КАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ ДЛЯ ОСНАЩЕННЫХ ДИЗЕЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ПАССАЖИРОВ, ГРУЗОВ И ДЛЯ НЕТРАНСПОРТНЫХ РАБОТ Российский патент 2013 года по МПК B01J21/04 B01J21/12 B01J23/42 B01J35/10 B01D53/94 

Настоящее изобретение относится к области снижения токсичности отработавших газов (ОГ) дизельных двигателей, устанавливаемых на транспортные средства для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ, прежде всего к наиболее пригодному для применения в этих целях катализатору окисления (каталитическому нейтрализатору окислительного типа).

Катализаторы окисления, применяемые для снижения токсичности ОГ дизельных двигателей, прежде всего катализаторы окисления на основе платины на оксиде алюминия, хорошо известны из уровня техники. Такие катализаторы используют для окисления содержащихся в ОГ дизельных двигателей вредных газообразных веществ - монооксида углерода СО и углеводородов НС - присутствующим в ОГ дизельных двигателей в повышенной концентрации кислородом до безвредных соединений - диоксида углерода СО₂ и водяного пара. Наряду с монооксидом углерода СО и углеводородами НС в ОГ дизельных двигателей присутствуют оксиды азота NO_x и твердые частицы, образование которых обусловлено неполным сгоранием дизельного топлива и моторного масла в цилиндре двигателя при слишком низких температурах и которые преимущественно представляют собой сажу и при определенных условиях органические агломераты.

Транспортные средства для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ, такие, например, как городские автобусы, автомобили-мусоровозы, строительные или сельскохозяйственные машины, часто эксплуатируются в принципиально ином режиме, нежели легковые автомобили с дизельным двигателем. По этой причине ОГ дизельных двигателей, устанавливаемых на транспортные средства для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ, имеют иные параметры и характеризуются значительно меньшей температурой и иным составом. Так, в частности, содержание оксидов азота в таких ОГ существенно ниже, а относительное содержание твердых частиц при определенных условиях гораздо выше, чем в ОГ дизельных двигателей легковых автомобилей. Аналогично отработавшим газам дизельных двигателей легковых автомобилей в ОГ дизельных двигателей транспортных средств для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ в следовых количествах присутствуют далее оксиды серы SO_x, образование которых обусловлено сгоранием серусодержащих органических соединений, присутствующих в дизельном топливе. Оксиды серы действуют как катализаторный яд, поскольку они хемосорбируются на активных платиновых центрах и тем самым блокируют их, делая их недоступными для требуемых каталитических превращений. На легковых автомобилях с дизельным двигателем подобные яды удаляют путем термической десорбции, периодически обогащая для этого горючую смесь и повышая таким путем температуру ОГ до более 400°С. Аналогичный способ, реализуемый на легковых автомобилях с дизельным двигателем, предусматривает также периодическую активную регенерацию фильтра для улавливания твердых частиц, называемого также сажевым фильтром, при которой скопившиеся в фильтре частицы сажи каталитически выжигают взаимодействием с присутствующим в ОГ кислородом. Подобный способ применяется прежде всего для регенерации сажевых фильтров, выполненных в виде сажевых фильтров с проницаемыми стенками их каналов, однако может использоваться и для регенерации фильтров иных типов.

На транспортных средствах для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ многих типов удаление сернистых соединений путем активной термической десорбции и активная регенерация сажевых фильтров невозможны из-за слишком низкой температуры ОГ. Проведение этих процессов по причине типичного для транспортных средств для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ режима их эксплуатации обычно невозможно без принятия дополнительных мер по нагреву, что приводит к неприемлемому увеличению расхода топлива. Поэтому системы снижения токсичности ОГ, устанавливаемые на транспортные средства для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ, необходимо оснащать не подверженными отравлению серой агрегатами для снижения токсичности ОГ, которые способны эффективно удалять из отработавших газов СО, НС и твердые частицы и не требуют для сохранения своей работоспособности проведения активной регенерации сажевых фильтров или принятия специальных мер по удалению сернистых соединений.

