设计在SCR系统中位于首位的氨泄漏催化剂的制作方法

发明领域

本发明涉及氨泄漏催化剂(asc)，含有氨泄漏催化剂的制品，和制造和使用这样的制品来减少氨泄漏的方法。

发明背景

柴油发动机、固定式燃气轮机和其他系统中的烃燃烧产生废气，必须处理该废气来除去氮氧化物(nox)，其包括no(一氧化氮)和no2(二氧化氮)，并且no占形成的nox的主要部分。已知nox引起人们的许多健康问题，以及引起许多有害的环境效应，包括形成烟雾和酸雨。为了减轻来自于废气中的nox对于人和环境的影响，令人期望的是消除这些不期望的组分，优选通过不产生其他有害或有毒物质的方法。

贫燃和柴油发动机产生的废气通常是氧化性的。nox需要在被称作选择性催化还原(scr)的方法中用催化剂和还原剂选择性还原，该方法将nox转化成单质氮(n2)和水。在scr方法中，将气态还原剂，典型地是无水氨、氨水或尿素添加到废气流中，然后使该废气接触催化剂。还原剂吸收到催化剂上，并且在气体经过催化型基底之中或之上时还原nox。为了使nox的转化率最大，经常必需向气流中添加大于化学计量量的氨。但是，过量的氨释放到大气中将对人的健康和对环境有害。另外，氨是苛性的，特别是它的含水形式。排气催化剂下游的排气管线区域中氨和水的冷凝会产生腐蚀性混合物，其会损坏排气系统。所以，应当消除废气中氨的释放。在许多常规排气系统中，氨氧化催化剂(也被称作氨泄漏催化剂或”asc”)安装在scr催化剂下游，来通过将氨转化成氮来从废气中除去氨。使用氨泄漏催化剂会使得典型的柴油机驱动周期中nox转化率大于90％。

令人期望的是拥有提供通过scr除去nox和将氨选择性转化成氮气二者的催化剂，其中氨转化在车辆驾驶循环中的宽温度范围进行，并且形成最少的氧化氮和一氧化二氮副产物。

技术实现要素：

在第一方面中，本发明涉及一种催化剂制品，其包含：包含入口端和出口端的基底、第一区和第二区，其中第一区包含氨泄漏催化剂(asc)，该氨泄漏催化剂含有铂族金属，和含有金属交换分子筛、钒或贱金属的第一scr催化剂，和第二区包含选自以下的第二催化剂：柴油氧化催化剂(doc)、柴油放热催化剂(dec)、催化型烟灰过滤器(csf)、nox吸收剂、选择性催化还原/被动nox吸附剂(scr/pna)、冷起动催化剂(csc)或三元催化剂(twc)，其中第一区相对于第二区位于气流的上游。

在另一方面中，本发明涉及一种排气系统，其包含本发明第一方面的催化制品，和用于在废气中形成nh3的装置。

在又一方面中，本发明涉及一种燃烧源，其包含排气系统，该排气系统包含本发明第一方面的催化剂制品，和用于在废气中形成nh3的装置。

在又一方面中，本发明涉及一种在催化剂中提供放热的方法，其中该方法包括使含烃废气与本发明第一方面的催化剂接触。

在另一方面中，本发明涉及一种减少由废气中的nh3形成n2o的方法，其中该方法包括使含氨废气与本发明第一方面的催化剂制品接触。

附图说明

图1描绘的构造中，asc在废气流中位于doc或其他催化剂之前。

图2描绘的构造中，asc是双层，并且在废气流中位于doc或其他催化剂之前。还显示了双层的说明。

图3描绘的构造中，asc是共混物，并且在废气流中位于doc或其他催化剂之前。

图4描绘的构造中，asc在废气流中位于过滤器之前，并且scr位于过滤器之后，其中asc可以双层或共混物，和过滤器是涂覆的或未涂覆的。

图5描绘的构造中，asc在废气流中位于过滤器之前和之后，其中过滤器之前的asc是双层，具有覆盖氨氧化催化剂的入口侧和顶部二者的scr，过滤器之后的asc是双层，具有覆盖氨氧化催化剂的入口侧的scr，和过滤器是涂覆的或未涂覆的。

图6描绘的构造中，asc在废气流中位于过滤器之前和之后，其中两个asc均是双层，具有覆盖氨氧化催化剂的入口侧和顶部二者的scr，和过滤器是涂覆的或未涂覆的。

图7描绘的构造中，asc在废气流中位于doc或其他催化剂之前，并且asc是双层，具有在scr的入口侧上的氨泄漏催化剂，并且scr在doc或其他催化剂之间。

图8描绘的构造中，asc在废气流中位于doc或其他催化剂之前，并且asc是双层，具有在scr的入口侧上的氨泄漏催化剂，并且scr的一部分覆盖氨氧化催化剂的顶部，和scr在doc或其他催化剂之间。

图9描绘的构造中，asc在废气流中位于scr催化剂之前，scr催化剂在doc或其他催化剂上游，其中asc是双层，具有在氨氧化催化剂之前的scr催化剂。在其他构造(未示出)中，asc中的scr催化剂的一部分或者asc与doc或其他催化剂之间的scr的一部分可以覆盖氨氧化层的顶部。

