專利名稱：催化劑及制備方法
技術領域：
所述系統(tǒng)和技術包括涉及催化劑的實施方案。它們還包括涉及制備催化劑和可包含催化劑的系統(tǒng)的實施方案。
背景技術：
化石燃料燃燒(如加熱爐、烘箱和發(fā)動機)產(chǎn)生的排氣流包含各種潛在不需要的燃燒產(chǎn)物，包括氮氧化物(NOx)、未燃燒的烴(HC)和一氧化碳(CO)。NOx，雖然在熱力學上不穩(wěn)定，但沒有催化劑就不能自發(fā)分解。排氣流可利用排氣處理裝置從排氣流去除N0X。排氣處理裝置的實例包括催化轉(zhuǎn)化器(例如，三用催化劑、氧化催化劑、選擇性催化還原(SCR)催化劑等)、蒸發(fā)排放裝置、洗滌裝置(例如，烴(HC)、硫等)、顆粒過濾器/捕集器、吸附器/吸收器、等離子體反應器(例如，非熱等離子體反應器和熱等離子體反應器) 等。催化轉(zhuǎn)化器中的三用催化劑(TWC催化劑)可用CO和殘余烴還原N0X。TWC催化劑可在貧和富兩種燃料/空氣條件的具體操作范圍和具體操作溫度范圍內(nèi)有效。顆粒狀催化組合物可使HC、C0和NOxW轉(zhuǎn)化能夠達到最佳。轉(zhuǎn)化率可取決于排氣溫度。催化轉(zhuǎn)化器可在約 300°C或更高的升高催化劑溫度下操作。在排氣排放開始(即，“冷啟動”)時到基體加熱到高達點火溫度時間之間的時間階段為點火時間。點火溫度為在通過催化劑時來自發(fā)動機的排放的百分之五十(50% )轉(zhuǎn)化所在的催化劑溫度?？捎眉訜岽呋瘎┑奶娲椒ㄊ勾呋瘎囟冗_到點火溫度。來自發(fā)動機的排氣可加熱催化轉(zhuǎn)化器。此加熱可幫助使催化劑達到點火溫度。排氣通過催化轉(zhuǎn)化器相對不變，直至達到點火溫度。另外，發(fā)動機排氣的組合物隨著發(fā)動機溫度從冷啟動溫度升高到操作溫度而改變，并且TWC催化劑可對在正常升高的發(fā)動機操作溫度下存在的排氣組合物起作用。選擇性催化還原(SCR)可包括貴金屬系統(tǒng)、賤金屬系統(tǒng)或沸石系統(tǒng)。貴金屬催化劑可在約240°C至約270°C的溫度范圍操作，但可受二氧化硫的存在抑制。賤金屬催化劑可在約310°C至約500°C的溫度范圍操作，但可促進二氧化硫氧化成三氧化硫。沸石可經(jīng)受最高600°C溫度，但在用賤金屬浸漬時可具有寬范圍的操作溫度。具有氨作為還原劑的SCR系統(tǒng)可在大的燃天然氣的渦輪發(fā)動機和貧燃柴油機中產(chǎn)生大于80%的NOx還原效率。然而，存在氨可能不需要，并且由于反應氣體不完全分布和不完全氨消耗可能有一些氨泄漏。另外，氨溶液需要另外的儲罐，并且在冷環(huán)境溫度下經(jīng)歷凍結(jié)。NOx的SCR也可以用烴完成。在過量氧氣條件下，可通過一些有機化合物在數(shù)種催化劑上選擇還原NOx，所述有機化合物如烷烴、烯烴和醇。為了在排氣流中補充烴(HC)，已探索在重型固定式柴油機中注入柴油或甲醇。然而，超出300°C至400°C溫度范圍，轉(zhuǎn)化效率可能降低。另外，此技術可能在催化劑有HC泄漏，運輸和現(xiàn)場大量儲存烴，并且可能常壓釋放HC。烴的部分氧化可能釋放CO、未燃燒的HC和顆粒。可能需要具有一種催化劑，在一定溫度范圍和不同于目前利用的那些條件的操作條件下，所述催化劑可實現(xiàn)排放減少。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施方案中，本發(fā)明提供ー種催化劑系統(tǒng)。該催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー種金屬無機載體。固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑。所述催化金屬包括納米晶體。在另ー個實施方案中，本發(fā)明提供ー種催化劑系統(tǒng)。該催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー種金屬無機載體。固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑。所述催化金屬包括納米晶體。該催化劑系統(tǒng)還包含至少ー種助催化金屬(promoting metal) 0所述催化劑系統(tǒng)還包含第二催化組合物。第二催化組合物包括(i)沸石，或(ii)置于第一基體上的第一催化物質(zhì)。第一催化物質(zhì)包括選自鎢、鈦和釩的元素。在還另ー個實施方案中，本發(fā)明提供ー種方法。所述方法包括以下步驟提供至少一種催化金屬的納米晶體；使納米晶體摻入到至少ー種金屬無機載體中；并形成包括均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー種金屬無機載體，其中固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑，并且其中催化金屬包括納米晶體。在又另ー個實施方案中，本發(fā)明提供一種排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括構(gòu)造成將燃料輸送到發(fā)動機的燃料輸送系統(tǒng)；構(gòu)造成從發(fā)動機接收排氣流的排氣流通道；構(gòu)造成將還原劑輸送到排氣流通道的還原劑輸送系統(tǒng)；和置于排氣流通道中的催化劑系統(tǒng)。所述催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー 種催化金屬和至少ー種金屬無機載體，其中固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑，并且其中催化金屬為納米晶體形式。在又另ー個實施方案中，本發(fā)明提供一種催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー 種金屬無機載體，其中固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑，其中催化金屬包括納米晶體，并且其中納米晶體具有小于約20%的粒度分布。催化金屬以基于均勻固體混合物重量等于或小于約6%摩爾的量存在。


通過閱讀以下詳述并參考附圖，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，其中在全部附圖中相似的字符代表相似的元件，其中圖1為描繪爐中催化劑系統(tǒng)裝配的示意圖；圖2為描繪爐中催化劑系統(tǒng)裝配的示意圖；圖3為描繪爐中催化劑系統(tǒng)裝配的示意圖；圖4為描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，包含催化劑系統(tǒng)裝配的排氣系統(tǒng)的示意圖；圖5為描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，包含催化劑系統(tǒng)裝配的排氣系統(tǒng)的示意圖；圖6為描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，包含催化劑系統(tǒng)裝配的排氣系統(tǒng)的示意圖；圖7為描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，包含催化劑系統(tǒng)裝配的排氣系統(tǒng)的示意圖；圖8為描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，包含催化劑系統(tǒng)裝配的排氣系統(tǒng)的示意圖；圖9為描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，包含催化劑系統(tǒng)裝配的排氣系統(tǒng)的示意圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的銀納米晶體的透射電子顯微鏡照片(TEM)；圖11為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的銀納米晶體的TEM ；圖12為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的銀納米晶體的TEM ；圖13為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的銀納米晶體的TEM ；圖14為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的銀納米晶體的能量色散X-射線光譜 (EDS)；圖15為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的銀納米晶體的紫外-可見(UV-Vis)光譜；圖16為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的含銀的均勻固體混合物的TEM ；圖17為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的含銀的均勻固體混合物的TEM ；圖18為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的含銀的均勻固體混合物的TEM ；圖19為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的含銀的均勻固體混合物的EDS ；圖20為描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的NOx轉(zhuǎn)化的柱狀圖；圖21為描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的(X)2轉(zhuǎn)化的柱狀圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在不同溫度、在催化劑的存在下NOx轉(zhuǎn)化的圖；圖23為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在不同溫度、在催化劑的存在下NOx轉(zhuǎn)化的圖；圖M為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在不同溫度、在催化劑的存在下NOx轉(zhuǎn)化的圖；和圖25為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在不同溫度、在催化劑的存在下NOx轉(zhuǎn)化的圖。
具體實施例方式所述系統(tǒng)和技術包括涉及催化劑及其用途和制備的實施方案。其他實施方案涉及包含催化劑和催化組合物的制品，所述催化劑和催化組合物可化學還原在燃燒(例如，在加熱爐、烘箱、發(fā)動機和機車中燃燒)期間所產(chǎn)生排放中存在的N0X。本文所述本發(fā)明的實施方案解決了所提到的本領域存在的缺點。通過用包含至少第一催化組合物的催化劑系統(tǒng)還原排氣中的N0X，本文所述催化劑系統(tǒng)滿足上述需要。第一催化組合物使用均勻固體混合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー種金屬無機載體，其中固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑，并且其中催化金屬包括納米晶體。第一催化組合物使排氣中的化成含氮化學物質(zhì)，例如氨。所述催化劑系統(tǒng)還可包含助催化金屬。所述催化劑系統(tǒng)還可包含第二催化組合物。第二催化組合物包括α)置于第一基體上的第一催化物質(zhì)或(ii)沸石，它們兩者可用由第一催化組合物產(chǎn)生的氨或類氨產(chǎn)物作為NOx還原劑，以進一歩還原排氣中另外的N0X。在某些實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)可包含第三催化組合物，第三催化組合物包括置于第二基體上的第二催化物質(zhì)。第二催化物質(zhì)可選自鉬、鈀、釕、鋨和銥。本文所述催化劑系統(tǒng)可進ー步利用烴還原劑，例如柴油。用柴油作為還原劑的ー個優(yōu)點是可容易的在具有柴油機的板車(board vehicle)上得到。在某些實施方案中，可與烴還原劑一起使用輔還原劑來降低催化劑的點火溫度。催化劑為可引起化學反應速率變化而自身在反應中不消耗的物質(zhì)。粉末為包含精細分散固體顆粒的物質(zhì)。塊料可以為具有許多通道的陶瓷塊，并且可通過推過染料產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的粘土、粘合劑和添加劑的擠出來制備。如在本文整個說明書和權利要求中使用，可用近似語修飾任何定量表達，這些表達可容許改變，而不引起所涉及的基本功能的改變。因此， 由術語例如“約”修飾的數(shù)值不限于所指定的精確值。在某些情況下，近似語言對于測定數(shù)值可相當于儀器的精確度。類似地，“不含”可與項目組合使用，并可包括非實質(zhì)數(shù)量或微量，盡管仍可認為是不含所修飾的項目。以下描述本發(fā)明的ー個或多個具體實施方案。為努力提供這些實施方案的簡明描述，實際實施中的所有特征可能未全部在說明書中描述。應理解，在任何此類實際實施方案的開發(fā)中，如在任何工程或設計計劃中那樣，必須作出許多實施的具體決定，以達到開發(fā)者的具體目標，如與系統(tǒng)相關和行業(yè)相關限制相符，這可從ー個實施方案到另ー個實施方案變化。另外，應理解，這種開發(fā)努力可能復雜而且耗時，但對本領域的技術人員而言仍為進行具有本公開益處的設計、裝配和制造的例行程序。在弓I入本發(fā)明不同實施方案的元件吋，冠詞“ー”、“此”、“該，，和“所述，，將表示有
ー個或多個元件。詞語“包括”、“包含”和“具有”將為包含性，并且表示可有不同于所列元件的另外元件。另外，“頂部”、“底部”、“在…之上”、“在…之下”及這些詞語的變型為了方便使用，但不需要元件的任何具體取向，除非另外說明。本文所用詞語“置干…上”或“沉積干…上”或“置干…之間”是指直接接觸和間接在其間具有插入層的固定或布置。在一個實施方案中，本發(fā)明提供ー種催化劑系統(tǒng)。所述催化劑系統(tǒng)包括均勻固體混合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー種金屬無機載體。固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑。催化金屬包括納米晶體。在一個實施方案中，納米晶體具有小于約20%的粒度分布(PSD)。在另ー個實施方案中，納米晶體具有小于約15%的PSD。在還另ー個實施方案中，納米晶體具有小于約 10%的PSD。在一個實施方案中，PSD可用透射電子顯微法(TEM)測定。TEM是ー種技術， 其中電子束透射通過超薄樣品，在其通過時與樣品相互作用。由電子透射通過樣品的相互使用形成圖像，圖像放大并聚焦于成像器件上，如熒光屏，聚焦于照相軟片層，或者由傳感器檢測，如電荷耦合器件(CCD)照相機。由于電子的小德布羅意波長，TEM能夠以比光學顯微鏡顯著更高的分辨率成像。這使儀器的使用者能夠檢查微小的細節(jié)，甚至與單列原子一樣小，這比光學顯微鏡中的最小可分辨物體小數(shù)萬倍。TEM在物理和生物學的一定范圍科學領域中形成主要分析方法。在較小放大率，TEM圖像對比是由于物質(zhì)中電子的吸收，由干物質(zhì)的厚度和組成。在較高放大率，復合波相互作用調(diào)節(jié)圖像的強度，需要觀察圖像的專家分折。交替使用模式允許TEM觀察化學特性、晶體取向、電子結(jié)構(gòu)和樣品誘導的電子相轉(zhuǎn)移和常規(guī)吸收基礎成像中的調(diào)制。在一個實施方案中，納米晶體形式的催化金屬包括過渡金屬。可用作催化金屬的適合過渡金屬可包括銀、鉬、金、鈀、鐵、鎳、鈷、鎵、銅、釕、銠、鋨、銥或至少兩種前述金屬的組合。在一個實施方案中，催化金屬包括銀。在一個實施方案中，形成均勻固體混合物的金屬無機載體具有孔。多孔金屬無機載體為反應溶液、溶剤、改性劑和模板劑(templating agent)的反應產(chǎn)物。ー種方法包括混合反應溶液和模板劑，以形成凝膠；并煅燒凝膠，以形成能夠承載催化劑組合物的多孔金屬無機載體。在一個實施方案中，金屬無機載體可通過共同待審的美國專利申請20090074641 所述的方法制備，所述申請全文通過引用結(jié)合到本文中。如本文使用，沒有另外的修飾語， 多孔指物質(zhì)包含具有約1納米至約15納米的孔徑的孔。