Для решения этой задачи в принципе пригодна описанная в ЕР 0341832 комбинация из катализатора окисления и сажевого фильтра, при условии применения безнапорного (открытого) сажевого фильтра-подложки. В подобном случае регенерация сажевого фильтра происходит in situ в результате взаимодействия накопленных в фильтровальной ткани частиц сажи с NO₂, образуемом на предшествующем катализаторе окисления. При этом обычно используют катализаторы окисления, содержащие платину, нанесенную на оксид алюминия. Помимо этого в ЕР 1147801 говорится о пригодности применения оксида алюминия, стабилизированного диоксидом кремния в количестве примерно 5 мас.%, в качестве носителя для платины в катализаторе окисления, на котором происходит образование NO₂.

Известные из уровня техники катализаторы окисления, содержащие гомогенно распределенную платину на одном или нескольких оксидных носителях, например, на оксиде алюминия, смешанном оксиде алюминия и кремния, оксиде церия или цеолите, обладают достаточно высокой производительностью по окислению НС, СО и NO и нередко обладают также исключительно высокой стойкостью к термическому старению. Однако такие катализаторы склонны к отравлению оксидами серы, и поэтому при их длительной эксплуатации неизбежно возникает необходимость в удалении сернистых соединений путем термической десорбции. По указанным причинам применение подобных катализаторов на транспортных средствах для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ, оснащенных дизельными двигателями, образующиеся при работе которых ОГ имеют описанные выше параметры, не позволяет добиться удовлетворительных результатов.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать катализатор окисления для оснащенных дизельным двигателем и сажевым фильтром транспортных средств для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ, который обладал бы высокой производительностью по окислению NO даже при низких температурах ОГ, высокой долговременной стабильностью и исключительно высокой стойкостью к отравлению сернистыми соединениями.

Между способностью окислять NO до NO₂ и стойкостью к отравлению оксидами серы существует конфликт целей, причина которого заключается в кислом характере оксидов азота (NO_x) и оксидов серы (SO_x). Катализаторы, которые проявляют высокую степень превращения на них NO, преимущественно содержат слегка основные оксидные носители, на которых хорошо хемисорбируются и оксиды серы. Вследствие этого, например, платина, нанесенная только на оксид алюминия и/или на стабилизированный редкоземельным элементом оксид алюминия, проявляет высокое сродство к SO_x и соответственно высокую склонность к отравлению. Катализаторы же, в которых платина гомогенно распределена на слегка кислом оксидном носителе, например, на диоксиде кремния или смешанном оксиде алюминия и кремния, проявляют в условиях длительного старения обычно высокую стойкость к отравлению SO_x, но лишь при умеренной степени превращения на них NO.

Авторами настоящего изобретения неожиданно было установлено, что определенное распределение всего используемого в катализаторе количества платины на оксидных носителях - активном оксиде алюминия и смешанном оксиде алюминия и кремния - позволяет эффективно решить указанный конфликт целей между производительностью по окислению NO и склонностью к отравлению оксидами серы.

При этом под термином "активный оксид алюминия" подразумеваются следующие высокодисперсные материалы: активный глинозем, пирогенный оксид алюминия, α-оксид алюминия, δ-оксид алюминия, θ-оксид алюминия и прежде всего γ-оксид алюминия, а также диаспор и бемит. Однако термин "активный оксид алюминия" не охватывает никакие легированные или стабилизированные редкоземельными элементами или иными оксидами оксиды алюминия, а также никакие гомогенные смешанные оксиды или твердые растворы оксида алюминия с другими оксидами.

