RU2783122C1 - Composite zoned oxidation catalyst for internal combustion engine with compression ignition - Google Patents
Composite zoned oxidation catalyst for internal combustion engine with compression ignition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783122C1 RU2783122C1 RU2021133985A RU2021133985A RU2783122C1 RU 2783122 C1 RU2783122 C1 RU 2783122C1 RU 2021133985 A RU2021133985 A RU 2021133985A RU 2021133985 A RU2021133985 A RU 2021133985A RU 2783122 C1 RU2783122 C1 RU 2783122C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- porous oxide
- catalytic coating
- zone
- substrate
- platinum group
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область применения изобретенияScope of the invention
Изобретение относится к композитному зонированному катализатору окисления для применения в системе выпуска отработавших газов для очистки отработавшего газа, производимого двигателем внутреннего сгорания для транспортного средства с воспламенением от сжатия, предпочтительно для транспортного средства с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях, и расположенному в системе выпуска отработавших газов выше по потоку относительно фильтра твердых частиц. Изобретение дополнительно относится к системе выпуска отработавших газов или транспортному средству, содержащему композитный зонированный катализатор окисления. Изобретение также относится к применению композитного зонированного катализатора окисления для генерации экзотермического эффекта для регенерации нижележащего фильтра твердых частиц; и способу получения композитного зонированного катализатора окисления.The invention relates to a composite zoned oxidation catalyst for use in an exhaust system for purifying exhaust gas produced by an internal combustion engine for a compression ignition vehicle, preferably for a heavy duty diesel vehicle, and located in the exhaust system gases upstream of the particulate filter. The invention further relates to an exhaust system or vehicle containing a composite zoned oxidation catalyst. The invention also relates to the use of a composite zoned oxidation catalyst to generate an exothermic effect for the regeneration of an underlying particulate filter; and a method for producing a composite zoned oxidation catalyst.
Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention
Двигатели внутреннего сгорания производят выхлопные газы, которые содержат загрязняющие вещества, такие как монооксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (HC), оксиды азота (NOx) и твердые частицы (PM). Стандарты выбросов загрязняющих веществ в отработавшем газе, выпускаемом двигателем внутреннего сгорания, в частности в двигателях на транспортных средствах, становятся все более строгими. Существует потребность в обеспечении улучшенных катализаторов и систем выпуска отработавших газов для обработки и удаления загрязняющих веществ в таких отработавших газах, которые могут обеспечить соответствие этим стандартам и которые являются экономически эффективными.Internal combustion engines produce exhaust gases that contain pollutants such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NO x ) and particulate matter (PM). Emission standards for pollutants in the exhaust gas emitted by an internal combustion engine, in particular in vehicle engines, are becoming increasingly stringent. There is a need to provide improved catalysts and exhaust systems for treating and removing pollutants in such exhaust gases that can meet these standards and that are cost effective.
Отработавший газ из бензиновых и дизельных двигателей обычно обрабатывают катализатором, который может окислять (i) монооксид углерода (CO) до диоксида углерода (CO2); и (ii) углеводороды (HC) до воды (H2O) и диоксида углерода (CO2). Тройные катализаторы (TWC), как правило, используют для обработки отработавшего газа из бензинового двигателя путем восстановления оксидов азота (NOx) до азота (N2), воды (H2O) и диоксида углерода (CO2) одновременно с реакциями окисления (i) и (ii). Отработавший газ из двигателя с воспламенением от сжатия, такого как дизельный двигатель, как правило, обрабатывают катализатором окисления (обычно называемым дизельным катализатором окисления (DOC)), который выполняет реакции окисления (i) и (ii). Некоторые дизельные катализаторы окисления также способны окислять монооксид азота (NO) до диоксида азота (NO2), что может способствовать удалению NOx с помощью расположенного ниже по потоку дополнительного устройства контроля выбросов.Exhaust gas from gasoline and diesel engines is typically treated with a catalyst that can oxidize (i) carbon monoxide (CO) to carbon dioxide (CO 2 ); and (ii) hydrocarbons (HC) to water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). Triple catalysts (TWC) are typically used to treat gasoline engine exhaust gas by reducing oxides of nitrogen (NO x ) to nitrogen (N 2 ), water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) simultaneously with oxidation reactions ( i) and (ii). Exhaust gas from a compression ignition engine such as a diesel engine is typically treated with an oxidation catalyst (commonly referred to as a diesel oxidation catalyst (DOC)) that performs the oxidation reactions (i) and (ii). Some diesel oxidation catalysts are also capable of oxidizing nitrogen monoxide (NO) to nitrogen dioxide (NO 2 ), which can assist in the removal of NO x by an additional downstream emission control device.
Окислительные катализаторы для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, как правило, содержат один или более металлов платиновой группы. Выбор конкретного(-ых) металла(-ов) платиновой группы для включения в катализатор окисления зависит от разнообразных факторов, таких как реакционная способность в отношении конкретных загрязняющих веществ и при различных условиях отработавшего газа, стоимость, долговечность при высоких температурах, химическая совместимость с материалом-подложкой и любыми другими компонентами катализатора и чувствительность к отравлению примесями. Например, как платина (Pt), так и палладий (Pd) способны окислять монооксид углерода (CO) и углеводороды (HC) в отработавшем газе из двигателя с воспламенением от сжатия. Палладий более подвержен отравлению серой, содержащейся в топливе, по сравнению с платиной, но имеет большую термостойкость.Oxidation catalysts for compression ignition internal combustion engines typically contain one or more platinum group metals. The selection of the particular platinum group metal(s) to be included in the oxidation catalyst depends on a variety of factors such as reactivity with particular contaminants and under varying exhaust gas conditions, cost, high temperature durability, chemical compatibility with the material. -substrate and any other components of the catalyst and susceptibility to impurity poisoning. For example, both platinum (Pt) and palladium (Pd) are capable of oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) in the exhaust gas from a compression ignition engine. Palladium is more susceptible to fuel sulfur poisoning than platinum, but has greater heat resistance.
Когда двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель с воспламенением от сжатия, такой как дизельный двигатель, предназначенный для подачи движущей энергии на транспортное средство, транспортное средство может представлять собой транспортное средство с маломощным дизельным двигателем или транспортное средство с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях.When the internal combustion engine is a compression ignition engine such as a diesel engine for supplying motive power to a vehicle, the vehicle may be a low power diesel vehicle or a heavy duty diesel vehicle.
Транспортное средство может представлять собой транспортное средство с маломощным дизельным двигателем (LDV), как определено в законодательстве США или стран Европы. В США под транспортным средством с маломощным дизельным двигателем (LDV) подразумевается дизельное транспортное средство, полная масса которого составляет ≤8500 фунтов (фунтов США).The vehicle may be a light duty diesel vehicle (LDV) as defined by US or European law. In the US, a light diesel vehicle (LDV) refers to a diesel vehicle with a gross vehicle weight of ≤8500 lbs (US lbs).
В Европе транспортное средство с маломощным дизельным двигателем определяют как транспортное средство категорий M1, M2, N1 и N2 с эталонной массой ≤2610 кг (EU5/6).In Europe, a vehicle with a small diesel engine is defined as a vehicle of categories M 1 , M 2 , N 1 and N 2 with a reference mass ≤2610 kg (EU5/6).
В США транспортное средство с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях (HDV), как определено в законодательстве, представляет собой транспортное средство с полной массой транспортного средства >8500 фунтов (фунтов США) в Федеральной юрисдикции и более 14 000 фунтов в Калифорнии (1995 модельный год и позднее).In the United States, a Heavy Duty Diesel Vehicle (HDV), as defined by law, is a vehicle with a Gross Vehicle Weight (GVW) of >8,500 lbs (US lbs) in Federal jurisdiction and over 14,000 lbs in California (1995 model year). a year or later).
В Европе транспортное средство с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях представляет собой транспортное средство, предназначенное и сконструированное для транспортировки грузов и имеющее максимальную массу (т.е. «максимально допустимую с технической точки зрения массу с грузом») более 3,5 тонн (т.е. метрических тонн), но не более 12 тонн (категория N2) или более 12 тонн (категория N3), т.е. грузовые транспортные средства; или транспортное средство, выполненное и сконструированное для транспортировки пассажиров, содержащее более 8 сидений в дополнение к сидению водителя и имеющее максимальную массу либо не превышающую 5 тонн (категория M2); или превышающую 5 тонн (категория M3), т.е. автобусы и междугородние автобусы, согласно законодательству ЕС (директива Совета 2007/46/EC). В Китае используется европейское определение в широком смысле.In Europe, a heavy duty diesel vehicle is a vehicle designed and constructed for the transport of goods and having a maximum mass (i.e. "maximum technically permitted laden mass") of more than 3.5 tonnes ( i.e. metric tons), but not more than 12 tons (category N 2 ) or more than 12 tons (category N 3 ), i.e. cargo vehicles; or a vehicle made and designed for the transport of passengers, containing more than 8 seats in addition to the driver's seat and having a maximum mass or not exceeding 5 tons (category M 2 ); or exceeding 5 tons (category M 3 ), i.e. buses and coaches, in accordance with EU legislation (Council Directive 2007/46/EC). In China, the European definition is used in a broad sense.
В Японии HDV представляет собой тяжелое коммерческое транспортное средство, определяемое как транспортное средство, имеющее полную массу транспортного средства >7500 кг.In Japan, an HDV is a heavy commercial vehicle, defined as a vehicle having a GVW >7500 kg.
В России и Южной Корее стандарты выбросов для высокомощных транспортных средств основаны на европейских стандартах, и поэтому применяются приведенные выше определения для Европы.In Russia and South Korea, emission standards for high performance vehicles are based on European standards and therefore the above definitions for Europe apply.
В Бразилии HDV представляет собой транспортное средство для транспортировки пассажиров и/или грузов с максимальной полной массой транспортного средства более 3856 кг или весом платформы транспортного средства более 2720 кг.In Brazil, an HDV is a vehicle for the transport of passengers and/or goods with a maximum gross vehicle weight of more than 3856 kg or a vehicle platform weight of more than 2720 kg.
В Индии HDV представляет собой транспортное средство с полной массой транспортного средства >3500 кг.In India, HDV is a vehicle with a GVW >3500 kg.
В стратегиях обеспечения соответствия текущим стандартам выбросов для дизельных двигателей для работы в тяжелых условиях, как правило, используют архитектуру системы выпуска отработавших газов, содержащую ряд подложек с катализаторами и инжекторов. В порядке от верхнего до нижнего по потоку (причем «верхний» считается от двигателя, присоединенного или выполненного с возможностью присоединения к системе выпуска отработавших газов), система выпуска отработавших газов содержит инжектор углеводородного топлива, дизельный катализатор окисления (DOC), катализируемый сажевый фильтр (CSF, т.е. катализируемый пылеулавливающий фильтр дизельного двигателя (DPF)), инжектор карбамида (предшественника аммиака), один или более катализаторов селективного каталитического восстановления (SCR) и катализатор проскока аммиака (ASC), также известного как нитрификация (AMOX).Strategies to meet current emission standards for heavy duty diesel engines typically use an exhaust system architecture containing a number of catalyst substrates and injectors. In order from upstream to downstream (with "upstream" being considered from the engine attached to or capable of being attached to the exhaust system), the exhaust system comprises a hydrocarbon fuel injector, a diesel oxidation catalyst (DOC), a catalyzed particulate filter ( CSF, i.e. catalyzed diesel engine dust filter (DPF)), a urea (ammonia precursor) injector, one or more selective catalytic reduction (SCR) catalysts, and an ammonia slip catalyst (ASC), also known as nitrification (AMOX).
Функция DOC во время нормальной работы заключается в управлении выбросами CO и HC, стимулировании превращения NO в NO2 для последующей регенерации пассивного фильтра (сжигания твердых частиц, удерживаемых на фильтре, в NO2 при более низких температурах отработавшего газа, чем в O2 в отработавшем газе, т.е. так называемый эффект CRT®), а также в осуществлении функции катализатора экзотермического эффекта во время активной регенерации CSF, выполняемой посредством нагнетания углеводородного топлива в отработавший газ. Во избежание сомнений следует уточнить, что явление впрыска топлива/генерации экзотермического эффекта не происходит во время нормальной работы: нормальной работой считается период между событиями впрыска топлива/генерации экзотермического эффекта (см. публикацию C. Ruehl et al., обсуждаемую ниже в настоящем документе). CSF контролирует выбросы твердых частиц (PM) и стимулирует превращение NO → NO2 для повышения эффективности SCR. Карбамид, предшественник аммиака, впрыскивают ниже по потоку от CSF и смешивают с отработавшим газом. Превращение NOx осуществляют на катализаторе SCR посредством реакции с аммиаком (NH3), а непрореагировавший NH3 окисляют на каталитическим катализаторе проскока аммиака (ASC).The function of the DOC during normal operation is to control CO and HC emissions, encouraging the conversion of NO to NO 2 for subsequent passive filter regeneration (burning particulate matter retained on the filter into NO 2 at lower exhaust gas temperatures than O 2 in the exhaust gas). gas, ie the so-called CRT ® effect) as well as acting as a catalyst for the exothermic effect during active CSF regeneration performed by injecting hydrocarbon fuel into the exhaust gas. For the avoidance of doubt, it should be clarified that the fuel injection/exotherm generation event does not occur during normal operation: normal operation is the period between fuel injection/exotherm generation events (see C. Ruehl et al., discussed later in this paper) . CSF controls particulate matter (PM) emissions and stimulates NO → NO 2 conversion to improve SCR efficiency. Urea, a precursor to ammonia, is injected downstream of the CSF and mixed with the exhaust gas. NO x conversion is carried out on an SCR catalyst by reaction with ammonia (NH 3 ) and the unreacted NH 3 is oxidized on an ammonia slip catalytic catalyst (ASC).
SCR-катализаторы выполнены с возможностью селективного катализа восстановления NOx с использованием азотистого восстановителя, как правило, NH3, который может быть получен из предшественника аммиака, такого как мочевина, причем восстановитель вводят в поток отработавшего газа выше по потоку от SCR-катализатора в количестве, достаточном для стимуляции основных реакций восстановления NOx:SCR catalysts are configured to selectively catalyze NO x reduction using a nitrogenous reductant, typically NH 3 , which can be derived from an ammonia precursor such as urea, the reductant being introduced into the exhaust gas stream upstream of the SCR catalyst in an amount of , sufficient to stimulate the main NO x reduction reactions:
(1) 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O;(1) 4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O;
(2) 4NH3 + 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O; и(2) 4NH 3 + 2NO 2 + O 2 → 3N 2 + 6H 2 O; and
(3) NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3/2 H2O (предпочтительная так называемая «быстрая реакция SCR»).(3) NO + NO 2 + 2NH 3 →
Следует понимать, что все реакции (1)–(3) могут происходить параллельно, но предпочтительной будет кинетически самая быстрая реакция. Таким образом, в отработавшем газе, имеющем соотношение NO2 : NOx, равное 0,5, преобладает кинетически благоприятная быстрая реакция SCR. В большинстве, но не во всех сферах применения некоторый уровень рециркуляции отработавшего газа (EGR) используют для снижения уровня NOx, выходящего из двигателя, до величины, которую затем можно дополнительно снижать путем дополнительной обработки карбамидом и SCR. Фильтр DPF необходим для снижения повышенных выбросов частиц PM из двигателя, возникающего из-за использования EGR, а также для обеспечения соответствия стандарту Euro VI по пределу количества частиц. При использовании высокоэффективного SCR некоторые двигатели Euro VI могут уменьшать использование EGR, например, посредством частичного EGR и/или EGR без охлаждения, или полностью исключать EGR. В результате были созданы три основные стратегии по обеспечению соответствия двигателя стандарту Euro VI:It should be understood that all reactions (1)–(3) can occur in parallel, but the kinetically fastest reaction will be preferable. Thus, in an exhaust gas having a NO 2 : NO x ratio of 0.5, the kinetically favorable fast SCR reaction prevails. In most, but not all, applications, some level of exhaust gas recirculation (EGR) is used to reduce the level of NO x leaving the engine to a level that can then be further reduced by post-treatment with urea and SCR. The DPF is required to reduce the increased PM emissions from the engine due to the use of EGR and to meet the Euro VI particulate limit. When using a high performance SCR, some Euro VI engines may reduce the use of EGR, for example through partial EGR and/or EGR without cooling, or eliminate EGR entirely. As a result, three main strategies have been created to ensure that an engine meets the Euro VI standard:
1. EGR с охлаждением + SCR.1. Cooled EGR + SCR.
2. Горячий (без охлаждения) EGR + SCR.2. Hot (no cooling) EGR + SCR.
3. Только SCR.3. SCR only.
При использовании этих стратегий типичные выбросы высокомощных двигателей составляют около 60 ч./млн. CO и около 10 ч./млн. несгоревшего углеводородного топлива. Однако все такие системы включают в себя сажевые фильтры дизельного двигателя. Системы фильтрации твердых частиц для дизельных двигателей на транспортном средстве включают влияние на фильтрующие материалы методик регенерации. «Регенерация» представляет собой выбранный способ сжигания твердых частиц дизельного топлива, удерживаемых на фильтре. Регенерацию проводят нечасто, но период между событиями регенерации зависит от нескольких факторов, включая конструкцию двигателя, эффективность фильтрации во время нормальной работы, нагрузку на двигатель во время нормальной работы и т.д. По данным недавней публикации, эмпирические частоты регенерации для грузовых транспортных средств с высокомощным дизельным двигателем варьировались в диапазоне 3–100 часов и 23–4078 миль (см. C. Ruehl et al., Environ. Sci. Technol, 2018, 52(10), pp 5868–5874).Using these strategies, typical high power engine emissions are around 60 ppm. CO and about 10 ppm unburned hydrocarbon fuel. However, all such systems include diesel particulate filters. Particulate filtration systems for diesel engines on a vehicle include the effect of regeneration techniques on the filter media. "Regeneration" is the selected method of burning diesel particulate matter retained on the filter. Regeneration is infrequent, but the period between regeneration events depends on several factors including engine design, filtration efficiency during normal operation, engine load during normal operation, and so on. According to a recent publication, empirical regeneration rates for heavy duty diesel trucks ranged from 3–100 hours and 23–4078 miles (see C. Ruehl et al., Environ. Sci. Technol, 2018, 52(10) , pp. 5868–5874).
Методики регенерации можно в широком смысле разделять на категории: пассивные, активные и комбинации пассивных и активных. В пассивных системах температура окисления твердых частиц снижается до уровня, при котором фильтр может автоматически регенерироваться во время обычной эксплуатации транспортного средства. Примеры таких пассивных систем включают в себя катализ материала фильтра; добавление каталитической добавки к топливу с возможностью включения катализатора, способствующего сгоранию сажи, в твердые частицы на фильтре; и генерацию диоксида азота (NO2) выше по потоку от фильтра для сжигания твердых частиц, удерживаемых на фильтре: твердые частицы сгорают в NO2 при более низких температурах, чем в кислороде. Это так называемый эффект CRT® (см., например, публикацию EP0341832).Regeneration techniques can be broadly categorized as passive, active, and combinations of passive and active. In passive systems, the particulate oxidation temperature is reduced to a level where the filter can be automatically regenerated during normal vehicle operation. Examples of such passive systems include filter material catalysis; adding a catalytic additive to the fuel, with the possibility of incorporating the soot burning catalyst into the particulate matter on the filter; and generating nitrogen dioxide (NO 2 ) upstream of the filter to combust particulate matter retained on the filter: the particulate matter burns in NO 2 at lower temperatures than in oxygen. This is the so-called CRT® effect (see, for example, publication EP0341832).
Активные системы активно запускают регенерацию фильтра путем повышения температуры твердых частиц, захваченных фильтром. На практике этого можно добиться в транспортном средстве путем сжигания углеводородного топлива, уже имеющегося в транспортном средстве, и/или путем электрического нагрева. Два способа сжигания топлива включают в себя внутрицилиндровые способы управления двигателем, такие как впрыск дополнительного топлива на поздней стадии цикла; или впрыск и сжигание топлива в отработавшем газе, т.е. после выхода отработавшего газа из самого цилиндра двигателя.Active systems actively trigger filter regeneration by raising the temperature of the solids trapped in the filter. In practice, this can be achieved in the vehicle by burning the hydrocarbon fuel already present in the vehicle and/or by electrical heating. The two methods of fuel combustion include in-cylinder engine control methods such as late cycle additional fuel injection; or injection and combustion of fuel in the exhaust gas, i. e. after the exit of the exhaust gas from the engine cylinder itself.
В пассивно-активных системах «пассивный» фильтрующий катализатор или расположенный выше по потоку (способствующий CRT®-эффекту) катализатор окисления NO и т.п. обеспечивает возможность выполнения активной регенерации при более низких температурах отработавшего газа и/или в течение более коротких промежутков времени по сравнению с некаталитическими активными системами. В любом случае нарушения экономии топлива, связанные с активной регенерацией, можно свести к минимуму (за счет дополнительных затрат на катализатор). Регенерация при более низкой температуре также может снижать термический стресс и увеличивать срок службы фильтра.In passive-active systems, a "passive" filter catalyst or an upstream (contributing to the CRT® effect) NO oxidation catalyst, etc. allows active regeneration to be performed at lower exhaust gas temperatures and/or for shorter periods of time compared to non-catalytic active systems. In either case, the fuel economy disruption associated with active regeneration can be minimized (at the cost of additional catalyst costs). Regeneration at a lower temperature can also reduce thermal stress and increase filter life.
Настоящее изобретение относится к системам активной регенерации или системам активно-пассивной регенерации.The present invention relates to active regeneration systems or active-passive regeneration systems.
