УЛУЧШЕННАЯ ЛОВУШКА NO Российский патент 2021 года по МПК F01N3/08 B01D53/94 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение касается ловушки NО_х для выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания и способа очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Двигатели внутреннего сгорания производят выхлопные газы, содержащие множество загрязнителей, включая углеводороды, моноксид углерода, оксиды азота ("NО_х"), оксиды серы и мелкие частицы. Все более строгое национальное и региональное законодательство снизило количество загрязнителей, которое может выпускаться из таких дизельных или бензиновых двигателей. Многочисленные различные технологии применяют к выхлопным системам, чтобы очищать выхлопной газ перед тем, как он выходит в атмосферу.

Одна такая технология, применяемая для очистки выхлопного газа, представляет собой катализатор-адсорбер NО_х (или "ловушка NО_х"). Ловушки NО_х представляют собой устройства, которые адсорбируют NО_х в условиях бедного выхлопного газа, выделяют адсорбированный NО_х в богатых условиях и восстанавливают выделенный NО_х с образованием N₂. Ловушка NО_х обычно включает в себя адсорбент NО_х для сохранения NО_х и катализатор окисления/восстановления.

Компонентом адсорбента NО_х обычно является щелочноземельный металл (такой как Ва, Са, Sr и Мg), щелочной металл (такой как К, Nа, Li и Сs), редкоземельный металл (такой как Lа, Y, Рr и Nd) или их комбинации. Эти металлы обычно находятся в форме оксидов. Катализатором окисления/восстановления обычно являются один или несколько благородных металлов, предпочтительно платина, палладий и/или родий. Обычно платину включают для выполнения функции окисления, а родий включают для выполнения функции восстановления. Катализатор окисления/восстановления и адсорбент NО_х обычно расположены на носителе, таком как неорганический оксид, для использования в выхлопной системе.

Ловушка NО_х выполняет три функции. Во-первых, оксид азота реагирует с кислородом, образуя NО₂, в присутствии катализатора окисления. Во-вторых, NО₂ адсорбируется адсорбентом NО_х в форме неорганического нитрата (например, ВаО или ВаСО₃ превращается в Ва(NО₃)₂ на адсорбенте NО_х). Наконец, когда двигатель работает в богатых условиях, сохраненные неорганические нитраты разлагаются, образуя NО или NО₂, которые затем восстанавливаются с образованием N₂ путем реакции с моноксидом углерода, водородом и/или углеводородами в присутствии катализатора восстановления. Обычно оксиды азота превращаются в азот, диоксид углерода и воду в присутствии тепла, моноксида углерода и углеводородов в выхлопном потоке.

Во время регенерации ловушки NО_х восстановитель из двигателя расходуется на восстановление сохраненного NО_х и сохраненного О₂ в катализаторе. Уровень емкости сохранения кислорода (ЕСК) гораздо больше в свежей ловушке NО_х по сравнению с использованной ловушкой NО_х, приводя к необходимости гораздо более длительной регенерации свежих ловушек.

Для любой автомобильной системы и способа желательно достигать еще больших улучшений в системах очистки выхлопного газа. Авторы разработали новую ловушку NО_х, которая показывает значительное снижение ЕСК, но такую же активность NО_х при тестировании с двигателем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте изобретения предлагается катализатор-ловушка NО_х, содержащая подложку, первый слой и второй слой;

где первый слой содержит композицию ловушки NО_х, содержащую один или несколько благородных металлов, компонент для сохранения NО_х, первый носитель и первый церийсодержащий материал, где первый церийсодержащий материал предварительно выдерживают перед внедрением в первый слой; и

второй слой содержит родий, второй церийсодержащий материал и второй носитель, где второй церийсодержащий материал не выдерживают перед внедрением во второй слой.

Во втором аспекте изобретения предлагается система очистки выбросов для обработки потока выхлопного газа сгорания, содержащая катализатор-ловушку NО_х, определенную выше.

В третьем аспекте изобретения предлагается способ очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, включающий взаимодействие выхлопного газа с катализатором-ловушкой NО_х, определенной выше.

В четвертом аспекте изобретения предлагается способ снижения емкости сохранения кислорода первого церийсодержащего материала в катализаторе-ловушке NО_х, включающий предварительное выдерживание церийсодержащего материала перед его внедрением в катализатор-ловушку NО_х.

В пятом аспекте изобретения предлагается применение предварительно выдержанного, церийсодержащего материала для снижения емкости сохранения кислорода катализатора-ловушки NО_х.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин "тонкое покрытие" хорошо известен в технике и относится к прилипающему покрытию, которое наносят на подложку, обычно во время получения катализатора.

Применяемое здесь сокращение "МПГ" относится к "металлу платиновой группы". Выражение "металл платиновой группы" обычно относится к металлу, выбранному из группы, состоящей из Ru, Rh, Pd, Os, Ir и Рt, предпочтительно металлу, выбранному из группы, состоящей из Ru, Rh, Pd, Ir и Рt. Обычно термин "МПГ" предпочтительно относится к металлу, выбранному из группы, состоящей из Rh, Рt и Pd.

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

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Катализатор-ловушка NО_х настоящего изобретения содержит подложку, первый слой и второй слой;

где первый слой содержит композицию ловушки NО_х, содержащую один или несколько благородных металлов, компонент для сохранения NО_х, первый носитель и первый церийсодержащий материал, где первый церийсодержащий материал предварительно выдерживают перед внедрением в первый слой; и

второй слой содержит родий, второй церийсодержащий материал и второй носитель, где второй церийсодержащий материал не выдерживают перед внедрением во второй слой. Предпочтительно, первый церийсодержащий материал имеет площадь поверхности меньше чем 80 м²/г. Более предпочтительно, первый церийсодержащий материал имеет площадь поверхности 40-75 м²/г.

Благородным металлом предпочтительно является платина, палладий, золото, родий или их смеси; наиболее предпочтительно, благородным металлом является платина, палладий или их смеси, т.е. смесь платины и палладия. Предпочтительно, содержание благородного металла в композиции ловушки NО_х будет составлять от 40 до 250 г/фут³ (от 1413 до 8830 г/м³). Композиция ловушки NО_х предпочтительно содержит от 0,1 до 10 массовых процентов благородного металла, более предпочтительно от 0,5 до 5 массовых процентов благородного металла и наиболее предпочтительно от 1 до 3 массовых процентов благородного металла.

