КАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА, ИМЕЮЩИЙ ОБЛАСТЬ ЗАХВАТА ДЛЯ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСЕЙ
DIESEL FUEL OXIDATION CATALYST HAVING CAPTURE AREA FOR SULFUR-CONTAINING IMPURITIES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к катализатору окисления и к системе выпуска выхлопных газов для обработки выхлопных газов, образованных дизельным двигателем. Данное изобретение дополнительно относится к способу или применению катализатора окисления для захвата по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем. Данное изобретение также относится к транспортному средству, содержащему катализатор окисления, или к системе выпуска выхлопных газов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ
x
Дизельные двигатели производят выхлопные газы, которые содержат множество загрязняющих веществ, являющихся предметом законодательства о защите окружающей среды в мировом масштабе. Эти загрязняющие вещества включают монооксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (HC), оксиды азота (NO) и твердые частицы (PM). Для того чтобы соответствовать установленным законодательством допустимым уровням загрязняющих веществ, которые могут выделяться в атмосферу, системы выпуска выхлопных газов для обработки выхлопных газов, образованных дизельным двигателем, обычно содержат несколько устройств для регулирования выбросов. В таких системах выпуска выхлопных газов выхлопные газы обычно проходят в первое устройство для регулирования выбросов, которое способно окислять монооксид углерода (CO) и несгоревшие углеводороды (HC), которые присутствуют в газе.
В дополнение к загрязняющим веществам, указанным выше, выхлопные газы могут содержать примеси, которые происходят из определенных видов топлива, которое было использовано. Дизельное топливо часто содержит серосодержащие примеси. При обедненных условиях, применяемых для сгорания в дизельном двигателе, серосодержащие примеси обычно образуют оксиды серы. Эти оксиды серы могут отравлять некоторые из каталитически активных металлов в устройствах для регулирования выбросов системы выпуска выхлопных газов. Кроме того, оксиды серы могут образовывать твердотельные частицы или могут содействовать образованию кислотного дождя, когда переходят в атмосферу.
Многие страны имеют введенное в действие законодательство, чтобы ограничивать максимальное количество серы, которое допустимо в дизельном топливе. В дополнение к преимуществам применения для окружающей природной среды, такое законодательство также содействует применению новых технологий контроля выпуска выхлопных газов, которые не могут допускать существовавшие высокие уровни содержания серы в выхлопных газах от дизельного топлива. Несмотря на уменьшение в содержании серы, активность некоторых устройств для регулирования выбросов может все же ухудшаться вследствие отравления оксидами серы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
Согласно данному изобретению предлагается катализатор окисления для обработки выхлопных газов, образованных дизельным двигателем. Катализатор окисления содержит: основу; захватывающий материал для захвата по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем; где захватывающий материал содержит металл для реакционного взаимодействия с оксидом серы в выхлопных газах и частицы тугоплавкого оксида, предпочтительно, где частицы тугоплавкого оксида имеют среднюю удельную площадь поверхности ≤50 м/г; и каталитическую область, расположенную на основе; где каталитическая область содержит каталитический материал, содержащий металл платиновой группы (PGM), выбранный из группы, состоящей из платины (Pt), палладия (Pd) и комбинации платины (Pt) и палладия (Pd).
TM
Авторы данного изобретения разработали рентабельный захватывающий материал для улавливания или захвата по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем. Захватывающий материал уменьшает или предотвращает деградацию окислительной активности катализатора окисления, такой как по отношению к монооксиду углерода (CO), несгоревшим углеводородам (HC) и/или оксиду азота (NO). Захватывающий материал может также предотвращать воздействие любых серосодержащих примесей на ухудшение характеристик устройства для регулирования выбросов, который находятся ниже по потоку от катализатора окисления дизельного топлива (DOC), такого как катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF), посредством улавливания примесей внутри катализатора окисления дизельного топлива (DOC).
Данное изобретение также относится к системе выпуска выхлопных газов для обработки выхлопных газов, образованных дизельным двигателем. Система выпуска выхлопных газов содержит катализатор окисления по данному изобретению и необязательно (а именно, дополнительно) устройство для регулирования выбросов.
Согласно данному изобретению дополнительно предлагается транспортное средство. Транспортное средство содержит дизельный двигатель и катализатор окисления или систему выпуска выхлопных газов по данному изобретению.
2
Данное изобретение также относится к применению захватывающего материала или области захвата, содержащей захватывающий материал (например, в катализаторе окисления или в качестве его части), для захвата или улавливания по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем. Захватывающий материал содержит металл для реакционного взаимодействия с оксидом серы в выхлопных газах и частицы тугоплавкого оксида, предпочтительно, где частицы тугоплавкого оксида имеют среднюю удельную площадь поверхности ≤50 м/г. Катализатор окисления содержит захватывающий материал или область захвата; основу; и каталитическую область, расположенную на основе, где каталитическая область содержит каталитический материал, содержащий металл платиновой группы (PGM), выбранный из группы, состоящей из платины (Pt), палладия (Pd) и комбинации платины (Pt) и палладия (Pd).
Данное изобретение, кроме того, относится к способу захвата или улавливания по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах образованных дизельным двигателем. Данный способ включает стадию пропускания выхлопных газов, образованных дизельным двигателем, через систему выпуска выхлопных газов, содержащую катализатор окисления по данному изобретению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1-8, 10 и 11 являются схематическими чертежами катализаторов окисления по данному изобретению.
Фиг. 1 показывает катализатор окисления, имеющий захватывающий слой (2), расположенный на каталитическом слое (3). Каталитический слой (3) расположен на основе (1).
Фиг. 2 показывает катализатор окисления, имеющий захватывающий слой (2), расположенный на каталитической области. Каталитическая область имеет первую каталитическую зону (3) и вторую каталитическую зону (4), которые расположены на основе (1).
Фиг. 3 показывает катализатор окисления, имеющий зону захвата (2), расположенную на основе (1) на впускном конце катализатора окисления. Имеется каталитическая зона (3) на выпускном конце катализатора окисления.
Фиг. 4 показывает катализатор окисления, имеющий зону захвата (2), расположенную на впускном конце основы (1). Имеется первая каталитическая зона (3), расположенная на второй каталитической зоне (4), которые расположены на выпускном конце основы.
Фиг. 5 показывает катализатор окисления, имеющий каталитический слой (3), расположенный на основе (1). Имеется зона захвата (2) на впускном конце основы, которая расположена на каталитическом слое (3).
Фиг. 6 показывает катализатор окисления, имеющий зону захвата (2), расположенную на основе на впускном конце. Область захвата (2) частично покрывает каталитическую зону (3). Каталитическая зона (3) расположена на выпускном конце основы.
Фиг. 7 показывает катализатор окисления, имеющий зону захвата (2) и первую каталитическую зону (3), которые расположены на втором каталитическом слое (4). Второй каталитический слой (4) расположен на основе (1).
Фиг. 8 показывает катализатор окисления, имеющий зону захвата (2), расположенный на первом каталитическом слое (3). Первый каталитический слой (3) расположен на втором каталитическом слое (4). Второй каталитический слой (4) расположен на основе (1).
TM
TM
Фиг. 9 представляет собой схематическое изображение, показывающее расположение системы выпуска выхлопных газов по данному изобретению. Выхлопные газы (20) проходят через катализатор окисления (1) по данному изобретению, который имеет захватывающий материал (2), расположенный на поверхности впускного конца основы. После того, как выхлопные газы (20) прошли через катализатор окисления (1), они могут проходить через второе устройство для регулирования выбросов (10), такое как катализированный сажевый фильтр (CSF), фильтр твердых частиц выхлопа дизельных двигателей (DPF), катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF). Если второе устройство для регулирования выбросов (10) является катализатором селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатором фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF), и активное селективное каталитическое восстановление (SCR) должно быть выполнено, то система выпуска выхлопных газов может содержать источник аммиака (30) для введения в выхлопные газы. В случае пассивного селективного каталитического восстановления SCR, источник аммиака (30) может не иметься.
Фиг. 10 показывает катализатор окисления, имеющий каталитическую область (3), расположенную на основе (1). Имеется поверхность захвата (2), расположенная на поверхности впускного конца основы (1).
Фиг. 11 показывает катализатор окисления, имеющий каталитическую область (3), расположенную на основе (1). Имеется поверхность захвата и зона (2), расположенные или нанесенные на поверхности впускного конца основы, которые частично покрывают каталитическую область (3).
2
x
Фиг. 12 представляет собой график, показывающий процентное содержание NO в NO на выходе катализаторов Примеров 1 и 2 после последовательности тестовых прогонов, где они были открыты для воздействия серы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение будет теперь описано более подробно. Представленные ниже разделы относятся к отличительным признакам данного изобретения, особенно отличительным признакам катализатора окисления по данному изобретению, и определяют каждый отличительный признак более подробно. Каждая часть или особенность катализатора окисления (например, захватывающий материал, каталитическая область, расположение катализатора окисления, основа и т.д.) может быть объединена с любой другой частью или особенностью катализатора окисления, если ясным образом не указано иное. В частности, любой отличительный признак, указанный как являющийся предпочтительным или выгодным, может быть объединен с любым другим отличительным признаком или признаками, указанными как являющиеся предпочтительными или выгодными.
Данное изобретение относится к захватывающему материалу для захвата или улавливания по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем. Захватывающий материал может быть включен в качестве части области захвата, которая может быть расположена различным образом, чтобы улавливать или захватывать по меньшей мере одну серосодержащую примесь.
Выражение «захватывающий материал для захвата по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем» представлено в данном документе ниже как сокращенный термин «захватывающий материал».
Захватывающий материал содержит или состоит по существу из металла для реакционного взаимодействия с оксидом серы в выхлопных газах и частиц тугоплавкого оксида. Выражение «металл для реакционного взаимодействия с оксидом серы в выхлопных газах» представлено в данном документе ниже как сокращенный термин «металл для улавливания S».
Металл для улавливания S типично размещают или на тугоплавком оксиде или наносят на него. Металл для улавливания S может быть размещен непосредственным образом на тугоплавком оксиде или непосредственным образом быть нанесенным на него (например, отсутствует промежуточный материал-носитель между металлом для улавливания S и тугоплавким оксидом). Металл для улавливания S нанесен на тугоплавком оксиде посредством распределения по поверхности тугоплавкого оксида, более предпочтительно посредством диспергирования по поверхности и/или закрепления на поверхности тугоплавкого оксида.
По меньшей мере одна из частиц металла для улавливания S может быть размещена или нанесена на по меньшей мере одной частице тугоплавкого оксида. Предпочтительно, несколько частиц металла для улавливания S размещают или на по меньшей мере одной частице тугоплавкого оксида или наносят на нее. Более предпочтительно, имеется множество частиц тугоплавкого оксида, где множество частиц металла для улавливания S размещают или наносят на каждой частице тугоплавкого оксида.
Металл для улавливания S может обратимым образом реагировать с оксидом серы в выхлопных газах. При температурах нормального функционирования, оксиды серы реагируют с металлом для улавливания S, чтобы уменьшать или предотвращать отравление каталитической области или каталитически активного компонента в нижнем течении потока устройства для регулирования выбросов. Металл для улавливания S имеет ограниченную способность для улавливания или захвата оксидов серы. Для того чтобы регенерировать захватывающий материал, возможно термически высвобождать уловленные или захваченные оксиды серы из металла для улавливания S. Металл для улавливания S может быть термически регенерирован во время «регенерации фильтра» (т.е. когда фильтрующую основу нагревают периодическим образом, чтобы удалять аккумулированные твердотельные частицы).
Металл для улавливания S может быть выбран из палладия (Pd), магния (Mg), церия (Ce) и комбинации любых двух или более этих металлов. Предпочтительно, металл для улавливания S является палладием (Pd).
Является предпочтительным, чтобы частицы металла для улавливания S имели средний размер частиц ≥ примерно 10 нм, такой как средний размер частиц > примерно 10 нм. Более предпочтительно, частицы металла для улавливания S имеют средний размер частиц ≥ примерно 15 нм, такой как ≥ примерно 20 нм, еще более предпочтительно ≥ примерно 50 нм, такой как ≥ примерно 75 нм.
