ОДНОСЛОЙНЫЙ КАТАЛИЗАТОР С НИЗКОЙ НАГРУЗКОЙ ПОКРЫТИЯ ИЗ ПОРИСТОГО ОКСИДА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНОГО ГАЗА БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2022 года по МПК B01J23/63 B01J35/04 B01J37/02 B01D53/94 F01N3/10 

Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к каталитическому изделию, применяемому для очистки выбросов выхлопного газа из бензиновых двигателей.

Предпосылки создания изобретения

Двигатели внутреннего сгорания производят выхлопной газ, содержащий различные загрязняющие вещества, включая углеводороды (HC), монооксид углерода (CO) и оксиды азота («NO_x»). Системы управления токсичностью выбросов, в том числе катализаторы выхлопных газов, широко используются для сокращения объема таких загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу. Наиболее часто применяемым для бензиновых двигателей катализатором является тройной катализатор (TWC). Катализаторы TWC выполняют три основные функции: (1) окисление монооксида углерода (CO); (2) окисление несгоревших углеводородов; и (3) восстановление NO_x до N₂.

В большинстве каталитических нейтрализаторов катализатор TWC наносят на подложку с высокой площадью поверхности, способную выдерживать высокие температуры, например на проточную монолитную подложку с сотовой структурой. Большая площадь поверхности таких подложек упрощает протекание желаемых гетерогенных реакций, но также может способствовать созданию противодавления на выпуске, т. е. ограничивать поток выхлопного газа из двигателя в выхлопную трубу. Высокое противодавление в выпускной системе может приводить к снижению экономии топлива и выходной мощности двигателя. Несмотря на достижения в технологии TWC, такие как описанные в патенте США № 6,022,825, патенте США № 9,352,279, патенте США № 9,040,003 и публикации патента США № 2016/0228818, все еще существует потребность в усовершенствованных каталитических нейтрализаторах для определенных платформ двигателей, способных обеспечивать одновременно высокую скорость превращения и низкое противодавление. Настоящее изобретение, помимо прочего, решает эти задачи.

Изложение сущности изобретения

Один аспект настоящего описания относится к каталитическому изделию для очистки выхлопного газа, содержащему: подложку; и один слой катализатора, осажденный непосредственно на подложку, причем один слой катализатора содержит первый компонент металла платиновой группы (PGM), материал-накопитель кислорода (OSC) и неорганический оксид; при этом нагрузка покрытия из пористого оксида одного слоя катализатора составляет менее 2,4 г/дюйм³.

Изобретение также включает в себя выпускную систему для двигателей внутреннего сгорания, которая содержит компонент тройного катализатора изобретения.

Изобретение также включает в себя очистку выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, в частности, для очистки выхлопного газа из бензинового двигателя. Способ включает в себя приведение выхлопного газа в контакт с компонентом тройного катализатора изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к каталитической очистке выхлопного газа сгорания, например производимого бензиновым и другими двигателями, а также к соответствующим каталитическим изделиям и системам. Более конкретно, изобретение относится к однослойным катализаторам с низкой нагрузкой покрытия из пористого оксида. Катализаторы могут одновременно удалять NO_x, CO и HC из автомобильной выпускной системы. Неожиданно авторы изобретения обнаружили, что несмотря на низкую нагрузку покрытия из пористого оксида, однослойный катализатор настоящего изобретения продемонстрировал высокую термостойкость и при этом высокую эксплуатационную эффективность тройного катализатора. Кроме того, катализатор настоящего изобретения также продемонстрировал пониженное противодавление, благодаря которому повышается экономия топлива и выходная мощность двигателя. По сравнению с традиционными составами катализаторов, обладающими более высокой нагрузкой покрытия из пористого оксида, и/или многослойными составами катализаторов методы настоящего изобретения также характеризуются меньшей сложностью.