В принадлежащей заявителю публикации WO 2013/088152 A1 описана каталитическая система дополнительной обработки отработавшего газа дизельного двигателя, причем система содержит дизельный катализатор окисления (DOC) и устройство дополнительной обработки, расположенное ниже по потоку от DOC, при этом устройство дополнительной обработки требует периодической термической обработки и средств для повышения температуры в устройстве дополнительной обработки, причем указанный DOC содержит расположенную выше по потоку зону длиной от 0,5 до 2 дюймов (12,7–50,81 мм) с более высокой окислительной активностью в отношении углеводородов (HC), чем остальная часть DOC. В описании объясняется, что во время активной регенерации фильтра экзотермический эффект, генерируемый при контакте первоначально «поджигаемого» вышележащего DOC с впрыскиваемым углеводородным топливом, может неожиданно гаситься, даже когда DOC сохраняет контакт с впрыскиваемым углеводородным топливом.Applicant's publication WO 2013/088152 A1 describes a diesel exhaust gas aftertreatment catalytic system, the system comprising a diesel oxidation catalyst (DOC) and an aftertreatment device located downstream of the DOC, the aftertreatment device requiring periodic heat treatment and means for raising the temperature in the post-treatment device, wherein said DOC contains an upstream zone 0.5 to 2 inches (12.7 to 50.81 mm) long with higher hydrocarbon (HC) oxidative activity than the rest part of the DOC. The description explains that during active filter regeneration, the exothermic effect generated by the contact of the initially "ignited" upstream DOC with the injected hydrocarbon fuel may suddenly be extinguished even while the DOC remains in contact with the injected hydrocarbon fuel.
В опубликованной заявке на патент США № US 2014/0271429 A1 описан композит катализатора окисления, включающий в себя дизельный катализатор окисления, нанесенный на подложку зонами, причем первая зона покрытия из пористого оксида, смежная с впускным концом подложки, имеет соотношение Pt / Pd менее 3 : 1 и имеет нагрузку металлами платиновой группы (PGM) по меньшей мере в два раза превышающую нагрузку для второй зоны покрытия из пористого оксида, смежной с выпускным концом подложки, причем первая зона покрытия из пористого оксида имеет длину, которая меньше, чем длина второй зоны покрытия из пористого оксида.U.S. Published Application No. US 2014/0271429 A1 describes an oxidation catalyst composite comprising a diesel oxidation catalyst deposited on a substrate in zones, wherein the first porous oxide coating zone adjacent to the inlet end of the substrate has a Pt/Pd ratio of less than 3 : 1 and has a platinum group metal (PGM) load of at least twice that of a second porous oxide coating zone adjacent to the downstream end of the substrate, wherein the first porous oxide coating zone has a length that is less than that of the second zone. porous oxide coatings.
В опубликованной заявке на патент США № US 2009/288402 описан зонированный дизельный катализатор окисления, имеющий более высокую нагрузку благородными металлами во впускной зоне, чем в выпускной зоне, и впускная зона имеет ту же или меньшую длину.US Published Application No. US 2009/288402 describes a zoned diesel oxidation catalyst having a higher noble metal load in the inlet zone than in the outlet zone, and the inlet zone has the same or shorter length.
В публикации EP 2000639 A1 описан способ, который, как утверждается, позволяет расширить диапазон температур, при которых можно сжигать высококонцентрированный углеводород или при которых высокотемпературный газ быстрее поступает на катализатор поздней стадии. Способ очистки отработавшего газа, выпущенного из двигателя внутреннего сгорания, включает в себя использование катализатора для повышения температуры отработавшего газа с целью очистки отработавшего газа, и отличается тем, что углеводород вводят в количестве 1000–40 000 об. ч./млн. отработавшего газа в расчете на количество метана, в канал отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания с верхней по потоку стороны от катализатора повышения температуры в поток отработавшего газа. Таким образом, если углеводородное соединение в дизельном топливе содержит цепь из 16 атомов углерода, в соответствии с определением, используемым в публикации EP '639 A1, эта углеводородная цепь соответствует 16-кратному количеству метана (CH4).EP 2000639 A1 describes a process that claims to extend the range of temperatures at which highly concentrated hydrocarbons can be combusted or at which high temperature gas enters the late stage catalyst more quickly. A method for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine includes using a catalyst to raise the temperature of the exhaust gas to purify the exhaust gas, and is characterized in that hydrocarbon is introduced in an amount of 1,000 to 40,000 vol. ppm exhaust gas, based on the amount of methane, into the exhaust gas passage of the internal combustion engine upstream of the temperature rise catalyst into the exhaust gas stream. Thus, if a hydrocarbon compound in diesel contains a chain of 16 carbon atoms, as defined in EP '639 A1, that hydrocarbon chain corresponds to 16 times the amount of methane (CH 4 ).
Катализатор в EP '639 A1 получают путем нанесения каталитически активного компонента (A), состоящего из (a) платины, (b) оксида по меньшей мере одного металла, выбранного из группы, состоящей из магния, щелочноземельного металла и щелочного металла, необязательно выбранного из группы, состоящей из магния, кальция, бария, стронция и калия и (c) по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из палладия и родия, на подложку из порошка (B) огнеупорного неорганического оксида, и нанесение порошка неорганического оксида с удерживаемым на нем каталитически активным компонентом на огнеупорную трехмерную структурную основу.The catalyst in EP '639 A1 is prepared by supporting a catalytically active component (A) consisting of (a) platinum, (b) an oxide of at least one metal selected from the group consisting of magnesium, an alkaline earth metal and an alkali metal optionally selected from of a group consisting of magnesium, calcium, barium, strontium, and potassium, and (c) at least one element selected from the group consisting of palladium and rhodium, on a refractory inorganic oxide powder substrate (B), and applying the inorganic oxide powder with the catalytically active component held thereon onto a refractory three-dimensional structural base.
В принадлежащей заявителю публикации WO 2015/015182 описывается катализатор окисления для обработки отработавшего газа дизельного двигателя, причем катализатор содержит: подложку; первую область покрытия из пористого оксида, расположенную на подложке, причем первая область покрытия из пористого оксида содержит первый металл платиновой группы и первый материал-подложку; вторую область покрытия из пористого оксида, смежную с первой областью покрытия из пористого оксида, причем вторая область покрытия из пористого оксида содержит второй металл платиновой группы и второй материал-подложку; третью область покрытия из пористого оксида, расположенную на подложке, причем третья область покрытия из пористого оксида содержит третий металл платиновой группы и третий материал-подложку; и при этом: (i) третья область покрытия из пористого оксида расположена смежно со второй областью покрытия из пористого оксида; или (ii) вторая область покрытия из пористого оксида расположена на третьей области покрытия из пористого оксида или нанесена на нее. Первая область покрытия из пористого оксида может содержать или не содержать щелочноземельный металл.The Applicant's publication WO 2015/015182 describes an oxidation catalyst for treating exhaust gas from a diesel engine, the catalyst comprising: a support; a first porous oxide coating region disposed on the substrate, the first porous oxide coating region comprising a first platinum group metal and a first substrate material; a second porous oxide coating region adjacent to the first porous oxide coating region, the second porous oxide coating region comprising a second platinum group metal and a second substrate material; a third porous oxide coating region disposed on the substrate, the third porous oxide coating region comprising a third platinum group metal and a third substrate material; and wherein: (i) the third porous oxide coating region is adjacent to the second porous oxide coating region; or (ii) the second porous oxide coating region is located on or applied to the third porous oxide coating region. The first region of the porous oxide coating may or may not contain an alkaline earth metal.
В принадлежащей заявителю публикации WO 2014/132034 A1 описан катализатор окисления для обработки отработавшего газа, выпускаемого двигателем внутреннего сгорания, причем катализатор окисления содержит подложку и слой катализатора, при этом слой катализатора содержит: первый материал-подложку; первый металл платиновой группы; и второй металл платиновой группы; при этом слой катализатора расположен на поверхности подложки, и слой катализатора имеет неравномерное распределение первого металла платиновой группы в направлении, перпендикулярном поверхности подложки. Катализатор окисления можно использовать для окисления монооксида углерода (CO), углеводородов (HC), а также оксидов азота (NOx) в таком отработавшем газе.The Applicant's publication WO 2014/132034 A1 describes an oxidation catalyst for treating exhaust gas produced by an internal combustion engine, the oxidation catalyst comprising a support and a catalyst layer, the catalyst layer comprising: a first support material; the first metal of the platinum group; and a second platinum group metal; wherein the catalyst layer is located on the substrate surface, and the catalyst layer has a non-uniform distribution of the first platinum group metal in a direction perpendicular to the substrate surface. The oxidation catalyst can be used to oxidize carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) as well as nitrogen oxides (NO x ) in such an exhaust gas.
В публикации WO 2009/076574 описаны система очистки выбросов и способ устранения оксидов азота (NOx), твердых частиц и газообразных углеводородов, присутствующих в выхлопных потоках дизельного двигателя. Система очистки выбросов содержит катализатор окисления, расположенный выше по потоку от сажевого фильтра, находящегося выше по потоку от катализатора восстановления NOx. Катализатор окисления содержит впускную зону с осевой длиной и выпускную зону с осевой длиной, причем впускная зона содержит по меньшей мере одно из платины и палладия с первой величиной нагрузки, при этом выпускная зона содержит палладий со второй величиной нагрузки, причем выпускная зона по существу не содержит платины, что означает, что платину намеренно не вводят в эту зону, но непреднамеренно платина может составлять менее около 1 мас.% металла, причем первая нагрузка больше второй нагрузки, и при этом осевая длина впускной зоны меньше осевой длины выпускной зоны или равна ей. Дизельный катализатор окисления содержит катализатор, эффективный с точки зрения того, что он по существу не генерирует дополнительного NO2 в поток отработавшего газа, прошедший через дизельный катализатор окисления, в течение около 90% диапазона рабочих режимов дизельного катализатора окисления.WO 2009/076574 describes an emission treatment system and method for eliminating oxides of nitrogen (NO x ), particulate matter and gaseous hydrocarbons present in diesel engine exhaust streams. The emission treatment system comprises an oxidation catalyst located upstream of the particulate filter located upstream of the NO x reduction catalyst. The oxidation catalyst contains an inlet zone with an axial length and an outlet zone with an axial length, and the inlet zone contains at least one of platinum and palladium with a first load value, while the outlet zone contains palladium with a second load value, and the outlet zone essentially does not contain platinum, which means that platinum is not intentionally introduced into this zone, but unintentionally, platinum can be less than about 1 wt.% of the metal, with the first load greater than the second load, and the axial length of the inlet zone is less than or equal to the axial length of the outlet zone. The diesel oxidation catalyst comprises a catalyst that is effective in that it does not substantially generate additional NO 2 to the exhaust gas stream passed through the diesel oxidation catalyst for about 90% of the operating range of the diesel oxidation catalyst.
В принадлежащей заявителю публикации WO 2006/056811 описан аппарат, содержащий двигатель с воспламенением от сжатия и его систему выпуска отработавших газов, содержащую по меньшей мере один компонент системы выпуска отработавших газов для обработки отработавшего газа и средство для генерации экзотермического эффекта для нагрева по меньшей мере одного компонента системы выпуска отработавших газов, причем средство генерации экзотермического эффекта состоит по существу из катализатора и средства для впрыска углеводорода в отработавший газ для сжигания на катализаторе, при этом катализатор состоит по существу из как палладиевого (Pd) компонента, так и платинового (Pt) компонента, а также необязательного материала-подложки, расположенного на субстратном монолите.Applicant's publication WO 2006/056811 describes an apparatus comprising a compression ignition engine and its exhaust system comprising at least one exhaust system component for treating the exhaust gas and means for generating an exothermic effect for heating at least one an exhaust system component, wherein the means for generating an exothermic effect consists essentially of a catalyst and a means for injecting hydrocarbon into the exhaust gas for combustion on the catalyst, wherein the catalyst consists essentially of both a palladium (Pd) component and a platinum (Pt) component , as well as an optional substrate material located on the substrate monolith.
В принадлежащей заявителю публикации WO 2014/080200 описана система выпуска отработавших газов для двигателя с воспламенением от сжатия, содержащая катализатор окисления для очистки от монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC) в отработавшем газе из двигателя с воспламенением от сжатия, причем катализатор окисления содержит: компонент, представляющий собой металл платиновой группы (PGM), выбранный из группы, состоящей из платинового компонента (Pt), палладиевого компонента (Pd) и их комбинации; компонент, представляющий собой щелочноземельный металл; материал-подложку, содержащий модифицированный оксид алюминия, включающий гетероатомный компонент; и подложку, причем компонент, представляющего собой металл платиновой группы (PGM), компонент, представляющий собой щелочноземельный металл, и материал-подложка расположены на подложке. Примеры иллюстрируют испытания, проведенные на композициях отработавшего газа маломощного дизельного двигателя с использованием нагрузок щелочноземельного металла ≥100 г/фут3.Applicant's publication WO 2014/080200 describes an exhaust system for a compression ignition engine comprising an oxidation catalyst for scavenging carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) in the exhaust gas from a compression ignition engine, the oxidation catalyst comprising : a platinum group metal (PGM) component selected from the group consisting of a platinum component (Pt), a palladium component (Pd), and combinations thereof; an alkaline earth metal component; a substrate material containing a modified alumina comprising a heteroatomic component; and a substrate, wherein a platinum group metal (PGM) component, an alkaline earth metal component, and a substrate material are disposed on the substrate. The examples illustrate tests performed on low power diesel engine exhaust gas compositions using alkaline earth metal loads ≥100 g/ft 3 .
В принадлежащей заявителю публикации WO 2014/080202 описан катализируемый сажевый фильтр для двигателя с воспламенением от сжатия, содержащий катализатор окисления для очистки от монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC) в отработавшем газе из двигателя с воспламенением от сжатия, расположенный на фильтрующей подложке, причем катализатор окисления содержит: компонент, представляющего собой металл платиновой группы (PGM), выбранный из группы, состоящей из платинового компонента (Pt), палладиевого компонента (Pd) и их комбинации; компонент, представляющий собой щелочноземельный металл; материал-подложку, содержащий модифицированный оксид алюминия, включающий гетероатомный компонент. В примере 8 показано, что окисление монооксида азота зависит от присутствия оксида бария в таких составах катализатора.Applicant's publication WO 2014/080202 describes a catalyzed particulate filter for a compression ignition engine comprising an oxidation catalyst for scavenging carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) in the exhaust gas from a compression ignition engine, disposed on a filter substrate, wherein the oxidation catalyst comprises: a platinum group metal (PGM) component selected from the group consisting of a platinum component (Pt), a palladium component (Pd), and combinations thereof; an alkaline earth metal component; a substrate material containing a modified alumina, including a heteroatomic component. Example 8 shows that the oxidation of nitrogen monoxide is dependent on the presence of barium oxide in such catalyst compositions.
В публикации WO 2010/118125 описан композит катализатора окисления для окисления несгоревших углеводородов (HC) и монооксида углерода (CO) и восстановления оксидов азота (NOx) из дизельного двигателя, содержащий по меньшей мере два слоя покрытия из пористого оксида, причем первое покрытие из пористого оксида содержит палладиевый компонент, и при этом второе покрытие из пористого оксида содержит платину и по меньшей мере около 50% общей платины, расположено в задней части катализатора.WO 2010/118125 describes an oxidation catalyst composite for oxidizing unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) and reducing oxides of nitrogen (NO x ) from a diesel engine, comprising at least two porous oxide coating layers, the first coating being porous oxide contains a palladium component, and while the second coating of the porous oxide contains platinum and at least about 50% of the total platinum, located at the back of the catalyst.
В принадлежащей заявителю публикации WO 2015/110818 A1 описан катализатор окисления для обработки отработавшего газа дизельного двигателя и система выпуска отработавших газов, содержащая катализатор окисления. Катализатор окисления содержит: первую область покрытия из пористого оксида для окисления монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC), причем первая область покрытия из пористого оксида содержит первый металл платиновой группы (PGM) и первый материал-подложку; вторую область покрытия из пористого оксида для окисления оксида азота (NO), причем вторая область покрытия из пористого оксида содержит платину (Pt), марганец (Mn) и второй материал-подложку; и подложку, имеющую впускной конец и выпускной конец; причем вторая область покрытия из пористого оксида предпочтительно расположена с возможностью контактирования с отработавшим газом на выпускном конце подложки и после контакта отработавшего газа с первой областью покрытия из пористого оксида.The Applicant's publication WO 2015/110818 A1 describes an oxidation catalyst for treating exhaust gas from a diesel engine and an exhaust system comprising an oxidation catalyst. The oxidation catalyst comprises: a first porous oxide coating region for oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC), the first porous oxide coating region comprising a first platinum group metal (PGM) and a first substrate material; a second porous oxide coating region for oxidizing nitric oxide (NO), the second porous oxide coating region comprising platinum (Pt), manganese (Mn), and a second substrate material; and a substrate having an inlet end and an outlet end; wherein the second porous oxide coating region is preferably arranged to contact the exhaust gas at the outlet end of the substrate and after the exhaust gas contacts the first porous oxide coating region.
В принадлежащей заявителю публикации WO 2017/093720 описан катализатор окисления для обработки отработавшего газа, выпускаемого дизельным двигателем, причем катализатор окисления содержит: подложку; захватывающий материал для захватывания по меньшей мере одной фосфорсодержащей примеси и/или по меньшей мере одной серосодержащей примеси в отработавшем газе, выпускаемом дизельным двигателем; и каталитическую область, расположенную на подложке; причем 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).The Applicant's publication WO 2017/093720 describes an oxidation catalyst for treating diesel exhaust gas, the oxidation catalyst comprising: a support; a capture material for trapping at least one phosphorus-containing impurity and/or at least one sulfur-containing impurity in the exhaust gas emitted by the diesel engine; and a catalytic region located on the substrate; moreover, the catalytic region contains a catalytic material containing a platinum group metal (PGM) selected from the group consisting of platinum (Pt), palladium (Pd) and a combination of platinum (Pt) and palladium (Pd).
Считается, что существуют два основных механизма возможного отравления катализаторов для обработки отработавшего газа из двигателей внутреннего сгорания: (i) селективное отравление, при котором загрязняющее вещество непосредственно реагирует с активным центром или каталитической подложкой, что приводит к снижению активности или катастрофической потере активности; и (ii) неселективное отравление, которое приводит к потере эффективности за счет стерического затруднения доступа к активным центрам или порам в каталитической подложке в результате засорения (или закрытия) поверхности подложки или активных центров. Авторы изобретения обнаружили, что цинк и (при низкой температуре) фосфор (в виде капель фосфорной кислоты), и капли масла сами по себе (происходящие из топлива или смазочных материалов) представляют собой неселективные отравляющие компоненты для функции генерации экзотермического эффекта катализаторов окисления в активных или активно-пассивных системах, описанных в принадлежащей заявителю публикации WO 2013/088152 A1. Отравляющие вещества, которые химически реагируют с компонентами катализатора (механизм (i)), включают в себя (при более высокой температуре) фосфор, который также может отравлять функцию генерации экзотермического эффекта катализатора окисления. Основным источником фосфора и цинка в отработавшем газе, вероятно, будут добавки диалкилдитиофосфата цинка (ZDDP), применяемые в минеральных маслах, или дитиофосфат цинка (ZDTP) в синтетическом масле. Эти добавки используют для защиты движущихся частей двигателя, таких как кулачковый вал, от износа при эксплуатации. Масла для высокомощных двигателей на транспортном средстве имеют более высокие концентрации добавок, чем смазывающие вещества, предназначенные для маломощных двигателей на транспортном средстве, например, используемых в легковых автомобилях, поэтому проблема деактивации цинка и фосфора особенно актуальна для высокомощных двигателей на транспортном средстве. Отложения фосфора и цинка невозможно удалить из катализатора, за исключением условий, в которых может возникать термическая деактивация катализатора окисления и других компонентов катализатора в системе выпуска отработавших газов (т.е. при очень высоких рабочих температурах). Обзор отравляющих веществ и механизмов отравления, включающих фосфор и цинк, можно найти, например, в публикации A.J.J. Wilkins et al., Platinum Metals Review, 1990, 34(1) 16–24.It is believed that there are two main mechanisms for possible poisoning of exhaust gas treatment catalysts from internal combustion engines: (i) selective poisoning, in which the pollutant directly reacts with the active site or catalyst support, resulting in a decrease in activity or a catastrophic loss of activity; and (ii) non-selective poisoning, which results in a loss of efficiency due to steric obstruction of access to active sites or pores in the catalytic support as a result of clogging (or closing) of the surface of the support or active sites. The inventors have found that zinc and (at low temperature) phosphorus (in the form of droplets of phosphoric acid), and droplets of oil themselves (derived from fuel or lubricants) are non-selective poisoning components for the function of generating the exothermic effect of oxidation catalysts in active or active-passive systems described in the applicant's publication WO 2013/088152 A1. Toxic substances that chemically react with the catalyst components (mechanism (i)) include (at a higher temperature) phosphorus, which can also poison the function of generating an exothermic effect of the oxidation catalyst. The main source of phosphorus and zinc in the exhaust gas is likely to be zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP) additives used in mineral oils or zinc dithiophosphate (ZDTP) in synthetic oil. These additives are used to protect moving parts of the engine, such as the camshaft, from wear during operation. High performance vehicle engine oils have higher concentrations of additives than lubricants designed for low power vehicle engines such as those used in passenger cars, so zinc and phosphorus deactivation is a particular concern for high performance vehicle engines. Phosphorus and zinc deposits cannot be removed from the catalyst except under conditions where thermal deactivation of the oxidation catalyst and other catalyst components in the exhaust system may occur (i.e. at very high operating temperatures). A review of toxic agents and poisoning mechanisms involving phosphorus and zinc can be found, for example, in A.J.J. Wilkins et al., Platinum Metals Review, 1990, 34(1) 16–24.
