УЛУЧШЕННАЯ ЛОВУШКА NOx Российский патент 2017 года по МПК B01D53/94 B01J21/00 B01J23/40 B01J37/00 F01N3/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к ловушке NO_x для выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания и к способу обработки выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Двигатели внутреннего сгорания производят выхлопные газы, содержащие широкий спектр загрязнителей, в том числе углеводороды, монооксид углерода, оксиды азота («NO_x»), оксиды серы и дисперсный материал. Все более ужесточающееся национальное и региональное законодательство уменьшило количество загрязнителей, которые могут выпускаться из таких дизельных или бензиновых двигателей. Для выхлопных систем использовали множество различных методик в целях очистки выхлопных газов перед их перепусканием в атмосферу.

Одна такая методика, использующаяся для очистки выхлопных газов, представляет собой ловушку NO_x (или «катализатор адсорбера NO_x»). Ловушки NO_x представляют собой устройства, которые адсорбируют NO_x в условиях обеднения для выхлопных газов, высвобождают адсорбированные соединения NO_x в условиях обогащения и восстанавливают высвобожденные соединения NO_x с образованием N₂. Ловушка NO_x обычно включает адсорбент NO_x для аккумулирования NO_x и катализатор окисления/восстановления.

Компонент адсорбента NO_x обычно представляет собой щелочноземельный металл (такой как Ba, Ca, Sr и Mg), щелочной металл (такой как К, Na, Li и Са), редкоземельный металл (такой как La, Y, Pr и Nd) или их комбинации. Данные металлы обычно встречаются в форме оксидов. Катализатор окисления/восстановления обычно представляет собой один или несколько благородных металлов, предпочтительно платину, палладий и/или родий. Платину обычно включают для осуществления функции окисления, а родий включают для осуществления функции восстановления. Катализатор окисления/восстановления и адсорбент NO_x для использования в выхлопной системе обычно вводят на материал носителя, такой как неорганический оксид.

Ловушка NO_x осуществляет три функции. Во-первых, оксид азота вступает в реакцию с кислородом с образованием NO₂ в присутствии катализатора окисления. Во-вторых, NO₂ адсорбируется адсорбентом NO_x в форме неорганического нитрата (например, ВаО или ВаСО₃ превращаются в Ba(NO₃)₂ на адсорбенте NO_x). В заключение, в случае функционирования двигателя в условиях обогащения аккумулированные неорганические нитраты разлагаются с образованием NO или NO₂, которые после этого восстанавливаются с образованием N₂ в результате прохождения реакции с монооксидом углерода, водородом и/или углеводородами в присутствии катализатора восстановления. Обычно оксиды азота в потоке выхлопных газов превращаются в азот, диоксид углерода и воду в присутствии тепла, монооксида углерода и углеводородов.

К сожалению, присутствие соединений серы в дизельном или бензиновом топливе является неблагоприятным для ловушек NO_x, поскольку окисление соединений серы приводит к образованию оксидов серы в выхлопных газах. В ловушке NO_x диоксид серы окисляется с образованием триоксида серы на катализаторе окисления, а адсорбент NO_x вступает в реакцию с триоксидом серы с образованием поверхностных сульфатов (например, оксид бария или карбонат бария вступают в реакцию с триоксидом серы с образованием сульфата бария). Данные сульфаты являются более устойчивыми в сопоставлении с нитратами и требуют более высоких температур (>650°C) для десульфатации. Однако предельные условия, требуемые для десульфатации и регенерации ловушки NO_x, могут вызывать более долговременную дезактивацию ловушки NO_x и могут приводить к укороченному сроку службы ловушки NO_x.

В публикации заявки США № 2010/0215557 описывается стойкий к старению трехфункциональный катализатор восстановления NO_x в выхлопных газах. Трехфункциональный катализатор предпочтительно включает три слоя: (1) нижний слой «покрытия травления», не содержащий каких-либо металлов платиновой группы; (2) средний (первый каталитический) слой, содержащий Pd на свободном от диоксида церия компоненте аккумулирования кислорода и Pt на тугоплавком оксиде металла; и (3) второй каталитический слой, полученный на первом каталитическом слое и содержащий Pt на компоненте аккумулирования кислорода и Rh на оксиде алюминия, имеющем покрытие из диоксида циркония или покрытие из оксида иттрия. В публикации заявки США № 2010/0215557 не описывается воздействия серы на ее катализатор.