Один аспект настоящего описания относится к каталитическому изделию для очистки выхлопного газа, содержащему: подложку; и один слой катализатора, осажденный непосредственно на подложку, причем один слой катализатора содержит первый компонент металла платиновой группы (PGM), материал-накопитель кислорода (OSC) и неорганический оксид; при этом нагрузка покрытия из пористого оксида одного слоя катализатора составляет менее 2,4 г/дюйм³.

Первый компонент PGM предпочтительно выбран из группы, состоящей из палладия, платины, родия и их смесей. В частности, первым компонентом PGM предпочтительно является родий.

Один слой катализатора предпочтительно содержит от 0,05 до 2 мас.% первого компонента PGM, более предпочтительно от 0,06 до 0,6 мас.% первого компонента PGM и наиболее предпочтительно от 0,1 до 0,4 мас.% первого компонента PGM в расчете на общую массу одного слоя катализатора.

В вариантах осуществления, в которых первый компонент PGM представляет собой родий, один слой катализатора предпочтительно содержит от 0,05 до 2 мас.% родия, более предпочтительно от 0,06 до 0,6 мас.% родия и наиболее предпочтительно от 0,1 до 0,4 мас.% родия в расчете на общую массу одного слоя катализатора.

Первый компонент PGM, как правило, находится в контакте с материалом OSC. Первый компонент PGM предпочтительно наносят на материал OSC. В дополнительном или в альтернативном варианте осуществления первый компонент PGM может находиться в контакте не с материалом OSC, а с неорганическим оксидом.

Материал OSC предпочтительно выбран из группы, состоящей из оксида церия, смешанного оксида церия-циркония и смешанного оксида алюминия-церия-циркония. Материал OSC предпочтительно представляет собой смешанный оксид церия-циркония. Смешанный оксид церия-циркония может иметь молярное соотношение циркония и церия по меньшей мере 50 : 50, предпочтительно более 60 : 40, более предпочтительно более 75 : 25.

Материал OSC (например, смешанный оксид церия-циркония) может составлять от 10 до 90% от общего количества катализатора, предпочтительно 25–75%, более предпочтительно 35–65% в одном слое катализатора.

Неорганический оксид предпочтительно представляет собой оксид элементов групп 2, 3, 4, 5, 13 и 14. Неорганический оксид предпочтительно выбран из группы, состоящей из глинозема, стабилизированного лантанидом глинозема, стабилизированного щелочноземельными элементами глинозема, кремнезема, алюмосиликатов, композитного оксида магния/алюминия, диоксида титана, оксида ниобия, оксидов тантала, оксида неодима, оксида иттрия, лантанидов и их смешанных оксидов или композитных оксидов. Особенно предпочтительно неорганический оксид представляет собой глинозем, стабилизированный лантанидом глинозем или композитный оксид магния/алюминия. Одним из наиболее предпочтительных неорганических оксидов является глинозем или стабилизированный лантанидом глинозем.

Неорганические оксиды предпочтительно имеют площадь поверхности в диапазоне от 10 до 1500 м²/г, объемы пор в диапазоне от 0,1 до 4 мл/г и диаметр пор от около 10 до 1000 ангстрем. Особенно предпочтительными являются неорганические оксиды с высокой площадью поверхности, имеющие площадь поверхности более 80 м²/г, например глинозем с высокой площадью поверхности. Другие предпочтительные неорганические оксиды включают в себя композитные оксиды магния/алюминия, необязательно дополнительно содержащие церий-содержащий компонент, например оксид церия (IV). В таких случаях церий может присутствовать на поверхности композитного оксида магния/алюминия, например, в виде покрытия.

Материал OSC и неорганический оксид могут иметь массовое соотношение не более 10 : 1, предпочтительно не более 8 : 1 или 5 : 1, более предпочтительно не более 4 : 1 или 3 : 1, наиболее предпочтительно не более 2 : 1.

В альтернативном варианте осуществления материал OSC и неорганический оксид могут иметь массовое соотношение от 10 : 1 до 1 : 10, предпочтительно от 8 : 1 до 1 : 8 или от 5 : 1 до 1 : 5; более предпочтительно от 4 : 1 до 1 : 4 или от 3 : 1 до 1 : 3 и наиболее предпочтительно от 2 : 1 до 1 : 2.

