КОНВЕРТЕР ВЫХЛОПНОГО ГАЗА Российский патент 2011 года по МПК B01D53/94 B01J23/58 F01N3/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится к конвертеру выхлопного газа для конвертирования выхлопного газа, который выбрасывается двигателем внутреннего сгорания автомобиля и т.п., в частности, оно относится к конвертеру выхлопного газа типа накопления-и-восстановления NO_x, который является оптимальным для конвертирования выхлопных газов от двигателя неполного сгорания.

Уровень техники

В последнее время стало проблемой явление глобального потепления, вызванного углекислым газом, и задачей стало снижение выделения углекислого газа. Даже в автомобилях снижение содержания углекислого газа в выхлопных газах стало задачей, и, соответственно, используется двигатель неполного сгорания для неполного сгорания топлива в атмосфере, обогащенной кислородом. Поскольку используемое количество топлива снижается с помощью двигателя неполного сгорания, можно подавить выделение углекислого газа.

В качестве катализатора конвертирования вредных компонентов в выхлопных газах от двигателя неполного сгорания известен катализатор накопления-и-восстановления NO_x, на который материал накопления NO_x, выбранный из группы, состоящей из щелочных металлов, щелочноземельных металлов и редкоземельных металлов, наносится вместе с благородным металлом. При использовании катализатора накопления-и-восстановления NO_x и регулировании состава воздушно-топливной смеси, так чтобы превратить ее в стехиометрически обогащенную атмосферу пульсирующим образом в направлении обедненной атмосферы, можно эффективно создать окисление НС и СО и эффективно восстановить NO_x, так что получается высокая характеристика конвертирования.

Однако в обычном катализаторе накопления-и-восстановления NO_x существует такая проблема, что количество накопления NO_x в низкотемпературных областях является недостаточным.

Кроме того, в выхлопных газах, в которых содержится сера (S), включенная в топливо, она горит с генерированием SO_x, и затем они окисляются с превращением в SO₃ с помощью каталитического металла в атмосфере, обогащенной кислородом. Поскольку он легко превращается в сернистую кислоту или серную кислоту с помощью водяного пара, который также содержится в выхлопных газах, и так как они взаимодействуют с материалом накопления NO_x с образованием сульфитов и сульфатов, становится ясно, что материал накопления NO_x становится отравленным с разрушением. Кроме того, поскольку пористый носитель, такой как глинозем, имеет аналогичное свойство накапливать SO_x, имеется такая проблема, что вышеуказанное отравление серой усиливается.

Когда материал накопления NO_x, таким образом, превращается в сульфиты и сульфаты, становится трудно накапливать NO_x в дальнейшем, и имеется такая проблема, что характеристика конвертирования NO_x после срока службы снижается.

Так в Японской нерассмотренной опубликованной заявке № 2002-11347 представлен материал накопления SO_x, который включает композитный оксид, включающий редкоземельный элемент и оксид алюминия, и здесь представлено размещение указанного материала накопления SO_x на верхней по потоку стороне катализатора накопления-и-восстановления NO_x.

Кроме того, в Японской нерассмотренной опубликованной заявке № 2001-113172 предложен катализатор конвертирования выхлопного газа, в котором барьерный слой для подавления диффузии SO_x расположен на каталитическом слое накопления-и-восстановления NO_x в качестве верхнего слоя. Барьерный слой включает в себя неорганический оксид, на который нанесены благородный металл и переходный металл. В соответствии с данным катализатором для конвертирования выхлопного газа, поскольку благородный металл окисляет S на барьерном слое в обедненной атмосфере, и затем генерированный SO_x прочно захватывается переходным металлом, то подавляется диффузия SO_x в нижний слой - каталитический слой накопления-и-восстановления NO_x. Благородный металл барьерного слоя восстанавливает SO_x в стехиометрически обогащенной атмосфере, так что связь между переходным металлом и SO_x разъединяется, и поэтому SO_x высвобождается из барьерного слоя. Поэтому способность накапливать SO_x барьерного слоя насыщается с трудом.

Отсюда можно ожидать размещение катализатора, в котором только барьерный слой, как представлено в нерассмотренной опубликованной Японской заявке № 2001-116172, образуется на верхней по потоку стороне катализатора накопления-и-восстановления NO_x.

