КАТАЛИЗАТОР ЛОВУШЕЧНОГО ТИПА ДЛЯ ОЧИСТКИ БЕДНЫХ ПО NOX ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ И СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2015 года по МПК B01J23/58 B01D53/94 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение касается катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов и системы очистки выхлопных газов.

Более конкретно, настоящее изобретение касается катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов с прекрасной долговечностью и системы очистки выхлопных газов, оборудованной этим катализатором очистки выхлопных газов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В предшествующем уровне техники был предложен катализатор очистки выхлопных газов, который адсорбирует NOx на адсорбенте NOx в бедной атмосфере и выделяет NOx из стехиометрической смеси или богатой атмосферы для восстановительной очистки.

Более конкретно, данный катализатор очистки выхлопных газов представляет собой смесь первого порошка, приготовленного путем нанесения платины на первый носитель, сделанный из пористых зерен, и второго порошка, приготовленного путем нанесения родия на второй носитель.

Здесь адсорбент NOx наносят на первый носитель, описанный выше, а второй носитель, описанный выше, изготавливают из оксида циркония, стабилизированного щелочноземельным металлом или редкоземельным элементом (исключая церий) (смотри патентный документ 1).

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Патентный документ 1: японский патент № 3741303.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЦЕЛЬ, КОТОРУЮ ДОЛЖНО ДОСТИЧЬ ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Однако катализатор очистки выхлопных газов, описанный в патентном документе 1, указанном выше, не имеет достаточно высокой долговечности, что нежелательно.

Настоящее изобретение создано для борьбы с описанными выше проблемами предшествующего уровня техники.

Целью настоящего изобретения является обеспечить катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов с прекрасной долговечностью и систему очистки выхлопных газов, оборудованную этим катализатором очистки выхлопных газов.

СРЕДСТВО ДОСТИЖЕНИЯ ДАННОЙ ЦЕЛИ

Чтобы выполнить данную задачу авторы настоящего изобретения провели обширные исследования.

В результате исследований было обнаружено, что задача может быть реализована путем содержания палладия или другого каталитического благородного металла, неорганического оксида, который выступает носителем данного каталитического благородного металла, и надлежащего адсорбента NOx, и путем обеспечения надлежащего состава неорганического оксида, который выступает носителем палладия. В результате было достигнуто настоящее изобретение.

То есть катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов настоящего изобретения содержит платину, палладий и родий в качестве каталитических благородных металлов, неорганический оксид, который выступает носителем каталитических благородных металлов, и адсорбент NOx, изготовленный из магния, бария, натрия, калия или цезия или любых их комбинаций.

Среди данных неорганических оксидов неорганический оксид, выступающий носителем палладия, содержит церий и алюминий и/или цирконий.

Неорганический оксид, выступающий носителем палладия, содержит от 1 до 20 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

Система очистки выхлопных газов по настоящему изобретению содержит катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов и другой катализатор, содержащий каталитический благородный металл и расположенный выше по потоку от катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов относительно направления потока выхлопных газов.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение имеет следующие перечисленные структурные признаки от (1) до (3), чтобы обеспечить катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов с прекрасной долговечностью и систему очистки выхлопных газов, оборудованную этим катализатором очистки выхлопных газов.

(1) Этот катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов содержит платину, палладий и родий в качестве каталитических благородных металлов, неорганический оксид, который выступает носителем каталитических благородных металлов, и адсорбент NOx, изготовленный из магния, бария, натрия, калия или цезия или любых их комбинаций.

(2) Среди данных неорганических оксидов неорганический оксид, выступающий носителем палладия, содержит церий и алюминий и/или цирконий.

(3) Неорганический оксид, выступающий носителем палладия, содержит от 1 до 20 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схематичное изображение, показывающее структуру системы очистки выхлопных газов, соответствующей одному варианту осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ЧИСЛЕННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 - система очистки выхлопных газов;

2 - катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов;

4 - другой катализатор.

ЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее будут подробно объяснены катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов и система очистки выхлопных газов, оборудованная этим катализатором очистки выхлопных газов.

Прежде всего, будет подробно объяснен катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, относящийся к одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого варианта осуществления содержит каталитический благородный металл, неорганический оксид, который выступает носителем каталитического благородного металла, и адсорбент NOx.