Общая нагрузка покрытия из пористого оксида в одном слое катализатора может составлять не более 2,0 г/дюйм³, предпочтительно не более 1,8 г/дюйм³ или 1,6 г/дюйм³; более предпочтительно не более 1,4 г/дюйм³ или 1,2 г/дюйм³; наиболее предпочтительно не более 1,0 г/дюйм³.

Нагрузка материала OSC в одном слое катализатора может составлять менее 1,2 г/дюйм³. В некоторых вариантах осуществления нагрузка материала OSC в одном слое катализатора составляет не более 1,0 г/дюйм³, 0,9 г/дюйм³, 0,8 г/дюйм³, 0,7 г/дюйм³ или 0,6 г/дюйм³.

Один слой катализатора слой может дополнительно содержать щелочной или щелочноземельный металл. В некоторых вариантах осуществления на материал OSC может быть осажден щелочной или щелочноземельный металл. В альтернативном или дополнительном варианте осуществления щелочной или щелочноземельный металл может быть осажден на неорганический оксид. Т. е в некоторых вариантах осуществления щелочной или щелочноземельный металл может быть осажден и на материал OSC, и на неорганический оксид, т. е. может присутствовать на обоих материалах.

Щелочной или щелочноземельный металл, как правило, находится в контакте с неорганическим оксидом. Щелочной или щелочноземельный металл предпочтительно наносят на неорганический оксид. В дополнительном или в альтернативном варианте осуществления щелочной или щелочноземельный металл может находиться в контакте не с неорганическим оксидом, а с материалом OSC.

Щелочной или щелочноземельный металл предпочтительно представляет собой барий или стронций. Барий при наличии предпочтительно составляет менее 1 мас.% в одном слое катализатора. В одном слое катализатора более предпочтительно по существу отсутствует щелочной или щелочноземельный металл, например барий.

Один слой катализатора может дополнительно содержать второй компонент PGM.

Второй компонент PGM предпочтительно выбран из группы, состоящей из палладия, платины, родия и их смеси. Второй компонент PGM особенно предпочтительно представляет собой палладий, если первый компонент PGM представляет собой родий.

В некоторых вариантах осуществления родиевый компонент и палладиевый компонент имеют массовое соотношение от 50 : 1 до 1 : 50. Родиевый компонент и палладиевый компонент более предпочтительно имеют массовое соотношение от 10 : 1 до 1 : 10. Родиевый компонент и палладиевый компонент наиболее предпочтительно имеют массовое соотношение от 5 : 1 до 1 : 5.

В определенных вариантах осуществления в одном слое катализатора по существу отсутствуют металлы PGM, отличные от родиевого компонента.

Один слой катализатора изобретения может содержать дополнительные компоненты, известные специалисту в данной области техники. Например, композиции изобретения могут дополнительно содержать по меньшей мере одно связующее вещество и/или по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество. При наличии связующего вещества предпочтительными являются диспергируемые связующие вещества на основе глинозема.

Подложка может быть представлена как металлическая или керамическая подложка с постоянной кристаллической решеткой L. Подложка предпочтительно представляет собой проточный монолит или фильтрующий монолит, но предпочтительно является проточной монолитной подложкой.

Проточная монолитная подложка имеет первую грань и вторую грань, образующие между собой продольное направление. Проточная монолитная подложка имеет множество каналов, проходящих между первой гранью и второй гранью. Множество каналов проходят в продольном направлении и обеспечивают множество внутренних поверхностей (например, поверхностей стенок, образующих каждый канал). Каждый из множества каналов имеет отверстие на первой грани и отверстие на второй грани. Для предотвращения путаницы отметим, что проточная монолитная подложка не является фильтром с проточными стенками.

Первая грань, как правило, находится на впускном конце подложки, а вторая грань находится на выпускном конце подложки.

Каналы могут иметь постоянную ширину, и каждое множество каналов может иметь равномерную ширину канала.

