УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНОГО ГАЗА Российский патент 2010 года по МПК B01D53/94 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для очистки выхлопного газа, используемому для двигателя для обедненной топливной смеси, работающего на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента, и способу очистки выхлопного газа для очистки NO_x посредством использования такого устройства для очистки выхлопного газа.

Уровень техники

Катализатор, используемый для хранения и восстановления NO_x (далее - NSR), известен как катализатор для очистки выхлопного газа для двигателя для обедненной топливной смеси, работающего на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента. Такой NSR образуется посредством нанесения благородного металла, например, Pt и материала для хранения NO_x, выбранного из щелочных металлов и щелочноземельных металлов, на пористый оксид, например оксид алюминия. NO в выхлопном газе в обедненной атмосфере окисляется в NO_x посредством благородного металла, и NO_x реагируют с материалом для хранения NO_x и хранятся в катализаторе как нитраты. После временного образования из выхлопного газа обогащенной атмосферы нитраты разлагаются, чтобы высвобождать NO_x, и материал для хранения NO_x восстанавливает свою способность хранения NO_x, в то же самое время NO_x реагируя с восстанавливающими компонентами, например, HC и СО, которые являются распространенными в атмосфере и восстанавливаются и очищаются в N₂.

Например, не прошедшая экспертизу патентная публикация Японии № H09-085093 описывает NSR, на который нанесен материал для хранения NO_x, содержащий три компонента K, Na и Li. Материал для хранения NO_x, содержащий три компонента K, Na и Li, реагирует с двуокисью углерода в воздухе и существует как композиционный карбонат. Этот композиционный карбонат имеет такую значительно низкую точку плавления (400°C или менее), что он становится нестабильным в типичном диапазоне рабочих температур (от 300°C до 400°С) катализатора, и таким образом он улучшает характеристики хранения и высвобождения NO_x.

Однако, поскольку NSR, описанный в вышеуказанной публикации, резко ухудшает характеристики хранения и высвобождения NO_x при температурах выхлопного газа 300°C или менее, является затруднительным для NSR очищать NO_x эффективно при постоянной температуре атмосферы примерно 250°C, например, этого выхлопного газа из дизельного двигателя.

Кроме того, материал для хранения NO_x, выбранный из щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, имеет проблему понижения окислительной активности Pt или т.п.Чтобы решить эту проблему, количество наносимого благородного металла увеличивается, но активность, соответствующая нанесенному количеству, не может быть получена в связи с усилением роста гранул благородного металла или т.п.

Кроме того, материал для хранения NO_x, выбранный из щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, имеет не только то неудобство, что он понижает активность в результате реакции с подложкой, например кордиеритом, но также и проблемы восприимчивости к отравлению серой посредством реакции с SO_x, чтобы утрачивать его способность сохранения NO_x. Поэтому, как описано в вышеупомянутой публикации, была осуществлена выработка легко разлагающегося композиционного сульфата посредством использования материала для хранения NO_x, содержащего три компонента, или затрудняющего доступ SO_x посредством использования кислотного пористого оксида. Однако, поскольку используется щелочной материал для хранения NO_x, является неизбежным понижение способности хранения NO_x в связи с реакциями с SO_x.

Настоящее изобретение было задумано с точки зрения этих обстоятельств, и основной целью настоящего изобретения является обеспечение возможности восстановления и очищения NO_x в диапазоне низких температур от 200°C до 300°C без использования материала для хранения NO_x, содержащего щелочной компонент.

Краткое описание изобретения

Устройство для очистки выхлопного газа, раскрытое в п.1 формулы изобретения, которое решает вышеупомянутые проблемы, характеризуется тем, что оно содержит двигатель для обедненной топливной смеси, работающий на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента, катализатор Pd, помещенный в выхлопной газ из двигателя для обедненной топливной смеси, образованный посредством нанесения высокой концентрации Pd в диапазоне 3 вес.% или более на пористый оксид, в котором нет материала, адсорбирующего NO_x, выбранного из щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, и средство для обогащения для временного образования из атмосферы выхлопного газа вокруг катализатора Pd обогащенной атмосферы посредством подачи высококипящего HC в выхлопной газ, и катализатор Pd используется в атмосфере, в которой обедненная атмосфера и обогащенная атмосфера поочередно повторяются, и восстанавливает и очищает NO_x в выхлопном газе в диапазоне низких температур от 200°С до 300°C.