Некоторые из металлов для улавливания S могут быть включены в катализатор окисления, чтобы предоставлять или улучшать каталитическую активность. Средний размер частиц таких металлов (например, палладия) в обычных устройствах для регулирования выбросов обычно гораздо меньше, чем 10 нм. Частицы металла для улавливания S для применения в захватывающем материале в соответствии с данным изобретением могут быть сравнительно большими. Неожиданным образом было найдено, что такие большие частицы металла для улавливания S способны улавливать или захватывать оксид серы из выхлопных газов, несмотря на то, что они являются каталитически сравнительно инертными.
Обычно металл для улавливания S имеет средний размер частиц от 10 нм до 1000 микрон. Является предпочтительным, чтобы металл для улавливания S имел средний размер частиц от 15 нм до 100 микрон, более предпочтительно от 20 нм до 20 микрон, особенно от 50 нм до 5 микрон, такой как от 75 нм до 3 микрон.
«Средний размер частиц» как использовано в данном документе в отношении металла для улавливания S, особенно, когда металл для улавливания S является палладием, может быть определен хемосорбцией CO, как изложено ниже. Содержание металла для улавливания S может быть измерено посредством оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES). Поглощение CO образцом может быть измерено при применении устройства Micromeritics Autochem 2920. Образец предварительно обрабатывают газообразным водородом при 300°C. Поглощение монооксида углерода измеряют посредством импульсной хемосорбции при 50°C. Размер частиц металла для улавливания S могут затем быть рассчитаны при применении программного обеспечения Autochem 2920 на основании поглощения CO и содержания металла для улавливания S для образца. Соотношение хемосорбции для соотношения CO:Pd, составляющее 1:1, применяют в расчете.
Тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия и их смешанных или сложных оксидов, таких как смешанные или сложные оксиды двух или более этих оксидов. Например, тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия, диоксида кремния-оксида алюминия, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида церия-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида кремния, диоксида циркония-диоксида кремния, диоксида циркония-диоксида титана, оксида церия-диоксида циркония и оксида алюминия-оксида магния.
Тугоплавкий оксид может необязательно быть легированным (например, легирующей примесью). Легирующая примесь может быть выбрана из группы, состоящей из циркония (Zr), титана (Ti), кремния (Si), иттрия (Y), лантана (La), празеодима (Pr), самария (Sm), неодима (Nd) и их оксидов. Включение легирующей примеси может термически стабилизировать тугоплавкий оксид. Следует иметь в виду, что любая ссылка на «легированный» в этом контексте относится к материалу, в котором объемная или основная кристаллическая решетка тугоплавкого оксида легирована посредством замещения легирующей примесью или ее внедрения. В ряде случаев, небольшие количества легирующей примеси могут присутствовать на поверхности тугоплавкого оксида. Однако большинство легирующей примеси будет обычно присутствовать в объеме тугоплавкого оксида.
Когда тугоплавкий оксид легирован, общее количество легирующей примеси составляет от 0,25 до 5% по массе, предпочтительно от 0,5 до 3% по массе (например, примерно 1% по массе) от массы тугоплавкого оксида.
Обычно является предпочтительным, чтобы тугоплавкий оксид являлся нелегированным.
Является предпочтительным, чтобы тугоплавкий оксид являлся выбранным из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида церия, диоксида кремния-оксида алюминия, оксида церия-оксида алюминия, оксида церия-диоксида циркония и оксида алюминия-оксида магния. Более предпочтительно, тугоплавкий оксид выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида церия, диоксида кремния-оксида алюминия и оксида церия-диоксида циркония. Более предпочтительно, тугоплавкий оксид является оксидом алюминия, особенно α-оксидом алюминия.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Частицы тугоплавкого оксида обычно имеют среднюю удельную площадь поверхности ≤ примерно 50 м/г (< примерно 50 м/г), такую как ≤ примерно 40 м/г (< примерно 40 м/г), предпочтительно ≤ примерно 30 м/г (< примерно 30 м/г), более предпочтительно ≤ примерно 20 м/г (< примерно 20 м/г), еще более предпочтительно ≤ примерно 10 м/г (< примерно 10 м/г).
Средняя удельная площадь поверхности (SSA) частиц тугоплавкого оксида может быть определена посредством физической адсорбции азота при -196°C при применении объемно-метрического метода. Среднюю удельную площадь поверхности (SSA) определяют при применении уравнения изотермической адсорбции по БЭТ.
Частицы тугоплавкого оксида могут иметь d90 <100 микрон. Частицы тугоплавкого оксида могут предпочтительно иметь d90 <75 микрон, такой как <50 микрон (например, <30 микрон) и более предпочтительно <20 микрон, такой как <15 микрон. Когда тугоплавкий оксид имеет меньшую величину d90, могут быть достигнуты улучшенные объединение и адгезия.
Как известно в данной области техники, d90 является величиной размера частиц, при которой 90% частиц в распределении по размеру имеют размер частиц менее этой величины. Во избежание неопределенности, измерения d90 могут быть получены посредством анализа размера частиц лазерной дифракцией при применении Malvern Mastersizer 2000, который является методом, основанном на объеме, (т.е. D90 может также относиться к DV90 (или D(v,0.90)) и применять модель математической теории Ми (Mie), чтобы определять распределение частиц по размеру.
Типично, частицы тугоплавкого оксида имеют d90 >0,1 микрон. Является предпочтительным, чтобы частицы тугоплавкого оксида имели d90 >1,0 микрон, например >5.0 микрон.
x
Частицы тугоплавкого оксида для применения в соответствии с данным изобретением имеют сравнительно низкую среднюю удельную площадь поверхности по сравнению со средней удельной площадью поверхности частиц такого же тугоплавкого оксида, которые применяют в качестве материала-носителя (например, для каталитически активного металла, такого как металл платиновой группы) для устройств регулирования выбросов предшествующего уровня техники (например, катализатора окисления дизельного топлива (DOC), катализированного сажевого фильтра (CSF) или катализатора для аккумулирования NO (NSC)). Обычно, небольшие частицы тугоплавкого оксида, имеющие большую среднюю удельную площадь поверхности, применяют в устройстве для регулирования выбросов, чтобы максимизировать каталитическую активность. В противоположность этому, частицы тугоплавкого оксида для применения в соответствии с данным изобретением являются сравнительно большими (т.е. обычно гораздо больше, чем те, что применяют в качестве материала-носителя в устройствах для регулирования выбросов известного уровня техники).
2
2
Огнеупорные оксиды, имеющие среднюю удельную площадь поверхности ≤ примерно 50 м/г, известны в данной области техники и могут быть коммерчески доступными. Возможно также получение такого тугоплавкого оксида посредством нагревания тугоплавкого оксида, имеющего среднюю удельную площадь поверхности >50 м/г до высокой температуры, обычно температуры (например, 1200°C или более), которая является значительно более высокой, чем температура тугоплавкого оксида, которая имеет место в системе выпуска выхлопных газов транспортного средства при обычном применении. Соответственно, тугоплавкий оксид (т.е. имеющий небольшую площадь поверхности) не образуется на месте во время обычного применения катализатора окисления.
Катализатор окисления может содержать область захвата для захвата по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем. Выражение «область захвата для захвата по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем» представлено в данном документе ниже как сокращенный термин «область захвата».
Область захвата может содержать или состоять по существу из захватывающего материала.
-3
3
-3
3
-3
3
-3
3
-3
3
Типично, область захвата по меньшей мере одной серосодержащей примеси в выхлопных газах, образованных дизельным двигателем, имеет загрузку тугоплавкого оксида от 0,1 до 3,5 г·дюйм (0,006-0,21 г/см), предпочтительно от 0,2 до 2,5 г·дюйм (0,012-0,153 г/см), еще более предпочтительно 0,3 до 2,0 г·дюйм (0,018-0,122 г/см), и еще более предпочтительно 0,5 до 1,75 г·дюйм (0,03-0,107 г/см) (например, от 0,75 до 1,5 г·дюйм (0,046-0,092 г/см)).
-3
-3
3
-3
-3
3
-3
-3
3
Обычно, область захвата имеет общую загрузку металла для улавливания S (например, содержание металла для улавливания S) от 1 г фут до 50 г фут (35,3-1766 г/м), предпочтительно 4 г фут до 40 г фут (141-1413 г/м), еще более предпочтительно 5 г фут до 30 г фут (177-1059 г/м).
2
Область захвата может дополнительно содержать платину. Платина с трудом подвергается отравлению оксидами серы, и она может быть включена в некоторые места расположения катализатора окисления, чтобы предоставлять дополнительные функциональные возможности, такие как образование NO посредством окисления NO.
Когда область захвата содержит платину, является предпочтительным, чтобы область захвата была расположена на выпускном конце основы или вблизи него.
Типично область захвата содержит частицы платины (Pt), имеющие средний размер частиц <10 нм, предпочтительно ≤8 нм.
Частицы платины могут быть размещены или нанесены на огнеупорном оксиде (например, захватывающего материала). Частицы платины могут быть размещены или нанесены на огнеупорном оксиде посредством диспергирования по поверхности тугоплавкого оксида, более предпочтительно посредством распределения по поверхности и/или закрепления на поверхности тугоплавкого оксида. Когда частицы платины размещены на огнеупорном оксиде, платина является частью захватывающего материала, хотя она не вносит значительный вклад в захват или улавливание оксида серы.
В качестве дополнения или альтернативы, область захвата может содержать платину, предпочтительно частицы платины, такие как описано выше. Платина может быть размещена или быть нанесена на материал-носитель, отдельно от тугоплавкого оксида захватывающего материала. Материал-носитель для платины в данном случае называют в данном документе как «материал-носитель Pt». Это сделано, чтобы отличать его от других материалов-носителей, которые могут присутствовать в катализаторе окисления.
2
2
2
Материал-носитель Pt является тугоплавким оксидом, типично имеющим среднюю удельную площадь поверхности ≥75 м/г, такую как ≥100 м/г и предпочтительно ≥100 м/г.
Тугоплавкий оксид материала-носителя Pt выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия и их смешанных или сложных оксидов, таких как смешанные или сложные оксиды двух или более этих оксидов. Например, тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия, диоксида кремния-оксида алюминия, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида церия-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида кремния, диоксида циркония-диоксида кремния, диоксида циркония-диоксида титана, оксида церия-диоксида циркония и оксида алюминия-оксида магния. Является предпочтительным, чтобы тугоплавкий оксид материала-носителя Pt содержал или состоял по существу из оксида алюминия или диоксида кремния-оксида алюминия.
Типично, область захвата содержит по меньшей мере 50% по массе захватывающего материала, предпочтительно по меньшей мере 75% по массе захватывающего материала, предпочтительно по меньшей мере 90% по массе захватывающего материала.
TM
Данное изобретение включает катализаторы окисления, где захватывающий материал и каталитическая область расположены различным образом. Оптимальное расположение захватывающего материала на основе может быть определено посредством химического состава и расположения каталитического материала катализатора окисления, и химического состава и расположения любого устройства для регулирования выбросов ниже по потоку. Например, если желательно защитить каталитический материал катализатора окисления от оксидов серы, то это может быть достигнуто посредством расположения захватывающего материала таким образом, чтобы он контактировал с выхлопными газами перед приведением выхлопных газов в контактирование с каталитическим материалом. Если желательно защитить устройство для регулирования выбросов (например, Cu-содержащий катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF)), расположенное непосредственно ниже по потоку от катализатора окисления, то это может быть достигнуто посредством расположения захватывающего материала для контактирования с выхлопными газами перед выпуском выхлопных газов из катализатора окисления.
В первом по третий расположениях катализатора окисления, представленных ниже, каталитическая область предпочтительно не содержит захватывающий материал.
Как правило, в первом по третий расположениях катализатора окисления, катализатор окисления содержит основу, область захвата, содержащую захватывающий материал, и каталитическую область, расположенную на основе.
Во избежание неопределенности, область захвата и каталитическая область имеют разные составы.
Каталитическую область типично располагают на основе или наносят на нее. Каталитическая область может быть непосредственным образом размещена или нанесена на основе (т.е. каталитическая область находится в контакте с поверхностью основы).
Область захвата может быть:
(a) размещена или нанесена на каталитической области; и/или
(b) размещена непосредственно на основе или нанесена на ней [т.е. область захвата находится в контакте с поверхностью основы]; и/или
(c) в контакте с каталитической областью [т.е. область захвата расположена рядом с каталитической областью или примыкает к ней].