图10的图显示了使用新鲜的催化剂的nh3转化率、n2o选择性和nox选择性。

图11的图显示了使用老化的催化剂的nh3转化率、n2o选择性和nox选择性。

图12的图显示了使用新鲜的催化剂的no转化率。

图13的图显示了使用老化的催化剂的no转化率。

图14的图显示了使用新鲜的催化剂的co转化率。

图15的图显示了使用老化的催化剂的co转化率。

图16的图显示了使用新鲜的参照催化剂的烃(hc)转化率。

图17的图显示了使用具有1:5pt:pd比的新鲜的催化剂的烃(hc)转化率。

图18的图显示了使用具有2:1pt:pd比的新鲜的催化剂的烃(hc)转化率。

图19的图显示了使用老化的参照催化剂的烃(hc)转化率。

图20的图显示了使用具有1:5pt:pd比的老化的催化剂的烃(hc)转化率。

图21的图显示了使用具有2:1pt:pd比的老化的催化剂的烃(hc)转化率。

图22的图显示了在含有具有pt作为唯一pgm的参照催化剂的排气系统中不同位置处的温度。

图23的图显示了在以1:5负载含有pt和pd的参照催化剂的排气系统中不同位置处的温度。

图24的图显示了在以2:1负载含有pt和pd的参照催化剂的排气系统中不同位置处的温度。

具体实施方式

作为本说明书和附加的权利要求书中所用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物，除非上下文另有明确指示。因此，例如提及“一种催化剂”时包括两种或更多种催化剂的混合物等。

术语“氨泄漏”表示经过scr催化剂的未反应的氨的量。

术语“载体”表示催化剂固定到的材料。

术语“氨储存性低的载体”典型地表示每m³载体储存小于0.001mmolnh3的载体。

氨储存性低的载体优选是具有选自以下的骨架类型的分子筛或沸石：aei、ana、ats、bea、cdo、cfi、cha、con、ddr、eri、fau、fer、gon、ifr、ifw、ify、ihw、imf、irn、iry、isv、ite、itg、itn、itr、itw、iwr、iws、iwv、iww、joz、lta、ltf、mel、mep、mfi、mre、mse、mtf、mtn、mtt、mtw、mvy、mww、non、nsi、rro、rsn、rte、rth、rut、rwr、sew、sfe、sff、sfg、sfh、sfn、sfs、sfv、sgt、sod、ssf、sso、ssy、stf、sto、stt、svr、svv、ton、tun、uos、uov、utl、uwy、vet、vni。更优选地，分子筛或沸石的骨架类型选自bea、cdo、con、fau、mel、mfi和mww，甚至更优选骨架类型选自bea和mfi。

术语“煅烧”表示将材料在空气或氧气中加热。这个定义与煅烧的iupac定义一致。(iupac.compendiumofchemicalterminology，第2版(“goldbook”)。由a.d.mcnaught和a.wilkinson编纂，blackwellscientificpublications，牛津(1997)。xml在线修订版：http：//goldbook.iupac.org(2006-)，由m.nic，j.jirat，b.kosata创建；由a.jenkins更新编纂。isbn0-9678550-9-8。doi：10.1351/goldbook。)进行煅烧来分解金属盐和促进催化剂内的金属离子交换，以及将催化剂粘附到基底。煅烧所用温度取决于要煅烧的材料的组分，通常在约400℃-约900℃进行约1-8小时。在一些情况中，煅烧可以在高至约1200℃的温度进行。在包括本文所述方法的应用中，煅烧通常在约400℃-约700℃的温度进行约1-8小时，优选在约400℃-约650℃的温度进行约1-4小时。

术语“约”表示大致，指的是在与该术语相关的值任选地±25％，优选±10％，更优选±5％，或最优选±1％的范围内。

当提供用于不同的数字元素的范围时，该范围可以包括该值，除非另有规定。

术语“n2选择性”表示氨到氮的百分转化率。

术语“柴油氧化催化剂”(doc)、“柴油放热催化剂”(dec)、“nox吸收剂”、“scr/pna”(选择性催化还原/被动nox吸附剂)、“冷起动催化剂”(csc)和“三元催化剂”(twc)是本领域公知的术语，用于描述用来处理来自于燃烧过程的废气的不同类型的催化剂。

术语“铂族金属”或“pgm”指的是铂、钯、钌、铑、锇和铱。铂族金属优选是铂、钯、钌或铑。

术语“下游”和“上游”描述催化剂或基底的取向，其中废气流是从基底或制品的入口端到出口端。

术语“第一”、“第二”在本文中通常是用于区分具有相同名称的特征的标签，它们在数字上不局限于这些特征每个的数字，除非上下文另有指示。例如，提及“第一scr催化剂”不暗示必须存在“第二scr催化剂”。

作为本文使用的，特别是在第二区的第二催化剂的上下文中，提及“催化型烟灰过滤器”涉及适用于催化烟灰的氧化的催化剂。“催化型烟灰过滤器”的基底，特别是当第一区和第二区位于同一基底上时，可以具有流通式或滤过式结构。

作为本文使用的，提及“部件(piece)”可以与术语“基底”同义。

在本发明的第一方面中，一种催化剂制品包含：包含入口端和出口端的基底、第一区和第二区，其中第一区包含氨泄漏催化剂(asc)，该氨泄漏催化剂含有铂族金属，和含有金属交换分子筛、钒或贱金属的第一scr催化剂，和第二区包含选自以下的第二催化剂：柴油氧化催化剂(doc)、柴油放热催化剂(dec)、催化型烟灰过滤器(csf)、nox吸收剂、选择性催化还原/被动nox吸附剂(scr/pna)、冷起动催化剂(csc)或三元催化剂(twc)，其中第一区相对于第二区位于气流的上游。