Как и в любых автомобильных системе и способе, желательно добиться еще больших улучшений для систем обработки выхлопных газов. Заявители обнаружили новую ловушку NO_x, которая является менее подверженной дезактивации в ходе многочисленных циклов десульфатации/регенерации ловушки NO_x.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение представляет собой ловушку NO_x, предназначенную для использования в выхлопной системе двигателей внутреннего сгорания. Ловушка NO_x включает подложку и три слоя на подложке. Первый слой содержит первый металл платиновой группы, первый компонент аккумулирования NO_x и первый носитель; второй слой содержит второй металл платиновой группы, второй компонент аккумулирования NO_x и второй носитель; и третий слой содержит родий и третий носитель. Уровень введения металла платиновой группы в первый слой находится в диапазоне от 1 до 40 процентов от уровня введения металла платиновой группы во второй слой. В дополнение к этому первый компонент аккумулирования NO_x и второй компонент аккумулирования NO_x являются идентичными, и идентичными являются первый носитель и второй носитель. Ловушка NO_x является менее подверженной дезактивации в ходе многочисленных циклов десульфатации/регенерации ловушки NO_x.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ловушка NO_x изобретения включает подложку и три слоя на подложке. Подложкой предпочтительно являются керамическая подложка или металлическая подложка. Керамическая подложка может быть получена из любого подходящего для использования тугоплавкого материала, например оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида церия, диоксида циркония, оксида магния, цеолитов, нитрида кремния, карбида кремния, силикатов циркония, силикатов магния, алюмосиликатов и металлоалюмосиликатов (таких как кордиерит и сподумен) или смеси или смешанного оксида для любых двух и более их представителей. В особенности предпочитаются кордиерит, алюмосиликат магния и карбид кремния.

Металлическая подложка может быть получена из любого подходящего для использования металла и, в частности, жаростойких металлов и металлических сплавов, таких как титан и нержавеющая сталь, а также ферросплавы, содержащие железо, никель, хром и/или алюминий в дополнение к другим следовым металлам.

Подложкой предпочтительно является проточная подложка или фильтрующая подложка. Наиболее предпочтительно подложкой является проточная подложка. В частности, проточная подложка представляет собой проточный монолит, предпочтительно обладающий сотовой структурой, включающей множество мелких параллельных тонкостенных каналов, проходящих аксиально через подложку и простирающихся по всей подложке. Поперечное сечение канала подложки может иметь любую форму, но предпочтительно является квадратным, синусоидальным, треугольным, прямоугольным, шестиугольным, трапециевидным, круглым или овальным.

Первый слой содержит первый металл платиновой группы («МПГ»), первый компонент аккумулирования NO_x и первый носитель. Первый металл МПГ предпочтительно представляет собой платину, палладий, золото или их смеси; наиболее предпочтительно первый металл МПГ представляет собой платину, палладий или их смеси.

Первый компонент аккумулирования NO_x предпочтительно содержит щелочноземельные металлы (такие как барий, кальций, стронций и магний), щелочные металлы (такие как калий, натрий, литий и цезий), редкоземельные металлы (такие как лантан, иттрий, празеодим и неодим) или их комбинации. Наиболее предпочтительно первый компонент аккумулирования NO_x содержит барий, церий или их смеси. Данные металлы обычно встречаются в форме оксидов, но также могут быть нанесены на носители, такие как оксид алюминия или диоксид церия.