В соответствии с конвертером выхлопного газа, в котором катализатор накопления, на котором материал накопления SO_x, способный накапливать SO_x, размещается на верхней стороне по потоку катализатора накопления-и-восстановления NO_x, можно подавить отравление серой нижней по потоку стороны катализатора накопления-и-восстановления NO_x. Кроме того, поскольку средство накопления SO_x также накапливает NO_x, может быть случай, когда получается такое преимущество, что увеличивается количество накопления NO_x в низкотемпературных областях.

Однако в традиционном катализаторе накопления, поскольку имеется ограничение по наносимому количеству материала накопления SO_x, так что характеристика накопления SO_x является недостаточной, имеется такая проблема, что отравление серой катализатора накопления-и-восстановления NO_x, который размещается на нижней по потоку стороне, не может быть достаточно предотвращено. Кроме того, в том случае, когда материал накопления SO_x наносится в большом количестве, имеется такая проблема, что материал накопления SO_x взаимодействует с несущей подложкой, так что прочность несущей подложки значительно снижается.

Задача, решаемая изобретением

Настоящее изобретение представляет собой изобретение, которое было разработано ввиду вышеуказанных обстоятельств, и его задачей является решение проблемы увеличения количества накопления SO_x катализатора накопления, который размещается на верхней по потоку стороне катализатора накопления-и-восстановления NO_x, и дополнительно также проблемы увеличения количества накопления SO_x в низкотемпературных областях.

Средство решения задачи

Характеристика конвертера выхлопного газа согласно настоящему изобретению, которая решает вышеуказанную задачу, состоит в том, что он представляет собой конвертер выхлопного газа, включающий в себя: катализатор накопления для накопления NO_x и SO_x и катализатор накопления-и-восстановления NO_x, размещенный на нижней по потоку выхлопного газа стороне катализатора накопления,

причем катализатор накопления включает в себя:

несущую подложку, которая формуется из, по меньшей мере, одного представителя, выбранного из группы, состоящей из Al₂O₃, CeO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, и чья удельная площадь поверхности составляет 30 м²/г или более; и

слой покрытия, который образуется на поверхности несущей подложки, и который включает в себя: несущий порошок, включающий в себя, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из Al₂O₃, CeO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита; материал накопления для накопления NO_x и SO_x, причем материал накопления нанесен на несущий порошок; и благородный металл, нанесенный на несущий порошок.

Также желательно включить вышеуказанный материал накопления в несущую подложку.

Эффект изобретения

В соответствии с конвертером выхлопного газа согласно настоящему изобретению катализатор накопления использует несущую подложку, которая формуется из, по меньшей мере, одного представителя, выбранного из группы, состоящей из Al₂O₃, CeO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, и чья удельная площадь поверхности составляет 30 м²/г или более. Поскольку указанная несущая подложка имеет большую удельную площадь поверхности, нанесенное количество материала накопления для накопления NO_x и SO_x заметно возрастает, и поэтому заметно возрастают количество накопления SO_x и количество накопления NO_x в низкотемпературных областях. Кроме того, поскольку несущая подложка, которая формуется из таких количеств материала, мало вероятно взаимодействует с материалом накопления для накопления NO_x и SO_x, также отсутствует проблема того, что прочность несущей подложки снижается.

Поэтому характеристика конвертирования NO_x улучшает как конвертер выхлопного газа в целом, так и дополнительно улучшает долговечность, потому что возможно предотвратить отравление серой катализатора накопления-и-восстановления NO_x на стороне ниже по потоку.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена пояснительная диаграмма для иллюстрации конвертера выхлопного газа в соответствии с примером настоящего изобретения.

На фиг.2 представлена столбчатая диаграмма, иллюстрирующая количества накопления NO_x.

На фиг.3 представлена столбчатая диаграмма, иллюстрирующая количества накопленной серы.

Перечень ссылочных позиций

1 - Двигатель

2 - Каталитический конвертер

3 - Катализатор накопления

4 - Катализатор накопления-и-восстановления NO_x

Наилучший способ осуществления изобретения

Конвертер выхлопного газа согласно настоящему изобретению включает в себя катализатор накопления для накопления NO_x и SO_x и катализатор накопления-и-восстановления NO_x, размещенный на нижней по потоку выхлопного газа стороне катализатора накопления. Из них для катализатора накопления-и-восстановления NO_x можно использовать такой же, как традиционный, который состоит из пористого оксидного носителя, благородного металла, нанесенного на пористый оксидный носитель, и материала накопления NO_x, выбранного из группы, состоящей из щелочных металлов, щелочноземельных металлов и редкоземельных металлов, и нанесенного на пористый оксидный носитель.

