ВЫХЛОПНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2020 года по МПК F01N3/20 F01N3/35 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение касается выхлопной системы для дизельного двигателя. Данное изобретение также касается транспортного средства, содержащего данную выхлопную систему, и способа очистки выхлопного газа, производимого дизельным двигателем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дизельные двигатели производят выхлопные выбросы, которые обычно содержат, по меньшей мере, четыре класса загрязнителей, которые регулируются межправительственными организациями по всему миру: моноксид углерода (СО), несгоревшие углеводороды (НС), оксиды азота (NО_х) и мелкие частицы (МЧ). Существует множество регулирующих выбросы устройств для очистки от одного или нескольких типов загрязнителей. Эти регулирующие выбросы устройства часто объединяют в виде части выхлопной системы, чтобы гарантировать, что все четыре класса загрязнителей вычищаются перед выбросом выхлопного газа в окружающую среду.

Дизельные двигатели, в частности дизельные двигатели мощных (НD) грузовиков, конструируют так, чтобы иметь улучшенную экономию топлива. Вследствие их конструкции, дизельные двигатели выпускают высокие уровни оксидов азота (NО_х), и выхлопные системы для таких двигателей должны обеспечивать очень высокую конверсию NО_х, чтобы удовлетворять требованиям к выбросам.

Было показано, что селективное каталитическое восстановление (СКВ) является эффективным решением для удовлетворения требований и постановлений по выбросам NО_х для дизельных двигателей, в частности НD дизельных двигателей. При увеличении требований к улучшенной экономии топлива улучшение снижения выбросов NО_х в СКВ системе позволит более высокий выпуск NО_х из двигателя. Однако такие требования являются проблемой для конструкций современных выхлопных систем, которые обычно состоят из дизельного катализатора окисления (ДКО), каталитического фильтра сажи (КФС) и катализатора СКВ.

Один подход состоит в замене КФС на фильтр дизельных частиц (ФДЧ), покрытый СКВ каталитической композицией, при сохранении проточного СКВ катализатора ниже по течению. Пример такой выхлопной системы описан в SАЕ 2014-01-1525. Было показано, что катализаторы селективного каталитического восстановления на подложке фильтра имеют способность высокого превращения NО_х (смотри SАЕ 2008-01-0072, SАЕ 2011-01-1312 и SАЕ 2012-01-0843).

Также желательно минимизировать количество закиси азота (N₂О) в выпускаемом выхлопном газе. Агентство США по защите окружающей среды установило, что воздействие 1 фунта закиси азота (N₂О) на нагрев атмосферы в 300 раз больше, чем 1 фунта диоксида углерода (СО₂). Закись азота (N₂О) также является веществом, обедняющим озоновый слой (ООС). Было вычислено, что молекулы закиси азота (N₂О) остаются в атмосфере в течение приблизительно 120 лет до того, как они удаляются или разрушаются. Современное законодательство по регуляции выбросов двигателей не ограничивает закись азота (N₂О), так как она отдельно регулируется в качестве парникового газа (ПГ).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение касается выхлопной системы, которая способна обеспечивать очень высокую конверсию NО_х, особенно при низкой температуре (например, при "холодном запуске" - когда дизельный двигатель стартует из холодного состояния). Данная выхлопная систем может также минимизировать количество N₂О, который генерируется в качестве побочного продукта во время восстановления NО_х.

Данное изобретение обеспечивает выхлопную систему для очистки выхлопного газа, производимого дизельным двигателем, содержащую:

(а) устройство контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС), которое содержит металл платиновой группы (МПГ) и подложку, где металл платиновой группы (МПГ) выбирают из платины (Рt), палладия (Рd) и их комбинации;

(b) инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ, который находится ниже по течению от устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС);

(с) первый катализатор селективного каталитического восстановления ниже по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ, где первый катализатор селективного каталитического восстановления содержит подложку и первую композицию для селективного каталитического восстановления, где данная подложка представляет собой проточную подложку или фильтрующую подложку;

(d) второй катализатор селективного каталитического восстановления ниже по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления, где второй катализатор селективного каталитического восстановления содержит проточную подложку и вторую композицию для селективного каталитического восстановления (СКВ); и

где, по меньшей мере, одно из устройства контроля выбросов и первого катализатора селективного каталитического восстановления имеет фильтрующую подложку.

Изобретатели обнаружили, что отличная конверсия NО_х может быть получена при использовании выхлопной системы данного изобретения. Было обнаружено, что конверсия NО_х, обеспечиваемая данной выхлопной системой, может быть дополнительно улучшена путем (а) дозирования газообразного NН₃, особенно при низких температурах, прямо выше по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления и/или (b) нагрева выхлопного газа из устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС), особенно, когда температура выхлопного газа является относительно низкой. Выхлопная система данного изобретения может обеспечивать конверсию NО_х >95% в циклах переходного теста FТР, что позволит дизельным двигателям удовлетворять будущим правилам относительно выбросов и целям экономии топлива.

Данное изобретение дополнительно обеспечивает транспортное средство. Данное транспортное средство содержит дизельный двигатель и выхлопную систему согласно данному изобретению.

Данное изобретение также касается способа очистки выхлопного газа, производимого дизельным двигателем. Данный способ содержит этапы пропускания выхлопного газа, производимого дизельным двигателем, через выхлопную систему, в частности выхлопную систему согласно данному изобретению.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигуры 1-5 представляют собой схематичные изображения аспектов выхлопной системы согласно данному изобретению.

Фигура 1 показывает выхлопную систему, в которой выхлопной газ (1), вытекающий из турбокомпрессора дизельного двигателя, течет в катализатор окисления (10), который может быть дизельным катализатором окисления (ДКО) или катализатором концепции холодного запуска (dСSС^ТМ). Выхлопной газ (2), вытекающий из катализатора окисления, течет через трубопровод к первому катализатору селективного каталитического восстановления, который представляет собой фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (40). Боковой дозатор потока NН₃ (20) может вводить газообразный NН₃ в данный трубопровод. Обычный дозатор мочевины (25) также расположен в трубопроводе. И боковой дозатор потока NН₃ (20), и дозатор мочевины (25) находятся выше по потоку от смесителя (30). Смеситель находится возле входной стороны фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ-ФДЧ) (40). Второй катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ) (50). СКВ-ФДЧ (40) и катализатор СКВ (50) тесно связаны и могут располагаться в одном контейнере (60). Выхлопной газ из выхода катализатора СКВ (50) может затем проходить в необязательный катализатор устранения проскока аммиака (70).

Фигура 2 показывает такую же выхлопную систему, как показано на фигуре 1, за исключением того, что катализатор окисления (10) на фигуре 1 заменен каталитическим фильтром сажи (80). Первый катализатор СКВ имеет проточную подложку.

Фигура 3 показывает выхлопную систему, аналогичную выхлопной системе на фигуре 2 за исключением того, что катализатор окисления (10) присутствует в дополнение к каталитическому фильтру сажи (80). Катализатор окисления может быть дизельным катализатором окисления (ДКО) или катализатором концепции холодного запуска (dСSС^ТМ).

Фигура 4 представляет собой схематичное изображение, показывающее устройство бокового дозатора потока NН₃. Выхлопной газ из дизельного двигателя проходит из выхлопного коллентора(5) в турбонагнетатель (15) в выхлопной системе. Обвод (35) позволяет некоторой части выхлопного газа (3) проходить в устройство для дозирования бокового потока NН₃. Данное устройство может содержать каталитический фильтр сажи (45). Дозатор бокового потока NН₃ (20) содержит обычный дозатор мочевины (55) и катализатор гидролиза мочевины (65) для получения NН₃, который может вводиться в основной поток выхлопного газа (1) из турбонагнетателя (15).

Фигура 5 показывает выхлопную систему, аналогичную выхлопной системе, показанной на фигуре 1. Катализатор окисления (10) может быть дизельным катализатором окисления (ДКО), каталитическим фильтром сажи (КФС) или комбинацией дизельного катализатора окисления (ДКО) и каталитического фильтра сажи (КФС). В добавление или в качестве альтернативы дозатору бокового потока NН₃ (20), выхлопная система может содержать электрический нагреватель (75), который может применяться для нагрева выхлопного газа, который выходит из катализатора окисления (10).

Фигура 6 представляет собой гистограмму, показывающую % конверсии NО_х для примеров 1 и 2 в переходном FТР цикле мощного грузовика.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение будет теперь дополнительно описано. Следующие разделы касаются разных частей выхлопной системы и определяют каждую часть более подробно, а также транспортное средство и способ данного изобретения. Каждая часть или аспект изобретения, определенные таким образом, могут комбинироваться с любой другой частью или аспектом изобретения, если ясно не указано иное. В частности, любой признак, указанный как предпочтительный или преимущественный, может комбинироваться с любым другим признаком или признаками, указанными как предпочтительные или преимущественные.

Устройство контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС)

Устройство контроля выбросов пригодно для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС), предпочтительно СО и НС. Устройство контроля выбросов дополнительно может быть пригодно для окисления оксида азота (NО) в диоксид азота (NО₂).

Устройство контроля выбросов пригодно для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) может быть выбрано из группы, состоящей из:

(i) дизельного катализатора окисления (ДКО);

(ii) каталитического фильтра сажи (КФС);

(iii) катализатора концепции холодного запуска (dСSС^ТМ);

(iv) дизельного катализатора окисления (ДКО) и каталитического фильтра сажи (КФС); и

(v) катализатора концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) и каталитического фильтра сажи (КФС).

Когда устройство контроля выбросов представляет собой дизельный катализатор окисления (ДКО) и каталитический фильтр сажи (КФС), ДКО предпочтительно находится выше по течению, предпочтительно непосредственно выше по течению, от КФС. Таким образом, выход ДКО присоединяется (например, проточно соединяется с помощью трубопровода выхлопного газа) к входу КФС.

Когда устройство контроля выбросов представляет собой катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) и каталитический фильтр сажи (КФС), катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) предпочтительно находится выше по течению, предпочтительно непосредственно выше по течению, от КФС. Таким образом, выход катализатора концепции холодного запуска присоединяется (например, проточно соединяется с помощью трубопровода выхлопного газа) к входу КФС.

Когда устройство контроля выбросов представляет собой либо (i) дизельный катализатор окисления (ДКО) и каталитический фильтр сажи (КФС), либо (ii) катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) и каталитический фильтр сажи (КФС), ДКО и КФС или катализатор концепции холодного запуска и КФС предпочтительно тесно соединены. Это означает, что расстояние между выходным концом дизельного катализатора окисления или катализатора концепции холодного запуска и входным концом каталитического фильтра сажи составляет от 1,0 мм до 300 мм, предпочтительно от 3 мм до 200 мм, более предпочтительно от 5 мм до 150 мм (например, от 8 мм до 100 мм), например, от 10 мм до 80 мм (например, от 12 мм до 70 мм) и еще более предпочтительно от 15 мм до 50 мм. Это выгодно для теплопереноса и сбережения пространства.

Когда устройство контроля выбросов представляет собой (i) каталитический фильтр сажи (КФС), (ii) катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ), имеющий фильтрующую подложку, (iii) дизельный катализатор окисления (ДКО) и каталитический фильтр сажи (КФС) или (iv) катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) и каталитический фильтр сажи (КФС), первый катализатор селективного каталитического восстановления предпочтительно имеет проточную подложку.

Когда устройство контроля выбросов представляет собой (i) дизельный катализатор окисления (ДКО) или (ii) катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ), имеющий проточную подложку, первый катализатор селективного каталитического восстановления предпочтительно имеет фильтрующую подложку (т.е. первый катализатор СКВ представляет собой СКВ-ФДЧ).

Обычно предпочтительно, когда выхлопная система данного изобретения содержит единственную фильтрующую подложку.

Обычно вход устройства контроля выбросов присоединен (например, проточно присоединен), предпочтительно непосредственно проточно присоединен, к турбонагнетателю. Таким образом, основной поток выхлопного газа проходит из дизельного двигателя через турбонагнетатель в устройство контроля выбросов.

Обычно дизельный катализатор окисления (ДКО) и/или каталитический фильтр сажи (КФС) каждый содержит каталитическую композицию, расположенную на подложке ли нанесенную на нее. Каталитическая композиция содержит металл платиновой группы (МПГ), выбранный из платины (Рt), палладия (Рd) и их комбинации.

Когда устройство контроля выбросов представляет собой дизельный катализатор окисления и/или каталитический фильтр сажи, данная или каждая каталитическая композиция может независимо дополнительно содержать, по меньшей мере, один носитель. Данный или каждый носитель может независимо содержать тугоплавкий оксид или по существу состоять из него.

Обычно данный или каждый тугоплавкий оксид независимо выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида церия и их смешанного или композитного оксида, такого как смешанный оксид или композитный оксид двух или более из них. Например, тугоплавкий оксид можно выбирать из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида церия, оксида кремния- оксида алюминия, оксида титана- оксида алюминия, оксида церия- оксида алюминия, оксида титана- оксида кремния, оксида циркония- оксида кремния, оксида циркония- оксида титана, оксида церия- оксида циркония и оксида алюминия-оксида магния. Предпочтительно, когда данный или каждый тугоплавкий оксид независимо выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида кремния- оксида алюминия, оксида церия- оксида алюминия и оксида церия- оксида циркония. Более предпочтительно, данный или каждый тугоплавкий оксид независимо выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия и оксида кремния- оксида алюминия.

