ВЫХЛОПНАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ ПАССИВНЫЙ NO-АДСОРБЕР Российский патент 2020 года по МПК F01N3/08 F01N3/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к выхлопной системе для двигателя, работающего на бедной смеси. Изобретение также относится к способу применения выхлопной системы для обработки выхлопного газа, создаваемого работающим на бедной смеси двигателем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Работающие на бедной смеси двигатели, такие как дизельные двигатели, выделяют продукты сгорания с выхлопным газом, который, как правило, содержит по меньшей мере четыре класса загрязняющих веществ, которые запрещены межправительственными организациями по всему миру: монооксид углерода (СО), несгоревшие углеводороды (HC), оксиды азота (NO_x) и твердые частицы (PM).

Существуют разнообразные устройства регулирования выбросов для обработки оксидов азота (NO_x). Например, эти устройства включают катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM), катализатор обедненного NO_x [например, SCR-катализатор для углеводородов (HC)], ловушку обедненного NO_x (LNT) [также известную как катализатор удерживания NO_x (NSC)], и пассивный NO_x-адсорбер (PNA).

SCR-катализаторы или катализаторы SCRF^TM обычно обеспечивают высокие степени производительности в обработке NO_x восстановлением, как только они достигают своей номинальной рабочей температуры. Однако эти катализаторы или устройства могут быть относительно неэффективными ниже их номинальной рабочей температуры, а именно, когда производился пуск холодного двигателя (период «холодного пуска»), или в течение длительного периода времени он работал на холостом ходу.

Устройством регулирования выбросов еще одного распространенного типа для сокращения или предотвращения выбросов NO_x является ловушка обедненного NO_x (LNT). Во время нормального эксплуатационного режима работающий на бедной смеси двигатель выделяет продукты сгорания с выхлопным газом, имеющим «обедненный» состав. LNT способна удерживать или улавливать оксиды азота (NO_x), которые присутствуют в «обедненных» выбросах выхлопного газа. LNT удерживает или улавливает NO_x, присутствующие в выбросах выхлопного газа, в результате химической реакции между NO_x и удерживающим NO_x компонентом в LNT с образованием неорганического нитрата. Количество NO_x, которое может удерживаться в LNT, ограничено количеством наличествующего удерживающего NO_x компонента. Со временем становится необходимым высвобождение накопленного NO_x из удерживающего NO_x компонента в LNT, в идеальном случае, когда находящийся ниже по потоку катализатор SCR или SCRF^TM достигает своей номинальной рабочей температуры. Высвобождение удерживаемого NO_x из LNT обычно достигается при эксплуатации работающего на бедной смеси двигателя в обогащенных условиях для образования выбросов выхлопного газа, имеющего «обогащенный» состав. В этих условиях неорганические нитраты удерживающего NO_x компонента разлагаются с выделением NO_x. Стадия высвобождения удерживаемого NO_x из LNT в условиях обогащенного выхлопного газа известна как продувка, или регенерация, LNT. Недостатком LNT-устройств является то, что они склонны проявлять плохую эффективность удерживания NO_x при низких температурах.

Относительно новым типом устройства регулирования выбросов для NO_x является пассивный NO_x-адсорбер (PNA). PNA-устройства способны удерживать или адсорбировать NO_x при относительно низких температурах выхлопного газа (например, менее 200°С), обычно адсорбцией, и высвобождать NO_x при высоких температурах. Механизм удерживания и высвобождения NO_x в PNA контролируется термически, в отличие от LNT-устройств, в случае которых для высвобождения удерживаемого NO_x требуется продувка в обогащенных условиях.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к выхлопной системе, включающей пассивный NO_x-адсорбер (PNA) специального типа, а именно, пассивный NO_x-адсорбер (PNA), включающий молекулярно-ситовый катализатор. Было найдено, что PNA этого типа способен удерживать NO_x при низкой температуре, обычно при температуре, которая является гораздо более низкой, чем температура удерживания NO_x в LNT. Такая низкая температура удерживания NO_x является благоприятной, когда работающий на бедной смеси двигатель был запущен в холодном состоянии (период «холодного пуска»), или в течение длительного периода времени работал на холостом ходу. Введением как PNA, так и LNT в выхлопную систему можно удерживать NO_x в более широком диапазоне температур.

Однако было обнаружено, что активность в удерживании NO_x PNA, включающего молекулярно-ситовый катализатор, может ухудшаться, когда PNA подвергается воздействию выхлопного газа с обогащенным составом. Продувка в обогащенных условиях, которая используется для стимулирования высвобождения NO_x из LNT, может ухудшать активность PNA в отношении удерживания NO_x. Изобретение основывается на выявлении этой проблемы и представляет ее разрешение.

Изобретение представляет выхлопную систему для обработки выхлопного газа, образуемого работающим на бедной смеси двигателем. Выхлопная система включает:

(i) катализатор NO_x-абсорбера, включающий молекулярно-ситовый катализатор, размещенный на подложке, в котором молекулярно-ситовый катализатор содержит благородный металл и молекулярное сито, причем молекулярное сито содержит благородный металл;

(ii) устройство для введения углеводородов в выхлопной газ; и

(iii) ловушку обедненного NO_x;

причем катализатор NO_x-абсорбера находится выше по потоку относительно как от устройства для введения углеводородов в выхлопной газ, так и от ловушки обедненного NO_x.

Кроме того, изобретение относится к транспортному средству. Транспортное средство включает работающий на бедной смеси двигатель и выхлопную систему согласно изобретению.

Изобретение также относится к способу обработки выхлопного газа из работающего на бедной смеси двигателя. Как правило, способ предусматривает пропускание выхлопного газа, образованного работающим на бедной смеси двигателем, через выхлопную систему согласно изобретению.

Дополнительно или альтернативно, способ согласно изобретению включает:

(а) контактирование выхлопного газа, образованного работающим на бедной смеси двигателем, с катализатором NO_x-абсорбера, включающим молекулярно-ситовый катализатор, размещенный на подложке, в котором молекулярно-ситовый катализатор содержит благородный металл и молекулярное сито, причем молекулярное сито содержит благородный металл;

(b) контактирование выхлопного газа из катализатора NO_x-абсорбера с ловушкой обедненного NO_x; и

(с) периодическую регенерацию ловушки обедненного NO_x введением углеводородов в выхлопной газ после катализатора NO_x-абсорбера или из него.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигуры 1 и 2 представляет обобщенные изображения выхлопных систем в соответствии с изобретением. В каждой из Фигур левая сторона представляет впускной конец подложки, и правая сторона представляет выпускной конец подложки.

Фигура 1 показывает выхлопную систему, включающую катализатор (10) NO_x-абсорбера, инжектор (20) и ловушку (30) обедненного NO_x. Выхлопной газ (1), образованный работающим на бедной смеси двигателем, контактирует с катализатором (10) NO_x-абсорбера. Выхлопной газ (2) из катализатора (10) NO_x-абсорбера контактирует с ловушкой (30) обедненного NO_x. Инжектор (20) может вводить углеводороды в выхлопной газ (2) после того, как он пропущен через катализатор (10) NO_x-абсорбера.

Фигура 2 показывает выхлопную систему, включающую катализатор (10) NO_x-абсорбера, инжектор (20), ловушку (30) обедненного NO_x, и устройство (40) регулирования выбросов, которое представляет собой либо катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), либо катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM). Необязательно может присутствовать второй инжектор (50). Выхлопной газ (1), образованный работающим на бедной смеси двигателем, контактирует с катализатором (10) NO_x-абсорбера. Выхлопной газ (2) из катализатора (10) NO_x-абсорбера контактирует с ловушкой (30) обедненного NO_x. Инжектор (20) может вводить углеводороды в выхлопной газ (2) после того, как он пропущен через катализатор (10) NO_x-абсорбера. Выхлопной газ (3) из ловушки (30) обедненного NO_x контактирует с устройством (40) регулирования выбросов. Когда он присутствует, инжектор (50) может вводить азотсодержащий восстановитель в выхлопной газ (3) после того, как он прошел через ловушку (30) обедненного NO_x.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теперь настоящее изобретение будет описано дополнительно. Нижеследующие разделы относятся к различным частям выхлопной системы и определяют каждую часть более подробно. Каждая часть или аспект изобретения, описанные таким образом, могут быть объединены с любой другой частью или аспектом изобретения, если четко не оговаривается иное. В частности, любой признак, указанный как предпочтительный или благоприятный, может быть объединен с любым другим признаком или признаками, указанными как предпочтительные или благоприятные.

Катализатор NO_x-абсорбера

Катализатор NO_x-абсорбера в выхлопной системе согласно изобретению предназначен для применения в качестве пассивного NO_x-абсорбера (PNA).

Катализатор NO_x-абсорбера включает, или по существу состоит из него, молекулярно-ситовый катализатор, содержащий благородный металл и молекулярное сито, причем молекулярное сито содержит благородный металл, и подложку, имеющую впускной конец и выпускной конец.

Молекулярно-ситовый катализатор включает благородный металл и молекулярное сито. Молекулярно-ситовый катализатор представляет собой катализатор пассивного NO_x-абсорбера (PNA) (то есть, он имеет PNA-активность). Молекулярно-ситовый катализатор может быть получен согласно способу, описанному в патентном документе WO 2012/166868.

Благородный металл обычно выбирается из группы, состоящей из палладия (Pd), платины (Pt), родия (Rh), золота (Au), серебра (Ag), иридия (Ir), рутения (Ru), и смесей двух или более из них. Благородный металл предпочтительно выбирается из группы, состоящей из палладия (Pd), платины (Pt) и родия (Rh). Более предпочтительно, благородный металл выбирается из палладия (Pd), платины (Pt), и их смеси.

Как правило, предпочтительно, чтобы благородный металл включал палладий (Pd) или состоял из него, и, необязательно, второй металл, выбранный из группы, состоящей из платины (Pt), родия (Rh), золота (Au), серебра (Ag), иридия (Ir) и рутения (Ru). Благородный металл предпочтительно включает, или состоит из них, палладий (Pd) и, необязательно, второй металл, выбранный из группы, состоящей из платины (Pt) и родия (Rh). Благородный металл еще более предпочтительно включает, или состоит из них, палладий (Pd) и, необязательно, платину (Pt). Молекулярно-ситовый катализатор более предпочтительно включает в качестве благородного металла только палладий.

Когда благородный металл включает, или состоит из них, палладий (Pd) и второй металл, тогда массовое отношение палладия (Pd) ко второму металлу составляет >1:1. Массовое отношение палладия (Pd) ко второму металлу более предпочтительно составляет >1:1, и молярное отношение палладия (Pd) ко второму металлу составляет >1:1.

Кроме того, молекулярно-ситовый катализатор может включать неблагородный металл. Так, молекулярно-ситовый катализатор может включать, или по существу состоять из них, благородный металл, молекулярное сито и, необязательно, неблагородный металл. Молекулярное сито содержит благородный металл и, необязательно, неблагородный металл.

Неблагородный металл может быть выбран из группы, состоящей из железа (Fe), меди (Cu), марганца (Mn), хрома (Cr), кобальта (Со), никеля (Ni), цинка (Zn) и олова (Sn), а также смесей двух или более из них. Неблагородный металл предпочтительно выбирается из группы, состоящей из железа, меди и кобальта, более предпочтительно из железа и меди. Еще более предпочтительно, неблагородный металл представляет собой железо.