В качестве пористого оксидного носителя, который используется для катализатора накопления-и-восстановления NO_x, можно использовать глинозем, кремнезем, кремнезем-глинозем, оксид циркония, оксид титана, цеолит или т.п. Может использоваться один представитель из них или может использоваться смесь или композит множества представителей из них. Среди них, предпочтительно, использовать γ-глинозем, чья активность является высокой.

В качестве благородного металла, который используется для катализатора накопления-и-восстановления NO_x, могут служить примером Pt, Rh, Pd, Ir и т.п. Среди них особенно предпочтительной является Pt, чья активность является высокой. Кроме того, предпочтительно, задать наносимое количество благородного металла при 0,1-10 г на 1 л катализатора. Когда количество является меньше указанного, конвертирующая активность становится недостаточной, а когда наносимое количество является больше указанного, эффекты подавляются и в дополнение к этому становятся дорогостоящими.

Кроме того, желательно задать наносимое количество материала накопления NO_x в катализаторе накопления-и-восстановления NO_x в интервале 0,1-2 моль на 1 л катализатора. Когда наносимое количество является меньше указанного интервала, способность конвертирования NO_x является сниженной, потому что снижается количество накопления NO_x, а когда оно становится больше указанного интервала, благородный металл покрывается материалом накопления NO_x, так что активность становится ниже.

В качестве щелочных металлов могут служить примером литий, натрий, калий и цезий. В качестве щелочноземельных металлов могут служить примером элементы группы 2А периодической система элементов, т.е. барий, бериллий, магний, кальций, стронций и другие. Кроме того, в качестве редкоземельных элементов могут служить примером скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, диспрозий, иттербий и т.д.

Катализатор накопления, который делает характеристику настоящего изобретения, включает в себя несущую подложку и слой покрытия, который образуется на поверхности несущей подложки. Несущая подложка формуется из, по меньшей мере, одного представителя, выбранного из группы, состоящей из Al₂O₃, CeO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, и имеет удельную площадь поверхности 30 м²/г или более. Удельная площадь поверхности менее 30 м²/г является непредпочтительной, потому что нанесенное количество материала накопления становится недостаточным, и потому что количество накопления NO_x снижается, и, кроме того, также дополнительно снижается количество накопления NO_x в низкотемпературных областях. Особенно желательно, чтобы удельная площадь поверхности несущей подложки могла быть 50 м²/г или более.

Кроме того, для характеристики материала несущей подложки среди указанных выше особенно предпочтительными являются Al₂O₃ или ZrO₂. γ-Al₂O₃ является предпочтительным, поскольку удельная площадь поверхности является заметно высокой; так как ZrO₂ имеет высокую основность, характеристика накопления SO_x улучшается дополнительно. Кроме того, в соответствии с описанными далее причинами цеолит также может быть предпочтительной характеристикой материала.

Слоем покрытия является слой, который включает в себя несущий порошок, включающий в себя, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из Al₂O₃, CeO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, материал накопления для накопления NO_x и SO_x, материал накопления, который нанесен на несущий порошок, и благородный металл, который нанесен на несущий порошок. В качестве несущей подложки на основании таких же причин, как указано выше, особенно предпочтительными являются Al₂O₃ или ZrO₂, и в соответствии с описанными далее причинами цеолит также является предпочтительным. Предпочтительно, задать образующее количество слоя покрытия 100 г или более на 1 л катализатора накопления, и особенно желательно задать 150 г или более на 1 л катализатора накопления. Когда образующее количество слоя покрытия является меньше, количества накопления NO_x и SO_x снижаются.

Для материала накопления для накопления NO_x и SO_x желательно использовать, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из щелочных металлов и щелочноземельных металлов. Среди них предпочтительными являются Mg или Ва, чья основность является высокой, и который является хорошим в плане стабильности.