Металлы платиновой группы являются относительно редкими встречающимися в природе химическими элементами-металлами, имеющими высокую экономическую ценность по сравнению с основными для промышленности металлами, такими как медь. Коротко говоря, на дату подачи данного описания, спотовая цена на медь на Лондонской бирже металлов составляла 5463 долл. США за тонну, тогда как спотовая цена на платину в Лондонской ассоциации рынков драгоценных металлов составляла 845 долл. США за унцию, что эквивалентно 29 806 530 долл. США за тонну (в метрической тонне 35 274 унции). Однако соответствующая спотовая цена на палладий составляла 1968 долл. США за унцию. Таким образом, палладий в настоящее время более чем в два раза превышает по стоимости платину. Таким образом, имеется повсеместная заинтересованность в уменьшении количества палладия в дизельных катализаторах окисления по сравнению с платиной и, если возможно, в уменьшении количества металлов платиновой группы в дизельных катализаторах окисления за счет подходящего стимулирования использования менее дорогостоящих металлических элементов.The platinum group metals are relatively rare naturally occurring metal elements of high economic value compared to industrial base metals such as copper. Briefly, as of the filing date of this description, the London Metal Exchange spot copper price was $5,463 per tonne, while the London Bullion Market Association spot platinum price was $845 an ounce, equivalent to $29,806,530 US dollars per ton (in metric tons 35,274 ounces). However, the corresponding spot price for palladium was $1,968 an ounce. Thus, palladium is currently more than twice as expensive as platinum. Thus, there is a general interest in reducing the amount of palladium in diesel oxidation catalysts relative to platinum and, if possible, in reducing the amount of platinum group metals in diesel oxidation catalysts by appropriately promoting the use of less expensive metal elements.
Настоящее изобретение основано на активных или активно-пассивных системах, описанных в принадлежащей заявителю публикации WO 2013/088152 A1, и имеет общую цель - уменьшение общего количества металлов платиновой группы, присутствующих в катализаторе окисления дизельного топлива, и более конкретную цель - уменьшение массовой доли палладия относительно платины, и/или повышение эффективности регенерации активного фильтра за счет использования меньшего количества топлива для достижения желаемой температуры на впускном конце фильтра, и/или достижение более высокой температуры на впускном конце фильтра при том же количестве топлива, впрыскиваемого выше по потоку от катализатора окисления предшествующего уровня техники для генерации в нем экзотермического эффекта, и/или обеспечение генерации экзотермического эффекта на катализаторе окисления при более низкой начальной температуре отработавшего газа на входе катализатора окисления. Кроме этого, авторы изобретения разработали композитный катализатор окисления, т.е. многофункциональную конструкцию катализатора на одной подложке, причем одна или более из вышеуказанных целей могут сочетаться со стабильной генерацией NO2 для работы расположенных ниже по потоку функций катализатора, включая эффект CRT® для сжигания твердых частиц на расположенном ниже по потоку фильтре и/или стимуляции так называемой быстрой реакции на катализаторе селективного каталитического восстановления (SCR). Дополнительным преимуществом предпочтительной конструкции является многофункциональный катализатор, обладающий улучшенным контролем проскока углеводородов. В предпочтительной конструкции, в дополнение к одному или более или ко всем из вышеупомянутых преимуществ, в конфигурации композитного катализатора окисления может быть включен защитный слой для уменьшения или предотвращения отравления катализатора фосфором и/или цинком, поступающим из добавок к смазке двигателя, и таким образом по существу поддерживают эффективность катализатора, т.е. его долговечность, в течение более длительного срока.The present invention is based on the active or active-passive systems described in the applicant's publication WO 2013/088152 A1 and has the general goal of reducing the total amount of platinum group metals present in the diesel oxidation catalyst, and the more specific goal of reducing the mass fraction of palladium relative to platinum, and/or improving active filter regeneration efficiency by using less fuel to achieve the desired filter inlet end temperature, and/or achieving a higher filter inlet end temperature with the same amount of fuel injected upstream of the oxidation catalyst of the prior art to generate an exothermic effect therein, and/or provide for the generation of an exothermic effect on the oxidation catalyst at a lower initial temperature of the exhaust gas at the inlet of the oxidation catalyst. In addition, the inventors have developed a composite oxidation catalyst, i.e. a multifunctional single support catalyst design, wherein one or more of the above objectives can be combined with stable NO 2 generation to operate downstream catalyst functions, including a CRT® effect for burning particulates on the downstream filter and/or promoting so-called fast reaction on a selective catalytic reduction (SCR) catalyst. An additional advantage of the preferred design is a multifunctional catalyst having improved control of hydrocarbon slippage. In a preferred design, in addition to one or more or all of the above benefits, a protective layer may be included in the composite oxidation catalyst configuration to reduce or prevent phosphorus and/or zinc poisoning of the catalyst from engine lubrication additives and thereby essentially maintain the efficiency of the catalyst, ie. its durability, for a longer period.
Изложение сущности изобретенияStatement of the Invention
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что сочетание эквивалентных по массе или имеющих преобладание платины PGM-компонентов из платины и палладия с компонентом, представляющим собой щелочноземельный металл, в зоне каталитического покрытия из пористого оксида на впускном конце катализатора окисления, расположенного выше по потоку от фильтрующей подложки в системе двигателя транспортного средства с воспламенением от сжатия, в частности дизельного двигателя для работы в тяжелых условиях, обеспечивает одно или более из желаемых улучшений.The present inventors surprisingly found that the combination of platinum and palladium PGM components equivalent in weight or platinum-dominated with an alkaline earth metal component in a porous oxide catalytic coating zone at the upstream end of an oxidation catalyst located upstream of the filter substrate in a compression ignition vehicle engine system, in particular a heavy duty diesel engine, provides one or more of the desired improvements.
В соответствии с первым аспектом в изобретении обеспечен композитный катализатор окисления для применения в системе выпуска отработавших газов для очистки отработавшего газа, производимого двигателем внутреннего сгорания для транспортного средства с воспламенением от сжатия, предпочтительно для транспортного средства с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях, и расположенный в системе выпуска отработавших газов выше по потоку относительно фильтра твердых частиц, причем композитный катализатор окисления содержит:According to a first aspect, the invention provides a composite oxidation catalyst for use in an exhaust system for purifying exhaust gas produced by an internal combustion engine for a compression ignition vehicle, preferably for a heavy duty diesel vehicle, and disposed in the exhaust system upstream of the particulate filter, wherein the composite oxidation catalyst comprises:
подложку, имеющую общую длину L и продольную ось и имеющую поверхность подложки, проходящую в осевом направлении между первым концом подложки и вторым концом подложки; и две или более зон каталитического покрытия из пористого оксида, расположенных последовательно в осевом направлении на поверхности подложки и вдоль нее, причем первая зона каталитического покрытия из пористого оксида, имеющая длину L1, при этом L1<L, образована на одном конце первым концом подложки, а на втором конце - первым концом второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, имеющей длину L2, причем L2<L, при этом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла и два или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий при массовом соотношении платины и палладия ≥1; а вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит второй материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, причем общая нагрузка металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида, выраженная в граммах металлов платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3), больше общей нагрузки металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, предпочтительно барий, нанесенных на первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла.a substrate having an overall length L and a longitudinal axis and having a substrate surface extending in the axial direction between the first end of the substrate and the second end of the substrate; and two or more porous oxide catalytic coating zones arranged in series in the axial direction on and along the surface of the substrate, wherein the first porous oxide catalytic coating zone having a length L 1 , where L 1 <L, is formed at one end by the first end substrate, and at the second end - the first end of the second zone of the catalytic coating of the porous oxide, having a length L 2 , and L 2 <L, wherein the first zone of the catalytic coating of the porous oxide contains the first substrate material of the heat-resistant metal oxide and two or more deposited on it components representing a metal of the platinum group, containing both platinum and palladium at a mass ratio of platinum and palladium ≥1; and the second porous oxide catalytic coating zone comprises a second refractory metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components deposited thereon, wherein the total load of platinum group metals in the first porous oxide catalytic coating zone, expressed in grams platinum group metals per cubic foot of support volume (g/ft 3 ), greater than the total load of platinum group metals in the second porous oxide catalytic coating zone, and wherein the first porous oxide catalytic coating zone contains one or more first components that are alkaline earth a metal, preferably barium, deposited on a first refractory metal oxide support material.
Продукт по формуле изобретения также может иметь маркировку, в которой отмечено, что первый конец подложки должен быть ориентирован в верхнюю по потоку сторону при установке в любой из аспектов изобретения со второго по пятый, изложенных ниже в настоящем документе.The product of the claims may also be labeled to indicate that the first end of the substrate must be oriented upstream when installed in any of the second through fifth aspects of the invention set forth herein below.
Следует понимать, что признаком, определяющим осевую длину зоны каталитического покрытия из пористого оксида, является нагрузка металлами платиновой группы в граммах металлов платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3). Как правило, нагрузка металлами платиновой группы в любой точке вдоль осевой длины зоны каталитического покрытия из пористого оксида варьируется не более чем на +/-20% от среднего значения вдоль осевой длины зоны в целом, необязательно на +/-15%, например на +/-10%. Локализованную нагрузку металлами платиновой группы можно определять с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF) или микроанализа электронным зондом (EPMA).It should be understood that the feature that determines the axial length of the porous oxide catalytic coating zone is the load of platinum group metals in grams of platinum group metals per cubic foot of support volume (g/ft 3 ). Typically, the platinum group metal load at any point along the axial length of the porous oxide catalytic coating zone varies by no more than +/-20% of the average value along the axial length of the zone as a whole, optionally by +/-15%, for example by + /-ten%. Localized load of platinum group metals can be determined using X-ray fluorescence (XRF) or electron probe microanalysis (EPMA).
В соответствии со вторым аспектом в изобретении обеспечена система выпуска отработавших газов для двигателя транспортного средства с воспламенением от сжатия, содержащая композитный катализатор окисления в соответствии с первым аспектом изобретения и подложку сажевого фильтра, расположенную ниже по потоку от композитного катализатора окисления, причем первый конец подложки катализатора окисления ориентирован в верхнюю по потоку сторону.In accordance with a second aspect, the invention provides an exhaust system for a compression ignition vehicle engine, comprising a composite oxidation catalyst in accordance with the first aspect of the invention and a particulate filter substrate located downstream of the composite oxidation catalyst, wherein the first end of the catalyst substrate oxidation is oriented to the upstream side.
В соответствии с третьим аспектом в изобретении обеспечен двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия для транспортного средства с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях, содержащий систему выпуска отработавших газов в соответствии со вторым аспектом изобретения, причем первый конец подложки композитного катализатора окисления ориентирован в сторону, расположенную выше по потоку.According to a third aspect, the invention provides a compression ignition internal combustion engine for a heavy duty diesel vehicle, comprising an exhaust system according to the second aspect of the invention, wherein the first end of the composite oxidation catalyst substrate is oriented to the side, located upstream.
В соответствии с четвертым аспектом в изобретении обеспечено транспортное средство с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях, содержащее систему выпуска отработавших газов в соответствии с третьим аспектом изобретения, т.е. соответствующее любому местному определению высокомощного транспортного средства согласно приведенному выше описанию. Таким образом, например, в тех случаях, когда настоящая заявка рассматривается в Соединенных Штатах Америки, применяется соответствующее Соединенным Штатам определение высокомощного транспортного средства из приведенного выше раздела «Предпосылки создания изобретения». Аналогичным образом, если заявка рассматривается Европейским патентным бюро, применяется соответствующее ЕС определение высокомощного транспортного средства из приведенного выше раздела «Предпосылки создания изобретения», и т.д.According to a fourth aspect, the invention provides a heavy duty diesel engine vehicle comprising an exhaust system according to the third aspect of the invention, i.e. corresponding to any local definition of a heavy duty vehicle as described above. Thus, for example, where the present application is being processed in the United States of America, the United States definition of a heavy duty vehicle in the Background of the Invention section above applies. Likewise, if an application is being considered by the European Patent Office, the relevant EU definition of a heavy duty vehicle from the Background of the Invention section above, etc., applies.
В соответствии с пятым аспектом в изобретении предложено применение композитного катализатора окисления в соответствии с первым аспектом изобретения для нагревания сажевого фильтра, расположенного ниже по потоку от композитного катализатора окисления в системе выпуска отработавших газов двигателя транспортного средства с воспламенением от сжатия, путем генерирования экзотермического эффекта в результате повышения концентрации углеводородного топлива в отработавшем газе, протекающем по системе выпуска отработавших газов, по сравнению с нормальными условиями эксплуатации путем приведения композитного катализатора окисления в контакт с отработавшим газом, содержащим повышенную концентрацию углеводородного топлива.According to a fifth aspect, the invention provides the use of the composite oxidation catalyst according to the first aspect of the invention for heating a particulate filter located downstream of the composite oxidation catalyst in the exhaust system of a compression ignition vehicle engine by generating an exothermic effect as a result of increasing the concentration of hydrocarbon fuel in the exhaust gas flowing through the exhaust system, compared to normal operating conditions by bringing the composite oxidation catalyst into contact with the exhaust gas containing an increased concentration of hydrocarbon fuel.
В соответствии с шестым аспектом в изобретении предложен способ получения композитного катализатора окисления, необязательно композитного катализатора окисления в соответствии с первым аспектом изобретения, для применения в системе выпуска отработавших газов для очистки отработавшего газа, производимого двигателем внутреннего сгорания для транспортного средства с воспламенением от сжатия, причем композитный катализатор окисления имеет общую длину L и продольную ось, и имеет поверхность подложки, проходящую в осевом направлении между первым концом подложки и вторым концом подложки; и две или более зон каталитического покрытия из пористого оксида, расположенных последовательно в осевом направлении на поверхности подложки и вдоль нее, причем первая зона каталитического покрытия из пористого оксида, имеющая длину L1, при этом L1<L, образована на одном конце первым концом подложки, а на втором конце - первым концом второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, имеющей длину L2, причем L2<L, при этом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла и два или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий при массовом соотношении платины и палладия ≥1; а вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит второй материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, причем общая нагрузка металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида, выраженная в граммах металлов платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3), больше общей нагрузки металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, предпочтительно барий, нанесенных на первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла, причем способ включает стадии:According to a sixth aspect, the invention provides a method for producing a composite oxidation catalyst, optionally a composite oxidation catalyst according to the first aspect of the invention, for use in an exhaust gas system for purifying exhaust gas produced by an internal combustion engine for a compression ignition vehicle, wherein the composite oxidation catalyst has an overall length L and a longitudinal axis, and has a support surface extending in the axial direction between the first end of the support and the second end of the support; and two or more porous oxide catalytic coating zones arranged in series in the axial direction on and along the surface of the substrate, wherein the first porous oxide catalytic coating zone having a length L 1 , where L 1 <L, is formed at one end by the first end substrate, and at the second end - the first end of the second zone of the catalytic coating of the porous oxide, having a length L 2 , and L 2 <L, wherein the first zone of the catalytic coating of the porous oxide contains the first substrate material of the heat-resistant metal oxide and two or more deposited on it components representing a metal of the platinum group, containing both platinum and palladium at a mass ratio of platinum and palladium ≥1; and the second porous oxide catalytic coating zone comprises a second refractory metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components deposited thereon, wherein the total load of platinum group metals in the first porous oxide catalytic coating zone, expressed in grams platinum group metals per cubic foot of support volume (g/ft 3 ), greater than the total load of platinum group metals in the second porous oxide catalytic coating zone, and wherein the first porous oxide catalytic coating zone contains one or more first components that are alkaline earth a metal, preferably barium, deposited on a first refractory metal oxide support material, the method comprising the steps of:
(a) нанесения каталитического слоя покрытия из пористого оксида на поверхность подложки на длину от одного конца подложки, причем каталитический слой покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы; и(a) depositing a catalytic porous oxide coating layer on the surface of a substrate from one end of the substrate, the catalytic porous oxide coating layer comprising a heat resistant metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components; and
(b) пропитки каталитического слоя покрытия из пористого оксида в зоне длиной L1, образованной на одном конце первым концом подложки, раствором, содержащим один или более металлов платиновой группы,(b) impregnating the catalytic porous oxide coating layer in a zone of length L 1 formed at one end by the first end of the support with a solution containing one or more platinum group metals,
причем в слое каталитического покрытия из пористого оксида на стадии (a) и/или в растворе для пропитки, применяемом на стадии (b), присутствует один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл. Следует понимать, что слой каталитического покрытия из пористого оксида со стадии (a) может содержать платиновый компонент, палладиевый компонент или как платиновый, так и палладиевый компоненты, а раствор со стадии (b) может содержать платину, палладий или как платину, так и палладий, при условии, что комбинация стадий (a) и (b) обеспечивает первую зону каталитического покрытия из пористого оксида, имеющую длину L1, и содержащую два или более нанесенных компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий, при массовом соотношении платины и палладия ≥1.wherein one or more alkaline earth metal components are present in the porous oxide catalytic coating layer in step (a) and/or in the impregnation solution used in step (b). It should be understood that the porous oxide catalytic coating layer from step (a) may contain a platinum component, a palladium component, or both platinum and palladium components, and the solution from step (b) may contain platinum, palladium, or both platinum and palladium. provided that the combination of steps (a) and (b) provides a first porous oxide catalytic coating zone having a length L 1 and containing two or more deposited platinum group metal components containing both platinum and palladium, when the mass ratio of platinum and palladium ≥1.
В седьмом аспекте композитный катализатор окисления в соответствии с изобретением может быть определен как продукт, полученный или выполненный с возможностью получения способом в соответствии с шестым аспектом изобретения.In a seventh aspect, a composite oxidation catalyst in accordance with the invention may be defined as a product obtained or made possible to obtain by the method in accordance with the sixth aspect of the invention.
Более специфические элементы аспектов изобретения могут повышать долговечность композитного катализатора окисления в плане способности справляться с отравлением фосфором и/или цинком, поступающими из смазочных материалов для двигателей, улучшать контроль окисления NO в последующих процессах, таких как селективное каталитическое восстановление оксидов азота (NOx), и снижать затраты за счет ограничения относительных количеств палладия в композитном катализаторе окисления в соответствии с изобретением по сравнению с платиной.More specific elements of aspects of the invention may improve the durability of the composite oxidation catalyst in terms of ability to cope with phosphorus and/or zinc poisoning from engine lubricants, improve control of NO oxidation in downstream processes such as selective catalytic reduction of oxides of nitrogen (NO x ), and reduce costs by limiting the relative amounts of palladium in the inventive oxidation catalyst composite compared to platinum.
Настоящее изобретение будет дополнительно описано ниже. В следующих разделах более подробно описаны различные аспекты изобретения. Каждый описываемый аспект можно объединить с любым другим аспектом или аспектами, если явным образом не указано обратное. В частности, любой признак, обозначенный как предпочтительный или преимущественный, можно комбинировать с любым другим признаком или признаками, указанными как предпочтительные или преимущественные.The present invention will be further described below. The following sections describe various aspects of the invention in more detail. Each described aspect can be combined with any other aspect or aspects, unless explicitly stated otherwise. In particular, any feature indicated as being preferred or advantageous may be combined with any other feature or features indicated as being preferred or advantageous.
Описание графических материаловDescription of graphic materials
На Фиг. 1 показан композитный катализатор (12) окисления в соответствии с изобретением, содержащий первую зону (1) каталитического покрытия из пористого оксида, расположенную на впускном конце (I) проточного монолита (5) подложки с сотовой структурой, имеющую общую длину L, и вторую зону (2) каталитического покрытия из пористого оксида, смежную с первой зоной (1) каталитического покрытия из пористого оксида, и расположенную на выпускном конце (O) подложки (5), причем первая и вторая зоны каталитического покрытия из пористого оксида расположены последовательно на поверхности подложки и вдоль нее. Таким образом, при использовании подложку композитного катализатора окисления ориентируют таким образом, что отработавший газ из двигателя сначала поступает в композитный катализатор окисления через впускной (или расположенный выше по потоку) конец (I) и выходит из композитного катализатора окисления через выпускной (или расположенный ниже по потоку) конец (O), и поток отработавшего газа обозначен стрелкой с номером позиции 10. Ту же ориентацию и порядок приведения в контакт композитного катализатора окисления с отработавшим газом применяют во всех вариантах осуществления, описанных на Фиг. 1–5 включительно, и представленных в настоящем документе.On FIG. 1 shows a composite oxidation catalyst (12) according to the invention, comprising a first porous oxide catalytic coating zone (1) located at the inlet end (I) of a flow-through honeycomb substrate monolith (5) having an overall length L, and a second zone (2) a porous oxide catalytic coating adjacent to the first porous oxide catalytic coating zone (1) and located at the outlet end (O) of the substrate (5), wherein the first and second porous oxide catalytic coating zones are arranged in series on the surface of the substrate and along it. Thus, in use, the oxidation catalyst composite substrate is oriented such that exhaust gas from the engine first enters the oxidation catalyst composite through the inlet (or upstream) end (I) and exits the oxidation catalyst composite through the exhaust (or downstream) end. flow) end (O), and the exhaust gas flow is indicated by an arrow numbered 10. The same orientation and order of contacting the composite oxidation catalyst with the exhaust gas is used in all the embodiments described in FIG. 1-5 inclusive, and presented in this document.
Композитный катализатор окисления, показанный на Фиг. 1, может быть изготовлен путем нанесения на подложку (5) по всей ее осевой длине L покрытия из первого слоя катализатора из пористого оксида, содержащего первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла и водный раствор одной или более солей металлов платиновой группы, высушивания и обжига части с покрытием; и затем пропитки только части подложки, покрытой первым слоем каталитического покрытия из пористого оксида на длину L1, причем L1<L, водным раствором с относительно высокой концентрацией одного или более металлов платиновой группы и необязательно одного или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, с образованием первой зоны (1) каталитического покрытия из пористого оксида, при этом второе каталитическое покрытие (2) из пористого оксида содержит непропитанный первый слой каталитического покрытия из пористого оксида. В альтернативном варианте осуществления первый слой каталитического покрытия из пористого оксида может содержать один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, вместо компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, присутствующих в пропиточной среде. Несомненно, компоненты, представляющие собой щелочноземельный металл, могут также присутствовать как в пропиточной среде, так и в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида. Описание методик «пропитки» приведено ниже в настоящем документе. Предусмотрена такая конфигурация, что в готовом продукте часть первого каталитического слоя покрытия из пористого оксида, имеющая длину L1, содержит два или более нанесенных на материал-подложку компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий, при массовом соотношении платины и палладия ≥ 1.The composite oxidation catalyst shown in FIG. 1 can be made by coating the substrate (5) over its entire axial length L with a first porous oxide catalyst layer comprising a first heat-resistant metal oxide substrate material and an aqueous solution of one or more salts of platinum group metals, drying and firing coated parts; and then impregnating only a portion of the substrate coated with the first porous oxide catalytic coating for a length L 1 , L 1 < L, with an aqueous solution with a relatively high concentration of one or more platinum group metals and optionally one or more alkaline earth metal components, to form a first zone (1) of the porous oxide catalytic coating, wherein the second catalytic porous oxide coating (2) comprises an unimpregnated first porous oxide catalytic coating layer. In an alternative embodiment, the first porous oxide catalytic coating layer may contain one or more alkaline earth metal components in place of the alkaline earth metal components present in the impregnation medium. Of course, the alkaline earth metal components may also be present in both the impregnation medium and the first porous oxide catalytic coating layer. A description of "impregnation" techniques is provided later in this document. The configuration is provided such that in the finished product, a portion of the first catalytic porous oxide coating layer having a length L 1 contains two or more platinum group metal components deposited on the substrate material, containing both platinum and palladium, at a mass ratio of platinum and palladium ≥ 1.