В альтернативном варианте, молекулярно-ситовый катализатор может по существу не содержать неблагородный металл, такой как неблагородный металл, выбранный из группы, состоящей из железа (Fe), меди (Cu), марганца (Mn), хрома (Cr), кобальта (Со), никеля (Ni), цинка (Zn) и олова (Sn), а также смесей двух или более из них. Таким образом, молекулярно-ситовый катализатор может не включать неблагородный металл.

Как правило, предпочтительно, чтобы молекулярно-ситовый катализатор не содержал неблагородный металл.

Может быть предпочтительным, чтобы молекулярно-ситовый катализатор по существу не содержал барий (Ва), более предпочтительно, молекулярно-ситовый катализатор по существу не содержит щелочноземельный металл. Таким образом, молекулярно-ситовый катализатор может не включать барий, предпочтительно молекулярно-ситовый катализатор не содержит щелочноземельный металл.

Молекулярное сито обычно состоит из алюминия, кремния и/или фосфора. Как правило, молекулярное сито имеет трехмерную структуру (например, каркас) из SiО₄, AlО₄ и/или РО₄, которые соединены обобществленными атомами кислорода. Молекулярное сито может иметь анионный каркас. Заряд анионного каркаса может быть нейтрализован катионами, такими как катионы щелочных и/или щелочноземельных элементов (например, Na, K, Mg, Ca, Sr и Ва), катионы аммония и/или протоны.

Как правило, молекулярное сито имеет алюмосиликатный каркас, алюмофосфатный каркас или силикоалюмофосфатный каркас. Молекулярное сито может иметь алюмосиликатный каркас или алюмофосфатный каркас. Предпочтительно, чтобы молекулярное сито имело алюмосиликатный каркас или силикоалюмофосфатный каркас. Молекулярное сито более предпочтительно имеет алюмосиликатный каркас.

Когда молекулярное сито имеет алюмосиликатный каркас, тогда молекулярное сито предпочтительно представляет собой цеолит.

Молекулярное сито содержит благородный металл. Благородный металл обычно нанесен на молекулярное сито. Например, благородный металл может быть введен в молекулярное сито или нанесен на него, например, ионным обменом. Таким образом, молекулярно-ситовый катализатор может включать, или по существу состоять из них, благородный металл и молекулярное сито, причем молекулярное сито содержит благородный металл, и причем благородный металл введен в молекулярное сито и/или нанесен на него ионным обменом.

Как правило, молекулярное сито может представлять собой металл-замещенное молекулярное сито (например, металл-замещенное молекулярное сито, имеющее алюмосиликатный каркас или алюмофосфатный каркас). Металл замещенного металлом молекулярного сита может быть благородным металлом (например, молекулярное сито представляет собой замещенное благородным металлом молекулярное сито). Таким образом, содержащее благородный металл молекулярное сито может представлять собой замещенное благородным металлом молекулярное сито. Когда молекулярно-ситовый катализатор включает неблагородный металл, тогда молекулярное сито может представлять собой замещенное благородным металлом и неблагородным металлом молекулярное сито. Во избежание неясности, термин «металл-замещенный» распространяется на термин «образованный ионным обменом».

Как правило, молекулярно-ситовый катализатор имеет по меньшей мере 1% по весу (то есть, количество благородного металла относительно количества молекулярно-ситового катализатора) благородного металла, размещенного внутри пор молекулярного сита, предпочтительно по меньшей мере 5% по весу, более предпочтительно по меньшей мере 10% по весу, такое как по меньшей мере 25% по весу, еще более предпочтительно по меньшей мере 50% по весу.

Молекулярное сито может быть выбрано из мелкопористого молекулярного сита (то есть, молекулярного сита, имеющего максимальный размер цикла из восьми тетраэдрических атомов), среднепористого молекулярного сита (то есть, молекулярного сита, имеющего максимальный размер цикла из десяти тетраэдрических атомов), и крупнопористого молекулярного сита (то есть, молекулярного сита, имеющего максимальный размер цикла из двенадцати тетраэдрических атомов). Молекулярное сито более предпочтительно выбирается из мелкопористого молекулярного сита и среднепористого молекулярного сита.

В первом варианте исполнения молекулярно-ситового катализатора, молекулярное сито представляет собой мелкопористое молекулярное сито. Мелкопористое молекулярное сито предпочтительно имеет каркас типа, выбранного из группы, состоящей из ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG и ZON, а также смеси или сростки любых двух или более из них. Сростка предпочтительно выбирается из KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI-CHA и AEI-SAV. Мелкопористое молекулярное сито более предпочтительно имеет каркас типа, который представляет собой AEI, CHA или сростку AEI-CHA. Мелкопористое молекулярное сито еще более предпочтительно имеет каркас типа, который представляет собой AEI или CHA, в особенности, AEI.

Мелкопористое молекулярное сито предпочтительно имеет алюмосиликатный каркас или силикоалюмофосфатный каркас. Мелкопористое молекулярное сито более предпочтительно имеет алюмосиликатный каркас (то есть, молекулярное сито представляет собой цеолит), в особенности, когда мелкопористое молекулярное сито имеет каркас типа AEI, CHA или сростку AEI-CHA, в частности, AEI или CHA.

Во втором варианте исполнения молекулярно-ситового катализатора, молекулярное сито имеет каркас типа, выбранного из группы, состоящей из AEI, MFI, EMT, ERI, MOR, FER, BEA, FAU, CHA, LEV, MWW, CON и EUO, а также смесей любых двух или более из них.

В третьем варианте исполнения молекулярно-ситового катализатора, молекулярное сито представляет собой среднепористое молекулярное сито. Среднепористое молекулярное сито предпочтительно имеет каркас типа, выбранного из группы, состоящей из MFI, FER, MWW и EUO, более предпочтительно MFI.

В четвертом варианте исполнения молекулярно-ситового катализатора, молекулярное сито представляет собой крупнопористое молекулярное сито. Крупнопористое молекулярное сито предпочтительно имеет каркас типа, выбранного из группы, состоящей из CON, BEA, FAU, MOR и EMT, более предпочтительно BEA.

В каждом из вариантов исполнения молекулярно-ситового катализатора от первого до четвертого молекулярное сито предпочтительно имеет алюмосиликатный каркас (например, молекулярное сито представляет собой цеолит). Каждое из вышеупомянутых трехбуквенных кодовых обозначений представляет тип каркаса в соответствии с указаниями «IUPAC Commission on Zeolite Nomenclature» и/или «Structure Commission of the International Zeolite Association».

В любом из вариантов исполнения молекулярно-ситового катализатора от первого до четвертого, может быть в особенности предпочтительным, чтобы молекулярное сито (например, крупнопористое, среднепористое или мелкопористое) имело каркас, который не является сросткой по меньшей мере двух различных типов каркаса.

Молекулярное сито обычно имеет молярное отношение оксида кремния к оксиду алюминия (SAR) от 10 до 200 (например, от 10 до 40), такое как от 10 до 100, более предпочтительно от 15 до 80 (например, от 15 до 30). Значение SAR обычно относится к молекулярному ситу, имеющему алюмосиликатный каркас (например, цеолиту), или силикоалюмофосфатный каркас, предпочтительно алюмосиликатный каркас (например, цеолит).

Молекулярно-ситовый катализатор в первом, третьем и четвертом вариантах исполнения молекулярно-ситового катализатора (и также для некоторых из типов каркаса во втором варианте исполнения молекулярно-ситового катализатора), в частности, когда молекулярное сито представляет собой цеолит, может иметь инфракрасный спектр, имеющий характеристический пик поглощения в диапазоне от 750 см^-1 до 1050 см^-1 (в дополнение к полосам поглощения для самого молекулярного сита). Характеристический пик поглощения предпочтительно находится в диапазоне от 800 см^-1 до 1000 см^-1, более предпочтительно в диапазоне от 850 см^-1 до 975 см^-1.

Было найдено, что молекулярно-ситовый катализатор в первом варианте исполнения молекулярно-ситового катализатора имеет благоприятную активность пассивного NO_x-адсорбера (PNA). Молекулярно-ситовый катализатор может быть использован для удерживания NO_x, когда температуры выхлопного газа являются относительно низкими, такими как вскоре после пуска работающего на бедной смеси двигателя. Удерживание NO_x молекулярно-ситовым катализатором происходит при низких температурах (например, менее 200°С). Когда работающий на бедной смеси двигатель прогревается, температура выхлопного газа повышается, и также будет возрастать температура молекулярно-ситового катализатора. При этих более высоких температурах (например, 200°С или выше) молекулярно-ситовый катализатор будет высвобождать адсорбированный NO_x.

Также было неожиданно найдено, что молекулярно-ситовый катализатор, в частности, молекулярно-ситовый катализатор во втором варианте исполнения молекулярно-ситового катализатора, имеет активность катализатора холодного пуска. Такая активность может сокращать выбросы во время периода холодного пуска поглощением NO_x и углеводородов (HC) при относительно низких температурах выхлопного газа (например, менее 200°С). Поглощенные NO_x и/или HC могут высвобождаться, когда температура молекулярно-ситового катализатора становится близкой к номинальной температуре других компонентов катализатора или превышает ее, или устройств регулирования выбросов, для окисления NO и/или HC.

Катализатор NO_x-абсорбера предпочтительно не включает удерживающий кислород материал, в частности, удерживающий кислород материал, который включает, или по существу состоит из них, оксид церия (например, СеО₂) и/или соединение марганца, каковое соединение марганца включает, или состоит из них, оксид марганца (например, MnО, Mn₂О₃, MnО·Mn₂О₃ [иногда описываемый как Mn₃О₄], и/или MnО₂), или алюминат марганца (MnAl₂O₄).

Во избежание неясности, катализатор NO_x-абсорбера не является ловушкой обедненного NO_x.

Как правило, катализатор NO_x-абсорбера по существу не содержит родий и/или удерживающий NO_x компонент, включающий, или по существу состоящий из них, оксид, карбонат или гидроксид щелочного металла, щелочноземельного металла и/или редкоземельного металла. Катализатор NO_x-абсорбера более предпочтительно не содержит родий и/или удерживающий NO_x компонент, включающий, или по существу состоящий из них, оксид, карбонат или гидроксид щелочного металла, щелочноземельного металла и/или редкоземельного металла.

Может быть предпочтительным, что катализатор NO_x-абсорбера по существу не содержит платину. Катализатор NO_x-абсорбера более предпочтительно не содержит платину.

Катализатор NO_x-абсорбера предпочтительно не включает SCR-катализатор (например, область, содержащую SCR-катализатор), в частности, SCR-катализатор, содержащий металл, выбранный из группы, состоящей из церия (Се), хрома (Cr), кобальта (Со), меди (Cu), железа (Fe), марганца (Mn), молибдена (Mo), никеля (Ni), вольфрама (W), ванадия (V), или комбинации любых двух из них.

Как правило, катализатор NO_x-абсорбера имеет общее содержание благородного металла (то есть, молекулярно-ситового катализатора, в частности, в первой области) ≥1 г·фут^-3 (0,035 г/дм³), предпочтительно >1 г·фут^-3 (0,035 г/дм³), и более предпочтительно >2 г·фут^-3 (0,07 г/дм³).

Катализатор NO_x-абсорбера, предпочтительно первая область катализатора NO_x-абсорбера, обычно имеет общее содержание благородного металла от 1 до 250 г·фут^-3 (0,035-8,83 г/дм³), предпочтительно от 5 до 150 г·фут^-3 (0,18-5,3 г/дм³), более предпочтительно от 10 до 100 г·фут^-3 (0,35-3,53 г/дм³). Количество благородного металла в молекулярно-ситовом катализаторе может влиять на его активность в отношении удерживания NO_x.