Первый носитель предпочтительно представляет собой неорганический оксид, а более предпочтительно включает оксиды элементов из групп 2, 3, 4, 5, 13 и 14. Наиболее предпочтительно первый носитель представляет собой оксид алюминия, диоксид кремния, диоксид титана, диоксид циркония, оксид магния, диоксид церия, оксид ниобия, оксид тантала, оксид молибдена, оксид вольфрама, смешанный оксид или композитный оксид для любых двух и более их представителей (например, диоксид кремния-оксид алюминия, оксид магния-оксид алюминия, диоксид церия-диоксид циркония или оксид алюминия-диоксид церия-диоксид циркония) и их смеси. Подходящие для использования неорганические оксиды предпочтительно характеризуются площадями удельной поверхности в диапазоне от 10 до 1500 м²/г, объемами пор в диапазоне от 0,1 до 4 мл/г и диаметрами пор в диапазоне от приблизительно 10 до 1000 ангстремов. В особенности предпочтительными являются носители, характеризующиеся большими площадями удельной поверхности, демонстрирующие площадь удельной поверхности, большую чем 80 м²/г.

Второй слой ловушки NO_x содержит второй металл платиновой группы, второй компонент аккумулирования NO_x и второй носитель. Второй металл МПГ предпочтительно представляет собой платину, палладий, золото или их смеси; наиболее предпочтительно второй металл МПГ представляет собой платину, палладий или их смеси.

Второй компонент аккумулирования NO_x предпочтительно содержит щелочноземельный металл (такой как барий, кальций, стронций и магний), щелочной металл (такой как калий, натрий, литий и цезий), редкоземельный металл (такой как лантан, иттрий, празеодим и неодим) или их комбинации. Наиболее предпочтительно второй компонент аккумулирования NO_x содержит барий, церий или их смеси. Данные металлы обычно встречаются в форме оксидов, но также могут быть нанесены на носители, такие как оксид алюминия или диоксид церия.

Второй носитель предпочтительно представляет собой неорганический оксид, а более предпочтительно включает оксиды элементов из групп 2, 3, 4, 5, 13 и 14. Наиболее предпочтительно второй носитель представляет собой оксид алюминия, диоксид кремния, диоксид титана, диоксид циркония, оксид магния, диоксид церия, оксид ниобия, оксид тантала, оксид молибдена, оксид вольфрама, смешанный оксид или композитный оксид для любых двух и более их представителей (например, диоксид кремния-оксид алюминия, оксид магния-оксид алюминия, диоксид церия-диоксид циркония или оксид алюминия-диоксид церия-диоксид циркония) и их смеси. Подходящие для использования неорганические оксиды предпочтительно характеризуются площадями удельной поверхности в диапазоне от 10 до 1500 м²/г, объемами пор в диапазоне от 0,1 до 4 мл/г и диаметрами пор в диапазоне от приблизительно 10 до 1000 ангстремов. В особенности предпочтительными являются носители, характеризующиеся большими площадями удельной поверхности, демонстрирующие площадь удельной поверхности, большую чем 80 м²/г.

Первый компонент аккумулирования NO_x первого слоя и второй компонент аккумулирования NO_x второго слоя являются идентичными. Таким образом, в случае компонента аккумулирования NO_x, использующегося в первом слое, в виде оксида бария оксид бария также будут использовать и во втором слое. Первый носитель первого слоя и второй носитель второго слоя также являются идентичными. Таким образом, в случае использования в качестве носителя в первом слое оксида алюминия оксид алюминия также будут использовать и во втором слое.

В дополнение к этому, уровень введения металла платиновой группы в первый слой (по массе металла МПГ в расчете на объем первого слоя, например, в г/л или г/фут³) находится в диапазоне от 1 до 40 процентов от уровня введения металла платиновой группы во второй слой. Более предпочтительно уровень введения металла платиновой группы в первый слой находится в диапазоне от 5 до 30 процентов от уровня введения металла платиновой группы во второй слой. Таким образом, в первом слое на подложке размещают намного меньшее количество металла МПГ. Предпочтительно уровень введения металла МПГ во второй слой будет находиться в диапазоне от 20 до 300 г/фут³ (от 0,706 до 10,594 г/л), а уровень введения металла МПГ в первый слой будет находиться в диапазоне от 0,3 до 90 г/фут³ (от 0,0106 до 3,178 г/л).