В альтернативном варианте осуществления композитный катализатор окисления, показанный на Фиг. 1, может быть получен или может быть выполнен с возможностью получения путем нанесения на подложку (5) в любом порядке с ее первого конца первого каталитического слоя из пористого оксида с формированием первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, содержащей первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла, два или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий, например платину и палладий, являющиеся единственными компонентами, представляющими собой металл платиновой группы, и один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, на осевую длину L1 (см. элемент, обозначенный 9 на Фиг. 1); и второго, другого каталитического слоя из пористого оксида, содержащего второй материал-подложку из жаростойкого оксида металла, один или более вторых металлов платиновой группы и необязательно один или более вторых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, для формирования второй зоны катализатора окисления (см. элемент, обозначенный номером 11) на осевую длину L2, так что второй конец (13) первого каталитического слоя (9) из пористого оксида и первый конец (15) второго (11) каталитического слоя покрытия из пористого оксида примыкают друг к другу без перекрытия между первым и вторым слоями покрытия из пористого оксида. В последнем способе получения варианта осуществления, показанного на Фиг. 1, следует понимать, что осевая длина первой зоны L1 каталитического покрытия из пористого оксида равна или по существу равна осевой длине первого каталитического слоя (9) покрытия из пористого оксида; а осевая длина второй зоны L2 каталитического покрытия из пористого оксида равна или по существу равна осевой длине второй зоны L2 каталитического покрытия из пористого оксида.In an alternative embodiment, the composite oxidation catalyst shown in FIG. 1 can be or can be made by depositing on the substrate (5) in any order from its first end a first porous oxide catalytic layer to form a first porous oxide catalytic coating zone comprising a first refractory oxide substrate material. metal, two or more platinum group metal components containing both platinum and palladium, such as platinum and palladium being the only platinum group metal components, and one or more alkaline earth metal components, for an axial length L 1 (see element marked 9 in Fig. 1); and a second, different porous oxide catalytic layer comprising a second refractory metal oxide support material, one or more second platinum group metals, and optionally one or more second alkaline earth metal components to form a second oxidation catalyst zone (see element 11) by an axial length L 2 , so that the second end (13) of the first porous oxide catalytic layer (9) and the first end (15) of the second (11) porous oxide coating catalytic layer are adjacent to each other without overlapping between first and second porous oxide coating layers. In the latter method for obtaining the embodiment shown in FIG. 1, it should be understood that the axial length of the first zone L 1 of the catalytic porous oxide coating is equal to or substantially equal to the axial length of the first catalytic layer (9) of the porous oxide coating; and the axial length of the second zone L 2 of the catalytic porous oxide coating is equal to or substantially equal to the axial length of the second zone L 2 of the catalytic porous oxide coating.
На Фиг. 1 и в каждом из вариантов осуществления, показанных на Фиг. 2–5 включительно, имеется предпочтительный необязательный элемент: пористый внешний слой покрытия из пористого оксида, покрывающий первую зону (1) каталитического покрытия из пористого оксида, в качестве защитного слоя для уменьшения или предотвращения отравления первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида отложениями фосфора и/или цинка, происходящих из добавок к смазке, таких как ZDDP или ZDTP. Необязательный элемент - защитный слой (G) показан пунктирной линией в каждом из вариантов осуществления, показанных на Фиг. 1–5, включительно.On FIG. 1 and in each of the embodiments shown in FIG. 2 to 5 inclusive, there is a preferred optional element: a porous outer porous oxide coating layer covering the first zone (1) of the porous oxide catalytic coating, as a protective layer to reduce or prevent poisoning of the first zone of the porous oxide catalytic coating with deposits of phosphorus and / or zinc derived from lubricant additives such as ZDDP or ZDTP. The optional protective layer (G) is shown in dotted lines in each of the embodiments shown in FIG. 1–5, inclusive.
На Фиг. 2 и 3 показаны композитные катализаторы окисления (14, 16 соответственно) в соответствии с изобретением, основанные на том же принципе производства, т.е. второй слой (7) каталитического покрытия из пористого оксида наносят от второго конца, соответствующего выпускному концу (O) подложки (5), на осевую длину L4, которая меньше общей осевой длины L (т.е. L4<L) проточного монолита (5) подложки с сотовой структурой. Второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит второй материал-подложку из жаростойкого оксида металла, и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и необязательно один или более вторых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл. Подложку, покрытую вторым слоем (7) каталитического покрытия из пористого оксида, затем саму покрывают первым слоем (6) каталитического покрытия из пористого оксида от противоположного конца подложки (5), соответствующего впуску или первому концу (I) подложки, до места, от которого второй слой каталитического покрытия из пористого оксида был нанесен на подложку (5). Первый слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла, один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и необязательно один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл. Осевая длина (L3) покрытия из первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида меньше общей осевой длины L подложки, но ее достаточно для перекрытия с длиной (L4) второго слоя (7) каталитического покрытия из пористого оксида с образованием области, в которой первый (6) и второй (7) слои каталитического покрытия из пористого оксида присутствуют в двухслойной конструкции: иными словами, «зоне». Осевая длина зоны перекрытия первого слоя покрытия из пористого оксида и второго слоя покрытия из пористого оксида может быть определена как «L5» и показана как «2» на Фиг. 2, т.е. вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида; и как «4» на Фиг. 3, т.е. четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида.On FIG. 2 and 3 show composite oxidation catalysts (14, 16 respectively) according to the invention, based on the same production principle, i.e. the second layer (7) of the porous oxide catalytic coating is applied from the second end corresponding to the outlet end (O) of the substrate (5) to an axial length L 4 that is less than the total axial length L (i.e. L 4 <L) of the flow monolith (5) honeycomb substrates. The second porous oxide catalytic coating layer comprises a second heat resistant metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components and optionally one or more second alkaline earth metal components. The substrate coated with the second porous oxide catalytic coating layer (7) is then itself coated with the first porous oxide catalytic coating layer (6) from the opposite end of the substrate (5) corresponding to the inlet or the first end (I) of the substrate, to the point from which a second porous oxide catalytic coating layer was deposited on the substrate (5). The first porous oxide catalytic coating layer comprises a first refractory metal oxide substrate material, one or more platinum group metal components, and optionally one or more first alkaline earth metal components. The axial length (L 3 ) of the coating from the first porous oxide catalytic coating layer (6) is less than the total axial length L of the substrate, but it is sufficient to overlap with the length (L 4 ) of the second porous oxide catalytic coating layer (7) to form a region in which the first (6) and second (7) porous oxide catalytic coating layers are present in a two-layer structure: in other words, a "zone". The axial length of the overlap zone of the first porous oxide coating layer and the second porous oxide coating layer can be defined as "L 5 " and shown as "2" in FIG. 2, i.e. the second zone of the catalytic coating of the porous oxide; and as "4" in FIG. 3, i.e. the fourth zone of the porous oxide catalytic coating.
Можно видеть, что зона длиной L5, имеющая перекрытие первого (6) и второго (7) слоев каталитического покрытия из пористого оксида, содержит сумму количеств одного или более металлов платиновой группы и необязательно одного или более щелочноземельных металлов, присутствующих как в первом слое (6) каталитического покрытия из пористого оксида, так и во втором (7) слое каталитического покрытия из пористого оксида в области перекрытия. Кроме того, видно, что поскольку область перекрытия первого (6) и второго (7) слоев каталитического покрытия из пористого оксида представляет собой отдельную зону, то зона (обозначенная как 3 на обеих Фиг. 2 и 3), содержащая один слой из второго слоя (7) каталитического покрытия из пористого оксида, и образованная на первом конце (17) вторым (расположенным ниже по потоку или выпускным) концом области перекрытия первого (6) и второго (7) слоев каталитического покрытия из пористого оксида, а на втором конце - вторым концом подложки (или выпускным концом (O)), будет иметь меньшую общую нагрузку металлами платиновой группы, чем непосредственно предшествующая смежная расположенная выше по потоку зона перекрытия (зона 2 на Фиг. 2; и зона 4 на Фиг. 3).It can be seen that the zone of length L 5 having the overlap of the first (6) and second (7) porous oxide catalytic coating layers contains the sum of the amounts of one or more platinum group metals and optionally one or more alkaline earth metals present both in the first layer ( 6) porous oxide catalytic coating, and in the second (7) layer of porous oxide catalytic coating in the overlap area. In addition, it can be seen that since the overlap area of the first (6) and second (7) layers of the porous oxide catalytic coating is a separate zone, the zone (indicated as 3 in both Fig. 2 and 3) containing one layer from the second layer (7) a porous oxide catalytic coating, and formed at the first end (17) by the second (downstream or outlet) end of the overlap region of the first (6) and second (7) layers of the porous oxide catalytic coating, and at the second end - the second end of the substrate (or outlet end (O)) will have a lower total platinum group metal load than the immediately preceding adjacent upstream overlap zone (
В конструкции, показанной на Фиг. 2, зона перекрытия первого (6) и второго (7) слоев каталитического покрытия из пористого оксида представляет собой вторую зону каталитического покрытия из пористого оксида (обозначенную 2 на Фиг. 2). Часть общей длины первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида, который представляет собой первую зону каталитического покрытия из пористого оксида (обозначенную 1) и образованную на первом конце впускным отверстием / первым концом (I) подложки, а на втором конце — первым (расположенным выше по потоку, т.е. ближайшим к впускному концу) концом (19) второй зоны (2) каталитического покрытия из пористого оксида, причем точка также соответствует первому или расположенному выше по потоку концу второго слоя (7) каталитического покрытия из пористого оксида, имеет большую общую нагрузку металлами платиновой группы (в г/фут3), чем вторая зона (2) каталитического покрытия из пористого оксида. Кроме того, видно, что поскольку зона 2, показанная на Фиг. 2, содержит перекрытие первого (6) и второго (7) слоев покрытия из пористого оксида, осевая длина L3 первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида эквивалентна сумме осевых длин первой (1) и второй (2) зон каталитического покрытия из пористого оксида. Кроме этого, длина первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида, присутствующего в первой зоне (1) покрытия из пористого оксида, представляет собой общую длину слоя 6 каталитического покрытия из пористого оксида за вычетом длины первого слоя покрытия из пористого оксида, находящегося в зоне 2 перекрытия, т.е. L5.In the design shown in Fig. 2, the overlap zone of the first (6) and second (7) porous oxide catalytic coating layers is the second porous oxide catalytic coating zone (labeled 2 in FIG. 2). Part of the total length of the first layer (6) of the porous oxide catalytic coating, which is the first zone of the porous oxide catalytic coating (denoted 1) and is formed at the first end by the inlet / first end (I) of the substrate, and at the second end by the first ( located upstream, i.e. closest to the inlet end) end (19) of the second zone (2) of the porous oxide catalytic coating, and the point also corresponds to the first or upstream end of the second layer (7) of the porous oxide catalytic coating , has a greater total load of platinum group metals (in g/ft 3 ) than the second zone (2) of the porous oxide catalytic coating. In addition, it can be seen that since
На практике особенность общей нагрузки металлами платиновой группы первой зоны (1) каталитического покрытия из пористого оксида, которая превышает общую нагрузку металлами платиновой группы второй зоны (2) каталитического покрытия из пористого оксида, в каждом из вариантов осуществления как показано на Фиг. 2–5 включительно, можно получить путем пропитки нужной длины (8) L(1) нижележащего первого каталитического слоя (6) из пористого оксида относительно высокой концентрацией солей металлов платиновой группы, например их водным раствором, необязательно также содержащим водные соли одного или более щелочноземельных металлов. «Пропитка» представляет собой способ, известный специалисту в данной области и описанный, например, в публикации Catalytic Air Pollution Control – Commercial Technology, 3rd Edition, Ronald M. Heck et al., John Wiley & Sons, Inc. (2009) в пункте 2.3. На Фиг. 2 осевая длина L1 первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида (обозначенной 1) представляет собой по существу длину первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида до точки, в которой первый слой (6) каталитического покрытия из пористого оксида начинает перекрывать второй слой (7) каталитического покрытия из пористого оксида в точке 19.In practice, the feature of the total platinum group metal loading of the first zone (1) of the catalytic porous oxide coating, which exceeds the total load of platinum group metals of the second zone (2) of the catalytic porous oxide coating, in each of the embodiments as shown in FIG. 2-5 inclusive can be obtained by impregnating the desired length (8) L( 1 ) of the underlying first porous oxide catalytic layer (6) with a relatively high concentration of salts of platinum group metals, for example, their aqueous solution, optionally also containing aqueous salts of one or more alkaline earth metals. "Impregnation" is a method known to the person skilled in the art and described, for example, in Catalytic Air Pollution Control - Commercial Technology, 3rd Edition , Ronald M. Heck et al., John Wiley & Sons, Inc. (2009) at point 2.3. On FIG. 2, the axial length L 1 of the first porous oxide catalytic coating zone (denoted 1) is essentially the length of the first porous oxide catalytic coating layer (6) up to the point at which the first porous oxide catalytic coating layer (6) begins to overlap the second layer. (7) porous oxide catalytic coating at
Если покрытие из пористого оксида для формирования первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида не содержит платины и палладия, например, пропиточная среда должна содержать растворенные соли палладия или платины, которые отсутствуют в первом слое (6) каталитического покрытия из пористого оксида, так, чтобы требуемая длина (8) (L1) нижележащего первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида содержала два или более нанесенных компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий, при массовом соотношении платины и палладия ≥1. Несомненно, в любой комбинации первый слой каталитического покрытия из пористого оксида сам по себе может содержать платину, палладий или как платину, так и палладий; и отдельно пропиточная среда может содержать платину, палладий или и платину, и палладий, т.е. содержание PGM в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида и в пропиточной среде могут быть одинаковыми или разными, при условии, что в итоге желательная длина (8) (L1) нижележащего первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида будет содержать два или более нанесенных на них компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий, при массовом соотношении платины и палладия ≥1. Если покрытие из пористого оксида для формирования первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида не содержит одного или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, например, пропиточная среда должна содержать соли одного или более щелочноземельных металлов. Несомненно, также возможно, чтобы и покрытие из пористого оксида, образующее первый слой (6) каталитического покрытия из пористого оксида, и пропиточная среда содержали один или более щелочноземельных металлов, и в этом случае щелочноземельный металл или металлы в композиции покрытия из пористого оксида и в пропиточной среде могут быть одинаковыми или разными.If the porous oxide coating for forming the first layer (6) of the catalytic porous oxide coating does not contain platinum and palladium, for example, the impregnation medium should contain dissolved salts of palladium or platinum, which are not present in the first layer (6) of the catalytic porous oxide coating, so so that the required length (8) (L 1 ) of the underlying first porous oxide catalytic coating layer contains two or more deposited platinum group metal components containing both platinum and palladium, with a mass ratio of platinum to palladium ≥1. Of course, in any combination, the first porous oxide catalytic coating layer itself may contain platinum, palladium, or both platinum and palladium; and separately, the impregnation medium may contain platinum, palladium, or both platinum and palladium, i. e. the content of PGM in the first porous oxide catalytic coating layer and in the impregnation medium may be the same or different, provided that in the end the desired length (8) (L 1 ) of the underlying first porous oxide catalytic coating layer will contain two or more applied to these components, representing a metal of the platinum group, containing both platinum and palladium, with a mass ratio of platinum and palladium ≥1. If the porous oxide coating for forming the first layer (6) of the catalytic porous oxide coating does not contain one or more alkaline earth metal components, for example, the impregnation medium must contain salts of one or more alkaline earth metals. It is, of course, also possible that both the porous oxide coating forming the first layer (6) of the catalytic porous oxide coating and the impregnation medium contain one or more alkaline earth metals, in which case the alkaline earth metal or metals in the porous oxide coating composition and in impregnation medium may be the same or different.
Третья зона каталитического покрытия из пористого оксида (обозначенная 3) образована на ее втором (или выпускном (O)) конце вторым концом подложки и имеет осевую длину L6. Первый конец, т.е. ближайший к первому (или впускному (I)) концу подложки, третьей зоны (3) каталитического покрытия из пористого оксида, описан выше в настоящем документе как (17).The third zone of the porous oxide catalytic coating (denoted 3) is formed at its second (or outlet (O)) end by the second end of the substrate and has an axial length L 6 . First end, i.e. closest to the first (or inlet (I)) end of the substrate, the third zone (3) of the porous oxide catalytic coating, described above in this document as (17).
Из конфигурации, показанной на Фиг. 2 и из приведенного выше в настоящем документе описания, можно видеть, что каждая зона каталитического покрытия из пористого оксида может быть частично образована только частью осевой длины слоя каталитического покрытия из пористого оксида. Таким образом, нижележащий материал-подложка из жаростойкого оксида металла присутствует в зоне каталитического покрытия из пористого оксида, частью которой является слой каталитического покрытия из пористого оксида. Из этого следует, что если зона каталитического покрытия из пористого оксида имеет перекрытие слоев каталитического покрытия из пористого оксида, то материал-подложка из жаростойкого оксида металла в зоне каталитического покрытия из пористого оксида, образованной в результате перекрытия, содержит подложку из жаростойкого оксида металла в каждом из слоев каталитического покрытия из пористого оксида, присутствующих в месте перекрытия. Таким образом, если материал-подложка из жаростойкого оксида металла в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида в зоне перекрытия отличается от материала-подложки из жаростойкого оксида металла во втором слое каталитического покрытия из пористого оксида, в зоне перекрытия каталитических покрытий из пористого оксида в целом будут присутствовать два (или более) материала-подложки из жаростойкого оксида металла. Несомненно, также возможно, что отдельный слой каталитического покрытия из пористого оксида будет содержать два или более различных материала-подложки из жаростойкого оксида металла, и в этом случае зона каталитического покрытия из пористого оксида, образованная из одного этого слоя каталитического покрытия из пористого оксида, будет содержать два или более различных материала-подложки из жаростойкого оксида металла. Аналогичным образом, если материал-подложка из жаростойкого оксида металла является одинаковым в каждом из двух слоев каталитического покрытия из пористого оксида, которые образуют зону каталитического покрытия из пористого оксида на подложке посредством перекрытия, в зоне каталитического покрытия из пористого оксида будет присутствовать только один материал-подложка из жаростойкого оксида металла.From the configuration shown in Fig. 2 and from the description above herein, it can be seen that each porous oxide catalytic coating zone may be partially formed by only a portion of the axial length of the porous oxide catalytic coating layer. Thus, the underlying refractory metal oxide substrate material is present in the porous oxide catalytic coating zone of which the porous oxide catalytic coating layer is a part. It follows that if the porous oxide catalytic coating zone has an overlap of porous oxide catalytic coating layers, then the refractory metal oxide substrate material in the porous oxide catalytic coating zone formed as a result of the overlap comprises a refractory metal oxide substrate in each from porous oxide catalytic coating layers present at the overlap. Thus, if the refractory metal oxide substrate material in the first porous oxide catalytic coating layer in the overlap zone is different from the refractory metal oxide substrate material in the second porous oxide catalytic coating layer, in the overlap zone of porous oxide catalytic coatings as a whole two (or more) refractory metal oxide substrate materials will be present. It is, of course, also possible for a single porous oxide catalytic coating layer to comprise two or more different refractory metal oxide substrate materials, in which case the porous oxide catalytic coating zone formed from this single porous oxide catalytic coating layer would be contain two or more different heat-resistant metal oxide substrate materials. Similarly, if the refractory metal oxide substrate material is the same in each of the two porous oxide catalytic coating layers that form the porous oxide catalytic coating zone on the substrate by overlapping, only one material will be present in the porous oxide catalytic coating zone. heat-resistant metal oxide substrate.