Каждый металл платиновой группы (МПГ) обычно расположен на носителе или нанесен на него. МПГ может быть расположен непосредственно на носителе или непосредственно нанесен на него. Например, платина и/или палладий могут быть распределены на носителе.

Когда устройство контроля выбросов представляет собой дизельный катализатор окисления и/или каталитический фильтр сажи, металл платиновой группы (МПГ) каждой каталитической композиции предпочтительно выбирают из платины (Рt) и комбинации платины (Рt) и палладия (Рd). Предпочтительно, когда металл платиновой группы (МПГ) каждой каталитической композиции представляет собой комбинацию платины (Рt) и палладия (Рd).

Когда металл платиновой группы (МПГ) представляет собой комбинацию платины (Рt) и палладия (Рd), они могут быть индивидуальными частицами платины и палладия, которые могут быть раздельными или смешанными, или платина и палладий могут быть в форме сплава, предпочтительно биметаллического сплава.

Обычно дизельный катализатор окисления может иметь полное содержание металла платиновой группы от 20 до 200 г фут^-3 (от 706 до 7063 г м^-3), предпочтительно от 25 до 175 г фут^-3 (от 883 до 6180 г м^-3) и более предпочтительно от 30 до 160 г фут^-3 (от 1059 до 5650 г м^-3).

Каталитический фильтр сажи может иметь полное содержание металла платиновой группы от 0,5 до 10 г фут^-3 (от 17,7 до 353 г м^-3), предпочтительно от 1 до 7,5 г фут^-3 (от 35 до 265 г м^-3) и более предпочтительно от 4 до 6 г фут^-3 (от 141 до 212 г м^-3).

Дизельный катализатор окисления и каталитический фильтр сажи могут каждый независимо иметь отношение полной массы платины к полной массе палладия от 5:1 до 1:5 (например, от 3:1 до 1:3), например от 2:1 до 1:2. Предпочтительно, когда полная массы платины больше чем полная массы палладия. Предпочтительно, когда отношение полной массы платины к полной массе палладия составляет от 5:1 до 1,1:1 (например, от 4:1 до 7:6), например от 3:1 до 1,25:1 (например, от 2,5:1 до 1,25:1).

Дизельный катализатор окисления и каталитический фильтр сажи могут каждый независимо содержать полное количество носителя от 0,1 до 4,5 г дюйм^-3 (от 0,006 до 0,27 г см^-3) (например, от 0,25 до 4,0 г дюйм^-3) (от 0,015 до 0,25 г см^-3), предпочтительно от 0,5 до 3,0 г дюйм^-3 (от 0,031 до 0,18 г см^-3), более предпочтительно от 0,6 до 2,5 г дюйм^-3 (от 0,037 до 0,15 г см^-3) (например, от 0,75 до 1,5 г дюйм^-3) (от 0,046 до 0,092 г см^-3).

Когда устройство контроля выбросов представляет собой дизельный катализатор окисления, дизельный катализатор окисления может содержать нижнюю по потоку зону. Нижняя по потоку зона расположена у выходного конца подложки. Нижняя по потоку зона может быть составлена так, чтобы выполнять особую функцию, такую как захват или улавливание улетевшей платины или окисление оксида азота (NО) в диоксид азота (NО₂).

Нижняя по потоку зона может иметь композицию для захвата или улавливания улетевшей платины. Такая зона снижает или предотвращает конденсацию улетевшей платины на нижнем по потоку катализаторе селективного каталитического восстановления. Композиции для захвата или улавливания улетевшей платины описаны в WО 2013/088133 А1, WО 2013/088132 А1, WО 2013/088128 А1, WО 2013/050784 А2 и международной патентной заявке № РСТ/GВ2016/050285.

Нижняя по потоку зона может содержать платину, марганец или его оксид и носитель, содержащий оксид алюминия. Платина и марганец или его оксид предпочтительно расположены на носителе или нанесены на него. Было обнаружено, что, когда марганец или его оксид включены в нижнюю по потоку зону, может быть получена прекрасная активность окисления NО.

Когда нижняя по потоку зона содержит марганец, носитель предпочтительно содержит оксид кремния-оксид алюминия или оксид алюминия, допированный оксидом кремния, или по существу состоит из них.

Когда нижняя по потоку зона содержит марганец, нижняя по потоку зона может дополнительно содержать палладий, причем палладий расположен на носителе или нанесен на него. Нижняя по потоку зона предпочтительно имеет массовое отношение платины к палладию ≥2:1 (например, Рt:Рd от 1:0 до 2:1), более предпочтительно ≥4:1 (например, Рt:Рd от 1:0 до 4:1).

Дизельный катализатор окисления может дополнительно содержать адсорбент углеводорода. Адсорбент углеводорода может быть цеолитом. Данный цеолит предпочтительно не является цеолитом с обмененным переходным металлом.

Предпочтительно, когда цеолит является среднепористым цеолитом (например, цеолитом, имеющим максимальный размер кольца десять тетраэдрических атомов) или крупнопористым цеолитом (например, цеолитом, имеющим максимальный размер кольца двенадцать тетраэдрических атомов). Может быть предпочтительно, что цеолит не является мелкопористым цеолитом (т.е. цеолитом, имеющим максимальный размер кольца восемь тетраэдрических атомов).

Примеры подходящих цеолитов или типов цеолитов включают в себя фожазит, клиноптилолит, морденит, силикалит, ферриерит, цеолит Х, цеолит Y, ультрастабильный цеолит Y, цеолит АЕI, цеолит ZSМ-5, цеолит ZSМ-12, цеолит ZSМ-20, цеолит ZSМ-34, цеолит СНА, цеолит SSZ-3, цеолит SАРО-5, оффретит, цеолит бета или медный цеолит СНА. Цеолит предпочтительно представляет собой ZSМ-5, цеолит бета или цеолит Y.

Когда дизельный катализатор окисления содержит адсорбент углеводорода, полное количество адсорбента углеводорода обычно составляет от 0,05 до 3,00 г дюйм^-3 (от 0,003 до 0,18 г см^-3), особенно от 0,10 до 2,00 г дюйм^-3 (от 0,006 до 0,12 г см^-3), особенно от 0,2 до 1,0 г дюйм^-3 (от 0,012 до 0,061 г см^-3). Например, полное количество адсорбента углеводорода может быть от 0,8 до 1,75 г дюйм^-3 (от 0,05 до 0,107 г см^-3), например от 1,0 до 1,5 г дюйм^-3 (от 0,06 до 0,092 г см^-3).

Преимуществом включения дизельного катализатора окисления (ДКО) в выхлопную систему является то, что количество N₂О, генерируемого ДКО, минимально.

Преимуществом включения каталитического фильтра сажи (КФС) в выхлопную систему является то, что КФС удаляет сажу (т.е. мелкие частицы). КФС может отвечать только за удаление сажи (например, когда первый катализатор СКВ имеет проточную подложку) или может участвовать в общем удалении сажи в выхлопной системе (например, когда первый катализатор СКВ представляет собой СВК-ФДЧ).

Устройство контроля выбросов может содержать катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (в одиночку или с каталитическим фильтром сажи (КФС)). При сравнении ДКО и КФС, катализатор концепции холодного запуска (называемый ниже "катализатор холодного запуска") способен запасать NО_х при относительно низких температурах с высокой эффективностью сохранения. Катализатор холодного запуска выделяет NО_х, когда он достигает определенной температуры (в отличие от ловушек NО_х в бедной смеси (LNТ) или катализаторов сохранения NО_х (NSС), которые выделяют NО_х, когда состав выхлопного газа становится "богатым").

Преимуществом катализаторов холодного запуска является то, что они способны сохранять NО_х, когда температура выхлопной системы является относительно низкой, так что первый катализатор селективного каталитического восстановления и второй катализатор селективного каталитического восстановления не достигают их эффективных рабочих температур для восстановления NО_х. Температура выделения NО_х из катализатора холодного запуска может быть больше или равна эффективной рабочей температуре первого катализатора селективного каталитического восстановления и/или второго катализатора селективного каталитического восстановления. Это означает, что катализатор холодного запуска может выделять NО_х, когда выхлопная система достигает температуры, при которой первый катализатор селективного каталитического восстановления и/или второй катализатор селективного каталитического восстановления может эффективно восстанавливать NО_х.

Обычно катализатор холодного запуска содержит каталитический материал, расположенный на подложке или нанесенный на нее. Данный каталитический материал содержит молекулярно-ситовой катализатор или может по существу состоять из него. Молекулярно-ситовой катализатор содержит благородный металл и молекулярное сито или может по существу состоять из них. Молекулярно-ситовой катализатор может быть приготовлен согласно способу, описанному в WО 2012/166868.

Обычно молекулярно-ситовой катализатор содержит молекулярное сито с обмененным благородным металлом или по существу состоит из него.

Данный благородный металл обычно выбирают из группы, состоящей из палладия (Рd), платины (Рt), родия (Rh) или смесей двух или более из них. Более предпочтительно, благородный металл выбирают из палладия (Рd), платины (Рt) или их смеси.

Обычно предпочтительно, когда благородный металл содержит палладий (Рd) или по существу состоит из него, и возможно второй металл, выбранный из группы, состоящей из платины (Рt) и родия (Rh). Еще более предпочтительно, когда благородный металл содержит палладий (Рd) и возможно платину (Рt) или по существу состоит из них. Более предпочтительно, когда молекулярно-ситовой катализатор содержит палладий в качестве единственного благородного металла.

Когда молекулярно-ситовой катализатор содержит палладий или по существу состоит из него, и второй металл, массовое отношение палладия (Рd) ко второму металлу составляет >1:1. Более предпочтительно, массовое отношение палладия (Рd) ко второму металлу составляет >1:1 и мольное отношение палладия (Рd) ко второму металлу составляет >1:1.

Молекулярно-ситовой катализатор может дополнительно содержать неблагородный металл. Таким образом, молекулярно-ситовой катализатор может содержать благородный металл, молекулярное сито и возможно неблагородный металл, или по существу состоять из них. Молекулярно-ситовой катализатор может содержать молекулярное сито, обмененное благородным металлом и неблагородным металлом, или по существу состоять из него.

Неблагородный металл может быть выбран из группы, состоящей из железа (Fе), меди (Сu), марганца (Мn), хрома (Сr), кобальта (Со), никеля (Ni), цинка (Zn) и олова (Sn), а также смесей двух или более из них. Предпочтительно, когда неблагородный металл выбирают из группы, состоящей из железа, меди и кобальта, более предпочтительно железа и меди. Еще более предпочтительно неблагородный металл представляет собой железо.

Альтернативно, молекулярно-ситовой катализатор может быть по существу свободен от неблагородного металла, такого как неблагородный металл, выбранный из группы, состоящей из железа (Fе), меди (Сu), марганца (Мn), хрома (Сr), кобальта (Со), никеля (Ni), цинка (Zn) и олова (Sn), а также смесей двух или более из них. Таким образом, молекулярно-ситовой катализатор может не содержать неблагородный металл.

Обычно предпочтительно, когда молекулярно-ситовой катализатор не содержит неблагородный металл.

Молекулярное сито обычно образовано из алюминия, кремния и/или фосфора. Молекулярное сито обычно имеет трехмерную структуру (например, решетку) из SiО₄, АlО₄ и/или РО₄, которые соединяются путем разделения атомов кислорода. Молекулярное сито может иметь анионную решетку. Заряд анионной решетки может уравновешиваться катионами, такими как катионы щелочных и/или щелочноземельных элементов (например, Nа, К, Са, Sr и Ва), катионы аммония и/или протоны.

Обычно молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру, алюмофосфатную структуру или кремнийалюмофосфатную структуру. Молекулярное сито может иметь алюмосиликатную структуру или алюмофосфатную структуру. Предпочтительно, когда молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру или кремнийалюмофосфатную структуру. Более предпочтительно, когда молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру.

Когда молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру, молекулярное сито предпочтительно является цеолитом.

Обычно молекулярное сито может быть молекулярным ситом, обмененным благородным металлом (например, молекулярным ситом, обмененным благородным металлом, имеющим алюмосиликатную или алюмофосфатную структуру). Благородный металл может присутствовать на внерешеточном центре на внешней поверхности молекулярного сита или внутри канала или полости молекулярного сита.

Молекулярно-ситовой катализатор обычно имеет, по меньшей мере, 1 масс.% (т.е. количество благородного металла в молекулярно-ситовом катализаторе) благородного металла (например, за счет обмена, локализованного внутри пор молекулярного сита), предпочтительно, по меньшей мере, 5 масс.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 10 масс.%, например, по меньшей мере, 25 масс.%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 50 масс.%.