Здесь каталитическим благородным металлом называется металл, содержащий, по меньшей мере, платину (Pt), палладий (Pd) и родий (Rh). Однако другие каталитические благородные металлы также могут быть включены.

Адсорбентом NOx называют адсорбент NOx, содержащий магний (Mg), барий (Ва), натрий (Na), калий (К) или цезий (Cs), а также любую их комбинацию. Однако другие адсорбенты NOx также могут быть включены.

Предпочтительно, когда выбраны барий (Ва) или цезий (Cs), так как они могут дополнительно улучшать долговечность.

Неорганический оксид, который выступает носителем палладия (Pd) среди данных неорганических оксидов, содержит церий (Се) и/или алюминий (Al) и цирконий (Zr).

Неорганический оксид, выступающий носителем палладия (Pd), содержит церий (Се) в интервале от 1 до 20 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

При такой структуре может быть подавлена коагуляция каталитического благородного металла, чтобы иметь прекрасную долговечность. Кроме того, платина (Pt) заменяется недорогим палладием (Pd), и, одновременно, может быть улучшена долговечность, так что стоимость катализатора может быть сокращена. Эти эффекты являются преимуществами.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов настоящего варианта осуществления может использоваться в гранулированной форме в исходном состоянии. Однако чтобы увеличить скорость контакта с HCl, а также СО, NOx в выхлопном газе, можно также использовать вариант со слоем катализатора, содержащим катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, сформированным на ячеистом носителе.

В качестве ячеистого носителя может быть использован, например, носитель, сделанный из керамики, такой как кордиерит, карбид кремния и т.д., и носитель, сделанный из металлов, таких как нержавеющая сталь ферритного типа и др.

Обычно считается, что коагуляция каталитического благородного металла вызывается следующими механизмами [1] и [2].

[1] Каталитический благородный металл коагулирует при нагреве или аналогичном процессе на неорганическом оксиде в качестве несущей подложки.

[2] Сам неорганический оксид в качестве несущей подложки коагулирует вследствие нагрева или аналогичного процесса, так что каталитический благородный металл, присутствующий на несущей подложке, коагулирует вместе с ним.

Например, когда оксид алюминия (Al₂O₃) или оксид циркония (ZrO₂) используют в качестве несущей подложки, коагуляция протекает по механизму [2], приведенному выше.

С другой стороны, согласно настоящему изобретению, данный неорганический оксид содержит церий (Се) и/или алюминий (Al) и цирконий (Zr). Содержание в пересчете на количество СеО₂ лежит в интервале от 1 до 20 масс.%. В результате коагуляция самого неорганического оксида в качестве несущей подложки может быть подавлена.

В результате даже после длительного времени может сохраняться прекрасная производительность катализатора.

Церий, присутствующий в неорганическом оксиде, работает как выделяющее кислород вещество (OSC вещество). Следовательно, когда церий содержится в катализаторе, существует определенный оптимальный интервал.

Согласно настоящему варианту осуществления, если содержание церия в пересчете на СеО₂ составляет меньше чем 1 масс.%, изменение атмосферы не может быть восстановлено, так что производительность катализатора ухудшается.

С другой стороны, согласно настоящему варианту осуществления, если содержание церия в пересчете на СеО₂ превышает 20 масс.%, восстановительный агент, необходимый для восстановления NOx, не может использоваться при восстановлении NOx в случае богатого выброса (происходит простое окисление восстановительного агента кислородом, выделяющимся из OSC вещества). Это нежелательно.

При рассмотрении этих точек зрения данный неорганический оксид предпочтительно содержит церий и алюминий и/или цирконий, причем содержание церия в пересчете на СеО₂ находится в интервале от 1 до 5 масс.%.

Однако механизм, описанный выше, основывается только на оценочном суждении. Следовательно, даже когда описанные выше эффекты могут быть реализованы с помощью определенного механизма, иного, чем описанный выше механизм, этот механизм рассматривается как все еще входящий в объем настоящего изобретения.

Для катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов настоящего варианта осуществления неорганический оксид, выступающий носителем палладия (Pd), предпочтительно имеет сохранность площади поверхности выше 50%, когда данный неорганический оксид спекают при 900°С в течение 3 ч.