Конфигурация, показанная на Фиг. 3, аналогична показанной на Фиг. 2 и описанной выше в настоящем документе, за исключением того, что осевая длина L1 первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида (обозначена 1) представляет собой меньшую длину одного первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида, образованную, например, путем пропитки меньшей длины (8) подложки (5), покрытой первым слоем каталитического покрытия (6) из пористого оксида, относительно высокой концентрацией водного раствора одной или более солей металла платиновой группы и необязательно также солей одного или более щелочноземельных металлов. В данном варианте осуществления вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида (обозначенная 2) образована на первом конце, т.е. ближайшем к первому или впускному концу подложки, вторым концом (21) первой зоны 1 каталитического покрытия из пористого оксида, например, протяженностью пропитки (8) первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида, а на втором конце - первым концом (23) области перекрытия первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида с нижележащим вторым слоем (7) каталитического покрытия из пористого оксида, ближайшим к впускному концу (I). Характер общей нагрузки металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида, которая превышает общую нагрузку металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида, обеспечивают, например, путем пропитки нижележащего первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида, который содержит один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, с относительно высокой концентрацией одного или более металлов платиновой группы. Такая пропиточная среда также может включать водные соли одного или более щелочноземельных металлов.The configuration shown in Fig. 3 is similar to that shown in FIG. 2 and described above herein, except that the axial length L 1 of the first zone of the porous oxide catalytic coating (denoted 1) is the smaller length of one first layer (6) of the porous oxide catalytic coating, formed, for example, by impregnation a shorter length (8) of the substrate (5) coated with a first layer of catalytic porous oxide coating (6) with a relatively high concentration of an aqueous solution of one or more platinum group metal salts and optionally also salts of one or more alkaline earth metals. In this embodiment, a second porous oxide catalytic coating zone (denoted 2) is formed at the first end, i. closest to the first or inlet end of the substrate, the second end (21) of the
В соответствии с определением изобретения, третий слой каталитического покрытия из пористого оксида (обозначенный 3) образован на его втором (или выпускном (O)) конце вторым концом подложки. Таким образом, в варианте осуществления, показанном на Фиг. 3, зона, состоящая из места перекрытия первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя (7) каталитического покрытия из пористого оксида, который расположен в осевом направлении между второй зоной (2) каталитического покрытия из пористого оксида и третьей зоной (3) каталитического покрытия из пористого оксида, пронумерована как четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида и обозначена на Фиг. 3 цифрой «4». На Фиг. 3 видно, что осевая длина первого слоя (6) покрытия из пористого оксида представляет собой сумму осевых длин первой (1), второй (2) и четвертой (4) зон каталитического покрытия из пористого оксида. Кроме того, видно, что осевая длина зоны 2 представляет собой общую осевую длину L3 первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида за вычетом осевой длины зоны перекрытия, зоны 4, т.е. эквивалентна L5 и длине L1 первой зоны 1 каталитического покрытия из пористого оксида. Осевая длина зоны 3 образована на ее втором (выпускном (O) или нижнем по потоку конце) вторым концом подложки и имеет осевую длину L6.In accordance with the definition of the invention, the third porous oxide catalytic coating layer (denoted 3) is formed at its second (or outlet (O)) end by the second end of the substrate. Thus, in the embodiment shown in FIG. 3, a zone consisting of an overlapping point of the first porous oxide catalytic coating layer (6) and the second porous oxide catalytic coating layer (7), which is located in the axial direction between the second zone (2) of the porous oxide catalytic coating and the third zone ( 3) of the porous oxide catalytic coating is numbered as the fourth zone of the porous oxide catalytic coating and is indicated in FIG. 3 with the number "4". On FIG. 3 that the axial length of the first porous oxide coating layer (6) is the sum of the axial lengths of the first (1), second (2), and fourth (4) zones of the porous oxide catalytic coating. In addition, it can be seen that the axial length of
Конфигурации, показанные на Фиг. 4 и 5 (композитные катализаторы окисления 18 и 20 соответственно), аналогичны показанным на Фиг. 2 и 3 соответственно, за исключением того, что в вариантах осуществления, показанных на Фиг. 4 и 5, первый слой (6) покрытия из пористого оксида, содержащий первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла и нанесенные на него один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и необязательно один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, наносят на проточный монолит (5) подложки с сотовой структурой, начиная от впускного конца (I) до длины L3. Подложку, покрытую первым слоем (6) каталитического покрытия из пористого оксида, затем саму покрывают вторым слоем (7) каталитического покрытия из пористого оксида (т.е. до длины, где L4<1), начиная от противоположного конца подложки (5), соответствующего выпускному концу (O), и до места, от которого первый слой (6) каталитического покрытия из пористого оксида нанесен на подложку (5). Осевая длина покрытия для второго слоя (7) каталитического покрытия из пористого оксида меньше общей осевой длины L подложки, но ее достаточно для перекрытия с первым слоем (6) каталитического покрытия из пористого оксида с образованием области, в которой второй (7) и первый (6) слой каталитического покрытия из пористого оксида присутствуют в двухслойной зоне. Во избежание повторения заявитель отсылает читателя к разъяснениям, приведенных выше в настоящем документе в отношении описания длины осевых зон, определений границ зон, общей нагрузки металлами платиновой группы в зонах, описания материала-подложки из жаростойкого оксида металла в зонах и т.д. по аналогии.The configurations shown in Fig. 4 and 5 (
На Фиг. 6 представлено схематическое изображение одного слоя, такого как слой первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, в соответствии с вариантами осуществления изобретения, который имеет равномерное или однородное распределение первого металла платиновой группы (например, металла 1 платиновой группы, обозначен Д) и неравномерное (т.е. неоднородное) распределение второго металла платиновой группы (например, металла 2 платиновой группы, обозначен ○).On FIG. 6 is a schematic representation of one layer, such as the layer of the first zone of a porous oxide catalytic coating, in accordance with embodiments of the invention, which has a uniform or uniform distribution of the first platinum group metal (for example,
На Фиг. 7 представлено схематическое изображение, показывающее равномерное распределение двух металлов платиновой группы (например, металла 1 платиновой группы, обозначен Д, и металла 2 платиновой группы, обозначен ○) в вариантах осуществления однослойной зоны каталитического покрытия из пористого оксида изобретения.On FIG. 7 is a schematic diagram showing the uniform distribution of two platinum group metals (e.g.,
На Фиг. 8A–D показаны различные конструкции системы, содержащей композитные катализаторы окисления в соответствии с первым аспектом изобретения, такие как любые из описанных на каждой из Фиг. 1–5 включительно.On FIG. 8A-D show various system designs containing composite oxidation catalysts in accordance with the first aspect of the invention, such as any of those described in each of FIGS. 1–5 inclusive.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
Во избежание сомнений следует уточнить, что композитный катализатор окисления, описанный в настоящем документе, называется «катализатором окисления», поскольку он может окислять загрязняющие вещества в отработавшем газе во время нормальной операции сжигания обедненной смеси в двигателе с воспламенением от сжатия, в результате чего образуется обедненный отработавший газ, в основном монооксид углерода и несгоревшие углеводороды. Композитный катализатор окисления также может окислять монооксид азота в отработавшем газе до диоксида азота для стимуляции последующей каталитической активности, например эффекта CRT®, и/или стимуляции реакции селективного каталитического восстановления, и такую окислительную активность NO можно усилить за счет использования особенностей одного или более зависимых пунктов формулы изобретения, прилагаемых к настоящему документу. Поскольку такой катализатор предпочтительно используют для очистки отработавших газов, образуемых дизельным двигателем с воспламенением от сжатия, он также может называться «дизельным катализатором окисления». Однако иногда композитный катализатор окисления в соответствии с настоящим изобретением предназначен для генерации экзотермического эффекта с использованием дополнительных углеводородов, введенных в отработавший газ, в результате чего нагревается расположенный ниже по потоку фильтр твердых частиц и осуществляется его регенерация (т.е. сжигание захваченной им сажи (активная регенерация)).For the avoidance of doubt, the composite oxidation catalyst described herein is referred to as an "oxidation catalyst" because it can oxidize contaminants in the exhaust gas during normal lean burn operation in a compression ignition engine, resulting in a lean exhaust gas, mainly carbon monoxide and unburned hydrocarbons. The composite oxidation catalyst can also oxidize the nitrogen monoxide in the exhaust gas to nitrogen dioxide to promote subsequent catalytic activity, such as a CRT® effect, and/or promote a selective catalytic reduction reaction, and such NO oxidizing activity can be enhanced by exploiting the features of one or more dependent claims. the claims appended to this document. Since such a catalyst is preferably used for purifying exhaust gases generated by a compression ignition diesel engine, it may also be referred to as a "diesel oxidation catalyst". However, sometimes the composite oxidation catalyst of the present invention is designed to generate an exothermic effect using additional hydrocarbons introduced into the exhaust gas, which heats the downstream particulate filter and regenerates it (i.e., burns off the soot it has trapped ( active regeneration.
Активность композитного катализатора окисления не ограничивается реакциями окисления, хотя катализатор окисления должен быть способен окислять один или более загрязняющих веществ в отработавшем газе двигателя с воспламенением от сжатия во время нормальной операции сжигания обедненной смеси. Например, в соответствующих условиях катализатор окисления может быть дополнительно способен осуществлять реакцию восстановления, такую как восстановление оксидов азота (NOx), с использованием углеводорода в отработавшем газе в качестве восстановителя (так называемый катализ NOx для условий обедненной смеси, катализ DeNOx или углеводороды-SCR) и/или могут быть способны временно хранить одно или более загрязняющих веществ из отработавшего газа, например временно адсорбировать NOx и/или углеводороды. Во избежание дополнительных сомнений следует отметить, что применение композитного катализатора окисления для генерации экзотермического эффекта с использованием дополнительного углеводородного топлива, впрыскиваемого в отработавший газ, не является «нормальным использованием» (см. описание частоты регенераций в разделе «Предпосылки создания изобретения» выше в настоящем документе). Таким образом, «нормальная операция сжигания обедненной смеси» представляет собой период между событиями генерации экзотермического эффекта.The activity of the composite oxidation catalyst is not limited to oxidation reactions, although the oxidation catalyst must be capable of oxidizing one or more contaminants in the exhaust gas of a compression ignition engine during normal lean burn operation. For example, under appropriate conditions, the oxidation catalyst may be further capable of carrying out a reduction reaction, such as the reduction of oxides of nitrogen (NO x ), using a hydrocarbon in the exhaust gas as a reducing agent (so-called NO x catalysis for lean conditions, DeNO x catalysis, or hydrocarbons). -SCR) and/or may be capable of temporarily storing one or more pollutants from the exhaust gas, such as temporarily adsorbing NOx and/or hydrocarbons. For the avoidance of further doubt, it should be noted that the use of a composite oxidation catalyst to generate an exothermic effect using additional hydrocarbon fuel injected into the exhaust gas is not "normal use" (see the description of the frequency of regenerations in the "Background of the Invention" section above in this document ). Thus, a "normal lean burn operation" is the period between exothermic generation events.
Что касается окислительной активности NO, композитный катализатор окисления в целом предпочтительно стимулирует окисление NO в течение периода, составляющего >10% диапазона рабочих режимов катализатора окисления во время нормального использования, например >20%, >30%, >40% или >50%. Это заметно отличается от катализатора окисления, описанного в публикации WO 2009/076574, который обсуждался выше в настоящем документе, причем дизельный катализатор окисления по существу не производит дополнительного количества NO2 в поток отработавшего газа после его прохождения через дизельный катализатор окисления в течение периода, составляющего около 90% диапазона рабочих режимов дизельного катализатора окисления. Композитный катализатор окисления в соответствии с настоящим изобретением осуществляет это за счет включения в него по меньшей мере одной зоны катализатора окисления, имеющей массовое соотношение платины и палладия >1, например >1,5 : 1 или >2 : 1, необязательно только платины в качестве единственного металла платиновой группы, присутствующего в этой конкретной зоне, т.е. массовое соотношение платины и палладия составляет 1 : 0 (или «бесконечность» (∞)). В случае зон каталитического покрытия из пористого оксида, отличных от первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, такие другие зоны необязательно могут демонстрировать повышенное окисление NO, когда в зоне или зонах, отличных от первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, присутствует меньшая нагрузка щелочноземельным металлом или по существу отсутствует щелочноземельный металл.With respect to NO oxidative activity, the overall oxidation catalyst composite preferably promotes NO oxidation for a period of >10% of the operating range of the oxidation catalyst during normal use, such as >20%, >30%, >40%, or >50%. This differs markedly from the oxidation catalyst described in WO 2009/076574 discussed above herein, wherein the diesel oxidation catalyst substantially produces no additional NO 2 to the exhaust gas stream after it has passed through the diesel oxidation catalyst for a period of about 90% of the operating range of the diesel oxidation catalyst. The composite oxidation catalyst of the present invention accomplishes this by including at least one oxidation catalyst zone having a weight ratio of platinum to palladium >1, such as >1.5:1 or >2:1, optionally only platinum as the only platinum group metal present in that particular zone, i.e. the mass ratio of platinum and palladium is 1 : 0 (or "infinity" (∞)). In the case of porous oxide catalytic coating zones other than the first porous oxide catalytic coating zone, such other zones may optionally exhibit increased NO oxidation when a lower alkaline earth metal load is present in the zone or zones other than the first porous oxide catalytic coating zone. or essentially no alkaline earth metal.
В соответствии с первым аспектом вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида может быть образована на ее втором конце вторым концом подложки. Таким образом, композитный катализатор окисления в целом содержит две зоны каталитического покрытия из пористого оксида (см., например, конфигурацию, показанную на Фиг. 1).According to a first aspect, a second porous oxide catalytic coating zone may be formed at its second end by a second end of the substrate. Thus, the composite oxidation catalyst generally comprises two porous oxide catalytic coating zones (see, for example, the configuration shown in FIG. 1).
К способам получения такого катализатора, имеющего две зоны каталитического покрытия из пористого оксида, относится способ в соответствии с шестым аспектом изобретения, в котором на этапе (a) каталитическое покрытие из пористого оксида проходит вдоль всей длины L подложки. Следует понимать, что в этом способе первый материал-подложка из жаростойкого оксида металла аналогичен второму материалу-подложке из жаростойкого оксида металла. В альтернативном варианте осуществления композитный катализатор окисления, показанный на Фиг. 1, может быть получен или может быть выполнен с возможностью получения путем нанесения на подложку (5) в любом порядке с ее первого конца первого каталитического слоя из пористого оксида с формированием первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, и содержащего первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла, два или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий, и один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, на осевую длину L1 (см. элемент, обозначенный 9 на Фиг. 1); и второго, другого каталитического слоя из пористого оксида, содержащего второй материал-подложку из жаростойкого оксида металла, один или более вторых металлов платиновой группы и необязательно один или более вторых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, для формирования второй зоны катализатора окисления (см. элемент, обозначенный номером 11) на осевую длину L2, так что второй конец (13) первого каталитического слоя (9) из пористого оксида и первый конец (15) второго (11) каталитического слоя покрытия из пористого оксида примыкают друг к другу без перекрытия между первым и вторым слоями покрытия из пористого оксида. В последнем способе получения варианта осуществления, показанного на Фиг. 1, следует понимать, что осевая длина первой зоны L1 каталитического покрытия из пористого оксида равна или по существу равна осевой длине первого каталитического слоя (9) покрытия из пористого оксида; а осевая длина второй зоны L2 каталитического покрытия из пористого оксида равна или по существу равна осевой длине второй зоны L2 каталитического покрытия из пористого оксида. Дополнительная информация о способах получения двухзонного композитного катализатора окисления в соответствии с первым аспектом изобретения приведена выше в настоящем документе применительно к Фиг. 1.Methods for producing such a catalyst having two zones of porous oxide catalytic coating include the method according to the sixth aspect of the invention, wherein in step (a) the porous oxide catalytic coating extends along the entire length L of the substrate. It should be understood that in this method, the first refractory metal oxide substrate material is similar to the second refractory metal oxide substrate material. In an alternative embodiment, the composite oxidation catalyst shown in FIG. 1 can be obtained or can be made possible to obtain by depositing on the substrate (5) in any order from its first end the first porous oxide catalytic layer to form the first zone of the porous oxide catalytic coating, and containing the first substrate material of heat-resistant metal oxide, two or more platinum group metal components containing both platinum and palladium, and one or more alkaline earth metal components over an axial length L 1 (see element labeled 9 in FIG. 1) ; and a second, different porous oxide catalytic layer comprising a second refractory metal oxide support material, one or more second platinum group metals, and optionally one or more second alkaline earth metal components to form a second oxidation catalyst zone (see element 11) by an axial length L 2 , so that the second end (13) of the first porous oxide catalytic layer (9) and the first end (15) of the second (11) porous oxide coating catalytic layer are adjacent to each other without overlapping between first and second porous oxide coating layers. In the latter method for obtaining the embodiment shown in FIG. 1, it should be understood that the axial length of the first zone L 1 of the catalytic porous oxide coating is equal to or substantially equal to the axial length of the first catalytic layer (9) of the porous oxide coating; and the axial length of the second zone L 2 of the catalytic porous oxide coating is equal to or substantially equal to the axial length of the second zone L 2 of the catalytic porous oxide coating. Further information on methods for preparing a two-zone composite oxidation catalyst in accordance with the first aspect of the invention is given above in this document with reference to FIG. one.
В альтернативном варианте осуществления в соответствии с первым аспектом композитный катализатор окисления может содержать три или более зон каталитического покрытия из пористого оксида, причем третья зона каталитического покрытия из пористого оксида, содержащая третий материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, образована на ее втором конце вторым концом подложки, и при этом общая нагрузка металлами платиновой группы в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида, выраженная в граммах металла платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3), меньше общей нагрузки металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида.In an alternative embodiment according to the first aspect, the composite oxidation catalyst may comprise three or more porous oxide catalytic coating zones, wherein a third porous oxide catalytic coating zone comprising a third refractory metal oxide support material and one or more components deposited thereon , which is a platinum group metal, is formed at its second end by the second end of the substrate, and the total load of platinum group metals in the third zone of the porous oxide catalytic coating, expressed in grams of platinum group metal per cubic foot of support volume (g/ft 3 ) , less than the total load of platinum group metals in the second zone of the porous oxide catalytic coating.
Композитный катализатор окисления в соответствии с первым аспектом изобретения может содержать четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, причем четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида расположена между второй зоной каталитического покрытия из пористого оксида и третьей зоной каталитического покрытия из пористого оксида, причем четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит четвертый материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и образована на первом конце вторым концом второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, а на втором конце - первым концом третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом общая нагрузка металлами платиновой группы в четвертой зоне каталитического покрытия из пористого оксида, выраженная в граммах металла платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3), больше общей нагрузки металлами платиновой группы в каждой из второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида и третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида.The composite oxidation catalyst according to the first aspect of the invention may comprise four porous oxide catalytic coating zones, wherein the fourth porous oxide catalytic coating zone is located between the second porous oxide catalytic coating zone and the third porous oxide catalytic coating zone, the fourth catalytic coating zone from porous oxide contains a fourth material-substrate of heat-resistant metal oxide and one or more components deposited on it, representing a platinum group metal, and is formed at the first end by the second end of the second zone of the porous oxide catalytic coating, and at the second end by the first end of the third porous oxide catalytic coating zone, and wherein the total platinum group metal load in the fourth porous oxide catalytic coating zone, expressed in grams of platinum group metal per cubic foot of substrate volume (g/ft 3 ), is greater than the total load of platinum group metals in each of the second porous oxide catalytic coating zone and the third porous oxide catalytic coating zone.
Предпочтительно, чтобы композитный катализатор окисления в соответствии с первым аспектом изобретения содержал четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, причем композитный катализатор окисления содержит первый слой каталитического покрытия из пористого оксида и второй слой каталитического покрытия из пористого оксида, при этом первый слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, имеет длину L3, причем L3<L, и образован на одном конце первым концом подложки; а второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, имеет длину L4, причем L4<L, и образован на втором конце вторым концом подложки, при этом четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит двухслойную область перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом третья зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один слой второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, который не образован из области перекрытия. Способы получения такого композитного катализатора окисления описаны выше в настоящем документе со ссылкой на варианты осуществления, показанные на Фиг. 3 и 5, и с дополнительной ссылкой на варианты осуществления, показанные на Фиг. 2 и 4, и связанные с ними описания.Preferably, the oxidation catalyst composite according to the first aspect of the invention comprises four porous oxide catalytic coating zones, wherein the composite oxidation catalyst comprises a first porous oxide catalytic coating layer and a second porous oxide catalytic coating layer, wherein the first porous oxide catalytic coating layer the oxide comprises a heat-resistant metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components deposited thereon, has a length L 3 , with L 3 <L, and is formed at one end by the first end of the substrate; and the second porous oxide catalytic coating layer comprises a heat-resistant metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components deposited thereon, has a length L 4 , where L 4 <L, and is formed at the second end by the second end of the substrate , wherein the fourth zone of the porous oxide catalytic coating contains a two-layer region of overlap of the first layer of the porous oxide catalytic coating and the second layer of the porous oxide catalytic coating, and the third zone of the porous oxide catalytic coating contains one layer of the second layer of the porous oxide catalytic coating A that is not formed from the overlap region. Methods for making such a composite oxidation catalyst are described above herein with reference to the embodiments shown in FIG. 3 and 5, and with additional reference to the embodiments shown in FIG. 2 and 4 and related descriptions.
Композитный катализатор окисления, содержащий три зоны каталитического покрытия из пористого оксида, может содержать третью зону каталитического покрытия из пористого оксида, образованную на ее первом конце вторым концом второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида (см., например, конфигурации, показанные на Фиг. 2 и 4).The composite oxidation catalyst comprising three porous oxide catalytic coating zones may have a third porous oxide catalytic coating zone formed at its first end by a second end of the second porous oxide catalytic coating zone (see, for example, the configurations shown in FIG. 2 and 4).
Такой композитный катализатор окисления может содержать первый слой каталитического покрытия из пористого оксида и второй слой каталитического покрытия из пористого оксида, причем первый слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, имеет длину L3, при этом L3<L, и образован на одном конце первым концом подложки; и второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, имеет длину L4, причем L4<L и образован на втором конце вторым концом подложки, при этом вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит двухслойную область перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом третья зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один слой второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, который не образован из области перекрытия.Such a composite oxidation catalyst may comprise a first porous oxide catalytic coating layer and a second porous oxide catalytic coating layer, wherein the first porous oxide catalytic coating layer comprises a refractory metal oxide support material and one or more supported metal components. platinum group, has a length L 3 with L 3 <L, and is formed at one end by the first end of the substrate; and the second porous oxide catalytic coating layer comprises a heat-resistant metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components deposited thereon, has a length L 4 , with L 4 <L and is formed at the second end by the second end of the substrate, wherein the second porous oxide catalytic coating zone comprises a two-layer overlapping region of the first porous oxide catalytic coating layer and the second porous oxide catalytic coating layer, and the third porous oxide catalytic coating zone comprises one layer of the second porous oxide catalytic coating layer, which is not formed from the overlap area.
В конфигурациях из трех и четырех зон, описанных выше в настоящем документе, предпочтительно, чтобы один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида состоял по существу из платины. Следует понимать, что если один или более металлов платиновой группы в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида состоят по существу из платины, то в конфигурациях, предусматривающих перекрытие первого и второго слоев каталитического покрытия из пористого оксида, второй слой каталитического покрытия из пористого оксида, который образует третью зону каталитического покрытия из пористого оксида, также состоит по существу из платины.In the three and four zone configurations described herein above, it is preferred that one or more platinum group metal components in the third zone of the porous oxide catalytic coating consist essentially of platinum. It should be understood that if one or more of the platinum group metals in the third zone of the porous oxide catalytic coating consist essentially of platinum, then in configurations involving overlapping of the first and second porous oxide catalytic coating layers, the second porous oxide catalytic coating layer, which forms the third zone of the porous oxide catalytic coating, also consists essentially of platinum.