Третий слой ловушки NO_x содержит родий и третий носитель. Третий носитель наиболее предпочтительно представляет собой оксид церия, смешанный оксид церия-циркония или оксид алюминия, стабилизированный при использовании редкоземельного, щелочноземельного или переходного металла. Предпочтительно оксид алюминия, стабилизированный при использовании редкоземельного, щелочноземельного или переходного металла, содержит редкоземельный, щелочноземельный или переходный металл, включающий лантан, барий, празеодим, иттрий, магний, церий и кобальт. Предпочтительно оксид алюминия, стабилизированный при использовании редкоземельного, щелочноземельного или переходного металла, содержит от 0,5 до 5 массовых процентов редкоземельного, щелочноземельного или переходного металла.

Слои ловушки NO_x могут быть скомпонованы на подложке в любом порядке, но предпочтительно на подложке размещают первый слой, на первом слое размещают второй слой, а на втором слое размещают третий слой.

Ловушка NO_x настоящего изобретения может быть получена по способам, хорошо известным на предшествующем уровне техники. Предпочтительно ловушку NO_x получают в результате осаждения трех слоев на подложке при использовании методик протравной грунтовки. Один представительный способ получения ловушки NO_x при использовании методики протравной грунтовки представлен ниже. Необходимо понимать то, что представленный ниже способ может варьироваться в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения.

Первый слой ловушки NO_x предпочтительно получают при использовании методики протравной грунтовки. Первый металл МПГ предпочтительно добавляют к первому носителю, а после этого объединяют с первым адсорбентом NO_x перед проведением стадии протравной грунтовки. Первый металл МПГ может быть введен на первый носитель по любому известному способу, при этом режим добавления не считается в особенности критическим моментом. Например, для получения металла МПГ, нанесенного на носитель, соединение платины, палладия или золота (такое как нитрат платины) может быть добавлено к носителю в результате импрегнирования, адсорбирования, ионного обмена, достижения начальной влажности, осаждения и тому подобного. В альтернативном варианте, первый носитель и первый адсорбент NO_x могут быть нанесены в виде покрытия на подложку с последующим добавлением первого металла МПГ к подложке, имеющей покрытие.

Протравную грунтовку предпочтительно проводят в результате первоначального суспендирования тонкодиспергированных частиц металла МПГ, нанесенного на носитель, (или только лишь первого носителя) и первого адсорбента NO_x в соответствующем растворителе, предпочтительно воде, до получения суспензии. Суспензия предпочтительно содержит от 5 до 70 массовых процентов твердого вещества, более предпочтительно от 10 до 50 массовых процентов. Предпочтительно частицы размалывают или подвергают воздействию другого способа истирания для того, чтобы перед получением суспензии обеспечить наличие по существу у всех твердых частиц размера частиц, меньшего чем 20 микронов, по среднему диаметру. В суспензию также могут быть включены и дополнительные компоненты, такие как стабилизаторы или промоторы, в виде смеси из растворимых в воде или диспергируемых в воде соединений или комплексов.

После этого на подложку один или несколько раз может быть нанесено покрытие из суспензии таким образом, чтобы на подложке был бы осажден желательный уровень введения каталитических материалов в первый слой. В случае осаждения на подложке только первого носителя и первого адсорбента NO_x первый металл МПГ может быть добавлен к подложке, имеющей покрытие, по любому известному способу, включающему импрегнирование, адсорбирование или ионный обмен соединения платины (такого как нитрат платины).

Предпочтительно покрытие из суспензии первого слоя наносят на всю длину подложки, так что протравная грунтовка первого слоя будет покрывать всю поверхность подложки.

После осаждения первого слоя на подложке первый слой обычно высушивают в результате нагревания при повышенной температуре предпочтительно в диапазоне от 80 до 150°С. Подложка также может быть прокалена при более высоких температурах (таких как в диапазоне от 400 до 600°С), но прокаливание перед добавлением второго слоя обычно не требуется.