Как объясняется выше, данный неорганический оксид в качестве несущей подложки сам предпочтительно с трудом подвергается коагуляции. В частности, для неорганического оксида с сохранностью площади поверхности 50% или выше после спекания при 900°С в течение 3 ч коагуляция каталитического благородного металла на данной несущей подложке может быть существенно подавлена.

Следовательно, катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов с этой структурой может демонстрировать еще лучшую долговечность.

Конечно, неорганический оксид, выступающий носителем платины (Pt) или родия (Rh), также предпочтительно с трудом подвергается коагуляции. Однако это не требуется в такой же степени.

Механизм каталитического действия катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов предполагается следующим.

Прежде всего, данный катализатор окисляет NO, выбрасываемый, главным образом, в бедной атмосфере, до NO₂ на каталитическом благородном металле с последующей адсорбцией барием (Ва) или другим адсорбентом NOx.

Затем когда величина адсорбции на адсорбенте NOx становится близка к насыщению, при работе двигателя, атмосфера возле катализатора становится богатой атмосферой. В результате катализатор выделяет NOx, адсорбированный на адсорбенте NOx, и затем происходит реакция с НС, СО, Н₂ или другим восстановительным агентом на каталитическом благородном металле, так что происходит очистка от NOx.

Для катализатора, содержащего только традиционные Pt, Rh, считается, что окисление NO до NOx происходит, главным образом, на Pt.

Если Pd сравнивать с Pt из-за меньшей окисляющей способности, когда Pd используют вместо Pt, реакция окисления NO в NOx может протекать с трудом, так что способность к очистке от NOx становится меньше.

Однако механизм, описанный выше, основывается только на оценочном суждении. Следовательно, даже когда описанные выше эффекты могут быть реализованы с помощью определенного механизма, иного, чем описанный выше механизм, этот механизм рассматривается как все еще входящий в объем настоящего изобретения.

Кроме того, в катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов настоящего варианта осуществления церий предпочтительно включают, в пересчете на СеО₂ в количестве 20 масс.% или меньше относительно всего количества катализатора.

Если содержание вещества OSC в полном количестве катализатора составляет выше 20 масс.%, простое окисление восстановительного агента происходит за счет кислорода, выделяющегося из вещества OSC, так что богатый выброс не может быть эффективно использован при очистке от NOx.

Далее система очистки выхлопных газов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения будет объяснена подробно со ссылкой на фигуры.

Фиг.1 представляет собой рисунок, показывающий структуру системы очистки выхлопных газов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, система 1 очистки выхлопных газов этого варианта осуществления содержит каталитический преобразователь 2 ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, описанному выше, и другой каталитический преобразователь 4, расположенный выше по потоку от каталитического преобразователя 2 ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов относительно направления потока выхлопных газов. Хотя это не показано на данной фигуре, данный другой каталитический преобразователь содержит каталитический благородный металл. Типичными примерами данного другого каталитического преобразователя являются трехмаршрутные каталитические преобразователи и трехмаршрутные каталитические преобразователи для дизельного двигателя и др.

Так как каталитический преобразователь ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов находится ниже по потоку от трехмаршрутного каталитического преобразователя, трехмаршрутных каталитических преобразователей для дизельного двигателя или других трехмаршрутных каталитических преобразователей, может выполняться очистка от НС, СО и NOx, выпускаемых с высокой скоростью, когда двигатель стартует, и может быть обеспечена еще лучшая долговечность.

Для системы очистки выхлопных газов настоящего варианта осуществления массовое отношение количества каталитического благородного металла в катализаторе ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов к количеству каталитического благородного металла в других катализаторах предпочтительно находится в интервале от 1 до 1,6.

Целью установки трехмаршрутных каталитических преобразователей, окислительных каталитических преобразователей для дизельного двигателя или других катализаторов является очистка от НС, СО в низкотемпературной области (когда двигатель стартует), а целью установки катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов является очистка от NOx.

Когда количество благородного металла, содержащегося в трехмаршрутных каталитических преобразователях или окислительных каталитических преобразователях для дизельного двигателя, увеличивают, хотя степень очистки от НС, СО в низкотемпературной области может увеличиваться, степень очистки от NOx с помощью катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, тем не менее, уменьшается с противоположной тенденцией.