Катализатор NO_x-абсорбера может содержать каталитические материалы для придания дополнительной функциональности, такой как функциональность в отношении окисления монооксида углерода (СО) и/или несгоревших углеводородов (HC).

Как правило, катализатор NO_x-абсорбера может включать первую область, содержащую молекулярно-ситовый катализатор, и вторую область, содержащую металл платиновой группы (PGM) и материал подложки. Материал подложки обычно представляет собой нецеолитный материал подложки.

Катализатор NO_x-абсорбера согласно изобретению может включать вторую область для окисления монооксида углерода (СО), и/или углеводородов (HC), и/или оксида азота (NО). Во избежание неопределенности, первая область отличается (то есть, имеет иной состав) от второй области.

Вторая область включает, или по существу состоит из них, металл платиновой группы (PGM) и материал подложки. Предпочтительно, чтобы металл платиновой группы (PGM) выбирался из группы, состоящей из платины, палладия и комбинации платины и палладия. Вторая область более предпочтительно включает платину, или только платину или комбинацию платины и палладия в качестве металла(-ов) платиновой группы. Таким образом, вторая область предпочтительно не включает один или многие другие металлы платиновой группы, такие как рутений (Ru), родий (Rh), осмий (Os) и/или иридий (Ir).

Когда вторая область включает платину и палладий, тогда платина и палладий могут представлять собой сплав платины и палладия, предпочтительно биметаллический сплав платины и палладия.

Вторая область обычно имеет общее содержание PGM от 5 до 300 г·фут^-3 (0,17-10,6 г/дм³). Предпочтительно, что вторая область имеет общее содержание PGM от 10 до 250 г·фут^-3 (0,35-8,83 г/дм³) (например, от 75 до 175 г·фут^-3 (2,65-6,18 г/дм³)), более предпочтительно от 15 до 200 г·фут^-3 (0,53-7,06 г/дм³) (например, от 50 до 150 г·фут^-3 (1,77-5,3 г/дм³)), еще более предпочтительно от 20 до 150 г·фут^-3 (0,7-5,3 г/дм³).

Когда вторая область включает платину и палладий, тогда вторая область обычно имеет весовое отношение платины к палладию от 20:1 до 1:20 (например, от 15:1 до 1:15), предпочтительно от 10:1 до 1:10 (например, от 7,5:1 до 1:7,5), более предпочтительно от 6:1 до 1:6 (например, от 3:1 до 1:3), и еще более предпочтительно от 2,5:1 до 1:1.

Когда вторая область включает платину и палладий, предпочтительно, что вторая область имеет общий вес платины, который является бóльшим или равным общему весу палладия (например, отношение Pt:Pd по весу составляет ≥1:1).

Таким образом, вторая область может иметь весовое отношение платины к палладию от 20:1 до 1:1 (например, от 15:1 до 1,1:1), более предпочтительно от 10:1 до 1,25:1 (например, от 8:1 до 1,5:1), и еще более предпочтительно от 6:1 до 2:1.

Вторая область предпочтительно имеет общий вес платины, который превышает общий вес палладия (например, отношение Pt:Pd по весу составляет >1:1). Отношение платины к палладию по общему весу, как правило, составляет ≥2:1 (например, Pt:Pd от 1:0 до 2:1), более предпочтительно ≥4:1 (например, Pt:Pd от 1:0 до 4:1). Благоприятная активность в отношении окисления NО может быть получена, когда общий вес платины является бóльшим или равным общему весу палладия в первой области.

Как правило, металл платиновой группы (PGM) размещается на материале подложки или нанесен на него. PGM может быть размещен непосредственно на материале подложки или непосредственно нанесен на него (например, отсутствует промежуточный несущий материал между PGM и материалом подложки). Например, PGM может быть диспергирован на материале подложки.

Когда вторая область включает платину и палладий, тогда платина может быть размещена на материале подложки или нанесена на него, и/или палладий может быть размещен на материале подложки или нанесен на него. Предпочтительно, чтобы как платина, так и палладий были размещены на материале подложки или нанесены на него (то есть, один и тот же материал подложки используется как для платины, так и для палладия).

Когда вторая область включает платину и палладий, тогда вторая область может включать несущий платину материал (например, материал носителя, на который нанесена платина), и несущий палладий материал (например, материал носителя, на который нанесен палладий). Несущий платину материал предпочтительно представляет собой нецеолитный материал подложки. Несущий палладий материал предпочтительно представляет собой нецеолитный материал подложки.

Поэтому вторая область включает, или по существу состоит из них, платину, палладий, материал носителя для платины и материал носителя для палладия. Платина может размещена на материале носителя для платины или нанесена на него, и палладий может быть размещен на материале носителя для палладия или нанесен на него. Материал носителя для платины и материал носителя для палладия предпочтительно являются различными (например, с различным составом).

Может быть предпочтительным, что вторая область по существу не содержит палладий, в частности, по существу не содержит палладий (Pd), размещенный на материале подложки или нанесенный на него. Вторая область более предпочтительно не содержит палладий, в частности, палладий, размещенный на материале подложки или нанесенный на него. Присутствие палладия, в частности, в большом количестве, во второй области может быть вредным для активности в отношении окисления NO.

Как правило, материал подложки включает огнеупорный оксид, или по существу состоит из него. Огнеупорные оксиды, пригодные для применения в качестве каталитического компонента катализатора окисления для работающего на бедной смеси двигателя, хорошо известны в технологии.

Огнеупорные оксиды обычно выбираются из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, и их смешанного или сложного оксида, такого как смешанный или сложный оксид из двух или более из них. Например, огнеупорный оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида кремния-оксида алюминия, оксида титана-оксида алюминия, оксида циркония-оксида алюминия, оксида титана-оксида кремния, оксида циркония-оксида кремния, оксида циркония-оксида титана, и оксида алюминия-оксида магния.

Материал подложки, или его огнеупорный оксид, необязательно может быть легирован (например, легирующей добавкой). Легирующая добавка может быть выбрана из группы, состоящей из циркония (Zr), титана (Ti), кремния (Si), иттрия (Y), лантана (La), празеодима (Pr), самария (Sm), неодима (Nd), и их оксида.

Как правило, материал носителя для палладия включает огнеупорный оксид, или по существу состоит из него. Материал носителя для палладия, или его огнеупорный оксид, может представлять собой материал подложки или огнеупорный оксид, как здесь определено.

Как правило, материал носителя для платины включает огнеупорный оксид, или по существу состоит из него. Материал носителя для платины, или его огнеупорный оксид, может представлять собой материал подложки или огнеупорный оксид, как здесь определено. Когда вторая область включает материал носителя для платины, то предпочтительно, чтобы материал носителя для платины или его огнеупорный оксид включал, или по существу состоял из него, оксид алюминия, причем оксид алюминия необязательно легирован легирующей добавкой, такой как описано выше. Когда материал носителя для платины включает легированный легирующей добавкой оксид алюминия, предпочтительно, чтобы легирующая добавка включала, или по существу состояла из них, кремний, магний, церий, лантан, или их оксид, более предпочтительно кремний или его оксид.

Вторая область может иметь количество материала подложки (например, общее количество материала подложки, и, когда присутствуют, материал носителя для платины и материал носителя для палладия) от 0,1 до 4,5 г·дюйм^-3 (6,1-274,6 г/дм³) (например, от 0,25 до 4,2 г·дюйм^-3 (15,3-256,3 г/дм³)), предпочтительно от 0,3 до 3,8 г·дюйм^-3 (18,3-231,9 г/дм³), еще более предпочтительно от 0,5 до 3,0 г·дюйм^-3 (30,5-183,1 г/дм³) (от 1 до 2,75 г·дюйм^-3 (61,02-167,8 г/дм³) или от 0,75 до 1,5 г·дюйм^-3 (45,8-91,5 г/дм³)), и даже более предпочтительно от 0,6 до 2,5 г·дюйм^-3 (36,6-152,6 г/дм³) (например, от 0,75 до 2,3 г·дюйм^-3 (45,8-140,4 г/дм³)).

Вторая область может дополнительно включать поглощающий углеводороды адсорбентный материал.

Как правило, поглощающий углеводороды адсорбентный материал может представлять собой цеолит. Предпочтительно, чтобы цеолит представлял собой среднепористый цеолит (например, цеолит, имеющий максимальный размер цикла из десяти тетраэдрических атомов) или крупнопористый цеолит (например, цеолит, имеющий максимальный размер цикла из двенадцати тетраэдрических атомов). Может быть предпочтительным, что цеолит не является мелкопористым цеолитом (например, цеолитом, имеющим максимальный размер цикла из восьми тетраэдрических атомов).

Примеры пригодных цеолитов или типов цеолитов включают фоязит, клиноптилолит, морденит, силикалит, ферриерит, цеолит типа X, цеолит типа Y, сверхстабильный цеолит Y, AEI-цеолит, цеолит ZSM-5, цеолит ZSM-12, цеолит ZSM-20, цеолит ZSM-34, цеолит CHA, цеолит SSZ-3, цеолит SAPO-5, оффретит, бета-цеолит или Cu-CHA-цеолит. Цеолит предпочтительно представляет собой ZSM-5, бета-цеолит или цеолит типа Y.

Когда вторая область включает поглощающий углеводороды адсорбент, общее количество поглощающего углеводороды адсорбента составляет от 0,05 до 3,00 г·дюйм^-3 (3,1-183,1 г/дм³), в частности, от 0,10 до 2,00 г·дюйм^-3 (6,1-122,1 г/дм³), более предпочтительно от 0,2 до 1,0 г·дюйм^-3 (12,2-61 г/дм³). Например, общее количество поглощающего углеводороды адсорбента может составлять от 0,8 до 1,75 г·дюйм^-3 (48,8-106,8 г/дм³), такое как от 1,0 до 1,5 г·дюйм^-3 (61-91,5 г/дм³).

В некоторых вариантах применения может быть в общем предпочтительным, чтобы вторая область по существу не содержала поглощающий углеводороды адсорбент, в частности, цеолит. Так, вторая область может не содержать поглощающий углеводороды адсорбентный материал.

Кроме того, может быть предпочтительным, что вторая область по существу не включает молекулярно-ситовый катализатор, такой как описанный здесь выше молекулярно-ситовый катализатор. Таким образом, вторая область может не содержать молекулярно-ситовый катализатор.

Дополнительно или альтернативно, вторая область может по существу не содержать родий, и/или щелочный металл, и/или щелочноземельный металл, в особенности щелочный металл и/или щелочноземельный металл, размещенный на материале подложки или нанесенный на него. Таким образом, вторая область может не содержать родий, и/или щелочный металл, и/или щелочноземельный металл, в частности, щелочный металл и/или щелочноземельный металл, размещенный на материале подложки или нанесенный на него.

Первая область и/или вторая область могут быть размещены на подложке или нанесены на нее.

Первая область может быть размещена непосредственно на подложке (то есть, первая область находится в контакте с поверхностью подложки). Вторая область может быть:

(а) размещена на первой области или нанесена на нее; и/или

(b) размещена непосредственно на подложке [то есть вторая область находится в контакте с поверхностью подложки]; и/или

(с) в контакте с первой областью [то есть, вторая область является смежной с первой областью или примыкает к ней].

Когда вторая область размещена непосредственно на подложке, тогда часть или доля второй области может быть в контакте с первой областью, или первая область и вторая область могут быть разделены (например, зазором).