После этого к первому слою по способу, подробному тому, что обсуждался выше, добавляют второй слой, а затем производят высушивание в результате нагревания при повышенной температуре предпочтительно в диапазоне от 80 до 150°С. Подложка также может быть прокалена при более высоких температурах (таких как в диапазоне от 400 до 600°С), но прокаливание перед добавлением третьего слоя обычно не требуется. Предпочтительно покрытие из суспензии второго слоя наносят на всю длину подложки, так что протравная грунтовка второго слоя будет покрывать всю поверхность подложки.

Третий слой ловушки NO_x предпочтительно получают при использовании методики протравной грунтовки. Перед проведением стадии протравной грунтовки к третьему носителю предпочтительно добавляют родий, но в альтернативном варианте на второй слой может быть нанесено покрытие из третьего носителя с последующим добавлением родия к подложке, имеющей покрытие. В случае добавления родия к третьему носителю перед протравной грунтовкой третьего слоя он может быть введен на третий носитель по любому известному способу, при этом режим добавления не считается в особенности критическим моментом. Например, соединение родия (такое как нитрат родия) может быть добавлено к носителю в результате импрегнирования, адсорбирования, ионного обмена, достижения начальной влажности, осаждения и тому подобного.

Протравную грунтовку предпочтительно проводят в результате первоначального суспендирования тонкодиспергированных частиц нанесенного на носитель родия (или только лишь третьего носителя) в соответствующем растворителе, предпочтительно воде, до получения суспензии. Суспензия предпочтительно содержит от 5 до 70 массовых процентов твердого вещества, более предпочтительно от 10 до 50 массовых процентов. Предпочтительно частицы размалывают или подвергают воздействию другого способа истирания для того, чтобы перед получением суспензии обеспечить наличие по существу у всех твердых частиц размера частиц, меньшего чем 20 микронов, по среднему диаметру. В суспензию также могут быть включены и дополнительные компоненты, такие как стабилизаторы или промоторы, в виде смеси из растворимых в воде или диспергируемых в воде соединений или комплексов.

После этого на подложку один или несколько раз может быть нанесено покрытие из суспензии таким образом, чтобы на подложке был бы осажден желательный уровень введения каталитических материалов в третий слой. В случае осаждения на подложке только третьего носителя родий может быть добавлен к подложке, имеющей покрытие, по любому известному способу, включающему импрегнирование, адсорбирование или ионный обмен соединения родия (такого как нитрат родия).

Предпочтительно покрытие из суспензии третьего слоя наносят на всю длину подложки, так что протравная грунтовка третьего слоя будет покрывать всю поверхность подложки.

После нанесения на подложку покрытия из третьего слоя подложку обычно высушивают, а после этого прокаливают в результате нагревания при повышенной температуре. Предпочтительно прокаливание проводят в диапазоне от 400 до 600°С в течение приблизительно от 1 до 8 часов.

Хотя получение ловушки NO_x, продемонстрированной выше, и показывает предпочтительный вариант осуществления, где первый слой размещают на подложке, второй слой размещают на первом слое, а третий слой размещают на втором слое, первый, второй и третий слои могут быть скомпонованы на подложке в любом порядке при использовании тех же самых методик, что и описанные выше.

Изобретение также включает выхлопную систему двигателей внутреннего давления, которая включает ловушку NO_x изобретения. Предпочтительно выхлопная система включает ловушку NO_x, содержащую катализатор окисления и/или сажевый фильтр. Данные устройства доочистки выхлопных газов хорошо известны на современном уровне техники. Сажевые фильтры представляют собой устройства, которые уменьшают количество дисперсных частиц из выхлопа двигателей внутреннего сгорания. Сажевые фильтры включают сажевые фильтры с катализатором (CSF) и простые сажевые фильтры (без катализатора). Сажевые фильтры с катализатором (для дизельных и бензиновых областей применения) включают компоненты в виде металлов и оксидов металлов (такие как Pt, Pd, Fe, Mn, Сu и диоксид церия) для окисления углеводородов и монооксида углерода в дополнение к разрушению сажи, уловленной фильтром.