Молекулярное сито может быть выбрано из мелкопористого молекулярного сита (т.е молекулярного сита, имеющего максимальный размер кольца восемь тетраэдрических атомов), среднепористого молекулярного сита (т.е молекулярного сита, имеющего максимальный размер кольца десять тетраэдрических атомов) и крупнопористого молекулярного сита (т.е молекулярного сита, имеющего максимальный размер кольца двенадцать тетраэдрических атомов). Более предпочтительно, молекулярное сито выбирают из мелкопористого молекулярного сита и среднепористого молекулярного сита.

В первом варианте осуществления молекулярно-ситового катализатора молекулярное сито представляет собой мелкопористое молекулярное сито. Мелкопористое молекулярное сито предпочтительно имеет структуру решетки, представленную кодом типа решетки (FТС), выбранным 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 сростка любых двух или более из них. Сросток предпочтительно выбирают из KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI-CHA и AEI-SAV. Более предпочтительно, мелкопористое молекулярное сито имеет структуру решетки с FТС, который соответствует AEI, CHA или сростку AEI-CHA. Еще более предпочтительно, мелкопористое молекулярное сито имеет структуру решетки с FТС, который соответствует АЕI или СНА, особенно АЕI.

Предпочтительно, мелкопористое молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру или кремнийалюмофосфатную структуру. Более предпочтительно, мелкопористое молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру (т.е. молекулярное сито является цеолитом), особенно, когда мелкопористое молекулярное сито имеет структуру решетки с FТС, который соответствует AEI, CHA или сростку AEI-CHA, особенно АЕI или СНА.

Во втором варианте осуществления молекулярно-ситового катализатора молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную кодом FТС, выбранным 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 осуществления молекулярно-ситового катализатора молекулярное сито представляет собой среднепористое молекулярное сито. Среднепористое молекулярное сито предпочтительно имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из MFI, FER, MWW и EUO, более предпочтительно МFI.

В четвертом варианте осуществления молекулярно-ситового катализатора молекулярное сито представляет собой крупнопористое молекулярное сито. Крупнопористое молекулярное сито предпочтительно имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из CON, BEA, FAU, MOR и EMT, более предпочтительно ВЕА.

В каждом из вариантов осуществления молекулярно-ситового катализатора от первого до четвертого молекулярное сито предпочтительно имеет алюмосиликатную структуру (т.е. молекулярное сито является цеолитом). Каждый из вышеуказанных трехбуквенных кодов представляет тип решетки согласно "Комиссии ЮПАК по номенклатуре цеолитов" и/или "Структурной комиссии международной цеолитной ассоциации".

Молекулярное сито обычно имеет мольное отношение оксида кремния к оксиду алюминия (ОКА) от 10 до 200 (например, от 10 до 40), например от 10 до 100, более предпочтительно от 15 до 80 (например, от 15 до 30). ОКА обычно относится к молекулярному ситу, имеющему алюмосиликатную структуру (например, цеолиту) или кремнийалюмофосфатную структуру, предпочтительно алюмосиликатную структуру (например, цеолиту).

Молекулярно-ситовой катализатор первого, третьего или четвертого варианта осуществления молекулярно-ситового катализатора (а также для некоторых типов структур второго варианта осуществления молекулярно-ситового катализатора), особенно когда молекулярное сито является цеолитом, может иметь инфракрасный спектр, имеющий характерный пик поглощения в интервале от 750 см^-1 до 1050 см^-1 (в дополнение к пикам поглощения самого молекулярного сита). Предпочтительно, характерный пик поглощения находится в интервале от 800 см^-1 до 1000 см^-1, более предпочтительно в интервале от 850 см^-1 до 975 см^-1.

Обычно катализатор холодного запуска имеет полное содержание благородного металла (т.е. молекулярно-ситовой катализатор, особенно в первой области) ≥1 г фут^-3 (35 г м^-3), предпочтительно > 1 г фут^-3 (35 г м^-3) и более предпочтительно >2 г фут^-3 (71 г м^-3).

Катализатор холодного запуска обычно имеет полное содержание благородного металла (т.е. молекулярно-ситовой катализатор) от 1 до 250 г фут^-3 (от 35 до 8829 г м^-3), предпочтительно от 5 до 150 г фут^-3 (от 177 до 5297 г м^-3), более предпочтительно от 10 до 100 г фут^-3 (от 353 до 3531 г м^-3).

Обычно данная или каждая подложка (т.е. устройство контроля выбросов) является монолитной (также называется здесь монолитной подложкой). Такие монолиты хорошо известны в технике.

Подложка, предпочтительно монолитная подложка, предпочтительно имеет диаметр ≥7 дюймов (например, ≥17,8 см). Такие монолитные подложки обычно применяют в мощных дизельных автомобилях.

Обычно дизельный катализатор окисления содержит подложку, которая является проточной подложкой (например, проточным монолитом). Каталитический фильтр сажи содержит подложку, которая является фильтрующей подложкой (например, фильтрующим монолитом). Катализатор холодного запуска содержит подложку, которая является проточной подложкой (например, проточным монолитом) или фильтрующей подложкой (например, фильтрующим монолитом). Предпочтительно, когда катализатор холодного запуска содержит подложку, которая является проточной подложкой.

Проточная подложка обычно содержит ячеистый монолит (например, металлический или керамический ячеистый монолит), имеющий множество распространяющихся по нему каналов, которые являются открытыми на обоих концах.

Фильтрующий монолит может быть стеннопроточной фильтрующей монолитной подложкой. Стеннопроточная фильтрующая монолитная подложка обычно содержит множество входных каналов и множество выходных каналов, где входные каналы открыты на входном конце (т.е. со стороны входа выхлопного газа) и закрыты или заделаны на выходном конце (т.е. со стороны выхода выхлопного газа), выходные каналы закрыты или заделаны на входном конце и открыты на выходном конце, и каждый входной канал отделяется от выходного канала стенкой (например, стенкой, имеющей пористую структуру).

В стеннопроточной фильтрующей монолитной подложке каждый входной канал попеременно отделяется от выходного канал стенкой (например, с пористой структурой) и наоборот. Предпочтительно, когда входные каналы и выходные каналы организованы ячеистым образом. Когда есть ячеистое расположение, предпочтительно, когда каналы, вертикально и сбоку соседствующие с входным каналом, заткнуты на входном конце и наоборот (т.е. каналы, вертикально и сбоку соседствующие с выходным каналом, заткнуты на выходном конце). Если смотреть с любого конца, попеременно закрытые и открытые концы каналов выглядят как шахматная доска.

Обычно подложка может иметь трубчатую, волокнистую или гранулированную форму. Примеры подходящих несущих подложек включают в себя подложку типа монолитного ячеистого кордиерита, подложку типа монолитного ячеистого SiС, подложку типа слоистого волокна или трикотажного полотна, подложку пенистого типа, подложку перекрещивающегося типа, подложку типа сетки из металлической проволоки, подложку типа металлического пористого тела и подложку типа керамических частиц.

Обычно дизельный катализатор окисления и/или каталитический фильтр сажи и/или катализатор холодного запуска по существу свободен от родия и/или по существу свободен от сохраняющего NО_х компонента, содержащего оксид, карбонат или гидроксид щелочного металла, щелочноземельного металла и/или редкоземельного металла или по существу состоящего из него. Более предпочтительно, дизельный катализатор окисления и/или каталитический фильтр сажи и/или катализатор холодного запуска не содержит родия и/или не содержит сохраняющего NО_х компонента, содержащего оксид, карбонат или гидроксид щелочного металла, щелочноземельного металла и/или редкоземельного металла или по существу состоящего из него.

Может быть предпочтительно, когда молекулярно-ситовой катализатор по существу свободен от платины. Более предпочтительно, молекулярно-ситовой катализатор не содержит платину.

Инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ

Выхлопная система данного изобретения содержит инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ. Во избежание неясности, инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ не является средством для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ, как описано ниже (например, он содержит другие компоненты).

Обычно данный инжектор является жидкостным инжектором, подходящим для ввода раствора, содержащего предшественник аммиака, в выхлопной газ.

Предшественником аммиака предпочтительно является мочевина или формиат аммония, более предпочтительно мочевина. Системы дозирования мочевины для катализаторов СКВ известны в технике.

Обычно инжектор распыляет предшественник аммиака или раствор, содержащий предшественник аммиака, при впрыскивании в выхлопной газ, например путем распыления предшественника аммиака или раствора, содержащего предшественник аммиака. Инжектор может быть безвоздушным инжектором или воздушным инжектором.

Инжектор организован так, чтобы вводить предшественник аммиака в выхлопной газ выше по потоку от фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления. Предпочтительно, когда инжектор организован так, чтобы регулируемым образом вводить некоторое количество предшественника аммиака в выхлопной газ выше по потоку от фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления. Более предпочтительно, инжектор организован так, чтобы регулируемым образом вводить некоторое количество предшественника аммиака в выхлопной газ выше по потоку от фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления, чтобы обеспечить мольное отношение аммиака к NО_х (АNR) от 0,7 до 1,3 (например, от 0,9 до 1,2), например, от 1,0 до 1,2 (например, приблизительно 1:1).

Инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ находится (например, расположен) ниже по потоку от, предпочтительно ниже по потоку от выхода из, устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС). Когда устройство контроля выбросов представляет собой (i) дизельный катализатор окисления (ДКО) и каталитический фильтр сажи (КФС) или (ii) катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) и каталитический фильтр сажи (КФС), предпочтительно, инжектор находится (например, расположен) ниже по потоку от выхода КФС.

Обычно устройство контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) имеет выход, присоединенный, предпочтительно проточно присоединенный с помощью трубопровода выхлопного газа, к входу фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления. Инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ предпочтительно расположен между выходом из устройства контроля выбросов и входом первого катализатора селективного каталитического восстановления. Инжектор предпочтительно присоединен к трубопроводу выхлопного газа между выходом из устройства контроля выбросов и входом первого катализатора селективного каталитического восстановления.

Инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ обычно присоединен, предпочтительно проточно присоединен, к баку для хранения предшественника аммиака. Таким образом, выхлопная система данного изобретения может дополнительно содержать бак для хранения предшественника аммиака.

Инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ может быть электрически присоединен к системе управления двигателем. Система управления двигателем может быть организована так, чтобы включать инжектор на ввод предшественника аммиака в выхлопной газ, когда температура выхлопного газа ≥Т₁, где Т₁ составляет 200°С, предпочтительно 215 °С, более предпочтительно 230°С. Особенно предпочтительно, когда система управления двигателем может быть организована так, чтобы включать инжектор на ввод предшественника аммиака в выхлопной газ, когда температура выхлопного газа ≥Т₁, и когда мольное АNR выхлопного газа <0,7, предпочтительно <0,9.

Система управления двигателем и/или инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ могут быть электрически соединены с датчиком температуры (например, термопарой), расположенным выше по потоку, предпочтительно непосредственно выше по потоку, от фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления. Датчик температуры находится ниже по потоку от устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС). Датчик температуры подходит для определения Т₁.

Дополнительно или альтернативно, система управления двигателем и/или инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ могут быть электрически соединены с датчиком NО_х, расположенным выше по потоку, предпочтительно непосредственно выше по потоку, от первого катализатора селективного каталитического восстановления. Датчик NО_х предпочтительно расположен ниже по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ.

Выхлопная система может дополнительно содержать смеситель, где данный смеситель находится (например, расположен в трубопроводе выхлопного газа) выше по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления и ниже по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ.

Первый катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ)

Выхлопная система данного изобретения содержит первый катализатор селективного каталитического восстановления. Первый катализатор СКВ находится (например, расположен) ниже по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ. Первый катализатор СКВ находится выше по потоку от второго катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ).

Первый катализатор СКВ содержит подложку и первую каталитическую композицию СКВ. Подложка может быть проточной подложкой или фильтрующей подложкой. Термин "первый" в выражении "первая композиция селективного каталитического восстановления" применяется, чтобы отличить данную композицию от других композиций селективного каталитического восстановления, которые присутствуют в выхлопной системе.

Когда первый катализатор СКВ имеет проточную подложку, подложка может содержать первую композицию катализатора СКВ (т.е. первый катализатор СКВ получают путем экструзии), или первая композиция катализатора СКВ может быть расположена на подложке или нанесена на нее (т.е. первую композицию катализатора СКВ наносят на подложку с помощью способа нанесения тонкого покрытия). Предпочтительно, когда первая композиция катализатора СКВ расположена на подложке или нанесена на нее.

Обычно предпочтительно, когда первый катализатор СКВ имеет фильтрующую подложку. Когда первый катализатор СКВ имеет фильтрующую подложку, он представляет собой фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления, который обозначается здесь сокращением "СКВ-ФДЧ". СКВ-ФДЧ содержит фильтрующую подложку и первую композицию селективного каталитического восстановления (СКВ).

Первая композиция селективного каталитического восстановления может содержать катализатор СКВ на основе оксида металла, катализатор СКВ на основе молекулярного сита или их смесь, или по существу состоять из него. Такие катализаторы СКВ известны в технике.