氨泄漏催化剂包含：含有铂族金属的氨氧化催化剂，和含有金属交换分子筛、钒、贱金属、贱金属氧化物或混合氧化物的第一scr催化剂。pgm催化剂和scr催化剂可以以四种构造之一存在：三种类型的双层构造，和共混物。

第一双层构造具有在底层中的氨氧化催化剂，和在顶层中的scr催化剂。

第二双层构造具有在包含氨氧化催化剂的层之前的层中的scr催化剂。

第三双层构造具有在包含氨氧化催化剂的层之前的层中的scr催化剂，并且scr催化剂的一部分也存在于氨氧化催化剂上面的顶层中。

这些双层构造可以如下所示：

(2)scr催化剂|氨氧化催化剂

在这些构造的每个中，具有scr催化剂的层还可以包含铂族金属，优选铂或钯，更优选钯。

氨泄漏催化剂可以包含：含有铂族金属的底层，和位于底层上面的含有第一scr催化剂的顶层。

在第四构造中，氨泄漏催化剂包含氨储存性低的载体上的铂族金属(pgm)与第一scr催化剂的共混物。优选地，铂族金属包括铂、钯或其混合物。共混物可以进一步包含mno2上的pd、nb-ce-zr或nb。

当制品包含两种或更多种asc时，asc中的氨氧化催化剂和scr催化剂可以相同或不同(即第一asc的氨氧化催化剂不同于的氨氧化催化剂。

第一区和第二区可以位于同一基底上，其中第一区位于基底的入口侧上，第二区位于基底的出口侧上。

催化剂制品可以进一步包含第二基底，其中第一区位于第一基底上，第二区位于第二基底上，和第一基底位于第二基底的上游。

催化剂制品可以包含第一部件和第二部件，其中第一区位于第一部件上，第二区位于第二部件上，和第一部件位于第二部件的上游。

催化剂制品可以包含第一部件和第二部件，其中第一区的一部分位于第一部件中，第一区的其余部分和第二区位于第二部件中，和第一部件位于第二部件的上游。催化剂制品可以包含三个第一部件和第二部件，其中第一区位于第一部件中，第一区的其余部分和第二区位于第二部件中，和第一部件位于第二部件的上游。

在部件的这些组合的每个中，另外的催化剂也可以位于第二部件中，或者第二部件之后的另外的部件上。

asc中pgm的量可以根据催化剂制品的组成而变化。例如，pgm可以以约0.1g/ft³-约5g/ft³，优选约0.1g/ft³-约1g/ft³的水平存在。在一些构造中，当期望产生放热时，pgm可以以约1g/ft³-约20g/ft³，优选约5g/ft³-约10g/ft³的水平存在。

pgm可以是pt、pd或铂和钯的组合。

当使用pt和pd二者时，pt:pd之比可以是约10:1到1:100，优选约5:1到1:10。

氨氧化催化剂可以包含载体上的铂，优选氨储存性低的载体上的铂。

氨储存性低的载体可以是含硅载体。

含硅载体可以包含二氧化硅或者具有以下至少一种二氧化硅-氧化铝之比的沸石：(a)至少100，(b)至少200，(c)至少250，(d)至少300，(e)至少400，(f)至少500，(g)至少750，和(h)至少1000。

含硅载体可以包括具有bea、cdo、con、fau、mel、mfi或mww骨架类型的分子筛。

scr催化剂的量与氨储存性低的载体上的铂的量之比可以是0:1-300:1，优选3:1-300:1，更优选7:1-100:1，最优选10:1-50:1，包括所述比的每个端点，基于这些组分的重量计。

第二区可以包含氧化催化剂与第二scr催化剂的共混物。

催化制品可以进一步包含第二scr催化剂，其中第二scr催化剂位于氨泄漏催化剂上游，或者氨泄漏催化剂与第二催化剂之间。

第二scr催化剂的一部分可以至少部分地叠覆氨泄漏催化剂。

催化制品可以包含第二scr催化剂，其中第二scr催化剂位于氨氧化催化剂与第二催化剂之间(即asc下游和柴油氧化催化剂(doc)、柴油放热催化剂(dec)、催化型烟灰过滤器(csf)、nox吸收剂、选择性催化还原/被动nox吸附剂(scr/pna)、冷起动催化剂(csc)或三元催化剂(twc)上游)。

scr催化剂

催化剂制品可以包含一种或多种scr催化剂。存在于该或各氨泄漏催化剂中的scr催化剂是所称的第一scr催化剂。这种scr催化剂在asc中作为双层的一部分存在，或者存在于与氨储存性低的载体上的pt的共混物中。

第一scr催化剂可以是金属交换分子筛、钒或贱金属。

第一scr催化剂优选是cu-scr催化剂、fe-scr催化剂或混合氧化物，更优选cu-scr催化剂或混合氧化物。cu-scr催化剂包含铜和分子筛。fe-scr催化剂包含铁和分子筛。分子筛进一步描述如下。