Когда вторая область размещена на первой области или нанесена на нее, вся вторая область или ее часть предпочтительно размещается непосредственно на первой области (то есть, вторая область находится в контакте с поверхностью первой области). Вторая область может представлять собой второй слой, и первая область может быть первым слоем.

Может быть предпочтительным, что только доля или часть второй области размещена на первой области или нанесена на нее. Таким образом, вторая область не полностью перекрывается с первой областью или покрывает ее.

В дополнение или в качестве альтернативы, вторая область может быть размещена непосредственно на подложке (то есть, вторая область находится в контакте с поверхностью подложки). Первая область может быть:

(i) размещена на второй области или нанесена на нее; и/или

(ii) размещена непосредственно на подложке [то есть, первая область находится в контакте с поверхностью подложки]; и/или

(iii) в контакте со второй областью [то есть, первая область является смежной со второй областью или примыкает к ней].

Когда первая область размещена непосредственно на подложке, тогда часть или доля первой области может быть в контакте со второй областью, или первая область и вторая область могут быть разделены (например, зазором).

Когда первая область размещена на второй области или нанесена на нее, вся первая область или ее часть предпочтительно размещается непосредственно на второй области (то есть, первая область находится в контакте с поверхностью второй области). Первая область может представлять собой первый слой, и вторая область может представлять собой второй слой.

Как правило, первая область может представлять собой первый слой или первую зону. Когда первая область представляет собой первый слой, тогда предпочтительно, что первый слой является протяженным по всей длине (то есть, по существу по всей длине) подложки, в частности, всей длине каналов монолитной подложки. Когда первая область представляет собой первую зону, тогда первая зона обычно имеет длину от 10 до 90% длины подложки (например, от 10 до 45%), предпочтительно от 15 до 75% длины подложки (например, от 15 до 40%), более предпочтительно от 20 до 70% (например, от 30 до 65%, такую как от 25 до 45%) длины подложки, еще более предпочтительно от 25 до 65% (например, от 35 до 50%).

Как правило, вторая область может представлять собой второй слой или вторую зону. Когда вторая область представляет собой второй слой, тогда предпочтительно, что второй слой является протяженным по всей длине (то есть, по существу по всей длине) подложки, в частности, всей длине каналов монолитной подложки. Когда вторая область представляет собой вторую зону, тогда вторая зона обычно имеет длину от 10 до 90% длины подложки (например, от 10 до 45%), предпочтительно от 15 до 75% длины подложки (например, от 15 до 40%), более предпочтительно от 20 до 70% (например, от 30 до 65%, такую как от 25 до 45%) длины подложки, еще более предпочтительно от 25 до 65% (например, от 35 до 50%).

В первом варианте исполнения катализатора NO_x-абсорбера, первая область предназначена для контакта с выхлопным газом у выпускного конца подложки или вблизи него, и после контакта выхлопного газа со второй областью. Такая конфигурация может быть благоприятной, когда первая область имеет низкую температуру отключения для СО и/или HC, и может быть использована для выделения тепла в результате экзотермического процесса.

Существуют несколько конфигураций катализатора NO_x-абсорбера, которые облегчают контакт выхлопного газа с первой областью на выпускном конце подложки и после того, как выхлопной газ контактировал со второй областью. Первая область размещена или ориентирована для контакта с выхлопным газом после того, как он контактировал со второй областью, когда имеется любая из конфигураций катализатора NO_x-абсорбера от первой до третьей.

Как правило, вторая область размещена или ориентирована для контакта с выхлопным газом раньше первой области. Таким образом, вторая область может быть размещена для контактирования с выхлопным газом, когда он поступает в катализатор NO_x-абсорбера, и первая область может быть размещена для контактирования с выхлопным газом, когда он выходит из катализатора NO_x-абсорбера. Подразделение на зоны в первой конфигурации катализатора NO_x-абсорбера является особенно благоприятным в этом отношении.

В первой конфигурации катализатора NO_x-абсорбера, вторая область размещена или нанесена выше по потоку относительно первой зоны. Первая область предпочтительно представляет собой первую зону, размещенную у выпускного конца подложки или вблизи него, и вторая область представляет собой вторую зону, размещенную у впускного конца подложки или вблизи него.

Во второй конфигурации катализатора NO_x-абсорбера, вторая область представляет собой второй слой, и первая область представляет собой первую зону. Первая зона размещена на втором слое у выпускного конца подложки или вблизи него.

В третьей конфигурации катализатора NO_x-абсорбера, вторая область представляет собой второй слой, и первая область представляет собой первый слой. Второй слой размещается на первом слое.

Во втором варианте исполнения катализатора NO_x-абсорбера, вторая область конфигурирована для контактирования с выхлопным газом у выпускного конце подложки или вблизи него, и после контакта выхлопного газа с первой областью.

Катализатор NO_x-абсорбера во втором варианте исполнения катализатора окисления может проявлять благоприятную окислительную активность, в частности, в отношении NО, когда он имеет конфигурацию, которая облегчает контакт выхлопного газа с областью, содержащей металл платиновой группы, в частности, платину (Pt), незадолго до того, как выхлопной газ выходит из катализатора, и после того, как он был в контакте с областью, содержащей молекулярно-ситовый катализатор. В таких конфигурациях катализатора NO_x-абсорбера, когда выхлопной газ поступает в катализатор, он сначала приходит в контакт с первой областью для адсорбирования NO_x. Это является особенно благоприятным при относительно низких температурах выхлопного газа, таких как во время периода холодного пуска. После того, как выхлопной газ прошел через первую область или над нею, он приходит в контакт со второй областью для окисления NО, прежде чем он окончательно не пройдет через выпускной участок катализатора NO_x-абсорбера. Когда вторая область достигает своей номинальной температуры для окисления NO до NO₂, тогда NO, высвобождаемый первой областью, будет проходить через вторую область и окисляться до NO₂.

Имеются несколько конфигураций катализатора NO_x-абсорбера, которые облегчают контактирование выхлопного газа со второй областью на выпускном конце подложки и после того, как выхлопной газ был в контакте с первой областью. Вторая область размещена или ориентирована для контакта с выхлопным газом после того, как он контактировал с первой областью, когда имеется любая из конфигураций катализатора NO_x-абсорбера от четвертой до шестой.

Как правило, первая область размещена или ориентирована для контакта с выхлопным газом раньше второй области. Таким образом, первая область может быть конфигурирована для контактирования с выхлопным газом, когда он поступает в катализатор NO_x-абсорбера, и вторая область может быть размещена или ориентирована для контакта с выхлопным газом, когда он покидает катализатор NO_x-абсорбера. Подразделение на зоны в четвертой конфигурации катализатора NO_x-абсорбера является особенно благоприятным в этом отношении.

В четвертой конфигурации катализатора NO_x-абсорбера, первая область размещена или нанесена выше по потоку относительно второй зоны. Вторая область предпочтительно представляет собой вторую зону, размещенную у выпускного конца подложки или вблизи него, и первая область представляет собой первую зону, размещенную у впускного конца подложки или вблизи него. Когда вторая область включает марганец, тогда катализатор окисления в этой конфигурации может проявлять хорошую устойчивость к сере.

В пятой конфигурации катализатора NO_x-абсорбера, первая область представляет собой первый слой, и вторая область представляет собой вторую зону. Вторая зона размещена на первом слое у выпускного конца подложки или вблизи него.

В шестой конфигурации катализатора NO_x-абсорбера, первая область представляет собой первый слой, и вторая область представляет собой второй слой. Второй слой размещается на первом слое.

В конфигурациях катализатора NO_x-абсорбера от первой до четвертой, первая зона может примыкать ко второй зоне. Первая зона предпочтительно находится в контакте со второй зоной. Когда первая зона примыкает ко второй зоне, и первая зона контактирует со второй зоной, тогда первая зона и вторая зона могут быть размещены на подложке или нанесены на нее в виде слоя (например, однослойного покрытия). Таким образом, слой (например, одиночный) может быть сформирован на подложке, когда первая и вторая зоны примыкают друг к другу или находятся в контакте между собой. При такой конфигурации можно избежать проблемы с противодавлением.

Первая зона может быть отделена от второй зоны. Может иметься зазор (например, промежуток) между первой зоной и второй зоной.

Первая зона может перекрывать вторую зону. Так, концевой участок или часть первой зоны могут быть размещены на второй зоне или нанесены на нее. Первая зона может полностью или частично перекрывать вторую зону. Когда первая зона перекрывает вторую зону, предпочтительно, чтобы первая зона только частично перекрывала вторую зону (то есть, верхняя, самая наружная поверхность второй зоны не полностью покрыта первой зоной).

В альтернативном варианте, вторая зона может перекрывать первую зону. Так, концевой участок или часть второй зоны могут быть размещены на первой зоне или нанесены на нее. Как правило, вторая зона только частично перекрывает первую зону.

Предпочтительно, чтобы первая зона и вторая зона по существу не перекрывались.

В конфигурациях катализатора NO_x-абсорбера от второй до пятой, зона (то есть, первая или вторая зона) обычно размещена на слое или нанесена на него (то есть, первом или втором слое). Зона предпочтительно размещается непосредственно на слое (то есть, зона находится в контакте с поверхностью слоя).

Когда зона (то есть, первая или вторая зона) размещена на слое или нанесена на него (то есть, первом и втором слое), предпочтительно, чтобы зона всей длиной была размещена на слое или нанесена на него. Длина зоны является меньшей, чем длина слоя.

Области, зоны и слои, описанные здесь выше, могут быть получены с использованием традиционных способов изготовления и нанесения покрытий из пористых оксидов на подложку, которые также известны в технологии (например, смотри принадлежащие авторам настоящего изобретения патентные документы WO 99/47260, WO 2007/077462, WO 2011/080525 и WO 2014/195685).

Катализатор NO_x-абсорбера включает подложку. Подложка катализатора NO_x-абсорбера (NAC) здесь называется сокращенным выражением «NAC-подложка». NAC-подложка обычно имеет впускной конец и выпускной конец.

NAC-подложка обычно имеет многочисленные каналы (например, для протекания выхлопного газа через них). Как правило, NAC-подложка представляет собой керамический материал или металлический материал.

Предпочтительно, чтобы NAC-подложка была выполнена или состояла из кордиерита (SiO₂-Al₂O₃-MgO), карбида кремния (SiC), Fe-Cr-Al-сплава, Ni-Cr-Al-сплава, или сплава нержавеющей стали.

Обычно NAC-подложка представляет собой монолит (также называемой здесь монолитной подложкой). Такие монолиты являются общеизвестными в технологии. Монолитная подложка может быть проточным монолитом или представлять собой фильтрующий монолит.

Проточный монолит обычно включает ячеистый монолит (например, металлический или керамический ячеистый монолит), имеющий протяженные сквозь него многочисленные каналы, каждый из которых открыт на впускном конце и на выпускном конце.

Фильтрующий монолит в основном включает многочисленные впускные каналы и многочисленные выпускные каналы, причем впускные каналы открыты на конце выше по потоку (то есть на сторону поступления выхлопного газа), и закупорены или закрыты на конце ниже по потоку (то есть на стороне выхода выхлопного газа), выпускные каналы закупорены или закрыты на конце выше по потоку и открыты на конце ниже по потоку, и причем каждый впускной канал отделен от выпускного канала пористой структурой.