Кроме того, способ очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению отличается очисткой NO_x в выхлопном газе посредством помещения устройства для очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению в систему выпуска выхлопного газа из двигателя для обедненной топливной смеси, работающего на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента, временного образования из атмосферы выхлопного газа вокруг катализатора Pd обогащенной атмосферы посредством средства для обогащения, и вновь создания обедненной атмосферы и обогащенной атмосферы после этого.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - примерный чертеж, иллюстрирующий механизм реакции в устройстве для очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 - график, показывающий взаимоотношение между температурой входящего газа и эффективностью превращения NO_x.

Фиг.3 - график, показывающий концентрацию NO_x в выхлопном газе из катализатора Pd согласно настоящему изобретению.

Фиг.4 - график, показывающий взаимоотношение между отношением по весу Pt/Pd и эффективностью превращения NO_x.

Фиг.5 - примерный чертеж, показывающий устройство для очистки выхлопного газа в соответствии с Примером 6 согласно настоящему изобретению.

Фиг.6 - график, показывающий взаимоотношение между температурой входящего газа и эффективностью превращения NO_x в Примере 6 согласно настоящему изобретению.

Наилучший способ осуществления изобретения

Устройство для очистки выхлопного газа, раскрытое в п.1 формулы изобретения, использует катализатор Pd, образованный посредством нанесения высокой концентрации Pd в диапазоне от 3% по весу или более на пористый оксид. В качестве пористого оксида возможно использовать, по меньшей мере, один из оксидов, как например, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, CeO₂ и SiO₂, или композиционный оксид, содержащий множество этих оксидов.

Этот катализатор Pd может быть гранулированным катализатором, образованным из порошка катализатора, произведенным посредством нанесения Pd на пористый оксид. Этот катализатор Pd может также быть пенным катализатором, произведенным посредством покрытия этим порошком катализатора металлической пенной подложки, или сотовым катализатором, произведенным посредством образования из этого порошка катализатора слоя покрытия катализатора на поверхностях сотовых перегородок сотовой подложки, образованной из кордиерита или металла.

В случае, когда катализатор Pd производится посредством образования слоя покрытия катализатора на поверхностях сотовых перегородок сотовой подложки, количество образованного в слое покрытия катализатора составляет предпочтительно 120 г или более на литр объема катализатора, и более предпочтительным является образовать слой покрытия из 150 г или более на литр объема катализатора. Если количество образованного слоя покрытия катализатора является небольшим, плотность нанесенного Pd увеличивается, и соответственно иногда вызывается рост гранул, и активность понижается, когда он подвергается воздействию высоких температур.

Количество Pd, нанесенного в катализаторе Pd, составляет 3 вес.% или более, что является большим, чем то, что наносится в обычных катализаторах для очистки выхлопного газа. Например, не прошедшая экспертизу патентная публикации Японии № H08-332350 описывает трехкомпонентный катализатор, в котором высокая концентрация Pd наносится на сторону выше по потоку. Эта патентная публикации Японии № H08-332350 относится к трехкомпонентному катализатору и не используется для двигателя для обедненной топливной смеси, работающего на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента, хотя количество нанесенного Pd может быть таким большим, как то, что описано здесь. Когда количество нанесенного Pd составляет менее чем 3 вес.%, катализатор не может хранить NO_x благодаря резкому понижению адсорбционной способности по NO₂. С другой стороны, когда количество нанесенного Pd слишком велико, количество адсорбированного NO_x является насыщенным, и излишнее количество Pd является неэкономичным. Количество нанесенного Pd желательно находится в диапазоне от 5 до 10 г и особенно желательно в диапазоне от 8 до 10 г на литр объема катализатора Pd.