Дополнительно следует понимать, что в композитных катализаторах окисления, имеющих две зоны, как описано в настоящем документе, вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида может содержать один или более щелочноземельных металлов, таких как барий и/или стронций, предпочтительно барий.Additionally, it should be understood that in composite oxidation catalysts having two zones as described herein, the second zone of the porous oxide catalytic coating may contain one or more alkaline earth metals such as barium and/or strontium, preferably barium.
Следует также понимать, что в композитных катализаторах окисления, имеющих три зоны, как описано в настоящем документе, каждая из второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида или и второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, и третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида может содержать один или более щелочноземельных металлов, таких как барий и/или стронций, предпочтительно барий.It should also be understood that in composite oxidation catalysts having three zones as described herein, each of a second porous oxide catalytic coating zone, a third porous oxide catalytic coating zone, or both a second porous oxide catalytic coating zone, and a third zone The porous oxide catalytic coating may contain one or more alkaline earth metals such as barium and/or strontium, preferably barium.
Дополнительно следует понимать, что в композитных катализаторах окисления, имеющих четыре зоны, как описано в настоящем документе, каждая из второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида и/или четвертой зоны каталитического покрытия из пористого оксида может содержать один или более щелочноземельных металлов, таких как барий и/или стронций, предпочтительно барий.It is further to be understood that in composite oxidation catalysts having four zones as described herein, each of the second porous oxide catalytic coating zone, the third porous oxide catalytic coating zone, and/or the fourth porous oxide catalytic coating zone may comprise one or more alkaline earth metals such as barium and/or strontium, preferably barium.
Дополнительно следует понимать, что в композитных катализаторах окисления, имеющих три или четыре зоны, как описано в настоящем документе, каждый из первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида, второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида и/или как первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида, так и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида может содержать один или более щелочноземельных металлов, таких как барий и/или стронций, предпочтительно барий.Additionally, it should be understood that in composite oxidation catalysts having three or four zones as described herein, each of the first porous oxide catalytic coating layer, the second porous oxide catalytic coating layer, and/or both the first porous oxide catalytic coating layer and the second porous oxide catalytic coating layer may contain one or more alkaline earth metals such as barium and/or strontium, preferably barium.
Способы получения трех- или четырехзонных композитных катализаторов окисления в соответствии с изобретением включают способ в соответствии с шестым аспектом изобретения, в котором на этапе (a) слой каталитического покрытия из пористого оксида представляет собой первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, который проходит от первого конца подложки до длины, меньшей, чем общая длина подложки, причем способ дополнительно включает стадию (a’) перед стадией (a) или после стадии (a), но в любом случае перед стадией (b) нанесения второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида на подложку от второго конца подложки на длину меньше общей длины подложки так, чтобы первый слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывал второй слой каталитического покрытия из пористого оксида или второй слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывал первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, причем второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, при этом следует понимать, что композиция металлов платиновой группы в зоне каталитического покрытия из пористого оксида, включающей два перекрывающихся слоя, включает сумму количеств металлов платиновой группы, присутствующих в каждом из двух перекрывающихся слоев зоны.Methods for producing three- or four-zone composite oxidation catalysts in accordance with the invention include a method in accordance with the sixth aspect of the invention, in which in step (a) the porous oxide catalytic coating layer is a first porous oxide catalytic coating layer that extends from the first end of the substrate to a length less than the total length of the substrate, the method further comprising step (a') before step (a) or after step (a), but in any case before step (b) of applying a second layer of porous oxide catalytic coating on the substrate from the second end of the substrate to a length less than the total length of the substrate so that the first porous oxide catalytic coating layer partially overlaps the second porous oxide catalytic coating layer or the second porous oxide catalytic coating layer partially overlaps the first porous oxide catalytic coating layer, and the second catalytic coating layer The porous oxide coating comprises a refractory metal oxide support material and one or more platinum group metal components, it being understood that the composition of the platinum group metals in the porous oxide catalytic coating zone comprising two overlapping layers includes the sum of the amounts platinum group metals present in each of the two overlapping layers of the zone.
Если описанный выше способ применяют для получения композитного катализатора окисления в соответствии с изобретением, имеющего три или более зоны, следует понимать, что осевая длина L1 на стадии пропитки может определять количество зон каталитического покрытия из пористого оксида, присутствующих вдоль осевой длины подложки. Это дополнительно разъясняется со ссылкой на Фиг. 2, 3, 4 и 5 в настоящем документе.If the method described above is used to prepare a composite oxidation catalyst according to the invention having three or more zones, it should be understood that the axial length L 1 in the impregnation step may determine the number of porous oxide catalytic coating zones present along the axial length of the substrate. This is further explained with reference to FIG. 2, 3, 4 and 5 in this document.
Если L1 меньше осевой длины между первым концом подложки и первым концом второго каталитического покрытия из пористого оксида, представляющего собой конец области перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, ближайшего к первому концу подложки, вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один слой первого каталитического покрытия из пористого оксида, образованный на одном конце вторым концом первой зоны L1 каталитического покрытия из пористого оксида, а на втором конце - первым концом области перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, ближайшего к первому концу подложки. В этом случае четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида образована первым концом области перекрытия первого и второго слоев покрытия из пористого оксида, ближайших к первому концу подложки, причем нагрузка металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида (г/фут3) > четвертой зоны каталитического покрытия из пористого оксида > второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида. Третья зона каталитического покрытия из пористого оксида образована на втором конце концом подложки, противоположным концу подложки, от которого проходит первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, а на первом конце - концом области перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, ближайшим к концу, от которого проходит второй слой каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. также соответствует второму концу четвертой зоны каталитического покрытия из пористого оксида. Конструкция представлена на Фиг. 3 и 5 в настоящем документе.If L 1 is less than the axial length between the first end of the substrate and the first end of the second porous oxide catalytic coating, which is the end of the overlap region of the first porous oxide catalytic coating layer and the second porous oxide catalytic coating layer closest to the first end of the substrate, the second catalytic zone The porous oxide coating comprises one layer of the first porous oxide catalytic coating formed at one end by the second end of the first porous oxide catalytic coating zone L a coating of porous oxide closest to the first end of the substrate. In this case, the fourth porous oxide catalytic coating zone is formed by the first end of the overlap region of the first and second porous oxide coating layers closest to the first end of the substrate, wherein the platinum group metal loading in the first porous oxide catalytic coating zone (g/ft 3 ) > fourth porous oxide catalytic coating zone > second porous oxide catalytic coating zone. The third porous oxide catalytic coating zone is formed at the second end by the end of the substrate opposite to the end of the substrate from which the first porous oxide catalytic coating layer extends, and at the first end by the end of the overlap region of the first porous oxide catalytic coating layer and the second catalytic coating layer of porous oxide closest to the end from which the second porous oxide catalytic coating extends, i. e. also corresponds to the second end of the fourth zone of the porous oxide catalytic coating. The design is shown in Fig. 3 and 5 in this document.
Причем длина L1 совпадает с осевой длиной одного слоя первого каталитического покрытия из пористого оксида, проходящего от первого конца подложки до места, где первый слой каталитического покрытия из пористого оксида входит в область перекрытия со второй зоной каталитического покрытия из пористого оксида, причем катализатор окисления в целом содержит три аксиально расположенные зоны каталитического покрытия из пористого оксида, которые можно последовательно нумеровать от первого конца подложки как первую, вторую и третью зоны каталитического покрытия из пористого оксида.Moreover, the length L 1 coincides with the axial length of one layer of the first porous oxide catalytic coating extending from the first end of the substrate to the place where the first porous oxide catalytic coating layer enters the overlap region with the second zone of the porous oxide catalytic coating, and the oxidation catalyst in generally contains three axially located porous oxide catalytic coating zones, which can be sequentially numbered from the first end of the substrate as the first, second and third porous oxide catalytic coating zones.
В альтернативном варианте осуществления катализатор окисления, имеющий три или более зоны каталитического покрытия из пористого оксида в соответствии с изобретением, может быть изготовлен в соответствии со способом получения катализатора окисления согласно шестому аспекту изобретения с двумя зонами каталитического покрытия из пористого оксида, описанными выше в настоящем документе, следующим образом. Во-первых, на подложку наносят первый слой каталитического покрытия из пористого оксида вдоль всей его длины L. Во-вторых, второй слой каталитического покрытия из пористого оксида, содержащий материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, можно наносить от первого конца подложки поверх первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида до осевой длины, меньшей, чем общая длина подложки L или, в ином случае, первый слой каталитического покрытия из пористого оксида может быть пропитан с первого конца подложки раствором для пропитки, содержащим одну или более солей металлов платиновой группы и необязательно одну или более солей щелочноземельных металлов до длины, которая меньше общей длины L подложки. Второй слой каталитического покрытия из пористого оксида или пропитанный первый слой каталитического покрытия из пористого оксида частично образуют среднюю или вторую из трех зон каталитического покрытия из пористого оксида, расположенную в осевом направлении вдоль подложки. В-третьих, третий слой каталитического покрытия из пористого оксида, содержащий материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, представляющий собой первую зону L1 каталитического покрытия из пористого оксида, может быть покрыт от первого конца подложки поверх второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида (или иначе пропитан поверх пропитанного первого слоя покрытия из пористого оксида на длину зоны L1, соответствующую первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида) до осевой длины, которая меньше длины второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, или меньше осевой длины первой пропитки из второго этапа выше. Следует понимать, что содержание металлов платиновой группы в первой зоне L1 каталитического покрытия из пористого оксида предусматривает комбинацию композиции металлов платиновой группы нижележащего первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида, второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида или раствора для пропитки и третьего слоя каталитического покрытия из пористого оксида или раствора для пропитки при условии, что в L1 в целом комбинация слоев и растворов для пропитки содержит платину и палладий в массовом соотношении ≥1. Один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, могут присутствовать в покрытии из пористого оксида или на этапе пропитки при первой, второй и/или третьей стадиях нанесения.In an alternative embodiment, an oxidation catalyst having three or more porous oxide catalytic coating zones in accordance with the invention can be manufactured in accordance with the method for producing an oxidation catalyst according to the sixth aspect of the invention with two porous oxide catalytic coating zones described herein above. , in the following way. First, a first porous oxide catalytic coating layer is applied to the substrate along its entire length L. Secondly, a second porous oxide catalytic coating layer comprising a heat-resistant metal oxide substrate material and one or more group may be applied from the first end of the substrate over the first porous oxide catalytic coating layer to an axial length less than the overall length of the substrate L or alternatively, the first porous oxide catalytic coating layer may be impregnated from the first end of the substrate with the impregnation solution containing one or more platinum group metal salts and optionally one or more alkaline earth metal salts to a length that is less than the total length L of the substrate. The second porous oxide catalytic coating layer or the impregnated first porous oxide catalytic coating layer partially forms the middle or second of the three porous oxide catalytic coating zones axially along the substrate. Third, a third porous oxide catalytic coating layer comprising a heat-resistant metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components constituting the first zone L 1 of the porous oxide catalytic coating can be coated from the first end substrates over the second porous oxide catalytic coating layer (or otherwise impregnated over the impregnated first porous oxide coating layer for a zone length L 1 corresponding to the first porous oxide catalytic coating zone) to an axial length that is less than the length of the second porous oxide catalytic coating layer , or less than the axial length of the first impregnation from the second step above. It should be understood that the content of platinum group metals in the first zone L 1 of the porous oxide catalytic coating provides for a combination of the composition of the platinum group metals of the underlying first porous oxide catalytic coating layer, the second porous oxide catalytic coating layer or impregnation solution, and the third catalytic coating layer of porous oxide or impregnation solution, provided that in L 1 as a whole, the combination of layers and impregnation solutions contains platinum and palladium in a mass ratio of ≥1. One or more alkaline earth metal components may be present in the porous oxide coating or impregnation step of the first, second and/or third deposition steps.
Предпочтительно выполнять по меньшей мере третью стадию в качестве пропитки до длины L1, соответствующей стадии (b) из шестого аспекта изобретения. Это связано с тем, что множество наносимых друг на друга слоев покрытия уменьшают площадь поперечного сечения подложки, открытого во фронтальной области для прохождения газа и тем самым увеличивают противодавление в системе. Таким образом, предпочтительным является композитный катализатор окисления, в котором по меньшей мере одна зона каталитического покрытия из пористого оксида образована на стадии пропитки нижележащего слоя каталитического покрытия из пористого оксида, предпочтительно на третьей стадии, соответствующей образованию первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида.It is preferable to carry out at least the third stage as an impregnation to a length L 1 corresponding to stage (b) of the sixth aspect of the invention. This is due to the fact that a plurality of coating layers deposited on top of each other reduce the cross-sectional area of the substrate open in the frontal region for the passage of gas and thereby increase the back pressure in the system. Thus, a composite oxidation catalyst is preferred in which at least one porous oxide catalytic coating zone is formed in the step of impregnating the underlying layer of the porous oxide catalytic coating, preferably in the third step corresponding to the formation of the first porous oxide catalytic coating zone.
В процессе эксплуатации в системе выпуска отработавших газов двигателя транспортного средства с воспламенением от сжатия первый конец подложки катализатора окисления в соответствии с первым аспектом изобретения, содержащий первую зону каталитического покрытия из пористого оксида, ориентирован к верхней по потоку стороне, т.е. ближайшей к двигателю. Таким образом, первый конец подложки может быть определен как первый расположенный выше по потоку впускной конец подложки, а второй конец подложки может быть определен как второй расположенный ниже по потоку (или выпускной) конец подложки.During operation in the exhaust system of a compression ignition vehicle engine, the first end of the oxidation catalyst substrate according to the first aspect of the invention, comprising the first porous oxide catalytic coating zone, is oriented upstream, i. closest to the engine. Thus, the first end of the substrate may be defined as the first upstream inlet end of the substrate, and the second end of the substrate may be defined as the second downstream (or outlet) end of the substrate.
Нагрузка металлами платиновой группыLoading with platinum group metals
Как правило, каждая зона каталитического покрытия из пористого оксида в композитном катализаторе окисления в соответствии с настоящим изобретением содержит один или более; или два или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, выбранный из группы, состоящей из платины, палладия, родия, иридия, рутения и смеси или сплава любых двух или более из них, за исключением случая первой зоны покрытия из пористого оксида, которая в соответствии с первым аспектом изобретения содержит как платину, так и палладий в массовом соотношении платины и палладия ≥1. Если зона каталитического покрытия из пористого оксида, отличная от первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, содержит только один металл платиновой группы, он предпочтительно представляет собой платину, т.е. один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, состоит по существу из или состоит из платины.Generally, each porous oxide catalytic coating zone in the oxidation catalyst composite according to the present invention contains one or more; or two or more platinum group metal components selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and a mixture or alloy of any two or more of them, except in the case of a first porous oxide coating zone, which in according to the first aspect of the invention contains both platinum and palladium in a mass ratio of platinum and palladium ≥1. If the porous oxide catalytic coating zone other than the first porous oxide catalytic coating zone contains only one platinum group metal, it is preferably platinum, i. one or more platinum group metal components consist essentially of or consist of platinum.
В частности, два или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида и/или первом слое каталитического покрытия из пористого оксида содержат как платину, так и палладий, например два или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, состоят преимущественно из или состоят из платины и палладия. Предпочтительно единственными металлами платиновой группы, присутствующими в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида и/или первом слое каталитического покрытия из пористого оксида, являются платина и палладий. Следует понимать, что, если первый слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит как платину, так и палладий, любая зона каталитического покрытия из пористого оксида, включающая первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, также будет содержать как платину, так и палладий.In particular, two or more platinum group metal components in the first porous oxide catalytic coating zone and/or the first porous oxide catalytic coating layer contain both platinum and palladium, for example two or more platinum group metal components. , consist predominantly of or consist of platinum and palladium. Preferably, the only platinum group metals present in the first porous oxide catalytic coating zone and/or the first porous oxide catalytic coating layer are platinum and palladium. It should be understood that if the first porous oxide catalytic coating layer contains both platinum and palladium, any porous oxide catalytic coating zone including the first porous oxide catalytic coating layer will also contain both platinum and palladium.
Кроме того, предпочтительно, чтобы один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида содержал, т.е. преднамеренно содержал платину, например и платину, и палладий, или платина может быть единственным металлом платиновой группы, присутствующим во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида, например один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида состоят из платины; или более чем один компонент, представляющий собой металл платиновой группы, во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида состоит как из платины, так и из палладия. Необязательно содержание платины во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида составляет более 1 мас.% от общего количества металла, включая металлы платиновой группы и основные металлы (например, щелочноземельные металлы), нанесенные на материал-подложку из жаростойкого оксида металла в зоне. Эта особенность отличается от изложенной в публикации WO 2009/076574, приведенной выше в разделе «Предпосылки создания изобретения».It is further preferred that one or more of the platinum group metal components in the second zone of the porous oxide catalytic coating contain, i. e. intentionally contains platinum, e.g. both platinum and palladium, or platinum may be the only platinum group metal present in the second zone of the porous oxide catalytic coating, e.g. one or more platinum group metal components in the second zone of the porous oxide catalytic coating consist of platinum; or more than one platinum group metal component in the second zone of the catalytic porous oxide coating consists of both platinum and palladium. Optionally, the content of platinum in the second zone of the porous oxide catalytic coating is greater than 1 wt. % of the total amount of metal, including platinum group metals and base metals (e.g., alkaline earth metals) deposited on the refractory metal oxide substrate material in the zone. This feature differs from that set forth in WO 2009/076574, cited above in the "Background of the Invention" section.
Если подложка предпочтительно содержит три или более зоны каталитического покрытия из пористого оксида, третья зона каталитического покрытия из пористого оксида или второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит платину, т.е. намеренно содержит платину, например платину и палладий, или же платина может быть единственным металлом платиновой группы, присутствующим в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида или втором каталитическом слое покрытия из пористого оксида. Необязательно содержание платины в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида составляет более 1 мас.% от общего количества металла, включая металлы платиновой группы и основные металлы (например, щелочноземельные металлы), нанесенные на материал-подложку из жаростойкого оксида металла в зоне. Эта особенность отличается от изложенной в публикации WO 2009/076574, приведенной выше в разделе «Предпосылки создания изобретения».If the substrate preferably comprises three or more porous oxide catalytic coating zones, the third porous oxide catalytic coating zone or the second porous oxide catalytic coating layer contains platinum, i. intentionally contains platinum, such as platinum and palladium, or the platinum may be the only platinum group metal present in the third porous oxide catalytic coating zone or the second porous oxide catalytic coating layer. Optionally, the content of platinum in the third zone of the porous oxide catalytic coating is greater than 1 wt % of the total amount of metal, including platinum group metals and base metals (e.g., alkaline earth metals) deposited on the refractory metal oxide substrate material in the zone. This feature differs from that set forth in WO 2009/076574, cited above in the "Background of the Invention" section.
В предпочтительной конструкции платина представляет собой единственный металл платиновой группы во втором слое каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, во втором слое каталитического покрытия из пористого оксида состоят из платины (массовое соотношение P : Pd 1 : 0), поскольку эта характеристика обеспечивает более стабильное образование NO2 для работы каталитических функций ниже по потоку, в частности в конфигурациях, в которых второй слой каталитического покрытия из пористого оксида перекрывается с первым слоем каталитического покрытия из пористого оксида, как показано на Фиг. 4 и 5. Таким образом, для стабильной генерации NO2 предпочтительной является конфигурация, в которой один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, во втором слое каталитического покрытия из пористого оксида состоят из платины, причем второй слой каталитического покрытия из пористого оксида перекрывает первый слой каталитического покрытия из пористого оксида. В предпочтительных конструкциях, в которых платина является единственным металлом платиновой группы, присутствующим в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида или во втором слое каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. массовое соотношение Pt : Pd составляет 1 : 0, третья зона каталитического покрытия из пористого оксида или второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержат марганец (см. ниже в настоящем документе).In a preferred design, platinum is the only platinum group metal in the second porous oxide catalytic coating layer, i. one or more platinum group metal components in the second porous oxide catalytic coating layer are composed of platinum (weight ratio P : Pd 1 : 0), since this characteristic provides a more stable formation of NO 2 for the operation of downstream catalytic functions, in particular, in configurations in which the second porous oxide catalytic coating layer overlaps with the first porous oxide catalytic coating layer, as shown in FIG. 4 and 5. Thus, for stable NO 2 generation, a configuration is preferred in which one or more platinum group metal components in the second porous oxide catalytic coating layer are composed of platinum, the second porous oxide catalytic coating layer overlaying the first layer of porous oxide catalytic coating. In preferred constructions, in which platinum is the only platinum group metal present in the third zone of the porous oxide catalytic coating or in the second layer of the porous oxide catalytic coating, i. e. the mass ratio of Pt : Pd is 1 : 0, the third zone of the porous oxide catalytic coating or the second layer of the porous oxide catalytic coating contains manganese (see below in this document).
Предпочтительно вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит как платину, так и палладий, например более чем один компонент, представляющий собой металл платиновой группы, во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида состоит из платины и палладия, поскольку эта особенность улучшает контроль проскока углеводородов.Preferably, the second zone of the porous oxide catalytic coating contains both platinum and palladium, for example, more than one platinum group metal component in the second zone of the porous oxide catalytic coating consists of platinum and palladium, since this feature improves the control of hydrocarbon slippage.