Считается, что причиной этого явления является следующее: когда количество благородного металла, содержащегося в трехмаршрутных каталитических преобразователях или окислительных каталитических преобразователях для дизельного двигателя, увеличивается, в случае богатых выбросов количество восстановительного агента для NOx, такого как НС, СО и др., текущего в катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, уменьшается, и восстановительный агент, необходимый для очистки от NOx, не может подаваться.

Следовательно, путем регулировки количества благородного металла в трехмаршрутных каталитических преобразователях или окислительных каталитических преобразователях для дизельного двигателя и в каталитическом преобразователе ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов может быть увеличена степень очистки от НС, СО и степень очистки от NOx в низкотемпературной области.

Примеры применения

Далее настоящее изобретение будет объясняться более подробно посредством примеров применения и сравнительных примеров. Однако настоящее изобретение не ограничивается данными примерами применения.

Пример применения 1

(Этап 1) Предписанное количество платины (Pt) наносили пропиткой на легированный церием оксид алюминия (Се-Al₂O₃) с последующей сушкой и прокаливанием, получая порошок Pt (3,9 масс.%)/Се-Al₂O₃.

(Этап 2) Предписанное количество платины (Pt) наносили пропиткой на легированный церием оксид алюминия (Се-Al₂O₃) с последующей сушкой и прокаливанием, получая порошок Pt (0,9 масс.%)/Се (1 масс.%)-Al₂O₃.

(Этап 3) Предписанное количество палладия (Pd) наносили пропиткой на легированный церием оксид алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃), содержащий 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, с последующей сушкой и прокаливанием, получая порошок Pd (3 масс.%)/Се (1 масс.%)-Al₂O₃.

(Этап 4) Предписанное количество родия (Rh) наносили пропиткой на легированный лантаном оксид циркония (La-ZrO₂) с последующей сушкой и прокаливанием, получая порошок Rh (2,2 масс.%)/La-ZrO₂.

(Этап 5) Порошки, полученные на этапах 1, 3 и 4, описанных выше, а также оксид алюминия в форме бемита, азотную кислоту и дистиллированную воду загружали в магнитную емкость, и данное содержимое вместе с шарами из оксида алюминия подвергали вибрационному измельчению, получая суспензию внешнего слоя.

(Этап 6) Порошки, полученные на этапах 2, 3, описанных выше, а также оксид алюминия в форме бемита, азотную кислоту и дистиллированную воду загружали в магнитную емкость, и данное содержимое вместе с шарами из оксида алюминия подвергали вибрационному измельчению, получая суспензию внутреннего слоя.

(Этап 7) Суспензию внутреннего слоя, приготовленную на этапе 6, описанном выше, помещали в керамический ячеистый носитель (размер ячеек: 400 ячеек/6 мил (152,4 мкм), емкость: 0,119 л). Избыточную суспензию удаляли потоком воздуха с последующей сушкой при 120°С.

(Этап 8) Суспензию внешнего слоя, приготовленную на этапе 5, описанном выше, помещали в носитель, приготовленный на этапе 7, описанном выше. Избыточную суспензию удаляли потоком воздуха с последующей сушкой при 120°С и прокаливанием при 400°С в потоке воздуха. В этом случае количество каталитического благородного металла в катализаторе было 6,7 г/л.

(Этап 9) Барий (Ва) наносили пропиткой на катализатор, приготовленный на этапе 8, описанном выше, так что количество Ва становилось 28 г/л, с последующей сушкой при 120°С и затем прокаливанием при 400°С в потоке воздуха, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов.

Для катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов в этом примере содержание церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора составляло 13,5 масс.%.

Легированный церием оксид алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, прокаливали при 900°С в течение 3 ч, и сохранность площади поверхности составляла 58%.