Носитель предпочтительно представляет собой неорганический оксид и более предпочтительно включает в себя оксиды групп 2, 3, 4, 5, 13 и 14 элементов. Наиболее предпочтительно, носитель представляет собой оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид магния, оксид ниобия, оксид тантала, оксид молибдена, оксид вольфрама, смешанный оксид или композитный оксид любых двух или более из них (например, оксид кремния-алюминия, оксид магния-алюминия, оксид церия-циркония или оксид алюминия-церия-циркония), и их смеси. Особенно предпочтительным является носитель из оксида магния-алюминия. Оксид магния-алюминия предпочтительно представляет собой шпинель, смешанный оксид магния-алюминия, гидротальцит или гидротальцитоподобный материал, и комбинации двух или более из них. Более предпочтительно, носитель из оксида магния-алюминия является шпинелью.

Предпочтительные носители предпочтительно имеют площади поверхности в интервале от 10 до 1500 м²/г, объемы пор в интервале от 0,1 до 4 мл/г и диаметры пор от приблизительно 10 до 1000 ангстрем. Носители с высокой площадью поверхности, имеющие площадь поверхности больше чем 80 м²/г, особенно предпочтительны, например оксид церия или оксид алюминия с высокой площадью поверхности. Другие предпочтительные носители включают в себя композитные оксиды магния/алюминия, возможно дополнительно содержащие церийсодержащий компонент, например оксид церия. В таких случаях оксид церия может присутствовать на поверхности композитного оксида магния/алюминия, например в виде покрытия, или может присутствовать в виде добавки.

Компонент для сохранения NО_х предпочтительно содержит щелочноземельные металлы (такие как барий, кальций, стронций и магний), щелочные металлы (такие как калий, натрий, литий и цезий), редкоземельные металлы (такие как лантан, иттрий, празеодим и неодим) или их комбинации. Наиболее предпочтительно, компонент для сохранения NО_х содержит барий. Эти металлы обычно находятся в форме оксидов.

Предпочтительно, компонент для сохранения NО_х наносят на носитель (такой как оксид магния-алюминия). Компонент для сохранения NО_х можно наносить на носитель с помощью любого известного средства, способ добавления не считается особенно критичным. Например, соединение бария (такое как ацетат бария) можно добавлять в оксид магния-алюминия путем пропитки, адсорбции, ионного обмена, пропитки до появления влажности, осаждения, распылительной сушки или подробного. Предпочтительно, если компонент для сохранения NО_х осаждают на носитель, носитель содержит, по меньшей мере, 0,5 массовых процентов компонента для сохранения NО_х.

Первый церийсодержащий материал предпочтительно представляет собой оксид церия, оксид церия-циркония, оксид церия-циркония-алюминия или их смеси. Более предпочтительно, первый церийсодержащий материал представляет собой оксид церия и, в особенности, мелкозернистый оксид церия. Первый церийсодержащий материал имеет площадь поверхности меньше чем 80 м²/г, более предпочтительно меньше чем 75 м²/г. Первый церийсодержащий материал может иметь площадь поверхности от 40 до 75 м²/г, предпочтительно от 50 до 70 м²/г. Первый церийсодержащий материал может быть изготовлен таким образом, чтобы иметь площадь поверхности меньше чем 80 м²/г, или может быть церийсодержащим материалом с высокой площадью поверхности, который обрабатывают (например, предварительно выдерживают), получая площадь поверхности меньше чем 80 м²/г.

Предварительное выдерживание первого церийсодержащего материала перед внедрением в композицию ловушки NО_х предпочтительно будет снижать емкость сохранения кислорода композиции ловушки NО_х на больше чем 40% по сравнению со свежей композицией ловушки NО_х, которая не содержит предварительно выдержанного, церийсодержащего материала.

Второй церийсодержащий материал предпочтительно имеет площадь поверхности больше чем 80 м²/г. Второй церийсодержащий материал предпочтительно имеет большую емкость сохранения кислорода, чем первый церийсодержащий материал. Второй церийсодержащий материал может быть тем, что обычно известно в технике как оксид церия с "высокой площадью поверхности".

Катализатор-ловушка NО_х данного изобретения может содержать дополнительные компоненты, которые известны специалисту. Например, катализаторы данного изобретения могут дополнительно содержать, по меньшей мере, одно связующее и/или, по меньшей мере, одно поверхностно-активное вещество. Когда присутствует связующее, предпочтительными являются связующие из диспергируемого оксида алюминия.

Катализатор-ловушка NО_х настоящего изобретения может быть приготовлен с помощью любого подходящего средства. Предпочтительно, один или несколько благородных металлов и/или первый церийсодержащий материал, и/или материал для сохранения NО_х наносят на носитель с помощью любого известного средства, образуя композицию катализатора-ловушки NО_х. Способ добавления не считается особенно критичным. Например, соединение благородного металла (такое как нитрат платины) и соединение церия (такое как нитрат церия в качестве предшественника для первого церийсодержащего материала) могут наноситься на носитель (такой как оксид алюминия) путем пропитки, адсорбции, ионного обмена, пропитки до появления влажности, осаждения или подобного, или с помощью любого другого средства, известного в технике.

Порядок добавления соединения благородного металла и/или компонента для сохранения NО_х и/или первого церийсодержащего материала на носитель не считается критичным. Например, платину, компонент для сохранения NО_х и первый церийсодержащий материал можно добавлять на носитель одновременно, или можно добавлять последовательно в любом порядке.

В некоторых вариантах осуществления данного изобретения первый церийсодержащий материал предварительно выдерживают перед внедрением в композицию ловушки NО_х. Предварительное выдерживание предпочтительно выполняют путем нагрева церийсодержащего материала при температуре больше чем 700°С (более предпочтительно, больше чем 750°С и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 800°С; например, от 750 до 950°С) в отсутствие добавленной воды. Выражение "в отсутствие добавленной воды" означает, что воду не добавляют преднамеренно в процессе нагрева. Нагрев можно выполнять в кислородсодержащем газе (таком как воздух) или в инертном газе (таком как азот). Нагрев предпочтительно выполняют в течение более чем 0,25 часа, более предпочтительно более чем 0,5 часа и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 час. После предварительно выдерживания площадь поверхности первого церийсодержащего материала предпочтительно составляет меньше чем 80 м²/г. Площадь поверхности измеряют, используя систему Micromeritics Tristar 3000, проводя анализ в 30 точках. Образцы дегазируют до анализа при 350°С в течение 1 часа, и площадь поверхности измеряют, используя азот при целевых удельных давлениях от ~2 до 100 кПа.

Подложка может быть прямопроточной подложкой или фильтрующей подложкой, но предпочтительно прямопроточной монолитной подложкой.

Прямопроточная монолитная подложка имеет первую сторону и вторую сторону, задающие продольное направление между ними. Прямопроточная монолитная подложка имеет множество каналов, проходящих между первой стороной и второй стороной. Данное множество каналов проходит в продольном направлении и обеспечивает множество внутренних поверхностей (например, поверхностей на стенках, задающих каждый канал). Каждый из множества каналов имеет отверстие на первой стороне и отверстие на второй стороне. Во избежание неясности, прямопроточная монолитная подложка не является стеннопроточным фильтром.