铜或铁可以位于分子筛的骨架内，和/或分子筛的骨架外(可交换的)位置中。

第一scr催化剂优选是包含铜和小孔分子筛的cu-scr催化剂，或者包含铁和小孔分子筛的fe-scr催化剂。

小孔分子筛可以是铝硅酸盐、铝磷酸盐(alpo)、硅-铝磷酸盐(sapo)或其混合物。

小孔分子筛可以选自以下骨架类型：aco、aei、aen、afn、aft、afx、ana、apc、apd、att、cdo、cha、ddr、dft、eab、edi、epi、eri、gis、goo、ihw、ite、itw、lev、kfi、mer、mon、nsi、owe、pau、phi、rho、rth、sat、sav、siv、tho、tsc、uei、ufi、vni、yug和zon及其混合物和/或共生体。优选地，小孔分子筛可以选自以下骨架类型：cha、lev、aei、afx、eri、sfw、kfi、ddr和ite。

典型地，第一scr催化剂的量与氨储存性低的载体上的铂的量之比可以是以下至少一种：(a)0:1-300:1，(b)3:1-300:1，(c)7:1-100:1；和(d)10:1-50:1，包括端值，基于这些组分的重量计。

通常，铂可以以以下至少一种存在：(a)0.01-0.3wt％，(b)0.03-0.2wt％，(c)0.05-0.17wt％，和(d)0.07-0.15wt％，包括端值，相对于混合物中铂的载体的重量+铂的重量+第一scr催化剂的重量计。

第二scr催化剂可以是贱金属、贱金属氧化物、分子筛、金属交换的分子筛或其混合物。贱金属可以选自钒(v)、钼(mo)、钨(w)、铬(cr)、铈(ce)、锰(mn)、铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、铜(cu)和锆(zr)及其混合物。

由负载于难熔金属氧化物例如氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛、氧化铈及其组合上的钒组成的scr组合物是公知的，并且在商业上广泛用于移动应用。典型的组合物描述在美国专利4,010,238和4,085,193中，其整个内容在此通过参考引入。商业上特别是移动应用中所用的组合物包含tio2，其上分别以5-20wt％和0.5-6wt％的浓度分散有wo3和v2o5。

第二scr催化剂可以包含mno2上的nb-ce-zr或nb。这些催化剂可以含有充当粘结剂和促进剂的其他无机材料例如sio2和zro2。

当scr催化剂是贱金属时，催化剂制品可以进一步包含至少一种贱金属促进剂。作为本文使用的，“促进剂”被理解为表示当添加到催化剂时增加催化剂的活性的物质。

贱金属促进剂可以为金属、金属氧化物或其混合物的形式。至少一种贱金属催化剂促进剂可以选自钕(nd)、钡(ba)、铈(ce)、镧(la)、镨(pr)、镁(mg)、钙(ca)、锰(mn)、锌(zn)、铌(nb)、锆(zr)、钼(mo)、锡(sn)、钽(ta)、锶(sr)及其氧化物。至少一种贱金属催化剂促进剂可以优选是mno2、mn2o3、fe2o3、sno2、cuo、coo、ceo2及其混合物。至少一种贱金属催化剂促进剂可以以盐的水溶液形式例如硝酸盐或乙酸盐添加到催化剂中。至少一种贱金属催化剂促进剂和至少一种贱金属催化剂例如铜可以从水溶液浸渍到氧化物载体材料上，可以添加到包含氧化物载体材料的载体涂料(washcoat)中，或者可以浸渍到事先用载体涂料涂覆的载体中。

scr催化剂可以包含分子筛或金属交换的分子筛。作为本文所使用的，“分子筛”被理解为表示含有精确和均匀尺寸的细孔的亚稳材料，其可以用作气体或液体的吸附剂。足够小以穿过孔的分子被吸附，而较大分子不会。分子筛可以是沸石分子筛、非沸石分子筛或其混合物。

沸石分子筛是一种微孔铝硅酸盐，其具有由国际沸石学会(iza)公布的沸石结构数据库中的任何一种骨架结构。骨架结构包括但不限于cha、fau、bea、mfi、mor类型的那些。具有这些结构的沸石的非限定性例子包括菱沸石、八面沸石、y沸石、超稳定的y沸石、β沸石、丝光沸石、硅质岩、x沸石和zsm-5。

铝硅酸盐沸石的二氧化硅/氧化铝摩尔比(sar，定义为sio2/al2o3)可以是至少约5，优选至少约20，并且有用的范围是约10-200。

任何scr催化剂可以包括小孔、中孔或大孔分子筛或其组合。“小孔分子筛”是含有8个四面体原子的最大环尺寸的分子筛。“中孔分子筛”是含有10个四面体原子的最大环尺寸的分子筛。“大孔分子筛”是具有12个四面体原子的最大环尺寸的分子筛。

第二scr催化剂可以包括选自以下的小孔分子筛：铝硅酸盐分子筛、金属取代的铝硅酸盐分子筛、铝磷酸盐(alpo)分子筛、金属取代的铝磷酸盐(mealpo)分子筛、硅-铝磷酸盐(sapo)分子筛和金属取代的硅-铝磷酸盐(meapso)分子筛及其混合物。