在一個實施方案中，包含金屬無機載體和納米晶體形式的催化物質(zhì)的均勻固體載體可在兩個步驟制備。本文所述第一步驟包括制備溶液，該溶液包含在溶劑中的催化物質(zhì)納米晶體。第二步驟包括在金屬無機載體制備過程中，使在溶劑中包含催化物質(zhì)納米晶體的溶液與金屬無機載體前體混合，導致形成均勻固體混合物。在一個實施方案中，控制并選擇金屬無機載體的平均孔徑，以減輕或消除中毒。中毒可能影響催化能力，并且可由還原劑或排氣流中存在的芳族物質(zhì)導致中毒。與用銀浸漬的基線一般Y相氧化鋁相比，本文所述的多孔物質(zhì)對由含芳族物質(zhì)的還原劑導致的中毒更具抗性。在不同的實施方案中，納米晶體形式的催化金屬可以基于均勻固體混合物重量小于或等于約6%摩爾的量存在于第一催化組合物中。本領域的技術人員應理解，量選擇可基于最終使用參數(shù)、經(jīng)濟考慮、所需效カ等。在一個實施方案中，在第一催化組合物中存在的催化金屬為基于均勻固體混合物重量約2%摩爾至約6%摩爾。在另ー個實施方案中，在第一催化組合物中存在的催化金屬為基于均勻固體混合物重量約2. 5%摩爾至約4. 5%摩爾。在還另ー個實施方案中，在第一催化組合物中存在的催化金屬為基于均勻固體混合物重量約3%摩爾至約4%摩爾。在一個實施方案中，金屬無機載體可包括無機物質(zhì)。本文所用短語“金屬無機載體”是指包括無機物質(zhì)的載體，所述物質(zhì)部分包含ー種或多種金屬元素的原子或陽離子。適合的無機物質(zhì)可包括例如氧化物、碳化物、氮化物、氫氧化物、碳氮化物、氧氮化物、硼化物、 硅酸鹽或硼碳化物。在一個實施方案中，無機氧化物可具有氫氧化物涂層。在一個實施方案中，無機氧化物可以為金屬氧化物。金屬氧化物可具有氫氧化物涂層。其他適合的金屬無機物可包括ー種或多種金屬碳化物、金屬氮化物、金屬氫氧化物、金屬碳氮化物、金屬氧氮化物、金屬硼化物或金屬硼碳化物。在前述無機物質(zhì)中使用的金屬陽離子可以為過渡金屬、堿金屬、堿土金屬、稀土金屬等。形成主族元素的部分的其他元素包括鋁、硼和硅。適合的無機氧化物的實例包括ニ氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、ニ氧化鈦(TiO2)、 氧化鋯(ZrO2)、ニ氧化鈰(CeO2)、氧化鎂(MgO)、氧化鋇(BaO)、氧化釔(Y2O3)、氧化釩(V2O5)、 氧化鎵(Ga2O3)、氧化鋅(ZnO)、鋁硅酸鹽(Al2SiO5)、氧化鐵(例如FeO, β -Fe203> Y _Fe203、 β -Fe203> Fe3O4等)、氧化鈣(CaO)和ニ氧化錳(Mr^2和Mn3O4)。適合的無機碳化物的實例包括碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)、碳化鉿(HfC)等。適合的氮化物的實例包括氮化硅(Si3N4)、氮化鈦(TiN)等。適合的硼化物的實例包括硼化鑭(LaB6)、 硼化鉻(CrB和CrB2)、硼化鉬(MoB2, Mo2B5和MoB)、硼化鎢(W2B5)等。在一個實施方案中， 無機基體為氧化鋁。所用氧化鋁可以為結(jié)晶或無定形的。在一個實施方案中，多孔金屬無機載體包括多孔氧化鋁，催化金屬包括銀納米晶體。在一個實施方案中，金屬無機載體具有大于約0. 5納米的平均孔徑。在一個實施方案中，金屬無機載體可具有約1納米至約15納米的平均孔徑。在另ー個實施方案中，金屬無機載體可具有約2納米至約12納米的平均孔徑。在還另ー個實施方案中，金屬無機載體可具有約3納米至約15納米的平均孔徑。在一個實施方案中，金屬無機載體可具有約1 納米至約5納米的平均孔徑。平均孔徑可利用BET方法，用氮吸附測定法測定。BET原理是在固體表面上物理吸附氣體分子的理論，并作為測定物質(zhì)比表面積的重要分析技術的基礎。BET 是提出理論的 M印hen Brunauer、Paul Hugh Emmett 和 Edward Teller 發(fā)明人名的簡寫形式。在某些實施方案中，孔徑具有窄單峰分布。在一個實施方案中，孔具有小于約1.5、 小于約1. 3或小于約1. 1的孔徑分布多分散指數(shù)。在一個實施方案中，孔徑分布可以為雙峰或多峰。在另ー個實施方案中，多孔金屬無機載體包含可加到金屬無機載體的ー種或多種穩(wěn)定劑。例如，在不同的實施方案中，主要包括氧化鋁的金屬無機載體具有加到它的較少量的氧化釔、氧化鋯或ニ氧化鈰。在一個實施方案中，氧化釔、氧化鋯或ニ氧化鈰的量為基于氧化鋁重量約0. 至約10%重量。在另ー個實施方案中，氧化釔、氧化鋯或ニ氧化鈰的量為基于氧化鋁重量約至約9%。在還另ー個實施方案中，氧化釔、氧化鋯或ニ氧化鈰的量為基于氧化鋁重量約2%至約6%。在一個實施方案中，孔可以控制和重復方式分布形成圖案(pattern)。在另ー個實施方案中，孔布置為規(guī)則和非隨機的。如本文定義，短語“孔布置為規(guī)則”是指孔可有序， 并且可具有平均周期性?？筛鶕?jù)在膠凝期間使用的表面活性劑選擇來控制和選擇平均孔間隔(pore spacing)。在一個實施方案中，孔為單向，周期性間隔開，并具有平均周期性。一種多孔金屬無機載體具有孔，所述孔具有大于約200納米的間隔。在一個實施方案中，間隔為約300納米至約400納米。在另ー個實施方案中，間隔為約500納米至約2000納米。在還另ー個實施方案中，間隔為約600納米至約1500納米。平均孔間隔(周期性)可用小角 X-射線散射測定。在另ー個實施方案中，孔間隔是隨機的。多孔金屬無機載體可具有大于約50米7克的表面積。在一個實施方案中，多孔金屬無機載體具有約50米7克至約2000米7克的表面積。在另ー個實施方案中，多孔金屬無機載體具有約100米2/克至約1000米2/克的表面積。在一個實施方案中，多孔金屬無機載體具有約300米7克至約600米7克的表面積。多孔金屬氧化物無機載體可由顆粒組成。顆?？梢詾楦骄畚铩Y(jié)塊、載體上的表面涂層等。多孔金屬氧化物無機載體可具有最高約4毫米的平均粒度。在一個實施方案中， 多孔無機物質(zhì)可具有約5微米至約3毫米的平均粒度。在另ー個實施方案中，多孔無機物質(zhì)可具有約500微米至約2. 5毫米的平均粒度。在還另ー個實施方案中，多孔無機物質(zhì)可具有約1毫米至約2毫米的平均粒度。在一個實施方案中，多孔基體具有約40微米的平均粒度。在一個實施方案中，多孔基體具有約10微米的平均粒度。第一催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量最高約90%重量的量存在。在ー個實施方案中，第一催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約重量至約90%重量的量存在。在另ー個實施方案中，床形式的第一催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約20%重量至約80%重量的量存在。在還另ー個實施方案中，第一催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約50%重量至約70%重量的量存在。在不同的實施方案中，通過在第一床上產(chǎn)生的用于第二床上的物質(zhì)的量測定比率。這將取決于幾個變量，這些變量對其中可利用催化劑系統(tǒng)的具體排氣應用具有特異性。發(fā)動機或渦輪機類型、排氣溫度、流速、NOx濃度等均成為決定第一催化組合物與第二催化組合物的比率的因素。對于具體應用，可以例如在給定系統(tǒng)中達到最高NOx轉(zhuǎn)化率的方式優(yōu)化此比率。在一個實施方案中，第一催化組合物包含至少ー種助催化金屬。助催化金屬為促進催化劑作用的金屬。在一個實施方案中，助催化金屬可選自鎵、銅、金、釩、鋅、錫、鉍、鈷、 鉬、鋯、鉿和鎢。在一個實施方案中，助催化金屬可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約0. 重量至約20%重量的量存在。在另ー個實施方案中，第一催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約0.5%重量至約15%重量的量存在。在還另ー個實施方案中，第一催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約重量至約12%重量的量存在。在一個實施方案中，第一催化組合物可如圖1中所示裝配于催化劑系統(tǒng)中。