Пример применения 2

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, в качестве носителя для Pd в примере применения 1 использовали легированный церием оксид циркония (1 масс.% Се-ZrO₂), содержащий 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,5 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид циркония (1 масс.% Се-ZrO₂) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 67% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 3

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо бария (Ва), использованного в примере применения 1, использовали магний (Mg) в качестве адсорбента NOx.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,5 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 58% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 4

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо бария (Ва), использованного в примере применения 1, использовали натрий (Na) в качестве адсорбента NOx.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,5 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 58% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 5

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо бария (Ва), использованного в примере применения 1, использовали калий (К) в качестве адсорбента NOx.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,5 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 58% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 6

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо бария (Ва), использованного в примере применения 1, использовали цезий (Cs) в качестве адсорбента NOx.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,5 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 58% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 7

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, использованного в примере применения 1, в качестве носителя для Pd использовали легированный церием оксид алюминия (5 масс.% Се-Al₂O₃), содержащий 5 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,9 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид алюминия (5 масс.% Се-Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 62% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 8

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 2, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида циркония (1 масс.% Се-ZrO₂), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, использованного в примере применения 2, в качестве носителя для Pd использовали легированный церием оксид циркония (5 масс.% Се-ZrO₂), содержащий 5 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,9 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид циркония (5 масс.% Се-ZrO₂) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 78% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 9

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, использованного в примере применения 1, в качестве носителя для Pd использовали легированный церием оксид алюминия (20 масс.% Се-Al₂O₃), содержащий 20 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 15,4 масс.% церия в пересчете на СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид алюминия (20 масс.% Се-Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 68% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 10

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 2, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида циркония (1 масс.% Се-ZrO₂), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, использованного в примере применения 2, в качестве носителя для Pd использовали легированный церием оксид циркония (20 масс.% Се-ZrO₂), содержащий 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 15,4 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид циркония (20 масс.% Се-ZrO₂) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 71% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Пример применения 11

Систему очистки выхлопных газов, показанную на фиг.1, создавали в качестве окислительного каталитического преобразователя для дизельного двигателя, используя каталитический благородный металл в количестве 8,2 г/л (палладий/родий = 11/1) и используя катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленный при примере применения 1, в качестве катализатора очистки выхлопных газов.

Пример применения 12

Систему очистки выхлопных газов, показанную на фиг.1, создавали в качестве окислительного каталитического преобразователя для дизельного двигателя, используя каталитический благородный металл в количестве 4,2 г/л (палладий/родий = 11/1) и используя катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленный при примере применения 1, в качестве катализатора очистки выхлопных газов.

Пример применения 13

Систему очистки выхлопных газов, показанную на фиг.1, создавали в качестве окислительного каталитического преобразователя для дизельного двигателя, используя каталитический благородный металл в количестве 2,1 г/л (палладий/родий = 11/1) и используя катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленный при примере применения 1, в качестве катализатора очистки выхлопных газов.

Сравнительный пример 1

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, использованного в примере применения 1, в качестве носителя для Pd использовали легированный церием оксид алюминия (60 масс.% Се-Al₂O₃), содержащий 60 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 19,4 масс.% церия в пересчете на СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид алюминия (60 масс.% Се-Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 55% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Сравнительный пример 2

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 2, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида циркония (1 масс.% Се-ZrO₂), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, использованного в примере применения 1, в качестве носителя для Pd использовали легированный церием оксид циркония (60 масс.% Се-ZrO₂), содержащий 60 масс.% церия в пересчете на СеО₂.

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 19,4 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Легированный церием оксид циркония (60 масс.% Се-ZrO₂) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 74% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Сравнительный пример 3

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 1, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида алюминия (1 масс.% Се-Al₂O₃), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, использованного в примере применения 1, в качестве носителя для Pd использовали оксид алюминия (Al₂O₃).

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,4 масс.% церия в пересчете на СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Оксид алюминия (Al₂O₃) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 23% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Сравнительный пример 4

Операции выполняли таким же образом, как в примере применения 2, получая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера, за исключением того, что вместо легированного церием оксида циркония (1 масс.% Се-ZrO₂), содержащего 1 масс.% церия в пересчете на СеО₂, использованного в примере применения 1, в качестве носителя для Pd использовали оксид циркония (ZrO₂).

Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов этого примера содержал 13,4 масс.% церия в пересчете на количество СеО₂ относительно всего количества катализатора.

Оксид циркония (ZrO₂) в качестве неорганического оксида, выступающего носителем палладия, имел сохранность площади поверхности 18% после прокаливания при 900°С в течение 3 ч.

Таблица 1 приводит часть характеристик катализаторов ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов и систем очистки выхлопных газов, приготовленных в различных примерах. В таблице 1 DOC обозначает окислительные каталитические преобразователи для дизельного двигателя, а LNT обозначает каталитический преобразователь ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов.