任何scr催化剂可以包含选自以下的骨架类型的小孔分子筛：aco、aei、aen、afn、aft、afx、ana、apc、apd、att、cdo、cha、ddr、dft、eab、edi、epi、eri、gis、goo、ihw、ite、itw、lev、kfi、mer、mon、nsi、owe、pau、phi、rho、rth、sat、sav、sfw、siv、tho、tsc、uei、ufi、vni、yug和zon及其混合物和/或共生体。优选地，小孔分子筛选自骨架类型aei、afx、cha、ddr、eri、ite、kfi、lev和sfw。

任何scr催化剂可以包含选自以下的骨架类型的中孔分子筛：ael、afo、aht、bof、boz、cgf、cgs、chi、dac、euo、fer、heu、imf、ith、itr、jry、jsr、jst、lau、lov、mel、mfi、mfs、mre、mtt、mvy、mww、nab、nat、nes、obw、par、pcr、pon、pun、rro、rsn、sff、sfg、stf、sti、stt、stw、svr、szr、ter、ton、tun、uos、vsv、wei和wen及其混合物和/或共生体。优选地，中孔分子筛选自骨架类型fer、mfi和stt。

任何scr催化剂可以包含选自以下的骨架类型的大孔分子筛：afi、afr、afs、afy、asv、ato、ats、bea、bec、bog、bph、bsv、can、con、czp、dfo、emt、eon、ezt、fau、gme、gon、ifr、isv、itg、iwr、iws、iwv、iww、jsr、ltf、ltl、maz、mei、mor、moz、mse、mtw、npo、off、oko、osi、ron、rwy、saf、sao、sbe、sbs、sbt、sew、sfe、sfo、sfs、sfv、sof、sos、sto、ssf、ssy、usi、uwy和vet及其混合物和/或共生体。优选地，大孔分子筛选自骨架类型bea、mor和off。

金属交换的分子筛可以具有选自周期表第vb、vib、viib、viiib、ib或iib族的至少一种金属，其沉积在外表面上或者在分子筛的通道、腔室或笼中的骨架外位置。金属可以为几种形状之一，包括但不限于零价金属原子或簇，分离的阳离子，单核或多核氧阳离子，或者作为延伸的金属氧化物。优选地，金属可以是铁、铜及其混合物或组合。

可以使用金属前体在合适的溶剂中的混合物或溶液来将金属与沸石合并。术语“金属前体”表示可以分散在沸石上来产生催化活性金属组分的任何化合物或络合物。优选地，由于使用其他溶剂的经济和环境方面的原因，溶剂是水。当使用优选的金属，铜时，合适的络合物或化合物包括但不限于无水和水合硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜、乙酰基丙酮酸铜、氧化铜、氢氧化铜和铜胺盐(例如[cu(nh3)4]²⁺)。本发明不限于特定类型、组成或纯度的金属前体。可以将分子筛添加到金属组分溶液中来形成悬浮液，然后使其反应，以使得金属组分分布在沸石上。金属可以分布在分子筛的孔通道中以及外表面上。金属可以以离子形式或作为金属氧化物分布。例如，铜可以作为铜(ii)离子、铜(i)离子，或者作为氧化铜来分布。含有金属的分子筛可以与悬浮液的液相分离，经过清洗和干燥。然后可以煅烧形成的含金属的分子筛来将金属固定在分子筛中。

优选地，一种或多种scr催化剂包含cu-scr、fe-scr、钒、混合氧化物、促进的ce-zr或促进的mno2。cu-scr催化剂包含铜和分子筛，和fe-scr催化剂包含铁和分子筛。优选地，分子筛是铝硅酸盐、铝磷酸盐(alpo)、硅-铝磷酸盐(sapo)或其混合物。当第二scr催化剂在氨泄漏催化剂与第二催化剂之间，第二scr优选包含促进的ce-zr或促进的mno2。

金属交换的分子筛可以包含约0.10-约10wt％的第vb、vib、viib、viiib、ib或iib族金属，其位于分子筛外表面上或者通道、腔室或笼中的骨架外位置上。优选地，骨架外金属的存在量可以是约0.2-约5wt％。

金属交换的分子筛可以是负载于分子筛上的铜(cu)或铁(fe)，其具有基于催化剂总重量计约0.1wt％-约20wt％的铜或铁。更优选地，铜或铁以基于催化剂总重量计约0.5wt％-约15wt％存在。最优选地，铜或铁以基于催化剂总重量计约1wt％-约9wt％存在。

本文所述的催化剂可以用于多种发动机的废气的scr处理中。包含含硅载体上的铂与第一scr催化剂(其中第一scr催化剂是cu-scr或fe-scr催化剂)的共混物的催化剂的性质之一是，与包含相当的配方的催化剂(其中第一scr催化剂作为第一层存在，和铂负载在存在于第二涂层中的储存氨的层上，包含nh3的气体先经过第一层，然后经过第二涂层)相比，它可以在约250℃-约350℃的温度提高氨到n2的产率。包含氨储存性低的载体上的铂与第一scr催化剂(其中第一scr催化剂是cu-scr催化剂或fe-scr催化剂)的共混物的催化剂另一性质是，与包含相当的配方的催化剂(其中第一scr催化剂作为第一层存在，和铂负载在存在于第二涂层中的储存氨的载体上，包含nh3的气体先经过第一层，然后经过第二涂层)相比，它可以减少由nh3形成的n2o。