Когда монолит представляет собой фильтрующий монолит, предпочтительно, чтобы фильтрующий монолит представлял собой монолит с пристеночным течением. В фильтре с пристеночным течением каждый впускной канал попеременно отделен от выпускного канала стенкой из пористой структуры, и наоборот. Предпочтительно, чтобы впускные каналы и выпускные каналы были размещены в сотовой конфигурации. Когда наличествует сотовая конфигурация, предпочтительно, чтобы каналы, смежные по вертикали и сбоку со впускным каналом, были закупорены на конце выше по потоку, и наоборот (то есть, каналы, соседние по вертикали и сбоку с выпускным каналом, закупорены на конце ниже по потоку). При рассматривании с любого конца закупоренные и открытые концы каналов принимают вид шахматной доски.

NAC-подложка может представлять собой электрически нагреваемую подложку (то есть, электрически нагреваемая подложка представляет собой электрически нагреваемую подложку при применении). Когда NAC-подложка представляет собой электрически нагреваемую подложку, катализатор NO_x-абсорбера включает соединение в цепи электропитания, предпочтительно по меньшей мере два соединения в цепи электропитания, более предпочтительно только два соединения в цепи электропитания. Каждое соединение в цепи электропитания может быть электрически соединено с электрически нагреваемой подложкой и источником электропитания. Катализатор NO_x-абсорбера может быть нагрет Джоулевым теплом, где электрический ток посредством резистора преобразует электрическую энергию в тепловую энергию.

Электрически нагреваемая подложка может быть использована для высвобождения любого удерживаемого NO_x из первой области. Таким образом, когда включается электрически нагреваемая подложка, катализатор NO_x-абсорбера будет нагреваться, и температура молекулярно-ситового катализатора может быть доведена до его температуры высвобождения NO_x. Примеры подходящих электрически нагреваемых подложек описаны в патентных документах US 4,300,956, US 5,146,743 и US 6,513,324.

Как правило, электрически нагреваемая подложка включает металл. Металл может быть электрически соединен с клеммой в цепи электропитания или с клеммами в цепи электропитания.

Как правило, электрически нагреваемая подложка представляет собой электрически нагреваемую ячеистую подложку. Электрически нагреваемая подложка может быть электрически нагреваемой ячеистой подложкой при применении.

Электрически нагреваемая подложка может включать электрически нагреваемую монолитную подложку (например, металлический монолит). Монолит может включать гофрированный металлический лист или фольгу. Гофрированный металлический лист или фольга могут быть свернуты, намотаны или наслоены в виде пакета. Когда гофрированный металлический лист свернут или намотан, тогда он может быть свернут или намотан в виде рулона, в форме спирали или в концентрической конфигурации.

Металл электрически нагреваемой подложки, металлический монолит и/или гофрированный металлический лист или фольга могут включать легированную алюминием ферритную сталь, такую как Fecralloy^TM.

Устройство для введения углеводородов в выхлопной газ

Выхлопная система согласно изобретению включает (ii) устройство для введения углеводородов (HC) в выхлопной газ. Термин «устройство для введения углеводородов в выхлопной газ» синонимичен термину «вводящее углеводороды в выхлопной газ устройство». Оба термина обозначаются здесь сокращенным выражением «HC-устройство». Термин «введение углеводородов в выхлопной газ» подразумевает дополнительное добавление углеводородов в выхлопной газ (то есть, в дополнение к любым углеводородам, которые могут присутствовать на выходе из работающего на бедной смеси двигателя).

Как правило, HC-устройство конфигурировано для введения углеводородов в выхлопной газ ниже по потоку относительно катализатора NO_x-абсорбера. Предпочтительно, чтобы HC-устройство было конфигурировано для регулируемой подачи количества углеводорода в выхлопной газ ниже по потоку относительно катализатора NO_x-абсорбера. Более предпочтительно, HC-устройство конфигурировано для регулируемого введения количества углеводорода в выхлопной газ ниже по потоку относительно катализатора NO_x-абсорбера, чтобы регенерировать ловушку обедненного NO_x (LNT). Таким образом, катализатор NO_x-абсорбера не подвергается воздействию углеводородов, которые добавляются в выхлопной газ HC-устройством. В принципе, для исполнения этой функции может быть использовано любое известное в технологии HC-устройство.

HC-устройство находится (например, размещается) ниже по потоку относительно катализатора NO_x-абсорбера (то есть, катализатор NO_x-абсорбера находится (например, размещен) выше по потоку относительно HC-устройства). HC-устройство предпочтительно находится (например, размещается) непосредственно ниже по потоку относительно катализатора NO_x-абсорбера. Таким образом, нет никакого устройства или агрегата для регулирования выбросов, размещенного между катализатором NO_x-абсорбера и HC-устройством (иного, нежели описываемое ниже устройство [например, устройство для подачи углеводородов]).

Как правило, катализатор NO_x-абсорбера имеет выпускной патрубок (например, выпускной конец NAC-подложки), связанный, предпочтительно в сообщении по текучей среде, трубопроводом для выхлопного газа с впускным патрубком ловушки обедненного NO_x (например, впускным концом LNT-подложки). HC-устройство предпочтительно размещается между выпускным патрубком катализатора NO_x-абсорбера и впускным патрубком ловушки обедненного NO_x.

HC-устройство может представлять собой инжектор или катализатор риформинга для генерирования углеводородов или топлива. Такие катализаторы риформинга известны в технологии. Предпочтительно, чтобы HC-устройство представляло собой инжектор, предпочтительно инжектор, пригодный для нагнетания топлива или углеводородов в выхлопной газ. Более предпочтительно, инжектор конфигурирован для контролируемого впрыскивания количества топлива или углеводородов в выхлопной газ.

Когда HC-устройство представляет собой инжектор, тогда HC-устройство предпочтительно присоединено к трубопроводу для выхлопного газа между выпускным патрубком катализатора NO_x-абсорбера и впускным патрубком ловушки обедненного NO_x.

Выхлопная система или транспортное средство согласно изобретению могут дополнительно включать устройство для подачи углеводородов. Устройство для подачи углеводородов предпочтительно соединено или связано с инжектором.

Устройство для подачи углеводородов может включать трубопровод для углеводородов (HC) для подачи углеводорода в HC-устройство, в частности, когда HC-устройство представляет собой инжектор. Трубопровод для углеводородов (HC) связан, предпочтительно с сообщением по текучей среде, с двигателем или топливным баком (например, двигателем или топливным баком транспортного средства).

HC-устройство и/или устройство для подачи углеводородов может иметь электронное соединение с системой управления работой двигателя, в частности, когда HC-устройство представляет собой инжектор, и устройство для подачи углеводородов включает HC-трубопровод, соединенный с двигателем или топливным баком, предпочтительно с двигателем. Система управления работой двигателя может быть конфигурирована для приведения в действие HC-устройства, чтобы впрыскивать углеводород в выхлопной газ, предпочтительно для продувки или регенерации ловушки обедненного NO_x.

Кроме того, выхлопная система согласно изобретению может включать датчик выхлопного газа. Датчик выхлопного газа предпочтительно размещается ниже по потоку относительно LNT (например, у выпускного патрубка LNT или после него).

Как правило, система управления работой двигателя соединена с датчиком в выхлопной системе. Такой датчик может быть размещен ниже по потоку, предпочтительно непосредственно ниже по потоку, относительно LNT. Датчик может быть использован для мониторинга состояния LNT. Датчик может представлять собой сенсор NO_x (например, для отслеживания содержания NO_x в выхлопном газе на выходе из LNT), или датчик может представлять собой сенсор углеводородов (HC) (например, для отслеживания содержания углеводородов (HC) в выхлопном газе на выпускном патрубке LNT).

Система управления работой двигателя может быть связана как с NO_x-датчиком, так и с HC-датчиком. Предпочтительно, чтобы как NO_x-датчик, так и HC-датчик были размещены ниже по потоку, предпочтительно непосредственно ниже по потоку, относительно LNT.

Как правило, углеводород представляет собой топливо, предпочтительно дизельное топливо. Когда углеводород представляет собой топливо, такое как дизельное топливо, предпочтительно, чтобы топливо содержало ≤50 част./млн. серы, более предпочтительно ≤15 част./млн. серы, например, ≤10 част./млн. серы, и еще более предпочтительно ≤5 част./млн. серы.

Когда HC-устройство представляет собой инжектор, тогда инжектор также может быть соединен с устройством для подачи азотсодержащего восстановителя. Один и тот же инжектор может быть использован для впрыскивания углеводородов и азотсодержащего восстановителя, такого как прекурсор аммиака.

Ловушка обедненного NO_x (LNT)

Выхлопная система согласно изобретению включает (iii) ловушку обедненного NO_x (LNT). LNT находится (например, размещена) ниже по потоку относительно катализатора NO_x-абсорбера.

Обычно LNT находится (например, размещается) ниже по потоку, предпочтительно непосредственно ниже по потоку, относительно HC-устройства (то есть, LNT находится (например, размещается) выше по потоку относительно HC-устройства). Предпочтительно, чтобы LNT находилась (например, размещалась) ниже по потоку относительно как катализатора NO_x-абсорбера, так и HC-устройства. Таким образом, LNT подвергается воздействию углеводородов, которые добавляются в выхлопной газ HC-устройствам, и выхлопного газа из катализатора NO_x-абсорбера.

Предпочтительно, чтобы между HC-устройством и LNT не было никакого устройства или агрегата для регулирования выбросов. Тем самым LNT подвергается воздействию выхлопного газа непосредственно после того, как в выхлопной газ HC-устройством добавлены углеводороды.

Как правило, LNT имеет впускной патрубок (например, впускной конец NAC-подложки), соединенный, предпочтительно с сообщением по текучей среде, трубопроводом для выхлопного газа с выпускным патрубком катализатора NO_x-абсорбера (например, выпускным концом NAC-подложки).

В принципе, ловушка обедненного NO_x (LNT) может представлять собой любую ловушку обедненного NO_x (LNT), известную в технологии.

Как правило, LNT включает удерживающий оксиды азота (NO_x) материал и подложку, причем удерживающий оксиды азота (NO_x) материал содержит удерживающий оксиды азота (NO_x) компонент. Предпочтительно, чтобы LNT дополнительно включала по меньшей мере один металл платиновой группы (PGM). По меньшей мере один металл платиновой группы (PGM) может быть введен описываемым ниже материалом для обработки NO_x.

Удерживающий NO_x материал включает, или может по существу состоять из него, удерживающий NO_x компонент на материале подложки.

Удерживающий NO_x компонент обычно включает щелочный металл, щелочноземельный металл и/или редкоземельный металл. Удерживающий NO_x компонент, как правило, включает, или по существу состоит из него, (i) оксид, карбонат или гидроксид щелочного металла; (ii) оксид, карбонат или гидроксид щелочноземельного металла; и/или (iii) оксид, карбонат или гидроксид редкоземельного металла.

Когда удерживающий NO_x компонент включает щелочный металл (или его оксид, карбонат или гидроксид), тогда щелочный металл предпочтительно выбирается из группы, состоящей из калия (К), натрия (Na), лития (Li), цезия (Cs), и комбинации двух или более из них. Предпочтительно, чтобы щелочным металлом был калий (К), натрий (Na) или литий (Li), более предпочтительно щелочный металл представляет собой калий (К) или натрий (Na), и наиболее предпочтительно щелочный металл представляет собой калий (К).

Когда удерживающий NO_x компонент включает щелочноземельный металл (или его оксид, карбонат или гидроксид), тогда щелочноземельный металл предпочтительно выбирается из группы, состоящей из магния (Mg), кальция (Са), стронция (Sr), бария (Ва), и комбинации двух или более из них. Предпочтительно, чтобы щелочноземельный металл представлял собой кальций (Са), стронций (Sr) или барий (Ва), более предпочтительно стронций (Sr) или барий (Ва), и наиболее предпочтительно щелочноземельный металл представляет собой барий (Ва).