Термин "смешанный оксид алюминия и кремния" охватывает следующие высокодисперсные оксидные носители: алюмосиликаты (тектосиликаты), в которых четырехвалентные атомы кремния в образованной SiO₂ пространственной сетчатой структуре замещаются трехвалентными атомами алюминия, за исключением цеолитов, незо-, соро-, никло-, ино- и филлосиликаты, содержащие тетраэдрические [SiO₄]-звенья в качестве основных структурных фрагментов и ионы алюминия в качестве противокатионов, алюмосиликаты в виде легированного или стабилизированного диоксидом кремния оксида алюминия, которые наряду с тетраэдрическими [SiO₄]-звеньями могут в качестве основных структурных фрагментов содержать также октаэдрические [AlO₆]-звенья и возможно [AlO₄]-звенья, гомогенные смешанные оксиды и твердые растворы оксида алюминия и диоксида кремния, а также смеси вышеуказанных соединений.

Основываясь на этих данных, положенную в основу изобретения задачу можно решить с помощью катализатора окисления, имеющего корпус-носитель (или каркас-носитель) и каталитически активное покрытие из платины, активного оксида алюминия и смешанного оксида алюминия и кремния, отличающегося тем, что оксид алюминия и смешанный оксид алюминия и кремния каталитически активированы платиной, которая присутствует на активном оксиде алюминия в количестве от 55 до 95 мас.% от всего ее присутствующего в катализаторе количества, а в остальном количестве нанесена на смешанный оксид алюминия и кремния. В предлагаемом в изобретении катализаторе количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния составляет от 1:1,5 до 1:4.

В предпочтительном варианте количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния в предлагаемом в изобретении катализаторе оставляет от более 1:1,5 до 1:4. При этом согласно данным, полученным авторами настоящего изобретения, характер распределения платины между обоими оксидными носителями влияет преимущественно на характеристики окисления NO, тогда как количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния преимущественно оказывает влияние на стойкость катализатора к отравлению сернистыми соединениями. Этот фактор можно использовать для оптимального согласования состава катализатора окисления в важных согласно изобретению пределах изменения соответствующих величин с конкретными условиями применения катализатора. Так, в частности, в предлагаемом в изобретении катализаторе окисления, предназначенном, например, для применения на транспортном средстве с пассивно регенерируемым сажевым фильтром ОГ дизельного двигателя, когда должно обеспечиваться наличие максимально возможного количества NO₂, количество платины на активном оксиде алюминия предпочтительно должно составлять от 60 до 80 мас.%, особенно предпочтительно от 70 до 75 мас.%, от всего ее присутствующего в катализаторе количества. При высоком же содержании, кроме того, SO_x в нейтрализуемых ОГ, когда требуется особо высокая стойкость катализатора к отравлению, соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния предпочтительно должно составлять от 1:2 до 1:4. В том же случае, когда, например, при гарантированном применении высококачественного топлива можно ожидать пониженного содержания SO_x в ОГ, количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния с целью повысить эффективность окисления NO предпочтительно выбирать в пределах от более 1:1,5 до 1:2,5, особенно предпочтительно от более 1:1,5 до 1:2.

В предпочтительных вариантах выполнения предлагаемого в изобретении катализатора локальная концентрация платины на оксиде алюминия по меньшей мере вдвое выше ее локальной концентрации на смешанном оксиде алюминия и кремния. Более предпочтительно, чтобы концентрация платины на оксиде алюминия в пересчете на суммарное количество оксида алюминия и нанесенной на него платины в два-шесть раз превышала концентрацию платины на смешанном оксиде алюминия и кремния в пересчете на суммарное количество самой платины и смешанного оксида алюминия и кремния.

Влияние на стойкость предлагаемого в изобретении катализатора окисления к отравлению оказывает также содержание диоксида кремния SiO₂ в смешанном оксиде алюминия и кремния. Предпочтительно в этом отношении использовать обладающие высокоразвитой поверхностью смешанные оксиды алюминия и кремния с содержанием SiO₂ от 5 до 40 мас.% в пересчете на общую массу смешанного оксида алюминия и кремния и с удельной поверхностью более 60 м²/г (определяемой методом Брунауэра-Эммета-Теллера по адсорбции азота (БЕТ-поверхностью)). Более предпочтительны смешанные оксиды алюминия и кремния с содержанием SiO₂ от 5 до 25 мас.% в пересчете на общую массу смешанного оксида алюминия и кремния. В тех вариантах выполнения предлагаемого в изобретении катализатора, в которых особое внимание уделяется характеристике образования NO, наиболее предпочтительно использовать смешанные оксиды алюминия и кремния с содержанием SiO₂ от 5 до 10 мас.% в пересчете на общую массу смешанного оксида алюминия и кремния и с удельной поверхностью от 150 до 220 м²/г.