Первая сторона обычно находится на входном конце подложки, а вторая сторона на выходном конце подложки.

Каналы могут быть постоянной ширины, и каждый из множества каналов может иметь однородную ширину канала.

Предпочтительно, в плоскости, перпендикулярной продольному направлению, монолитная подложка имеет от 100 до 500 каналов на квадратный дюйм (от 16 до 78 каналов на квадратный сантиметр), предпочтительно от 200 до 400 (от 31 до 78 каналов на квадратный сантиметр). Например, на первой стороне плотность открытых первых каналов и закрытых вторых каналов составляет от 200 до 400 каналов на квадратный дюйм (от 31 до 78 каналов на квадратный сантиметр). Каналы могут иметь сечения, которые имеют прямоугольную, квадратную, круглую, овальную, треугольную, шестиугольную или иную многоугольную форму.

Монолитная подложка выступает как носитель для удерживания каталитического материала. Подходящие материалы для формирования монолитной подложки включают в себя керамические материалы, такие как кордиерит, карбид кремния, нитрид кремния, оксид циркония, муллит, сподумен, оксид алюминия-кремния-магния или силикат циркония, или пористый тугоплавкий металл. Такие материалы и их применение в изготовлении пористых монолитных подложек хорошо известны в технике.

Следует заметить, что описанная здесь, прямопроточная монолитная подложка является единым компонентом (т.е. единым кирпичом). Однако, при формировании системы очистки выбросов, применяемый монолит может быть сформирован путем слияния вместе множества каналов или путем слияния вместе множества меньших монолитов, описанных здесь. Такие технологии хорошо известны в технике, а также как подходящие случаи и конфигурации системы очистки выбросов.

В альтернативном аспекте данного изобретения катализатор-ловушка NО_х содержит, состоит по существу или состоит из композиции ловушки NО_х, описанной выше, экструдированной с образованием прямопроточной или фильтрующей подложки.

В вариантах осуществления, в которых катализатор-ловушка NО_х содержит керамическую подложку, керамическая подложка может быть сделана из любого подходящего тугоплавкого материала, например, оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида церия, оксида циркония, оксида магния, цеолитов, нитрида кремния, карбида кремния, силикатов циркония, силикатов магния, алюмосиликатов и металлоалюмосиликатов (таких как кордиерит и сподумен), или смеси или смешанного оксида любых двух или более из них. Кордиерит, алюмосиликат магния и карбид кремния особенно предпочтительны.

В вариантах осуществления, в которых катализатор-ловушка NО_х содержит металлическую подложку, металлическая подложка может быть сделана из любого подходящего металла и особенно термостойких металлов и металлических сплавов, таких как титан и нержавеющая сталь, а также ферритные сплавы, содержащие железо, никель, хром и/или алюминий в добавление к другим следовым металлам.

Предпочтительно, катализатор-ловушку NО_х, описанную выше, готовят путем нанесения композиции ловушки NО_х, описанной выше, на подложку, используя процедуры нанесения тонкого покрытия. Типичный способ приготовления катализатора-ловушки NО_х с использованием процедуры нанесения тонкого покрытия представлен ниже. Будет понятно, что описанный ниже способ может меняться согласно разным вариантам осуществления данного изобретения.

Нанесение тонкого покрытия предпочтительно выполняют путем суспензирования сначала тонкоизмельченных частиц композиции ловушки NО_х в надлежащем растворителе, предпочтительно воде, с образованием суспензии. Суспензия предпочтительно содержит от 5 до 70 массовых процентов твердых веществ, более предпочтительно от 10 до 50 массовых процентов. Предпочтительно, частицы перемалывают или подвергают другому способу измельчения так, чтобы гарантировать, что по существу все твердые частицы имеют размер частиц меньше чем 20 микрон в среднем диаметре до формирования суспензии. Дополнительные компоненты, такие как стабилизаторы или промоторы, также могут внедряться в суспензию в виде смеси водорастворимых или вододиспергируемых соединений или комплексов.

Затем подложка может покрываться один или несколько раз данной суспензией, так что на подложке будет осаждаться желаемое содержание композиции ловушки NО_х.

Предпочтительно, катализатор-ловушка NО_х содержит подложку и, по меньшей мере, один слой на подложке. В одном варианте осуществления данный, по меньшей мере, один слой содержит композицию ловушки NО_х, описанную выше. Это может быть сделано с помощью процедуры нанесения тонкого покрытия, описанной выше. Один или несколько дополнительных слоев могут добавляться на один слой композиции ловушки NО_х.

В вариантах осуществления, в которых присутствуют один или несколько дополнительных слоев (т.е. в добавление к композиции ловушки NО_х), один или несколько дополнительных слоев имеют состав, отличный от состава первого слоя, содержащего композицию ловушки NО_х.

Один или несколько дополнительных слоев могут содержать одну зону или множество зон, например две или больше зон. Когда один или несколько дополнительных слоев содержат множество зон, данные зоны предпочтительно являются продольными зонами. Множество зон, или каждая индивидуальная зона, также могут присутствовать в виде градиента, т.е. зона может не иметь равномерной толщины по своей длине, образуя градиент. Альтернативно, зона может иметь равномерную толщину по своей длине.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления присутствует один дополнительный слой, т.е. второй слой.

Обычно второй слой содержит металл платиновой группы (МПГ) (ниже называется "второй металл платиновой группы"). Обычно предпочтительно, когда второй слой содержит второй металл платиновой группы (МПГ) в качестве единственного металла платиновой группы (т.е. нет других МПГ компонентов, присутствующих в каталитическом материале за исключением указанных).

Второй МПГ может быть выбран из группы, состоящей из платины, палладия и комбинации или смеси платины (Рt) и палладия (Рd). Предпочтительно, металл платиновой группы выбирают из группы, состоящей из палладия (Рd) и комбинации или смеси платины (Рt) и палладия (Рd). Более предпочтительно, металл платиновой группы выбирают из группы, состоящей из комбинации или смеси платины (Рt) и палладия (Рd).

Обычно предпочтительно, когда второй слой присутствует (т.е. составлен) для окисления моноксида углерода (СО) и/или углеводородов (НС).

Предпочтительно, второй слой содержит палладий (Рd) и возможно платину (Рt) в массовом отношении от 1:0 (например, только Рd) до 1:4 (это эквивалентно массовому отношению Рt:Рd от 4:1 до 0:1). Более предпочтительно, второй слой содержит платину (Рt) и палладий (Рd) в массовом отношении <4:1, например ≤3,5:1.

Когда металл платиновой группы представляет собой комбинацию или смесь платины и палладия, второй слой содержит платину (Рt) и палладий (Рd) в массовом отношении от 5:1 до 3,5:1, предпочтительно от 2,5:1 до 1:2,5, более предпочтительно от 1:1 до 2:1.