Таким образом, в целом, чтобы провести отличие от изложения в публикации WO 2009/076574, приведенной выше в секции «Предпосылки создания изобретения», в любой зоне каталитического покрытия из пористого оксида, которая на своем втором конце образована вторым (выпускным) концом подложки, намеренно содержится платина, причем необязательно содержание платины в зоне каталитического покрытия из пористого оксида составляет более 1 мас.% от общего количества металла, включая металлы платиновой группы и основные металлы (например, щелочноземельные металлы), нанесенные на материал-подложку из жаростойкого оксида металла в зоне.Thus, in general, in contrast to the disclosure in WO 2009/076574, cited in the Background section above, in any zone of a porous oxide catalytic coating that is defined at its second end by the second (outlet) end of the substrate, intentionally contains platinum, and optionally the platinum content in the zone of the porous oxide catalytic coating is more than 1 wt.% of the total amount of metal, including platinum group metals and base metals (for example, alkaline earth metals) deposited on a substrate material of a heat-resistant metal oxide in zone.
Как правило, общая нагрузка металлами платиновой группы на подложке в целом (рассчитанная по элементарному металлу) составляет от 5 до 60 г/фут3, предпочтительно от 8 до 50 г/фут3 для применения в системах выпуска отработавших газов дизельного двигателя для работы в тяжелых условиях.Typically, the total load of platinum group metals on the substrate as a whole (calculated as elemental metal) is 5 to 60 g/ft 3 , preferably 8 to 50 g/ft 3 for heavy duty diesel engine exhaust systems. conditions.
Массовое соотношение Pt : Pd на подложке в целом (рассчитанное по элементарному металлу) предпочтительно составляет от 3 : 2 до 9 : 1, предпочтительно от 2 : 1 до 7 : 1, наиболее предпочтительно от 3 : 1 до 5 : 1.The weight ratio of Pt : Pd on the substrate as a whole (calculated as elemental metal) is preferably 3:2 to 9:1, preferably 2:1 to 7:1, most preferably 3:1 to 5:1.
Нагрузка металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида (рассчитанная по элементарному металлу) предпочтительно составляет менее 100 г/фут3, предпочтительно 25–75 г/фут3 и наиболее предпочтительно 35–65 г/фут3. Следует понимать, что первая зона каталитического покрытия из пористого оксида может иметь «нижележащую» нагрузку металлами платиновой группы в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида, по существу в одном слое первого каталитического покрытия из пористого оксида, который впоследствии пропитывают высококонцентрированным раствором солей металлов платиновой группы перед сушкой и прокаливанием. В результате первая зона каталитического покрытия из пористого оксида представляет собой комбинацию нагрузок металлами платиновой группы первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и раствора для пропитки.The load of platinum group metals in the first zone of the porous oxide catalytic coating (based on elemental metal) is preferably less than 100 g/ft 3 , preferably 25-75 g/ft 3 , and most preferably 35-65 g/ft 3 . It should be understood that the first porous oxide catalytic coating zone may have an "underlying" load of platinum group metals in the first porous oxide catalytic coating layer in substantially one layer of the first porous oxide catalytic coating, which is subsequently impregnated with a highly concentrated solution of platinum group metal salts. before drying and roasting. As a result, the first porous oxide catalytic coating zone is a combination of the platinum group metal loadings of the first porous oxide catalytic coating layer and the impregnation solution.
Нагрузка металлами платиновой группы во второй и последующих зонах каталитического покрытия из пористого оксида в целом, т.е. общее содержание металлов платиновой группы в зонах каталитического покрытия из пористого оксида, отличных от первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида (рассчитанное по элементарному металлу), может зависеть от используемого варианта осуществления. Таким образом, например, в вариантах осуществления, содержащих всего две зоны, как показано на Фиг. 1, общая нагрузка металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида предпочтительно составляет от 1 до 10 г/фут3.Loading with platinum group metals in the second and subsequent zones of the porous oxide catalytic coating as a whole, i.e. The total content of platinum group metals in the porous oxide catalytic coating zones other than the first porous oxide catalytic coating zone (calculated as elemental metal) may depend on the embodiment used. Thus, for example, in embodiments containing only two zones, as shown in FIG. 1, the total load of platinum group metals in the second zone of the porous oxide catalytic coating is preferably from 1 to 10 g/ft 3 .
Однако в вариантах осуществления, содержащих три зоны каталитического покрытия из пористого оксида, в которых вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит область перекрытия первого и второго слоев каталитического покрытия из пористого оксида (см., например, варианты осуществления на Фиг. 2 и 4), или в вариантах осуществления, содержащих четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, причем четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит область перекрытия первого и второго слоев каталитического покрытия из пористого оксида (см., например, варианты осуществления на Фиг. 3 и 5); общая нагрузка металлами платиновой группы во второй (или четвертой) зоне каталитического покрытия из пористого оксида может составлять от 10 до 40 г/фут3, предпочтительно от 15 до 35 г/фут3.However, in embodiments comprising three porous oxide catalytic coating zones, wherein the second porous oxide catalytic coating zone comprises an area of overlap of the first and second porous oxide catalytic coating layers (see, for example, the embodiments of FIGS. 2 and 4) , or in embodiments comprising four porous oxide catalytic coating zones, wherein the fourth porous oxide catalytic coating zone comprises an area of overlap of the first and second porous oxide catalytic coating layers (see, for example, the embodiments of FIGS. 3 and 5) ; the total load of platinum group metals in the second (or fourth) zone of the porous oxide catalytic coating may be from 10 to 40 g/ft 3 , preferably from 15 to 35 g/ft 3 .
В вариантах осуществления, содержащих три или четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, такие как показанные на любой из Фиг. 2–5 включительно, общая нагрузка металлами платиновой группы в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида может составлять от 1 до 30 г/фут3, предпочтительно от 5 до 20 г/фут3.In embodiments comprising three or four porous oxide catalytic coating zones, such as those shown in any of FIGS. 2-5 inclusive, the total load of platinum group metals in the third zone of the porous oxide catalytic coating can be from 1 to 30 g/ft 3 , preferably from 5 to 20 g/ft 3 .
В вариантах осуществления, содержащих четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, например показанных на Фиг. 3 или 5, общая нагрузка металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида может составлять от 1 до 30 г/фут3, предпочтительно от 5 до 20 г/фут3. Однако суммарная нагрузка покрытия из пористого оксида во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида всегда выше, чем в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида.In embodiments comprising four porous oxide catalytic coating zones, such as those shown in FIG. 3 or 5, the total load of platinum group metals in the second zone of the porous oxide catalytic coating may be from 1 to 30 g/ft 3 , preferably from 5 to 20 g/ft 3 . However, the total load of the porous oxide coating in the second zone of the porous oxide catalytic coating is always higher than in the third zone of the porous oxide catalytic coating.
Один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, нанесенных на материал-подложку из жаростойкого оксида металла, и/или один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, могут быть предварительно закреплены на материале-подложке из жаростойкого оксида металла перед формированием с ним слоя покрытия из пористого оксида, и, таким образом, они будут присутствовать во всем слое любого покрытия из пористого оксида, покрытом таким покрытием из пористого оксида. Однако в предпочтительной методике растворенная соль одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и необязательно растворенная соль одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, присутствуют, например, в водной суспензии покрытия из пористого оксида, также содержащей «свежий» материал тугоплавкого оксида металла, и их наносят на подложку, и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, прикрепляют к материалу-подложке из жаростойкого оксида металла посредством процесса сушки и прокаливания после нанесения суспензии покрытия из пористого оксида на подложку. Термин «свежий материал из жаростойкого оксида металла» означает, что компонент, представляющий собой металл платиновой группы, и/или компонент, представляющий собой щелочноземельный металл, предварительно не был прикреплен к компоненту - жаростойкому оксиду металла. Этот способ является предпочтительным в связи с меньшей энергоемкостью, т.е. благодаря ему нет потребности в двухстадийном способе, в котором сначала получают продукт — предварительно прикрепленный к подложке жаростойкий оксид металла, а затем используют этот предварительно прикрепленный продукт для получения суспензии пористого оксида для покрытия. Кроме того, авторы изобретения обнаружили, что для генерации экзотермического эффекта может быть благоприятно, чтобы по меньшей мере первый слой каталитического покрытия из пористого оксида имел неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, по всей его толщине (т.е. в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, представляющем собой толщину слоя катализатора). Этот благоприятный признак недоступен или доступен не в той степени, чтобы получать желаемый эффект, когда металл платиновой группы или щелочноземельный металл предварительно закреплены на материале-подложке из жаростойкого оксида металла.One or more platinum group metal components deposited on the refractory metal oxide substrate material and/or one or more alkaline earth metal components may be prefixed to the refractory metal oxide substrate material prior to being formed with it. porous oxide coating layer, and thus they will be present in the entire layer of any porous oxide coating coated with such a porous oxide coating. However, in a preferred technique, a dissolved salt of one or more of the platinum group metal components and optionally a dissolved salt of one or more of the first alkaline earth metal components are present, for example, in an aqueous porous oxide coating slurry also containing "fresh" material. refractory metal oxide, and applied to a substrate, and one or more platinum group metal components and one or more first alkaline earth metal components are attached to the refractory metal oxide substrate material through a drying and calcination process after application. porous oxide coating slurry onto the substrate. The term "fresh refractory metal oxide material" means that the platinum group metal component and/or the alkaline earth metal component has not previously been attached to the refractory metal oxide component. This method is preferred due to the lower energy consumption, i.e. due to this, there is no need for a two-step process in which a refractory metal oxide preattached product is first obtained and then this preattached product is used to prepare a porous oxide slurry for coating. In addition, the inventors have found that, in order to generate an exothermic effect, it may be advantageous for at least the first porous oxide catalytic coating layer to have an uneven distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more platinum group metal components. is an alkaline earth metal, throughout its thickness (ie, in a direction perpendicular to the surface of the substrate, representing the thickness of the catalyst layer). This advantageous feature is not available or not available to the extent that the desired effect is obtained when the platinum group metal or the alkaline earth metal is prefixed on the heat-resistant metal oxide substrate material.
Пояснения данного аспекта изобретения заявителя приведены ниже в настоящем документе.Explanations of this aspect of the invention of the applicant are given below in this document.
В соответствии с шестым аспектом изобретения, также описанным ниже, первая зона каталитического покрытия из пористого оксида получена или выполнена с возможностью получения отчасти посредством стадий:According to a sixth aspect of the invention, also described below, the first porous oxide catalytic coating zone is made or made to be made in part by the steps of:
(a) нанесения слоя каталитического покрытия из пористого оксида на поверхность подложки на длину от одного конца подложки, причем слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы; и(a) applying a porous oxide catalytic coating layer to the surface of the substrate to a length from one end of the substrate, the porous oxide catalytic coating layer comprising a refractory metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components; and
(b) пропитки слоя каталитического покрытия из пористого оксида в зоне длиной L1, образованной на одном конце первым концом подложки, раствором, содержащим один или более металлов платиновой группы.(b) impregnating the porous oxide catalytic coating layer in a zone of length L 1 defined at one end by the first end of the support with a solution containing one or more platinum group metals.
Таким образом, следует понимать, что если слой каталитического покрытия из пористого оксида, например первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, содержащего один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, нанесенных на материал-подложку из жаростойкого оксида металла, сам по себе пропитывают раствором, содержащим один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, композиция металлов платиновой группы в полученной зоне представляет собой комбинацию нижележащего слоя каталитического покрытия из пористого оксида и пропиточного раствора. Таким образом, например, массовое соотношение платины и палладия в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида в целом получают из суммарного содержания платины и палладия как в слое каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида, так и в пропиточном растворе.Thus, it should be understood that if a porous oxide catalytic coating layer, for example a first porous oxide catalytic coating layer containing one or more platinum group metal components deposited on a refractory metal oxide substrate material, is itself impregnated solution containing one or more platinum group metal components, the platinum group metal composition in the resulting zone is a combination of an underlying porous oxide catalytic coating layer and an impregnating solution. Thus, for example, the weight ratio of platinum to palladium in the first zone of the porous oxide catalytic coating is generally obtained from the total content of platinum and palladium as in the porous oxide catalytic coating layer, i. e. in the first layer of the porous oxide catalytic coating, and in the impregnating solution.
Кроме того, следует понимать, что в соответствии с шестым аспектом изобретения, на этапе (a) слой каталитического покрытия из пористого оксида представляет собой первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, который проходит от первого конца подложки до длины, меньшей, чем общая длина подложки, причем способ дополнительно включает стадию (a') перед стадией (a), но в любом случае перед стадией (b) нанесения второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида на подложку от второго конца подложки на длину меньше общей длины подложки так, чтобы первый слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывал второй слой каталитического покрытия из пористого оксида или второй слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывал первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, причем второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы.Further, it should be understood that according to the sixth aspect of the invention, in step (a), the porous oxide catalytic coating layer is the first porous oxide catalytic coating layer that extends from the first end of the substrate to a length less than the overall length of the substrate. , the method further comprising step (a') before step (a), but in any case before step (b) of applying a second layer of porous oxide catalytic coating to the substrate from the second end of the substrate to a length less than the total length of the substrate so that the first layer porous oxide catalytic coating partially overlapped the second porous oxide catalytic coating layer or the second porous oxide catalytic coating layer partially overlapped the first porous oxide catalytic coating layer, wherein the second porous oxide catalytic coating layer comprises a heat-resistant metal oxide substrate material and one or more components which is a metal of the platinum group.
Как описано выше в настоящем документе, применительно к Фиг. 4 и 5, предпочтительно первый слой каталитического покрытия из пористого оксида проходит от первого конца подложки, а второй слой каталитического покрытия из пористого оксида проходит от второго конца подложки, при этом второй слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывает первый слой каталитического покрытия из пористого оксида.As described above herein with reference to FIG. 4 and 5, preferably the first porous oxide catalytic coating layer extends from the first end of the substrate and the second porous oxide catalytic coating layer extends from the second end of the substrate, wherein the second porous oxide catalytic coating layer partially overlaps the first porous oxide catalytic coating layer. .
В соответствии с настоящим изобретением первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит как платину (Pt), так и палладий (Pd) при массовом соотношении платины и палладия ≥1. Хотя существует общая потребность в уменьшении количества палладия в композитном катализаторе окисления по сравнению с платиной для снижения общей стоимости металлов платиновой группы в катализаторе, как можно видеть из образца 9.5 в примере 9 ниже, экспериментальные данные заявителя свидетельствуют о том, что из первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида нежелательно полностью удалять палладий, поскольку это окажет негативное влияние на функцию генерации экзотермического эффекта катализатором при его старении. В этом отношении образец 9.5 в примере 9 показывает, что если нижележащий слой покрытия из пористого оксида, имеющий массовое соотношение Pt : Pd 2 : 1, пропитывают пропиточной средой, не содержащей палладия, т.е. с массовым соотношением Pt : Pd 1 : 0 с формированием первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, имеющей массовое соотношение Pt : Pd около 47 : 1, ухудшается способность полученного катализатора стимулировать экзотермический эффект, т.е. первая зона каталитического покрытия из пористого оксида менее устойчива к старению. Однако, хотя это и менее предпочтительно, образец 9.5 в примере 9 остается эффективным композитным катализатором окисления для целей настоящего изобретения.In accordance with the present invention, the first zone of the porous oxide catalytic coating contains both platinum (Pt) and palladium (Pd) at a mass ratio of platinum to palladium ≥1. Although there is a general need to reduce the amount of palladium in the composite oxidation catalyst compared to platinum to reduce the overall cost of the platinum group metals in the catalyst, as can be seen from sample 9.5 in example 9 below, applicant's experimental data indicate that from the first zone of the catalytic coating it is undesirable to completely remove palladium from the porous oxide, since this will have a negative impact on the function of generating an exothermic effect of the catalyst during its aging. In this regard, Sample 9.5 in Example 9 shows that if an underlying porous oxide coating layer having a Pt:Pd weight ratio of 2:1 is impregnated with a palladium-free impregnation medium, i. with a mass ratio of Pt : Pd 1 : 0 with the formation of the first zone of the porous oxide catalytic coating, having a mass ratio of Pt : Pd of about 47 : 1, the ability of the obtained catalyst to stimulate the exothermic effect deteriorates, i.e. the first zone of the porous oxide catalytic coating is less resistant to aging. However, although less preferred, Sample 9.5 in Example 9 remains an effective composite oxidation catalyst for the purposes of the present invention.
Однако по существу предпочтительно, чтобы массовое соотношение платины (Pt) и палладия (Pd) в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида составляло 10 : 1 ≥ 1 : 1, предпочтительно 10 : 1 ≥ 1,5 : 1 или 6 : 1 ≥ 1,5 : 1, более предпочтительно 4 : 1 ≥ 1,5 : 1, например 6 : 1 ≥ 2 : 1, 4 : 1 ≥ 1,5 : 1 или 2 : 1 ≥ 1 : 1, поскольку в примере 9 также показано, что при температуре на впуске <500°C не проходят тест (°C) на экзотермический эффект состаренные композитные катализаторы окисления, имеющие первую зону каталитического покрытия из пористого оксида, полученную путем пропитки нижележащего слоя каталитического покрытия из пористого оксида, имеющего массовое соотношение Pt : Pd 2 : 1, пропиточной средой, имеющей массовое соотношение Pt : Pd 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1 и 4 : 1. Кроме того, было обнаружено, что в комбинации с компонентом, представляющим собой щелочноземельный металл, характеристика массового соотношения Pt : Pd ≥ 1 : 1 улучшает температуру розжига экзотермического эффекта (снижение температуры розжига), что позволяет повысить генерацию экзотермического эффекта при более низких температурах отработавшего газа в активных и активно-пассивных системах регенерации.However, it is substantially preferred that the weight ratio of platinum (Pt) and palladium (Pd) in the first zone of the porous oxide catalytic coating is 10:1 ≥ 1:1, preferably 10:1 ≥ 1.5:1 or 6:1 ≥ 1 .5 : 1, more preferably 4 : 1 ≥ 1.5 : 1, e.g. 6 : 1 ≥ 2 : 1, 4 : 1 ≥ 1.5 : 1 or 2 : 1 ≥ 1 : 1 aged composite oxidation catalysts having a first porous oxide catalytic coating zone obtained by impregnating an underlying porous oxide catalytic coating layer having a weight ratio of Pt : Pd 2 : 1 impregnating medium having a weight ratio of Pt : Pd 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1 and 4 : 1. In addition, it was found that in combination with an alkaline earth metal component, the weight ratio characteristic Pt : Pd ≥ 1 : 1 improves ignition temperature exothermic effect a (reducing the ignition temperature), which makes it possible to increase the generation of the exothermic effect at lower exhaust gas temperatures in active and active-passive regeneration systems.
Следует понимать, что дополнительное снижение общей стоимости металлов платиновой группы в композитном катализаторе окисления в соответствии с изобретением при эквивалентных функциональных возможностях может быть достигнуто, если первая зона каталитического покрытия из пористого оксида имеет более высокое массовое соотношение Pt : Pd (поскольку текущая стоимость массы палладия значительно превышает стоимость платины), например при ≥ 1,5 : 1, например в предпочтительном диапазоне 10 : 1 ≥ 1,5 : 1 или при ≥ 2 : 1 в комбинации с тем, что выпускная зона, например третья зона каталитического покрытия из пористого оксида, образованная на одном конце выпускным концом подложки композитного катализатора окисления, содержит предварительно образованный допированный марганцем смешанный оксид магния-алюминия. В примере 8 показано, что композитный катализатор окисления, имеющий выпускную зону такой композиции, улучшает экзотермическую эффективность и может обеспечивать использование меньших количеств металла платиновой группы в выпускной зоне или втором слое каталитического покрытия из пористого оксида, частично образующем выпускную зону (третью зону каталитического покрытия из пористого оксида).It should be understood that a further reduction in the overall cost of the platinum group metals in the inventive composite oxidation catalyst, with equivalent functionality, can be achieved if the first zone of the porous oxide catalytic coating has a higher Pt : Pd weight ratio (because the present value of the mass of palladium is significantly exceeds the cost of platinum), e.g. at ≥ 1.5 : 1, e.g. in the preferred range of 10 : 1 ≥ 1.5 : 1 or at ≥ 2 : 1 in combination with the fact that the exhaust zone, for example the third zone of the porous oxide catalytic coating , formed at one end by the outlet end of the composite oxidation catalyst support, contains pre-formed manganese-doped mixed magnesium-aluminum oxide. Example 8 shows that a composite oxidation catalyst having an outlet zone of such a composition improves exothermic efficiency and can allow the use of lower amounts of platinum group metal in the outlet zone or the second porous oxide catalytic coating layer partially forming the outlet zone (the third zone of the catalytic coating of porous oxide).
Предпочтительно, в частности, в вариантах осуществления, содержащих три или более зон каталитического покрытия из пористого оксида, чтобы один или более металлов платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида содержал как платину, так и палладий. При особенно предпочтительной характеристике массовое соотношение платины и палладия во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида больше массового соотношения платины к палладию в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида. В комбинации с нагрузкой металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида преимущество такого массового соотношения Pt : Pd во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида заключается в том, что катализатор улучшает контроль проскока углеводородов, окисление CO и окисление NO.Preferably, particularly in embodiments comprising three or more porous oxide catalytic coating zones, the one or more platinum group metals in the second porous oxide catalytic coating zone contain both platinum and palladium. In a particularly preferred characteristic, the weight ratio of platinum to palladium in the second zone of the catalytic porous oxide coating is greater than the weight ratio of platinum to palladium in the first zone of the catalytic porous oxide coating. In combination with the loading of platinum group metals in the second zone of the porous oxide catalytic coating, the advantage of this Pt : Pd weight ratio in the second zone of the porous oxide catalytic coating is that the catalyst improves hydrocarbon slip control, CO oxidation and NO oxidation.