В предлагаемом в изобретении катализаторе для достижения свойств, позволяющих решить положенную в основу изобретения задачу, помимо оксида алюминия и смешанного оксида алюминия и кремния не требуется использовать никакие дополнительные оксидные носители. В предлагаемом в изобретении катализаторе прежде всего нежелательно присутствие дополнительных основных оксидов, поскольку они существенно снижают стойкость катализатора к отравлению серой. Предлагаемый в изобретении катализатор окисления в предпочтительных вариантах его выполнения не содержит оксиды редкоземельных элементов, прежде всего оксид церия, оксид лантана, оксид празеодима и оксид неодима. Помимо этого предлагаемый в изобретении катализатор в предпочтительных вариантах его выполнения не содержит цеолитные соединения и цеолитоподобные материалы с нижним предельным значением ширины каналов более 4 ангстрем (Å), поскольку подобные материалы обладают способностью накапливать углеводороды и поэтому прежде всего при температурах ниже 200°С могут в результате протекания окислительно-восстановительных реакций между этими накопленными ими углеводородами и NO, соответственно NO₂ нежелательно снижать степень образования NO₂.

Содержание платины в предлагаемом в изобретении катализаторе окисления в предпочтительном варианте составляет от 0,07 до 7 г на литр объема корпуса-носителя катализатора. В более предпочтительном варианте содержание платины составляет от 0,15 до 1,5 г на литр объема корпуса-носителя катализатора, особенно предпочтительно от 0,17 до 0,7 г на литр объема корпуса-носителя катализатора. Присутствие других благородных металлов, прежде всего палладия и родия, может при определенных условиях отрицательно сказываться на производительности катализатора по окислению NO и/или на его стойкости к отравлению. Наличие иридия, рутения и золота также может отрицательно влиять на окислительную производительность катализатора. Помимо этого дополнительное применение прежде всего палладия и/или родия привело бы к нежелательному удорожанию катализатора. Поэтому предлагаемый в изобретении катализатор в предпочтительных вариантах его выполнения помимо платины не содержит никакой другой благородный металл, прежде всего не содержит палладий и родий. В предпочтительном варианте предлагаемый в изобретении катализатор не содержит также никакой благородный металл, выбранный из группы, включающей иридий, рутений и золото.

Платину можно вводить в катализатор обычными, известными из уровня техники методами путем пропитки, сорбции, осаждения, а также описанными в литературе методами пропитки по влагоемкости. В предпочтительном варианте платину в виде ее приемлемого водорастворимого соединения-предшественника добавляют в суспензию для нанесения покрытия, содержащую оксид алюминия и/или смешанный оксид алюминия и кремния, и определенным образом путем сорбции и/или осаждения фиксируют на оксидных носителях. Приготовленную таким путем суспензию для нанесения покрытия, в которой платина присутствует в предварительно зафиксированном на оксиде алюминия и на смешанном оксиде алюминия и кремния виде в соответствующих изобретению количественных пропорциях, подвергают размолу и обычными методами нанесения покрытия путем погружения, просасывания и прокачивания наносят на керамический или металлический сотовый элемент либо, если это более предпочтительно, на металлический или керамический фильтрующий элемент. Полученную таким путем подложку с нанесенным на нее покрытием подвергают для окончательного изготовления предлагаемого в изобретении катализатора прокаливанию и при необходимости термическому восстановлению в атмосфере, содержащей газообразную смесь из водорода и азота.