В способе очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению сначала атмосфера выхлопного газа вокруг катализатора Pd временно образует обогащенную атмосферу посредством средства для обогащения. Предполагается, что благодаря этому кислород, адсорбированный на Pd, расходуется, и поверхность Pd приводится в исходное состояние. Затем предполагается, что в обедненной атмосфере с избытком кислорода происходит реакция, показанная на фиг.1.

А именно, NO в выхлопном газе реагирует с кислородом в атмосфере посредством катализа Pd и окисляется в NO₂. Кроме того, NO₂ также первоначально существует в выхлопном газе. Эти виды NO₂ адсорбируются на Pd, что обозначает, что NO_x сохраняются.

Далее, когда окружения катализатора Pd временно образуют обогащенную атмосферу посредством средства для обогащения, поскольку Pd имеет высокую окислительную активность даже в обогащенной атмосфере, Pd окисляет HC и СО, и как показано на фиг.1, реакция между адсорбированным NO₂ и HC или СО происходит на Pd и таким образом NO_x восстанавливаются и очищаются. В это же время Pd восстанавливает свою способность адсорбировать NO₂.

Однако, если кислород адсорбируется на Pd в обедненной атмосфере, для NO₂ становится трудным адсорбироваться на Pd. Поэтому в предшествующее время в обогащенной атмосфере, по меньшей мере, атмосфера вокруг катализатора Pd временно образует обогащенную атмосферу, и это осуществляется, принимая во внимание количество, которое будет израсходовано посредством адсорбированного кислорода. Тот факт, что атмосфера вокруг катализатора Pd становится обогащенной атмосферой, означает, что кислород не адсорбируется на Pd, и что в последующей обедненной атмосфере NO₂ эффективно адсорбируется на Pd.

Примеры средства для обогащения включают средство для добавления восстановителя в выхлопной газ и средство для регулирования воздуха для топливного коэффициента двигателя. Однако необходимо временно образовать из окружений катализатора Pd обогащенную атмосферу, принимая во внимание количество, которое будет израсходовано посредством катализатора Pd, как упомянуто выше. Поэтому желательно добавлять высококипящий HC в выхлопной газ. Хотя известно, что добавление низкокипящего HC, например пропилена, не улучшает коэффициент превращения NO_x значительно, использование высококипящего НС позволяет быстро и временно образовать из окружений катализатора Pd обогащенную атмосферу и эффективно восстанавливать и очищать NO_x.

Причина вышеупомянутого не ясна, но предполагается, что время существования восстановителя на поверхности Pd может быть увеличено, и что кислород, существующий в выхлопном газе, и кислород, адсорбированный на Pd, могут быть использованы для реакции крекинга низкокипящих HC и реакции окисления низкокипящих HC на воду и двуокись углерода. Следует отметить, что высококипящий HC предпочтительно насыщается алифатическим HC, имеющим 6 или более атомов углерода и находящимся в жидком состоянии при комнатной температуре и при использовании для дизельного двигателя особенно предпочтительно маловязким маслом.

По желанию, небольшое количество Pt дополнительно наносится на катализатор Pd. Поскольку Pt имеет большую окислительную активность в обедненной атмосфере, чем Pd, большее количество NO₂ вырабатывается, и катализатор Pd улучшает способность хранения NO_x. Что касается количества Pt, нанесенного на катализатор Pd, весовое отношение Pt/Pd желательно в диапазоне от 0,02 до 0,18. Когда Pt наносится сверх этого диапазона, поскольку активность Pd нарушается, эффективность превращения NO_x понижается.

В способе очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению обедненная атмосфера и обогащенная атмосфера повторяются. Время, предоставляемое для обедненной атмосферы, не является большим, чем время, за которое количество NO₂, адсорбированного на катализаторе Pd, насыщается, и время, предоставляемое для обогащенной атмосферы, не является большим, чем время, за которое кислород, адсорбированный на катализаторе Pd, расходуется, и NO_x, высвобождаемые из катализатора Pd, восстанавливаются. Соответственно, время, предоставляемое для обедненного, и время, предоставляемое для обогащенного, в значительной степени зависят от количества Pd в катализаторе Pd.