Таблица 1   Количество каталити-ческого благородного металла в DOC (г/л) Количество каталити-ческого благородного металла в LNT (г/л) Тип благородного металла Тип носителя Pd Количество Се в носителе Pd (масс.%) Количество Се в LNT (масс.%) Сохранность площади поверхности носителя Pd (%) Тип адсорбента NOx Степень очистки NOx Степень очистки НС (%) Пример применения 1 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 1 13,5 58 Ba 33,3 - Пример применения 2 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-ZrO₂ 1 13,5 67 Ba 34,1 - Пример применения 3 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 1 13,5 58 Mg 31,1 - Пример применения 4 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 1 13,5 58 Na 32,0 - Пример применения 5 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 1 13,5 58 K 32,8 - Пример применения 6 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 1 13,5 58 Cs 33,6 - Пример применения 7 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 5 13,9 62 Ba 33,1 - Пример применения 8 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-ZrO₂ 5 13,9 78 Ba 33,5 - Пример применения 9 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 20 15,4 68 Ba 32,2 - Пример применения 10 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-ZrO₂ 20 15,4 71 Ba 32,8 - Пример применения 11 8,2 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 1 13,5 58 Ba 25,1 94,8 Пример применения 12 4,2 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 1 13,5 58 Ba 33,9 91,6 Пример применения 13 2,1 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 1 13,5 58 Ba 34,2 68,7 Сравнительный пример 1 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-Al₂O₃ 60 19,4 55 Ba 30,3 - Сравнительный пример 2 - 6,7 Pt, Pd, Rh Ce-ZrO₂ 60 19,4 74 Ba 30,8 - Сравнительный пример 3 - 6,7 Pt, Pd, Rh Al₂O₃ 0 13,4 53 Ba 26,2 - Сравнительный пример 4 - 6,7 Pt, Pd, Rh ZrO₂ 0 13,4 18 Ba 27,8 -

Определение производительности

Для каталитических преобразователей ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов и систем очистки выхлопных газов, приготовленных в данных примерах, после испытания на долговечность в следующих условиях, измеряли степень очистки от NOx (а также степень очистки от НС для системы очистки выхлопных газов) в следующих перечисленных условиях. Скорость потока газа составляла 40 л/мин. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Условия испытания на долговечность

Каждый катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленный в примерах, помещали после 6-цилиндрового 3,5-литрового двигателя V-типа, произведенного Nissan Motor Co., Ltd., и температуру входа в каталитический преобразователь подстраивали к 750°С. Испытания на долговечность выполняли в течение 60 ч в атмосфере выхлопного газа. В этом тесте в качестве топлива использовали бензин, свободный от свинца.

Определение производительности очистки от NOx катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов

Для катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленного в каждом примере, после отбора емкости 0,040 л, в лабораторном испытательном устройстве устанавливали тип и концентрацию газа согласно условиям, приведенным в таблице 2, и выполняли измерение с переключением бедного (60 сек)/богатого (4 сек) газа.

В этом тесте температуру испытания (температура входа катализатора) устанавливали 250°С.

Степень очистки от NOx вычисляли, используя следующую приведенную формулу (I).

Таблица 2 Тип газа Концентрация газа Бедный (60 сек) Богатый (4 сек) NO 300 ч/млн 300 ч/млн СО 0% 1,5% Н₂ 0% 0,5% О₂ 4,0% 0% С₃Н₆ 0% 3000 ч/млн углерода СО₂ 9% 9% Н₂О 10% 10% N₂ Остальное Остальное

[Уравнение 1]

Определение производительности очистки от NOx и производительности очистки от НС системы очистки выхлопных газов

Для каждого примера, после отбора емкости 0,010 л окислительного каталитического преобразователя и емкости 0,040 л катализатора ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов лабораторное испытательное устройство, показанное на фиг.1, устанавливали выполнять определение с переключением между бедным (60 сек) и богатым (4 сек) газом, а тип и концентрацию газа регулировали согласно условиям, приведенным в таблице 3.

В этом тесте температуру испытания (температура входа катализатора) устанавливали 250°С.