Изготовленный таким путем катализатор пригоден для снижения токсичности ОГ дизельных двигателей путем пропускания ОГ через предлагаемый в изобретении катализатор окисления. Предлагаемый в изобретении катализатор окисления пригоден прежде всего для снижения токсичности ОГ дизельных двигателей, когда ОГ на входе в катализатор окисления постоянно имеют температуру ниже 500°С, что характерно или типично для таких транспортных средств для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ, как городские автобусы, автомобили-мусоровозы, а также строительные и (самоходные) рабочие машины.

С этой целью предлагаемый в изобретении катализатор размещают в системе снижения токсичности ОГ, устанавливаемой на транспортных средствах с дизельным двигателем, по ходу потока ОГ перед сажевым фильтром, который в предпочтительном варианте выбран из группы, включающей металлические и керамические проточные фильтры-подложки, спеченные из металлического порошка фильтрующие элементы, а также керамические и металлические вязаные и тканые структуры.

В другом варианте предлагаемый в изобретении катализатор можно размещать в системе снижения токсичности ОГ, устанавливаемой на транспортных средствах с дизельным двигателем, по ходу потока ОГ перед СКВ-катализатором. Подобный СКВ-катализатор обеспечивает при необходимости восстановление оксидов азота до азота ("деазотирование" ОГ) путем их селективного каталитического восстановления (сокращенно "СКВ") с помощью восстановителя, дозируемого в выпускной тракт из внешнего источника. В качестве такого восстановителя преимущественно используют аммиак или высвобождающее его соединение, такое, например, как мочевина или карбамат аммония. Аммиак, образовавшийся при определенных условиях in situ из его соединения-предшественника, в реакции компропорционирования взаимодействует на СКВ-катализаторе с оксидами азота, содержащимися в ОГ, с образованием азота и воды. Степень деазотирования на СКВ-катализаторе при температурах ОГ ниже 250°С, которых следует ожидать при размещении катализатора под днищем транспортного средства, всегда особенно высока в том случае, когда соотношение NO₂/NO_x в катализаторе окисления, расположенном по ходу потока ОГ перед СКВ-катализатором, устанавливается на величину в пределах от 0,3 до 0,7, предпочтительно от 0,4 до 0,6. Изменяя содержание платины, распределение платины между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния, а также количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния в указанных в настоящем описании пределах, предлагаемый в изобретении катализатор окисления можно оптимально согласовать и для применения в подобных системах снижения токсичности ОГ.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на некоторых примерах со ссылкой на прилагаемые к описанию графические материалы, на которых показано:

на фиг.1 - графики, отражающие степень превращения NO в NO₂ на предлагаемом в изобретении катализаторе К1 и на известном из уровня техники катализаторе VK1 после искусственного состаривания в SO₂-содержащих ОГ,

на фиг.2 - графики, отражающие степень превращения NO в NO₂ на предлагаемом в изобретении катализаторе в свежеизготовленном состоянии (К1'') и после искусственного состаривания в SO₂-содержащих ОГ (К1),

на фиг.3 - графики, отражающие степень превращения NO в NO₂ на предлагаемом в изобретении катализаторе КГ и на известном из уровня техники катализаторе VK1' после искусственного состаривания в гидротермальной атмосфере, и

на фиг.4 - графики, отражающие степень превращения NO в NO₂ на предлагаемом в изобретении катализаторе К2 с количественным соотношением между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния 1:2 и на сравнительном катализаторе VK2 с количественным соотношением между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния 2,5:1 после искусственного состаривания каждого из них в SO₂-содержащих ОГ.

Пример 1

В этом примере изготавливали предлагаемый в изобретении катализатор с количественным соотношением между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния 1:2. Для этого сначала оксид алюминия суспендировали в воде. Затем к приготовленной суспензии добавляли половину от всего вводимого в катализатор количества платины, инжектируя в суспензию обычное, водорастворимое соединение-предшественник платины. После этого к суспензии добавляли смешанный оксид алюминия и кремния (удельная поверхность: ~212 м²/г (БЭТ), содержание SiO₂: 10 мас.%) и затем в суспензию инжектировали остальное количество платины.