Кроме того, устройство для очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению может эффективно очищать NO_x в диапазоне низких температур от приблизительно 200°C до приблизительно 300°C, но имеет низкую эффективность превращения NO_x при температурах более чем 300°C. Поэтому желательно помещать NSR с нанесенным благородным металлом и материалом для хранения NO_x на стороне ниже по потоку выхлопного газа катализатора Pd. Поскольку NSR обеспечивает высокую способность хранения NO_x при приблизительно 300°C или более, высокая способность очистки NO_x обеспечивается в широком диапазоне температур от диапазона низких температур, примерно приблизительно 200°C, до диапазона высоких температур выше, чем 450°C.

Когда NSR помещается на стороне ниже по потоку катализатора Pd, обеспечивается дополнительный эффект.А именно, поскольку катализатор Pd начинает реакцию от низкой температуры, тепло реакции может нагревать NSR. Поэтому, когда используется только NSR, изменение в обогащенную атмосферу выполняется от приблизительно 250°C, но согласно настоящему изобретению изменение в обогащенную атмосферу желательно выполнять поблизости от приблизительно 200°C. Кроме того, в области от 350°C до 450°C, в которой NSR легко обеспечивает свою способность, катализатор Pd расходует кислород для окисления HC даже в обогащенной атмосфере. NSR восстанавливает NO_x более легко, когда концентрация кислорода является более низкой в обогащенной атмосфере, и поэтому после помещения катализатора Pd на сторону выше по потоку, эффективность превращения NO_x из NSR дополнительно улучшается в диапазоне высоких температур.

В устройстве для очистки выхлопного газа и способе очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению предполагается, что в выхлопном газе в обедненной атмосфере NO окисляется в NO₂ на катализаторе Pd, и NO₂, первоначально существующий в выхлопном газе, и выработанный NO₂ адсорбируются на Pd. Эта реакция происходит при низких температурах, от приблизительно 200°C до приблизительно 300°C и посредством этого NO_x хранятся на катализаторе Pd.

Затем, когда из атмосферы вокруг катализатора Pd временно образуется обогащенная атмосфера посредством средства для обогащения, адсорбированный NO₂ высвобождается из Pd, и NO_x восстанавливаются и очищаются посредством HC и СО, которые являются распространенными в атмосфере. Кроме того, избыточные HC и СО окисляются посредством Pd, что обеспечивает высокую окислительную активность даже в восстановительной атмосфере. Затем Pd снова восстанавливает свою способность адсорбировать NO₂ и, когда из атмосферы образуется следующая обедненная атмосфера, Pd адсорбирует NO₂.

А именно, в соответствии с устройством для очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению, NO_x могут быть восстановлены и очищены в диапазоне низких температур, от приблизительно 200°C до приблизительно 300°C. Кроме того, поскольку щелочной компонент не используется, окислительная активность благородного металла не нарушается, или активность не понижается посредством реакции с подложкой или отравления серой. Поэтому устройство является превосходным по долговечности и может поддерживать высокую производительность по очистке NO_x в диапазоне низких температур в течение длительного времени.

Кроме того, если небольшое количество Pt наносится в дополнение к Pd, поскольку реакционная активность для превращения No в NO₂ значительно повышается, и количество NO_x, адсорбированных на Pd, возрастает, эффективность превращения NO_x повышается.

Кроме того, если NSR, на который нанесен благородный металл и материал для хранения NO_x, помещается на сторону ниже по потоку выхлопного газа катализатора Pd, поскольку NSR обеспечивает высокую способность хранения NO_x при приблизительно 300°C или более, высокая производительность по очистке NO_x, обеспечивается в широком диапазоне температур от диапазона низких температур, приблизительно около 200°C, до диапазона высоких температур выше 450°C.

