[发明专利]先进的NOX还原催化剂

说明书

提供了一种有效减少氮氧化物(NO_x)的选择性催化还原(SCR)催化剂组合物。在任何温度下，并且尤其是在低温下，所述SCR催化剂组合物相对于铜‑菱沸石参考催化剂组合物显著提高了NO_x的转化率。还提供了一种催化剂制品、一种废气处理系统和一种处理废气流的方法，其各自包括本发明的所述SCR催化剂组合物。所述SCR催化剂组合物特别用于处理稀燃发动机的排气。

技术领域

本发明大体上涉及废气处理催化剂的领域，具体地是能够还原发动机排气中NO_x的催化剂组合物、涂覆有此类组合物的催化剂制品、包含此类催化剂制品的排放处理系统及其使用方法。

背景技术

用于内燃机排放的环境法规在全世界变得越来越严格。

由稀燃柴油机驱动的车辆的废气排放的废气中含有未燃烧的烃类(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)，其中NO_x描述氮氧化物的各种化学种类，包括一氧化氮和二氧化氮等。“稀薄”是指将供应到此类发动机的燃烧混合物中的空气与燃料的比率保持在化学计量比以上，使得产生的废气是“稀薄”的，即废气的氧含量相对较高。空燃比(A/F)是在如内燃机的燃烧过程中存在的空气与燃料的质量比。由于稀燃柴油机在稀燃料条件下在高空气/燃料比下运行，因此稀燃柴油机的运行为用户提供了优异的燃料经济性。导致化学计量条件的空气与燃料的精确比例随燃料中碳和氢的相对比例而变化。化学计量的A/F比对应于烃燃料完全燃烧成二氧化碳(CO₂)和水。

已知包含分散在耐火金属氧化物载体(如氧化铝)上的贵金属(如铂族金属(PGM))的氧化催化剂用于处理柴油机的排气，以便通过催化HC和CO气体污染物氧化为二氧化碳和水来转化这些污染物。此类催化剂通常包含在称为柴油氧化催化剂(DOC)的单元中，其被放置在来自柴油机动力系统的排气流路径中以在排气排放到大气之前对其进行处理。通常，柴油氧化催化剂在陶瓷或金属基底上形成，在所述基底上沉积有一种或多种催化剂涂料组合物。除了气态HC和CO排放物的转化之外，含有PGM的氧化催化剂促进NO氧化成NO₂。

然后必须从排气流中除去包括由DOC形成的NO₂在内的NO_x组分，通常是通过在选择性催化还原(SCR)催化剂存在的情况下使用合适的还原剂还原NO_x组分。SCR过程在大气氧存在下用还原剂(例如，氨)催化还原氮氧化物，从而导致主要形成氮气和蒸汽：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O(标准SCR反应)

2NO₂+4NH₃→3N₂+6H₂O(缓慢SCR反应)

NO+NO₂+NH₃→2N₂+3H₂O(快速SCR反应)

目前在SCR过程中使用的催化剂包括与催化金属(如铁或铜)离子交换的分子筛(如沸石)。有用的SCR催化剂组合物能够在高于200℃且低于600℃的温度下有效地催化NO_x排气组分的还原，使得即使在通常与较低排气温度相关联的低负载条件下也能够实现降低的NO_x含量。

具有电子燃料喷射和进气系统的传统汽油发动机提供不断变化的空气燃料混合物，其在稀薄排气和浓排气之间快速和连续地循环。最近，为了提高燃料经济性，以汽油为燃料的发动机被设计成在稀薄条件下运行。稀燃汽油缸内直喷(GDI)发动机所提供的燃料效率优势可通过在过量空气中进行燃料燃烧而有助于减少温室气体排放。