Например, хотя оксид щелочного металла или оксид щелочноземельного металла и подобное имеет высокую способность к накоплению NO_x и SO_x, он напротив с меньшей вероятностью способен высвобождать накопленные NO_x и SO_x. В результате температура, при которой он высвобождает NO_x и SO_x, становится высокой, и поэтому появляется такой недостаток, что накопленные количества NO_x и SO_x становятся предельными в случае, когда он используется в областях от низкой температуры до промежуточной температуры, так что затрудняется накопление NO_x и SO_x, которое является таким или больше. Однако, когда материал накопления получен нанесением щелочного металла или щелочноземельного металла на несущий порошок, такой как цеолит, с помощью ионного обмена, температура, при которой высвобождаются накопленные NO_x и SO_x, становится низкой, и поэтому повторение накопления и высвобождения NO_x и SO_x становится возможным даже при температуре выхлопного газа, которая попадает в области от низкой температуры до промежуточной температуры.

Кроме того, материал накопления, в котором щелочной металл или щелочноземельный металл вводится в ZrO₂, показывает особенно хорошую способность к накоплению по сравнению с другим материалом накопления. При нанесении благородного металла, такого как Pt, Rh или Pd, и оксида переходного металла, такого как Со₃О₄, NiO₂, MnO₂ или Fe₂O₃, на ZrO₂ с добавленным щелочным металлом или щелочноземельным металлом способность к накоплению дополнительно улучшается. Считается, что это относится к следующему: окислительная активность демонстрируется с помощью Pt и Со₃О₄, NiO₂, MnO₂, Fe₂O₃ или подобного, и затем NO или SO₂ в выхлопных газах окисляются, и поэтому накопленные количества увеличиваются.

Хотя не ясно, почему щелочной металл или щелочноземельный металл является таким образом эффективным, предполагается, что это заключается в следующем: щелочной металл или щелочноземельный металл растворяется в кристаллической решетке ZrO₂, так что щелочной металл или щелочноземельный металл образует композит с ZrO₂, и поэтому поверхность ZrO₂ преобразуется так, что участки накопления образуются снова.

Материалы накопления показывают различные температуры, при которых они накапливают NO_x и SO_x, в зависимости от их типа. Отсюда также предпочтительно использовать одновременно множественные типы материалов накопления, которые показывают различные температуры, чтобы иметь максимальные количества накопления. Например, при размещении материала накопления низкотемпературного типа, который накапливает NO_x и SO_x эффективно при низкой температуре, на верхней по потоку стороне и при размещении материала накопления среднетемпературного типа, который накапливает NO_x и SO_x эффективно при промежуточной температуре - высокой температуре, на нижней по потоку стороне, можно накапливать NO_x и SO_x в широких температурных областях от низкотемпературных областей до высокотемпературных областей, потому что NO_x и SO_x накапливаются постепенно от стороны выше по потоку, чья температура накопления является низкой. Кроме того, поскольку выхлопные газы нагреваются тепловыделением с помощью накопления NO_x и SO_x, имеется такой эффект, что активности материала накопления на стороне ниже по потоку или катализатора накопления-и-восстановления NO_x проявляются на ранней стадии.

Например, в качестве материала накопления, который показывает максимальное количество накопления при температуре от комнатной до 100°C, примером может служить следующее: материалы, в которых на цеолит наносятся редкоземельные элементы, такие как Се, материалы, в которых на цеолит наносятся щелочные металлы, щелочноземельные металлы или переходные металлы, и т.п.; и в качестве материала накопления, который показывает максимальное количество накопления при 100-200°C, примером может служить следующее: материалы, в которых благородные металлы наносятся на ZrO₂, материалы, на которые наносятся переходные металлы, такие как Со₃О₄ и т.д.; и в качестве материала накопления, который показывает максимальное количество накопления при 300°C или выше, примером может служить следующее: материалы, в которых благородные металлы, щелочные металлы или щелочноземельные металлы наносятся на ZrO₂, Al₂O₃ и т.д.

Поскольку цеолит имеет также другое название - молекулярное сито, он имеет поры, которые являются равными размерам молекул, и помимо этого используется как материал накопления, он используется в качестве катализаторов для многих реакций. Кроме того, поскольку он включает в себя катионы для нейтрализации отрицательных зарядов его главного компонента, и поскольку указанные катионы легко обмениваются с другими катионами в водных растворах, он используется как катионообменник. Поэтому можно нанести на него с помощью ионного обмена, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из щелочных металлов и щелочноземельных металлов, и можно нанести на него металл в чрезвычайно высокодиспергированном состоянии.