在第一构造中，一种催化剂制品包含具有入口和出口的基底、第一区和第二区，第一区包含氨泄漏催化剂(asc)，该氨泄漏催化剂包含(a)含有pgm和第一scr催化剂的氨氧化催化剂，第二区包含柴油氧化催化剂、柴油放热催化剂(dec)、nox吸收剂、选择性催化还原/被动nox吸附剂(scr/pna)、冷起动催化剂(csc)或三元催化剂(twc))，其中第一区位于基底的入口侧上，第二区位于基底的出口侧上。图1描绘的构造中，asc在废气流中位于制品的入口处，doc或其他催化剂之一位于制品的出口处。氨泄漏催化剂可以以三种双层构造之一存在，如图2中所示。氨泄漏催化剂也可以作为氨储存性低的载体上的铂族金属(pgm)和第一scr催化剂的共混物存在，其中铂族金属优选包含铂、钯或其混合物，如图3中所示。

在另一构造中，一种催化剂制品包含具有入口和出口的基底、第一区和第二区，第一区包含氨泄漏催化剂(asc)，该氨泄漏催化剂包含(a)含有pgm和第一scr催化剂的氨氧化催化剂，第二区包含涂覆的或未涂覆的过滤器，随后是scr催化剂，如图4中所示。asc可以作为双层或共混物存在，如上所述。图5描绘的构造中，第一区中的asc配置为双层，其中scr催化剂覆盖氨氧化催化剂的入口侧和顶部，出口处的asc配置为双层，其中scr催化剂覆盖氨氧化催化剂的入口侧。图6描绘的构造中，两个asc均配置为双层，其中scr催化剂覆盖氨氧化催化剂的入口侧和顶部，出口处的asc配置为双层，其中scr催化剂覆盖氨氧化催化剂的入口侧。

图7描绘的构造中，asc在废气流中位于doc或其他催化剂之前，并且asc是双层，具有在scr的入口侧上的氨氧化催化剂，并且scr在doc或其他催化剂之间。

图8描绘的构造中，asc在废气流中位于doc或其他催化剂之前，并且asc是双层，具有在scr的入口侧上的氨泄漏催化剂，并且scr的一部分覆盖氨氧化催化剂的顶部，和scr在doc或其他催化剂之间。优选地，第二scr催化剂完全覆盖第一层，第一层包含氨储存性低的载体上的铂与第一scr催化剂的共混物。

图9描绘的构造中，asc在废气流中位于第二scr催化剂之前，第二scr催化剂在doc或其他催化剂上游，其中asc是双层，具有在氨氧化催化剂之前的scr催化剂。在其他构造(未示出)中，asc中的scr催化剂的一部分或者asc之间的scr的一部分可以覆盖氨氧化层的顶部。

在另一构造中，催化剂制品包含仅一种氨泄漏催化剂(asc)，并且(a)第二区不包含柴油氧化催化剂(doc)，或者(b)doc不与氨泄漏催化剂相邻和位于其下游。

在另一构造中，催化剂制品进一步包含第三区，第三区包含asc催化剂，其中第三区位于第一区与第二区之间。第一区中的pgm可以包含足以产生放热的量的钯。

在上述构造的每个中，每个区可以位于同一基底上，或者可以存在两个或更多个基底，并且在各基底上具有一个或多个区。在排气系统中，当使用两个或更多个基底时，一个或多个基底可以位于单个外壳或包装中或者不同的外壳或包装中。

用于催化剂的基底可以是典型地用于制备汽车催化剂的任何材料，其包括流通式或滤过式结构，例如蜂窝体结构、挤出的载体、金属基底或scrf。优选地，基底具有多个细的、平行的气体流动通道，其从基底的入口延伸到出口面，由此通道对于流体流动是开放的。这样的整料载体可以含有至多约700或更多个流动通道(或“孔腔”)/平方英寸横截面，不过可以使用少得多的数目。例如，载体可以具有约7-600个，更通常地约100-400个孔腔/平方英寸(“cpsi”)。通道从它们的流体入口到它们的流体出口基本上是直线路径，通过scr催化剂作为“载体涂料”涂覆到的壁来限定，由此流过通道的气体接触催化材料。整料基底的流动通道是薄壁通道，其可以是任何合适的横截面形状，例如梯形、矩形、正方形、三角形、正弦形、六边形、椭圆形、圆形等。本发明不限于特定的基底类型、材料或几何形状。

陶瓷基底可以由任何合适的难熔材料制成，例如堇青石、堇青石-α氧化铝、α氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅氧化镁、硅酸锆、硅线石、硅酸镁、锆石、透锂长石、硅酸铝及其混合物。

壁流式基底也可以由陶瓷纤维复合材料形成，例如由堇青石和碳化硅形成的那些。这样的材料能够经受在处理废气流中遇到的环境，特别是高温。

基底可以是高孔隙率基底。术语“高孔隙率基底”指的是孔隙率是约40％-约80％的基底。高孔隙率基底的孔隙率优选可以是至少约45％，更优选至少约50％。高孔隙率基底的孔隙率优选可以小于约75％，更优选小于约70％。作为本文使用的，术语孔隙率指的是总孔隙率，优选用水银孔隙率法测量。

优选地，基底可以是堇青石、高孔隙率堇青石、金属基底、挤出的scr、过滤器或scrf。

包含含硅载体上的铂和第一scr催化剂的共混物的载体涂料，其中第一scr催化剂优选是cu-scr催化剂或fe-scr催化剂，可以使用本领域已知的方法施用到基底的入口侧。在施涂载体涂料后，可以干燥和任选地煅烧组合物。当组合物包含第二scr时，第二scr可以在单独的载体涂料中施涂到具有底层的经干燥或经煅烧的制品上，如上所述。在施涂第二载体涂料后，可以对它进行干燥和煅烧。