Из приготовленной таким путем суспензии известным из уровня техники методом нанесения покрытий погружением наносили покрытие на кордиеритовый сотовый элемент с плотностью расположения каналов, равной 62 канала на кв.см площади поперечного сечения, и с толщиной стенок каналов, равной 0,17 мм. Затем снабженный покрытием сотовый элемент сушили и в течение 4 ч прокаливали при 350°С.

Изготовленный таким путем, готовый катализатор содержал платину в количестве 0,883 г на литр объема сотового элемента. Из этого катализатора для исследования его каталитической активности и стойкости к старению вырезали три цилиндрических керна диаметром 25,4 мм и длиной 76,2 мм, которые ниже обозначаются как К1, К1' и К1''.

Сравнительный пример 1

Для сравнительных исследований использовали имеющийся в продаже катализатор окисления для дизельных двигателей с таким же содержанием платины (0,883 г на литр объема сотового элемента), в котором платина во всем количестве была нанесена на смешанный оксид алюминия и кремния с относительным содержанием SiO₂ 5 мас.% и который помимо этого содержал цеолитные соединения. Такой имеющийся в продаже катализатор окисления для дизельных двигателей также имел корпус-носитель в виде кордиеритового сотового элемента с плотностью расположения каналов, равной 62 канала на кв.см площади поперечного сечения, и с толщиной стенок каналов, равной 0,17 мм.

Из этого сравнительного катализатора для сравнительных исследований его каталитической активности и стойкости к старению вырезали два цилиндрических керна диаметром 25,4 мм и длиной 76,2 мм, которые ниже обозначаются как VK1 и VK1'.

Пример 2

В этом примере изготавливали второй предлагаемый в изобретении катализатор, который отличался от катализатора из примера 1 лишь тем, что он содержал платину в количестве только 0,706 г на литр объема сотового элемента.

Из этого катализатора также вырезали цилиндрический керн диаметром 25,4 мм и длиной 76,2 мм, который ниже обозначается как К2.

Сравнительный пример 2

Аналогично примерам 1 и 2 изготавливали еще один сравнительный катализатор. Он содержал платину в количестве 0,706 г/л и имел не соответствующее изобретению количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния, равное 2,5:1.

Из этого сравнительного катализатора также вырезали цилиндрический керн диаметром 25,4 мм и длиной 76,2 мм, который ниже обозначается как VK2.

Состаривание катализаторов

Перед исследованием свойств кернов по окислению NO их за исключением керна К1'', который испытывали в свежеизготовленном состоянии, подвергали в специальных условиях предварительной термической обработке и тем самым целенаправленному состариванию в искусственно созданных условиях.

С этой целью керны К1, VK1, К2 и VK2 в течение 48 ч обрабатывали при 350°С в атмосфере азота, содержавшей СО₂ в количестве 10 об.%, О₂ в количестве 10 об.%, Н₂О в количестве 10 об.%, SO₂ в количестве 85 об. част./млн и NO в количестве 270 об. част./млн (в проточном режиме с расходом 15000 ч^-1). Таким путем достигали обычной потери активности катализаторов в SO₂-содержащих ОГ.

Керны КГ и VK1' в течение 16 ч обрабатывали при 700°С в атмосфере азота, содержавшей H₂O в количестве 10 об.% и O₂ в количестве 10 об.%. Таким путем достигали потери активности катализатора при его длительной работе в гидротермальных ОГ.