Когда удерживающий NO_x компонент включает редкоземельный металл (или его оксид, карбонат или гидроксид), тогда редкоземельный металл предпочтительно выбирается из группы, состоящей из церия (Се), лантана (La), иттрия (Y), и их комбинации. Более предпочтительно, чтобы редкоземельный металл представлял собой церий (Се).

Удерживающий NO_x компонент обычно включает, или по существу состоит из него, (i) оксид, карбонат или гидроксид редкоземельного металла, и/или (ii) оксид, карбонат или гидроксид щелочноземельного металла. Предпочтительно, чтобы удерживающий NO_x компонент включал, или по существу состоял из него, оксид, карбонат или гидроксид щелочноземельного металла.

Предпочтительно, чтобы удерживающий NO_x компонент включал барий (Ва) (например, оксид, карбонат или гидроксид бария (Ва)). Удерживающий NO_x компонент более предпочтительно содержит барий (например, оксид, карбонат или гидроксид бария (Ва)) и церий (например, оксид, карбонат или гидроксид церия (Се), предпочтительно оксид церия).

Как правило, удерживающий NO_x компонент размещен на материале подложки или нанесен на него. Удерживающий NO_x компонент может быть размещен непосредственно на материале подложки или непосредственно нанесен на него (например, без промежуточного несущего материала между удерживающим NO_x компонентом и материалом подложки).

Как правило, материал подложки включает оксид алюминия. Материал подложки обычно включает глинозем. Глинозем может быть или может не быть легирован легирующей добавкой. Должно быть понятно, что любая ссылка на «легированный» в этом контексте подразумевает материал, где в массу или кристаллическую решетку основы оксида алюминия введена примесная добавка в результате заместительного легирования или легирования с образованием дефектов внедрения. Оксид алюминия, легированный легирующей добавкой, может быть получен с использованием известных в технологии способов.

Оксид алюминия может быть легирован легирующей добавкой, выбранной из группы, состоящей из кремния (Si), магния (Mg), бария (Ва), лантана (La), церия (Се), титана (Ti), циркония (Zr), и комбинации двух или более из них. Предпочтительно, чтобы легирующая добавка выбиралась из группы, состоящей из кремния (Si), магния (Mg), бария (Ва) и церия (Се). Легирующая добавка более предпочтительно выбирается из группы, состоящей из кремния (Si), магния (Mg) и бария (Ва). Еще более предпочтительно легирующая добавка представляет собой магний (Mg).

Когда оксид алюминия легирован, общее количество легирующей добавки составляет от 0,25 до 5% по весу, предпочтительно от 0,5 до 3% по весу (например, около 1% по весу) относительно оксида алюминия.

Как правило, предпочтительно, чтобы материал подложки включал, или по существу состоял из них, оксид магния и алюминия. Оксид магния и алюминия может включать, или по существу состоять из них, алюминат магния (MgAl₂O₄ [например, шпинель]) и/или смешанный оксид из оксида магния (MgО) и оксида алюминия (Al₂O₃). Смешанный оксид из оксида магния и оксида алюминия может быть получен с использованием известных в технологии способов, таких как с использованием процессов, описанных в патентных документах US 6,217,837 или DE 19503522 A1.

Смешанный оксид из оксида магния (MgО) и оксида алюминия (Al₂O₃) обычно включает, или по существу состоит из него, от 1,0 до 40,0% по весу оксида магния (в расчете на общий вес смешанного оксида), такое количество, как от 1,0 до 30,0% по весу, предпочтительно от 5,0 до 28,0% по весу (например, от 5,0 до 25,0% по весу), более предпочтительно от 10,0 до 25,0% по весу оксида магния.

Смешанный оксид из оксида магния (MgО) и оксида алюминия (Al₂O₃) обычно представляет собой однородный смешанный оксид из оксида магния (MgО) и оксида алюминия (Al₂O₃). В однородном смешанном оксиде ионы магния занимают положения внутри кристаллической решетки из ионов алюминия.

Как правило, предпочтителен материал подложки, включающий смешанный оксид из оксида магния (MgО) и оксида алюминия (Al₂O₃), или по существу состоящий из него.

Удерживающий NO_x материал может дополнительно включать металл платиновой группы (PGM). PGM может быть выбран из группы, состоящей из платины, палладия, родия, и комбинации двух или более из них. PGM предпочтительно выбирается из платины, палладия, и комбинации платины и палладия.

Когда удерживающий NO_x материал включает PGM, тогда, как правило, PGM размещается на материале подложки или наносится на него. PGM предпочтительно размещен непосредственно на материале подложки или нанесен непосредственно на него (например, без промежуточного несущего материала между PGM и материалом подложки).

Как правило, LNT дополнительно включает материал для обработки NO_x. Во избежание неясности, материал для обработки NO_x отличается (например, имеет иной состав) от удерживающего NO_x материала. Материал для обработки NO_x может иметь (а) активность в отношении удерживания NO_x и/или окислительную в отношении NО активность [например, в обедненных условиях]; и/или (b) восстановительную в отношении NO_x активность [например, в обогащенных условиях].

Материал для обработки NO_x включает компонент для обработки NO_x, или по существу состоит из него.

Как правило, компонент для обработки NO_x (NTC) включает материал подложки. Материал подложки компонента для обработки NO_x (NTC) называется здесь NTC-материалом подложки.

NTC-материал подложки включает, или по существу состоит из них, оксид церия, или смешанный или сложный оксид из оксида церия, такой как оксид церия-оксид циркония.

Когда NTC-материал подложки включает оксид церия-оксид циркония, или по существу состоит из него, тогда оксид церия-оксид циркония может по существу состоять из оксида церия в количестве от 20 до 95% по весу и оксида циркония в количестве от 5 до 80% по весу (например, от 50 до 95% по весу оксида церия и от 5 до 50% по весу оксида циркония), предпочтительно от 35 до 80% по весу оксида церия и от 20 до 65% по весу оксида циркония (например, от 55 до 80% по весу оксида церия и от 20 до 45% по весу оксида циркония), еще более предпочтительно от 45 до 75% по весу оксида церия и от 25 до 55% по весу оксида циркония.

Как правило, компонент для обработки NO_x может включать металл платиновой группы (PGM) и/или удерживающий NO_x компонент.

Компонент для обработки NO_x может включать металл платиновой группы (PGM), или по существу состоять из него, размещенный на первом материале подложки или нанесенный на него (например, непосредственно размещенный или нанесенный). PGM может быть выбран из группы, состоящей из платины, палладия, родия, комбинации платины и палладия, комбинации платины и родия, комбинации палладия и родия, и комбинации платины, палладия и родия. Предпочтительно, чтобы PGM выбирался из группы, состоящей из палладия, родия, и комбинации палладия и родия.

PGM (то есть, компонент для обработки NO_x) может представлять собой родий. PGM может быть палладием. Предпочтительно PGM представляет собой палладий.

Дополнительно или альтернативно, компонент для обработки NO_x может включать удерживающий NO_x компонент, или по существу состоять из него, размещенный на NTC-материале подложки или нанесенный на него (например, непосредственно размещенный или нанесенный). Как правило, удерживающий NO_x компонент включает, или по существу состоит из них, (i) оксид, карбонат или гидроксид щелочного металла; (ii) оксид, карбонат или гидроксид щелочноземельного металла; и/или (iii) оксид, карбонат или гидроксид редкоземельного металла, предпочтительно иного редкоземельного металла, нежели церий (Се). Предпочтительно, чтобы удерживающий NO_x компонент включал, или по существу состоял из них, оксид, карбонат или гидроксид щелочноземельного металла. Щелочноземельный металл предпочтительно представляет собой барий (Ва).

Как правило, LNT имеет концентрацию (то есть, общее содержание) удерживающего NO_x компонента от 250 до 1000 г·фут^-3 (8,83-35,3 г/дм³) (например, от 300 до 950 г·фут^-3 (10,6-33,6 г/дм³)), в частности, от 350 до 900 г·фут^-3 (12,4-31,8 г/дм³) (например, от 400 до 850 г·фут^-3 (14,1-30,02 г/дм³)), более предпочтительно от 450 до 800 г·фут^-3 (15,9-28,3 г/дм³).

Как правило, предпочтительно, что LNT включает удерживающий NO_x материал, размещенный на подложке. Когда LNT включает удерживающий NO_x материал, тогда удерживающий NO_x материал предпочтительно размещается на подложке.

Подложка ловушки обедненного NO_x (LNT) называется здесь сокращенным выражением «LNT-подложка». LNT-подложка обычно имеет впускной конец и выпускной конец.

LNT-подложка обычно имеет многочисленные каналы (например, для протекания через них выхлопного газа). Как правило, LNT-подложка представляет собой керамический материал или металлический материал.

Предпочтительно, чтобы LNT-подложка была выполнена или состояла из кордиерита (SiO₂-Al₂O₃-MgO), карбида кремния (SiC), Fe-Cr-Al-сплава, Ni-Cr-Al-сплава, или сплава нержавеющей стали.

LNT-подложка обычно представляет собой монолит (также называемый здесь монолитной подложкой). Монолитная подложка может быть проточным монолитом или представлять собой фильтрующий монолит.

Проточный монолит обычно включает ячеистый монолит (например, металлический или керамический ячеистый монолит), имеющий протяженные сквозь него многочисленные каналы, каждый из которых открыт на впускном конце и на выпускном конце.

Фильтрующий монолит в основном включает многочисленные впускные каналы и многочисленные выпускные каналы, причем впускные каналы открыты на конце выше по потоку (то есть на сторону поступления выхлопного газа), и закупорены или закрыты на конце ниже по потоку (то есть на стороне выхода выхлопного газа), выпускные каналы закупорены или закрыты на конце выше по потоку и открыты на конце ниже по потоку, и причем каждый впускной канал отделен от выпускного канала пористой структурой.

Когда монолит представляет собой фильтрующий монолит, предпочтительно, чтобы фильтрующий монолит представлял собой монолит с пристеночным течением. В фильтре с пристеночным течением каждый впускной канал попеременно отделен от выпускного канала стенкой из пористой структуры, и наоборот. Предпочтительно, чтобы впускные каналы и выпускные каналы были размещены в сотовой конфигурации. Когда наличествует сотовая конфигурация, предпочтительно, чтобы каналы, смежные по вертикали и сбоку со впускным каналом, были закупорены на конце выше по потоку, и наоборот (то есть, каналы, соседние по вертикали и сбоку с выпускным каналом, закупорены на конце ниже по потоку). При рассматривании с любого конца закупоренные и открытые концы каналов принимают вид шахматной доски.

Выхлопная система

В выхлопной системе согласно изобретению катализатор NO_x-абсорбера находится выше по потоку относительно как от устройства для введения углеводородов в выхлопной газ, так и от ловушки обедненного NO_x.

Катализатор NO_x-абсорбера обычно соединен с выпускным коллектором работающего на бедной смеси двигателя. Таким образом, первым устройством регулирования выбросов, с которым выхлопной газ приходит в контакт, является катализатор NO_x-абсорбера.

Катализатор NO_x-абсорбера находится (например, размещается) выше по потоку относительно устройства для введения углеводородов в выхлопной газ («HC-устройства») (например, HC-устройство размещается после выпускного патрубка катализатора NO_x-абсорбера). Катализатор NO_x-абсорбера предпочтительно находится (например, размещается) непосредственно выше по потоку относительно устройства для введения углеводородов в выхлопной газ.