可以在300℃-1200℃，优选400℃-700℃，更优选450℃-650℃的温度干燥和煅烧具有含铂层的基底。煅烧优选在干燥条件下进行，但是它也可以水热，即在一些水分含量存在下进行。煅烧可以进行约30分钟到约4小时，优选约30分钟到约2小时，更优选约30分钟到约1小时的时间。

一种排气系统可以包含本发明第一方面的催化剂制品，和用于将nh3引入废气中或者用于在废气中形成nh3的装置。在排气系统中，当使用两个或更多个基底时，一个或多个基底可以位于单个外壳或包装或者不同的外壳或包装中。排气系统可以进一步包含催化型烟灰过滤器(csf)。催化型烟灰过滤器包含在过滤器前部中的高pgm负载量。高pgm负载量表示负载量在过滤器的前约5-50mm是约5g/ft³-约20g/ft³(优选在重型柴油发动机中是约至少5g/ft³，在轻型柴油发动机中是约10g/ft³-约20g/ft³)。

一种发动机可以包含排气系统，其包含本发明第一方面的催化剂制品，和用于将nh3引入废气中或者用于在废气中形成nh3的装置。发动机可以是车辆的柴油发动机，固定源上的柴油发动机，或者交通工具例如轮船上的柴油发动机。

在本发明另一方面中，一种在催化剂中提供放热的方法包括使包含可燃气体例如烃、一氧化碳(co)或氢气的废气与本发明第一方面的催化剂接触。

在本发明另一方面中，一种减少由废气中的nh3形成n2o的方法包括使含氨废气与本发明第一方面的催化制品接触。

下面的实施例仅说明本发明；本领域技术人员将认识到在本发明主旨和权利要求书的范围内的许多变化。

实施例

实施例1

如下来在堇青石基底(400cpsi)上制备催化剂制品：首先将包含氧化铝上的pgm的载体涂料置于基底上来形成底层，然后干燥该载体涂料。如下来将顶层置于底层上：施涂包含铜菱沸石(cu-cha)(120g/ft³cu)的载体涂料，然后干燥顶层。在顶层干燥后，煅烧制品。

制备参照催化剂制品，其仅含有铂作为pgm，负载量是3g/ft³。制备包含pt和pd作为pgm的样品，总pgm负载量是18g/ft³，pt:pd比是1:5。制备包含pt和pd作为pgm的样品，总pgm负载量是18g/ft³，pt:pd比是2:1。

测试新鲜的和在580℃水热老化100小时的样品。

将样品的1”×1”芯首先在从室温增加到150℃的温度使n2气经过它们。然后使含有nh3＝500ppm，co2＝4.5％，h2o＝5％，co＝200ppm，o2＝12％和余量n2的气体以sv＝150000h^-1经过样品，同时温度以10℃/分钟的速率从150℃增加到500℃。通过ftir在系统的出口处测量nh3、nox、n2o、co和co2的浓度。

图10和11显示了在新鲜的和老化的样品中，在200℃-500℃三个样品的nh3转化率、n2o选择性和nox选择性。pt和pd比是2:1的催化剂提供了比具有仅pt的催化剂更好的低温nh3转化率，而pt和pd比是1:5的催化剂在低于约350℃时提供了较低的nh3转化率。pt和pd比是2:1的催化剂提供了比仅具有pt的参照催化剂或者pt和pd比率1:5的催化剂更高的n2o选择性。三种催化剂提供了类似的nox选择性。这些结果适用于新鲜的和老化的样品二者。

图12和13显示了在新鲜的和老化的样品中，在150℃-500℃来自于三个样品的no转化率。同样，新鲜的和老化的样品提供了类似的结果，并且pt:pd的2:1混合物提供了等于或大于仅具有pt作为pgm的参照催化剂的转化率。

图14和15显示了在新鲜的和老化的样品中，在150℃-500℃来自于三个样品的co转化率。同样，新鲜的和老化的样品提供了类似的结果，并且pt:pd的2:1混合物提供了等于或大于仅具有pt作为pgm的参照催化剂的转化率，并且pt:pd的2:1混合物提供了等于或大于仅具有pt作为pgm的参照催化剂的转化率。

图16-18和19-21分别显示了在新鲜的和老化的样品中，在150℃-500℃来自于三个样品的hc转化率。同样，新鲜的和老化的样品提供了类似的结果。仅包含pt作为pgm的参照样品在约450℃-500℃具有约70％的最大hc转化率。但是，含有pt和pd的混合物的两个样品提供了在约375℃时约70％的hc转化率和在500℃时90％或更高的hc转化率。这证实了，asc中的pt和pd混合物能够氧化比仅使用pt明显更多的烃。

实施例2

将如实施例1中所述制备的催化剂样品与柴油氧化催化剂(doc)和催化型烟灰过滤器(csf)一起置于排气系统中。将催化剂以scr:asc:doc:csf的顺序置于排气系统中。将排气系统连接到发动机，在scr催化剂之前将尿素注入废气流。燃料注射器的出口在系统中也位于scr之前。通过使发动机在450℃运行1小时来调节系统，然后减小发动机速度来使发动机温度稳定在约300℃。在温度稳定后，在scr催化剂之前将燃料注入排气系统中，来在csf之后升温到约450℃。在csf之后的温度恒定保持约15分钟后，停止向排气系统中添加燃料，使温度返回到约300℃。