Поскольку металлический элемент, нанесенный с помощью ионного обмена, наносится на цеолит в чрезвычайно высокодиспергированном состоянии, считается, что активность является чрезвычайно высокой, так что окислительная активность для NO и SO₂ в низкотемпературных областях улучшается. Следовательно, предполагается, что NO и SO₂ в выхлопных газах окисляются с превращением в NO_x и SO_x на материале накопления даже в низкотемпературных областях, и тогда они накапливаются в материале накопления, и в результате NO_x и SO_x накапливаются достаточно даже в низкотемпературных областях.

Кроме того, поскольку НС в выхлопных газах также накапливается в цеолите, могут быть ожидаемыми взаимодействия между накапливаемыми НС и NO_x. Поэтому дополнительно улучшается способность конвертирования NO_x.

Следует отметить, что в качестве цеолита можно использовать такие цеолиты, как ферриерит, ZSM-5, морденит и цеолит Y-типа и т.п. Среди них, поскольку ZSM-5 и морденит являются хорошими в плане ионообменной емкости, для использования желательно выбирать именно их из указанных цеолитов.

При размещении катализатора накопления-и-восстановления NO_x на нижней по потоку материала накопления стороне, в котором, по меньшей мере, один металлический элемент, выбранный из группы, состоящей из щелочных металлов, щелочноземельных металлов и редкоземельных элементов, наносится на цеолит с помощью ионного обмена, даже если NO_x, который не может накапливаться материалом накопления полностью, существует, они накапливаются в катализаторе накопления-и-восстановления NO_x на нижней по потоку стороне, потому что NO был уже превращен в NO_x, даже в низкотемпературных областях. Поэтому способность накапливания NO_x в низкотемпературных областях улучшается, и тогда улучшается способность конвертирования NO_x.

На слой покрытия дополнительно наносится благородный металл. В качестве указанного благородного металла могут служить примером Pt, Rh, Pd, Ir или подобное. Среди них Pt, чья окислительная активность является высокой, является особенно предпочтительной. Кроме того, предпочтительно задавать наносимое количество благородного металла при 0,5-2,0 г на 1 л катализатора накопления. Когда количество является меньше указанного, характеристика накопления NO_x и SO_x становится недостаточной, а когда наносимое количество является больше указанного, эффекты подавляются и в дополнение к этому становятся дорогостоящими.

Форма несущей подложки в катализаторе накопления может быть выбрана в виде гранул, пенопласта, сотов прямоточного типа, сотов с проточными стенками и т.п. Кроме того, на поверхности несущей подложки образуется слой покрытия, который входит в контакт с выхлопными газами. В случае несущей подложки в форме сотов с проточными стенками предпочтительно формовать слой покрытия также на внутренней поверхности пор в перегородках, которые разграничивают ячейки впускной стороны и ячейки выпускной стороны.

Например, при изготовлении несущей подложки катализатора накопления в форме сотов прямоточного типа, она может быть изготовлена превращением порошка, который содержит, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из Al₂O₃, CeO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, в суспензию, чья вязкость является высокой вместе со связующим, и затем обжигом ее после переработки ее экструзионным формованием. При формовании слоя покрытия на поверхности несущей подложки допускается выполнять его следующим образом: порошок, который содержит, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из Al₂O₃, CeO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, превращают в суспензию, чья вязкость является относительно низкой вместе со связующим, и ее сушат и обжигают после наполнения ею несущей подложки; затем подложку пропитывают раствором, в котором растворено соединение благородного металла, и другим раствором, в который соединение, которое содержит элемент материала накопления, вводится в последовательности, и затем подложку сушат и обжигают.

При нанесении материала накопления на слой покрытия используют раствор, в котором растворено соединение, такое как нитрат, которое содержит элемент материала накопления. Поскольку предполагается сделать наносимое количество материала накопления как можно большим, желательно задать концентрацию соединения, которое содержит элемент материала накопления в растворе, при концентрации насыщения. Кроме того, поскольку желательно нанести его в большом количестве за одну операцию, предпочтительно, чтобы количество поглощенной воды в состоянии, когда образуется слой покрытия, могло быть, по меньшей мере, 150 г на 1 л катализатора или более, и особенно желательно, чтобы оно могло быть 200 г на 1 л катализатора или более.