Обычно каталитическая область расположена или нанесена на стенках множества каналов внутри основы (т.е. на стенке каждого канала внутри основы). Область захвата типично также расположена или нанесена на стенках множества каналов основы (т.е. на стенке каждого канала внутри основы).
В первом расположении катализатора окисления, область захвата является захватывающим слоем. Каталитическая область может быть каталитическим слоем или первой каталитической зоной и второй каталитической зоной.
Захватывающий слой типично протянут по существу на полную длину основы, особенно на полную длину каналов монолитной основы. См., например, Фиг. 1 и 2.
Захватывающий слой может состоять по существу из захватывающего материала. Является предпочтительным, чтобы захватывающий слой предпочтительно состоял по существу из захватывающего материала (т.е. одного захватывающего материала).
Каталитическая область может быть каталитическим слоем, предпочтительно единственным каталитическим слоем.
Когда каталитическая область является каталитическим слоем (см. Фиг. 1), то захватывающий слой может быть размещен на каталитическом слое, и каталитический слой может быть размещен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на основе. В качестве альтернативы каталитический слой может быть размещен на захватывающем слое, и захватывающий слой может быть размещен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на основе.
Когда каталитическая область является каталитическим слоем, то каталитический слой предпочтительно распространяется по существу на полную длину основы, особенно на полную длину каналов монолитной основы.
Является предпочтительным, чтобы захватывающий слой являлся расположенным или нанесенным (например, непосредственно расположенным или нанесенным) на каталитическом слое, и каталитический слой являлся расположенным или нанесенным (например, непосредственно расположенным или нанесенным) на основе. В этом расположении выхлопные газы приводятся в контакт с захватывающим слоем перед тем, как они приводятся в контакт с каталитическим слоем. Такое расположение может быть благоприятным для защиты каталитического материала катализатора окисления и также любого устройства для регулирования выбросов ниже по потоку, которое имеет каталитический материал, чувствительный к отравляющему действию серы.
Каталитическая область может быть первым каталитическим слоем и вторым каталитическим слоем, таким как второй каталитический слой, определенный в данном документе ниже. На каталитический слой, описанный выше, ниже делается ссылка как на «первый каталитический слой».
Является предпочтительным, чтобы захватывающий слой являлся расположенным или нанесенным (например, непосредственно расположенным или нанесенным) на первом каталитическом слое. Более предпочтительно, первый каталитический слой расположен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на втором каталитическом слое, и второй каталитический слой расположен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на основе.
Когда катализатор окисления содержит второй каталитический слой, то является предпочтительным, чтобы первый каталитический слой содержал материал-носитель, который является сероустойчивым, такой как описано ниже.
В первом расположении катализатора окисления, каталитическая область может быть первой каталитической зоной и второй каталитической зоной (см. Фиг. 3). Захватывающий слой предпочтительно расположен или нанесен на обеих из первой каталитической зоны и второй каталитической зоны, более предпочтительно захватывающий слой непосредственно расположен или нанесен на обеих из первой каталитической зоны и второй каталитической зоны.
Первая каталитическая зона и вторая каталитическая зона предпочтительно расположены или нанесены на основе, более предпочтительно непосредственно расположены или нанесены на основе.
Первая каталитическая зона типично имеет длину от 2,5 до 90% (например, от 2,5 до 50% или от 50 до 90%) длины основы, предпочтительно от 5 до 80% (например, от 5 до 45% или от 45 до 80%), особенно от 10 до 75% (например, от 10 до 40% или от 40 до 75%) длины основы, более предпочтительно от 15 до 65% (например, от 15 до 30% или от 30 до 65%) длины основы.
Может являться предпочтительным, чтобы первая каталитическая зона имела длину от 2,5 до 10% длины основы, такую как от 2,5 до 7,5% или от 5 до 10% длины основы. Дополнительно предпочтительно, чтобы первая каталитическая зона имела общую загрузку металла платиновой группы, которая больше, чем общая загрузка металла платиновой группы второй каталитической зоны.
Типично, вторая каталитическая зона имеет длину от 10 до 90% длины основы (например, от 50 до 90%), предпочтительно от 15 до 80% длины основы (например, от 55 до 80%), более предпочтительно от 20 до 75% (например, от 30 до 65%) длины основы, еще более предпочтительно от 30 до 65%.
Обычно предпочтительно, чтобы первая каталитическая зона была расположена или нанесена выше по потоку по отношению ко второй каталитической зоне. Более предпочтительно, первую каталитическую зону размещают или наносят на впускном конце основы или вблизи него.
Первая каталитическая зона может прилегать ко второй каталитической зоне. Предпочтительно, первая каталитическая зона контактирует со второй каталитической зоной. Когда первая каталитическая зона прилегает ко второй каталитической зоне, или первая каталитическая зона находится в контакте со второй каталитической зоной, то первая каталитическая зона и вторая каталитическая зона могут быть размещены или нанесены на основе в виде слоя (например, в виде одиночного слоя). Соответственно, слой (например, одиночный слой) может быть сформирован на основе, когда первая и вторая каталитические зоны прилегают одна к другой или находятся в контакте одна с другой.
Первая каталитическая зона может быть отделена от второй каталитической зоны. Может иметься зазор (например, пространство) между первой каталитической зоной и второй каталитической зоной.
В качестве альтернативы, первая каталитическая зона может покрывать вторую каталитическую зону. Конечный участок или часть первой каталитической зоны могут быть размещены или нанесены на второй каталитической зоне. Первая каталитическая зона обычно лишь частично покрывает вторую каталитическую зону.
Обычно может являться предпочтительным, чтобы первая каталитическая зона содержала материал-носитель, который является сероустойчивым, такой как описано ниже.
Во втором расположении катализатора окисления, область захвата является зоной захвата.
Обычно зона захвата имеет длину ≥25 мм.
В качестве дополнения или альтернативы, зона захвата типично имеет длину от 2,5 до 90% (например, от 2,5 до 50% или от 50 до 90%) длины основы, предпочтительно от 5 до 80% (например, от 5 до 45% или от 45 до 80%), особенно от 10 до 75% (например, от 10 до 40% или от 40 до 75%) длины основы, более предпочтительно от 15 до 65% (например, от 15 до 30% или от 30 до 65%) длины основы.
Зона захвата может состоять по существу из захватывающего материала. Является предпочтительным, чтобы зона захвата предпочтительно состояла по существу из захватывающего материала (т.е. одного захватывающего материала).
Зона захвата может быть расположена или нанесены на впускном конце основы или вблизи него (см., например, Фиг. 3-6). Более предпочтительно, зону захвата размещают или наносят непосредственно на впускном конце основы или вблизи него. Такие расположения могут быть выгодными для защиты каталитического материала катализатора окисления от отравления оксидом серы.
В качестве альтернативы, зона захвата может быть расположена или нанесена на выпускном конце основы или вблизи него. Более предпочтительно, зону захвата размещают или наносят непосредственно на выпускном конце основы или вблизи него. Такие расположения могут быть выгодными для защиты устройства для регулирования выбросов ниже по потоку от отравления оксидом серы.
Когда зона захвата расположена или нанесена на впускном конце или выпускном конце основы или вблизи него, то каталитической областью может быть:
(i) каталитический слой (см. Фиг. 5); или
(ii) каталитическая зона (см. Фиг. 3 и 6); или
(iii) первая каталитическая зона и вторая каталитическая зона (см. Фиг. 4); или
(iv) первая каталитическая зона и второй каталитический слой (см. Фиг. 7); или
(v) первый каталитический слой и второй каталитический слой (см. Фиг. 8).
В случае (i), каталитическая область является каталитическим слоем, предпочтительно единственным каталитическим слоем. Зона захвата в типичном случае расположена или нанесена (например, непосредственно расположена или нанесена) на каталитическом слое (см. Фиг. 5).
Зона захвата предпочтительно расположена или нанесена на каталитическом слое, таком как на впускном конце основы или вблизи него (см. Фиг. 5) или на выпускном конце основы или вблизи него.
Более предпочтительно, зона захвата непосредственно расположена или нанесена на каталитическом слое. Когда зона захвата непосредственно расположена или нанесена на каталитическом слое на впускном конце основы или вблизи него, выхлопные газы приводятся в контактирование с зоной захвата прежде, чем они приводятся в контактирование с большой частью каталитического слоя.
Когда каталитическая область является каталитическим слоем, то каталитический слой предпочтительно протянут по существу на полную длину основы, особенно на полную длину каналов монолитной основы.
Каталитический слой предпочтительно расположен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на основе.
Когда зона захвата расположена или нанесена на каталитическом слое, является предпочтительным, чтобы полная длина зоны захвата была расположена или нанесена на каталитическом слое. Длина зоны захвата меньше, чем длина каталитического слоя.
В случае (ii), каталитическая область является каталитической зоной, предпочтительно единственной каталитической зоной.
Каталитическая зона предпочтительно расположена или нанесена (например, непосредственно расположена или нанесена) на основе.
Каталитическая зона может быть расположена или нанесена (например, непосредственно расположена или нанесена) на выпускном конце основы или вблизи него. Является предпочтительным, чтобы зона захвата была расположена или нанесена (например, была непосредственно расположена или нанесена) на основе. Более предпочтительно, зона захвата расположена или нанесена (например, непосредственно расположена или нанесена) на впускном конце основы или вблизи него.
В качестве альтернативы, каталитическая зона может быть расположена или нанесена (например, непосредственно расположена или нанесена) на впускном конце основы или вблизи него. Является предпочтительным, чтобы зона захвата была расположена или нанесена (например, была непосредственно расположена или нанесена) на основе. Более предпочтительно, зона захвата расположена или нанесена (например, непосредственно расположена или нанесена) на выпускном конце основы или вблизи него.
Типично, каталитическая зона имеет длину от 10 до 90% длины основы (например, от 50 до 90%), предпочтительно от 15 до 80% длины основы (например, от 55 до 80%), более предпочтительно от 20 до 75% (например, от 30 до 65%) длины основы, еще более предпочтительно от 30 до 65%.
Каталитическая зона может прилегать к зоне захвата. Предпочтительно, каталитическая зона контактирует с зоной захвата. Когда каталитическая зона прилегает к зоне захвата, или каталитическая зона находится в контакте с зоной захвата, то каталитическая зона и зона захвата могут быть размещены или нанесены на основе в виде слоя (например, в виде одиночного слоя). Соответственно, слой (например, одиночный слой) может быть сформирован на основе, когда каталитическая зона и зона захвата прилегают одна к другой или находятся в контакте одна с другой (см., например, Фиг. 3).
Кроме того, зона захвата может покрывать каталитическую зону. Конечный участок или часть зоны захвата могут быть размещены или нанесены на каталитической зоне (см., например, Фиг. 6). Зона захвата может лишь частично покрывать каталитическую зону.
В альтернативном расположении (ii), каталитическая зона может быть отделена от зоны захвата. Может иметься зазор (например, пространство) между каталитической зоной и зоной захвата. Зазор между каталитической зоной и зоной захвата может быть менее чем 10 мм (например, сравнительно небольшим) или ≥10 мм.
В случае (iii), каталитическая область является первой каталитической зоной и второй каталитической зоной.
Первая каталитическая зона типично расположена или нанесен (например, непосредственно расположена или нанесен) на второй каталитической зоне. Предпочтительно, вторая каталитическая зона расположена или нанесен (например, непосредственно расположена или нанесен) на основе.
Первая каталитическая зона и вторая каталитическая зона могут обе быть расположены или нанесены на выпускном конце основы или вблизи него (см. Фиг. 4).
В качестве альтернативы, первая каталитическая зона и вторая каталитическая зона могут обе быть расположены или нанесены на впускном конце основы или вблизи него.
Типично, зона захвата расположена или нанесен (например, непосредственно расположена или нанесен) на основе.
Типично, первая каталитическая зона имеет длину от 10 до 90% длины основы (например, от 50 до 90%), предпочтительно от 15 до 80% длины основы (например, от 55 до 80%), более предпочтительно от 20 до 75% (например, от 30 до 65%) длины основы, еще более предпочтительно от 30 до 65%.
Вторая каталитическая зона типично имеет длину от 10 до 90% длины основы (например, от 50 до 90%), предпочтительно от 15 до 80% длины основы (например, от 55 до 80%), более предпочтительно от 20 до 75% (например, от 30 до 65%) длины основы, еще более предпочтительно от 30 до 65%.
Когда каталитическая область является первой каталитической зоной и второй каталитической зоной, предпочтительно, чтобы первая каталитическая зона содержала материал-носитель, который является сероустойчивым, такой как описано ниже.