參考圖1，提供決定第一催化組合物的NOx還原能力的催化劑系統(tǒng)100。第一催化組合物112置于具有1英寸外徑的石英管110中。第一催化組合物112置于兩個石英棉塞114和116之間的石英管內(nèi)。現(xiàn)在，石英管110可用于排氣系統(tǒng)，以幫助使NOx排放減少到最低限度。在一個實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)可還包含第二催化組合物。在一個實施方案中，第二催化組合物的第一催化物質(zhì)可包括沸石。第一催化物質(zhì)的功能包括用第一催化組合物產(chǎn)生的氨或類氨產(chǎn)物作為NOx還原劑，進一歩還原排氣中另外的N0X。在一個實施方案中，沸石不含另外的金屬，即，沸石中的鋁和硅金屬離子不與任何其他金屬離子交換，例如鐵或銅離子。沸石可以為天然存在或合成的。適合的沸石的實例為沸石Y、沸石β、鎂堿沸石、絲光沸石、ZSM-5、ZSM-12, ZSM-22、ZSM-23、ZSM-34、ZSM-35、ZSM-38、ZSM-48、ZSM-50、 ZSM-57、沸石Α、沸石X或包含至少兩種前述沸石的組合。在一個實施方案中，第一催化物質(zhì)基本上由鎂堿沸石組成。示例性沸石為具有約10至約30的硅-鋁比的鎂堿沸石。在另ー 個實施方案中，鎂堿沸石具有約12至約25的硅-鋁比。在還另ー個實施方案中，鎂堿沸石具有約15至約20的硅-鋁比。在一個實施方案中，沸石包含另外的金屬，即，沸石中的鋁和硅金屬離子與任何其他金屬離子交換，例如鐵或銅離子。此類離子交換的沸石的實例包括鐵沸石和銅沸石?？捎糜诘诙呋M合物的市售沸石的實例以如下商品名銷售CBV100、CBV300、 CBV400、CBV500、CBV600、CBV712、CBV720、CBV760、CBV780、CBV901、CP814E、CP814C、 CP811C-300、CP914、CP914C、CBV2314、CBV3024E、CBV5524G、CBV8014、CBV28014、CBVlOA, CBV21A、CBV90A等或包含至少兩種前述市售沸石的組合。沸石顆?？梢詾閿D出物形式，并且一般具有最高約2毫米的平均粒度。在ー個實施方案中，沸石顆粒具有約0.001毫米至約1. 1毫米的平均粒度。在另ー個實施方案中，沸石顆粒具有約0. 1毫米至約0. 9毫米的平均粒度。在還另ー個實施方案中，沸石顆粒具有約0. 2毫米至約0. 8毫米的平均粒度。在一個示例性實施方案中，沸石顆粒具有約0. 001 毫米的平均粒度。沸石顆?？删哂凶罡呒s600米7克的表面積。在一個實施方案中，沸石顆?？删哂屑s50米7克至約600米7克的表面積。在另ー個實施方案中，沸石顆?？删哂屑s80米 7克至約500米2/克的表面積。在還另ー個實施方案中，沸石顆?？删哂屑s100米2/克至約400米7克的表面積。除了其他因素包括晶胞尺寸、孔徑、催化物質(zhì)類型和交換的金屬外，高比表面積一般產(chǎn)生更有效的轉(zhuǎn)化。在另ー個實施方案中，第二催化組合物包括置于第一基體上的第一催化物質(zhì)。可用作第一基體的適合物質(zhì)包括以上關于金屬無機載體所述的無機物質(zhì)。第一催化物質(zhì)可包括選自鎢、鈦和釩的元素。第一催化物質(zhì)可以基于催化劑系統(tǒng)的量最高約50%摩爾的量存在于第二催化組合物中。在一個實施方案中，第一催化物質(zhì)以基于催化劑系統(tǒng)的量約0.025%摩爾至約 50%摩爾的量存在于第二催化組合物中。在另ー個實施方案中，第一催化物質(zhì)以基于催化劑系統(tǒng)的量約0.5%摩爾至約40%摩爾的量存在于第二催化組合物中。在還另ー個實施方案中，第一催化物質(zhì)以基于催化劑系統(tǒng)的量約1.0%摩爾至約30%摩爾的量存在于第二催化組合物中。在一個實施方案中，第二催化組合物中第一催化物質(zhì)的量基于催化劑系統(tǒng)的量為約1.5%摩爾。在另ー個實施方案中，第二催化組合物中第一催化物質(zhì)的量基于催化劑系統(tǒng)的量為約5%摩爾。第二催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量最高約80%重量的量使用。在ー個實施方案中，第二催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約20%重量至約70%重量的量使用。在另ー個實施方案中，第二催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約30%重量至約 60%重量的量使用。在還另ー個實施方案中，第二催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約40%重量至約50%重量的量使用。第一催化物質(zhì)也可以以下的量存在于第二催化組合物中該量選自如以上關于第一催化組合物所述，在金屬無機載體中催化物質(zhì)的相同范圍的量。在一個實施方案中，包含第一催化組合物和第二催化組合物的催化劑系統(tǒng)可如圖 2中所示以雙床結(jié)構(gòu)裝配于催化劑系統(tǒng)中。參考圖2，提供決定第一催化組合物的NOx還原能力的催化劑系統(tǒng)200。第一催化組合物212置于具有1英寸外徑的石英管210中。第一催化組合物212置于兩個石英棉塞214和216之間的石英管內(nèi)。第二催化組合物222類似的置于另一組石英棉218和220之間，離開第一組石英棉約1英寸?，F(xiàn)在，石英管210可用于排氣系統(tǒng)，以幫助使NOx排放減少到最低限度。在一個實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)還包含置于第二催化組合物的下游的第三催化組合物，第三催化組合物包括置于第二基體上的第二催化物質(zhì)，其中第二催化物質(zhì)選自鉬、鈀、釕、銠、鋨和銥?？捎米鞯诙w的適合物質(zhì)包括以上關于金屬無機載體所述的無機物質(zhì)。第二催化物質(zhì)一般用于氧化任何不需要的反應產(chǎn)物或未用的反應物或還原劑。在一個實施方案中，第三催化組合物為柴油氧化催化劑(DOC)。DOC是由含蜂巣狀結(jié)構(gòu)或基體的筒(canister)組成的流通式裝置。第二基體具有涂覆有活性催化劑層的高表面積。此層包含小的充分分散量的貴金屬，如鉬或鈀。在排氣通過DOC吋，一氧化碳、氣體烴和液體烴顆粒(未燃燒的燃料和油)氧化，從而減少有害排放物。
第二催化物質(zhì)可以最高約50 %摩爾的量存在于第三催化組合物中。在一個實施方案中，第二催化物質(zhì)以約0.025%摩爾至約50%摩爾的量存在于第三催化組合物中。在另一個實施方案中，第二催化物質(zhì)以約0. 5%摩爾至約40%摩爾的量存在于第三催化組合物中。在還另ー個實施方案中，第二催化物質(zhì)以約1.0%摩爾至約30%摩爾的量存在于第三催化組合物中。在一個實施方案中，第三催化組合物中第二催化物質(zhì)的量為約1.5%摩爾。 在另ー個實施方案中，第三催化組合物中第二催化物質(zhì)的量為約5%摩爾。第三催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量最高約90%重量的量使用。在ー個實施方案中，第三催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約10%重量至約80%重量的量使用。在另ー個實施方案中，第三催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約20%重量至約 70%重量的量使用。在還另ー個實施方案中，第三催化組合物可以基于催化劑系統(tǒng)總重量約30%重量至約60%重量的量使用。在一個實施方案中，第二基體可包括無機物質(zhì)。在一個實施方案中，無機物質(zhì)可包括以上關于金屬無機載體所列的物質(zhì)?？捎米鞯诙w的適合物質(zhì)包括至少ー種選自氧化鋁、ニ氧化鈦、氧化鋯、ニ氧化鈰、碳化硅及其混合物的成員。在一個實施方案中，包含第一催化組合物、第二催化組合物和第三催化組合物的催化劑系統(tǒng)可如圖3中所示以三床結(jié)構(gòu)裝配于催化劑系統(tǒng)中。參考圖3，提供決定第一催化組合物的NOx還原能力的催化劑系統(tǒng)300。第一催化組合物312置于具有1英寸外徑的石英管310中。