Устройство для очистки выхлопного газа и способ очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению могут быть осуществлены посредством использования одного катализатора Pd или посредством использования катализатора Pd в сочетании с катализатором окисления, катализатором хранения и восстановления NO_x, катализатором-фильтром или тому подобного.

Далее, настоящее изобретение будет описано более подробно посредством примеров и сравнительных примеров.

Пример 1

35 см³ сотовая подложка, образованная на кордиерите (6 мил, 400 ячеек) была покрыта промывкой пульпы, содержащей в основном порошок оксида алюминия, высушена и затем прокалена при 500°C в течение одного часа, посредством чего образовывалось покрытие. Затем слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора нитрата палладия заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pd. Полученный катализатор Pd имел 120 г каталитического слоя покрытия на литр сотовой подложки, и на каталитический слой покрытия было нанесено 10 г Pd на литр сотовой подложки.

Пример 2

Слой покрытия был образован подобным образом, как в Примере 1, и слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pt. Затем, 10 г Pd было нанесено на литр сотовой подложки полностью подобным образом, как в Примере 1. На каталитический слой покрытия был нанесен 1 г Pt на литр сотовой подложки в дополнение к 10 г/л Pd.

Пример 3

Слой покрытия был образован подобным образом, как в Примере 1, и слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pt. Затем 10 г Pd было нанесено на литр сотовой подложки полностью подобным образом, как в Примере 1. На каталитический слой покрытия было нанесено 2,2 г Pt на литр сотовой подложки в дополнение к 10 г/л Pd.

Пример 4

Слой покрытия был образован подобным образом, как в Примере 1, и слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносилтся Pt. Затем 10 г Pd было нанесено на литр сотовой подложки полностью подобным образом, как в Примере 1. На каталитический слой покрытия было нанесено 3 г Pt на литр сотовой подложки в дополнение к 10 г/л Pd.

Сравнительный Пример 1

Слой покрытия был образован подобным образом, как в Примере 1, и слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pt. Затем 0,8 г Pd было нанесено на литр сотовой подложки подобным образом, как в Примере 1. На каталитический слой покрытия было нанесено 2,2 г Pt на литр сотовой подложки в дополнение к 0,8 г/л Pd.

Сравнительный Пример 2

Слой покрытия был образован подобным образом, как в Примере 1, и слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pt. Затем 1,1 г Pd было нанесено на литр сотовой подложки подобным образом, как в Примере 1. На каталитический слой покрытия было нанесено 3 г Pt на литр сотовой подложки в дополнение к 1,1 г/л Pd.

Сравнительный Пример 3

Слой покрытия был образован подобным образом, как в Примере 1, и слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pt. Затем 1,3 г Pd было нанесено на литр сотовой подложки подобным образом, как в Примере 1. На каталитический слой покрытия было нанесено 5 г Pt на литр сотовой подложки в дополнение к 1,3 г/л Pd.

Сравнительный Пример 4

Слой покрытия был образован подобным образом, как в Примере 1, и слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pt. Затем, 2,5 г Pd было нанесено на литр сотовой подложки подобным образом, как в Примере 1. На каталитический слой покрытия было нанесено 7 г Pt на литр сотовой подложки в дополнение к 2,5 г/л Pd.

Сравнительный Пример 5

Слой покрытия был образован подобным образом, как в Примере 1, и слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pt. Затем, 0,8 г Pd было нанесено на литр сотовой подложки подобным образом, как в Примере 1. На каталитический слой покрытия было нанесено 10 г Pt на литр сотовой подложки в дополнение к 0,8 г/л Pd.