测量了scr入口处和asc、doc和csf出口处的温度。在图22-24中分别显示对于仅含pt的参照催化剂，具有18g/ft³的pgm和1:5pt:pd负载量的催化剂，和具有18g/ft³的pgm和2:1pt:pd负载量的催化剂的这些温度。图22显示了使用仅含pt作为pgm的催化剂导致asc的出口温度在约1250秒达到约350℃的最大值，然后在约1600秒下降到约300℃。但是，在使用pt和pd组合的两个系统中，asc的出口温度在约1250秒达到约390℃的最大值，并且温度保持在约390℃直到约2200秒，这表明这两种催化剂都产生了放热。这种稳定的放热在仅含pt作为pgm的参照催化剂中没有观察到。这证实了，当在asc之前使用scr时，scr没有产生稳定的放热。这些结果还显示了，本文所述的催化剂制品能够提供比参照系统提供的更好的放热。

产生放热会将催化剂加热到一定温度，在该温度催化剂例如cu-scr催化剂会经受再生的硫，或者在该温度scr反应效率增大，这在低负荷操作或冷起动时获得更好的性能。当asc在系统中处于首位时，产生的放热会使催化剂自己再生。

催化剂中pgm的存在将降低催化系统中由烃或其他反应性物质(其会聚集在催化剂上，并且在导致废气升温的事件中释放和燃烧)氧化引起的高度放热反应的风险。

实施例3-在asc上产生放热

将上述氨泄漏催化剂首先置于排气后处理系统中。在常规系统中，scr催化剂将置于这个位置，如实施例2中所示。替代地，氨泄漏催化剂置于使得在氨泄漏催化剂上游不产生放热的位置。

产生的放热会将催化剂加热到一定温度，在该温度催化剂例如cu-scr催化剂会经受再生的硫，或者在该温度scr反应效率增大，这在低负荷操作或冷起动时获得更好的性能。当asc在系统中处于首位时，产生的放热会使催化剂自己再生。

催化剂中pgm的存在将降低催化系统中由烃或其他反应性物质(其会聚集在催化剂上，并且在导致废气升温的事件中释放和燃烧)氧化引起的高度放热反应的风险。通过将铂族金属引入催化剂中，可以通过直接注入排气管线中或者从发动机到asc本身上的烃的反应来产生放热。产生的放热会将催化剂加热到一定温度，在该温度催化剂例如cu-scr催化剂会经受再生的硫，或者在该温度scr反应效率增大，这在低负荷操作或冷起动时获得更好的性能。使用pd作为pgm特别有用，这是由于它在产生放热中良好的性能，和相对差的氨氧化性质。

实施例4：对hc储存不太敏感的系统

将氨泄漏催化剂置于排气后处理系统中首位，或者大量烃到达该氨泄漏催化剂的位置。将本发明与将scr催化剂代以置于相同位置的常规系统设计相比较。

储存大量烃，与系统升温时快速释放烃相结合，会导致大量放热，这会导致催化剂中非常高的温度。这些非常高的温度会使催化剂失活。在一些情况中，产生的大量放热甚至会熔融催化剂。pgm的存在会通过在烃可以以引起非常高的放热的水平存在之前烧掉它们，从而降低形成非常大量放热的风险。通过将铂族金属引入催化剂，到达催化剂的许多烃将被氧化，而非如通常发生的那样，捕集在scr催化剂骨架内。这将降低失控的放热事件的风险，在这样的事件中捕集的烃反应并突然引起非常高的温度，使得废气后处理系统失效。

实施例5：具有非常良好的泄漏控制的系统

将氨泄漏催化剂置于尿素(或其他nh3源)注入点之后。在常规系统中，scr催化剂将置于这个位置。

通过在系统中非常早地放置asc，由于氨泄漏风险降低，控制氨注入将更容易。如果催化剂的尺寸非常有限，如氨泄漏催化剂置于常规scrt或ccrt系统上游的情况，则这是特别有用的。这种系统会减少n2o形成。氨会在doc或csf上反应来形成n2o。通过使氨泄漏最小化，还减少了由氨在doc或csf上的反应形成的n2o的量。

这种系统的益处是：(1)可以过量给料nh3，(2)需要不太苛刻的给料策略，和(3)在下游组分上(在doc或csf上)较少由泄漏nh3形成n2o。

实施例6：将pgm引入scr催化剂

对于上述每个实施例，asc是pgm与scr催化剂的混合物的单层催化剂，而非具有包含铂族金属的底层和包含第一scr催化剂的顶层的双层催化剂。

使用两种催化剂的混合物降低了系统中的背压，以及降低了生产成本。优选地，氨泄漏催化剂包含铂氨储存性低的载体上的铂与scr催化剂的共混物。

本文所述的催化剂制品在冷起动过程中特别有用，该过程中温度低于pgm氧化氨通常所需的温度，并且降低系统中的scr活性。例如，氨的pd氧化通常直到约400℃的温度，并且高于典型的冷起动温度才变得重要。

前述实施例目的仅是说明性的；权利要求书限定了本发明的范围。