Второй слой обычно дополнительно содержит носитель (называется ниже как "второй носитель"). Второй МПГ обычно расположен или нанесен на второй носитель.

Второй носитель предпочтительно представляет собой тугоплавкий оксид. Предпочтительно, когда тугоплавкий оксид выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида церия, оксида кремния-алюминия, оксида церия-алюминия, оксида церия-циркония и оксида алюминия-магния. Более предпочтительно, когда тугоплавкий оксид выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида церия, оксида кремния-алюминия и оксида церия-циркония. Еще более предпочтительно, когда тугоплавкий оксид представляет собой оксид алюминия или оксид кремния-алюминия, особенно оксид кремния-алюминия.

Особенно предпочтительный второй слой содержит носитель из оксида кремния-алюминия, платину, палладий, барий, молекулярное сито и металл платиновой группы (МПГ) на носителе оксиде алюминия, например оксиде алюминия, стабилизированном редкими землями. Особенно предпочтительно, когда этот предпочтительный второй слой содержит первую зону, содержащую носитель из оксида кремния-алюминия, платину, палладий, барий, молекулярное сито, и вторую зону, содержащую металл платиновой группы (МПГ) на носителе оксиде алюминия, например оксиде алюминия, стабилизированном редкими землями. Этот предпочтительный второй слой может иметь активность в качестве катализатора окисления, например дизельный катализатор окисления (ДКО).

Другой предпочтительный второй слой содержит металл платиновой группы на оксиде алюминия, или состоит или по существу состоит из него. Этот предпочтительный второй слой может иметь активность в качестве катализатора окисления, например в качестве катализатора для получения NО₂.

Другой предпочтительный второй слой содержит металл платиновой группы, родий и церийсодержащий компонент.

Особенно предпочтительный второй слой содержит родий, церийсодержащий компонент и неорганический носитель. Предпочтительно, неорганический носитель содержит оксид алюминия, например, представляет собой оксид алюминия. В предпочтительных вариантах осуществления, содержащих этот предпочтительный второй слой, церийсодержащий компонент в предпочтительном втором слое не выдерживают предварительно пред внедрением в слой, и он не имеет площади поверхности меньше чем 80 м²/г. Другими словами, в предпочтительных вариантах осуществления, содержащих этот предпочтительный второй слой, первый церийсодержащий компонент в первом слое является материалом, отличным от второго церийсодержащего компонента в первом слое. Например, площадь поверхности первого церийсодержащего компонента в первом слое меньше, чем площадь поверхности второго церийсодержащего компонента во втором слое.

Следовательно, особенно предпочтительный вариант осуществления катализатора-ловушки NО_х настоящего изобретения содержит первый слой, содержащий первый церийсодержащий компонент, имеющий площадь поверхности меньше чем 80 м²/г, например 40-75 м²/г, предпочтительно 55-70 м²/г; Ва/Се/магний-алюминатную шпинель; платину; палладий; и оксид алюминия; и второй слой, содержащий второй церийсодержащий компонент, имеющий более высокую площадь поверхности, чем первый церийсодержащий компонент, присутствующий в первом слое; родий; и оксид алюминия.

В других предпочтительных вариантах осуществления присутствуют больше чем один из предпочтительных вторых слоев, описанных выше, в добавление к композиции ловушки NО_х. В таких вариантах осуществления один или несколько дополнительных слоев могут присутствовать в любой конфигурации, включая зонированные конфигурации.

Композиция ловушки NО_х может быть расположена или нанесена на второй слой или подложку (например, множество внутренних поверхностей прямопроточной монолитной подложки), предпочтительно второй слой расположен на композиции ловушки NО_х или нанесен на нее.

Второй слой может быть расположен на подложке или нанесен на нее (например, множество внутренних поверхностей прямопроточной монолитной подложки).

Второй слой может быть расположен или нанесен по всей длине подложки или композиции ловушки NО_х. Альтернативно, второй слой может быть расположен или нанесен на части, например, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% подложки или композиции ловушки NО_х.

Предпочтительно, вся длина подложки покрыта композицией ловушки NО_х.

Катализатор-ловушка NО_х настоящего изобретения может быть приготовлен с помощью способов, хорошо известных в предшествующем уровне техники. Предпочтительно, ловушку NО_х готовят путем осаждения композиции ловушки NО_х на подложке, используя процедуры получения тонкого покрытия. Предпочтительно, всю длину подложки покрывают композицией ловушки NО_х, так что тонкое покрытие из композиции ловушки NО_х покрывает всю поверхность подложки.

Типичный способ приготовления катализатора-ловушки NО_х с использованием процедуры получения тонкого покрытия представлен ниже. Будет понятно, что нижеприведенный способ может варьировать соответственно разным вариантам осуществления данного изобретения.

Ловушку NО_х предпочтительно готовят, используя процедуру получения тонкого покрытия. Благородный металл и компонент для сохранения NО_х предпочтительно добавляют на носитель и затем объединяют с первым церийсодержащим материалом перед этапом получения тонкого покрытия. Благородный металл и компонент для сохранения NО_х можно наносить на носитель с помощью любого известного средства, способ добавления не рассматривается как особенно критичный. Например, соединение платины или палладия (такое нитрат платины) можно добавлять к носителю путем пропитки, ионного обмена, пропитки до появления влажности, распылительной сушки, осаждения или подобного, получая нанесенный благородный металл, с последующим добавлением компонента для сохранения NО_х (такого как ацетат бария).

Дополнительный аспект данного изобретения представляет собой систему очистки выбросов для очистки потока выхлопного газа сгорания, которая содержит катализатор-ловушку NО_х, описанный выше. В предпочтительных системах двигатель внутреннего сгорания представляет собой дизельный двигатель, предпочтительно маломощный дизельный двигатель. Катализатор-ловушка NО_х может быть помещен в тесно связанном положении или в положении под полом.

Система очистки выбросов обычно дополнительно содержит устройство контроля выбросов.

Устройство контроля выбросов предпочтительно находится ниже по ходу от катализатора-ловушки NО_х.

Примеры устройства контроля выбросов включают в себя дизельный фильтр частиц (ДФЧ), ловушку бедного NО_х (LNТ), катализатор бедного NО_х (LNС), катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ), дизельный катализатор окисления (ДКО), каталитический фильтр сажи (КФС), фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ), катализатор устранения проскока аммиака (КПА) и комбинации двух или более из них. Такие устройства контроля выбросов хорошо известны в технике.

Некоторые из вышеупомянутых устройств контроля выбросов имеют фильтрующие подложки. Устройство контроля выбросов, имеющее фильтрующую подложку, может быть выбрано из группы, состоящей из дизельного фильтра частиц (ДФЧ), каталитического фильтра сажи (КФС) и фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ).