Исследование способности катализаторов по окислению NO при различной степени их старения

Все керны исследовали в лабораторной системе выпуска модельных ОГ для определения их каталитической активности в реакции окисления NO, проводя при этом испытания при следующих условиях:

Состав модельных ОГ СО [об. част./млн] 350 H₂ [об. част./млн] 116 НС в виде C₁ [об. част./млн] 270 NO [об. част./млн] 270 О₂ [об.%] 6 Н₂О [об.%] 10 CO₂ [об.%] 10,7 Условия проведения испытаний Среднечасовая скорость подачи газа [ч^-1] 50000 Коэффициент избытка воздуха λ 1,377 Пределы и скорость изменения температуры модельных ОГ 75-500°С, 15 К/мин

На фиг.1 представлены графики, отражающие степень превращения NO в NO₂ на предлагаемом в изобретении катализаторе К1 из примера 1 и на известном из уровня техники сравнительном катализаторе VK1 из сравнительного примера 1 после их искусственного состаривания в SO₂-содержащих ОГ. При температуре в интервале от 200 до 400°С степень окисления NO на предлагаемом в изобретении катализаторе явно выше, чем на известном из уровня техники катализаторе.

На фиг.2 представлены графики, позволяющие сравнить между собой степень превращения NO на предлагаемом в изобретении катализаторе из примера 1 в свежеизготовленном состоянии (К1'') и после искусственного состаривания в SO₂-содержащих ОГ (К1). Из приведенных на этом чертеже графиков со всей очевидностью следует, что воздействие SO₂-содержащих ОГ на предлагаемый в изобретении катализатор практически не оказывает никакого отрицательного влияния на его активность по окислению NO.

Для определения долговременной стабильности предлагаемого в изобретении катализатора из примера 1 катализатор КГ и известный из уровня техники сравнительный катализатор VK1' из сравнительного примера 1 исследовали также на предмет их активности по окислению NO после искусственного состаривания в гидротермальных условиях. Полученные при этом результаты в графическом виде представлены на фиг.3. Из приведенных на этом чертеже графиков со всей очевидностью следует, что в интервале от 200 до 400°С предлагаемый в изобретении катализатор проявляет также лучшую долговременную стабильность касательно его активности по окислению NO.

На фиг.4 представлены графики, позволяющие проиллюстрировать, насколько велико влияние количественного соотношения между оксидными носителями на эффективное разрешение конфликта целей между способностью к окислению NO и стойкостью к отравлению SO₂. С этой целью между собой сопоставляли активность по окислению NO, которую после искусственного состаривания в SO₂-содержащих ОГ проявляют предлагаемый в изобретении катализатор К2 из примера 2 с количественным соотношением в нем между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния 1:2 и сравнительный катализатор VK2 из сравнительного примера 2 с количественным соотношением в нем между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния 2,5:1. Из приведенных на этом чертеже графиков со всей очевидностью следует, что избыток оксида алюминия приводит к чрезвычайно высокой потере способности к окислению NO при воздействии SO₂-содержащих ОГ на сравнительный катализатор с избытком оксида алюминия, тогда как предлагаемый в изобретении катализатор практически без ущерба для его способности к окислению NO выдерживают нагрузку в SO₂-содержащей атмосфере.

Настоящее изобретение относится к области снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей транспортных средств для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ. Описан катализатор окисления, имеющий корпус-носитель и каталитически активное покрытие из платины, активного оксида алюминия и смешанного оксида алюминия и кремния, причем оксид алюминия и смешанный оксид алюминия и кремния каталитически активированы платиной, которая присутствует на активном оксиде алюминия в количестве от 55 до 95 мас.% от всего ее присутствующего в катализаторе количества, а в остальном количестве нанесена на смешанный оксид алюминия и кремния, при этом количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния составляет от 1:1,5 до 1:4. Описаны системы снижения токсичности отработавших газов для транспортных средств с дизельными двигателями (варианты), в которых по ходу потока отработавших газов перед сажевым фильтром расположен катализатор окисления, описанный выше, либо по ходу потока отработавших газов перед катализатором селективного каталитического восстановления расположен описанный выше катализатор окисления.

Описан способ снижения токсичности отработавших газов с использованием катализатора окисления. Технический эффект - повышение производительности по окислению NO при одновременной высокой стойкости к отравлению сернистыми соединениями. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 пр.