В случае (iv), каталитическая область является первой каталитической зоной и вторым каталитическим слоем.
Зона захвата может быть размещена или нанесена на втором каталитическом слое на впускном конце основы или вблизи него (см. Фиг. 7). Более предпочтительно, зону захвата размещают или наносят на втором каталитическом слое на впускном конце основы или вблизи него. В этом расположении выхлопные газы приводятся в контакт с зоной захвата перед тем, как они приводятся в контакт с большой частью второго каталитического слоя.
В качестве альтернативы, зона захвата может быть расположена или нанесена на втором каталитическом слое на выпускном конце основы или вблизи него. Более предпочтительно, зону захвата размещают или наносят на втором каталитическом слое на выпускном конце основы или вблизи него.
Второй каталитический слой предпочтительно протянут по существу на полную длину основы, особенно на полную длину каналов монолитной основы.
Второй каталитический слой предпочтительно расположен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на основе.
Когда зона захвата расположена или нанесена на втором каталитическом слое, является предпочтительным, чтобы полная длина зоны захвата была расположена или нанесена на втором каталитическом слое. Длина зоны захвата меньше, чем длина второго каталитического слоя.
Первая каталитическая зона предпочтительно расположена или нанесен (например, непосредственно расположена или нанесен) на втором каталитическом слое. Более предпочтительно, первая каталитическая зона расположена или нанесен (например, непосредственно расположена или нанесен) на конце основы, противоположном по отношению к зоне захвата, или вблизи него (например, на втором каталитическом слое), таком как выпускной конец или впускной конец.
Типично, первая каталитическая зона имеет длину от 10 до 90% длины основы (например, от 50 до 90%), предпочтительно от 15 до 80% длины основы (например, от 55 до 80%), более предпочтительно от 20 до 75% (например, от 30 до 65%) длины основы, еще более предпочтительно от 30 до 65%.
Зона захвата может быть расположена или нанесена выше по потоку по отношению к первой каталитической зоне (например, когда зона захвата расположена на впускном конце или вблизи него). В этом расположении, выхлопные газы приводятся в контакт с зоной захвата перед тем, как они приводятся в контакт с первой каталитической зоной.
В качестве альтернативы, зона захвата может быть расположена или нанесена ниже по потоку по отношению к первой каталитической зоне (например, когда зона захвата расположена на выпускном конце или вблизи него).
Первая каталитическая зона может прилегать к зоне захвата. Предпочтительно, первая каталитическая зона контактирует с зоной захвата. Когда первая каталитическая зона прилегает к зоне захвата, или первая каталитическая зона находится в контакте с зоной захвата, то первая каталитическая зона и зона захвата могут быть размещены или нанесены на основе в виде слоя (например, в виде одиночного слоя). Соответственно, слой (например, одиночный слой) может быть сформирован на основе, когда первая каталитическая зона и зона захвата прилегают одна к другой или находятся в контакте одна с другой.
Кроме того, зона захвата может покрывать первую каталитическую зону. Конечный участок или часть зоны захвата могут быть размещены или нанесены на первой каталитической зоне. Зона захвата может лишь частично покрывать каталитическую зону.
В качестве альтернативы, первая каталитическая зона может быть отделена от зоны захвата. Может иметься зазор (например, пространство) между первой каталитической зоной и зоной захвата. Зазор между первой каталитической зоной и зоной захвата может быть менее чем 10 мм (например, сравнительно небольшим) или ≥10 мм.
В случае (v), каталитическая область является первым каталитическим слоем и вторым каталитическим слоем.
Зона захвата может быть размещена или нанесена на первом каталитическом слое на впускном конце основы или вблизи него. Более предпочтительно, зону захвата размещают или поддерживают на первом каталитическом слое на впускном конце основы или вблизи него. В этом расположении, выхлопные газы приводятся в контактирование с зоной захвата перед тем, как они приводятся в контактирование с большой частью первого каталитического слоя.
В качестве альтернативы, зона захвата может быть расположена или нанесена на первом каталитическом слое на выпускном конце основы или вблизи него. Более предпочтительно, зону захвата размещают или поддерживают на первом каталитическом слое на выпускном конце основы или вблизи него.
Первый каталитический слой может быть размещен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на втором каталитическом слое. Второй каталитический слой может быть размещен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на основе.
Первый каталитический слой предпочтительно протянут по существу на полную длину основы, особенно на полную длину каналов монолитной основы.
Второй каталитический слой предпочтительно протянут по существу на полную длину основы, особенно на полную длину каналов монолитной основы.
Обычно, когда катализатор окисления содержит второй каталитический слой, то является предпочтительным, чтобы первый каталитический слой содержал материал-носитель, который является сероустойчивым, такой как описано ниже.
В третьем расположении катализатора окисления, основа содержит поверхность впускного конца и поверхность выпускного конца. Область захвата расположена или нанесен (например, непосредственно расположена или нанесен) на поверхности впускного конца и/или поверхности выпускного конца (т.е. основы), предпочтительно на поверхности впускного конца, более предпочтительно лишь на поверхности впускного конца. См. Фиг. 9 и 10.
В третьем расположении катализатора окисления, область захвата может называться как «поверхность захвата», поскольку она расположена на поверхности основы.
Поверхность захвата может состоять по существу из захватывающего материала. Является предпочтительным, чтобы поверхность захвата предпочтительно состояла по существу из захватывающего материала.
Поверхность захвата предпочтительно расположена или нанесен (например, непосредственно расположена или нанесен) на поверхности впускного конца основы (т.е. поверхности конца основы выше по потоку). Поверхность впускного конца основы типично содержит множество краев стенок каналов.
Поверхность впускного конца основы может быть плоской (например, как в обычных основах с сотовой структурой) или неплоской. Когда поверхность впускного конца основы является неплоской, то поверхность впускного конца может иметь трехмерную топографическую конфигурацию. Примеры основ, имеющих неплоскую концевую поверхность, описаны в US 8257659. Основы, имеющие неплоские концевые поверхности, могут предоставлять увеличенную площадь поверхности для захватывающего материала, чтобы захватывать или улавливать по меньшей мере одну фосфорсодержащую примесь из выхлопных газов.
Обычно является предпочтительным, чтобы поверхность впускного конца и/или поверхность выпускного конца основы являлась плоской.
В дополнение к расположению или нанесению на поверхности впускного конца основы, область захвата может быть размещена или нанесена внутри основы, например, на стенках множества каналов или каталитической области внутри основы. Во время применения поверхности захвата, некоторое количество захватывающего материала может проникать в каналы основы, частично покрывая тем самым стенки каналов внутри основы. См. Фиг. 11.
Когда область захвата расположена или нанесена на стенках множества каналов внутри основы, то катализатор окисления дополнительно содержит зону захвата. Зона захвата имеет такой же состав, что и поверхность захвата (например, зона захвата содержит или состоит по существу из захватывающего материала).
В третьем расположении катализатора окисления, поверхность захвата типично имеет среднюю длину (например, от впускного конца поверхности основы) <25 мм, предпочтительно ≤20 мм, например, ≤15 мм, более предпочтительно ≤10 мм (например, ≤5 мм) и еще более предпочтительно ≤3 мм (например, <3 мм). Во избежание неопределенности, средняя длина относится к длине в осевом направлении основы.
В третьем расположении катализатора окисления, каталитическая область обычно расположена или нанесена (например, непосредственно расположена или нанесена) внутри основы, например, на стенках множества каналов внутри основы.
Каталитическая область может быть либо (i) каталитическим слоем, (ii) первым каталитическим слоем и вторым каталитическим слоем, либо (iii) первой каталитической зоной и второй каталитической зоной.
Когда каталитическая область является (i) каталитическим слоем, каталитический слой может быть размещен или нанесен (например, непосредственно расположен или нанесен) на основе. Каталитический слой является предпочтительно единственным каталитическим слоем.
Каталитический слой предпочтительно протянут по существу на полную длину основы, особенно на полную длину каналов монолитной основы.
В случае (ii), каталитическая область является первым каталитическим слоем и вторым каталитическим слоем. Является предпочтительным, чтобы первый каталитический слой являлся расположенным или нанесенным (например, непосредственно расположенным или нанесенным) на втором каталитическом слое, и второй каталитический слой являлся расположенным или нанесенным (например, непосредственно расположенным или нанесенным) на основе.
Каждый из первого каталитического слоя и второго каталитического слоя предпочтительно протянут по существу на полную длину основы, особенно на полную длину каналов монолитной основы.
Когда катализатор окисления содержит второй каталитический слой, то является предпочтительным, чтобы первый каталитический слой содержал материал-носитель, который является сероустойчивым, такой как описано ниже.
В случае (iii), каталитическая область является первой каталитической зоной и второй каталитической зоной. Первая каталитическая зона и вторая каталитическая зона предпочтительно расположены или нанесены на основе, более предпочтительно непосредственно расположены или нанесены на основе.
Первая каталитическая зона типично имеет длину от 2,5 до 90% (например, от 2,5 до 50% или от 50 до 90%) длины основы, предпочтительно от 5 до 80% (например, от 5 до 45% или от 45 до 80%), особенно от 10 до 75% (например, от 10 до 40% или от 40 до 75%) длины основы, более предпочтительно от 15 до 65% (например, от 15 до 30% или от 30 до 65%) длины основы.
Типично, вторая каталитическая зона имеет длину от 10 до 90% длины основы (например, от 50 до 90%), предпочтительно от 15 до 80% длины основы (например, от 55 до 80%), более предпочтительно от 20 до 75% (например, от 30 до 65%) длины основы, еще более предпочтительно от 30 до 65%.
Обычно предпочтительно, чтобы первая каталитическая зона была расположена или нанесена выше по потоку по отношению ко второй каталитической зоне. Более предпочтительно, первую каталитическую зону размещают или наносят на впускном конце основы или вблизи него.
Первая каталитическая зона может прилегать ко второй каталитической зоне. Предпочтительно, первая каталитическая зона контактирует со второй каталитической зоной. Когда первая каталитическая зона прилегает ко второй каталитической зоне, или первая каталитическая зона находится в контакте со второй каталитической зоной, то первая каталитическая зона и вторая каталитическая зона могут быть размещены или нанесены на основе в виде слоя (например, в виде одиночного слоя). Соответственно, слой (например, одиночный слой) может быть сформирован на основе, когда первая и вторая каталитические зоны прилегают одна к другой или находятся в контакте одна с другой.
Первая каталитическая зона может быть отделена от второй каталитической зоны. Может иметься зазор (например, пространство) между первой каталитической зоной и второй каталитической зоной.
В качестве альтернативы, первая каталитическая зона может покрывать вторую каталитическую зону. Конечный участок или часть первой каталитической зоны могут быть размещены или нанесены на второй каталитической зоне. Первая каталитическая зона обычно лишь частично покрывает вторую каталитическую зону.
Обычно может являться предпочтительным, чтобы первая каталитическая зона содержала материал-носитель, который является сероустойчивым, такой как описано ниже.
Состав каталитической области описан ниже. Когда каталитическая область является первой каталитической областью (например, первым каталитическим слоем или первой каталитической зоной) и второй каталитической областью (например, вторым каталитическим слоем или второй каталитической зоной), то любая ссылка на состав «каталитической области» относится к составу «первой каталитической области». Соответственно, любая ссылка ниже на «каталитическую область» равным образом применима к «первой каталитической области».
Каталитическая область содержит каталитический материал, содержащий металл платиновой группы (PGM), выбранный из группы, состоящей из платины (Pt), палладия (Pd) и комбинации платины (Pt) и палладия (Pd) Металл платиновой группы (PGM) может являться Pt. Металл платиновой группы (PGM) может являться Pd. Металл платиновой группы (PGM) может являться комбинацией Pt и Pd.
Типично, каталитический материал дополнительно содержит материал-носитель. На материал-носитель каталитического материала в данном документе делается ссылка посредством выражения «материал-носитель для каталитического материала (CM)» или «материал-носитель для первого каталитического материала (CM)», когда «материал-носитель для второго каталитического материала (CM)» присутствует. Металл платиновой группы (PGM) предпочтительно расположен или нанесен на материал-носитель для каталитического материала (CM). Более предпочтительно, металл платиновой группы (PGM) расположен или непосредственно нанесен на материале-носителе для каталитического материала (CM) (например, отсутствует промежуточный материал между металлом платиновой группы (PGM) и материалом-носителем для каталитического материала (CM)). Например, металл платиновой группы (PGM) может быть распределен по поверхности и/или импрегнирован в материал-носитель для каталитического материала (CM).
