用于柴油应用的分区的催化剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及具有分区的设计的氧化催化剂。更具体地，实施方案设及包含在难烙 金属氧化物载体上的Pt和Pd的分区的催化剂组合物，W及它们用于降低在柴油引擎系统 内的一氧化碳和碳氨化合物排放的用途。 柳〇引背景
[0003] 贫燃引擎例如柴油引擎和贫燃汽油引擎的操作，为用户提供了出色的燃料燃烧效 率，并且由于在燃料贫乏的条件下，他们的操作处于高的空气/燃料比，因此其具有气相碳 氨化合物和一氧化碳的低排放。此外，根据它们的燃料燃烧效率、耐久性W及它们W低速产 生高扭矩的能力，柴油引擎提供超过汽油引擎（火花点火）的显著的优点。
[0004] 然而，从排放的角度来看，柴油引擎存在的问题比火花点火的引擎存在的问题严 重。因为柴油引擎废气是不均匀的混合物，所W排放问题设及颗粒物质（PM)、氧化氮（NO、)、 未燃的碳氨化合物（HC)，W及一氧化碳（CO)。
[0005] NO、是用于描述氧化氮的多个化学物类的术语，尤其包括一氧化氮（NO)和二氧化 氮（N02)。NO令人关注，因为它被认为通过一系列在日光和碳氨化合物存在下的反应经历 通常所说的光化学烟雾形成的过程，并且它是酸雨的显著贡献者。另一方面，N02具有作为 氧化剂的高的可能性，并且是强的肺刺激物。
[0006] 有效地减少来自贫燃引擎的N化是难于实现的，因为高的NOy转化率通常需要富含 还原剂的条件。排气流的所述N化组分的转化成无害的组分需要用于在贫燃条件下操作的 专口的N化减排策略。
[0007] 一个用于在来自贫燃引擎的所述排气流中的N化的减排此类策略使用NOy存储还 原（NSR)催化剂，其还被称为"贫燃N化捕集"(LNT)。所述贫燃NOy捕集技术可W包括通过 对此类氧化有效的催化金属组分的NO到N02的催化氧化，诸如贵金属。然而，在所述贫燃 N化捕集中，当所述NO2被吸附到催化剂表面时，NO2形成之后是硝酸盐的形成。因此NO2W 硝酸盐的形式被"捕集"，即储存在催化剂表面上，并且随后通过在实现所释放的NOy(硝酸 盐）还原成成的富燃料燃烧条件下定期操作所述系统分解。
[0008] 包含分散在难烙金属氧化物载体上的贵金属的氧化催化剂因在处理柴油引擎的 废气W通过将运些污染物催化氧化成二氧化碳和水来转化碳氨化合物和一氧化碳气体污 染物的使用而众所周知。此类催化剂通常被包含在被称为柴油氧化催化剂值0C)的单元 内，其被放置在从柴油驱动的引擎至它排到大气之前处理所述废气的废气流路线上。通常， 所述柴油氧化催化剂在陶瓷衬底载体或金属衬底载体（诸如，例如，流过式整体载体）上形 成，一种或多种催化剂涂层组合物沉积在它上面。除微粒物质的气态HC、C0和可溶的有机 部分（SCF)的转化之外，含有销族金属（其通常分散在难烙氧化物载体上）的氧化催化剂 促进一氧化氮（NO)氧化成N02。
[0009] 用于处理内燃机引擎的所述废气的催化剂在相对低的溫度操作期间不太有效，诸 如引擎操作的开始冷启动期间，因为引擎废气不处于足W在所述废气中的有害组分的有效 催化转化的足够高的溫度。
[0010] 包含分散在难烙金属氧化物载体上的销族金属（PGM)的氧化催化剂因在处理柴 油引擎的废气排放中使用而众所周知。在D0C中在贫燃条件并且在燃料硫的存在下高溫熟 化后，销Pt是用于氧化C0和肥的有效金属。另一方面，富钮Pd柴油催化氧化催化剂通常 显示更高的用于C0和HC的氧化的点火溫度，特别当用于处理含高含量的硫（来自高含硫 燃料）或当WHC存储材料的形式使用时。用于特殊组分的"点火"溫度是50%的该组分反 应的溫度。含Pd的D0C可W抑制Pt转化HC和/或氧化N化的活性，并且还可W使催化剂 更容易硫中毒。运些特性通常已经阻止富Pd氧化催化剂在贫燃操作中的使用，特别是对于 在大多数驱动条件下引擎溫度保持低于250°C的轻型柴油应用。