Предпочтительно, когда система очистки выбросов содержит устройство контроля выбросов, выбранное из группы, состоящей из ловушки бедного NО_х (LNТ), катализатора устранения проскока аммиака (КПА), дизельного фильтра частиц (ДФЧ), катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ), каталитического фильтра сажи (КФС), фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ) и комбинаций двух или более из них. Более предпочтительно, устройство контроля выбросов выбирают из группы, состоящей из дизельного фильтра частиц (ДФЧ), катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ), каталитического фильтра сажи (КФС), фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ) комбинаций двух или более из них. Еще более предпочтительно, устройство контроля выбросов представляет собой катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ) или фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ).

Когда система очистки выбросов данного изобретения содержит катализатор СКВ или катализатор SСRF^ТМ, данная система очистки выбросов может дополнительно содержать инжектор для впрыскивания азотистого восстановителя, такого как аммиак или предшественник аммиака, такой как мочевина или формиат аммония, предпочтительно мочевина, в выхлопной газ ниже по ходу от катализатора-ловушки NО_х и выше по ходу от катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ.

Такой инжектор может быть проточно присоединен к источнику (например, баку) предшественника азотистого восстановителя. Регулируемое вентилем дозирование предшественника в выхлопной газ может регулироваться средством управления двигателем, запрограммированным надлежащим образом, и средством обратной связи с закрытым контуром или открытым контуром, обеспеченным датчиками, контролирующими состав выхлопного газа.

Аммиак также может генерироваться путем нагрева карбамата аммония (твердое вещество), и генерированный аммиак может впрыскиваться в выхлопной газ.

Альтернативно или в добавление к инжектору, аммиак может генерироваться in situ (например, во время регенерации богатой смесью LNТ, расположенного выше по ходу от катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ), например катализатор-ловушка NО_х, содержащий композицию ловушки NО_х данного изобретения. Таким образом, система очистки выбросов может дополнительно содержать средство управления двигателем для обогащения выхлопного газа углеводородами.

Катализатор СКВ или катализатор SСRF^ТМ может содержать металл, выбранный из группы, состоящей из, по меньшей мере, одного из Сu, Hf, La, Au, In, V, лантаноидов и переходных металлов группы VIII (например, Fе), где данный металл нанесен на тугоплавкий оксид или молекулярное сито. Металл предпочтительно выбирают из Се, Fе, Сu и комбинаций любых двух или более из них, более предпочтительно металлом является Fе или Сu.

Тугоплавкий оксид для катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ может быть выбран из группы, состоящей из Al₂O₃, TiO₂, CеO₂, SiO₂, ZrO₂ и смешанных оксидов, содержащих два или более из них. Нецеолитный катализатор также может включать оксид вольфрама (например, V₂О₅/WО₃/ТiО₂, WО_х/СеZrО₂, WО_х/ZrО₂ или Fе/WО_х/ZrО₂).

Особенно предпочтительно, когда катализатор СКВ, катализатор SСRF^ТМ или тонкое покрытие из них содержит, по меньшей мере, одно молекулярное сито, такое как алюмосиликатный цеолит или SАРО. Данное, по меньшей мере, одно молекулярное сито может быть мелко-, средне- или крупнопористым молекулярным ситом. Под "мелкопористым молекулярным ситом" авторы понимают здесь молекулярные сита, имеющие максимальный размер колец 8, такие как СНА; под "среднепористым молекулярным ситом" авторы понимают здесь молекулярное сито, имеющее максимальный размер колец 10, такое как ZSМ-5; и под "крупнопористым молекулярным ситом" авторы понимают здесь молекулярное сито, имеющее максимальный размер колец 12, такое как бета. Мелкопористые молекулярные сита потенциально выгодны для применения в катализаторах СКВ.

В системе очистки выбросов данного изобретения предпочтительными молекулярными ситами для катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ являются синтетические алюмосиликатные цеолитные молекулярные сита, выбранные из группы, состоящей из АЕI, ZSМ-5, ZSМ-20, ЕRI, включая ZSМ-34, морденита, ферриерита, ВЕА, включая Бета, Y, СНА, LЕV, включая Nu-3, МСМ-22 и ЕU-1, предпочтительно АЕI или СНА, и имеющие отношение оксида кремния к оксиду алюминия от приблизительно 10 до приблизительно 50, например, от приблизительно 15 до приблизительно 40.

В первом варианте осуществления системы очистки выбросов система очистки выбросов содержит катализатор-ловушку NО_х данного изобретения и каталитический фильтр сажи (КФС). За катализатором-ловушкой NО_х обычно следует (например, находится выше по ходу) каталитический фильтр сажи (КФС). Таким образом, например, выход катализатора-ловушки NО_х соединен с входом каталитического фильтра сажи.

Второй вариант осуществления системы очистки выбросов касается системы очистки выбросов, содержащей катализатор-ловушку NО_х данного изобретения, каталитический фильтр сажи (КФС) и катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ).

За катализатором-ловушкой NО_х обычно следует (например, находится выше по ходу) каталитический фильтр сажи (КФС). За каталитическим фильтром сажи обычно следует (например, находится выше по ходу) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ). Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между каталитическим фильтром сажи (КФС) и катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ). Таким образом, за каталитическим фильтром сажи (КФС) может следовать (например, находится выше по ходу) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать (например, находится выше по ходу) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ).

В третьем варианте осуществления системы очистки выбросов система очистки выбросов содержит катализатор-ловушку NО_х данного изобретения, катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ) и либо каталитический фильтр сажи (КФС), либо дизельный фильтр частиц (ДФЧ).

В третьем варианте осуществления системы очистки выбросов за катализатором-ловушкой NО_х данного изобретения обычно следует (например, находится выше по ходу) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ). Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между катализатором окисления и катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ). Таким образом, за каталитической монолитной подложкой может следовать (например, находится выше по ходу) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать (например, находится выше по ходу) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ). За катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ) следуют (например, находятся выше по ходу) каталитический фильтр сажи (КФС) или дизельный фильтр частиц (ДФЧ).

Четвертый вариант осуществления системы очистки выбросов содержит катализатор-ловушку NО_х данного изобретения и фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ). За катализатором-ловушкой NО_х данного изобретения обычно следует (например, находятся выше по ходу) фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ).

Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между катализатором-ловушкой NО_х и фильтрующим катализатором селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ). Таким образом, за катализатором-ловушкой NО_х может следовать (например, находится выше по ходу) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать (например, находится выше по ходу) фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ).

Когда система очистки выбросов содержит катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ) или фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ), как в вариантах осуществления выхлопной системы от второго до четвертого, описанных выше, КПА может быть расположен ниже по ходу от катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ (т.е. в виде отдельной монолитной подложки), или, более предпочтительно, зона на нижнем по ходу или заднем конце монолитной подложки, содержащей катализатор СКВ, может быть использована в качестве носителя для КПА.