2
2
2
Материал-носитель для каталитического материала (CM) содержит или состоит по существу из тугоплавкого оксида (называемого в данном документе как тугоплавкий оксид для каталитического материала). Частицы тугоплавкого оксида типично имеют среднюю удельную площадь среднюю удельную площадь поверхности ≥75 м/г, такую как ≥100 м/г и предпочтительно ≥100 м/г.
Тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия и смешанного или сложного оксида по меньшей мере одного из этих огнеупорных оксидов. Тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия, диоксида кремния-оксида алюминия, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида церия-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида кремния, диоксида циркония-диоксида кремния, диоксида циркония-диоксида титана, оксида церия-диоксида циркония-оксида алюминия и оксида алюминия-оксида магния.
Обычно, является предпочтительным, что тугоплавкий оксид содержит или состоит по существу из оксида алюминия, диоксида кремния или диоксида кремния-оксида алюминия, особенно оксида алюминия.
Когда тугоплавкий оксид материала-носителя для каталитического материала (CM) содержит или состоит по существу из смешанного или сложного оксида с оксидом алюминия (например, кремнезем-оксид алюминия, оксид алюминия-оксид магния или смесь оксида алюминия и оксида церия), то предпочтительно смешанный или сложный оксид с оксидом алюминия содержит от по меньшей мере 50 до 99% по массе оксида алюминия, более предпочтительно от 70 до 95% по массе оксида алюминия, еще более предпочтительно от 75 до 90% по массе оксида алюминия.
Когда тугоплавкий оксид материала-носителя для каталитического материала (CM) содержит или состоит по существу из оксида церия-диоксида циркония, то оксид церия-диоксида циркония может состоять по существу из 20-95% по массе оксида церия и 5-80% по массе диоксида циркония (например, 50-95% по массе оксида церия и 5-50% по массе диоксида циркония), предпочтительно 35-80% по массе оксида церия и 20-65% по массе диоксида циркония (например, 55-80% по массе оксида церия и 20-45% по массе диоксида циркония), даже еще более предпочтительно 45-75% по массе оксида церия и 25-55% по массе диоксида циркония.
Тугоплавкий оксид материала-носителя для каталитического материала (CM) может необязательно быть легирован (например, легирующей примесью). Легирующая примесь может быть выбрана из группы, состоящей из циркония (Zr), титана (Ti), кремния (Si), иттрия (Y), лантана (La), празеодима (Pr), самария (Sm), неодима (Nd) и их оксидов.
Когда тугоплавкий оксид материала-носителя для каталитического материала (CM) легирован, общее количество легирующей примеси составляет от 0,25 до 5% по массе, предпочтительно от 0,5 до 3% по массе (например, примерно 1% по массе).
Тугоплавкий оксид материала-носителя для каталитического материала (CM) может содержать оксид алюминия, легированный легирующей примесью, или состоять по существу из него. Оксид алюминия может быть легирован легирующей примесью, содержащей кремний (Si), магний (Mg), барий (Ba), лантан (La), церий (Ce), титан (Ti) или цирконий (Zr) или комбинацию двух этих элементов или более. Легирующая примесь может содержать или состоять по существу из оксида кремния (например, диоксида кремния), оксида магния (например, оксида магния), оксида лантана (например, оксида лантана), оксида церия (например, оксида церия), оксида титана (например, диоксида титана) или оксида циркония (например, диоксида циркония). Предпочтительно, легирующая примесь содержит или состоит по существу из кремния, магния, церия или их оксида, особенно кремния или церия или их оксида. Более предпочтительно, легирующая примесь содержит или состоит по существу из кремния, магния или их оксида, особенно кремния, магния или их оксид, главным образом кремния или его оксида.
Когда оксид алюминия является оксидом алюминия, легированным кремнеземом, то оксид алюминия легирован кремнеземом в общем количестве от 0,5 до 45% по массе (т.е. % по массе в расчете на оксид алюминия), предпочтительно от 1 до 40% по массе, более предпочтительно от 1,5 до 30% по массе (например, от 1,5 до 10% по массе), особенно предпочтительно от 2,5 до 25% по массе, еще более предпочтительно от 3,5 до 20% по массе (например, от 5 до 20% по массе), даже еще более предпочтительно от 4,5 до 15% по массе.
Когда оксид алюминия является оксидом алюминия, легированным оксидом магния, то оксид алюминия легирован оксидом магния в количестве, как определено выше, или количестве от 1 до 40% по массе (т.е. % по массе в расчете на оксид алюминия), таком как от 5 до 28% по массе. Более предпочтительно, оксид алюминия легирован оксидом магния в количестве от 10 до 25% по массе.
2
Может являться предпочтительным, чтобы тугоплавкий оксид материала-носителя для каталитического материала (CM) содержал или состоял по существу из диоксида титана (TiO). Было найдено, что поддерживающие материалы на основе диоксида титана являются сероустойчивыми и могут выгодным образом быть применены, когда двигатель работает на топливе, таком как дизельное топливо или биодизельное топливо, имеющем высокое содержание серы.
Каталитический материал может содержать единственный металл платиновой группы (PGM) (т.е. который является лишь металлом платиновой группы). Единственный металл платиновой группы может являться платиной. Единственный металл платиновой группы может являться палладием.
Когда металл платиновой группы (PGM) является комбинацией платины и палладия, то типично каталитическая область или ее каталитический материал на их основе имеет отношение по массе Pt к Pd от 20:1 до 1:20 (например, от 15:1 до 1:15), предпочтительно от 10:1 до 1:10 (например, от 7,5:1 до 1:7,5), более предпочтительно от 5:1 до 1:5 (например, от 3:1 до 1:3) и еще более предпочтительно от 2,5:1 до 1:1.
Обычно является предпочтительным, что каталитическая область или ее каталитический материал содержит Pt и Pd, в таком случае типично отношение по массе Pt к Pd составляет ≥1:1. Каталитический материал может содержать Pt и необязательно Pd, так что отношение по массе Pt к Pd составляет от 1:0 до 1:1. Отношение по массе (т.е. массовое соотношение) Pt к Pd составляет предпочтительно от 50:1 до 1:1, более предпочтительно от 30:1 до 2:1 (например, от 25:1 до 4:1), еще более предпочтительно от 20:1 до 5:1, например, от 15:1 до 7,5:1.
Является предпочтительным, чтобы, когда каталитическая область или ее каталитический материал содержит Pt и Pd, отношение по массе Pt к Pd составляло ≥1,5:1, более предпочтительно ≥2:1 (например, ≥3:1), еще более предпочтительно ≥4:1, например, ≥10:1.
-3
3
-3
3
-3
3
-3
3
-3
3
Типично, катализатор окисления имеет общую загрузку металла платиновой группы (PGM) от 5 до 500 г фут (177-17657 г/м). Предпочтительно, общая загрузка металла платиновой группы (PGM) составляет от 10 до 400 г фут (353-14126 г/м), более предпочтительно от 20 до 350 г фут (706-12360 г/м), еще более предпочтительно 40 до 300 г фут (1413-10594 г/м) и даже еще более предпочтительно от 50 до 250 г фут (1766-8829 г/м).
x
Обычно является предпочтительным, чтобы каталитическая область или катализатор окисления (например, устройство для регулирования выбросов в целом) по существу не содержали родий. Более предпочтительно, каталитическая область или катализатор окисления не содержит родий. Родий часто включен в тройные катализаторы конверсии или ловушки для обедненных NO. Катализатор окисления по данному изобретению является катализатором окисления дизельного топлива, и его применяют главным образом для окисления монооксида углерода и несгоревших углеводородов.
x
В качестве дополнения или альтернативы, каталитическая область или катализатор окисления по существу не содержат щелочноземельный металл. Более предпочтительно, каталитическая область или катализатор окисления не содержит щелочноземельный металл. Когда захватывающий материал содержит щелочноземельный металл, тогда катализатор окисления не содержит щелочноземельный металл, кроме щелочноземельного металла захватывающего материала. Щелочноземельные металлы иногда включают в тройные катализаторы конверсии или ловушки для обедненных NO.
Каталитическая область или катализатор окисления могут по существу не содержать цеолит для абсорбирования углеводородов. Более предпочтительно, каталитическая область или катализатор окисления не содержит цеолит для абсорбирования углеводородов. Для применения в дизельных двигателях тяжелого режима работы, включение цеолита для абсорбирования углеводородов не всегда является необходимым.
Вторая каталитическая область типично содержит или состоит по существу из металла платиновой группы (PGM) и материала-носителя. На материал-носитель второго каталитического материала в данном документе делается ссылка посредством выражения «материал-носитель для второго каталитического материала (CM)».
На металл платиновой группы (PGM) второй каталитической области может делаться ссылка в данном документе как на «второй металл платиновой группы (PGM)», чтобы отличать его от металла платиновой группы (PGM) «каталитической области» или «первой каталитической области», описанной выше.
Термин «второй» в выражении «второй металл платиновой группы (PGM)» является обозначением и не ограничивает число металлов платиновой группы, которые должны присутствовать. Аналогичным образом, на материал-носитель второй каталитической области может делаться ссылка в данном документе как на «материал-носитель для второго каталитического материала (CM)» чтобы отличать его от материала-носителя «каталитической области» или «первой каталитической области», описанного выше. Термин «второй» в выражении «второй материал-носитель» является обозначением и не ограничивает число поддерживающих материалов-носителей, которые должны присутствовать.
Второй металл платиновой группы (PGM) предпочтительно расположен или нанесеннанесен на материал-носитель для второго каталитического материала (CM). Более предпочтительно, второй металл платиновой группы (PGM) расположен или нанесен нанесен непосредственно на второй  на материал-носитель для каталитического материала (CM) (например, отсутствует промежуточный материал между вторым металлом платиновой группы (PGM) и материалом-носителем для второго каталитического материала (CM)). Например, второй металл платиновой группы (PGM) может быть распределен по поверхности и/или импрегнирован в материал-носитель для второго каталитического материала (CM).
Вторая каталитическая область типично имеет состав, отличающийся от состава первой каталитической области.
Предпочтительно, чтобы вторая каталитическая область по существу не содержала захватывающего материала. Более предпочтительно, вторая каталитическая область не содержит захватывающий материал.
Обычно, вторая каталитическая область имеет однородный состав (например, гомогенную композицию).
Второй металл платиновой группы (PGM) может быть выбран из группы, состоящей из платины (Pt), палладия (Pd) и комбинации платины (Pt) и палладия (Pd). Вторым металлом платиновой группы (PGM) может являться Pt. Вторым металлом платиновой группы (PGM) может являться Pd. Вторым металлом платиновой группы (PGM) может являться комбинация Pt и Pd.
Вторая каталитическая область может содержать единственный металл платиновой группы (PGM) (т.е. второй металл платиновой группы (PGM) является единственным металлом платиновой группы). Единственный металл платиновой группы может являться платиной. Единственный металл платиновой группы может являться палладием.
Когда второй металл платиновой группы (PGM) является комбинацией платины и палладия, то типично вторая каталитическая область имеет отношение по массе Pt к Pd от 20:1 до 1:20 (например, от 15:1 до 1:15), предпочтительно от 10:1 до 1:10 (например, от 7,5:1 до 1:7,5), более предпочтительно от 5:1 до 1:5 (например, от 3:1 до 1:3) и еще более предпочтительно от 2,5:1 до 1:1.
Может являться предпочтительным, чтобы вторая каталитическая область содержала Pt и Pd при соотношении по массе Pt к Pd ≤4:1. Вторая каталитическая область может содержать Pd и необязательно Pt, так что отношение по массе Pd к Pt составляет от 20:1 до 1:4. Соотношение по массе (т.е. массовое соотношение) Pd к Pt составляет предпочтительно от 15:1 до 1:2, более предпочтительно от 10:1 до 1:1.5, еще более предпочтительно от 5:1 до 1:1.
-3
3
-3
3
-3
3
-3
3
-3
3
Типично, вторая каталитическая область имеет общую загрузку второго металла платиновой группы (PGM) от 5 до 250 г фут (177-8829 г/м). Предпочтительно, общая загрузка металла платиновой группы (PGM) составляет от 10 до 200 г фут (353-7063 г/м), более предпочтительно от 15 до 175 г фут (530-6180 г/м), еще более предпочтительно от 20 до 150 г фут (706-5297 г/м) и еще более предпочтительно от 25 до 125 г фут (883-4414 г/м).