Кроме того, также желательно, чтобы в несущую подложку катализатора накопления мог быть включен материал накопления. С помощью этого накопленные количества NO_x и SO_x дополнительно увеличиваются. Хотя материал накопления может быть включен в несущую подложку в некоторой степени с помощью вышеуказанного способа нанесения, желательно заранее смешивать порошок материала накопления, такой как MgO или ВаО, в суспензию, которая используется для изготовления несущей подложки. Когда количество смешения порошка в данном случае становится большим, может иметь место такой случай, что прочность несущей подложки снижается, или удельная площадь поверхности становится меньше 30 м²/г.

Между прочим, понятно, что реакция конвертирования NO_x в катализаторе накопления-и-восстановления NO_x включает в себя: первую стадию окисления NO в выхлопных газах в обедненной атмосфере с превращением в NO_x, вторую стадию накопления NO_x в NO_x-накапливающем элементе, и третью стадию восстановления NO_x, который высвобождается из NO_x-накапливающего элемента, на катализаторе в стехиометрически обогащенной атмосфере. Поэтому для того, чтобы реакция NO_x-конвертирования проходила плавно, соответственно плавно должны проходить указанные соответствующие стадии.

Однако считается, что реакция окисления NO мало вероятно проходит в низкотемпературных областях ниже, например, 300°C, так что мало вероятно, что проходит в них первая стадия. Благодаря этому считается, что генерируемое количество NO_x в низкотемпературных областях становится меньше, так что вторая стадия и третья стадия не проходят плавно, и поэтому способность конвертирования NO_x в низкотемпературных областях становится низкой.

Отсюда в конвертере выхлопного газа согласно настоящему изобретению он выбирается такой конструкции, что катализатор накопления размещается на верхней по потоку выхлопного газа стороне катализатора накопления-и-восстановления NO_x. Материал накопления, который включен в катализатор накопления, аналогично накапливает NO_x и накапливает NO_x даже в низкотемпературных областях. Поскольку выхлопные газы, которые почти не включают в себя NO_x, подаются к катализатору накопления-и-восстановления NO_x в низкотемпературных областях, NO_x почти не выбрасывается. Когда температура выхлопных газов возрастает, причем накопленный NO_x выделяется из материала накопления с прохождением к катализатору накопления-и-восстановления NO_x, вышеуказанная реакция первой стадии проходит плавно, потому что катализатор накопления-и-восстановления NO_x приобретает уже температуру активации, и поэтому NO эффективно преобразуется посредством восстановления. Посредством такого механизма можно обеспечить высокую восстановительную конверсию NO_x от низкой температуры до высокой температуры в соответствии с конвертером выхлопного газа согласно настоящему изобретению.

Примеры

Далее настоящее изобретение поясняется подробно с помощью примеров и сравнительных примеров.

Пример № 1

На фиг.1 показан конвертер выхлопного газа согласно настоящему примеру. Каталитический конвертер 2 размещается по месту в потоке выхлопного газа из двигателя 1. В каталитическом конвертере 2 катализатор 3 накопления размещен на верхней по потоку стороне, а катализатор накопления-и-восстановления NO_x 4 размещен на нижней по потоку стороне катализатора 3 накопления. Как катализатор 3 накопления, так и катализатор 4 накопления-и-восстановления NO_x представляют собой сотовые катализаторы прямоточного типа.

Катализатор 3 накопления включает в себя сотовую подложку 30 прямоточного типа, которая была формована из γ-Al₂O₃, и слой 31 покрытия, который был образован на поверхности стенок ее ячеек. Сотовая подложка 30 имеет объем 2 л, имеет 600 ячеек/кв.дюйм (93 ячейки/см²) и имеет удельную площадь поверхности 100 м²/г. Слой 31 покрытия образуется в количестве 150 г на 1 л сотовой подложки 30.

