的角度看，柴油机存在比它们的火花点火对手更严重的问题。由于柴油机排气是多相混合物，排放问题涉及颗粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)、未燃烃(HC)和一氧化碳(CO)。

必须减少来自稀燃发动机的氮氧化物(NO_x)排放以符合排放法规标准。传统三效转化(TWC)汽车催化剂适用于消除在等于或接近化学计量空燃比条件下运行的发动机的排气中的NO_x、一氧化碳(CO)和烃(HC)污染物。产生化学计量条件的确切空燃比随燃料中碳和氢的相对比例而变。14.65:1的空燃比(A/F)(空气重量/燃料重量)是与平均化学式为CH_l.88的烃燃料，如汽油的燃烧对应的化学计量比。因此使用符号λ代表将给定燃料的特定A/F比除以化学计量A/F比的结果，因此λ＝1是化学计量混合物，λ>1是稀燃混合物，且λ<1是富燃混合物。

作为燃料经济性措施，发动机，尤其是用于客车等的以汽油为燃料的发动机正设计成在稀燃条件下运行。这样的未来发动机被称作“稀燃发动机”。也就是说，向这样的发动机供应的燃烧混合物中的空燃比保持在化学计量比以上以使所得排气“稀”，即该排气的氧含量相对较高。尽管稀燃发动机提供先进的燃料经济性，但它们的缺点在于由于排气中的氧气过量，传统TWC催化剂不能有效减少来自此类发动机的NO_x排放。克服这一问题的尝试包括使用NO_x捕集器。此类发动机的排气通过催化剂/NO_x吸附剂来处理，该催化剂/NO_x吸附剂在稀燃(富氧)运行期间储存NO_x并在富燃(富燃料)运行期间释放所储存的NO_x。在富燃(或化学计量)运行期间，该催化剂/NO_x吸附剂的催化剂组分促进NO_x通过NO_x(包括从NO_x吸附剂中释放的NO_x)与排气中存在的HC、CO和/或氢的反应还原成氮。

在还原环境中，稀燃NO_x捕集器(LNT)通过促进烃的蒸汽重整反应和水煤气变换(WGS)反应而活化反应以提供H₂作为还原剂以消除NO_x。水煤气变换反应是其中一氧化碳与水蒸气反应形成二氧化碳和氢气的化学反应。LNT中的二氧化铈的存在催化WGS反应，来改进LNT对SO₂减活化作用的耐受性并稳定PGM；LNT中的二氧化铈也充当NO_x储存组分。

已经报道了包含固定到二氧化铈(CeO₂)上的钡(BaCO₃)的NO_x储存材料，并且这些NO_x材料已表现出改进的热老化性质。但是，二氧化铈在高温下水热老化时发生严重烧结。该烧结不仅造成低温NO_x储存容量和WGS活性降低，还造成BaCO₃和PGM被本体(bulk)CeO₂包封。因此，需要水热稳定的含二氧化铈的催化剂。

概述

本发明的第一方面的实施方案涉及一种催化剂。在第一实施方案中，所述催化剂包含具有以按氧化物计大约20％至大约80％的粒子重量百分比存在的二氧化铈相的二氧化铈-氧化铝粒子、负载在所述二氧化铈-氧化铝粒子上的碱土金属组分，其中CeO₂以水热稳定并具有在N₂中的2％O₂和10％蒸汽中在950℃下老化5小时后小于的平均微晶粒度的微晶形式存在。

在第二实施方案中，改进了第一实施方案的催化剂，其中所述碱土金属组分包含钡组分。

在第三实施方案中，改进了第二实施方案的催化剂，其中所述钡组分选自氧化钡和碳酸钡。