第一催化組合物312置于兩個石英棉塞314和316之間的石英管內(nèi)。第二催化組合物322類似的置于另一組石英棉318和320之間，離開第一組石英棉約1英寸。第三催化組合物3 類似的置于另一組石英棉3M和3 之間，離開第一組石英棉約1英寸。 現(xiàn)在，石英管310可用于排氣系統(tǒng)，以幫助使NOx排放減少到最低限度。在一個實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)還包括構(gòu)造成輸送還原劑的輸送系統(tǒng)。在用催化組合物還原來自加熱爐、烘箱、機車和發(fā)動機的排放物中產(chǎn)生的NOx吋，多種烴可有效的用作還原劑。在一個實施方案中，還原劑為烴。在一個實施方案中，烴具有約2個碳原子至約24個碳原子的平均碳鏈長度。在一個實施方案中，還原劑為柴油、超低硫柴油(ULSD)、 乙醇、汽油和辛烷中的ー種或多種。在一個實施方案中，還原劑為具有約3個碳原子或以下的平均碳鏈長度的烴。在一個實施方案中，還原劑為甲烷、乙烯和丙烯中的ー種或多種。在一個實施方案中，還原劑為經(jīng)氧化烴。在一個實施方案中，經(jīng)氧化烴為乙醇。在某些實施方案中，可與烴還原劑一起使用輔還原劑來降低催化劑的點火溫度。 在一個實施方案中，輔還原劑為氫氣。在一個實施方案中，所用輔還原劑的量可以為基于排氣的總體積流速約每百萬分數(shù)(ppm)0至約4000ppm。在另ー個實施方案中，所用輔還原劑的量可以為基于排氣的總體積流速約IOppm至約3000ppm。在還另ー個實施方案中，所用輔還原劑的量可以為基于排氣的總體積流速約20ppm至約2000ppm。在一個實施方案中，所用輔還原劑的量可以為基于排氣的總體積流速約Oppm至約lOOOppm。在一個示例性實施方案中，可用柴油作為還原劑。在用具有每分子約5至約9個碳原子的高級烴作為還原劑時，催化組合物可還原N0X。所述催化劑系統(tǒng)有利的跨各種溫度范圍起作用。適合的溫度范圍可包括大于約325°C的溫度。其他溫度范圍可包括最高約 425 °C的那些。在另ー個實施方案中，本發(fā)明提供ー種催化劑系統(tǒng)。所述催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー種金屬無機載體。固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑。催化金屬包括納米晶體。所述催化劑系統(tǒng)還包含至少ー種助催化金屬。所述催化劑系統(tǒng)還包含第二催化組合物。第二催化組合物包括(i)沸石，或(ii)置于第一基體上的第一催化物質(zhì)。第一催化物質(zhì)包括選自鎢、鈦和釩的元素。在還另ー個實施方案中，本發(fā)明提供ー種方法。所述方法包括以下步驟提供至少一種催化金屬的納米晶體；使納米晶體摻入到至少ー種金屬無機載體中；并形成包括均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー種金屬無機載體，其中固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑，并且其中催化金屬包括納米晶體。在一個實施方案中，提供至少ー種催化金屬的納米晶體包括在表面活性劑存在下制備催化金屬的納米晶體。本文所用術語“表面活性劑”是指表面活性物質(zhì)。表面活性劑通常為兩親性有機化合物，兩親性表示它們包含疏水基團(“它們的尾部”)和親水基團(“它們的頭部”)。因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)，它們可溶于水或有機溶剤。使用表面活性劑抑制銀納米晶體生長，從而使納米晶體具有基本上均勻和控制的大小。在一個實施方案中，所用表面活性劑可包括具有約17個碳-碳鍵的羧酸。在一個實施方案中，所用表面活性劑可選自油酸、辛酸、月桂酸和硬脂酸中的ー種或多種。本領域的技術人員應理解，可利用提供所需納米晶體的在本領域已知的任何表面活性剤。在一個實施方案中，提供催化金屬的納米晶體在約10°C至約200°C的溫度進行。 在另ー個實施方案中，提供催化金屬的納米晶體在約50°C至約150°C的溫度進行。在還另一個實施方案中，提供催化金屬的納米晶體在約60°C至約120°C的溫度進行。在一個實施方案中，提供催化金屬的納米晶體在約0. 5毫米汞柱至約10毫米汞柱的真空下進行。在另ー個實施方案中，提供催化金屬的納米晶體在約0. 8毫米汞柱至約8 毫米汞柱的真空下進行。在還另ー個實施方案中，提供催化金屬的納米晶體在約1毫米汞柱至約5毫米汞柱的真空下進行。在一個實施方案中，納米晶體具有小于約20%的PSD。在另ー個實施方案中，納米晶體具有小于約15%的PSD。在還另ー個實施方案中，納米晶體具有小于約10%的PSD。在一個實施方案中，提供催化金屬的納米晶體的步驟包括形成催化金屬的鹽與表面活性劑和高沸點溶劑的混合物。加熱所得混合物，以使催化金屬的鹽溶于溶剤。在真空下加熱混合物，以便用真空去除系統(tǒng)中存在的任何水分，例如，在反應物質(zhì)中作為雜質(zhì)存在的水。一般可利用約0.5毫米至約10毫米汞柱的真空。催化金屬的鹽溶于溶劑，隨后形成納米晶體。本文所用術語“納米晶體”是指具有小于或等于約100納米的至少ー個維度的納米物質(zhì)。由于它們的很多電和熱力學性質(zhì)顯示強尺寸依賴性，并因此能夠通過小心制備過程來控制，納米晶體引起巨大的技術關注。在真空下并且在表面活性劑存在下合成納米晶體有某些優(yōu)點。催化金屬的鹽在真空下分解。在本領域已知，一般存在水可影響金屬的單分散性。通過利用真空，在反應混合物中存在或生成的水去除，從而使在水存在下發(fā)生的副作用減小到最低限度。另外，將表面活性劑引入合成中有效的“保護”或控制金屬納米晶體的生長。因此，由此方法制備的金屬顆粒具有納米范圍的大小，并且它們的PSD可小于約20%。在一個實施方案中，所用溶劑可包括具有大于或等于90°C沸點的有機溶剤，并且也可溶解催化金屬的鹽。在一個實施方案中，所用溶劑可包括具有8至40個碳原子的胺溶劑。適合溶劑的實例可包括三辛基胺、辛基胺和十六烷基胺中的ー種或多種。在一個實施方案中，在過濾或離心前加到溶液的溶劑可包括選自乙醇、甲醇和丙酮的極性溶剤。在一個實施方案中，在離心前利用的溶劑為乙醇。在一個實施方案中，在離心后加的溶劑可包括選自己烷、氯仿、四氫呋喃和甲苯的任何非極性溶劑。在一個實施方案中，在離心后利用的溶劑為己烷。在一個實施方案中，在表面活性劑存在下，在溶劑中催化金屬的鹽進行溶解的溫度為約10°C至約90°C。在另ー個實施方案中，溫度為約60°C至約80°C。在一個實施方案中，催化金屬的鹽溶解在溶劑中后，反應混合物保持在約60°C至約120°C的溫度。在另ー個實施方案中，溫度為約65°C至約100°C。在還另ー個實施方案中，溫度為約85°C至約90°C。 在一個實施方案中，催化金屬的鹽溶解在溶劑中后，反應混合物保持的時間為約0. 5小時至約5小吋。在另ー個實施方案中，反應混合物保持的時間為約1小時至約4小吋。在還另ー個實施方案中，反應混合物保持的時間為約2小時至約3小吋。在一個實施方案中，可在離心前加的溶劑的量可高于1毫升。在另ー個實施方案中，該溶劑的量可以為約10毫升至約50毫升。在還另ー個實施方案中，該溶劑的量可以為約20毫升至約45毫升。在不同的實施方案中，根據(jù)離心速度，離心的時間可以為約1分鐘至約1小吋。在使用催化劑系統(tǒng)的方法中，所述催化劑系統(tǒng)置于內(nèi)燃機的排氣流中。內(nèi)燃機可以為各種移動或固定器材中任何器材的部件，例如汽車、機車或發(fā)電機。由于不同的發(fā)動機具有不同的燃燒性質(zhì)，排氣流組分在一個系統(tǒng)與另ー個系統(tǒng)之間不同。這些差異可包括NOx水平變化、硫的存在和反應產(chǎn)物的其他物質(zhì)的存在或量。發(fā)動機的操作參數(shù)變化也可改變排氣流性質(zhì)。不同操作參數(shù)的實例可包括溫度和流速。可以需要的速率并且在適于給定系統(tǒng)和操作參數(shù)的需要的溫度下，用催化劑將NOx還原成氮氣和氧氣。所述催化劑系統(tǒng)可以各種方式中的任何方式置于排氣通道中，例如以粉末狀、擠出的塊料或作為洗涂 (washcoated)基體的形式。產(chǎn)生此類粉末床、擠出物或經(jīng)涂覆基體的各種技術在本領域已知，并且適當時可應用于所需的組合物和催化劑形式。