В особенности предпочтительные выхлопные системы включают ловушку NO_x с последующим фильтром CSF при наличии глухого соединения для обоих устройств; ловушку NO_x с глухим соединением с устройством CSF под полом кузова; и дизельный катализатор окисления/CSF с глухим соединением и ловушку NO_x под полом кузова.

Изобретение также включает обработку выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания, в частности обработку выхлопных газов из автомобильного двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, такого как дизельный двигатель, бензиновый двигатель, работающий на бедных смесях, или двигатель, приводимый в действие при использовании сжиженного нефтяного газа или природного газа. Способ включает введение выхлопных газов в контакт с ловушкой NO_x изобретения.

Следующие далее примеры просто иллюстрируют изобретение. Специалисты в соответствующей области техники должны осознавать наличие множества вариаций, которые соответствуют сущности изобретения и объему формулы изобретения.

ПРИМЕР 1: ПОЛУЧЕНИЕ КАТАЛИЗИРУЕМЫХ ПОДЛОЖЕК

Сравнительная подложка 1А (50-50 металла МПГ, разделенного в первых 2 слоях):

На монолит проточной кордиеритной подложки при 400 ячейках в расчете на один квадратный дюйм (яч./дюйм²) (62,0 яч./см²) наносят покрытие из трехслойной рецептуры катализатора абсорбера NO_x, включающей первый, нижний, слой, содержащий 1 г/дюйм³ (61,024 г/л) оксида алюминия, 1 г/дюйм³ (61,024 г/л) дисперсного диоксида церия, 47 г/фут³ (1,660 г/л) Pt, 9,5 г/фут³ (0,335 г/л) Pd и 200 г/фут³ (7,063 г/л) Ва; второй слой, содержащий 1 г/дюйм³ (61,024 г/л) оксида алюминия, 1 г/дюйм³ (61,024 г/л) дисперсного диоксида церия, 47 г/фут³ (1,660 г/л) Pt, 9,5 г/фут³ (0,335 г/л) Pd и 200 г/фут³ (7,063 г/л) Ва; и третий слой, содержащий 0,5 г/дюйм³ (30,512 г/л) диоксида циркония при 85% (масс.), допированного при использовании редкоземельных элементов, и 10 г/фут³ (0,353 г/л) Rh. Покрытия из первого и второго слоев наносят на монолит первичной подложки при использовании способа, описанного в публикации WO 99/47260, с последующими высушиванием в течение 30 минут в сушильной печи с принудительной подачей воздуха при 100°С, а после этого обжиганием при 500°С в течение 2 часов перед нанесением третьего слоя и повторением той же самой методики высушивания и обжигания.

Сравнительная подложка 1В (0-100 металла МПГ, разделенного в первых 2 слоях):

Сравнительная подложка 1В является той же самой, что и сравнительная подложка 1А, за исключением того, что в первом слое какой-либо металл МПГ отсутствует (0 г/фут³ (0 г/л) Pt, 0 г/фут³ (0 г/л) Pd), а уровень введения металла МПГ во второй слой составляет 94 г/фут³ (3,320 г/л) Pt и 19 г/фут³ (0,671 г/л) Pd. Покрытие из первого слоя наносят на монолит первичной подложки при использовании способа, описанного в публикации WO 99/47260, с последующими высушиванием в течение 30 минут в сушильной печи с принудительной подачей воздуха при 100°С, а после этого обжиганием при 500°С в течение 2 часов перед нанесением второго слоя и третьего слоя и повторением той же самой методики высушивания и обжигания.

Подложка 1С изобретения (20-80 металла МПГ, разделенного в первых 2 слоях):

Подложка 1С является той же самой, что и сравнительная подложка 1А, за исключением того, что уровень введения металла МПГ в первый слой составляет 18,8 г/фут³ (0,664 г/л) Pt и 3,8 г/фут³ (0,134 г/л) Pd, а уровень введения металла МПГ во второй слой составляет 75,2 г/фут³ (2,656 г/л) Pt и 15,2 г/фут³ (0,537 г/л) Pd. Покрытия из трех слоев наносят при использовании методики для сравнительной подложки 1В.