Сравнительный Пример 6

35 см³ сотовая подложка, образованная на кордиерите (3 мил, 400 ячеек) была покрыта промывкой пульпой, содержащей в основном порошок оксида алюминия, высушена и затем прокалена при 500°C в течение одного часа, посредством чего образовывался слой покрытия. Затем слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора динитродиаммиаката платины заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°C в течение одного часа, посредством чего наносился Pt. Дополнительно, слой покрытия был пропитан заданным количеством водного раствора нитрата родия заданной концентрации, высушен и затем прокален при 500°С в течение одного часа, посредством чего наносился Rh. Впоследствии, Ba, K и Li были соответственно и подобным образом нанесены посредством использования водного раствора нитрата калия заданной концентрации, водного раствора нитрата бария заданной концентрации и водного раствора нитрата лития заданной концентрации соответственно. Полученный NSR имел 120 г каталитического слоя покрытия на литр сотовой подложки и на каталитический слой покрытия было нанесено 3 г Pt, 0,5 г Rh, 0,1 моль Ba, 0,1 моль K и 0,1 моль Li на литр сотовой подложки.

Эксперимент и Оценка

Соответствующие катализаторы, приготовленные выше, подвергались испытаниям на выносливость, при которых катализаторы соответственно нагревались при 700°C в течение 50 часов на воздухе. Соответствующие катализаторы после испытания на выносливость устанавливались в реактор проточного типа с постоянным давлением с неподвижным слоем и в то время, как образцы газов, показанных в Таблице 1, поочередно вводились при соотношении 20 секунд в обогащенный газ, и 55 секунд в обедненный газ, эффективность катализаторов для превращения NO_x соответственно измерялась при каждой температуре. Атмосфера вокруг катализатора Pd при введении обогащенного газа была восстановительной атмосферой, которая была более восстановительной, чем требовалось для расходования кислорода, адсорбированного на катализаторе Pd. Результаты измерений эффективности превращения NO_x показаны на фиг.2. Следует отметить, что расход газа составлял 30000 см³/мин и объемная скорость в это время составляла приблизительно 51000 ч^-1.

Кроме того, режим превращения NO_x катализатора согласно Примеру 3 был измерен при подобных условиях во время поддержания температуры входящего газа при 250°C, и его профиль показан на фиг.3.

Таблица 1   CO
(%) H₂
(%) C₁₀H₂₂
(ppmC) NO
(ppm) O₂
(%) CO₂
(%) H₂O
(%) N₂
(%) обедненный газ 0,0 0,0 33 250 10 10,4 10,0 остальное обогащенный газ 6,0 2,0 5500 250 0,2 10,4 10,0 остальное

Как очевидно из фиг.2, катализаторы из соответствующих примеров обеспечивают более высокую эффективность превращения NO_x в диапазоне от 200°C до 350°C, чем то же самое для NSR в Сравнительном Примере 6, и были более превосходными в осуществлении очистки NO_x в диапазоне низких температур, чем NSR. Кроме того, катализаторы в соответствующих примерах имели более высокую эффективность превращения NO_x, в особенности в диапазоне низких температур, чем то же самое для катализаторов в Сравнительных Примерах 1-5, и это является очевидным эффектом нанесения Pd при высокой концентрации 10 г/л.

Как показано на фиг.3, режим превращения NO_x катализатора согласно Примеру 3 обеспечивает подобный режим для NSR, в котором концентрация NO_x в выхлопном газе мгновенно возрастает непосредственно после изменения в обогащенную атмосферу, но концентрация NO_x резко уменьшается после этого, и когда из атмосферы образуется обедненная атмосфера, концентрация NO_x постепенно увеличивается. Поэтому выделения NO_x могут быть значительно подавлены посредством образования из атмосферы обогащенной атмосферы перед тем, как концентрация NO_x достигает концентрации NO_x во входящем газе в обедненной атмосфере.

Данные по катализаторам в соответствующих примерах были отсортированы по эффективности превращения NO_x при 200°C и показаны на фиг.4. Катализатор согласно Примеру 2, в котором весовое отношение Pt к Pd составляло Pt:Pd=1:10, обеспечивает относительно высокую эффективность превращения NO_x, и катализатор с более высоким или более низким содержанием Pt ухудшает эффективность превращения NO_x. Следует понимать, что эффективность превращения NO_x в 50% или более обеспечивается, когда весовое отношение Pt/Pd находится в диапазоне от 0,02 до 0,18 и является предпочтительным, чтобы количество нанесенного Pt находилось в этом диапазоне.