2
2
2
Материал-носитель для второго каталитического материала (CM) содержит или состоит по существу из тугоплавкого оксида. Частицы тугоплавкого оксида типично имеют среднюю удельную площадь среднюю удельную площадь поверхности ≥75 м/г, такую как ≥100 м/г и предпочтительно ≥100 м/г.
Тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия и смешанного или сложного оксида по меньшей мере одного из этих огнеупорных оксидов. Тугоплавкий оксид может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия, диоксида кремния-оксида алюминия, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида церия-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида кремния, диоксида циркония-диоксида кремния, диоксида циркония-диоксида титана, оксида церия-диоксида циркония и оксида алюминия-оксида магния.
Является предпочтительным, чтобы тугоплавкий оксид материала-носителя для второго каталитического материала (CM) содержал или состоял по существу из оксида алюминия, диоксида кремния или диоксида кремния-оксида алюминия.
Когда тугоплавкий оксид материала-носителя для материала-носителя для второго каталитического материала (CM) содержит или состоит по существу из смешанного или сложного оксида с оксидом алюминия (например, кремнезем-оксид алюминия, оксид алюминия-оксид магния или смесь оксида алюминия и оксида церия), то предпочтительно смешанный или сложный оксид с оксидом алюминия содержит от по меньшей мере 50 до 99% по массе оксида алюминия, более предпочтительно от 70 до 95% по массе оксида алюминия, еще более предпочтительно от 75 до 90% по массе оксида алюминия.
Когда тугоплавкий оксид материала-носителя для второго каталитического материала (CM) содержит или состоит по существу из оксида церия-диоксида циркония, то оксид церия-диоксида циркония может состоять по существу из 20-95% по массе оксида церия и 5-80% по массе диоксида циркония (например, 50-95% по массе оксида церия и 5-50% по массе диоксида циркония), предпочтительно 35-80% по массе оксида церия и 20-65% по массе диоксида циркония (например, 55-80% по массе оксида церия и 20-45% по массе диоксида циркония), даже еще более предпочтительно 45-75% по массе оксида церия и 25-55% по массе диоксида циркония.
Тугоплавкий оксид материала-носителя для второго каталитического материала (CM) может необязательно быть легирован (например, легирующей примесью). Легирующая примесь может быть выбрана из группы, состоящей из циркония (Zr), титана (Ti), кремния (Si), иттрия (Y), лантана (La), празеодима (Pr), самария (Sm), неодима (Nd) и их оксидов.
Когда тугоплавкий оксид материала-носителя для второго каталитического материала (CM) легирован, общее количество легирующей примеси составляет от 0,25 до 5% по массе, предпочтительно от 0,5 до 3% по массе (например, примерно 1% по массе).
Тугоплавкий оксид материала-носителя для второго каталитического материала (CM) может содержать оксид алюминия, легированный легирующей примесью, или состоять по существу из него. Оксид алюминия может быть легирован легирующей примесью, содержащей кремний (Si), магний (Mg), барий (Ba), лантан (La), церий (Ce), титан (Ti) или цирконий (Zr) или комбинацию двух этих элементов или более. Легирующая примесь может содержать или состоять по существу из оксида кремния (например, диоксида кремния), оксида магния (например, оксида магния), оксида лантана (например, оксида лантана), оксида церия (например, оксида церия), оксида титана (например, диоксида титана) или оксида циркония (например, диоксида циркония). Предпочтительно, легирующая примесь содержит или состоит по существу из кремния, магния, церия или их оксида, особенно кремния или церия или их оксида. Более предпочтительно, легирующая примесь содержит или состоит по существу из кремния, магния или их оксида, особенно кремния, магния или их оксид, главным образом кремния или его оксида.
Когда оксид алюминия является оксидом алюминия, легированным кремнеземом, то оксид алюминия легирован кремнеземом в общем количестве от 0,5 до 45% по массе (т.е. % по массе в расчете на оксид алюминия), предпочтительно от 1 до 40% по массе, более предпочтительно от 1,5 до 30% по массе (например, от 1,5 до 10% по массе), особенно предпочтительно от 2,5 до 25% по массе, еще более предпочтительно от 3,5 до 20% по массе (например, от 5 до 20% по массе), даже еще более предпочтительно от 4,5 до 15% по массе.
Когда оксид алюминия является оксидом алюминия, легированным оксидом магния, то оксид алюминия легирован оксидом магния в количестве, как определено выше, или количестве от 1 до 40% по массе (т.е. % по массе в расчете на оксид алюминия), таком как от 5 до 28% по массе. Более предпочтительно, оксид алюминия легирован оксидом магния в количестве от 10 до 25% по массе.
Вторая каталитическая область может дополнительно содержать адсорбент углеводородов. Адсорбентом углеводородов является предпочтительно цеолит.
Примеры подходящих цеолитов или видов цеолита включают фожазит, клиноптилолит, морденит, силикалит, ферриерит, цеолит X, цеолит Y, ультрастабильный цеолит Y, цеолит AEI, цеолит ZSM-5, цеолит ZSM-12, цеолит ZSM-20, цеолит ZSM-34, цеолит CHA, цеолит SSZ-3, цеолит SAPO-5, оффретит, бета-цеолит или медьсодержащий цеолит CHA. Цеолит является предпочтительно цеолитом ZSM-5, бета-цеолитом или цеолитом Y.
Когда адсорбентом углеводородов является цеолит, тогда предпочтительно цеолит является цеолитом со средним размером пор или цеолитом с большим размером пор.
-3
-3
-3
-3
-3
-3
3
3
3
3
Когда вторая каталитическая область содержит адсорбент углеводородов, тогда данная вторая каталитическая область имеет общее количество адсорбента углеводородов от 0,05 до 3,00 г·дюйм (3-183 мг·см), предпочтительно от 0,10 до 2,00 г·дюйм (6-122 мг·см), более предпочтительно от 0,2 до 0,8 г·дюйм (12-49 мг·см). Например, общее количество адсорбента углеводородов может составлять от 0,8 до 1,75 г/дюйм (49-107 мг/см), например, от 1,0 до 1,5 г/дюйм (61-92 мг/см).
Обычно является предпочтительным, чтобы вторая каталитическая область по существу не содержала родий. Более предпочтительно, вторая каталитическая область не содержит родий.
В качестве дополнения или альтернативы, вторая каталитическая область по существу не содержит щелочноземельный металл. Более предпочтительно, вторая каталитическая область не содержит щелочноземельный металл.
Может являться предпочтительным, чтобы вторая каталитическая область по существу не содержала адсорбент углеводородов, особенно цеолит (например, для абсорбирования углеводородов). Более предпочтительно, вторая каталитическая область не содержит адсорбент углеводородов, особенно цеолит (например, для абсорбирования углеводородов).
x
x
Обычно (включая любое из расположений катализатора окисления, представленных выше), катализатор окисления может являться катализатором окисления дизельного топлива (DOC), катализированным сажевым фильтром (CSF), дизельным экзотермическим катализатором (DEC), катализатором для аккумулирования NO (NSC) или пассивным абсорбером NO (PNA). Является предпочтительным, чтобы катализатор окисления являлся катализатором окисления дизельного топлива (DOC), дизельным экзотермическим катализатором (DEC) или катализированным сажевым фильтром (CSF). Более предпочтительно, катализатор окисления является катализатором окисления дизельного топлива (DOC) или дизельным экзотермическим катализатором (DEC), еще более предпочтительно катализатор окисления является катализатором окисления дизельного топлива (DOC).
Основы для поддержания катализаторов окисления хорошо известны в данной области техники. Способы изготовления покрытий из пористого оксида «washcoat», чтобы наносить каталитический материал или захватывающий материал на основу, и способы нанесения покрытий из пористого оксида «washcoat» на основу также известны в данной области техники, (см., например, WO 99/47260, WO 2007/077462 и WO 2011/080525).
Основа обычно имеет множество каналов (например, для протекания через нее выхлопных газов). Как правило, основа является керамическим материалом или металлическим материалом.
2
2
3
Предпочтительным является, чтобы основа была изготовлена или состояла из кордиерита (SiO-AlO-MgO), карбида кремния (SiC), сплава Fe-Cr-Al, сплава Ni-Cr-Al или нержавеющей стали.
Основа может, например, иметь трубчатую форму, волокнистую форму или находиться в виде твердых частиц. Примеры подходящих  основ-носителей включают монолитную кордиеритовую основу с сотовой структурой, монолитную основу из SiC с сотовой структурой, слоистую волокнистую основу или основу из тканого материала, основу из пеноматериала, основу с перекрестным потоком, сетчатую основу из металлической проволоки, основу из пористого металлического материала и основу из керамических частиц.
Как правило, основа является монолитом (также называемой в данном документе монолитной основой). Такие монолитные основы хорошо известны в данной области техники.
Монолитная основа может являться проточной монолитной основой. В качестве альтернативы монолитная основа может являться фильтрующей монолитной основой. Является предпочтительным, чтобы монолитная основа являлась проточной монолитной основой.
x
x
Проточная монолитная основа обычно выполнена в виде сотового монолита (например, металлического или керамического сотового монолита), имеющего множество каналов, вытянутых через него, данные каналы открыты на обоих концах. Когда основа является проточной монолитной основой, тогда катализатор окисления по данному изобретению является типично катализатором окисления дизельного топлива (DOC), дизельным экзотермическим катализатором (DEC), катализатором для аккумулирования NO (NSC) или пассивным абсорбером NO (PNA). Является предпочтительным, чтобы катализатор окисления по данному изобретению являлся катализатором окисления дизельного топлива (DOC).
x
x
Фильтрующая монолитная основа обычно содержит множество впускных каналов и множество выпускных каналов, при этом впускные каналы открыты на конце выше по потоку (т.е. на стороне впускного отверстия для выхлопных газов) и закупорены или закрыты на конце ниже по потоку (т.е. на стороне выпускного отверстия для выхлопных газов), выпускные каналы закупорены или закрыты на конце выше по потоку и открыты на конце ниже по потоку, и при этом каждый впускной канал отделен от выпускного канала пористой структурой. Когда основа является фильтрующей монолитной основой, тогда катализатор окисления по данному изобретению является обычно катализированным сажевым фильтром (CSF), катализатором для аккумулирования NO (NSC) на фильтре или пассивным абсорбером NO (PNA) на фильтре, предпочтительно катализированным сажевым фильтром (CSF).
Когда основа является фильтрующей монолитной основой, предпочтительно, чтобы фильтрующая монолитная основа являлась фильтром с протеканием через стенки. В фильтре с протеканием через стенки каждый впускной канал поочередным образом отделен от выпускного канала стенкой пористой структуры и наоборот. Предпочтительным является, чтобы впускные каналы и выпускные каналы были расположены в виде сотовой структуры. При расположении в виде сотовой структуры предпочтительным является, чтобы каналы, смежные в вертикальном и в боковом направлении с впускным каналом были закупорены на конце выше по потоку и наоборот (т.е. каналы, смежные в вертикальном и в боковом направлении с выпускным каналом были закупорены на конце ниже по потоку). Если смотреть со стороны любого из двух концов, поочередно закрытые и открытые концы каналов имеют вид шахматной доски.
Когда катализатор окисления по данному изобретению является катализированным сажевым фильтром (CSF), тогда как каталитическая область (или каталитический слой или каталитическая зона) и область захвата (или захватывающий слой или зона захвата) могут быть размещены или нанесены на (i) стенках множества впускных каналов основы и/или (ii) стенках множества выпускных каналов основы.
В качестве альтернативы, предпочтительно, чтобы, когда катализатор окисления по данному изобретению является катализированным сажевым фильтром (CSF), тогда каталитическая область (или каталитический слой или каталитическая зона) была расположена или нанесена на стенках множества выпускных каналов основы, и область захвата (или захватывающий слой или зона захвата) была расположена или нанесена на стенках множества впускных каналов основы.
Основа, особенно монолитная основа, предпочтительно имеет диаметр ≥7 дюймов (например, ≥17,8 см). Такие монолитные основы обычно применяют для видов применения дизельного двигателя с тяжелым режимом работы.