Первая композиция селективного каталитического восстановления может содержать катализатор СКВ на основе оксида металла или по существу состоять из него. Катализатор СКВ на основе оксида металла содержит ванадий или вольфрам, или их смесь, нанесенные на тугоплавкий оксид. Тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида церия и их комбинаций.

Предпочтительно, когда катализатор СКВ на основе оксида металла содержит оксид ванадия (например, V₂О₅) и/или оксид вольфрама (например, WО₃), нанесенный на тугоплавкий оксид, выбранный из группы, состоящей из оксида титана (например, ТiО₂), оксида церия (например, СеО₂) и смешанного или композитного оксида церия и циркония (например, Се_хZr_(1-х)О₂, где х=0,1-0,9, предпочтительно х=0,2-0,5), или по существу состоит из него.

Когда тугоплавкий оксид представляет собой оксид титана (например, ТiО₂), предпочтительно концентрация оксида ванадия составляет от 0,5 до 6 масс.% (например, от катализатора СКВ на основе оксида металла) и/или концентрация оксида вольфрама (например, WО₃) составляет от 5 до 20 масс.%. Более предпочтительно, оксид ванадия (например, V₂О₅) и оксид вольфрама (например, WО₃) наносят на оксид титана (например, ТiО₂).

Когда тугоплавкий оксид представляет собой оксид церия (например, СеО₂), предпочтительно концентрация оксида ванадия составляет от 0,1 до 9 масс.% (например, от катализатора СКВ на основе оксида металла) и/или концентрация оксида вольфрама (например, WО₃) составляет от 0,1 до 9 масс.%.

Обычно предпочтительно, когда катализатор СКВ на основе оксида металла содержит оксид ванадия (например, V₂О₅) и возможно оксид вольфрама (например, WО₃), нанесенный на оксид титана (например, ТiО₂), или по существу состоит из него. Было обнаружено, что катализатор СКВ на основе оксида металла производит существенно меньше N₂О в качестве побочного продукта, особенно, когда катализатор СКВ на основе оксида металла расположен выше по потоку от катализатора СКВ на основе медьсодержащего молекулярного сита.

Первая композиция селективного каталитического восстановления может содержать катализатор СКВ на основе молекулярного сита или по существу состоять из него. Катализатор СКВ на основе молекулярного сита содержит молекулярное сито, которое возможно представляет собой молекулярное сито с обмененным переходным металлом. Предпочтительно, когда катализатор СКВ содержит молекулярное сито с обмененным переходным металлом.

Обычно катализатор СКВ на основе молекулярного сита может содержать молекулярное сито, имеющее алюмосиликатную структуру (например, цеолит), алюмофосфатную структуру (например, АlРО), кремнийалюмофосфатную структуру (например, SАРО), алюмосиликатную структуру, содержащую гетероатом, алюмофосфатную структуру, содержащую гетероатом (например, МеАlРО, где Ме является металлом), или кремнийалюмофосфатную структуру, содержащую гетероатом (например, МеАРSО, где Ме является металлом). Гетероатом (т.е. в структуре, содержащей гетероатом) может быть выбран из группы, состоящей из бора (В), галлия (Gа), титана (Тi), циркония (Zr), цинка (Zn), железа (Fе), ванадия (V) и комбинаций любых двух или более из них. Предпочтительно, когда гетероатом является металлом (например, каждая из вышеуказанных структур, содержащих гетероатом, может быть металлсодержащей структурой).

Предпочтительно, когда катализатор СКВ на основе молекулярного сита содержит молекулярное сито, имеющее алюмосиликатную структуру (например, цеолит) или кремнийалюмофосфатную структуру (например, SАРО), или по существу состоит из нее. Более предпочтительно, когда молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру (например, цеолит).

Когда молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру (например, молекулярное сито является цеолитом), обычно молекулярное сито имеет мольное отношение оксида кремния к оксиду алюминия (ОКА) от 5 до 200 (например, от 10 до 200), предпочтительно от 10 до 100 (например, от 10 до 30 или от 20 до 80), например, от 12 до 40, более предпочтительно от 15 до 30.

Обычно молекулярное сито является микропористым. Микропористое молекулярное сито имеет поры с диаметром меньше чем 2 нм (например, согласно определению ЮПАК для "микропористости" [смотри Pure & Appl. Chem., 66(8), (1994), 1739-1758)]).

Катализатор СКВ на основе молекулярного сита может содержать мелкопористое молекулярное сито (например, молекулярное сито, имеющее максимальный размер кольца восемь тетраэдрических атомов), среднепористое молекулярное сито (например, молекулярное сито, имеющее максимальный размер кольца десять тетраэдрических атомов) и крупнопористое молекулярное сито (например, молекулярное сито, имеющее максимальный размер кольца двенадцать тетраэдрических атомов) или комбинацию двух или более из них.

Когда молекулярное сито представляет собой мелкопористое молекулярное сито, мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную кодом типа решетки (FТС), выбранным 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 сростка любых двух или более из них. Предпочтительно, мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из CHA, LEV, AEI, AFX, ERI, SFW, KFI, DDR и ITE. Более предпочтительно, мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из CHA и АЕI. Мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную FТС СНА. Мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную FТС АЕI. Когда мелкопористое молекулярное сито является цеолитом и имеет структуру, представленную FТС СНА, цеолит может быть шабазитом.

Когда молекулярное сито представляет собой среднепористое молекулярное сито, среднепористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную кодом типа решетки (FТС), выбранным из группы, состоящей из AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, -PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, -SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI и WEN, или смеси и/или сростка двух или более из них. Предпочтительно, среднепористое молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из FER, MEL, MFI и STT. Более предпочтительно, среднепористое молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из FER и МFI, особенно МFI. Когда среднепористое молекулярное сито является цеолитом и имеет структуру решетки, представленную FТС FЕR или МFI, данный цеолит может быть ферриеритом, силикалитом или ZSМ-5.

Когда молекулярное сито представляет собой крупнопористое молекулярное сито, крупнопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную кодом типа решетки (FТС), выбранным из группы, состоящей из AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, IFR, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, OKO, OSI, -RON, RWY, SAF, SAO, SBE, SBS, SBT, SEW, SFE, SFO, SFS, SFV, SOF, SOS, STO, SSF, SSY, USI, UWY и VET, или смеси и/или сростка двух или более из них. Предпочтительно, крупнопористое молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из AFI, BEA, MAZ, MOR и OFF. Более предпочтительно, крупнопористое молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из BEA, MOR и MFI. Когда крупнопористое молекулярное сито является цеолитом и имеет структуру решетки, представленную FТС BEA, FAU или MOR, цеолит может быть цеолитом бета, фожазитом, цеолитом Y, цеолитом Х или морденитом.

Обычно предпочтительно, когда молекулярное сито представляет собой мелкопористое молекулярное сито.

Катализатор СКВ на основе молекулярного сита предпочтительно содержит молекулярное сито, обмененное переходным металлом. Переходный металл может быть выбран из группы, состоящей из кобальта, меди, железа, марганца, никеля, палладия, платины, рутения и рения. Предпочтительно, когда переходный металл выбирают из группы, состоящей из меди и железа.

Переходный металл может быть железом. Преимуществом катализатора СКВ, содержащего железо-замещенное молекулярное сито, является то, что такой состав имеет прекрасную активность восстановления NО_х при более высокой температуре, чем, например, медь-замещенное молекулярное сито. Железо-замещенное молекулярное сито может также генерировать минимальное количество N₂О (по сравнению с другими типами катализатора СКВ).

Переходный металл может быть медью. Преимуществом катализатора СКВ, содержащего медь-замещенное молекулярное сито, является то, что такой состав имеет прекрасную активность восстановления NО_х при низкой температуре (например, она может быть выше низкотемпературной активности восстановления NО_х железо-замещенного молекулярного сита).

Переходный металл может присутствовать на внерешеточном центре на внешней поверхности молекулярного сита или внутри канала или полости молекулярного сита.

Обычно молекулярное сито, обмененное переходным металлом, содержит количество от 0,10 до 10 масс.% молекулярно замещенного переходного металла, предпочтительно количество от 0,2 до 5 масс.%.

Обычно первый катализатор селективного каталитического восстановления содержит первую композицию селективного каталитического восстановления в полной концентрации от 0,5 до 4,0 г дюйм^-3 (от 0,031 до 0,24 г см^-3), предпочтительно от 1,0 до 3,0 4,0 г дюйм^-3 (от 0,061 до 0,18 г см^-3).

Может быть предпочтительно, когда первая каталитическая композиция СКВ содержит смесь катализатора СКВ на основе оксида металла и катализатора СКВ на основе молекулярного сита. Предпочтительно, когда (а) катализатор СКВ на основе оксида металла содержит оксид ванадия (например, V₂О₅) или возможно оксид вольфрама (например, WО₃), нанесенный на оксид титана (например, ТiО₂), или по существу состоит из него, и (b) катализатор СКВ на основе молекулярного сита содержит молекулярное сито, обмененное переходным металлом. Более предпочтительно, переходный металл молекулярного сита, обмененного переходным металлом, представляет собой железо. Цеолит предпочтительно имеет структуру решетки типа МFI.

Когда первый катализатор СКВ представляет собой СКВ-КФС, фильтрующая подложка предпочтительно является стеннопроточной фильтрующей монолитной подложкой, как описано выше в отношении каталитического фильтра сажи.

Стеннопроточная фильтрующая монолитная подложка (например, СКВ-КФС) обычно имеет плотность ячеек 60-400 ячеек на квадратный дюйм (яч. кв. дюйм)(9,3-62 яч на кв. см). Предпочтительно, когда стеннопроточная фильтрующая монолитная подложка имеет плотность ячеек от 100 до 350 яч. кв. дюйм (15,5-54 яч на кв. см), более предпочтительно от 200 до 300 яч. кв. дюйм (31-47 яч на кв. см).

Стеннопроточная фильтрующая монолитная подложка может иметь толщину стенок (например, среднюю толщину внутренних стенок) от 0,20 до 0,50 мм, предпочтительно от 0,25 до 0,35 мм (например, приблизительно 0,30 мм).

Обычно непокрытая стеннопроточная фильтрующая монолитная подложка имеет пористость от 50 до 80%, предпочтительно от 55 до 75% и более предпочтительно от 60 до 70%.

Непокрытая стеннопроточная фильтрующая монолитная подложка обычно имеет средний размер пор, по меньшей мере, 5 мкм. Предпочтительно, когда средний размер пор составляет от 10 до 40 мкм, например от 15 до 35 мкм, более предпочтительно от 20 до 30 мкм.

Стеннопроточная фильтрующая подложка может иметь симметричный дизайн ячеек или асимметричный дизайн ячеек.

Обычно в СКВ-КФС первая композиция селективного каталитического восстановления расположена на стенке стеннопроточной фильтрующей монолитной подложки. Дополнительно, первая композиция селективного каталитического восстановления может быть расположена на стенках входных каналов и/или на стенках выходных каналов.

Второй катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ)

Выхлопная система данного изобретения содержит второй катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ). Второй катализатор СКВ находится ниже по потоку, предпочтительно непосредственно ниже по потоку, от первого катализатора СКВ. Таким образом, выход первого катализатора СКВ обычно присоединен (например, проточно присоединен) к входу второго катализатора СКВ.

Первый катализатор СКВ и второй катализатор СКВ могут быть тесно соединены. Расстояние между выходом первого катализатора СКВ и вторым катализатором СКВ может быть от 1,0 мм до 300 мм, предпочтительно от 3 мм до 200 мм, более предпочтительно от 5 мм до 150 мм (например, от 8 мм до 100 мм), например, от 10 мм до 80 мм (например, от 12 мм до 70 мм) и еще более предпочтительно от 15 мм до 50 мм.

Второй катализатор СКВ содержит проточную подложку и вторую композицию селективного каталитического восстановления (СКВ). Термин "второй" в выражении "вторая композиция селективного каталитического восстановления" применяется, чтобы отличить данную композицию от других композиций селективного каталитического восстановления, которые присутствуют в выхлопной системе. Не требуется, чтобы второй катализатор СКВ имел две или более композиций селективного каталитического восстановления.

Вторая композиция селективного каталитического восстановления может содержать катализатор СКВ на основе оксида металла, катализатор СКВ на основе молекулярного сита или их смесь, или по существу состоять из него. Вторая композиция селективного каталитического восстановления может быть такой же как первая композиция селективного каталитического восстановления или отличаться от нее.

Вторая композиция селективного каталитического восстановления может содержать катализатор СКВ на основе оксида металла или по существу состоять из него. Катализатор СКВ на основе оксида металла содержит ванадий или вольфрам, или их смесь, нанесенные на тугоплавкий оксид. Тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида церия и их комбинаций.

Предпочтительно, когда катализатор СКВ на основе оксида металла содержит оксид ванадия (например, V₂О₅) и/или оксид вольфрама (например, WО₃), нанесенный на тугоплавкий оксид, выбранный из группы, состоящей из оксида титана (например, ТiО₂), оксида церия (например, СеО₂) и смешанного или композитного оксида церия и циркония (например, Се_хZr_(1-х)О₂, где х=0,1-0,9, предпочтительно х=0,2-0,5), или по существу состоит из него.