Другой аспект данного изобретения касается транспортного средства. Данное транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания, предпочтительно дизельный двигатель. Двигатель внутреннего сгорания, предпочтительно дизельный двигатель, соединен с системой очистки выбросов данного изобретения.

Предпочтительно, когда дизельный двигатель разработан или приспособлен работать на топливе, предпочтительно 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.

Транспортное средство может быть маломощным дизельным автомобилем (ММДА), как определено в законодательстве США или Европы. Маломощный дизельный автомобиль обычно имеет массу <2840 кг, более предпочтительно массу <2610 кг. В США маломощный дизельный автомобиль (ММДА) относится дизельному автомобилю, имеющему брутто-массу ≤8500 фунтов (фунты США) (3856 кг). В Европе термин маломощный дизельный автомобиль (ММДА) относится (i) к пассажирским автомобилям, содержащим не больше чем восемь сидений в дополнение к сиденью водителя и имеющим максимальную массу, не превышающую 5 тонн, и (ii) к автомобилям для перевозки товаров, имеющим максимальную массу, не превышающую 12 тонн.

Альтернативно, транспортное средство может быть мощным дизельным автомобилем (МДА), таким как дизельный автомобиль, имеющий брутто-массу >8500 фунтов (фунты США) (3856 кг), как определено в законодательстве США.

Другим аспектом данного изобретения является способ очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, содержащий взаимодействие выхлопного газа с катализатором-ловушкой NО_х, описанным выше. В предпочтительных способах выхлопной газ является богатой газовой смесью. В других предпочтительных способах выхлопной газ циклически варьирует между богатой газовой смесью и бедной газовой смесью.

В некоторых предпочтительных способах очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания выхлопной газ находится при температуре приблизительно от 180 до 300°С.

В других предпочтительных способах очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания выхлопной газ взаимодействует с одним или несколькими другими устройствами контроля выбросов в добавление к катализатору-ловушке NО_х, описанному выше. Данное устройство или устройства контроля выбросов предпочтительно находятся ниже по ходу от катализатора-ловушки NО_х.

Примеры дополнительного устройства контроля выбросов включают в себя дизельный фильтр частиц (ДФЧ), ловушку бедного NО_х (LNТ), катализатор бедного NО_х (LNС), катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ), дизельный катализатор окисления (ДКО), каталитический фильтр сажи (КФС), фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ), катализатор устранения проскока аммиака (КПА) и комбинации двух или более из них. Такие устройства контроля выбросов хорошо известны в технике.

Некоторые из вышеупомянутых устройств контроля выбросов имеют фильтрующие подложки. Устройство контроля выбросов, имеющее фильтрующую подложку, может быть выбрано из группы, состоящей из дизельного фильтра частиц (ДФЧ), каталитического фильтра сажи (КФС) и фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ).

Предпочтительно, когда данный способ содержит взаимодействие выхлопного газа с устройством контроля выбросов, выбранным из группы, состоящей из ловушки бедного NО_х (LNТ), катализатора устранения проскока аммиака (КПА), дизельного фильтра частиц (ДФЧ), катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ), каталитического фильтра сажи (КФС), фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ) и комбинаций двух или более из них. Более предпочтительно, когда устройство контроля выбросов выбирают из группы, состоящей из дизельного фильтра частиц (ДФЧ), катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ), каталитического фильтра сажи (КФС), фильтрующего катализатора селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ) комбинаций двух или более из них. Еще более предпочтительно, когда устройство контроля выбросов представляет собой катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ) или фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ).

Когда способ данного изобретения содержит взаимодействие выхлопного газа с катализатором СКВ или катализатором SСRF^ТМ, данный способ может дополнительно содержать впрыскивание азотистого восстановителя, такого как аммиак или предшественник аммиака, такой как мочевина или формиат аммония, предпочтительно мочевина, в выхлопной газ ниже по ходу от катализатора-ловушки NО_х и выше по ходу от катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ.

Такое впрыскивание может выполняться с помощью инжектора. Инжектор может быть проточно присоединен к источнику (например, баку) предшественника азотистого восстановителя. Регулируемое вентилем дозирование предшественника в выхлопной газ может регулироваться средством управления двигателем, запрограммированным надлежащим образом, и средством обратной связи с закрытым контуром или открытым контуром, обеспеченным датчиками, контролирующими состав выхлопного газа.

Аммиак также может генерироваться путем нагрева карбамата аммония (твердое вещество), и генерированный аммиак может впрыскиваться в выхлопной газ.

Альтернативно или в добавление к инжектору, аммиак может генерироваться in situ (например, во время регенерации богатой смесью LNТ, расположенного выше по ходу от катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ). Таким образом, данный способ может дополнительно содержать обогащение выхлопного газа углеводородами.

Катализатор СКВ или катализатор SСRF^ТМ может содержать металл, выбранный из группы, состоящей из, по меньшей мере, одного из Сu, Hf, La, Au, In, V, лантаноидов и переходных металлов группы VIII (например, Fе), где данный металл нанесен на тугоплавкий оксид или молекулярное сито. Металл предпочтительно выбирают из Се, Fе, Сu и комбинаций любых двух или более из них, более предпочтительно металлом является Fе или Сu.

Тугоплавкий оксид для катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ может быть выбран из группы, состоящей из Al₂O₃, TiO₂, CеO₂, SiO₂, ZrO₂ и смешанных оксидов, содержащих два или более из них. Нецеолитный катализатор также может включать оксид вольфрама (например, V₂О₅/WО₃/ТiО₂, WО_х/СеZrО₂, WО_х/ZrО₂ или Fе/WО_х/ZrО₂).

Особенно предпочтительно, когда катализатор СКВ, катализатор SСRF^ТМ или тонкое покрытие из них содержит, по меньшей мере, одно молекулярное сито, такое как алюмосиликатный цеолит или SАРО. Данное, по меньшей мере, одно молекулярное сито может быть мелко-, средне- или крупнопористым молекулярным ситом. Под "мелкопористым молекулярным ситом" авторы понимают здесь молекулярные сита, имеющие максимальный размер колец 8, такие как СНА; под "среднепористым молекулярным ситом" авторы понимают здесь молекулярное сито, имеющее максимальный размер колец 10, такое как ZSМ-5; и под "крупнопористым молекулярным ситом" авторы понимают здесь молекулярное сито, имеющее максимальный размер колец 12, такое как бета. Мелкопористые молекулярные сита потенциально выгодны для применения в катализаторах СКВ.