ПРИМЕР 2: МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЯ

Перед проведением оценки сердечник с размерами 35 мм × 76,2 мм для каждой подложки из примера 1 подвергают старению в печи при 800°С в течение 24 ч. Испытание проводят на установке синтетического газа при проведении всех испытаний для объемной скорости подачи газа 45000 час^-1. Перед проведением оценки сердечники подвергают предварительному кондиционированию при 600°С в течение 5 минут при десульфатации 50 секунд для обогащения/10 секунд для обеднения. Условия для обедненного и обогащенного газов описываются в таблице 1. После этого температуру уменьшают до 350°С в атмосфере N₂ и проводят пять циклов по 300 секунд для обеднения и 20 секунд для обогащения в целях оценки эффективности превращения NO_x. Эффективность превращения стабилизированных соединений NO_x для пятого цикла продемонстрирована в таблице 2 в виде степени превращения NO_x при десульфатации (начало прогона). После этого в газовую подаваемую смесь вводят 90 ч./млн SO₂ и проводят пять циклов по 300 секунд для обеднения и 20 секунд для обогащения, таким образом, производя сульфатацию ловушки NO_x до уровня введения S 2 г/л. Степень превращения NO_x для пятого цикла при сульфатации продемонстрирована в таблице 2 в виде степени превращения NO_x при сульфатации (конец прогона). После этого температуру увеличивают до 600°С и проводят 5 минут десульфатации при 50 секундах для обогащения и 10 секундах для обеднения. После десульфатации температуру уменьшают обратно до 350°С, где проводят пять циклов при 300 секундах для обеднения и 20 секундах для обогащения в отсутствие SO₂ в целях получения эффективности превращения при десульфатации. Данную методику повторяют семь раз для получения семи результатов по эффективности превращения NO_x при сульфатации и десульфатации в ходе всего прогона (смотрите таблицу 2). По результатам превращения NO_x рассчитывают емкость аккумулирования NO_x для трех подложек в ходе прогона. Результаты продемонстрированы в таблице 3.

Как демонстрируют результаты, после серии из циклов сульфатации и регенераций подложка изобретения (подложка 1С) сохраняет как более высокий уровень превращения NO_x, так и более высокую емкость по NO_x в сопоставлении с тем, что имеет место для подложек, которые содержат равное количество металла МПГ в первом и втором слоях (сравнительная подложка 1А) и не содержат металл МПГ в первом слое (сравнительная подложка 1В).

ТАБЛИЦА 1 Условия для обедненного и обогащенного газов Оценка для обеднения Оценка для обогащения Десульфатация для обеднения Десульфатация для обогащения Продолжительность (сек) 300 20 10 5 NO (ч./млн) 100 200 - - СО (%) 0,03 2 1 2 СО₂ (%) 6 10 6 10 С₃Н₆ (ч./млн) 50 1700 50 1700 Н₂ (%) 0 0,4 0 0,4 О₂ (%) 11 1,5 6 1,5 Н₂О (%) 12 12 6,6 12 Расход (л/мин) 47 39 47 39 ТАБЛИЦА 2 Результаты по превращению NO_x № прогона Степень превращения NO_x (%) Десульфатация (начало прогона) Сульфатация (конец прогона) Подложка 1А* Подложка 1В* Подложка 1С Подложка 1А* Подложка 1В* Подложка 1С 1 91 91 91 75 79 80 2 90 91 91 71 75 78 3 90 91 92 72 77 79 4 91 91 92 72 77 80 5 91 91 93 71 77 80 6 91 91 93 70 77 81 7 91 92 93 70 77 82 *Сравнительный пример