Когда тугоплавкий оксид представляет собой оксид титана (например, ТiО₂), предпочтительно концентрация оксида ванадия составляет от 0,5 до 6 масс.% (например, от катализатора СКВ на основе оксида металла) и/или концентрация оксида вольфрама (например, WО₃) составляет от 5 до 20 масс.%. Более предпочтительно, оксид ванадия (например, V₂О₅) и оксид вольфрама (например, WО₃) наносят на оксид титана (например, ТiО₂).

Когда тугоплавкий оксид представляет собой оксид церия (например, СеО₂), предпочтительно концентрация оксида ванадия составляет от 0,1 до 9 масс.% (например, от катализатора СКВ на основе оксида металла) и/или концентрация оксида вольфрама (например, WО₃) составляет от 0,1 до 9 масс.%.

Обычно предпочтительно, когда катализатор СКВ на основе оксида металла содержит оксид ванадия (например, V₂О₅) и возможно оксид вольфрама (например, WО₃), нанесенный на оксид титана (например, ТiО₂), или по существу состоит из него. Было обнаружено, что катализатор СКВ на основе оксида металла производит существенно меньше N₂О в качестве побочного продукта.

Вторая композиция селективного каталитического восстановления может содержать катализатор СКВ на основе молекулярного сита или по существу состоять из него. Катализатор СКВ на основе молекулярного сита содержит молекулярное сито, которое возможно представляет собой молекулярное сито с обмененным переходным металлом. Предпочтительно, когда катализатор СКВ содержит молекулярное сито с обмененным переходным металлом.

Обычно катализатор СКВ на основе молекулярного сита может содержать молекулярное сито, имеющее алюмосиликатную структуру (например, цеолит), алюмофосфатную структуру (например, АlРО), кремнийалюмофосфатную структуру (например, SАРО), алюмосиликатную структуру, содержащую гетероатом, алюмофосфатную структуру, содержащую гетероатом (например, МеАlРО, где Ме является металлом), или кремнийалюмофосфатную структуру, содержащую гетероатом (например, МеАРSО, где Ме является металлом). Гетероатом (т.е. в структуре, содержащей гетероатом) может быть выбран из группы, состоящей из бора (В), галлия (Gа), титана (Тi), циркония (Zr), цинка (Zn), железа (Fе), ванадия (V) и комбинаций любых двух или более из них. Предпочтительно, когда гетероатом является металлом (например, каждая из вышеуказанных структур, содержащих гетероатом, может быть металлсодержащей структурой).

Предпочтительно, когда катализатор СКВ на основе молекулярного сита содержит молекулярное сито, имеющее алюмосиликатную структуру (например, цеолит) или кремнийалюмофосфатную структуру (например, SАРО), или по существу состоит из нее. Более предпочтительно, когда молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру (например, цеолит).

Когда молекулярное сито имеет алюмосиликатную структуру (например, молекулярное сито является цеолитом), обычно молекулярное сито имеет мольное отношение оксида кремния к оксиду алюминия (ОКА) от 5 до 200 (например, от 10 до 200), предпочтительно от 10 до 100 (например, от 10 до 30 или от 20 до 80), например, от 12 до 40, более предпочтительно от 15 до 30.

Обычно молекулярное сито является микропористым. Микропористое молекулярное сито имеет поры с диаметром меньше чем 2 нм (например, согласно определению ЮПАК для "микропористости" [смотри Pure & Appl. Chem., 66(8), (1994), 1739-1758)]).

Катализатор СКВ на основе молекулярного сита может содержать мелкопористое молекулярное сито (например, молекулярное сито, имеющее максимальный размер кольца восемь тетраэдрических атомов), среднепористое молекулярное сито (например, молекулярное сито, имеющее максимальный размер кольца десять тетраэдрических атомов) и крупнопористое молекулярное сито (например, молекулярное сито, имеющее максимальный размер кольца двенадцать тетраэдрических атомов) или комбинацию двух или более из них.

Когда молекулярное сито представляет собой мелкопористое молекулярное сито, мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную кодом типа решетки (FТС), выбранным 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 сростка любых двух или более из них. Предпочтительно, мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из CHA, LEV, AEI, AFX, ERI, SFW, KFI, DDR и ITE. Более предпочтительно, мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из CHA и АЕI. Мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную FТС СНА. Мелкопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную FТС АЕI. Когда мелкопористое молекулярное сито является цеолитом и имеет структуру, представленную FТС СНА, цеолит может быть шабазитом.

Когда молекулярное сито представляет собой среднепористое молекулярное сито, среднепористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную кодом типа решетки (FТС), выбранным из группы, состоящей из AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, -PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, -SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI и WEN, или смеси и/или сростка двух или более из них. Предпочтительно, среднепористое молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из FER, MEL, MFI и STT. Более предпочтительно, среднепористое молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из FER и МFI, особенно МFI. Когда среднепористое молекулярное сито является цеолитом и имеет структуру решетки, представленную FТС FЕR или МFI, данный цеолит может быть ферриеритом, силикалитом или ZSМ-5.

Когда молекулярное сито представляет собой крупнопористое молекулярное сито, крупнопористое молекулярное сито может иметь структуру решетки, представленную кодом типа решетки (FТС), выбранным из группы, состоящей из AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, IFR, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, OKO, OSI, -RON, RWY, SAF, SAO, SBE, SBS, SBT, SEW, SFE, SFO, SFS, SFV, SOF, SOS, STO, SSF, SSY, USI, UWY и VET, или смеси и/или сростка двух или более из них. Предпочтительно, крупнопористое молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из AFI, BEA, MAZ, MOR и OFF. Более предпочтительно, крупнопористое молекулярное сито имеет структуру решетки, представленную FТС, выбранным из группы, состоящей из BEA, MOR и MFI. Когда крупнопористое молекулярное сито является цеолитом и имеет структуру решетки, представленную FТС BEA, FAU или MOR, цеолит может быть цеолитом бета, фожазитом, цеолитом Y, цеолитом Х или морденитом.

Обычно предпочтительно, когда молекулярное сито представляет собой мелкопористое молекулярное сито.

Катализатор СКВ на основе молекулярного сита предпочтительно содержит молекулярное сито, обмененное переходным металлом. Переходный металл может быть выбран из группы, состоящей из кобальта, меди, железа, марганца, никеля, палладия, платины, рутения и рения. Предпочтительно, когда переходный металл выбирают из группы, состоящей из меди и железа.

Переходный металл может быть железом. Преимуществом катализатора СКВ, содержащего железо-замещенное молекулярное сито, является то, что такой состав имеет прекрасную активность восстановления NО_х при более высокой температуре, чем, например, медь-замещенное молекулярное сито. Железо-замещенное молекулярное сито может также генерировать минимальное количество N₂О (по сравнению с другими типами катализатора СКВ).

Переходный металл может быть медью. Преимуществом катализатора СКВ, содержащего медь-замещенное молекулярное сито, является то, что такой состав имеет прекрасную активность восстановления NО_х при низкой температуре (например, она может быть выше низкотемпературной активности восстановления NО_х железо-замещенного молекулярного сита).

Переходный металл может присутствовать на внерешеточном центре на внешней поверхности молекулярного сита или внутри канала или полости молекулярного сита.

Обычно молекулярное сито, обмененное переходным металлом, содержит количество от 0,10 до 10 масс.% молекулярно замещенного переходного металла, предпочтительно количество от 0,2 до 5 масс.%.

Может быть предпочтительно, когда вторая каталитическая композиция СКВ содержит смесь катализатора СКВ на основе оксида металла и катализатора СКВ на основе молекулярного сита. Предпочтительно, когда (а) катализатор СКВ на основе оксида металла содержит оксид ванадия (например, V₂О₅) или возможно оксид вольфрама (например, WО₃), нанесенный на оксид титана (например, ТiО₂), или по существу состоит из него, и (b) катализатор СКВ на основе молекулярного сита содержит молекулярное сито, обмененное переходным металлом. Более предпочтительно, переходный металл молекулярного сита, обмененного переходным металлом, представляет собой железо.

Обычно второй катализатор СКВ содержит вторую композицию селективного каталитического восстановления в полной концентрации от 0,5 до 4,0 г дюйм^-3 (0,03-0,24 г см^-3), предпочтительно от 1,0 до 3,5 г дюйм^-3 (0,06-0,21 г см^-3).

Второй катализатор СКВ содержит проточную подложку. Проточная подложка предпочтительно является проточным монолитом, таким, как описано выше в отношении каталитического фильтра сажи.

Проточный монолит (например, второй катализатор СКВ) обычно имеет плотность ячеек от 200 до 1000 ячеек на квадратный дюйм (яч. кв. дюйм) (31-155 яч на кв. см). Предпочтительно, когда проточный монолит имеет плотность ячеек от 400 до 1000 яч. кв. дюйм (62-155 яч на кв. см), более предпочтительно от 500 до 900 яч. кв. дюйм (78-140 яч на кв. см) (например, от 600 до 800 яч. кв. дюйм) (93-124 яч на кв. см).

Проточный монолит может иметь толщину стенок (например, среднюю толщину внутренних стенок) от 0,05 до 0,35 мм, предпочтительно от 0,06 до 0,25 мм, более предпочтительно от 0,07 до 0,15 мм (например, от 0,07 до 0,12 мм).

Подложка второго катализатора СКВ может содержать вторую композицию катализатора СКВ (т.е. второй катализатор СКВ получают путем экструзии) или вторая композиция катализатора СКВ может быть расположена на подложке или нанесена на нее (т.е. вторую композицию катализатора СКВ наносят на подложку с помощью способа нанесения тонкого покрытия). Предпочтительно, когда вторая композиция катализатора СКВ расположена на подложке или нанесена на нее.

Обычно непокрытый проточный монолит имеет пористость от 20 до 80%, предпочтительно от 40 до 70% и более предпочтительно от 45 до 60%. Непокрытый проточный монолит преимущественно имеет высокую пористость, так как это позволяет размещать относительно высокую концентрацию второй композиции катализатора СКВ на подложке.

Второй катализатор СКВ может содержать нижнюю по потоку зону, предпочтительно у выходного конца подложки. Нижняя по потоку зона обычно содержит катализатор устранения проскока аммиака (УПА). Катализатор устранения проскока аммиака (УПА) пригоден для окисления аммиака (например, аммиака, который не окислился до азота вторым катализатором селективного каталитического восстановления). Катализаторы устранения проскока аммиака (УПА) известны в технике.

Электронагреваемый трубопровод

Выхлопная система данного изобретения может дополнительно содержать электронагреваемый трубопровод. Электронагреваемый трубопровод находится (например, располагается) между устройством контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) и первым катализатором селективного каталитического восстановления (т.е. ниже по потоку от устройства контроля выбросов и выше по потоку от первого катализатора СКВ). Электронагреваемый трубопровод присутствует для нагрева выхлопного газа, выходящего из устройства контроля выбросов, когда он имеет относительно низкую температуру. Путем электрического нагрева выхлопного газа в этом месте можно быстро доводить выхлопной газ до эффективных рабочих температур нижнего по потоку, первого катализатора СКВ и второго катализатора СКВ для обработки NО_х.

Электронагреваемый трубопровод обычно является частью (т.е. только частью) трубопровода выхлопного газа между выходом устройства контроля выбросов и входом фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления. Когда устройство контроля выбросов представляет собой (i) дизельный катализатор окисления (ДКО) и каталитический фильтр сажи (КФС) или (ii) катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) и каталитический фильтр сажи (КФС), электронагреваемый трубопровод предпочтительно находится (например, располагается) ниже по потоку от выхода КФС.

Предпочтительно, когда электронагреваемый трубопровод присоединен (например, проточно присоединен), предпочтительно непосредственно присоединен, к выходу устройства контроля выбросов.

Обычно электронагреваемый трубопровод находится выше по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ. Когда выхлопная система содержит датчик температуры (например, для определения Т₁) и/или датчик NО_х, электронагреваемый трубопровод предпочтительно находится (например, располагается) выше по потоку от датчика температуры (например, для определения Т₁) и/или датчика NО_х.

Электронагреваемый трубопровод обычно содержит разъем электрического питания, предпочтительно, по меньшей мере, два разъема электрического питания, более предпочтительно только два разъема электрического питания. Каждый разъем электрического питания может электрически присоединяться к электронагреваемой подложке и источнику электрического питания. Электронагреваемый трубопровод может нагреваться за счет Джоулева нагрева, когда электрический ток сквозь сопротивление преобразует электрическую энергию в тепловую энергию.

Электронагреваемый трубопровод при использовании представляет собой электронагревающий трубопровод.

Электронагреваемый трубопровод может электрически присоединяться к системе управления двигателем. Система управления двигателем может быть организована так, чтобы активировать электронагреваемый трубопровод, когда температура выхлопного газа составляет <Т₁, где Т₁ равно 230°С, предпочтительно 215°С, более предпочтительно 200°С.

Дополнительно или альтернативно, электронагреваемый трубопровод может присоединяться к датчику температуры (например, термопаре), расположенному выше по потоку, предпочтительно непосредственно выше по потоку, от фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления. Датчик температуры находится ниже по потоку от устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС). Датчик температуры пригоден для определения Т₁.