另外，各催化組合物可被単獨承載于載體上，或承載于相同的載體上。它們可甚至重疊或部分混合。例如，在以上圖1、2和3中所述的催化劑系統(tǒng)100，200，300可置于排氣通道中，以使NOx排放減少到最低限度。在操作期間，所述催化劑系統(tǒng)可使排氣流中存在的NOx轉(zhuǎn)化約90%重量。在ー個實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)提供在約275°C至約425°C溫度下，基于NOx初始量至少約40% 的NOx轉(zhuǎn)化率。在另ー個實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)提供在約275°C至約425°C溫度下，基于NOx初始量約45%至約90%的NOx轉(zhuǎn)化率。在還另ー個實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)提供在約275°C至約425°C溫度下，基于NOx初始量約55%至約80%的NOx轉(zhuǎn)化率。在又另ー 個實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)提供在約275°C至約425°C溫度下，基于NOx初始量約50% 至約70%的NOx轉(zhuǎn)化率。在一個實施方案中，所述催化劑系統(tǒng)提供在約325°C至約375°C溫度下，基于NOx初始量約40%至約70%的NOx轉(zhuǎn)化率。在又另ー個實施方案中，本發(fā)明提供一種排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括構(gòu)造成將燃料輸送到發(fā)動機的燃料輸送系統(tǒng)；構(gòu)造成從發(fā)動機接收排氣流的排氣流通道；構(gòu)造成將還原劑輸送到排氣流通道的還原劑輸送系統(tǒng)；和置于排氣流通道中的催化劑系統(tǒng)。所述催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー 種催化金屬和至少ー種金屬無機載體，其中固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑，并且其中催化金屬為納米晶體形式。參考圖4，提供能夠還原NOx的排氣系統(tǒng)400。排氣系統(tǒng)400包括燃料輸送系統(tǒng) 410，燃料輸送系統(tǒng)410構(gòu)造成將燃料箱412中所含的燃料414輸送到發(fā)動機416。由發(fā)動機416產(chǎn)生排氣流418，此排氣流418通過催化劑系統(tǒng)420，以提供經(jīng)處理的排氣流422。燃料輸送系統(tǒng)410也可包括構(gòu)造成輸送還原劑的還原劑輸送系統(tǒng)424。在一個實施方案中，還原劑為燃料414。在一個實施方案中，可將包括燃料414的還原劑從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器426，通過注入點4 直接輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中， 一部分燃料414可從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器430，通過注入點432由排氣流418輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，還原劑輸送系統(tǒng)似4還包含輔還原劑 434。在一個實施方案中，輔還原劑434可由燃料414通過重整器436產(chǎn)生。將氧氣源438 提供到重整器436。在一個實施方案中，通過重整器436產(chǎn)生的輔還原劑434包括含氫氣和一氧化碳的合成氣。輔還原劑434經(jīng)注入點4 通過催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中， 柴油顆粒過濾器DPF 440位于發(fā)動機416和催化劑系統(tǒng)420之間，在注入點4 之前。在此實施方案中，在排氣流418通過DPF 440之后，含燃料414和輔還原劑434的還原劑通過注入點4 輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，在燃料箱412和催化劑系統(tǒng)420之間提供燃燒器442。燃燒器442燃燒燃料414，以提高排氣流418的溫度，這可用于在排氣流420具有低于催化劑系統(tǒng)422的最佳操作條件的溫度的情況下，改善催化劑系統(tǒng)420的性能。在此實施方案中，燃燒器的輸出444可位于排氣流418中DPF 440和含燃料414和輔還原劑434的還原劑的注入點4 之間。在如圖4所示的示例性實施方案中，燃料可包括ULSD。在如圖4所示的某些實施方案中，還原劑包括燃料。在其中還原劑與燃料不同的某些實施方案中，可用単獨的還原劑箱容納還原劑，這將在以下提供的附圖的描述中解釋。在其中還原劑不為燃料的實施方案中，還原劑可包括乙醇、汽油、乙醇和汽油的混合物及乙醇和柴油的混合物。發(fā)動機416可以為產(chǎn)生排氣(往復或旋轉(zhuǎn))并且可對包含氣體、生物柴油、柴油和天然氣的各種燃料源エ 作的內(nèi)燃機的任何形式。DPF為任選設備，此設備可位于催化劑系統(tǒng)的上游，如圖4所示，或者位于下游，這將在以下所給的附圖描述中解釋。過濾器的目的是從排氣流去除顆粒物質(zhì) (畑和灰)。在某些實施方案中(未在圖中顯示)，DPF可與柴油注射器配對，以通過燒盡煙灰使DPF再生。上述燃燒器燃燒柴油燃料，以提高排氣流的溫度，這可用于在排氣溫度低于催化劑的最佳操作條件的情況下改善催化劑的性能。燃燒器位于恰好在催化劑系統(tǒng)之前的柴油和重整器注射的上游。在DPF位于催化劑系統(tǒng)的上游的情況下，燃燒器可位于DPF的上游或下游。重整器從柴油燃料和氧氣源(最可能來自空氣)產(chǎn)生輔還原劑氫氣。也可在重整過程中產(chǎn)生ー氧化碳、ニ氧化碳和水。重整器也可進行水煤氣轉(zhuǎn)換反應，以提高氫氣的產(chǎn)率。注射器或汽化器或燃燒器為用以將還原劑(例如柴油燃料)輸送到催化劑的裝置。 還原劑可汽化并作為氣流輸送，或者霧化或用注射器噴入排氣(或噴于催化劑系統(tǒng)上)。催化劑系統(tǒng)420可包括本文實施例部分所述的催化劑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。另外，排氣系統(tǒng)可包括其他設備，如泵、閥、傳感器、控制回路、計算機(控制邏輯)、儲罐、混合器(氣體或液體)、絕緣設備、流路、分離器等，這些為本領域的技術人員所理解。參考圖5，提供能夠還原NOx的排氣系統(tǒng)500。排氣系統(tǒng)500包括燃料輸送系統(tǒng) 410，燃料輸送系統(tǒng)410構(gòu)造成將燃料箱412中包含的燃料414輸送到發(fā)動機416。由發(fā)動機416產(chǎn)生排氣流418，此排氣流418通過催化劑系統(tǒng)420，以提供經(jīng)處理的排氣流422。燃料輸送系統(tǒng)410也可包括構(gòu)造成輸送還原劑的還原劑輸送系統(tǒng)424。還原劑輸送系統(tǒng)似4 包括燃料分餾器510和注射器或汽化器或燃燒器426。在一個實施方案中，包括燃料414 的還原劑首先通過燃料分餾器510，以提供輕燃料餾分512和重燃料餾分514。輕燃料餾分 512包括具有小于約12個碳的平均碳鏈長度的烴，重燃料餾分514包括具有大于約12個碳的平均碳鏈長度的烴。輕燃料餾分512從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器426，通過注入點4 輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，一部分燃料414可從燃料箱412 經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器430，通過注入點432由排氣流418輸送到催化劑系統(tǒng)420。重燃料餾分514通過燃料414輸送到發(fā)動機416。