Объем катализатора (например, всех покрытий (т.е. области захвата, каталитической области), нанесенных на монолитную основу) составляет типично ≥2,0 л, более предпочтительно ≥2,5 л.
Данное изобретение дополнительно относится к системе выпуска выхлопных газов для обработки выхлопных газов, образованных дизельным двигателем. Система выпуска выхлопных газов содержит катализатор окисления по данному изобретению и устройство для регулирования выбросов. Устройство для регулирования выбросов предпочтительно расположено ниже по потоку от катализатора окисления.
x
x
TM
Примеры устройства для регулирования выбросов включают фильтр твердых частиц выхлопа дизельного двигателя (DPF), катализатор для аккумулирования NO (NSC), катализатор для обедненных NO (LNC), катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), катализатор окисления дизельного топлива (DOC), катализированный сажевый фильтр (CSF), катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF), катализатор, предотвращающий проскакивание аммиака, (ASC) и комбинации двух их или более. Такие устройства для регулирования выбросов все хорошо известны в данной области техники.
x
TM
TM
TM
Предпочтительно, чтобы система выпуска выхлопных газов содержала устройство для регулирования выбросов, выбранное из группы, состоящей из катализатора для аккумулирования NO (NSC), катализатора, предотвращающего проскакивание аммиака, (ASC), фильтра твердых частиц выхлопа дизельных двигателей (DPF), катализатора селективного каталитического восстановления (SCR), катализированного сажевого фильтра (CSF), катализатора фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF) и комбинаций двух их или более. Более предпочтительно, устройство для регулирования выбросов выбирают из группы, состоящей из фильтра твердых частиц выхлопа дизельного двигателя (DPF), катализатора селективного каталитического восстановления (SCR), катализированного сажевого фильтра (CSF), катализатора фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF) и комбинаций двух их или более. Еще более предпочтительно, устройство для регулирования выбросов является катализатором селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатором фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF).
TM
TM
Обычно, когда система выпуска выхлопных газов содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатора фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF), катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF) содержит Fe или Cu, нанесенные на молекулярном сите, таком как описано ниже, более предпочтительно Cu, нанесеную на молекулярном сите.
TM
TM
Когда система выпуска выхлопных газов по данному изобретению содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF), то система выпуска выхлопных газов может дополнительно содержать инжектор для инжекции азотсодержащего восстановителя, такого как аммиак, или предшественника аммиака, такого как мочевина или формиат аммония, предпочтительно мочевины, в выхлопные газы выше по потоку по отношению к катализатору селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатору фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF). Типично, инжектор находится ниже по потоку от катализатора окисления. Такой инжектор может быть соединен с возможностью протекания текучей среды с источником (например, резервуаром) предшественника азотсодержащего восстановителя. Дозирование с дроссельным регулированием предшественника в поток выхлопных газов может быть отрегулировано посредством средства управления работой двигателя, запрограммированного подходящим образом, и закрытого контура или открытого контура обратной связи, снабженного датчиками, контролирующими состав выхлопных газов. Аммиак может также быть образован нагреванием карбамата аммония (твердотельного), и образованный аммиак может быть инжектирован в выхлопные газы.
x
TM
В качестве альтернативы или в дополнение к инжектору, аммиак может быть образован на месте (например, во время регенерации катализатора для аккумулирования NO (NSC), расположенного выше по потоку по отношению к катализатору селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатору фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF). Соответственно, система выпуска выхлопных газов может дополнительно содержать средство управления работой двигателя для обогащения выхлопных газов углеводородами.
TM
Катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF) может содержать по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из Cu, Hf, La, Au, In, V, лантаноидов и переходных металлов Группы VIII (например, Fe), при этом данный металл нанесен на тугоплавком оксиде или молекулярном сите. Металл предпочтительно выбирают из Ce, Fe, Cu и комбинаций любых двух или более этих металлов, более предпочтительно металл является Fe или Cu.
TM
2
3
2
2
2
2
2
5
3
2
x
2
x
2
x
2
Тугоплавкий оксид для катализатора селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатора фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF) может быть выбран из группы, состоящей из AlO, TiO, CeO, SiO, ZrO и смешанных оксидов, содержащих два их или более. Нецеолитовый катализатор может также включать оксид вольфрама (например, VO/WO/TiO, WO/CeZrO, WO/ZrO или Fe/WO/ZrO).
TM
Является особенно предпочтительным, когда катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF) или покрытие из пористого оксида «washcoat» с ним содержит по меньшей мере одно молекулярное сито, такое как алюмосиликатный цеолит или цеолит SAPO. По меньшей мере одно молекулярное сито может быть молекулярным ситом с малым, средним или большим размером пор. Под «молекулярным ситом с малым размером пор» в данном документе мы подразумеваем молекулярные сита, содержащие максимальный размер кольца из 8 атомов, такие как CHA; под «молекулярным ситом со средним размером пор» в данном документе мы подразумеваем молекулярное сито, содержащее максимальный размер кольца из 10 атомов, такое как ZSM-5; и под «молекулярным ситом с большим размером пор» в данном документе мы подразумеваем молекулярное сито, имеющее максимальный размер кольца из 12 атомов, такое как бета. Молекулярные сита с малым размером пор являются потенциально выгодными для применения в катализаторах селективного каталитического восстановления (SCR).
TM
В системе выпуска выхлопных газов по данному изобретению, предпочтительными молекулярными ситами для катализатора селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатора фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF) являются синтетические алюмосиликатные цеолитовые молекулярные сита, выбранные из группы, состоящей из AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI, включая ZSM-34, морденита, ферриерита, BEA, включая бета, Y, CHA, LEV, включая Nu-3, MCM-22 и EU-1, предпочтительно AEI или CHA, и имеющие отношение диоксида кремния к оксиду алюминия от примерно 10 до примерно 50, например, от примерно 15 до примерно 40.
Катализатор окисления по данному изобретению предпочтительно непосредственно соединен (например, непосредственно ниже по потоку от него) с выхлопным коллектором дизельного двигателя. Когда катализатор окисления непосредственно соединен с выхлопным коллектором, отсутствует устройство для регулирования выбросов между катализатором окисления по данному изобретению и выхлопным коллектором. Соответственно, катализатор окисления по данному изобретению является первым устройством для регулирования выбросов, с которым встречаются выхлопные газы, образованных дизельным двигателем.
Катализатор окисления может быть непосредственно соединенным с выхлопным коллектором дизельного двигателя.
TM
TM
В первом расположении системы выпуска выхлопных газов, система выпуска выхлопных газов содержит катализатор окисления по данному изобретению и катализатора фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF). За катализатором окисления по данному изобретению (например, расположенным выше по потоку) обычно следует катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF).
TM
TM
Инжектор азотсодержащего восстановителя может быть расположен между катализатором окисления и катализатором фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF). Соответственно, за катализатором окисления (например, расположенным выше по потоку) может следовать инжектор азотсодержащего восстановителя, и за данным инжектором азотсодержащего восстановителя (например, расположенным выше по потоку) может следовать катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF).
Во втором расположении системы выпуска выхлопных газов, система выпуска выхлопных газов содержит катализатор окисления по данному изобретению и катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) и необязательно катализированный сажевый фильтр (CSF) или фильтр твердых частиц выхлопа дизельного двигателя (DPF). За катализатором окисления (например, расположенным выше по потоку) обычно следует катализатор селективного каталитического восстановления (SCR).
Инжектор азотсодержащего восстановителя может быть расположен между катализатором окисления и катализатором селективного каталитического восстановления (SCR). Соответственно, за катализатором окисления (например, расположенным выше по потоку) может следовать инжектор азотсодержащего восстановителя, и за данным инжектором азотсодержащего восстановителя (например, расположенным выше по потоку) может следовать катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). За катализатором селективного каталитического восстановления (SCR) (например, расположенным выше по потоку) может следовать катализированный сажевый фильтр (CSF) или фильтр твердых частиц выхлопа дизельного двигателя (DPF).
В третьем расположении системы выпуска выхлопных газов, система выпуска выхлопных газов содержит катализатор окисления по данному изобретению и катализированный сажевый фильтр (CSF). За катализатором окисления (например, расположенным выше по потоку) обычно следует катализированный сажевый фильтр (CSF). Соответственно, например, выпускное отверстие катализатора окисления соединено с впускным отверстием катализированного сажевого фильтра.
В четвертом расположении системы выпуска выхлопных газов, система выпуска выхлопных газов содержит катализатор окисления по данному изобретению, катализированный сажевый фильтр (CSF) и катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). За катализатором окисления (например, расположенным выше по потоку) обычно следует катализированный сажевый фильтр (CSF). За катализированным сажевым фильтром (например, расположенным выше по потоку) обычно следует катализатор селективного каталитического восстановления (SCR).
Инжектор азотсодержащего восстановителя может быть расположен между катализированным сажевым фильтром (CSF) и катализатором селективного каталитического восстановления (SCR). Соответственно, за катализированным сажевым фильтром (CSF) (например, расположенным выше по потоку) может следовать инжектор азотсодержащего восстановителя, и за данным инжектором азотсодержащего восстановителя (например, расположенным выше по потоку) может следовать катализатор селективного каталитического восстановления (SCR).
TM
В любом из вариантов осуществления первого, второго или четвертого расположения системы выпуска отработавших газов, описанных в данном документе выше, катализатор, предотвращающий проскакивание аммиака, (ASC) может быть расположен ниже по потоку по отношению к катализатору селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатору фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF) (т.е. в качестве отдельной монолитной основы), или, более предпочтительно, зона ниже по потоку или примыкающая к концу монолитной основы, содержащей катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), может быть использована в качестве носителя для катализатора, предотвращающего проскакивание аммиака, (ASC).
Данное изобретение дополнительно предоставляет транспортное средство. Транспортное средство содержит дизельный двигатель и катализатор окисления или систему выпуска выхлопных газов по данному изобретению.
Дизельный двигатель является типично обычным (т.е. традиционным) дизельным двигателем.
Транспортное средство может являться малотоннажным транспортным средством с дизельным двигателем (LDV), таким как определено в законодательстве США или Европы. Малотоннажное транспортное средство с дизельным двигателем обычно имеет массу <2840 кг, более предпочтительно массу <2610 кг.
В США к малотоннажному транспортному средству с дизельным двигателем (LDV) относится дизельное транспортное средство, имеющее полный вес ≤8500 фунтов (фунтов США) (≤3856 кг). В Европе термин «малотоннажное транспортное средство с дизельным двигателем (LDV)» относится к (i) пассажирским транспортным средствам, имеющим не более чем восемь сидений в дополнение к сиденью водителя и имеющим максимальную массу, не превышающую 5 тонн, и (ii) транспортным средствам для перевозки грузов, имеющим максимальную массу, не превышающую 12 тонн.
Предпочтительно, чтобы транспортное средство являлось большегрузным транспортным средством с дизельным двигателем (HDV), таким как дизельное транспортное средство, имеющее полный вес >8500 фунтов (фунтов США) (>3856 кг), как определено в законодательстве США.
Выхлопные газы могут быть образованы дизельным двигателем, работающем на дизельном топливе (например, обычном дизельном топливе, полученном из нефти, часто называемым как нефтяное дизельное топливо) или на биодизельном топливе. Биодизельное топливо может являться B100 (например, 100%-ным биодизельным топливом) или оно может являться смесью биодизельного топлива и нефтяного дизельного топлива, такой как B6 по B20 (например, содержащей от 6 до 20% биодизельного топлива и от 80 до 94% нефтяного дизельного топлива, такой как установлено в ASTM D7467). Биодизельное топливо часто содержит серосодержащие примеси.
Может являться предпочтительным, чтобы в катализаторе окисления по данному изобретению материал-носитель каталитической области/первой каталитической области являлся сероустойчивым.
-1
-1
-1
-1
Дизельный двигатель может работать на дизельном топливе, содержащем ≤50 млн серы, более предпочтительно ≤15 млн серы, например, ≤10 млн серы, и еще более предпочтительно ≤5 млн серы. Такие дизельные топлива часто называют как «дизельное топливо с ультранизким содержанием серы» (ULSD).