[0011] 具有高含量的销含量的氧化催化剂导致在柴油废气中在NO氧化形成N02中的高 转化率。具有大量钮的氧化催化剂甚至在低溫下可W提供在柴油废气中大量未燃烧的碳氨 化合物的几乎完全的转化。然而，具有高含量的销含量的熟化的催化剂在高含量的碳氨化 合物含量的情况下，具有泽灭的倾向，而钮不具有NO氧化活性的足够的含量。因此，在NO 转化性能和较冷的溫度性能之间存在矛盾。由于成本的原因，该冲突不能通过在所述氧化 催化剂中添加两种贵金属钮和销来解决。此外，当销和钮组合时，可W负面地相互影响，使 得累加效应实际上消失。因此，需要解决此类矛盾的柴油氧化催化剂。如下面所述，NO转 化成N02可W影响下游的SCR反应，特别是"快速"SCR反应。
[0012] 随着排放法规变得更严格，存在提供改进的性能，例如对于在下游柴油微粒过滤 器的活性再生中使用的燃料的较低点火溫度的柴油氧化催化剂体系的持续需要。还存在尽 可能有效地利用D0C组分，例如Pd的需要。
[0013] 概述
[0014] 第一实施方案设及用于减少来自柴油引擎的废气排放的氧化催化剂组合物，其包 括：具有长度、入口端和出口端的衬底、在所述载体上的催化剂材料，所述催化剂材料包括 第一涂层区和第二涂层区；所述第一涂层区包含包括销Pt和钮Pd的销族金属（PGM)组 分W及第一难烙金属氧化物载体的第一涂层，所述第一涂层区与所述衬底的所述入口端相 邻；并且所述第二涂层区包含包括销和钮的PGM组分W及第二难烙金属氧化物载体的第二 涂层，所述第二涂层与所述衬底的所述出口端相邻；其中所述第一涂层区具有短于所述第 二涂层区的长度，其中所述氧化催化剂不包括在所述催化剂的所述入口面上的升高的PGM 载量，并且所述第一涂层区具有所述第二涂层区的至少两倍的PGM载量，并且所述第一涂 层区具有小于3:1的Pt/Pd比率。
[0015] 在第二实施方案中，修改所述第一实施方案的所述氧化催化剂复合物，其中所述 第二涂层区具有大于3:1的Pt:Pd比率。
[0016] 在第=实施方案中，修改所述第一实施方案或所述第二实施方案，其中在所述第 二涂层区中的所述Pt:Pd比率大于5:1。
[0017] 在第四实施方案中，修改所述第一实施方案至所述第=实施方案，其中在所述第 二涂层区中的所述Pt:Pd比率大于8:1。
[0018] 在第五实施方案中，修改所述第一实施方案至所述第四实施方案，其中所述难烙 金属氧化物载体包括大孔氧化侣。
[0019] 在第六实施方案中，修改所述第五实施方案，其中所述氧化侣通过渗杂稳定。
[0020] 在第屯实施方案中，修改所述第一实施方案至所述第六实施方案，其中所述涂层 载量在所述第一涂层区和在第二涂层区中相同。
[0021] 在第八实施方案中，修改所述第一实施方案至所述第六实施方案，其中所述涂层 载量在所述第一涂层区与在第二涂层区中不同。
[0022] 在第九实施方案中，修改所述第八实施方案，其中所述第一涂层区包含在约40g/ ft3到60g/ft3范围内的量的Pt/Pd组分。
[0023] 在第十实施方案中，修改所述第八实施方案或第九实施方案，其中所述第二涂层 区包含在约15g/ft3到25g/ft3范围内的量的Pd/Pd组分。
[0024] 在第十一实施方案中，修改所述第五实施方案到所述第九实施方案中的任一个， 其中所述第一涂层区还包含在约60g/ft3到70g/ft3范围内的量的碱上金属。