在一個實施方案中，還原劑輸送系統(tǒng)似4還包含輔還原劑434。在一個實施方案中，輔還原劑434可由燃料414通過重整器436產(chǎn)生。 將氧氣源438提供到重整器436。在一個實施方案中，通過重整器436產(chǎn)生的輔還原劑434 包括含氫氣和一氧化碳的合成氣。輔還原劑434經(jīng)注入點4 通過催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，DPF 440位于發(fā)動機416和催化劑系統(tǒng)420之間，在注入點4 之前。在此實施方案中，在排氣流418通過DPF 440之后，含輕燃料餾分512的還原劑和輔還原劑434 通過注入點4 輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，在燃料箱412和催化劑系統(tǒng) 420之間提供燃燒器442。燃燒器442燃燒燃料414，以提高排氣流418的溫度，這可用于在排氣流418具有低于催化劑系統(tǒng)420的最佳操作條件的溫度的情況下，改善催化劑系統(tǒng)420 的性能。在此實施方案中，燃燒器的輸出444可位于排氣流418中DPF 440和含輕燃料餾分512的還原劑和輔還原劑434的注入點似8之間。參考圖6，提供能夠還原NOx的排氣系統(tǒng)600。排氣系統(tǒng)600包括燃料輸送系統(tǒng) 410，燃料輸送系統(tǒng)410構(gòu)造成將燃料箱412中包含的燃料414輸送到發(fā)動機416。由發(fā)動機416產(chǎn)生排氣流418，此排氣流418通過催化劑系統(tǒng)420，以提供經(jīng)處理的排氣流422。燃料輸送系統(tǒng)也可包括構(gòu)造成輸送還原劑的還原劑輸送系統(tǒng)424。在一個實施方案中，還原劑是燃料414。在一個實施方案中，將包括燃料414的還原劑從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器426，通過注入點4 直接輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，一部分燃料414可從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器430，通過注入點432由排氣流418 輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，還原劑輸送系統(tǒng)似4還包含輔還原劑434。在一個實施方案中，輔還原劑434可由燃料414通過重整器436產(chǎn)生。將氧氣源438提供到重整器436。在一個實施方案中，通過重整器436產(chǎn)生的輔還原劑434包括含氫氣和ー氧化碳的合成氣。輔還原劑434經(jīng)注入點432通過催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，DPF 440位于催化劑系統(tǒng)420之后，排氣流418通過催化劑系統(tǒng)420和DPF 440，隨后作為經(jīng)處理的排氣流422離開。在此實施方案中，包括燃料414的還原劑通過注入點4 輸送到排氣流418。在一個實施方案中，在燃料箱412和催化劑系統(tǒng)420之間提供燃燒器442。燃燒器442燃燒燃料414，以提高排氣流418的溫度，這可用于在排氣流418具有低于催化劑系統(tǒng)420的最佳操作條件的溫度的情況下，改善催化劑系統(tǒng)420的性能。在此實施方案中，燃燒器的輸出444連接到排氣流418中發(fā)動機418和包括燃料414的還原劑和輔還原劑434
16的注入點432之間的排氣流中。參考圖7，提供能夠還原NOx的排氣系統(tǒng)700。排氣系統(tǒng)700包括燃料輸送系統(tǒng) 410，燃料輸送系統(tǒng)410構(gòu)造成將燃料箱412中包含的燃料414輸送到發(fā)動機416。由發(fā)動機416產(chǎn)生排氣流418，此排氣流418通過催化劑系統(tǒng)420，以提供經(jīng)處理的排氣流422。燃料輸送系統(tǒng)也可包括構(gòu)造成輸送還原劑的還原劑輸送系統(tǒng)424。還原劑輸送系統(tǒng)似4包括燃料分餾器510和注射器或汽化器或燃燒器426。在一個實施方案中，包括燃料414的還原劑首先通過燃料分餾器710，以提供輕燃料餾分712和重燃料餾分714。輕燃料餾分712 包括具有小于約12個碳的平均碳鏈長度的烴，重燃料餾分714包括具有大于約12個碳的平均碳鏈長度的烴。輕燃料餾分712從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器426，通過注入點4 輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，一部分燃料414可從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器430，通過注入點432由排氣流418輸送到催化劑系統(tǒng)420。重燃料餾分714通過燃料414輸送到發(fā)動機416。在一個實施方案中，還原劑輸送系統(tǒng)似4還包含輔還原劑434。在一個實施方案中，輔還原劑434可由燃料414通過重整器436產(chǎn)生。 將氧氣源438提供到重整器436。在一個實施方案中，通過重整器436產(chǎn)生的輔還原劑434 包括含氫氣和一氧化碳的合成氣。輔還原劑434經(jīng)注入點432通過催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，DPF 440位于催化劑系統(tǒng)420之后，排氣流418通過催化劑系統(tǒng)420和DPF 440，隨后作為經(jīng)處理的排氣流422離開。在此實施方案中，含輕燃料餾分712的還原劑和輔還原劑434通過注入點4 輸送到排氣流418。在一個實施方案中，在燃料箱412和催化劑系統(tǒng)420之間提供燃燒器442。燃燒器442燃燒燃料414，以提高排氣流418的溫度，這可用于在排氣流418具有低于催化劑系統(tǒng)420的最佳操作條件的溫度的情況下，改善催化劑系統(tǒng)420的性能。在此實施方案中，燃燒器的輸出444連接到排氣流418中發(fā)動機416 和包括燃料414的還原劑和輔還原劑434的注入點432之間的排氣流中。參考圖8，提供能夠還原NOx的排氣系統(tǒng)800。排氣系統(tǒng)800包括燃料輸送系統(tǒng) 410，燃料輸送系統(tǒng)410構(gòu)造成將燃料箱412中包含的燃料414輸送到發(fā)動機416。由發(fā)動機416產(chǎn)生排氣流418，此排氣流418通過催化劑系統(tǒng)420，以提供經(jīng)處理的排氣流422。燃料輸送系統(tǒng)也可包括構(gòu)造成輸送還原劑的還原劑輸送系統(tǒng)424。在一個實施方案中，還原劑與燃料不同。在此實施方案中，提供還原劑箱810，以通過注射器或汽化器或燃燒器似6到注入點428，將還原劑812輸送到催化劑系統(tǒng)422。在一個實施方案中，一部分燃料414可從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器430，通過注入點432由排氣流418輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，還原劑輸送系統(tǒng)似4還包含輔還原劑434。在一個實施方案中，輔還原劑434可由燃料414通過重整器436產(chǎn)生。將氧氣源438提供到重整器436。 在一個實施方案中，通過重整器436產(chǎn)生的輔還原劑434包括含氫氣和一氧化碳的合成氣。 輔還原劑434經(jīng)注入點4 通過催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，DPF 440位于發(fā)動機 416和催化劑系統(tǒng)420之間，在注入點4 之前。在此實施方案中，在排氣流418通過DPF 440之后，還原劑812和輔還原劑434通過注入點4 輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，在燃料箱412和催化劑系統(tǒng)420之間提供燃燒器442。燃燒器442燃燒燃料414， 以提高排氣流418的溫度，這可用于在排氣流418具有低于催化劑系統(tǒng)420的最佳操作條件的溫度的情況下，改善催化劑系統(tǒng)420的性能。在此實施方案中，燃燒器的輸出444可位于排氣流418中DPF 440和還原劑812和輔還原劑434的注入點似8之間。