Слой 31 покрытия формуют нанесением тонкого слоя суспензии, которая, главным образом, включает в себя порошок γ-Al₂O₃ и имеет нанесенные 2,0 г Pt на 1 л сотовой подложки 30 и 2,5 моль MgO на 1л сотовой подложки 30. Прежде всего формуют слой глиноземного покрытия нанесением тонкого слоя суспензии, которая, главным образом, включает в себя порошок γ-Al₂O₃, и затем сушат и обжигают его. Затем слой глиноземного покрытия пропитывают Pt химическим раствором, имеющим заданную концентрацию в заданном количестве, и обжигают с нанесенной на него Pt. Затем его пропитывают водным раствором нитрата магния (насыщенный водный раствор) в максимальном количестве и сушат и обжигают с нанесенным на него MgO. Количество нанесенного MgO составляет 100 г на 1 л сотовой подложки 30.

Катализатор 4 накопления-и-восстановления NO_x включает в себя сотовую подложку 40 прямоточного типа, которая была формована из кордиерита, и слой 41 покрытия, который был образован на поверхности стенок ее ячеек. Сотовая подложка 40 имеет объем 3 л, имеет 400 ячеек/кв.дюйм (62 ячейки/см²) и имеет удельную площадь поверхности 100 м²/г. Слой 41 покрытия образуется в количестве 150 г на 1 л сотовой подложки 40.

Слой 41 покрытия включает в себя порошок γ-Al₂O₃ и Pt, K и Ва, которые наносят на порошок γ-Al₂O₃. Pt наносят в количестве 2 г, К наносят в количестве 0,1 моль, и Ва наносят в количестве 0,1 моль на 1 л сотовой подложки 40.

Пример № 2

В качестве сотовой подложки катализатора 3 накопления вместо порошка γ-Al₂O₃ используют сотовую подложку, формованную из порошковой смеси, в которой порошок γ-Al₂O₃ и порошок MgO смешаны в массовом соотношении (порошок γ-Al₂O₃):(порошок MgO) = 9:1. Сотовая подложка имеет такую же конфигурацию, как сотовая подложка примера № 1, и ее удельная площадь поверхности составляет 100 м²/г. При использовании данной сотовой подложки формуют такой же слой глиноземного покрытия, как в примере №1. Слой глиноземного покрытия формуют в количестве 150 г на 1 л сотовой подложки. При нанесении Pt и MgO на слой глиноземного покрытия таким же образом, как в примере № 1, за исключением того, что концентрация водного раствора нитрата магния является различной, нанесенные количества Pt и MgO являются такими же, как в примере № 1. Следует отметить, что при исследовании распределения нанесенного MgO, он был нанесен в количестве 1,0 моль/л на сотовую подложку и был нанесен в количестве 1,5 моль/л на слой покрытия.

В каталитическом конвертере 2 получаемый катализатор накопления размещается на верхней по потоку стороне, а такой же катализатор 4 накопления-и-восстановления NO_x, как в примере № 1, размещается на нижней по потоку стороне катализатора накопления, и затем они маркируются как конвертер выхлопного газа согласно примеру № 2.

Сравнительный пример № 1

В качестве сотовой подложки катализатора 3 накопления вместо порошка γ-Al₂O₃ используют сотовую подложку, формованную из порошка кордиерита. Сотовая подложка имеет такую же конфигурацию, как сотовая подложка примера № 1, и ее удельная площадь поверхности составляет 0,1-1 м²/г. При использовании данной сотовой подложки формуют такой же слой глиноземного покрытия, как в примере № 1. Слой глиноземного покрытия формуют в количестве 150 г на 1 л сотовой подложки. При нанесении Pt и MgO на слой глиноземного покрытия таким же образом, как в примере № 1, нанесенное количество Pt является таким же, как в примере № 1, но нанесенное количество MgO составляет 1,0 моль/л и является меньше, чем в примере № 1.

В каталитическом конвертере 2 получаемый катализатор накопления размещается на верхней по потоку стороне, а такой же катализатор 4 накопления-и-восстановления NO_x, как в примере № 1, размещается на нижней по потоку стороне катализатора накопления, и затем они маркируются как конвертер выхлопного газа согласно сравнительному примеру № 1.