Пример 5

Фиг.5 показывает устройство для очистки выхлопного газа в этом примере. Это устройство для очистки выхлопного газа образуется посредством помещения катализатора Pd 1 согласно вышеупомянутому Примеру 3 и катализатора-фильтра 2, примыкающих в таком порядке от стороны выше по потоку выхлопного газа до стороны ниже по потоку в каталитическом конвертере 3. Каталитический конвертер 3 соединен с разветвленным трубопроводом 31 выхлопного газа из дизельного двигателя 30. Распылительное сопло 32 помещено в разветвленном трубопроводе 31 выхлопного газа и сконструировано так, чтобы вводить маловязкое масло периодически в выхлопной газ. Следует отметить, что часть выхлопного газа из разветвленного трубопровода 31 выхлопного газа возвращается в заборный разветвленный трубопровод 35 дизельного двигателя 30 посредством турбинного зарядного агрегата 33 и промежуточного охладителя 34.

В дальнейшем процесс производства катализатора-фильтра 2 будет описан вместо предоставления подробного описания конструкции. Сначала приготовлялся корпус сотовой конструкции, образованный из кордиерита и имеющий конструкцию потока через стенку. Этот корпус сотовой конструкции имел объем приблизительно 2 литра и сотовые перегородки при плотности ячеек 300 ячеек/дюйм² (46,5 ячеек/см²) и толщину 0,3 мм. Пористость сотовых перегородок составляла 65% и средний диаметр пор составлял 25 мкм. В этом корпусе сотовой конструкции ячейки, из которых вытекает поток, имеющие торцевые поверхности выше по потоку закрытыми и торцевые поверхности ниже по потоку открытыми, и ячейки, в которые втекает поток, имеющие торцевые поверхности выше по потоку открытыми и торцевые поверхности ниже по потоку закрытыми, были расположены поочередно. Ячейки, из которых вытекает поток и ячейки, в которые втекает поток, были разделены посредством сотовых перегородок.

Затем была приготовлена смешанная пульпа, в которой соответствующие порошки оксида алюминия, двуокиси титана, двуокиси циркония и двуокиси церия были диспергированы в воде, и был образован слой покрытия из 150 г/л на поверхностях сотовых перегородок и пористых поверхностях внутри сотовых перегородок вышеупомянутого корпуса сотовой конструкции посредством покрытия промывкой. После этого 2 г/л Pt были нанесены посредством способа абсорбционного нанесения посредством воды и прокалены, и 0,3 моль/л Li, 0,05 моль/л Ba и 0,025 моль/л K были соответственно нанесены посредством способа абсорбционного нанесения посредством воды, и затем прокалены при 500°C, посредством этого приготовляется катализатор-фильтр 2 для хранения и восстановления NO_x.

Каталитический конвертер был установлен на выхлопной системе дизельного двигателя 30 при рабочем объеме 2 литра и подвергнут обработке на выносливость при 700°C в течение 50 часов, и затем дизельный двигатель 30 запускался при 2900 оборотов в минуту. В то время как маловязкое масло добавлялось в течение 20 секунд после каждых 55 секунд из распылительного сопла 32, эффективность превращения

NO_x была измерена при каждой температуре входящего газа. Отношение A/F при добавлении маловязкого масла управлялось, чтобы оно составляло от 15 до 16 на основе всего газа, и атмосфера вокруг катализатора 1 Pd в это время была восстановительной атмосферой, которая была более восстановительной, чем требуемая для расходования кислорода, адсорбированного на катализаторе 1 Pd. Результаты измерения эффективности превращения NO_x показаны на фиг.6.

Сравнительный Пример 7

Устройство для очистки выхлопного газа было сконструировано подобным образом, как и в Примере 5, за исключением того, что катализаторы в Сравнительном Примере 1 и Сравнительном Примере 5 были, соответственно, использованы вместо катализатора Pd в Примере 3, и эффективность превращения NO_x была измерена подобным образом, как в Примере 5. Результаты показаны на фиг.6.