Дозатор газообразного аммиака

Выхлопная система данного изобретения может дополнительно содержать средство для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ. Средство для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ предпочтительно представляет собой средство для ввода газообразного аммиака непосредственно в выхлопной газ, когда температура выхлопного газа составляет <Т₁, где Т₁ равно 230°С, предпочтительно 215°С, более предпочтительно 200°С. Во избежание неясностей, средство для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ вводит аммиак в газообразной форме непосредственно в поток выхлопного газа. Газообразный аммиак не генерируется in situ внутри основного потока выхлопного газа, например, из предшественника аммиака.

Средство для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ расположено ниже по потоку от устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) и выше по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления. Предпочтительно, когда средство для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ организовано так, чтобы регулируемым образом вводить количество газообразного аммиака в выхлопной газ выше по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления, обеспечивая мольное отношение аммиака к NО_х (АNR) от 0,7 до 1,3 (например, от 0,9 до 1,2), например, от 1,0 до 1,2 (например, приблизительно 1:1).

Было обнаружено, что введение газообразного аммиака в выхлопной газ, особенно при относительно низких температурах, может облегчать превращение NО_х на первом катализаторе СКВ и/или втором катализаторе СКВ. Нельзя впрыскивать предшественники аммиака, такие как мочевина, в выхлопной газ при относительно низких температурах, так как аммиак не будет образовываться in situ при таких температурах. В действительности, мочевина может кристаллизоваться внутри выхлопной системы при низких температурах.

Средство для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ может содержать дозатор аммиака (например, дозатор газообразного аммиака). Дозатор аммиака обычно присоединен (например, проточно присоединен) к трубопроводу между устройством контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) и фильтрующим катализатором селективного каталитического восстановления (т.е. ниже по потоку от выхода устройства контроля выбросов и выше по потоку от входа первого катализатора СКВ). Когда устройство контроля выбросов представляет собой (i) дизельный катализатор окисления (ДКО) и каталитический фильтр сажи (КФС) или (ii) катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) и каталитический фильтр сажи (КФС), дозатор аммиака предпочтительно находится (например, расположен) ниже по потоку от выхода КФС.

Когда выхлопная система содержит смеситель, дозатор аммиака предпочтительно находится выше по потоку от смесителя.

Дозатор аммиака может находиться выше по потоку или ниже по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ. Предпочтительно, когда дозатор аммиака находится выше по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ.

Когда выхлопная система содержит электронагреваемый трубопровод, дозатор аммиака может находиться выше по потоку или ниже по потоку от электронагреваемого трубопровода. Предпочтительно, когда дозатор аммиака находится ниже по потоку от электронагреваемого трубопровода.

Средство для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ может дополнительно содержать средство для генерации газообразного аммиака из предшественника аммиака. Средство для генерации газообразного аммиака из предшественника аммиака присоединяется (например, проточно присоединяется) к дозатору аммиака. Дозатор аммиака находится внутри основной выхлопной системы.

Обычно средство для генерации газообразного аммиака из предшественника аммиака содержит:

(i) инжектор для ввода предшественника аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа; и

(ii) катализатор гидролиза для превращения предшественника аммиака в газообразный аммиак;

где инжектор для ввода предшественника аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа находится (например, расположен) выше по потоку от катализатора гидролиза.

Во избежание неясностей, инжектор для ввода предшественника аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа является дополнительным инжектором относительно описанного выше инжектора для ввода предшественника аммиака в основной поток выхлопного газа. Инжектор для ввода предшественника аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа называется здесь "вторым инжектором".

Обычно второй инжектор является жидкостным инжектором, пригодным для ввода раствора, содержащего предшественник аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа. Предшественник аммиака предпочтительно является мочевиной или формиатом аммония, более предпочтительно мочевиной.

Вспомогательный инжектор распыляет предшественник аммиака или раствор, содержащий предшественник аммиака, при впрыскивании во вспомогательный трубопровод выхлопного газа выше по потоку от катализатора гидролиза, например путем распыления предшественника аммиака или раствора, содержащего предшественник аммиака. Вспомогательный инжектор может быть безвоздушным инжектором или воздушным инжектором.

Вспомогательный инжектор организован так, чтобы вводить предшественник аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа выше по потоку от катализатора гидролиза. Предпочтительно, когда вспомогательный инжектор организован так, чтобы регулируемым образом вводить количество предшественника аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа выше по потоку от катализатора гидролиза.

Вспомогательный инжектор обычно присоединен (например, проточно присоединен) к баку для хранения предшественника аммиака, предпочтительно бак для хранения предшественника аммиака присоединен к инжектору для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ (т.е. основной инжектор).

Катализатор гидролиза для превращения предшественника аммиака в газообразный аммиак обычно содержит подложку и композицию катализатора гидролиза, расположенную на данной подложке или нанесенную на нее. Подложка предпочтительно является проточной подложкой, более предпочтительно кордиеритовой проточной подложкой. Композиции катализаторов для гидролиза мочевины известны в технике.

Композиция катализатора гидролиза может содержать диоксид титана (ТiО₂), например Аu-допированный ТiО₂, или по существу состоять из него.

Выход композиции катализатора гидролиза обычно присоединен (например, проточно присоединен) к дозатору аммиака.

Обычно вспомогательный трубопровод выхлопного газа присоединен (например, проточно присоединен) к выхлопному коллектору дизельного двигателя. Предпочтительно, когда вспомогательный трубопровод выхлопного газа присоединен к выхлопному коллектору выше по потоку от турбонагнетателя. Вспомогательный трубопровод выхлопного газа обходит турбонагнетатель. В этой конфигурации небольшое количество горячего выхлопного газа (приблизительно от 1,5 до 7,0%) вытягивается из двигателя во вспомогательный трубопровод выхлопного газа (т.е. система побочного течения). Когда выхлопной газ отводится из турбонагнетателя во вспомогательный трубопровод выхлопного газа, температура выхлопного газа во вспомогательном трубопроводе выхлопного газа значительно выше, чем температура в основном потоке выхлопного газа.

Средство для генерации газообразного аммиака из предшественника аммиака может дополнительно содержать фильтр мелких частиц, предпочтительно каталитический фильтр сажи (КФС).

Фильтр мелких частиц или КФС находится во вспомогательном трубопроводе выхлопного газа выше по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа. Фильтр мелких частиц или КФС находится также выше по потоку от катализатора гидролиза для превращения предшественника аммиака в газообразный аммиак.

Вспомогательный трубопровод выхлопного газа может содержать клапан для запирания вспомогательного трубопровода выхлопного газа (например, когда температура (Т₁) выхлопного газа между устройством контроля выбросов и первым катализатором СКВ составляет ≥200°С, предпочтительно 215°С, более предпочтительно 230°С). Данный клапан может электрически соединяться с системой управления двигателем.

Обычно клапан находится выше по потоку от вспомогательного инжектора, предпочтительно выше по потоку от фильтра мелких частиц или КФС.

Катализатор устранения проскока аммиака (УПА)

В добавление или в качестве альтернативы катализатору устранения проскока аммиака (УПА), присутствующему в нижней по потоку зоне катализатора СКВ, выхлопная система может дополнительно содержать катализатор устранения проскока аммиака (УПА)(т.е. отдельный УПА). УПА содержит катализатор устранения проскока аммиака, расположенный на подложке (т.е. подложке, которая отделена от подложки второго катализатора СКВ).

Обычно катализатор устранения проскока аммиака находится ниже по потоку, предпочтительно непосредственно ниже по потоку, от второго катализатора СКВ. Таким образом, выход второго катализатора СКВ обычно присоединен (например, проточно присоединен) к входу катализатора устранения проскока аммиака.

Подложка катализатора устранения проскока аммиака предпочтительно является проточным монолитом.

Транспортное средство

Данное изобретение дополнительно обеспечивает транспортное средство. Данное транспортное средство содержит дизельный двигатель и выхлопную систему данного изобретения. Дизельный двигатель обычно является типичным (т.е. традиционным) дизельным двигателем.

Дизельный двигатель может содержать систему управления двигателем.

Данное транспортное средство может быть маломощным дизельным транспортным средством (ММДТ), как определено законодательство США или Евросоюза. Маломощное дизельное транспортное средство обычно имеет массу <2840 кг, более предпочтительно массу <2610 кг.

В США маломощным дизельным транспортным средством (ММДТ) считается дизельной транспортное средство, имеющее брутто-массу ≤8500 фунтов (фунты США)(≤3856 кг). В Европе термин маломощное дизельное транспортное средство (ММДТ) относится к (i) пассажирским автомобилям, имеющим не более восьми сидений в добавление к сиденью водителя и имеющим максимальную массу, не превышающую 5 тонн, и (ii) транспортным средствам для перевозки товаров, имеющим максимальную массу, не превышающую 12 тонн.

Предпочтительно, когда данное транспортное средство является мощным дизельным транспортным средством (МДТ), таким как транспортное средство, имеющее брутто-массу >8500 фунтов (фунты США) (>3856 кг), как определено законодательством США.

Дизельный двигатель может работать на дизельном топливе, содержащем ≤50 ч/млн серы, более предпочтительно ≤15 ч/млн серы, например ≤10 ч/млн серы, и еще более предпочтительно ≤5 ч/млн серы. Такие дизельные топлива часто называют "дизельным топливом со сверхнизкой серой" (ДСНС).

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Применяемый здесь термин "смешанный оксид", в общем, относится к смеси оксидов в одной фазе, как известно в технике. Применяемый здесь термин "композитный оксид", в общем, относится к композиции оксидов, имеющей более чем одну фазу, как известно в технике.

Во избежание неясностей, термин "комбинация платины (Рt) и палладия (Рd)", применяемый здесь в отношении области, зоны или слоя, относится к присутствию и платины, и палладия. Слово "комбинация" не требует, чтобы платина и палладия присутствовали в виде смеси или сплава, хотя такая смесь или сплав охватывается этим термином.

Применяемое здесь выражение "состоит по существу" ограничивает объем признака включением указанных материалов и любых других материалов или этапов, которые материально не влияют на основные характеристики этого признака, например, такие как незначительные примеси. Выражение "состоит по существу из" охватывает выражение "состоящий из".

Применяемое здесь выражение "по существу свободный от" со ссылкой на материал, обычно в контексте состава области тонкого покрытия, слоя тонкого покрытия или зоны тонкого покрытия, означает, что данный материал присутствует в незначительном количестве, например ≤5 масс.%, предпочтительно ≤2 масс.%, более предпочтительно ≤1 масс.%. Выражение "по существу свободный от" охватывает выражение "не содержит".

Применяемое здесь выражение "приблизительно" со ссылкой на концевую точку численного диапазона включает в себя точную концевую точку указанного численного диапазона. Таким образом, например, выражение, задающее параметр как до "приблизительно 0,2" включает в себя параметр до 0,2 и включая 0,2.

ПРИМЕРЫ

Данное изобретение будет теперь проиллюстрировано следующими неограничивающими примерами.

Пример 1

Выхлопную систему, содержащую комбинацию дизельного катализатора окисления (ДКО), фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления и катализатора СКВ, имеющего высокопористую подложку, тестировали, как описано ниже.

Дизельный катализатор окисления и катализатор СКВ изготавливали, используя обычные способы, как описано в WО 99/47260, WО 2011/080525 и WО 2014/195685. Фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления изготавливали, используя способ, описанный в WО2015/145122.

Подложка дизельного катализатора окисления (ДКО) была размером 10,5"×4" (26,7×10 см). Подложка имела плотность ячеек 400 ячеек на кв.дюйм (62 яч. на кв. см) и толщину стенок 7 мил (178 мкм). Содержание каталитической композиции было 40 г фут^-3 (1413 г м^-3). Каталитическая композиция содержала Рt, Рd и Аl₂О₃.

Подложка фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления была размером 10,5"×12" (26,7×30,5 см). Стеннопроточная подложка имела плотность ячеек 300 ячеек на кв.дюйм (46,5 яч. на кв. см) и толщину стенок 12 мил (305 мкм). Содержание тонкого покрытия было 1,7 г дюйм^-3 (0,104 г см^-3). Каталитическая композиция содержала Сu цеолит, имеющий структуру СНА. Содержание меди было 3,33 масс.%.

Подложка катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ) была размером 10,5"×6" (26,7×15,2 см). Подложка имела плотность ячеек 600 ячеек на кв.дюйм (93 яч. на кв. см) и толщину стенок 4 мил (102 мкм). Содержание тонкого покрытия было 4 г дюйм^-3 (0,24 г см^-3). Каталитическая композиция содержала Сu цеолит, имеющий структуру СНА. Содержание меди было 3,33 масс.%.

Каждый из катализаторов ДКО, СКВ-ФДЧ и СКВ гидротермически состаривали (используя 10% воды) при 650°С в течение 100 часов перед тестированием выхлопной системы.

Пример 2

Выхлопную систему из примера 1 за исключением того, что дизельный катализатор окисления (ДКО) был заменен на катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ), тестировали, как описано ниже.