В пределах плоскости, перпендикулярной продольному направлению, монолитная подложка предпочтительно имеет от 100 до 900, предпочтительно от 300 до 900 каналов на квадратный дюйм. Поперечные сечения каналов могут иметь прямоугольную, квадратную, круглую, овальную, треугольную, шестиугольную или другие многоугольные формы.

Монолитная подложка выступает в качестве основы, на которой удерживается каталитический материал. Подходящие материалы для формирования монолитной подложки включают в себя керамоподобные 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 для изготовления пористых монолитных подложек хорошо известны в данной области техники.

Следует отметить, что проточная монолитная подложка, описанная в настоящем документе, представляет собой один компонент (т. е. одну плитку). Тем не менее при формировании системы очистки выбросов используемый монолит может быть сформирован путем склеивания друг с другом множества каналов или путем склеивания друг с другом множества монолитов меньшего размера, как описано в настоящем документе. Такие способы хорошо известны в данной области техники, как и подходящие корпуса и конфигурации системы очистки выбросов.

В вариантах осуществления, в которых каталитическое изделие содержит керамическую подложку, керамическая подложка может быть изготовлена из любого подходящего огнеупорного материала, например оксида алюминия, диоксида 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 смеси оксидов любых двух или более из них. Наиболее предпочтительными являются кордиерит, алюмосиликат магния и карбид кремния.

В вариантах осуществления, в которых каталитическое изделие содержит металлическую подложку, металлическая подложка может быть изготовлена из любого подходящего металла, и в частности из термостойких металлов и металлических сплавов, таких как титан и нержавеющая сталь, а также из ферритных сплавов, содержащих железо, никель, хром и/или алюминий в дополнение к другим примесям металлов.

Если монолит представляет собой фильтрующий монолит, фильтрующий монолит предпочтительно представлен как фильтр с проточными стенками. В фильтре с проточными стенками каждый впускной канал поочередно отделен от выпускного канала стенкой из пористой структуры и наоборот. Впускные каналы и выпускные каналы предпочтительно расположены в виде сотовой конструкции. При наличии сотовой конструкции каналы, расположенные в вертикальном и в боковом направлениях смежно с впускным каналом, предпочтительно закупоривают на верхнем по потоку конце и наоборот (т. е. каналы, расположенные в вертикальном и в боковом направлениях смежно с выпускным каналом, закупоривают на нижнем по потоку конце). Если смотреть со стороны обоих концов, поочередно закрытые и открытые концы каналов должны выглядеть как шахматная доска. Например, на первой грани плотность открытых первых каналов и закрытых вторых каналов составляет от 100 до 900 каналов на квадратный дюйм.

В принципе, подложка может иметь любую форму или размер. Однако форма и размер подложки, как правило, выбирают таким образом, чтобы оптимизировать воздействие каталитически активных материалов в катализаторе на выхлопной газ. Подложка может иметь, например, трубчатую, волокнистую форму или форму в виде частиц. Примеры подходящих подложек для нанесения включают в себя подложку из монолитного сотового кордиерита, подложку из монолитного сотового SiC, подложку из слоеного волокна или тканого материала, подложку из вспененного материала, перекрестноточную подложку, подложку из металлической проволочной сетки, подложку из металлического пористого тела и подложку из керамических частиц.

Подложка может представлять собой электрически нагреваемую подложку (т. е. электрически нагреваемая подложка представляет собой подложку, которую электрически нагревают в процессе применения). Если подложка представляет собой электрически нагреваемую подложку, катализатор настоящего изобретения содержит соединение цепи электропитания, предпочтительно по меньшей мере два соединения цепи электропитания, более предпочтительно только два соединения цепи электропитания. Каждое соединение цепи электропитания может быть электрически подключено к электрически нагреваемой подложке и к источнику электропитания. Катализатор настоящего изобретения может быть нагрет джоулевым теплом, т. е. посредством пропускания электрического тока через сопротивление, в ходе которого электрическая энергия превращается в тепловую энергию.