В способе очистки выхлопного газа данного изобретения предпочтительными молекулярными ситами для катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ являются синтетические алюмосиликатные цеолитные молекулярные сита, выбранные из группы, состоящей из АЕI, ZSМ-5, ZSМ-20, ЕRI, включая ZSМ-34, морденита, ферриерита, ВЕА, включая Бета, Y, СНА, LЕV, включая Nu-3, МСМ-22 и ЕU-1, предпочтительно АЕI или СНА, и имеющие отношение оксида кремния к оксиду алюминия от приблизительно 10 до приблизительно 50, например, от приблизительно 15 до приблизительно 40.

В первом варианте осуществления данный способ содержит взаимодействие выхлопного газа с катализатором-ловушкой NО_х данного изобретения и каталитическим фильтром сажи (КФС). За катализатором-ловушкой NО_х обычно следует (например, находится выше по ходу) каталитический фильтр сажи (КФС). Таким образом, например, выход катализатора-ловушки NО_х соединен с входом каталитического фильтра сажи.

Второй вариант осуществления способа очистки выбросов касается способа, содержащего взаимодействие выхлопного газа с катализатором-ловушкой NО_х данного изобретения, каталитическим фильтром сажи (КФС) и катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ).

За катализатором-ловушкой NО_х обычно следует (например, находится выше по ходу) каталитический фильтр сажи (КФС). За каталитическим фильтром сажи обычно следует (например, находится выше по ходу) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ). Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между каталитическим фильтром сажи (КФС) и катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ). Таким образом, за каталитическим фильтром сажи (КФС) может следовать (например, находится выше по ходу) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать (например, находится выше по ходу) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ).

В третьем варианте осуществления способа очистки выхлопного газа данный способ содержит взаимодействие выхлопного газа с катализатором-ловушкой NО_х данного изобретения, катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ) и либо каталитическим фильтром сажи (КФС), либо дизельным фильтром частиц (ДФЧ).

В третьем варианте осуществления способа очистки выхлопного газа за катализатором-ловушкой NО_х данного изобретения обычно следует (например, находится выше по ходу) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ). Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между катализатором окисления и катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ). Таким образом, за катализатором-ловушкой NО_х может следовать (например, находится выше по ходу) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать (например, находится выше по ходу) катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ). За катализатором селективного каталитического восстановления (СКВ) следуют (например, находятся выше по ходу) каталитический фильтр сажи (КФС) или дизельный фильтр частиц (ДФЧ).

Четвертый вариант осуществления способа очистки выхлопного газа содержит катализатор-ловушку NО_х данного изобретения и фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ). За катализатором-ловушкой NО_х данного изобретения обычно следует (например, находятся выше по ходу) фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ).

Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между катализатором-ловушкой NО_х и фильтрующим катализатором селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ). Таким образом, за катализатором-ловушкой NО_х может следовать (например, находится выше по ходу) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать (например, находится выше по ходу) фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ).

Когда система очистки выбросов содержит катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ) или фильтрующий катализатор селективного каталитического восстановления (SСRF^ТМ), как в вариантах осуществления от второго до четвертого, описанных выше, КПА может быть расположен ниже по ходу от катализатора СКВ или катализатора SСRF^ТМ (т.е. в виде отдельной монолитной подложки), или, более предпочтительно, зона на нижнем по ходу или заднем конце монолитной подложки, содержащей катализатор СКВ, может быть использована в качестве носителя для КПА.

Другим аспектом данного изобретения является способ снижения емкости сохранения кислорода церийсодержащего материала в композиции ловушки NО_х, содержащий предварительное выдерживание церийсодержащего материала перед его внедрением в композицию ловушки NО_х. Предпочтительно, предварительное выдерживание выполняют путем нагрева церийсодержащего материала при температуре больше чем 700°С, например, от 750 до 950°С, в отсутствие добавленной воды.

Без связи с теорией предполагается, что, путем снижения емкости сохранения кислорода церийсодержащего материала, катализатор-ловушка NО_х, который содержит этот материал, будет иметь лучшую селективность в отношении получения N₂, когда NО_х выделяется и восстанавливается во время очистки богатой смеси, так как при этом будет более высокое количество восстановителей, доступных для восстановления NО_х.

Другим аспектом данного изобретения является применение предварительно выдержанного, церийсодержащего материала для снижения емкости сохранения кислорода композиции ловушки NО_х. Предпочтительно, церийсодержащий материал предварительно выдерживают путем нагрева церийсодержащего материала при температуре больше чем 700°С, например, от 750 до 950°С, в отсутствие добавленной воды.

Следующие примеры только иллюстрируют данное изобретение. Специалисты в данной области техники будут осознавать многочисленные вариации, которые находятся внутри сущности данного изобретения и объема формулы изобретения.

ПРИМЕР 1: ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЛОВУШЕК NО_х (LNТ)

LNТ 1А: Ловушка NО_х с предварительно выдержанным оксидом церия

Прямопроточную кордиеритовую монолитную подложку с 400 ячеек на квадратный дюйм покрывали составом катализатора-ловушки NО_х, содержащим два слоя. Нижний слой тонкого покрытия содержал Рt, Рd, 37% Ва/Се/магний-алюминатной шпинели и 53% оксида церия (93% от всего содержания оксида церия составляет тонкодисперсный оксид церия). Площадь поверхности использованного оксида церия была 70 м²/г после предварительного выдерживания на воздухе при 800°С в течение 1 часа и без какой-либо добавленной воды. Площадь поверхности тонкодисперсного оксида церия была 120 м²/г до предварительного выдерживания. Тонкое покрытие наносили на чистую монолитную подложку, используя способ, раскрытый в WО 99/47260, с последующей сушкой в течение 30 минут в принудительной воздушной сушилке при 100°С и затем обжигом при 500°С в течение 2 часов.

Вторую суспензию готовили из суспензированных частиц оксида церия с последующим добавлением надлежащих количеств растворимой соли родия. Затем рН увеличивали до 7,5 добавлением NН₃, чтобы гидролизовать Rh на оксиде церия, с последующим добавлением связующего оксида алюминия. Вторую суспензию наносили на прокаленный нижний слой через входные и выходные каналы. Изделие затем сушили и прокаливали при 500°С.

Сравнительный LNТ 1В: ловушка NО_х без предварительного выдерживания оксида церия

Сравнительный LNТ 1В готовили точно так же, как LNТ 1А за исключением того, что тонкодисперсный оксид церия, использованный в нижнем слое тонкого покрытия, не подвергали предварительному выдерживанию, и он имел площадь поверхности >120 м²/г.