Подложка катализатора концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) была размером 10,5"×6" (26,7×15,2 см). Подложка имела плотность ячеек 400 ячеек на кв.дюйм (62 яч. на кв. см) и толщину стенок 4 мил (102 мкм). Катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) имел два слоя: нижний слой и верхний слой. Нижний слой (т.е. нанесенный непосредственно на подложку) имел содержание тонкого покрытия из каталитической композиции 3 г дюйм^-3 (0,183 г см^-3). Каталитическая композиция представляла собой цеолит, содержащий Рd, который имел структуру СНА. Содержание Рd было 100 г фут^-3 (3531 г м^-3). Верхний слой (нанесенный на нижний слой) содержал Рt (50 г фут^-3) (1766 г м^-3) и оксид алюминия (1,12 г дюйм^-3) (0,007 г см^-3). Общее массовое отношение Рt к Рd в катализаторе было 1:2.

Каждый из катализатора концепции холодного запуска (dСSС^ТМ), СКВ-КФС и катализатора СКВ гидротермически состаривали таким же образом, как в примере 1.

Условия тестирования

Каждую из выхлопных систем в примерах 1-3 тестировали, используя дизельный двигатель Cummins ISL модели 2007 года. Подробности двигателя показаны в таблице 1. Во время этого исследования ЕGR устанавливали 4,0 г/л.с.-ч NО_х из двигателя. Мочевину подавали и впрыскивали в выхлопной газ с помощью воздушного насоса Grundfos. Шестидюймовый (15,24 см) статический смеситель помещали после впрыскивающей форсунки и перед СКВ-ФДЧ в каждой выхлопной системе, чтобы гарантировать хорошее смешивание и равномерное распределение мочевины в выхлопном газе.

Таблица 1

Модель Cummins ISL Стандарт выбросов ЕРА 2007 Объем двигателя Тип 4-тактовый Мощность 425 л.с. Конфигурация/цилиндры 6 цилиндров в линию с турбонагнетателем Регулировка Модуль электронного контроля (МЭК) Сертифицированный уровень выбросов NО_х (г/эф.л.с.-ч) 1,5 Не метановые НС (г/эф.л.с.-ч) 0,14 мелкие частицы (г/эф.л.с.-ч) 0,01 Выбросы NО_х во время тестирования (с установленным ЕGR) NО_х (г/эф.л.с.-ч) во время холодного FТР 4,0

В этом исследовании применяли динамометр 800НР АС от Horiba. Входящий воздушный поток, измеряемый с помощью измерителя воздушного потока Sierra, был в интервале 0-2400 кг/ч с +/- 1% точности от полной шкалы. Выбросы из двигателя измеряли, используя сдвоенные анализаторы (СО, НС и NО_х) Horiba MEXA с +/- 1% точности от полной шкалы. Выбросы из системы также измеряли, используя FТIR (модель МКS 2030-НS). Противодавление СКВ-ФДЧ контролировали, используя датчики давления Setra Model 206. Температуру в системе измеряли, используя термопары К типа.

Выполняли тестирование переходного цикла в тяжелом режиме (FТР), чтобы определить производительность данной системы. Холодные и горячие циклы использовали во время разных частей данного исследования. Среднее отношение аммиака к NО_х (АNR) для дозирования мочевины во время переходных циклов было от 1,2 до 1,3.

Результаты

Восстановление NО_х в холодном FТР цикле

Измеряли общую конверсию NО_х для каждой из выхлопных систем примеров 1 и 2 во время НDD холодного FТР цикла с отношением аммиака к NО_х (АNR) от 1,2 до 1,3. Перед началом тестирования систему активно регенерировали, удаляя сажу, и затем систему охлаждали в течение 3 часов перед началом FТР цикла. Стандартное впрыскивание мочевины применяли во время этих тестов.

Во время холодного FТР конверсия NО_х, достигаемая с ДКО системой (пример 1), была 75%. Когда тестировали систему с катализатором концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (пример 2), конверсия NО_х увеличивалась до 80%. Это увеличение было благодаря запасанию и выделению NО_х катализатором концепции холодного запуска (dСSС^ТМ). Катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) сохранял NО_х в первые двести секунд цикла, когда система была холодной. Когда температура системы увеличивалась, приблизительно триста секунд в цикле, сохраненный NО_х выделялся. В этот момент СКВ-ФДЧ был горячим и способным к восстановлению NО_х. Даже хотя не было дозирования мочевины во время холодного участка цикла, сохранение NО_х и последующее выделение во время горячего периода позволяли превращение NО_х, когда происходило дозирование мочевины. При использовании ДКО в системе (пример 1) никакое снижение не достигалось в первые двести секунд. Подобно предыдущей системе (пример 2), температура была слишком низкой для дозирования мочевины, и поэтому несохраненный NО_х не мог превращаться во время этого периода.

Результаты во время холодного FТР тестирования показали, что система, оборудованная катализатором концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (пример 2), была способна к большей конверсии NО_х вследствие способности катализатора концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) к сохранению и выделению. Сравнение двух систем показано на фигуре 6. Этот эксперимент продемонстрировал преимущество выхлопной системы, содержащей катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ), для будущих систем с высокой конверсией NО_х.

Влияние газообразного NН₃ в холодном FТР цикле

Оценивали влияние дозирования газообразного NН₃ в условиях холодной температуры холодного FТР цикла.

Дозатор бокового потока NН₃ сконструирован так, чтобы генерировать и впрыскивать газообразный NН₃ в основной выхлопной газ в условиях, когда мочевину нельзя дозировать из-за очень низких температур. Дозатор бокового потока NН₃ присоединяли к предварительному турбонагнетателю двигателя, и небольшое количество потока горячего выхлопного газа (приблизительно от 1,5 до 7,0% (например, 15-25 кг/ч)) затягивали из двигателя в систему бокового потока. Так как поток отводили от предварительного турбонагнетателя в дозатор бокового потока, температура выхлопного газа была существенно выше, чем температура основного выхлопного газа. Мочевину впрыскивали в реактор бокового потока, и она превращалась в газообразный NН₃ над катализатором гидролиза. Образовавшийся NН₃ вводили обратно в основной выхлопной газ выше по потоку от смесителя и СКВ-ФДЧ.

Контроль дозатора бокового потока NН₃ использовали, чтобы впрыскивать NН₃ в основной поток выхлопного газа с начала холодного FТР цикла (т.е. когда он был слишком холодным для дозирования мочевины), пока температура входа СКВ-ФДЧ не достигала 215°С. Когда температура была больше чем 215°С, дозирование NН₃ останавливали и активировали основную (стандартную) систему дозирования мочевины, чтобы впрыскивать мочевину в выхлопной газ в течение остального цикла. Обе стратегии контроля системы впрыскивания устанавливали так, чтобы поддерживать общее отношение аммиака к NО_х (АNR) приблизительно 1,2. Схема расположения показана на фигуре 4.

Для выхлопной системы, содержащей ДКО (пример 1), восстановление NО_х наблюдали после 250 секунд. Это было из-за ранней доступности газообразного NН₃ в потоке выхлопного газа.

Эксперимент повторяли, используя выхлопную систему, содержащую катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (пример 2). Катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) запасал NО_х на протяжении первых 200 секунд. Когда температура катализатора возрастала, NО_х выделялся. Так как в начале цикла был доступный NН₃, больше NО_х превращалось на СКВ-ДФЧ по сравнению с выхлопной системой из примера 2, когда восстановление NО_х выполняли в холодном FТР цикле без добавления NН₃ с использованием дозатора бокового потока NН₃.

Когда добавляли NН₃, используя дозатор бокового потока NН₃ во время холодного FТР цикла, конверсия NО_х в выхлопной системе, содержащей ДКО (пример 1), увеличивалась до 80% от базы. Для выхлопной системы, содержащей катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (пример 2), конверсия NО_х увеличивалась до 83%. Этот тест показывал, что присутствие NН₃ на ранних стадиях цикла может обеспечить дополнительное увеличение конверсии NО_х.

Влияние предварительно запасенного NН₃ в холодном FТР цикле

Влияние предварительно запасенного NН₃ наряду со стандартным дозированием мочевины оценивали в холодном FТР цикле. Систему предварительно насыщали аммиаком до FТР тестирования, чтобы смоделировать раннюю и существенную доступность газообразного NН₃. Предварительное насыщение выполняли во время подготовительного цикла перед запуском холодного FТР. Предварительное насыщение выполняли, запуская несколько горячих FТР циклов с АNR приблизительно от 1,2 до 1,3, пока СКВ-ФДЧ и СКВ катализатор не считали насыщенными NН₃. После насыщения системы двигатель выключали, и систему охлаждали в течение 3 часов. После охлаждения выполняли один тест холодного FТР с системой вместе с нормальным дозированием мочевины. Дозирование NН₃ из бокового реактора не использовали в это время.

Как и ранее, температура выхлопного газа была низкой, и мочевину не впрыскивали в течение большей части первой половины цикла. Для выхлопной системы из примера 1 (ДКО) средняя температура была приблизительно 245°С. Однако восстановление NО_х начиналось при 100 секундах, когда температура увеличивалась. В основном, конверсия NО_х начиналась на приблизительно 230 секунде в цикле. Это было из-за присутствия предварительно насыщенного NН₃ в системе (СКВ-ФДЧ и катализатор СКВ).

Для выхлопной системы из примера 2 (катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ)) NО_х запасался в начале цикла, и, так как доступен предварительно запасенный NН₃, СКВ-ФДЧ способен дополнительно восстанавливать NО_х в первые 150 секунд. Когда NО_х выделялся на приблизительно 250 секунде цикла, СКВ-ФДЧ был способен восстанавливать весь NО_х благодаря предварительно запасенному NН₃.

Во время холодного FТР конверсия NО_х увеличивалась до 88% для системы, содержащей ДКО (пример 1), и, по меньшей мере, до 91% для системы, содержащей катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (пример 2), с использованием стратегии предварительного насыщения NН₃. Этот тест показал, что гораздо большая конверсия NО_х возможна во время холодного FТР цикла, если достаточно NН₃ присутствует от ранних стадий цикла.

Влияние предварительно запасенного NН₃ и термического управления в холодном FТР цикле

Электронагреватель устанавливали после ДКО (пример 1) или после катализатора концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (пример 2) и до впрыскивания мочевины и СКВ-ФДЧ (смотри фигуру 5).

Чтобы предварительно запасти NН₃, выполняли пять FТР циклов с впрыскиванием мочевины при АNR 1,2-1,3, чтобы предварительно обработать каждую систему. Систему охлаждали в течение трех часов перед запуском холодного FТР цикла. Такое же АNR 1,2-1,3 использовали во время этих циклов, чтобы определять способность системы к восстановлению NО_х.

Электронагреватель использовали, чтобы подогревать выхлопной газ в первые 400 секунд (т.е. холодный участок) холодного FТР цикла. Максимальная мощность нагревателя была 20 кВт. Электронагреватель выключали после 400 секунды цикла. Этот тест должен был моделировать условия с предварительным насыщением NН₃, а также с присутствием термического управления, позволяющего раннюю реакцию NН₃-NО_х. Присутствие термического управления также позволяет раннюю дозировку мочевины.

Путем включения электронагревателя температура выхлопного газа быстро повышалась и достигала 200°С за двести секунд цикла. Средняя температура была приблизительно 270°С. Так как NН₃ был предварительно запасен в СКВ-ФДЧ и катализаторе СКВ, достаточное количество восстановителя было доступно от начала цикла. Не было дозирования мочевины, пока температура была ниже 200°С. Дозирование мочевины было возможным после 200 секунд цикла, когда температура катализатора СКВ достигала 200°С.

Для выхлопной системы, содержащей ДКО (пример 1), это позволяло восстановление NО_х на 94%. Восстановление NО_х начиналось с 80 секунды цикла вследствие более высокой температуры. Почти не было пиков выбросов NО_х после 100 секунды цикла.

Для выхлопной системы, содержащей катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (пример 2), катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) был способен запасать значительное количество NО_х в начале цикла на протяжении первых 100 секунд. После 100 секунд, с ростом температуры, катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) начинал выделять часть NО_х, причем самое большое выделение происходило после 250 секунд. Между тем, с нагревателем входная температура СКВ-ФДЧ достигала 200°С приблизительно на 100 секунде цикла, что позволяло восстановление NО_х на СКВ-ФДЧ и катализаторе СКВ. Это также поддерживалось за счет доступного запасенного NН₃. В результате, не было проскока NО_х в выхлопной трубе после первых 100 секунд, и весь NО_х превращался. Это давало конверсию NО_х 98% для примера 2, выхлопной системы, содержащей катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ).

Результаты вышеупомянутых тестов показаны в таблице 2, которая сравнивает конверсию NО_х выхлопной системы, содержащей катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) (пример 2), и выхлопной системы, содержащей ДКО (пример 1), для всех вариантов, тестированных в холодном FТР. Результаты с катализатором концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) всегда показывали большее восстановление NО_х по сравнению с системой, содержащей ДКО, демонстрируя преимущества катализатора концепции холодного запуска (dСSС^ТМ).