參考圖9，提供能夠還原NOx的排氣系統(tǒng)900。排氣系統(tǒng)900包括燃料輸送系統(tǒng) 410，燃料輸送系統(tǒng)410構(gòu)造成將燃料箱412中包含的燃料414輸送到發(fā)動機416。由發(fā)動機416產(chǎn)生排氣流418，此排氣流418通過催化劑系統(tǒng)420，以提供經(jīng)處理的排氣流422。燃料輸送系統(tǒng)也可包括構(gòu)造成輸送還原劑的還原劑輸送系統(tǒng)424。在一個實施方案中，還原劑與燃料不同。在此實施方案中，提供還原劑箱910，以將還原劑912從還原劑箱910通過注射器或汽化器或燃燒器430輸送到排氣流418，排氣流418通過注入點432將還原劑912 帶到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，將一部分燃料414從燃料箱412經(jīng)注射器或汽化器或燃燒器426，通過注入點4 輸送到催化劑系統(tǒng)420。在一個實施方案中，還原劑輸送系統(tǒng)似4還包含輔還原劑434。在一個實施方案中，輔還原劑434可由燃料414通過重整器 436產(chǎn)生。將氧氣源438提供到重整器436。在一個實施方案中，通過重整器436產(chǎn)生的輔還原劑434包括含氫氣和一氧化碳的合成氣。輔還原劑434經(jīng)注入點432通過催化劑系統(tǒng) 420。在一個實施方案中，DPF 440位于催化劑系統(tǒng)420之后，排氣流418通過催化劑系統(tǒng) 420和DPF 440，隨后作為經(jīng)處理的排氣流422離開。在此實施方案中，包括燃料414的還原劑通過注入點4 輸送到排氣流418，注入點4 位于催化劑系統(tǒng)420和DPF 440之間。 在一個實施方案中，在燃料箱412和催化劑系統(tǒng)420之間提供燃燒器442。燃燒器442燃燒燃料414，以提高排氣流418的溫度，這可用于在排氣流418具有低于催化劑系統(tǒng)420的最佳操作條件的溫度的情況下，改善催化劑系統(tǒng)420的性能。在此實施方案中，燃燒器的輸出 444連接到排氣流418中發(fā)動機418和還原劑912和輔還原劑434的注入點432之間的排氣流中。在又另ー個實施方案中，本發(fā)明提供一種催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少ー種催化金屬和至少ー 種金屬無機載體，其中固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑，其中催化金屬包括納米晶體，并且其中納米晶體具有小于約20%的PSD。催化金屬以基于均勻固體混合物重量等于或小于約6%摩爾的量存在。
實施例以下實施例舉例說明本發(fā)明的方法和實施方案，因此，不應解釋為對權利要求的限制。這些實施例顯示本文所述催化劑組合物的制備，并且顯示它們與市售的其他催化劑組合物比較的性能。除非另外說明，所有組分均購自常見化學品供應商如Aldrichd Louis, Missouri; >Gelest. (Morrisville, Pennsylvania; > Spectrum Chemica丄 Mfg. Corp. (Gardena, California)等。組分和來源在以下所給表1中列出。表權利要求
1.一種催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少一種催化金屬和至少一種金屬無機載體，其中所述固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑；并且其中所述催化金屬包括納米晶體。
2.權利要求1的催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)還包含至少一種助催化金屬。
3.權利要求1的催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)還包含第二催化組合物，其中第二催化組合物包括⑴沸石，或( )置于第一基體上的第一催化物質(zhì)，第一催化物質(zhì)包括選自鎢、鈦和釩的元素。
4.權利要求3的催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)還包含第三催化組合物，其中第三催化組合物包括置于第二基體上的第二催化物質(zhì)，其中第二催化物質(zhì)選自鉬、鈀、釕、鋨和銥。
5.權利要求1的催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)還包括構(gòu)造成輸送還原劑的輸送系統(tǒng)。
6.權利要求5的催化劑系統(tǒng)，其中所述輸送系統(tǒng)還包含輔還原劑。
7.一種催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)包括 第一催化組合物，所述第一催化組合物包括均勻固體混合物，所述均勻固體混合物包含至少一種催化金屬和至少一種金屬無機載體；其中所述固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑；其中所述催化金屬包括納米晶體；和至少一種助催化金屬；第二催化組合物，所述第二催化組合物包括 ⑴沸石，或( )置于第一基體上的第一催化物質(zhì)，第一催化物質(zhì)包括選自鎢、鈦和釩的元素。
8.一種方法，所述方法包括 提供至少一種催化金屬的納米晶體；使所述納米晶體摻入到至少一種金屬無機載體中；和形成包括均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少一種催化金屬和至少一種金屬無機載體；其中所述固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑，其中所述催化金屬包括納米晶體。
9.一種排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括構(gòu)造成將燃料輸送到發(fā)動機的燃料輸送系統(tǒng)； 構(gòu)造成從發(fā)動機接收排氣流的排氣流通道； 構(gòu)造成將還原劑輸送到排氣流通道的還原劑輸送系統(tǒng)；和置于排氣流通道中的催化劑系統(tǒng)，其中所述催化劑系統(tǒng)包括 第一催化組合物，所述第一催化組合物包括均勻固體混合物，所述均勻固體混合物包含至少一種催化金屬和至少一種金屬無機載體；其中所述固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑；其中所述催化金屬為納米晶體形式。
10.一種催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)包括均勻固體混合物，所述均勻固體混合物包含至少一種催化金屬和至少一種金屬無機載體；其中所述固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑； 其中所述催化金屬包括納米晶體； 其中所述納米晶體具有小于約20%的粒度分布；并且其中所述催化金屬以基于所述均勻固體混合物重量小于或等于約6%摩爾的量存在。
全文摘要
一種催化劑系統(tǒng)，所述催化劑系統(tǒng)包括包含均勻固體混合物的第一催化組合物，所述均勻固體混合物包含至少一種催化金屬和至少一種金屬無機載體。固體混合物的孔具有約1納米至約15納米的平均孔徑。催化金屬包括納米晶體。
文檔編號B01J23/30GK102580728SQ20111000757
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權日2011年1月7日
發(fā)明者A·B·馬德什瓦, B·H·溫克勒, D·G·諾爾頓, D·漢庫, L·N·路易斯, M·殷, O·P·西克羅文 申請人:通用電氣公司