Степень очистки от НС вычисляли, используя следующую приведенную формулу (II), а степень очистки от NOx вычисляли, используя следующую приведенную формулу (I).

Таблица 3 Тип газа Концентрация газа Бедный (60 сек) Богатый (4 сек) NO 300 ч/млн 300 ч/млн СО 0% 2,5% Н₂ 0% 0,5% О₂ 4,0% 0% С₃Н₆ 0% 3000 ч/млн углерода СО₂ 9% 9% Н₂О 10% 10% N₂ Остальное Остальное

[Уравнение 2]

Как видно из таблицы 1, степени очистки от NOx после испытания на долговечность катализаторов ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленных в примерах применения 1-10, входящих в объем настоящего изобретения, лучше, чем степени очистки катализаторов ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов в сравнительных примерах 1-4.

Кроме того, можно видеть, что для катализаторов ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленных в примерах применения 1-10 и в сравнительных примерах 1 и 2, сохранность площади поверхности носителя для Pd составляет 50% или выше, а степени очистки от NOx после испытания на продолжительность лучше, чем степени очистки для катализаторов ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленных в сравнительных примерах 3 и 4.

Кроме того, можно видеть, что для катализаторов ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, приготовленных в примерах применения 1-10, количество церия в пересчете на СеО₂ составляет 20 масс.% или меньше, и степени очистки от NOx хорошие.

Как можно видеть из таблицы 1, для систем очистки выхлопных газов, приготовленных в примерах применения 11-13, входящих в объем настоящего изобретения, так как они используют катализаторы ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов с прекрасными степенями очистки от NOx после испытания на долговечность, степень очистки от NOx и степень очистки от НС после испытания на долговечность прекрасные.

Кроме того, из сравнения систем очистки выхлопных газов из примеров применения 11-13 можно видеть, что для системы очистки выхлопных газов в примере применения 12, где отношение количества каталитического благородного металла в катализаторе ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов к количеству каталитического благородного металла в других катализаторах находится в интервале от 1 до 1,6, степень очистки от NOx и степень очистки от НС после испытания на долговечность прекрасные.

Изобретение относится к катализатору ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, содержащему каталитические благородные металлы: платину, палладий и родий; неорганические оксиды, которые выступают носителями каталитических благородных металлов; и по меньшей мере один адсорбент NOx, выбранный из группы, состоящей из магния, бария, натрия, калия и цезия; при этом среди указанных неорганических оксидов неорганический оксид, выступающий носителем палладия, содержит церий, алюминий и/или цирконий, и при этом данный неорганический оксид содержит от 1 до 20 масс. % церия в пересчете на CeO₂. Изобретение также относится к системе очистки выхлопных газов, содержащей заявленный катализатор и дополнительный каталитический преобразователь, содержащий каталитический благородный металл и расположенный выше по потоку от преобразователя ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов относительно направления потока выхлопных газов. Технический результат заключается в увеличении долговечности катализатора и системы очистки выхлопных газов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил., 17 пр.

1. Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов, содержащий:
каталитические благородные металлы: платину, палладий и родий; неорганические оксиды, которые выступают носителями каталитических благородных металлов; и по меньшей мере один адсорбент NOx, выбранный из группы, состоящей из магния, бария, натрия, калия и цезия;
при этом среди указанных неорганических оксидов неорганический оксид, выступающий носителем палладия, содержит церий, алюминий и/или цирконий, и при этом данный неорганический оксид содержит от 1 до 20 масс. % церия в пересчете на CeO₂.

2. Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов по п. 1, в котором адсорбент NOx представляет собой барий или цезий.

3. Катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов по п. 1 или 2, в котором содержание церия в пересчете на CeO₂ относительно всего количества катализатора составляет 20 масс. % или меньше.

4. Система очистки выхлопных газов, содержащая катализатор ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов по любому из пп. 1-3 и содержащая дополнительный каталитический преобразователь, содержащий каталитический благородный металл и расположенный выше по потоку от преобразователя ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов относительно направления потока выхлопных газов.

5. Система очистки выхлопных газов по п. 4, где массовое отношение количества каталитических благородных металлов в преобразователе ловушечного типа для очистки бедных по NOx выхлопных газов к количеству каталитического благородного металла в дополнительном каталитическом преобразователе находится в интервале от 1 до 1,6.