В общем случае электрически нагреваемая подложка содержит металл. Металл может быть электрически подключен к соединению цепи электропитания или соединениям цепи электропитания.

Как правило, электрически нагреваемая подложка представляет собой электрически нагреваемую подложку с сотовой структурой. Применяемая электрически нагреваемая подложка может представлять собой электрически нагреваемую подложку с сотовой структурой.

Электрически нагреваемая подложка может содержать монолит электрически нагреваемой подложки (например, монолит металла). Монолит может содержать гофрированный металлический лист или фольгу. Гофрированный металлический лист или фольгу можно скатывать, наматывать или укладывать слоями. Когда гофрированный металлический лист скатан или намотан, он может быть скатан или намотан в форме кольца, спирали или концентрического узора.

Металл электрически нагреваемой подложки, монолит металла и/или гофрированный металлический лист или фольга могут состоять из содержащей алюминий ферритной стали, такой как Fecralloy™.

Катализаторы изобретения могут быть получены любым подходящим способом. Например, катализатор можно получать смешиванием первого компонента PGM, необязательного первого щелочного или щелочноземельного металла, или второго компонента PGM, неорганического оксида и материала OSC в любом порядке. Характер и порядок добавления не являются принципиально значимыми. Например, каждый из компонентов катализатора можно добавлять к любому другому компоненту или компонентам одновременно или можно добавлять последовательно в любом порядке. Каждый из компонентов катализатора можно добавлять к любому другому компоненту катализатора путем пропитки, адсорбции, ионного обмена, пропитки по влагоемкости, осаждения и т. п. или любыми другими способами, известными в данной области техники.

Катализатор, как описано выше в настоящем документе, предпочтительно получают путем осаждения катализатора на подложку с использованием процедур нанесения покрытия из пористого оксида. Ниже представлен типичный способ получения катализатора с использованием процедуры нанесения покрытия из пористого оксида. Следует понимать, что описываемый ниже процесс можно изменять в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения.

При нанесении покрытия из пористого оксида сначала предпочтительно осуществляют суспендирование мелкодисперсных частиц компонентов катализатора, как описано выше, в соответствующем растворителе, предпочтительно воде, с образованием суспензии. Суспензия предпочтительно содержит от 5 до 70 мас.%, более предпочтительно от 10 до 50 мас.% твердых веществ. Частицы предпочтительно подвергают дроблению или другому процессу измельчения, чтобы перед образованием суспензии по существу все твердые частицы гарантированно имели размер частиц менее 20 мкм в среднем диаметре. В суспензию можно также включать дополнительные компоненты, такие как стабилизаторы, связующие вещества, поверхностно-активные вещества или промоторы, в виде смеси водорастворимых или диспергируемых в воде соединений или комплексов.

После этого на подложку можно наносить суспензию один или более раз с обеспечением необходимой нагрузки катализатора на подложке.

Каталитическое изделие настоящего изобретения предпочтительно не содержит какого-либо дополнительного слоя, отличного от одного слоя катализатора.

Другой аспект настоящего описания относится к способу очистки выхлопного газа автомобиля, содержащего NO_x, CO и HC, с применением описанного в настоящем документе каталитического изделия. Каталитические нейтрализаторы с тройным катализатором (TWC), полученные в соответствии с данным способом, демонстрируют не только улучшенную или сопоставимую каталитическую эффективность по сравнению с традиционным катализатором TWC, но также демонстрируют снижение противодавления более чем на 20%.

Другой аспект настоящего описания относится к системе очистки выхлопного газа автомобиля, содержащей описанное в настоящем документе каталитическое изделие в сочетании с каналом для пропускания выхлопного газа через систему.

Система может содержать второе каталитическое изделие. Второе каталитическое изделие может предпочтительно содержать бензиновый сажевый фильтр (GPF) или катализатор TWC. Второе каталитическое изделие предпочтительно содержит катализатор TWC.