Сравнительный пример № 2

В качестве сотовой подложки катализатора 3 накопления вместо порошка γ-Al₂O₃ используют сотовую подложку, формованную из порошка кордиерита. Сотовая подложка имеет такую же конфигурацию, как сотовая подложка примера № 1, и ее удельная площадь поверхности составляет 0,1-1 м²/г. При использовании данной сотовой подложки формуют такой же слой глиноземного покрытия, как в примере № 1. Слой глиноземного покрытия формуют в количестве 150 г на 1 л сотовой подложки. При нанесении Pt и MgO на слой глиноземного покрытия таким же образом, как в примере № 1, нанесенное количество Pt является таким же, как в примере № 1, но нанесенное количество MgO составляет 1,25 моль/л и является меньше, чем в примере № 1.

Пример испытания

Только катализаторы 3 накопления, которые были использованы для конвертеров выхлопного газа соответствующих примеров и соответствующих сравнительных примеров, устанавливают в испытательное устройство и подают в него газ стационарно обедненной модели, как представлено в Таблице 1. Температуру каталитического слоя устанавливают при 150°C, и объем потока моделированного газа составляет 30 л/мин. Результаты анализирования выходящих газов из катализаторов для определения накопленных количеств NO_x представлены на фиг.2.

Таблица 1 NO
(ч./млн) C₃H₆
(ч./млн) O₂
(%) СО₂
(%) Н₂О(%) N₂ 150 200 10 10 5 оставшееся

Кроме того, только катализаторы 3 накопления, которые были использованы для конвертеров выхлопного газа соответствующих примеров и соответствующих сравнительных примеров, устанавливают в испытательное устройство и подают в него газ стационарно обедненной модели, как представлено в Таблице 2. Температуру каталитического слоя устанавливают при 400°C, и объем потока моделированного газа составляет 30 л/мин. На фиг.3 представлены результаты определения накопленных количеств серы, когда через него пропускают моделированный газ, объем которого как сера является эквивалентным 90 г на 1 л сотовой подложки.

Таблица 2 SO₂
(ч./млн) NO
(ч./млн) C₃H₆
(ч./млн)) O₂
(%) СО₂
(%) Н₂О
(%) N₂ 125 200 200 10 10 5 оставшееся

В соответствии с фиг. 2 и 3 катализаторы накопления согласно примеру № 1 и примеру № 2 являются хорошими в плане характеристики накопления NO_x в низкотемпературных областях, а также являются хорошими в плане характеристики накопления SO_x, и видно, что указанные результаты обусловлены тем, что нанесенные количества MgO были в избытке.

Изобретение относится к очистке выхлопных газов. Предложено в состав конвертера включить катализатор накопления NO_x и SO_x, состоящий из несущей подложки, которая сформирована из, по меньшей мере, одного представителя, выбранного из группы, состоящей из Аl₂О₃, СеO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, и чья удельная площадь поверхности составляет 30 м²/г или более; и слоя покрытия, который включает в себя несущий порошок, содержащий, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из Аl₂О₃, СеО₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, материал накопления для накопления NO_x и SO_x, причем материал накопления нанесен на несущий порошок, и благородный металл нанесен на несущий порошок. Несущая подложка имеет большую удельную площадь поверхности. Изобретение позволяет увеличить накопленное количество NO_x в низкотемпературных областях. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

1. Конвертер выхлопного газа, содержащий катализатор накопления для накопления NO_x и SO_x и катализатор накопления и восстановления NO_x, размещенный на нижней по потоку выхлопного газа стороне катализатора накопления, отличающийся тем, что катализатор накопления содержит:
несущую подложку, которая сформирована из, по меньшей мере, одного представителя, выбранного из группы, состоящей из Аl₂О₃, СеО₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита, и чья удельная площадь поверхности составляет 30 м²/г или более; и
слой покрытия, который образован на поверхности несущей подложки, и который содержит: несущий порошок, содержащий, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из Аl₂О₃, СеO₂, ZrO₂, TiO₂ и цеолита; материал накопления для накопления NO_x и SO_x, причем материал накопления нанесен на несущий порошок; и благородный металл, нанесенный на несущий порошок.

2. Конвертер выхлопного газа по п.1, в котором материал накопления включен в несущую подложку.

3. Конвертер выхлопного газа по п.1, в котором удельная площадь поверхности несущей подложки составляет 50 м²/г или более.

4. Конвертер выхлопного газа по п.1, в котором материалом накопления является, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из щелочных металлов и щелочноземельных металлов.

5. Конвертер выхлопного газа по п.4, в котором материал накопления включает в себя, по меньшей мере, один представитель, выбранный из группы, состоящей из магния и бария.