1. Катализатор окисления, имеющий корпус-носитель и каталитически активное покрытие из платины, активного оксида алюминия и смешанного оксида алюминия и кремния, отличающийся тем, что оксид алюминия и смешанный оксид алюминия и кремния каталитически активированы платиной, которая присутствует на активном оксиде алюминия в количестве от 55 до 95 мас.% от всего ее присутствующего в катализаторе количества, а в остальном количестве нанесена на смешанный оксид алюминия и кремния, при этом количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния составляет от 1:1,5 до 1:4.

2. Катализатор окисления по п.1, отличающийся тем, что смешанный оксид алюминия и кремния содержит SiO₂ в количестве от 5 до 40 мас.% в пересчете на общую массу смешанного оксида алюминия и кремния.

3. Катализатор окисления по п.2, отличающийся тем, что смешанный оксид алюминия и кремния имеет удельную поверхность более 60 м²/г (определяемую методом Брунауэра-Эммета-Теллера по адсорбции азота (БЕТ-поверхность)).

4. Катализатор окисления по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что содержание в нем платины составляет от 0,07 до 7 г на литр объема корпуса-носителя.

5. Катализатор окисления по п.4, отличающийся тем, что он помимо платины не содержит никакой иной благородный металл, прежде всего не содержит палладий и родий.

6. Катализатор окисления по п.4, отличающийся тем, что он не содержит никакой иной благородный металл, выбранный из группы, включающей иридий, рутений и золото.

7. Катализатор окисления по п.1, отличающийся тем, что он не содержит оксиды редкоземельных элементов, прежде всего не содержит оксид церия, оксид лантана, оксид празеодима и оксид неодима.

8. Катализатор окисления по п.1, отличающийся тем, что он не содержит цеолитные соединения и цеолитоподобные материалы с нижним предельным значением ширины каналов более 4 ангстрем.

9. Система снижения токсичности отработавших газов (ОГ) для транспортных средств с дизельными двигателями, в которой по ходу потока ОГ перед сажевым фильтром расположен катализатор окисления, имеющий корпус-носитель и каталитически активное покрытие из платины, активного оксида алюминия и смешанного оксида алюминия и кремния, отличающаяся тем, что в катализаторе окисления оксид алюминия и смешанный оксид алюминия и кремния каталитически активированы платиной, которая присутствует на активном оксиде алюминия в количестве от 55 до 95 мас.% от всего ее присутствующего в катализаторе количества, а в остальном количестве нанесена на смешанный оксид алюминия и кремния, при этом количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния составляет от 1:1,5 до 1:4.

10. Система снижения токсичности ОГ по п.9, отличающаяся тем, что сажевый фильтр выбран из группы, включающей металлические и керамические проточные фильтры-подложки, спеченные из металлического порошка фильтрующие элементы, керамические и металлические вспененные структуры, а также керамические и металлические вязаные и тканые структуры.

11. Система снижения токсичности отработавших газов (ОГ) для транспортных средств с дизельными двигателями, в которой по ходу потока ОГ перед катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатором) расположен катализатор окисления, имеющий корпус-носитель и каталитически активное покрытие из платины, активного оксида алюминия и смешанного оксида алюминия и кремния, отличающаяся тем, что в катализаторе окисления оксид алюминия и смешанный оксид алюминия и кремния каталитически активированы платиной, которая присутствует на активном оксиде алюминия в количестве от 55 до 95 мас.% от всего ее присутствующего в катализаторе количества, а в остальном количестве нанесена на смешанный оксид алюминия и кремния, при этом количественное соотношение между оксидом алюминия и смешанным оксидом алюминия и кремния составляет от 1:1,5 до 1:4.

12. Способ снижения токсичности отработавших газов (ОГ) дизельных двигателей, отличающийся тем, что ОГ пропускают через катализатор окисления по одному из пп.1-8.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что ОГ на входе в катализатор окисления всегда имеют температуру ниже 500°С.