低温催化剂/碳氢化合物捕集器的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明描述的实施例涉及一种用于冷启动发动机排放物的催化剂，其包含储氧材料以在低温下提供用于碳氢化合物燃烧的氧源。更具体地，本发明的实施例涉及一种包括该催化剂的碳氢化合物捕集器。
[0002]近年来，已经做了相当大的努力来降低来自于车辆发动机的一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)排放物的水平。传统的尾气处理系统典型地包括三效催化剂(TWC)，其用来减少这些污染物，并防止来自于车辆尾气的未燃烧或部分燃烧的碳氢化合物排放物排出。然而，在发动机的初始起动过程中，三效催化剂没有足够热来变得催化地活跃，也就是说，它们没有达到它们的“起燃”温度。因此，污染物可以穿过发动机尾气系统，而不被处理。
[0003]已经开发出了碳氢化合物捕集器用于通过在低温时捕集/吸附碳氢化合物(HC)排放物并且在足够高的温度下(即在起燃温度处或起燃温度上)将它们从捕集器中释放/脱附，从而通过三效催化剂处理转换成CO2和水。三效催化剂可以位于捕集器的下游或者它可以与捕集器吸附材料结合，例如，通过在HC吸附材料(称为催化的碳氢化合物捕集器)上提供TWC涂层，其中TWC和HC吸附材料沉积在整体式载体上。典型地，催化的碳氢化合物捕集器包含具有吸附材料的三效催化剂，吸附材料比如为在冷启动过程中捕获碳氢化合物的沸石。
[0004]在操作中，尾气流然后按路线穿过碳氢化合物捕集器以致于HC物种吸附在捕集器上。从捕集器中一脱附，随着捕集器和催化剂的升温，碳氢化合物与三效催化剂就会接触转化成0)2和H 20。
[0005]在尾气系统中使用这样的碳氢化合物捕集器的一个最大的挑战是保持吸附的碳氢化合物直到当从捕集器中脱附时三效催化剂足够热以有效地转化HC。这典型地促进将HC捕获材料(比如沸石)和催化剂结合成单体，比如整料蜂窝状。然而，仍然可能的是，对于一些HC物种在200°C以下一一典型的三效催化剂配方的起燃温度以下一一从捕集器中脱附。此外，传统的尾气系统典型地包括上游的TWC催化剂，其紧耦合到排气岐管，并且因此比下游的HC捕集器升温更快。因此，氧通过在紧耦合的TWC催化剂上发生的氧化反应从尾气气流中显著地减少，所以经常会不能留下足够的氧来与从捕集器中释放的HC反应形成0)2和H 20。这可以导致HC未处理地从捕集器中逃脱，导致低的HC转化率。
[0006]这些问题增加了捕集器的老化。例如，在车辆操作过程中高温老化导致储存的碳氢化合物在低温下脱附，并且需要更高的温度来实现释放的碳氢化合物的氧化。尽管低操作温度已经通过将碳氢化合物捕集器置于车辆的车身底部转换器组件中而实现，需要使捕获的HC能够转换成0)2和H 20的尾气氧限制在这个位置。
[0007]进一步地，紧耦合催化剂上游的汽油尾气的典型温度一般在800°C以上。因此，用来作为碳氢化合物吸附剂的材料必须具有高温稳定性。而γ-氧化铝和沸石已经在传统的碳氢化合物捕集器中使用，它们在这样的高温下容易失去吸附能力。
[0008]因此，提供一种在低温下实现碳氢化合物氧化的改进催化剂和氧源以及提供一种在车辆整个使用寿命中保持良好碳氢化合物吸附能力和催化剂转化的催化剂/碳氢化合物捕集器是期望的。
【发明内容】
[0009]这些需求通过本发明的实施例满足，本发明提供一种用于降低冷启动车辆汽油机和柴油机或使用生物燃料的发动机的排放物的催化剂/碳氢化合物捕集器。催化剂/碳氢化合物捕集器包括在其中的具储氧能力(OSC)材料，以提供足够的氧气，在低温下实现碳氢化合物和一氧化碳(CO)的氧化。催化剂/碳氢化合物捕集器定位在车辆尾气系统中以致于尾气温度在正常的车辆操作过程中保持在低于850°c的温度下，优选低于700°C，来保持尾气系统全部使用寿命中的良好的碳氢化合物吸附能力。
[0010]根据本发明的一个方面，提供一种低温催化剂，其包含铂族金属，该铂族金属浸渍到储氧材料和煅烧使铂族金属粘结到储氧材料。通过“低温”催化剂，它是指该催化剂开始氧化碳氢化合物是在低于约200°c的温度下进行。优选地，催化剂开始氧化一氧化碳在低于约150°C的温度下，并且更优选地，低于约100°C。