Катализатор TWC может представлять собой любой традиционный катализатор TWC. Например, традиционный катализатор TWC, расположенный рядом с двигателем, обычно имеет повышенную нагрузку покрытия из пористого оксида с катализатором и повышенное содержание компонента PGM.

Второе каталитическое изделие предпочтительно находится перед каталитическим изделием. В альтернативном или дополнительном варианте осуществления второе каталитическое изделие и каталитическое изделие устанавливают рядом с двигателем.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин «покрытие из пористого оксида» хорошо известен специалистам в данной области техники и относится к прикрепленному покрытию, которое обычно наносят на подложку во время изготовления катализатора.

В настоящем документе сокращение «PGM» обозначает «металл платиновой группы». Термин «металл платиновой группы» по существу относится к металлу, выбранному из группы, состоящей из Ru, Rh, Pd, Os, Ir и Pt, предпочтительно металлу, выбранному из группы, состоящей из Ru, Rh, Pd, Ir и Pt. В общем случае термин «PGM» предпочтительно относится к металлу, выбранному из группы, состоящей из Rh, Pt и Pd.

Используемый в настоящем документе термин «смешанный оксид» по существу относится к смеси оксидов в одной фазе, как традиционно известно в данной области техники. Используемый в настоящем документе термин «композитный оксид» по существу относится к композиции оксидов, имеющих более одной фазы, как традиционно известно в данной области техники.

Выражение «состоит по существу» в настоящем документе ограничивает объем признака посредством включения в него указанных материалов и любых других материалов или стадий, которые не оказывают существенного влияния на основные характеристики такого признака, например незначительные примеси. Выражение «состоит по существу из» включает в себя выражение «состоит из».

Выражение «по существу не содержит», используемое в настоящем документе со ссылкой на материал, как правило, в контексте содержимого области, слоя или зоны означает, что данный материал применяется в небольшом количестве, таком как ≤ 5 мас.%, предпочтительно ≤ 2 мас.%, более предпочтительно ≤ 1 мас.%. Выражение «по существу не содержит» включает в себя выражение «не содержит».

Выражение «по существу не содержит», используемое в настоящем документе со ссылкой на материал, как правило, в контексте содержимого области, слоя или зоны означает, что данный материал применяют в следовом количестве, таком как ≤ 1 мас.%, предпочтительно ≤ 0,5 мас.%, более предпочтительно ≤ 0,1 мас.%. Выражение «по существу не содержит» включает в себя выражение «не содержит».

Любая ссылка на какое-либо количество, в частности на общее количество легирующей добавки, выраженное в мас.%, в настоящем документе относится к массе материала подложки или его огнеупорному оксиду металла.

Используемый в настоящем документе термин «нагрузка» относится к мере, измеряемой в г/фут³ в пересчете на массу металла.

Представленные ниже примеры только иллюстрируют изобретение. Специалистам в данной области будет очевидно множество вариантов, которые находятся в пределах сущности изобретения и объема формулы изобретения.

ПРИМЕРЫ

Катализатор 1 (сравнительный)

Катализатор 1 представляет собой коммерческий тройной (Pd-Rh) катализатор с двухслойной структурой. Нижний слой состоит из Pd, нанесенного на покрытие из пористого оксида, состоящего из первого смешанного оксида CeZr, La-стабилизированного глинозема, промотора Ba и бемитного связующего вещества. Нагрузка покрытия из пористого оксида в нижнем слое составляла около 1,6 г/дюйм³, нагрузка Pd составляла 1 г/фут³. Верхний слой состоит из Rh, нанесенного на покрытие из пористого оксида, состоящего из второго смешанного оксида CeZr, La-стабилизированного глинозема. Нагрузка покрытия из пористого оксида в верхнем слое составляла около 1,4 г/дюйм³, при этом нагрузка Rh составляла 2 г/фут³. Общая нагрузка катализатора в катализаторе 1 составила около 3,0 г/дюйм³.