Таблица 2

Средняя темп. (°С) Конверсия NО_х (%)
пример 1 пример 2 База 245 75 80 Газообразный NН₃+дозирование мочевины 245 80 83 Предварительно запасенный NН₃+ дозирование мочевины 245 88 91 Предварительно запасенный NН₃+ термическое управление+дозирование мочевины 270 94 98

Пример 3

Выхлопную систему из примера 2 модифицировали путем изменения каталитической композиции СКВ-ФДЧ с Сu цеолита на ванадийсодержащий катализатор. Использованная стеннопроточная подложка была такой же, как стеннопроточная подложка, использованная для фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления из примера 1.

Каталитическая композиция СКВ-ФДЧ содержала ванадий-вольфрам-титановый катализатор, в котором содержание ванадия было 24 г фут^-3 (848 г м^-3), содержание вольфрама было 303 г фут^-3 (10700 г м^-3) и содержание оксида титана было 1,12 г дюйм^-3 (0,068 г см^-3). Каталитическая композиция также содержала железо-замещенный цеолит, где цеолит имел структуру МFI. Содержание Fе было 10 г фут^-3 (353 г м^-3), а содержание цеолита было 0,16 г дюйм^-3 (0,0098 г см^-3).

Катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ) был идентичен катализатору концепции холодного запуска, использованному в примере 2. Катализатор СКВ был идентичен катализатору СКВ, который использовали в примере 1.

Катализатор концепции холодного запуска (dСSС^ТМ), СКВ-ФДЧ и катализатор СКВ гидротермически состаривали таким же образом, как в примере 1.

Выхлопную систему примера 3 тестировали, используя такой же способ и условия, как применяли для примеров 1 и 2, оценивая влияние предварительно запасенного NН₃ и влияние предварительно запасенного NН₃ и термического управления в холодном FТР цикле. Выхлопную систему примера 2 повторно тестировали для сравнения. Также определяли количество N₂О, которое выпускалось системами из примеров 2 и 3. Результаты показаны в таблице 3.

Таблица 3

Конверсия NО_х (%) N₂О (г/л.с.-ч) Пример 2 Пример 3 Пример 2 Пример 3 Предварительно запасенный NН₃+ дозирование мочевины 91 92 0,13 0,04 Предварительно запасенный NН₃+ термическое управление+дозирование мочевины 98 97 0,15 0,06

Выхлопная система примера 3 показывала конверсию NО_х, сравнимую с выхлопной системой примера 2. Однако количество N₂О, которое выпускалось выхлопной системой примера 3, было значительно ниже, чем количество N₂О, которое выпускалось выхлопной системой примера 2.

Эксперименты также показали, что выбросы, полученные из выхлопной системы, где катализатор СКВ на основе Сu-цеолита в примере 3 был заменен на экструдированный катализатор СКВ на основе ванадия, могли содержать меньшее количество N₂О по сравнению с выхлопной системой примера 3 при обеспечении сопоставимой конверсии NО_х.

Во избежание неясностей, полное содержание любого и всех указанных здесь документов включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Выхлопная система для дизельного двигателя содержит: (а) устройство контроля выбросов для окисления СО и/или НС, которое содержит металл платиновой группы (МПГ) и подложку, где металл платиновой группы (МПГ) выбирают из платины (Рt), палладия (Рd) и их комбинации; (b) инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ, который находится ниже по потоку от устройства контроля выбросов; (с) первый катализатор селективного каталитического восстановления ниже по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ, где первый катализатор СКВ содержит подложку и первую композицию СКВ, где данная подложка представляет собой проточную подложку или фильтрующую подложку; (d) второй катализатор СКВ ниже по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления, где второй катализатор СКВ содержит проточную подложку и вторую композицию СКВ; и где по меньшей мере одно из устройства контроля выбросов и первого катализатора СКВ имеет фильтрующую подложку. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 ил.

1. Выхлопная система для очистки выхлопного газа, производимого дизельным двигателем, содержащая:

(а) устройство контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС), которое содержит металл платиновой группы (МПГ) и подложку, причем металл платиновой группы (МПГ) выбирают из платины (Рt), палладия (Рd) и их комбинации, причем устройство контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) может быть выбрано из группы, состоящей из (i) катализатора концепции холодного запуска; и (ii) катализатора концепции холодного запуска и каталитического фильтра сажи (КФС);

(b) инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ, который находится ниже по потоку от устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС);

(с) первый катализатор селективного каталитического восстановления ниже по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ, причем первый катализатор селективного каталитического восстановления содержит подложку и первую композицию для селективного каталитического восстановления, причем данная подложка представляет собой проточную подложку или фильтрующую подложку;

(d) второй катализатор селективного каталитического восстановления ниже по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления, причем второй катализатор селективного каталитического восстановления содержит проточную подложку и вторую композицию для селективного каталитического восстановления (СКВ); и

причем по меньшей мере одно из устройства контроля выбросов и первого катализатора селективного каталитического восстановления имеет фильтрующую подложку.

2. Выхлопная система по п. 1, дополнительно содержащая средство для ввода газообразного аммиака в выхлопной газ, причем данное средство для ввода газообразного аммиака расположено ниже по потоку от устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) и выше по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления.

3. Выхлопная система по п. 2, в которой средство для генерации газообразного аммиака из предшественника аммиака содержит:

(i) инжектор для ввода предшественника аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа; и

(ii) катализатор гидролиза для превращения предшественника аммиака в газообразный аммиак;

причем инжектор для ввода предшественника аммиака во вспомогательный трубопровод выхлопного газа находится выше по потоку от катализатора гидролиза.

4. Выхлопная система по п. 3, в которой вспомогательный трубопровод выхлопного газа присоединен к выхлопному коллектору дизельного двигателя выше по потоку от турбонагнетателя.

5. Выхлопная система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая электронагреваемый трубопровод между устройством контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) и первым катализатором селективного каталитического восстановления.

6. Выхлопная система по п. 5, в которой электронагреваемый трубопровод является частью трубопровода выхлопного газа между выходом устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) и входом первого катализатора селективного каталитического восстановления.

7. Выхлопная система по п. 1, в которой устройство контроля выбросов представляет собой:

(i) каталитический фильтр сажи (КФС);

(ii) катализатор концепции холодного запуска, имеющий фильтрующую подложку;

(iii) дизельный катализатор окисления (ДКО) и каталитический фильтр сажи (КФС); или

(iv) катализатор концепции холодного запуска и каталитический фильтр сажи (КФС); и

причем первый катализатор селективного каталитического восстановления имеет проточную подложку.

8. Выхлопная система по п. 1, в которой устройство контроля выбросов представляет собой:

(i) дизельный катализатор окисления (ДКО); или

(ii) катализатор концепции холодного запуска, имеющий проточную подложку; и

причем первый катализатор селективного каталитического восстановления имеет фильтрующую подложку.

9. Выхлопная система по любому из предыдущих пунктов, в которой катализатор концепции холодного запуска содержит каталитический материал, нанесенный на подложку, причем данный каталитический материал содержит молекулярно-ситовой катализатор, содержащий благородный металл и молекулярное сито.

10. Выхлопная система по п. 9, в которой благородный металл содержит палладий.

11. Выхлопная система по п. 9 или 10, в которой молекулярное сито выбирают из мелкопористого молекулярного сита, среднепористого молекулярного сита и крупнопористого молекулярного сита.

12. Выхлопная система по любому из пп. 9-11, в которой молекулярное сито представляет собой мелкопористое молекулярное сито, имеющее структуру решетки, представленную кодом типа решетки (FТС), выбранным 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 сростка любых двух или более из них.

13. Выхлопная система по п. 12, в которой мелкопористое молекулярное сито имеет структуру решетки с кодом FТС, представленным АЕI или СНА.

14. Выхлопная система по любому из предыдущих пунктов, в которой (b) инжектор представляет собой жидкостный инжектор для ввода раствора, содержащего предшественник аммиака, в выхлопной газ.

15. Выхлопная система по любому из предыдущих пунктов, в которой первая композиция селективного каталитического восстановления содержит катализатор СКВ на основе оксида металла, катализатор СКВ на основе молекулярного сита или их смесь.

16. Выхлопная система по п. 15, в которой первая композиция селективного каталитического восстановления содержит катализатор СКВ на основе оксида металла, который содержит ванадий или вольфрам, или их смесь, нанесенные на тугоплавкий оксид.

17. Выхлопная система по п. 15 или 16, в которой первая композиция селективного каталитического восстановления содержит катализатор СКВ на основе молекулярного сита, который содержит молекулярное сито, замещенное переходным металлом.

18. Выхлопная система по п. 17, в которой переходный металл молекулярного сита, замещенного переходным металлом, выбирают из группы, состоящей из меди и железа.

19. Выхлопная система по п. 17 или 18, в которой молекулярное сито, замещенное переходным металлом, представляет собой мелкопористое молекулярное сито, имеющее структуру решетки, представленную кодом FТС, выбранным из группы, состоящей из СНА и АЕI.

20. Выхлопная система по любому из пп. 15-19, в которой первая композиция катализатора СКВ содержит смесь катализатора СКВ на основе оксида металла и катализатора СКВ на основе молекулярного сита.

21. Выхлопная система по пункту 20, в которой катализатор СКВ на основе оксида металла содержит оксид ванадия и опционно оксид вольфрама, нанесенный на оксид титана, и (b) катализатор СКВ на основе молекулярного сита содержит молекулярное сито, замещенное переходным металлом, причем переходный металл молекулярного сита, замещенного переходным металлом, представляет собой железо.

22. Выхлопная система по любому из предыдущих пунктов, в которой (d) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ) имеет проточную подложку, которая является проточным монолитом, причем непокрытый проточный монолит имеет пористость от 45 до 60%.

23. Выхлопная система по любому из предыдущих пунктов, в которой вторая композиция селективного каталитического восстановления содержит катализатор СКВ на основе оксида металла, катализатор СКВ на основе молекулярного сита или их смесь.

24. Выхлопная система по п. 23, в которой вторая композиция селективного каталитического восстановления содержит катализатор СКВ на основе оксида металла, который содержит ванадий или вольфрам, или их смесь, нанесенные на тугоплавкий оксид.

25. Выхлопная система по п. 23 или 24, в которой вторая композиция селективного каталитического восстановления содержит катализатор СКВ на основе молекулярного сита, который содержит молекулярное сито, замещенное переходным металлом.

26. Выхлопная система по п. 25, в которой переходный металл молекулярного сита, замещенного переходным металлом, выбирают из группы, состоящей из меди и железа.

27. Выхлопная система по п. 25 или 26, в которой молекулярное сито, замещенное переходным металлом, представляет собой мелкопористое молекулярное сито, имеющее структуру решетки, представленную кодом FТС, выбранным из группы, состоящей из СНА и АЕI.

28. Выхлопная система по любому из пп. 23-27, в которой вторая композиция катализатора СКВ содержит смесь катализатора СКВ на основе оксида металла и катализатора СКВ на основе молекулярного сита.

29. Выхлопная система по п. 28, в которой катализатор СКВ на основе оксида металла содержит оксид ванадия и по выбору оксид вольфрама, нанесенный на оксид титана, и (b) катализатор СКВ на основе молекулярного сита содержит молекулярное сито, замещенное переходным металлом, причем переходный металл молекулярного сита, замещенного переходным металлом, представляет собой железо.

30. Выхлопная система по любому из предыдущих пунктов, в которой (d) второй катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ) содержит нижнюю по потоку зону, где нижняя по потоку зона содержит катализатор устранения проскока аммиака (УПА).

31. Выхлопная система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая катализатор устранения проскока аммиака (УПА) ниже по потоку от второго катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ), причем катализатор устранения проскока аммиака (УПА) содержит катализатор устранения проскока аммиака, расположенный на подложке.

32. Транспортное средство, содержащее дизельный двигатель и выхлопную систему по любому из предыдущих пунктов.

33. Выхлопная система для очистки выхлопного газа, производимого дизельным двигателем, содержащая:

(а) устройство контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС), которое содержит металл платиновой группы (МПГ) и подложку, причем металл платиновой группы (МПГ) выбирают из платины (Рt), палладия (Рd) и их комбинации;

(b) инжектор для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ, который находится ниже по потоку от устройства контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС);

(с) первый катализатор селективного каталитического восстановления ниже по потоку от инжектора для ввода предшественника аммиака в выхлопной газ, причем первый катализатор селективного каталитического восстановления содержит подложку и первую композицию для селективного каталитического восстановления, причем данная подложка представляет собой проточную подложку или фильтрующую подложку;

(d) второй катализатор селективного каталитического восстановления ниже по потоку от первого катализатора селективного каталитического восстановления, причем второй катализатор селективного каталитического восстановления содержит проточную подложку и вторую композицию для селективного каталитического восстановления (СКВ); и причем по меньшей мере одно из устройства контроля выбросов и первого катализатора селективного каталитического восстановления имеет фильтрующую подложку;

причем выхлопная система дополнительно содержит электронагреваемый трубопровод между устройством контроля выбросов для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС) и первым катализатором селективного каталитического восстановления.