HC-устройство находится (например, размещается) выше по потоку относительно LNT (например, HC-устройство размещается перед впускным патрубком LNT). HC-устройство предпочтительно находится (например, размещается) непосредственно выше по потоку относительно LNT.

Кроме того, выхлопная система согласно изобретению может включать устройство регулирования выбросов ниже по потоку относительно LNT. Примеры устройства регулирования выбросов включают дизельный сажевый фильтр (DPF), ловушку обедненного NO_x (LNT), катализатор обедненного NO_x (LNC), катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), дизельный катализатор окисления (DOC), каталитический сажевый фильтр (CSF), катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM), катализатор для предотвращения проскока аммиака (ASC), и комбинации двух или более из них. Все такие устройства регулирования выбросов хорошо известны в технологии.

В первом варианте исполнения выхлопной системы согласно изобретению, выхлопная система дополнительно включает катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). Катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) находится (например, размещается) ниже по потоку относительно LNT. Так, например, выпускной патрубок LNT соединен, предпочтительно непосредственно соединен (например, без промежуточного устройства регулирования выбросов) с впускным патрубком катализатора селективного каталитического восстановления (SCR).

Между LNT и катализатором селективного каталитического восстановления (SCR) может быть предусмотрено устройство для подачи азотсодержащего восстановителя. Устройство для подачи азотсодержащего восстановителя может включать инжектор для впрыскивания азотсодержащего восстановителя, такого как аммиак, или прекурсора аммиака, такого как мочевина или формиат аммония, предпочтительно мочевины, в выхлопной газ ниже по потоку относительно LNT и выше по потоку относительно SCR-катализатора. Такой инжектор может быть в сообщении по текучей среде с источником (например, баком) прекурсора азотсодержащего восстановителя. Регулируемое клапаном дозирование прекурсора в выхлопной газ может управляться подходящим программируемым устройством управления работой двигателя, и замкнутый контур или разомкнутый контур обратной связи создается датчиками, отслеживающими состав выхлопного газа. Аммиак также может генерироваться нагреванием карбамата аммония (твердого вещества), и аммиак может впрыскиваться в выхлопной газ.

Альтернативно или в дополнение к инжектору для введения азотсодержащего восстановителя, аммиак может генерироваться in-situ (например, во время регенерации LNT в обогащенном режиме, размещенной выше по потоку относительно SCR-катализатора).

Во втором варианте исполнения выхлопной системы согласно изобретению, выхлопная система дополнительно включает катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM). Катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM) находится (например, размещается) ниже по потоку относительно LNT. Так, например, выпускной патрубок LNT соединен, предпочтительно непосредственно соединен (например, без промежуточного устройства регулирования выбросов) с впускным патрубком катализатора фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM).

Между LNT и катализатором фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF^TM) может быть предусмотрено устройство для подачи азотсодержащего восстановителя. Устройство для подачи азотсодержащего восстановителя может включать инжектор для впрыскивания азотсодержащего восстановителя, такого как аммиак, или прекурсора аммиака, такого как мочевина или формиат аммония, предпочтительно мочевины, в выхлопной газ ниже по потоку относительно LNT и выше по потоку относительно катализатора SCRF^TM. Такой инжектор может быть в сообщении по текучей среде с источником (например, баком) прекурсора азотсодержащего восстановителя. Регулируемое клапаном дозирование прекурсора в выхлопной газ может управляться подходящим программируемым устройством управления работой двигателя, и замкнутый контур или разомкнутый контур обратной связи создается датчиками, отслеживающими состав выхлопного газа. Аммиак также может генерироваться нагреванием карбамата аммония (твердого вещества), и аммиак может впрыскиваться в выхлопной газ.

Альтернативно или в дополнение к инжектору для введения азотсодержащего восстановителя, аммиак может генерироваться in-situ (например, во время регенерации LNT в обогащенном режиме, размещенной выше по потоку относительно катализатора SCRF^TM).

В первом или втором варианте исполнения выхлопной системы, SCR-катализатор или катализатор SCRF^TM может включать металл, выбранный из группы, состоящей по меньшей мере из одного из Cu, Hf, La, Au, In, V, лантаноидов и переходных металлов VIII группы (например, Fe), причем металл нанесен на огнеупорный оксид или молекулярное сито. Металл предпочтительно выбирается из Се, Fe, Cu, и комбинаций любых двух или более из них, более предпочтительно металл представляет собой Fe или Cu.

Огнеупорный оксид для SCR-катализатора или катализатора SCRF^TM может быть выбран из группы, состоящей из Al₂О₃, TiО₂, СеО₂, SiО₂, ZrО₂, и смешанных оксидов, содержащих два или более из них. Нецеолитный катализатор также может включать оксид вольфрама (например, V₂O₅/WO₃/TiO₂, WO_x/CeZrO₂, WO_x/ZrO₂ или Fe/WO_x/ZrO₂).

В особенности предпочтительно, когда SCR-катализатор, катализатор SCRF^TM, или покрытие из пористого оксида на их основе, включает по меньшей мере одно молекулярное сито, такое как алюмосиликатный цеолит или SAPO. По меньшей мере одно молекулярное сито может представлять собой мелко-, средне- или крупнопористое молекулярное сито. Под «мелкопористым молекулярным ситом» здесь авторы настоящего изобретения подразумевают молекулярные сита, содержащие максимальный размер цикла из 8 структурных единиц, такие как CHA; под «среднепористым молекулярным ситом» здесь подразумеваются молекулярные сита, содержащие максимальный размер цикла из 10 структурных единиц, такие как ZSM-5; и под «крупнопористым молекулярным ситом» здесь подразумеваются молекулярные сита, имеющие максимальный размер цикла из 12 структурных единиц, такие как бета. Для применения в SCR-катализаторах потенциально благоприятными являются мелкопористые молекулярные сита.

Предпочтительными молекулярными ситами для SCR-катализатора или катализатора SCRF^TM являются молекулярные сита на основе синтетических алюмосиликатных цеолитов, выбранные из группы, состоящей из AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI, в том числе ZSM-34, морденита, ферриерита, BEA, включая Beta, Y, CHA, LEV, в том числе Nu-3, MCM-22 и EU-1, предпочтительно AEI или CHA, и имеющие отношение оксида кремния к оксиду алюминия от около 10 до около 50, такое как от около 15 до около 40.

В каждом из описанных здесь выше первого и второго вариантов исполнения выхлопной системы, ASC-катализатор может быть размещен ниже по потоку относительно SCR-катализатора или катализатора SCRF^TM (то есть, в качестве отдельной монолитной подложки), или, более предпочтительно, зона на конце ниже по потоку, или конечный участок, монолитной подложки, включающий SCR-катализатор, может быть использована как подложка для ASC.

В третьем варианте исполнения выхлопной системы LNT-подложка представляет собой фильтрующий монолит. Более предпочтительно, NAC-подложка представляет собой проточный монолит.

Транспортное средство

Еще один аспект изобретения относится к транспортному средству. Транспортное средство включает работающий на бедной смеси двигатель. Работающий на бедной смеси двигатель связан с выхлопной системой согласно изобретению.

Работающий на бедной смеси двигатель предпочтительно представляет собой дизельный двигатель.

Дизельный двигатель может представлять собой двигатель с компрессионным воспламенением однородной смеси (HCCI), двигатель с воспламенением от сжатия предварительно перемешанной смеси (PCCI), или двигатель с низкотемпературным сгоранием (LTC). Дизельный двигатель предпочтительно представляет собой обыкновенный (то есть, традиционный) дизельный двигатель.

Предпочтительно, чтобы работающий на бедной смеси двигатель был конфигурирован или адаптирован для работы на топливе, предпочтительно дизельном топливе, которое содержит ≤50 част./млн. серы, более предпочтительно ≤15 част./млн. серы, например, ≤10 част./млн. серы, и еще более предпочтительно ≤5 част./млн. серы.

Транспортное средство может представлять собой легкое дизельное транспортное средство (LDV), такое, как определено законодательством США или Европы. Легкое дизельное транспортное средство обычно имеет вес <2840 кг, более предпочтительно вес <2610 кг.

В США легкое дизельное транспортное средство (LDV) имеет отношение к дизельному транспортному средству, имеющему полную массу ≤8500 фунтов (фунтов США) (3855 кг). В Европе термин легкое дизельное транспортное средство (LDV) подразумевает (i) пассажирские транспортные средства, включающие не более восьми посадочных мест, в дополнение к водительскому месту, и имеющие максимальную массу, не превышающую 5 тонн, и (ii) транспортные средства для перевозки грузов, имеющие максимальную массу, не превышающую 12 тонн.

В альтернативном варианте, транспортное средство может представлять собой большегрузное дизельное транспортное средство (HDV), такое как дизельное транспортное средство, имеющее полную массу >8500 фунтов (фунтов США) (3855 кг), как определено законодательством США.

Способ

Стадия (а) способа согласно изобретению может включать (а) (i) контактирование выхлопного газа, образованного работающим на бедной смеси двигателем, с катализатором NO_x-абсорбера в первом температурном диапазоне для удерживания NO_x; и (ii) высвобождение NO_x из катализатора NO_x-абсорбера во втором температурном диапазоне; причем второй температурный диапазон является более высоким, чем первый температурный диапазон (например, срединная точка второго температурного диапазона является более высокой, чем срединная точка первого температурного диапазона).

Предпочтительно, чтобы второй температурный диапазон не перекрывался с первым температурным диапазоном. Может быть промежуток между верхним пределом первого температурного диапазона и нижним пределом второго температурного диапазона.

Как правило, катализатор NO_x-абсорбера высвобождает NO_x при температуре выше 200°С. Это является нижним пределом второго температурного диапазона. Катализатор NO_x-абсорбера предпочтительно высвобождает NO_x при температуре 220°С или выше, такой как 230°С или выше, 240°С или выше, 250°С или выше, или 260°С или выше.

Катализатор NO_x-абсорбера обычно абсорбирует или удерживает NO_x при температуре 250°С или менее. Это является верхним пределом первого температурного диапазона. Катализатор NO_x-абсорбера предпочтительно абсорбирует или удерживает NO_x при температуре 220°С или менее, такой как 200°С или менее, 190°С или менее, 180°С или менее, или 175°С или менее.

Катализатор NO_x-абсорбера может предпочтительно абсорбировать или удерживать оксид азота (NO). Таким образом, любая ссылка на абсорбирование, удерживание или высвобождение NO_x в этом контексте может иметь отношение к абсорбированию, удерживанию или высвобождению оксида азота (NO). Предпочтительное абсорбирование или удерживание NO будет снижать отношение NO:NO₂ в выхлопном газе.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин «область», как используемый здесь, подразумевает участок подложки, обычно полученный высушиванием и/или кальцинированием покрытия из пористого оксида. «Область» может быть, например, размещена на подложке или нанесена на нее в виде «слоя» или «зоны». Участок или расположение на подложке, как правило, контролируется во время процесса нанесения покрытия из пористого оксида на подложку. «Область» обычно имеет четкие границы или кромки (то есть, можно отличить одну область от еще одной области с использованием стандартных методом анализа).

Обычно «область» имеет по существу равномерную длину. Ссылка на «по существу равномерную длину» в этом контексте имеет отношение к длине, которая не отклоняется от среднего значения (например, по разности между максимальной и минимальной длиной) более чем на 10%, предпочтительно не отклоняется более чем на 5%, более предпочтительно не отклоняется более чем на 1%.