Катализатор 2

Катализатор 2 представляет собой однослойный состав в соответствии с настоящим изобретением. Rh смешивали со смешанным оксидом CeZr (молярное соотношение Zr / Ce составило 4,4 : 1). Далее к указанной смеси добавили La-стабилизированный глинозем. После полного перемешивания добавили бемитное связующее вещество для получения конечного покрытия из пористого оксида. Суспензию наносили на монолитные подложки, которые высушивали при 100 °C и прокаливали при 500 °C в течение 30 мин. Нагрузка покрытия из пористого оксида составила около 1,0 г/дюйм³ (0,6 г/дюйм³ смешанного оксида CeZr и 0,4 г/дюйм³ глинозема) при нагрузке Rh 3 г/фут³.

Экспериментальные результаты

Катализатор 1 и катализатор 2, нанесенные на подложку одного и того же типа с одинаковым числом ячеек на квадратный дюйм (cpsi) и одинаковыми размерами, оценивали на противодавление в холодном потоке при расходе 300 м³/ч. Кроме того, сравнительные катализатор 1 и катализатор 2 подвергали состариванию с использованием бензинового двигателя в стандартных циклических условиях старения катализатора TWC при обедненной, обогащенной, стехиометрической ТВС. Их эффективность тестировали при рабочей температуре (450°C) и различных соотношениях компонентов топливной смеси (ТВС) на бензиновом двигателе.

Пример 1

Процентное увеличение противодавления на непокрытой подложке для катализатора 1 и катализатора 2 показано в таблице 1. Эти данные указывают на то, что полученный по однослойной технологии катализатор 2 с низкой нагрузкой покрытия из пористого оксида оказывает существенно меньше влияния на противодавление, чем представленный в примере двухслойный катализатор 1 с высокой нагрузкой покрытия из пористого оксида.

Таблица 1. Результаты тестирования противодавления на катализаторе в холодном потоке

Расход (м³/ч) Противодавление (увеличение в % по сравнению с непокрытой подложкой) Катализатор 1 Катализатор 2 300 40 11

Пример 2

Рабочие температуры T₅₀ (50% конверсии) HC, CO и NO_x для катализатора 1 и катализатора 2 приведены в таблице 2. Из этих данных неожиданно было обнаружено, что полученный по однослойной технологии катализатор 2 с низкой нагрузкой покрытия из пористого оксида обладает эквивалентной эффективностью по сравнению с представленным в примере двухслойным катализатором 1 с высокой нагрузкой покрытия из пористого оксида.

Таблица 2. Результаты стендового испытания рабочей температуры двигателя

Загрязняющее вещество T₅₀ (°C), катализатор 1 T₅₀ (°C), катализатор 2 HC 363 362 CO 356 354 NO_x 357 356

Пример 3

Значения эффективности конверсии HC, CO и NO_x в точке пересечения кривых превращения при тестировании с различными ТВС показаны в таблице 3. Из приведенных данных неожиданно было обнаружено, что полученный по однослойной технологии катализатор 2 с низкой нагрузкой покрытия из пористого оксида обладает эквивалентной эффективностью по сравнению с представленным в примере двухслойным катализатором 1 с высокой нагрузкой покрытия из пористого оксида.

Таблица 3. Результаты стендового испытания эффективности при различных ТВС

Загрязняющее вещество Точка пересечения кривых превращения (%), катализатор 1 Точка пересечения кривых превращения (%), катализатор 2 HC 86 86 CO/NO_x 98 98

Изобретение относится к каталитическому изделию, применяемому для очистки выбросов выхлопного газа из бензиновых двигателей. Каталитическое изделие для очистки выхлопного газа содержит: подложку и один слой катализатора, осажденный непосредственно на подложку. Один слой катализатора содержит первый компонент металла платиновой группы (PGM), материал-накопитель кислорода (OSC) и неорганический оксид. При этом общая нагрузка покрытия из пористого оксида в одном слое катализатора составляет не более 1,2 г/дюйм³. Материал OSC выбран из группы, состоящей из оксида церия, смешанного оксида церия-циркония и смешанного оксида алюминия-церия-циркония. Неорганический оксид представляет собой глинозем, стабилизированный лантанидом глинозем или композитный оксид магния/алюминия. Подложка представляет собой проточный монолит. Изобретение также относится к системе очистки выбросов, содержащей каталитическое изделие, способам очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, включающие приведение выхлопного газа в контакт с системой чистки выбросов. Технический результат изобретения заключается в усовершенствовании каталитических нейтрализаторов для определенных платформ двигателей, способных обеспечивать одновременно высокую скорость превращения и низкое противодавление. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