-1
-1
-1
В качестве альтернативы дизельный двигатель может работать на топливе, таком как дизельное топливо, содержащее >50 млн серы, например, >200 млн (например, от 250 до 2000 млн) серы. Когда дизельный двигатель работает на таком дизельном топливе, может являться предпочтительным, чтобы в катализаторе окисления по данному изобретению материал-носитель каталитической области/первой каталитической области являлся сероустойчивым.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Термин «смешанный оксид», как использовано в данном документе, обычно относится к смеси оксидов в одной фазе, как это обычно известно в данной области техники. Термин «сложный оксид», как использовано в данном документе, обычно относится к композиции оксидов, имеющей более чем одну фазу, как это обычно известно в данной области техники.
Во избежание неопределенности, термин «комбинация платины (Pt) и палладия (Pd)», как использовано в данном документе в отношении области, зоны или слоя, относится к присутствию как платины, так и палладия в области, зоне или слое. Слово «комбинация» не требует, чтобы платина и палладий присутствовали в качестве смеси или сплава, хотя такая смесь или сплав охватываются этим термином.
Акроним «МПГ», как использовано в данном документе, относится к «металлу платиновой группы». Термин «металл платиновой группы» обычно 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, если не указано иное.
Выражение «на основе», как использовано в данном документе, в связи с областью, слоем или зоной, являющимися «расположенными или нанесенными на основе», обычно относится к области, слою или зоне, которые размещены на поверхности стенки канала внутри основы, если не указано иное.
Выражение «конечная поверхность», как использовано в данном документе, особенно в отношении «поверхности впускного конца» или «поверхности выпускного конца», является синонимом выражения «поверхность конца». Конечная поверхности или поверхность конца основы типично образована посредством краев стенок (например, на наружной поверхности основы), которые определяют или связывают каналы на протяжении основы.
Термин «область», как использовано в данном документе, относится к площади на основе, типично полученной сушкой и/или обжигом покрытия из пористого оксида «washcoat». «Область» может, например, быть размещена или нанесена на основе в виде «слоя» или «зоны». Площадь или расположение на основе обычно регулируют во время процесса нанесения покрытия из пористого оксида «washcoat» на основу. «Область» обычно имеет отчетливые границы или края (т.е. возможно отличить одну область от другой области при применении обычных аналитических методов).
Как правило, «область» имеет по существу одинаковую длину. Ссылка на «по существу одинаковую длину» в этом контексте относится к длине, которая не отклоняется (например, в отношении разницы между максимальной и минимальной длиной) на более чем 10%, предпочтительно не отклоняется на более чем на 5%, более предпочтительно не отклоняется более чем на 1%, от ее средней величины.
Предпочтительным является, чтобы каждая «область» имела по существу однородный состав (т.е. отсутствовала существенная разница в составе при сравнении одной части области с другой частью данной области), если только контекст не требует иного. Более предпочтительно, каждая зона или слой имеет однородный состав (например, гомогенную композицию). По существу однородный состав в этом контексте относится к материалу (например, области), в котором разница в составе при сравнении одной части области с другой частью области составляет 5% или менее, обычно 2,5% или менее, и наиболее обычно 1% или менее.
Термин «зона», как использовано в данном документе, относится к области, имеющей длину, которая меньше, чем полная длина основы, например, ≤75% от полной длины основы. «Зона» обычно имеет длину (т.е. по существу одинаковую длину) по меньшей мере 5% (например, ≥5%) от полной длины основы.
Общая длина основы представляет собой расстояние между ее впускным концом и ее выпускным концом (например, между противоположными концами основы).
Любая ссылка на «зону, расположенную на впускном конце основы», использованная в данном документе, относится к зоне, размещенной или нанесенной на основе, когда зона ближе к впускному концу основы, чем к выпускному концу основы. Соответственно, средняя точка зоны (т.е. на половине ее длины) находится ближе к впускному концу основы, чем к выпускному концу основы. Аналогичным образом, любая ссылка на «зону, расположенную на выпускном конце основы», использованная в данном документе, относится к зоне, размещенной или нанесенной на основе, когда зона ближе к выпускному концу основы, чем к впускному концу основы. Соответственно, средняя точка зоны (т.е. на половине ее длины) находится ближе к выпускному концу основы, чем к впускному концу основы.
Когда основа является фильтром с протеканием через стенки, то обычно любая ссылка на «зону, размещенную на впускном конце основы» относится к зоне, размещенной или нанесенной на основе, которая:
(a) ближе к впускному концу (например, открытому концу) впускного канала основы, чем данная зона расположена по отношению к закрытому концу (например, блокированному или закупоренному концу) данного впускного канала, и/или
(b) ближе к закрытому концу (например, блокированному или закупоренному концу) выпускного канала основы, чем данная зона расположена по отношению к выпускному концу (например, открытому концу) данного выпускного канала.
Соответственно, средняя точка зоны (т.е. на половине ее длины) (a) ближе к впускному концу впускного канала основы, чем к закрытому концу впускного канала, и/или (b) ближе к закрытому концу выпускного канала основы, чем к выпускному концу выпускного канала.
Аналогичным образом, любая ссылка на «зону, размещенную на выпускном конце основы», когда основа является фильтром с протеканием через стенки, относится к зоне, размещенной или нанесенной на основе, которая:
(a) ближе к выпускному концу (например, открытому концу) выпускного канала основы, чем данная зона расположена по отношению к закрытому концу (например, блокированному или закупоренному концу) данного выпускного канала, и/или
(b) ближе к закрытому концу (например, блокированному или закупоренному концу) впускного канала основы, чем данная зона расположена по отношению к впускному концу (например, открытому концу) данного впускного канала.
Соответственно, средняя точка зоны (т.е. на половине ее длины) (a) ближе к выпускному концу выпускного канала основы, чем к закрытому концу выпускного канала, и/или (b) ближе к закрытому концу впускного канала основы, чем к впускному концу впускного канала.
Зона может удовлетворять как (a), так и (b), когда покрытие из пористого оксида «washcoat» присутствует в виде стенки фильтра с протеканием через стенки (т.е. зона является внутренней стенкой).
Выражение «состоять по существу из», как использовано в данном документе, ограничивает объем признака, обозначающего включение конкретных материалов или стадий и любых других материалов или стадий, которые по существу не влияют на базовые характеристики этого признака, таких как, например, минорные примеси. Выражение «состоять по существу из» охватывает выражение «состоять из».
Выражение «по существу не содержит», как использовано в данном документе, при ссылке на материал, обычно применительно к содержанию компонентов области покрытия из пористого оксида «washcoat», слоя покрытия из пористого оксида «washcoat» или зоны покрытия из пористого оксида «washcoat», означает, что данный материал содержится в незначительном количестве, таком как ≤5% по массе, предпочтительно ≤2% по массе, более предпочтительно ≤1% по массе. Выражение «по существу не содержит» охватывает выражение «не содержит».
Выражение «примерно», как использовано в данном документе в отношении конечной точки интервала числовых значений, включает точную конечную точку указанного интервала числовых значений. Соответственно, например, выражение, определяющее параметр как составляющий вплоть до « примерно 0,2» включает параметр, составляющий вплоть до и включающий 0,2.
Термин «катализатор фильтра селективного каталитического восстановления», как использовано в данном документе, включает композицию селективного каталитического восстановления, которая была нанесена в виде покрытия на фильтр твердых частиц выхлопа дизельного двигателя (SCR-DPF), который известен в данной области техники.
ПРИМЕРЫ
Изобретение будет теперь проиллюстрировано представленными ниже неограничивающими примерами.
Пример 1
Первую суспензию приготавливали посредством измельчения порошка оксида алюминия в воде до d90 <20 микрон. Растворимые соли платины и палладия добавляли при массовом отношении платины к палладию 1:1.
Полученное покрытие из пористого оксида «washcoat» наносили на впускные каналы проточного кордиерита на протяжении основы при применении общепринятых способов нанесения покрытия.
Глубина этого покрытия из пористого оксида «washcoat» составляла до 80% от длины основы. Данную часть сушили. Вторую суспензию приготавливали посредством измельчения порошка оксида алюминия в воде до d90 <20 микрон. Затем добавляли растворимую соль платины и суспензию перемешивали, чтобы гомогенизировать ее. Полученное покрытие из пористого оксида «washcoat» наносили на выпускные каналы проточного кордиерита на протяжении основы при применении общепринятых способов нанесения покрытия. Толщина этого покрытия из пористого оксида «washcoat» составляла до 80% от длины основы. Опытный образец сушили и обжигали при 500°C.
-3
3
Растворимые соли платины и палладия смешивали при массовом отношении платины к палладию 1:1 и разбавляли водой. Раствор наносили на впускные каналы кордиеритовой основы при применении общепринятых способов нанесения покрытия. Глубина покрытия составляла до 25% длины основы. Данную часть сушили. Загрузка металла платиновой группы (PGM) в этом покрытии составляла 35 г фут (1236 г/м).
-3
3
-3
3
Покрытие для улавливания серы получали посредством суспендирования порошка альфа-оксида алюминия (с низкой удельной площадью поверхности) в воде и измельчения до d90 <20 микрон. Растворимую соль палладия добавляли к суспензии с последующим добавлением аскорбиновой кислоты. Смесь перемешивали для ее гомогенизации. Полученное покрытие из пористого оксида «washcoat» наносили на выпускные каналы проточной основы при применении общепринятых способов нанесения покрытия. Толщина этого покрытия из пористого оксида «washcoat» составляла 50% от длины основы. Загрузка палладия в этом покрытии из пористого оксида «washcoat» составляла 20 г фут (706 г/м). Опытный образец сушили и обжигали при 500°C. Загрузка металла платиновой группы (PGM) в катализаторе окисления дизельного топлива (DOC) составляла 43 г фут (1519 г/м).
Пример 2
Катализатор изготавливали таким же образом, что и в Примере 1, за исключением того, что покрытие для улавливания серы, содержащее альфа-оксид алюминия, не наносили на основу.
Экспериментальные результаты
2
x
2
x
Катализаторы Примеров 1 и 2 устанавливали на дизельном двигателе на 6,0 литра, размещенном на стенде. Каталитическую активность определяли посредством увеличения ступенчатым образом нагрузки на двигатель, чтобы увеличить температуру выхлопных газов. Концентрации загрязняющих веществ в выхлопных газах измеряли как перед, так и после катализатора. Активность окисления для NO определяют как процентное содержание NO в качестве доли общего количества NO после катализатора при определенных температурах 250, 280, 310, 410 и 520°C. Процентное соотношение NO/NO для Примеров 1 и 2 представлены в Таблице 1.
Таблица 1
NO<sub>2</sub>/NO<sub>x</sub> после катализатора окисления дизельного топлива (DOC) (%)
Температура катализатора окисления дизельного топлива (DOC) (°C)
Пример 1
Пример 2
250
32
30
280
47
47
310
57
60
410
42
44
520
15
15
2
x
Таблица 1 показывает активность окисления NO для Примеров 1 и 2, выраженную как процентное содержание NO по отношению к общему количеству NO. Примеры 1 и 2 имеют очень сходную эффективность. Пример 1 имеет покрытие для улавливания серы, полученное в соответствии с данным изобретением. Добавление покрытия для улавливания серы не обладает негативным влиянием на активность окисления NO.
-1
2
x
Примеры 1 и 2 устанавливали на дизельном двигателе на 6,0 литра, размещенном на стенде. Устойчивость катализаторов к сере определяли посредством функционирования двигателя на дизельном топливе с 290 млн S и воздействия на катализаторы выхлопных газов при 250°C в течение 1 часа при объемной скорости газа 71000. После этого подвергания воздействию серы, температуру катализатора окисления дизельного топлива (DOC) увеличивали до 350°C в течение 20 минут. В течение этого времени измеряли процентное содержание NO в качестве доли общего количества NO после катализатора окисления дизельного топлива (DOC). Эту процедуру повторяли 49 раз. Результаты показаны на Фиг. 12.
2
x
Фиг. 12 показывает активность окисления NO, выраженное как процентное содержание NO в качестве доли NO для Примеров 1 и 2 на протяжении 49 циклов подвергания воздействию серы. Пример 1 поддерживает более высокую активность окисления NO на протяжении 49 циклов, чем Пример 2. Пример 1 содержит покрытие для улавливания серы, полученное в соответствии с данным изобретением. Пример 2 не содержит покрытие для улавливания серы и проявляет большее ухудшение в параметрах окисления NO на протяжении 49 циклов подвергания воздействию серы.
Во избежание каких-либо сомнений, полное содержание всех без исключения документов, цитированных в данном документе, включено посредством ссылки в данном документе.