[0011]包含粘结的铂族金属和储氧材料的催化剂可以包含在支撑结构上，其中支撑结构从堇青石，挤压沸石(extruded zeolite)，碳化娃和金属箔组成的群组中选择。支撑结构还可以包括支撑物，其包括预先应用的涂层，比如三效催化剂和/或沸石。催化剂适于定位在紧耦合的催化剂下游的车辆尾气流中，以致于使尾气流的温度，当与催化剂接触时，在正常的车辆操作过程中不超过850°C。通过“紧耦合催化剂”，它是指在紧靠尾气歧管之后安装的催化剂。紧耦合催化剂可以包含传统的三效催化剂，并且配置用于实质上同时去除一氧化碳，碳氢化合物和氮氧化物。
[0012]根据本发明的一个实施例，其中所述储氧材料从铈和锆的氧化物的混合物中选择。
[0013]根据本发明的一个实施例，其中所述储氧材料包含铈和锆的氧化物的固溶体。
[0014]根据本发明的一个实施例，包含按重量计至少50%的二氧化铈。
[0015]根据本发明的一个实施例，包含按重量计至少75%的二氧化铈。
[0016]根据本发明的一个实施例，其中所述的铂族金属从钯、铂和铑中选择。
[0017]根据本发明的一个实施例，其中所述铂族金属包含钯。
[0018]根据本发明的一个实施例，其中碳氢化合物的氧化在不存在气态氧的情况下在低于约200°C的温度下引发。
[0019]根据本发明的另一个方面，提供一种碳氢化合物捕集器，其包含低温催化剂，该低温催化剂包含铂族金属，该铂族金属浸渍到储氧材料和煅烧使铂族金属粘结到储氧材料，其中催化剂包含在支撑结构上，支撑结构从沸石，挤压沸石，和其壁涂覆有沸石的堇青石组成的群组中选择。捕集器适于定位在紧耦合催化剂下游的车辆尾气系统中。在一个实施例中，尾气流的温度，当与捕集器接触时，在正常车辆操作过程中不超过700°C。
[0020]在催化剂/碳氢化合物捕集器中使用的储氧材料从氧化铈，氧化锆，以及它们的混合物中选择。这种混合物通常称为混合的氧化物或固溶体，因为它们保持&02的萤石结构，但在结构中Ce阳离子被Zr阳离子部分替换。优选地，储氧材料包含氧化铈和氧化锆的混合物，其中该混合物包含按重量计至少50%的氧化铈(二氧化铈)。在另一个实施例中，混合物包含按重量计至少75%的二氧化铈。下文将这种材料描述为铈-锆或CZO。
[0021]其中支撑结构是沸石，沸石从β-沸石，ZSM-5(ZSM_5沸石)，或者它们的组合中选择。β -沸石优选具有约40到100的SiAl2比率。
[0022]铂族金属从钯，铂和铑中选择。在一个实施例中，铂族金属包含钯。在一个实施例中，铂族金属担载量小于或等于约100g/ft3，其中体积的测量是基于在整体式载体的外部尺寸。
[0023]根据本发明的一个实施例，其中碳氢化合物的氧化在不存在气态氧的情况下在低于约200°C的温度下引发。
[0024]根据本发明，提供一种尾气处理系统，包含:
[0025]紧耦合的催化剂；
[0026]定位在所述紧耦合催化剂下游位置的低温催化剂，所述催化剂包含铂族金属，该铂族金属浸渍到储氧材料和煅烧来使所述铂族金属粘结到所述储氧材料，所述催化剂在支撑结构上形成涂层；其中在所述催化剂位置处的来自于车辆发动机的尾气温度在正常车辆操作过程中不超过850 °C。
[0027]根据本发明，提供一种尾气处理系统，包含:
[0028]紧耦合的催化剂；
[0029]定位在所述紧耦合催化剂下游位置的碳氢化合物捕集器，所述捕集器包含具有铂族金属的催化剂，该铂族金属浸渍到储氧材料和煅烧来使所述铂族金属粘结到所述储氧材料，所述催化剂在支撑结构上形成涂层，所述支撑结构从沸石，挤压沸石，和其壁涂覆有沸石的多孔堇青石组成的群组中选择。
[0030]根据本发明的一个实施例，在所述碳氢化合物捕集器位置处的尾气温度在正常车辆操作过程中不超过700°C。
[0031]根据本发明的另一个方面，提供一种用于降低来自车辆发动机冷启动的碳氢化合物排放物的方法，其中低温催化剂/碳氢化合物捕集器定位在紧耦合催化剂下游的车辆尾气管道中，并且尾气通过催化剂/碳氢化合物捕集器。在一个实施例中，尾气流的温度，当与捕集器接触时，在正常车辆操作过程中不超过700°C。优选地，尾气流的温度在正常车辆操作过程中至少为400°C。当尾气通过尾气管道时，捕集器在尾气中吸附未燃烧的碳氢化合物排放物和保持碳氢化合物直到达到用于催化转化的足够温度，即，从约200°C到约600°C。在冷启动过程中没有在捕集器中被吸附的未燃烧的碳氢化合物和/或一氧化碳的至少一部分通过在低于约200°C的温度下的低温催化剂氧化