[0025] 在第十二实施方案中，修改所述第一实施方案到所述第十一实施方案中的任一 个，其中所述第二涂层区的所述长度与所述第一涂层区的所述长度的所述比率是1. 5:1或 更大。
[00%] 本发明的另一个方面设及方法。在第十=实施方案中，用于处理柴油废气流的方 法包括：使所述废气流穿过入口端朝向催化烟尘过滤器的出口端，所述废气首先穿过在包 含包括销Pt和钮Pd组分W及第一难烙金属氧化物载体的第一涂层的催化烟尘过滤器上的 所述第一涂层区，并且然后使所述废气流穿过在包含包括销和钮组分W及第二难烙金属氧 化物载体的第二涂层的催化烟尘过滤器上的第二涂层区，其中所述第一涂层区具有短于第 二涂层区的长度，其中所述第一涂层区具有所述第二涂层区的至少两倍的PGM载量，并且 所述第一涂层区具有小于3:1的Pt/Pd比率。
[0027] 在第十四实施方案中，修改所述第十=实施方案，其中所述第二涂层区具有大于 3:1的Pt:Pd比率。
[0028] 在第十五实施方案中，修改所述第十二实施方案至所述第十四实施方案，其中在 所述第二涂层区中的所述Pt:Pd比率大于5:1。
[0029] 在第十六实施方案中，所述第十二实施方案至所述第十五实施方案，其中在所述 第二涂层区中的所述Pt:Pd比率大于8:1。
[0030] 在第十屯实施方案中，可W修改所述第十二实施方案至所述第十六实施方案，其 中所述涂层载量在所述第一涂层区和在第二涂层区中相同。
[0031] 在第十八实施方案中，可W修改所述第十二实施方案至所述第十六实施方案，其 中所述涂层载量在所述第一涂层区与在第二涂层区中不同。
[0032] 在第十九实施方案中，可W修改所述第十二实施方案至所述第十八实施方案，其 中所述氧化催化剂复合物对减少一氧化碳和碳氨化合物有效，并且对从所述废气流将NO 氧化成N02有效。
[0033] 第二十实施方案设及用于处理包括碳氨化合物、一氧化碳和其他排气组分的贫燃 引擎废气系统的系统，所述排放处理系统包括：经排气歧管与所述贫燃引擎流体连通的排 气管道；所述第一实施方案至第十九实施方案中的任一个的所述氧化催化剂复合物，其中 所述衬底是流过式衬底或壁流式衬底；W及位于所述氧化催化剂复合物下游的催化烟尘过 滤器和SCR催化剂。
[0034] 在第二十一实施方案中，修改所述第二十实施方案，使得所述SCR催化剂装载在 所述催化烟尘过滤器上。
[0035] 附图简述
[0036] 图1是可W包含根据一个或多个实施方案的氧化催化剂复合物蜂窝型难烙载体 构件的透视图；
[0037] 图2是相对于图1放大的局部剖视图，其示出在图1中示出的所述气体流动通路 中的一个的放大视图；
[0038] 图3A和图3B示出根据多个实施方案的氧化催化剂复合物的剖视图；W及
[0039] 图4是根据一个或多个实施方案的引擎排放处理系统的示意图。
[0040] 详述
[0041] 在描述本发明的若干示例性实施方案之前，应当理解，运些实施方案只是说明本 发明的原理和应用。因此，应当理解的是，在不脱离公开的本发明的实质和范围的前提下， 可W对所述说明实施方案做出很多修改，并且可W设计其他布置。
[0042] 实施方案设及可W提高在贫燃引擎应用中的Pt/Pd催化剂的所述性能的分区策 略的使用。同时，所述催化剂可W在任何贫燃引擎中使用，其包括柴油引擎、贫燃汽油缸内 直喷引擎和压缩天然气引擎，在特定的实施方案中，所述催化剂在重型柴油应用中使用。重 型柴油应用包括在8, 500磅W上的GVWR(车辆总重额定值）的车辆上的引擎。如技术人 员理解存在多个重型车辆小组，诸如轻重型柴油引擎、中重型柴油引擎和重