Оценка

На фиг.6 номер примера и номера сравнительных примеров указывают на те примеры, которые соответствуют катализаторам выше по потоку, использованным в Примере 5 и Сравнительном Примере 7. Как очевидно из фиг.6, устройство, в котором катализатор 1 Pd в Примере 3 был помещен на стороне выше по потоку, чем катализатор-фильтр 2, улучшало эффективность превращения NO_x в диапазоне низких температур от 200°C до 300°C по сравнению с теми, в которых катализатор в Сравнительном Примере 1 или катализатор в Сравнительном Примере 5 был помещен на стороне выше по потоку, чем катализатор-фильтр 2. А именно, после помещения катализатора 1 Pd на стороне выше по потоку, чем катализатор-фильтр 2, высокая характеристика по очистке NO_x была продемонстрирована в широком диапазоне температур, от диапазона низких температур приблизительно 200°C до диапазона высоких температур выше 450°C. Это, очевидно, является эффектом помещения катализатора 1 Pd, нанесенного с высокой концентрацией Pd, на сторону выше по потоку, чем катализатор-фильтр 2 для хранения и восстановления NO_x.

Изобретение может быть использовано в химической и автомобильной промышленности. Устройство содержит двигатель 30 для обедненной топливной смеси, работающий на воздухе с избытком кислорода. Катализатор 1 помещен в каталитический конвертер 3, в который поступает выхлопной газ из двигателя 30. Катализатор 1 содержит Pd в количестве более 3 вес.% и Pt, нанесенные на пористый оксид, и не содержит адсорбирующего NO_x материала, выбранного из щелочных и щелочно-земельных металлов. Распылительное сопло 32, через которое периодически вводится маловязкое масло, помещено в трубопроводе 31 выхлопного газа для временного образования обогащенной углеводородами атмосферы вокруг катализатора 1. Катализатор 1 работает в диапазоне низких температур от 200°С до 300°С в поочередно повторяющихся обедненной и обогащенной атмосферах. Технический результат - повышение эффективности очистки выхлопных газов от оксидов азота в диапазоне низких температур. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Устройство для очистки выхлопного газа, отличающееся тем, что оно содержит:
двигатель для обедненной топливной смеси, работающий на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента;
катализатор Pd, помещенный в выхлопной газ из двигателя для обедненной топливной смеси, образованный посредством нанесения высокой концентрации Pd в диапазоне 3 вес.% или более на пористый оксид и являющийся свободным от адсорбирующего NO_x материала, выбранного из щелочных металлов или щелочноземельных металлов, причем катализатор Pd дополнительно содержит Pt; и средство для обогащения для временного образования из атмосферы выхлопного газа вокруг катализатора Pd обогащенной атмосферы посредством подачи высококипящего НС в выхлопной газ;
при этом катализатор Pd используется в атмосфере, в которой обедненная атмосфера и обогащенная атмосфера поочередно повторяются, и восстанавливает и очищает NO_x в выхлопном газе в диапазоне низких температур от 200 до 300°С.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что количество Pd, нанесенного на катализатор Pd, составляет от 5 до 10 г на литр объема катализатора Pd.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что весовое отношение Pt/Pd составляет от 0,02 до 0,18.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор, предназначенный для хранения и восстановления NO_x, покрыт благородным металлом, и материал для хранения NO_x помещен на сторону ниже по потоку выхлопного газа катализатора Pd.

5. Способ очистки выхлопного газа для очистки NO_x в выхлопном газе посредством помещения катализатора для очистки выхлопного газа по любому из пп.1-4 в систему выпуска выхлопного газа из двигателя для обедненной топливной смеси, работающего на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента, временного образования из атмосферы выхлопного газа вокруг катализатора Pd обогащенной атмосферы посредством средства для обогащения, и вновь создания после этого обедненной атмосферы и обогащенной атмосферы.