1. Каталитическое изделие для очистки выхлопного газа, содержащее:

подложку; и

один слой катализатора, осажденный непосредственно на подложку;

причем один слой катализатора содержит первый компонент металла платиновой группы (PGM), материал-накопитель кислорода (OSC) и неорганический оксид;

при этом общая нагрузка покрытия из пористого оксида в одном слое катализатора составляет не более 1,2 г/дюйм³;

причем материал OSC выбран из группы, состоящей из оксида церия, смешанного оксида церия-циркония и смешанного оксида алюминия-церия-циркония;

причем неорганический оксид представляет собой глинозем, стабилизированный лантанидом глинозем или композитный оксид магния/алюминия; и

причем подложка представляет собой проточный монолит.

2. Каталитическое изделие по п. 1, в котором общая нагрузка покрытия из пористого оксида в одном слое катализатора составляет не более 1,0 г/дюйм³.

3. Каталитическое изделие по п. 1 или 2, в котором первый компонент PGM выбран из группы, состоящей из платины, палладия, родия и их смеси.

4. Каталитическое изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором первый компонент PGM представляет собой родий.

5. Каталитическое изделие по п. 4, в котором нагрузка родия находится в диапазоне 0,05-2 мас.% в расчете на общую массу одного слоя катализатора.

6. Каталитическое изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором нагрузка материала OSC в одном слое катализатора составляет не более 1,0 г/дюйм³.

7. Каталитическое изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором материал OSC представляет собой смешанный оксид церия-циркония.

8. Каталитическое изделие по п. 7, в котором смешанный оксид церия-циркония имеет молярное соотношение циркония и церия по меньшей мере 1:1.

9. Каталитическое изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором неорганический оксид представляет собой стабилизированный лантанидом глинозем.

10. Каталитическое изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором материал OSC и неорганический оксид имеют массовое соотношение не более 10:1.

11. Каталитическое изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором один слой катализатора дополнительно содержит второй компонент PGM.

12. Каталитическое изделие по п. 11, в котором второй компонент PGM выбран из группы, состоящей из платины, палладия, родия и их смеси.

13. Каталитическое изделие по п. 12, в котором первый компонент PGM представляет собой родий, а второй компонент PGM представляет собой палладий.

14. Каталитическое изделие по п. 13, в котором родиевый компонент и палладиевый компонент имеют массовое соотношение от 10:1 до 1:10.

15. Каталитическое изделие по любому из пп. 1-10, в котором в одном слое катализатора по существу отсутствуют металлы PGM, отличные от родиевого компонента.

16. Каталитическое изделие по любому из предшествующих пунктов, не содержащее никакого дополнительного слоя.

17. Система очистки выбросов для очистки потока выхлопного газа сгорания, содержащая каталитическое изделие по любому из пп. 1-16.

18. Система очистки выбросов по п. 17 дополнительно содержит второе каталитическое изделие.

19. Система очистки выбросов по п. 18, в которой второе каталитическое изделие содержит тройной катализатор (TWC).

20. Система очистки выбросов по любому из пп. 17-19, в которой второе каталитическое изделие находится перед каталитическим изделием.

21. Система очистки выбросов по любому из пп. 18-20, в которой второе каталитическое изделие и каталитическое изделие установлены рядом с двигателем.

22. Способ очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя приведение выхлопного газа в контакт с каталитическим изделием по любому из пп. 1-16.

23. Способ очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя приведение выхлопного газа в контакт с системой очистки выбросов по любому из пп. 17-21.