ТАБЛИЦА 3 Результаты по емкости аккумулирования NO_x № прогона Емкость аккумулирования NO_x (г/л) Десульфатация (начало прогона) Сульфатация (конец прогона) Подложка 1А* Подложка 1В* Подложка 1С Подложка 1А* Подложка 1В* Подложка 1С 1 0,55 0,59 0,59 0,45 0,49 0,5 2 0,55 0,58 0,59 0,42 0,47 0,48 3 0,55 0,59 0,59 0,43 0,48 0,49 4 0,55 0,59 0,6 0,43 0,48 0,5 5 0,55 0,59 0,6 0,42 0,48 0,5 6 0,55 0,59 0,6 0,42 0,48 0,51 7 0,55 0,59 0,6 0,42 0,48 0,52 *Сравнительный пример

Изобретение относится к ловушке NO_x для выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания и способу обработки выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания. Ловушка NO_x включает подложку, первый слой, содержащий первый металл платиновой группы, первый компонент аккумулирования NO_x и первый носитель, второй слой, содержащий второй металл платиновой группы, второй компонент аккумулирования NO_x и второй носитель, и третий слой, содержащий родий и третий носитель, где первый слой характеризуется уровнем введения металла платиновой группы, который находится в диапазоне от 1 до 40 процентов от уровня введения металла платиновой группы во второй слой, при этом первый компонент аккумулирования NO_x и второй компонент аккумулирования NO_x являются идентичными, и идентичными являются первый носитель и второй носитель. Изобретение обеспечивает снижение подверженности дезактивации в ходе десульфатизации/регенерации ловушки NO_x. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

1. Ловушка NO_x, включающая подложку и:

(а) первый слой, содержащий первый металл платиновой группы, первый компонент аккумулирования NO_x и первый носитель;

(b) второй слой, содержащий второй металл платиновой группы, второй компонент аккумулирования NO_x и второй носитель; и

(с) третий слой, содержащий родий и третий носитель,

где первый слой характеризуется уровнем введения металла платиновой группы, который находится в диапазоне от 1 до 40 процентов от уровня введения металла платиновой группы во второй слой, при этом первый компонент аккумулирования NO_x и второй компонент аккумулирования NO_x являются идентичными, и идентичными являются первый носитель и второй носитель.

2. Ловушка NO_x по п. 1, где подложка представляет собой проточный монолит.

3. Ловушка NO_x по п. 1, где на подложке размещают первый слой, на первом слое размещают второй слой, а на втором слое размещают третий слой.

4. Ловушка NO_x по п. 1, где первый металл платиновой группы выбирают из группы, состоящей из палладия, платины, золота или их смесей.

5. Ловушка NO_x по п. 1, где второй металл платиновой группы выбирают из группы, состоящей из палладия, платины, золота или их смесей.

6. Ловушка NO_x по п. 1, где первый металл платиновой группы и второй металл платиновой группы являются идентичными.

7. Ловушка NO_x по п. 1, где первый носитель и второй носитель выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида магния, диоксида церия, оксида ниобия, оксидов тантала, оксидов молибдена, оксидов вольфрама и их смешанных оксидов или композитных оксидов.

8. Ловушка NO_x по п. 1, где первый компонент аккумулирования NO_x и второй компонент аккумулирования NO_x содержат щелочноземельный металл, щелочной металл, редкоземельный металл или их смеси.

9. Ловушка NO_x по п. 8, где первый компонент аккумулирования NO_x и второй компонент аккумулирования NO_x содержат барий, церий или их смеси.

10. Ловушка NO_x по п. 1, где третий носитель выбирают из группы, состоящей из оксида церия, смешанного оксида церия-циркония или оксида алюминия, стабилизированного при использовании редкоземельного, щелочноземельного или переходного металла.

11. Ловушка NO_x по п. 1, где уровень введения металла платиновой группы в первый слой находится в диапазоне от 5 до 30 процентов от уровня введения металла платиновой группы во второй слой.

12. Выхлопная система двигателей внутреннего сгораний, включающая ловушку NO_x по п. 1.

13. Выхлопная система по п. 12, дополнительно содержащая катализатор окисления, сажевый фильтр или их комбинации.

14. Способ обработки выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания, включающий введение выхлопных газов в контакт с ловушкой NO_x по п. 1.