Предпочтительно, чтобы каждая «область» имела по существу однородный состав (то есть, отсутствует существенное различие в составе покрытия из пористого оксида, когда сравнивают одну часть области с еще одной частью этой области). По существу однородный состав в этом контексте подразумевает материал (например, область), где различие в составе при сравнении одной части области с еще одной частью области составляет 5% или менее, обычно 2,5% или менее, и чаще всего 1% или менее.

Термин «зона», как применяемый здесь, подразумевает область, имеющую длину, которая является меньшей, чем общая длина подложки, такую как ≤75% общей длины подложки. «Зона» типично имеет длину (то есть, по существу равномерную длину) по меньшей мере 5% (например, ≥5%) общей длины подложки.

Общая длина подложки представляет собой расстояние между ее впускным концом и ее выпускным концом (например, противолежащими концами подложки).

Любая ссылка на упоминаемую здесь «зону, размещенную у впускного конца подложки», имеет отношение к зоне, размещенной на подложке или нанесенной на нее, где зона является более близкой к впускному концу подложки, чем зона, находящаяся у выпускного конца подложки. Таким образом, срединная точка зоны (то есть, на половине ее длины) является более близкой к впускному концу подложки, чем расстояние от срединной точки до выпускного конца подложки. Подобным образом, любая ссылка на упоминаемую здесь «зону, размещенную у выпускного конца подложки», имеет отношение к зоне, размещенной на подложке или нанесенной на нее, где зона является более близкой к выпускному концу подложки, чем зона, находящаяся у впускного конца подложки. Таким образом, срединная точка зоны (то есть, на половине ее длины) является более близкой к выпускному концу подложки, чем расстояние от срединной точки до впускного конца подложки.

Когда подложка представляет собой фильтр с пристеночным течением, то, как правило, любая ссылка на «зону, размещенную у впускного конца подложки», имеет отношение к зоне, размещенной на подложке или нанесенной на нее, то есть:

(а) ближе к впускному концу (например, открытому концу) впускного канала подложки, чем зона у закрытого конца (например, блокированного или закупоренного конца) впускного канала, и/или

(b) ближе к закрытому концу (например, блокированному или закупоренному концу) выпускного канала подложки, чем зона у выпускного конца (например, открытого конца) выпускного канала.

Таким образом, срединная точка зоны (то есть, на половине ее длины) находится (а) ближе к впускному концу впускного канала подложки, чем срединная точка до закрытого конца впускного канала, и/или (b) ближе к закрытому концу выпускного канала подложки, чем срединная точка до выпускного конца выпускного канала.

Подобным образом, любая ссылка на «зону, размещенную у выпускного конца подложки», когда подложка представляет собой фильтр с пристеночным течением, имеет отношение к зоне, размещенной на подложке или нанесенной на нее, то есть:

(а) ближе к выпускному концу (например, открытому концу) выпускного канала подложки, чем зона у закрытого конца (например, блокированного или закупоренного конца) выпускного канала, и/или

(b) ближе к закрытому концу (например, блокированному или закупоренному концу) впускного канала подложки, чем она у впускного конца (например, открытого конца) впускного канала.

Таким образом, срединная точка зоны (то есть, на половине ее длины) находится (а) ближе к выпускному концу выпускного канала подложки, чем срединная точка до закрытого конца выпускного канала, и/или (b) ближе к закрытому концу впускного канала подложки, чем срединная точка до впускного конца выпускного канала.

Зона может удовлетворять условию как (а), так и (b), когда покрытие из пористого оксида присутствует в стенке фильтра с пристеночным течением (то есть, зона находится в стенке).

Термин «адсорбер», как используемый здесь, в особенности в контексте NO_x-адсорбера, не следует толковать как ограничивающийся удерживанием или улавливанием химического вещества (например, NO_x) только посредством адсорбции. Термин «адсорбер» применяется здесь как синоним «абсорбера».

Термин «смешанный оксид», как используемый здесь, главным образом подразумевает смесь оксидов в единственной фазе, как это традиционно известно в технологии. Термин «сложный оксид», как применяемый здесь, как правило, имеет отношение к композиции оксидов, имеющих более чем одну фазу, как это традиционно известно в технологии.

Выражение «состоит по существу», как применяемое здесь, ограничивает объем признака включением заданных материалов, и любых других материалов или стадий, которые не оказывают существенного влияния на базовые характеристики этого признака, например, такие как незначительные примеси. Выражение «состоит по существу из» включает выражение «состоит по существу».

Выражение «по существу не содержит», как используемое здесь со ссылкой на материал, обычно в контексте содержания в области, слое или зоне, означает, что материал присутствует в незначительном количестве, таком как ≤5% по весу, предпочтительно ≤2% по весу, более предпочтительно ≤1% по весу. Выражение «по существу не содержит» заключает в себе выражение «не включает».

Любая ссылка на количество легирующей добавки, в частности, общее количество, выраженное как % по весу, как используемое здесь, имеет отношение к весу материала подложки или его огнеупорного оксида.

ПРИМЕРЫ

Теперь изобретение будет иллюстрировано следующим неограничивающим примером.

Пример 1

К суспензии мелкопористого цеолита с CHA-структурой добавили нитрат палладия (Pd) и перемешивали. Затем добавили оксид алюминия в качестве связующего материала, и суспензию нанесли на проточный монолит из кордиерита, имеющий 400 ячеек на квадратный дюйм структуры, с использованием стандартных способов нанесения покрытий. Покрытие высушили и прокалили при температуре 500°С. Получили покрытие, содержащее образованный ионным обменом Pd-содержащий цеолит. Содержание Pd в этом покрытии составляло 80 г·фут^-3 (2,82 г/дм³).

Экспериментальные результаты

Катализатор примера 1 разместили в смонтированном на стенде дизельном двигателе с рабочим объемом 1,6 литра. Двигатель работал с выполнением моделированных всемирных согласованных циклов испытания транспортных средств малой грузоподъемности (WLTC). Выбросы измеряли перед катализатором и после него. Эффективность катализатора в абсорбировании NO_x определяли как разность между общим количеством выбросов NO_x перед катализатором по сравнению с общим количеством выбросов NO_x после катализатора. Разность между общими количествами выбросов NO_x до и после катализатора рассматривали как количество поглощенного катализатором NO_x. Первые испытания проводили с катализатором в свежем состоянии.

Затем катализатор примера 1 подвергали воздействию в 30 циклах чередования обеднения/обогащения на двигателе. Каждый цикл включал 300 секунд работы в обедненном режиме с последующими 10 секундами работы в обогащенном режиме при значении лямбда 0,95. Температуру выхлопного газа на входе в катализатор регулировали на 250°С во время работы в обедненном режиме. Затем повторно оценивали эффективность катализатора в отношении абсорбирования NO_x проведением WLTC-циклов.

Приведенная ниже Таблица 1 показывает эффективность абсорбирования NO_x для катализатора примера 1 на 500 секунде в WLTC-испытании в свежем состоянии и после воздействия в циклах обеднения/обогащения.

Таблица 1

Пример № NO_x, абсорбированный на 500 секундах (г) Свежее состояние После воздействия в циклах обеднения/обогащения 1 0,38 0,27

Катализатор примера 1 показывает значительное сокращение количества NO_x, абсорбированного после воздействия в циклах обеднения/обогащения (например, как происходящее при регенерации LNT).

Во избежание неясности, все содержание любого и всех цитированных здесь документов включено ссылкой в настоящую заявку.

Выхлопная система для обработки выхлопного газа, образованного работающим на бедной смеси двигателем, включающая: (i) катализатор NO_x-абсорбера (PNA 10), включающий молекулярно-ситовый катализатор, размещенный на подложке, в котором молекулярно-ситовый катализатор содержит благородный металл и молекулярное сито, причем молекулярное сито содержит благородный металл; (ii) устройство (20) для введения углеводородов в выхлопной газ; и (iii) ловушку обедненного NO_x (LNT/NSC 30); причем катализатор NO_x-абсорбера находится выше по потоку относительно как устройства для введения углеводородов в выхлопной газ, так и ловушки обедненного NO_x. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Выхлопная система для обработки выхлопного газа, образуемого работающим на бедной смеси двигателем, включающая:

(i) катализатор NO_x-абсорбера, содержащий молекулярно-ситовый катализатор, размещенный на подложке, причем молекулярно-ситовый катализатор содержит благородный металл и молекулярное сито, причем молекулярное сито содержит благородный металл;

(ii) устройство для введения углеводородов в выхлопной газ; и

(iii) ловушку обедненного NO_x;

причем катализатор NO_x-абсорбера находится выше по потоку относительно как от устройства для введения углеводородов в выхлопной газ, так и от ловушки обедненного NO_x.

2. Выхлопная система по п.1, в которой благородный металл содержит палладий.

3. Выхлопная система по п.1 или 2, в которой молекулярное сито выбирается из мелкопористого молекулярного сита, среднепористого молекулярного сита и крупнопористого молекулярного сита.

4. Выхлопная система по любому из предшествующих пунктов, в которой молекулярное сито представляет собой мелкопористое молекулярное сито, имеющее каркас типа, выбранного из группы, состоящей из ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, ZON, и смеси или сростки любых двух или более из них.

5. Выхлопная система по п.4, в которой мелкопористое молекулярное сито имеет тип каркаса, который представляет собой AEI или CHA.

6. Выхлопная система по любому из предшествующих пунктов, в которой молекулярное сито имеет алюмосиликатный каркас, и молярное отношение оксида кремния к оксиду алюминия от 10 до 200.

7. Выхлопная система по любому из предшествующих пунктов, в которой подложка представляет собой проточный монолит или фильтрующий монолит.

8. Выхлопная система по любому из предшествующих пунктов, в которой устройство для введения углеводородов в выхлопной газ выполнено с возможностью регулируемого введения количества углеводорода в выхлопной газ ниже по потоку относительно катализатора NO_x-абсорбера.

9. Выхлопная система по любому из предшествующих пунктов, в которой устройство для введения углеводородов в выхлопной газ представляет собой инжектор.

10. Выхлопная система по любому из предшествующих пунктов, в которой ловушка обедненного NO_x содержит подложку, причем эта подложка представляет собой проточный монолит или фильтрующий монолит.

11. Выхлопная система по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающая катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), причем катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) размещен ниже по потоку относительно ловушки обедненного NO_x.

12. Выхлопная система по п.11, дополнительно включающая устройство для подачи азотсодержащего восстановителя между ловушкой обедненного NO_x и катализатором селективного каталитического восстановления (SCR).

13. Выхлопная система по любому из пп. 1-10, дополнительно содержащая фильтр селективного каталитического восстановления, причем катализатор фильтра селективного каталитического восстановления размещен ниже по потоку относительно ловушки обедненного NO_x.

14. Выхлопная система по п.13, дополнительно содержащая устройство для подачи азотсодержащего восстановителя между ловушкой обедненного NO_x и катализатором фильтра селективного каталитического восстановления.

15. Транспортное средство, содержащее работающий на бедной смеси двигатель и выхлопную систему по любому из предшествующих пунктов.

16. Способ обработки выхлопного газа из работающего на бедной смеси двигателя, включающий пропускание выхлопного газа, образованного работающим на бедной смеси двигателем, через выхлопную систему по любому из предшествующих пунктов.

17. Способ по п.16, в котором работающий на бедной смеси двигатель работает на дизельном топливе, содержащем ≤50 част./млн. серы.