ПРИМЕР 2: тестирование сохранения кислорода

Свежие образцы LNТ 1А и сравнительный LNТ 1В (диаметр 1,38 дюйма (3,5 см), 5-дюймовые керны (12,7 см)) подвергали тесту на сохранение кислорода согласно следующей процедуре. 5-дюймовые керны из LNТ 1А и сравнительного LNТ 1В подвергали предварительной обработке при 600°С на воздухе в течение 1 часа перед тестированием. Тестирование выполняли на установке с синтетическим газом при GНSV 17700 ч^-1. Затем температуру снижали до 200°С в N₂ и выполняли 10 циклов из 30 секунд бедной смеси (1 об.% О₂, остальное N₂) и 30 секунд богатой смеси (2 об.% СО, остальное N₂), чтобы определить емкость сохранения кислорода (ЕСК). Затем температуру повышали до 280°С в азоте и тестирование повторяли с последующим нагревом до 400°С в азоте и снова повтором тестирования. Затем определяли емкость сохранения кислорода путем вычисления среднего О₂, удаленного катализатором из фазы входящего газа на протяжении последних 6 циклов из 30 с бедной смеси.

Затем LNТ 1А и сравнительный LNТ 1В повторно тестировали, используя такую же процедуру, после выдерживания в смеси гидротермального газа из 20% О₂, 10% Н₂О, остальное N₂ при 800°С в течение 5 ч. Результаты для 280°С показаны в таблице 1.

Таблица 1: результаты ЕСК при 280°С

Тесты Потребление кислорода (мг/л) Свежий Гидротермально выдержанный 5 ч при 800°С LNТ 1А 983 753 Сравн. LNТ 1В 1380 930

Из результатов в таблице 1 можно видеть, что LNТ 1А имел значительно меньшую ЕСК по сравнению со сравнительным LNТ 1В, что указывает, что LNТ 1А потребует гораздо более короткую длительность регенерации по сравнению со сравнительным LNТ 1В.

Изобретение относится к ловушке NОх для выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания и к способу очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания. Катализатор-ловушка NОх содержит подложку, первый слой и второй слой. Первый слой содержит композицию ловушки NОх, содержащую один или несколько благородных металлов, компонент для сохранения NОх, первый носитель и первый церийсодержащий материал, где первый церийсодержащий материал предварительно выдерживают перед внедрением в первый слой. Второй слой содержит родий, второй церийсодержащий материал и второй носитель, где второй церийсодержащий материал не выдерживают перед внедрением во второй слой. Изобретение также включает в себя выхлопные системы, содержащие данный катализатор-ловушку NОх и способ очистки выхлопного газа, использующий данный катализатор-ловушку NОх. Техническим результатом изобретения является повышение качества системы очистки выхлопных газов. 5 н. и 21 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Катализатор-ловушка NО_х, содержащая подложку, первый слой и второй слой, где первый слой содержит композицию ловушки NО_х, содержащую один или несколько благородных металлов, компонент для сохранения NО_х, первый носитель и первый церийсодержащий материал, где первый церийсодержащий материал предварительно выдерживают перед внедрением в первый слой; и

второй слой содержит родий, второй церийсодержащий материал и второй носитель, где второй церийсодержащий материал не выдерживают перед внедрением во второй слой.

2. Катализатор-ловушка NО_х по п. 1, в которой первый церийсодержащий материал имеет площадь поверхности меньше чем 80 м²/г.

3. Катализатор-ловушка NО_х по п. 1 или 2, в которой первый церийсодержащий материал имеет площадь поверхности 40-75 м²/г.

4. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой один или несколько благородных металлов выбирают из группы, состоящей из палладия, платины, золота, родия и их смесей.

5. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой компонент для сохранения NО_х содержит щелочноземельный металл, щелочной металл, редкоземельный металл или их смеси.

6. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой компонент для сохранения NО_х содержит барий, неодим, лантан или их смеси.

7. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой компонент для сохранения NО_х содержит барий.

8. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой первый носитель выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида магния, оксида ниобия, оксида тантала, оксида молибдена, оксида вольфрама и смешанного оксида или композитного оксида любых двух или более из них.

9. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой первый носитель представляет собой оксид магния-алюминия.

10. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой первый церийсодержащий материал выбирают из группы, состоящей из оксида церия, смешанного оксида церия-циркония и смешанного оксида церия-циркония-алюминия.

11. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой второй церийсодержащий материал имеет площадь поверхность больше чем 80 м²/г.

12. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой второй церийсодержащий материал выбирают из группы, состоящей из оксида церия, смешанного оксида церия-циркония и смешанного оксида церия-циркония-алюминия.

13. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой второй носитель выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида магния, оксида ниобия, оксида тантала, оксида молибдена, оксида вольфрама и смешанного оксида или композитного оксида любых двух или более из них.

14. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой второй носитель представляет собой оксид алюминия.

15. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой подложка представляет собой прямопроточный монолит или фильтрующий монолит.

16. Катализатор-ловушка NО_х по любому предыдущему пункту, в которой ловушка NО_х имеет емкость сохранения кислорода, которая снижена больше чем на 40% по сравнению со свежим катализатором-ловушкой NО_х, который содержит первый церийсодержащий материал, который не подвергали предварительному выдерживанию.

17. Система очистки выбросов для очистки потока выхлопного газа сгорания, содержащая катализатор-ловушку NО_х по любому из пп. 1-16.

18. Система очистки выбросов по п. 17, в которой двигателем внутреннего сгорания является дизельный двигатель.

19. Система очистки выбросов по п. 17 или 18, дополнительно содержащая систему катализатора селективного каталитического восстановления, фильтр мелких частиц, фильтрующую систему селективного каталитического восстановления, пассивный адсорбер NО_х, систему тройного катализатора или их комбинации.

20. Способ очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, в котором осуществляют взаимодействие выхлопного газа с катализатором-ловушкой NО_х по любому из пп. 1-16.

21. Способ снижения емкости сохранения кислорода первого церийсодержащего материала в катализаторе-ловушке NО_х, в котором выполняют предварительное выдерживание первого церийсодержащего материала перед его внедрением в катализатор-ловушку NО_х.

22. Способ по п. 21, в котором предварительное выдерживание выполняют путем нагрева первого церийсодержащего материала при температуре больше чем 700°С в отсутствие добавленной воды.

23. Способ по п. 21 или 22, в котором предварительное выдерживание выполняют путем нагрева первого церийсодержащего материала при температуре от 750 до 950°С в отсутствие добавленной воды.

24. Применение предварительно выдержанного, церийсодержащего материала для снижения емкости сохранения кислорода катализатора-ловушки NО_х.

25. Применение по п. 24, где предварительно выдержанный церийсодержащий материал предварительно выдерживают путем нагрева первого церийсодержащего материала при температуре больше чем 700°С в отсутствие добавленной воды.

26. Применение по п. 24 или 25, где предварительное выдерживание выполняют путем нагрева первого церийсодержащего материала при температуре от 750 до 950°С в отсутствие добавленной воды.