В связи с этим в вариантах осуществления, состоящих из двух зон, например, как показано на Фиг. 1, допускающих любое перекрытие по методологии производства (см. раздел «Определения» ниже в настоящем документе), предпочтительно, чтобы вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержала богатую Pt композицию PGM, содержащую палладий, предпочтительно в массовом соотношении ≥ 10 : 1, ≥ 5 : 1, ≥ 3 : 1 или ≥ 2 : 1. Было обнаружено, что в комбинации с первой зоной каталитического покрытия из пористого оксида, содержащей Pt : Pd в соотношении ≥ 1 : 1, эта характеристика является благоприятной, поскольку было выявлено, что вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида, содержащая только Pt (т.е. массовое соотношение Pt : Pd 1 : 0) отрицательно влияет на активацию экзотермического эффекта и проскок углеводородов в состаренном катализаторе. В связи с этим присутствие Pd в дополнение к Pt во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида может повышать устойчивость к старению второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. поддерживать окислительную активность в ходе старения. Однако было обнаружено, что в комбинации с марганцем массовое соотношение Pt : Pd 1 : 0 во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида является благоприятным для окисления NO (см. пример 8 и ниже в настоящем документе).In this regard, in embodiments consisting of two zones, for example, as shown in FIG. 1 allowing for any overlap by manufacturing methodology (see the "Definitions" section below in this document), it is preferred that the second zone of the porous oxide catalytic coating contain a Pt-rich PGM composition containing palladium, preferably in a weight ratio of ≥ 10 : 1, ≥ 5 : 1, ≥ 3 : 1, or ≥ 2 : 1. In combination with a first porous oxide catalytic coating zone containing Pt : Pd in a ratio ≥ 1 : 1, this characteristic was found to be favorable because it was found that the second zone of the porous oxide catalytic coating containing only Pt (i.e. the mass ratio of Pt : Pd 1 : 0) negatively affects the activation of the exothermic effect and the breakthrough of hydrocarbons in the aged catalyst. Therefore, the presence of Pd in addition to Pt in the second zone of the porous oxide catalytic coating can improve the aging resistance of the second zone of the porous oxide catalytic coating, i. e. maintain oxidative activity during aging. However, in combination with manganese, the Pt : Pd 1 : 0 weight ratio in the second zone of the porous oxide catalytic coating was found to be favorable for NO oxidation (see Example 8 and below herein).
В композитных катализаторах окисления в соответствии с изобретением, содержащих три зоны каталитического покрытия из пористого оксида, предпочтительное массовое соотношение платины и палладия увеличивается от первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида ко второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида и к третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида. Этого можно добиться, например, в вариантах осуществления, показанных на Фиг. 2 и 4, в которых второй слой (7) каталитического покрытия из пористого оксида имеет более высокое массовое соотношение Pt : Pd, чем первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, предпочтительно имеет массовое соотношение 1 : 0, т.е. содержит только Pt и по существу не содержит Pd, так что один слой второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида в третьей зоне (3) каталитического покрытия из пористого оксида имеет самое высокое соотношение Pt : Pd из всех зон каталитического покрытия из пористого оксида, расположенных на подложке. Однако здесь применимы те же комментарии, которые даны применительно к композитным катализаторам окисления, содержащим только две зоны каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. устойчивость к старению третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида может быть улучшена путем включения некоторого количества палладия, например ≥ 10 : 1, ≥ 5 : 1, ≥ 3 : 1 или ≥ 2 : 1, с сохранением при этом предпочтительного распределения соотношения масс платины и палладия, возрастающего от первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида ко второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида и к третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида. В контексте трехзонных композитных катализаторов окисления также отмечается благоприятность включения марганца в третью зону (3) каталитического покрытия из пористого оксида (см. пример 8 и ниже в настоящем документе).In composite oxidation catalysts according to the invention comprising three porous oxide catalytic coating zones, the preferred weight ratio of platinum to palladium increases from the first porous oxide catalytic coating zone to the second porous oxide catalytic coating zone and to the third porous oxide catalytic coating zone. . This can be achieved, for example, in the embodiments shown in FIG. 2 and 4, in which the second porous oxide catalytic coating layer (7) has a higher Pt:Pd mass ratio than the first porous oxide catalytic coating layer, preferably has a mass ratio of 1:0, i.e. contains only Pt and substantially no Pd, so that one layer of the second porous oxide catalytic coating layer in the third porous oxide catalytic coating zone (3) has the highest Pt : Pd ratio of all porous oxide catalytic coating zones located on substrate. However, the same comments apply here as for composite oxidation catalysts containing only two zones of porous oxide catalytic coating, i.e. the aging resistance of the third zone of the porous oxide catalytic coating can be improved by including some palladium, for example ≥ 10:1, ≥ 5:1, ≥ 3:1, or ≥ 2:1, while maintaining the preferred mass ratio distribution of platinum and palladium increasing from the first porous oxide catalytic coating zone to the second porous oxide catalytic coating zone and to the third porous oxide catalytic coating zone. In the context of three-zone composite oxidation catalysts, the inclusion of manganese in the third zone (3) of the porous oxide catalytic coating is also noted to be beneficial (see example 8 and below in this document).
Кроме того, в композитном катализаторе окисления, имеющем четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, массовое соотношение платины и палладия в каждой последующей зоне каталитического покрытия из пористого оксида от впускного конца и последовательно вдоль длины L подложки после первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида больше, чем в непосредственно предшествующей зоне каталитического покрытия из пористого оксида. Этого также можно добиться, например, в вариантах осуществления, показанных на Фиг. 3 и 5, в которых второй слой (7) каталитического покрытия из пористого оксида имеет более высокое массовое соотношение Pt : Pd, чем первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, предпочтительно имеет массовое соотношение 1 : 0, т.е. содержит только Pt и по существу не содержит Pd, так что один слой второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида в третьей зоне (3) каталитического покрытия из пористого оксида имеет самое высокое соотношение Pt : Pd из всех зон каталитического покрытия из пористого оксида. Однако здесь применимы те же комментарии, которые даны применительно к композитным катализаторам окисления, содержащим только две зоны каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. устойчивость к старению третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида может быть улучшена путем включения некоторого количества палладия, например ≥ 10 : 1, ≥ 5 : 1, ≥ 3 : 1 или ≥ 2 : 1, с сохранением при этом предпочтительного распределения соотношения масс платины и палладия, возрастающего от первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида ко второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида и к третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида. В контексте четырехзонных композитных катализаторов окисления также отмечается благоприятность включения марганца в третью зону (3) каталитического покрытия из пористого оксида (см. пример 8 и ниже в настоящем документе).In addition, in the composite oxidation catalyst having four porous oxide catalytic coating zones, the mass ratio of platinum to palladium in each successive porous oxide catalytic coating zone from the inlet end and sequentially along the length L of the substrate after the first porous oxide catalytic coating zone is larger, than in the immediately preceding zone of the porous oxide catalytic coating. This can also be achieved, for example, in the embodiments shown in FIG. 3 and 5, in which the second porous oxide catalytic coating layer (7) has a higher Pt : Pd mass ratio than the first porous oxide catalytic coating layer, preferably has a mass ratio of 1 : 0, i.e. contains only Pt and substantially no Pd, so that one layer of the second porous oxide catalytic coating layer in the third porous oxide catalytic coating zone (3) has the highest Pt:Pd ratio of all porous oxide catalytic coating zones. However, the same comments apply here as for composite oxidation catalysts containing only two zones of porous oxide catalytic coating, i.e. the aging resistance of the third zone of the porous oxide catalytic coating can be improved by including some palladium, for example ≥ 10:1, ≥ 5:1, ≥ 3:1, or ≥ 2:1, while maintaining the preferred mass ratio distribution of platinum and palladium increasing from the first porous oxide catalytic coating zone to the second porous oxide catalytic coating zone and to the third porous oxide catalytic coating zone. In the context of four-zone composite oxidation catalysts, the inclusion of manganese in the third zone (3) of the porous oxide catalytic coating is also noted to be beneficial (see example 8 and below in this document).
Следует понимать, что в контексте четырехзонного композитного катализатора окисления в соответствии с изобретением характеристика «в каждой последующей зоне каталитического покрытия из пористого оксида, расположенной последовательно вдоль длины подложки L после первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида на впускном конце, соотношение больше, чем в непосредственно предшествующей зоне каталитического покрытия из пористого оксида» предусматривает иной порядок нумерации, чем в зонах каталитического покрытия из пористого оксида на Фиг. 3 и 5. То есть на Фиг. 3 и 5 предусмотрен следующий порядок нумерации зон каталитического покрытия из пористого оксида от первой зоны (1) каталитического покрытия из пористого оксида: 1→2→4→3. Это связано с тем, что третья зона (3) каталитического покрытия из пористого оксида образована на втором конце вторым концом подложки (или выпускным концом). Однако характеристика, что «в каждой последующей зоне каталитического покрытия из пористого оксида, расположенной последовательно вдоль длины L подложки после первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида на впускном конце соотношение больше, чем в непосредственно предшествующей зоне каталитического покрытия из пористого оксида» требует, например, чтобы массовое соотношение Pt : Pd в четвертой зоне каталитического покрытия из пористого оксида было больше, чем в непосредственно предшествующей второй зоне (2) каталитического покрытия из пористого оксида, и чтобы массовое соотношение Pt : Pd в третьей зоне (3) каталитического покрытия из пористого оксида было больше, чем в непосредственно предшествующей четвертой зоне (4) каталитического покрытия из пористого оксида.It should be understood that in the context of a four-zone composite oxidation catalyst according to the invention, the characteristic "in each successive porous oxide catalytic coating zone located in series along the length of the substrate L after the first zone of porous oxide catalytic coating at the inlet end, the ratio is greater than in the directly preceding porous oxide catalytic coating zone" provides a different numbering order than in the porous oxide catalytic coating zones of FIG. 3 and 5. That is, in FIG. 3 and 5, the following order of numbering of the porous oxide catalytic coating zones from the first porous oxide catalytic coating zone (1) is given: 1→2→4→3. This is because the third zone (3) of the porous oxide catalytic coating is formed at the second end by the second end of the substrate (or outlet end). However, the characteristic that "in each successive porous oxide catalytic coating zone successively along the length L of the substrate after the first inlet end porous oxide catalytic coating zone, the ratio is greater than in the immediately preceding porous oxide catalytic coating zone" requires, for example, that the weight ratio of Pt : Pd in the fourth zone of the catalytic porous oxide coating is greater than that of the immediately preceding second zone (2) of the catalytic porous oxide coating, and that the mass ratio of Pt : Pd in the third zone (3) of the catalytic porous oxide coating was greater than in the immediately preceding fourth zone (4) of the porous oxide catalytic coating.
Предпочтительно, чтобы один или более металлов платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида содержал как платину, так и палладий, причем массовое соотношение платины и палладия составляет > 1 : 1, предпочтительно 10 : 1 > 3 : 2, например 5 : 1 > 3 : 2.Preferably, one or more of the platinum group metals in the second zone of the catalytic porous oxide coating contains both platinum and palladium, with a mass ratio of platinum to palladium being > 1:1, preferably 10:1 > 3:2, for example 5:1 > 3 : 2.
Как правило, первая зона каталитического покрытия из пористого оксида или первый слой каталитического покрытия из пористого оксида не содержат родия.Typically, the first zone of the porous oxide catalytic coating or the first layer of the porous oxide catalytic coating does not contain rhodium.
Может быть предпочтительно, чтобы вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида или второй слой каталитического покрытия из пористого оксида не содержали родия.It may be preferred that the second zone of the porous oxide catalytic coating or the second layer of the porous oxide catalytic coating does not contain rhodium.
Третья или четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида может не содержать родия.The third or fourth zone of the porous oxide catalytic coating may not contain rhodium.
Кроме этого, композитный катализатор окисления в соответствии с изобретением может по существу совсем не содержать родия.In addition, the composite oxidation catalyst according to the invention may be substantially free of rhodium.
Авторы изобретения также обнаружили, что можно получить преимущество улучшенного экзотермического эффекта, если присутствует неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, перпендикулярном поверхности подложки. Это более подробно описано в разделе ниже.The inventors have also found that it is possible to take advantage of an improved exotherm if there is an uneven distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction perpendicular to the surface of the substrate. This is described in more detail in the section below.
Компонент, представляющий собой щелочноземельный металлAlkaline earth metal component
Следует понимать, что назначение щелочноземельного металла в композитном катализаторе окисления в соответствии с изобретением заключается не в том, чтобы накапливать NOx для последующего высвобождения и восстановления в процессе катализа NOx для условий обедненной смеси, описанного выше. Для этого служит специально разработанный катализатор, называемый уловителем обедненных NOx (LNT), который может также включать такие компоненты, как щелочноземельный металл, металлы платиновой группы и необязательно оксид церия, допированный оксид церия или смешанный оксид церия, но LNT следует использовать в комбинации со специально запрограммированным блоком управления двигателем. Такое управление двигателем обеспечивает обедненный стехиометрический режим работы, в течение которого NOx абсорбируется на LNT, и режим работы, в котором импульс обогащенного отработавшего газа, содержащего дополнительные восстанавливающие вещества, такие как CO и/или углеводороды, контактирует с LNT и таким образом десорбирует абсорбированные NOx и восстанавливает их посредством реакции катализа NOx для условий обедненной смеси на металле платиновой группы. При использовании LNT частота обедненного/обогащенного цикла составляет порядка около 60 секунд обеднения и 5 секунд обогащения. Десульфатация LNT происходит реже, но период обогащения может быть больше. Однако для управления событием десульфатации также требуется специально запрограммированный блок управления двигателем.It should be understood that the purpose of the alkaline earth metal in the oxidation catalyst composite of the invention is not to store NO x for subsequent release and reduction in the lean-burn NO x catalysis process described above. This is done using a specially designed catalyst called a lean NO x trap (LNT) which may also include components such as alkaline earth metal, platinum group metals and optionally cerium oxide, doped cerium oxide or mixed cerium oxide, but LNT should be used in combination with specially programmed engine control unit. This engine control provides a lean stoichiometric operation during which NO x is absorbed onto the LNT and an operation in which a pulse of enriched exhaust gas containing additional reducing substances such as CO and/or hydrocarbons contacts the LNT and thus desorbs the absorbed NO x and reduces them by means of a NO x catalysis reaction under lean mixture conditions on a platinum group metal. When using LNT, the lean/rich cycle frequency is on the order of about 60 seconds lean and 5 seconds rich. LNT desulfation occurs less frequently, but the enrichment period may be longer. However, a specially programmed engine control unit is also required to control the desulfation event.
Композитный катализатор окисления настоящего изобретения может отличаться от LNT по меньшей мере по двум существенным аспектам. Во-первых, LNT не используют при очистке отработавшего газа дизельных двигателей для работы в тяжелых условиях, в которых вместо этого используют катализаторы SCR. В первую очередь это связано с тем, что катализатор LNT для транспортного средства с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях должен быть настолько большим, что затраты на необходимые металлы платиновой группы смогут сделать стоимость катализатора недопустимой. Во-вторых, предпочтительно, чтобы композитный катализатор окисления настоящего изобретения по существу не содержал оксида церия, допированного оксида церия или смешанного оксида церия или компонентов композитного оксида.The composite oxidation catalyst of the present invention may differ from LNT in at least two significant respects. First, LNT is not used in exhaust gas treatment of heavy duty diesel engines, which use SCR catalysts instead. This is primarily because the LNT catalyst for a heavy duty diesel vehicle must be so large that the cost of the required platinum group metals can make the cost of the catalyst unacceptable. Secondly, it is preferable that the composite oxidation catalyst of the present invention is substantially free of cerium oxide, doped cerium oxide, or mixed cerium oxide or composite oxide components.
В соответствии с первым аспектом изобретения первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, нанесенных на первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла. Авторы изобретения обнаружили, что для генерации экзотермического эффекта при помощи углеводородного топлива, присутствие компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, предпочтительно содержащего барий, улучшает превращение HC до такой степени, что количество одного или более металлов платиновой группы в первой зоне покрытия из пористого оксида может быть уменьшено приблизительно на 7 г/фут3, и при этом сохранится та же активность. Считается, что относительно высокая нагрузка металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида быстро запускает и ускоряет экзотермическую реакцию, тогда как присутствие одного или более щелочноземельных металлов стабилизирует PGM, например, путем уменьшения спекания и улучшения термической устойчивости.In accordance with a first aspect of the invention, the first porous oxide catalytic coating zone comprises one or more first alkaline earth metal components supported on a first refractory metal oxide substrate material. The inventors have found that in order to generate an exothermic effect with hydrocarbon fuels, the presence of an alkaline earth metal component, preferably containing barium, improves the HC conversion to such an extent that the amount of one or more platinum group metals in the first porous oxide coating zone can be reduced by about 7 g/ft 3 and still have the same activity. It is believed that the relatively high load of platinum group metals in the first zone of the catalytic porous oxide coating quickly starts and accelerates the exothermic reaction, while the presence of one or more alkaline earth metals stabilizes the PGM, for example, by reducing sintering and improving thermal stability.
Один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида предпочтительно представляет собой барий (Ba) или стронций (Sr), предпочтительно Ba, например один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида состоит из бария.One or more alkaline earth metal components in the first zone of the porous oxide catalytic coating is preferably barium (Ba) or strontium (Sr), preferably Ba, for example one or more first alkaline earth metal components in the first zone of the catalytic coating. porous oxide coating consists of barium.
Причины предпочитать барий по сравнению с другими щелочноземельными металлами описаны ниже в настоящем документе в разделе «Неравномерное распределение компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, и/или компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, в слое покрытия из пористого оксида».The reasons for preferring barium over other alkaline earth metals are described later in this document in the section "Uneven distribution of the alkaline earth metal component and/or the platinum group metal components in the porous oxide coating layer".
Общая нагрузка компонентом, представляющим собой щелочноземельный металл, в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида может составлять от 10–100 г/фут3 в расчете на элементарный металл, предпочтительно 20–80 г/фут3. Слишком большое количество компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, может отрицательно сказаться на генерации экзотермического эффекта. В этой связи отношение общей массы компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, к общей массе компонента, представляющего собой металл платиновой группы (PGM), может составлять от 1 : 1 до 1 : 2, предпочтительно от 1 : 1 до 50 : 80.The total load of the alkaline earth metal component in the first zone of the porous oxide catalytic coating may be from 10-100 g/ft 3 based on the elemental metal, preferably 20-80 g/ft 3 . Too much of the alkaline earth metal component can adversely affect the generation of the exothermic effect. In this regard, the ratio of the total weight of the alkaline earth metal component to the total weight of the platinum group metal (PGM) component may be from 1:1 to 1:2, preferably from 1:1 to 50:80.
В соответствии со способом по шестому аспекту изобретения один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, могут присутствовать в слое каталитического покрытия из пористого оксида, нанесенном на стадии (a), и/или в растворе для пропитки для стадии (b), но предпочтительно они присутствуют в слое каталитического покрытия из пористого оксида, например в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида для стадии (a) шестого аспекта изобретения. Это связано с тем, что, если соли щелочноземельного металла, например бария, присутствуют в пропиточной среде для стадии (b), их может быть сложно контролировать с использованием диапазонов pH, предпочтительных для применения солей металлов платиновой группы в пропиточной среде, и поэтому они могут мигрировать путем капиллярного отведения из целевой первой зоны покрытия из пористого оксида. Вследствие того, что можно лучше контролировать итоговое местоположение щелочноземельного металла в готовом продукте, если компонент, представляющий собой щелочноземельный металл, присутствует в покрытии из пористого оксида, которое высушивают и прокаливают после нанесения покрытия, этот вариант является предпочтительным.According to the method of the sixth aspect of the invention, one or more of the first alkaline earth metal components may be present in the porous oxide catalytic coating layer applied in step (a) and/or in the impregnation solution for step (b), but preferably they are present in the porous oxide catalytic coating layer, for example in the first porous oxide catalytic coating layer for step (a) of the sixth aspect of the invention. This is because, if alkaline earth metal salts, such as barium, are present in the impregnation medium for step (b), they may be difficult to control using the pH ranges preferred for the use of platinum group metal salts in the impregnation medium, and therefore may migrate by capillary discharge from the target first zone of the porous oxide coating. Because the final location of the alkaline earth metal in the final product can be better controlled if the alkaline earth metal component is present in the porous oxide coating that is dried and baked after coating, this option is preferred.
Следует понимать, что, если слой каталитического покрытия из пористого оксида, например первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, содержащий один или более щелочноземельных металлов, наносят на стадии (a) шестого аспекта изобретения, и при этом сам слой каталитического покрытия из пористого оксида пропитывают раствором на стадии (b) шестого аспекта изобретения, содержащим один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, композиция полученной пропитанной зоны представляет собой комбинацию содержания компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, в нижележащем слое каталитического покрытия из пористого оксида и в пропиточном растворе.It should be understood that if a porous oxide catalytic coating layer, for example a first porous oxide catalytic coating layer containing one or more alkaline earth metals, is applied in step (a) of the sixth aspect of the invention, and the porous oxide catalytic coating layer itself is impregnated solution in step (b) of the sixth aspect of the invention containing one or more alkaline earth metal components, the resulting impregnated zone composition is a combination of the content of the alkaline earth metal component in the underlying porous oxide catalytic coating layer and the impregnating solution.
Вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида может также содержать один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, предпочтительно содержащих барий. Он может происходить из одного или более первого компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, предпочтительно барий, присутствующего в слое каталитического покрытия из пористого оксида шестого аспекта изобретения из стадии (a), например в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида, или если композитный катализатор окисления содержит третью или четвертую зону каталитического покрытия из пористого оксида, во втором слое каталитического покрытия из пористого оксида. Один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, присутствующих во втором слое каталитического покрытия из пористого оксида, в настоящем документе могут называться одним или более вторыми компонентами, представляющими собой щелочноземельный металл. Третий и четвертый слои каталитического покрытия из пористого оксида могут также включать один или более вторых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, предпочтительно барий.The second zone of the porous oxide catalytic coating may also contain one or more alkaline earth metal components, preferably containing barium. It may be derived from one or more of the first alkaline earth metal, preferably barium, present in the porous oxide catalytic coating layer of the sixth aspect of the invention from step (a), for example in the first porous oxide catalytic coating layer, or if the composite oxidation catalyst comprises a third or fourth porous oxide catalytic coating zone in a second porous oxide catalytic coating layer. The one or more alkaline earth metal components present in the second porous oxide catalytic coating layer may be referred to herein as one or more second alkaline earth metal components. The third and fourth porous oxide catalytic coating layers may also include one or more second components of an alkaline earth metal, preferably barium.
Авторы изобретения также обнаружили, что можно получить преимущество улучшенного экзотермического эффекта, по меньшей мере для первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, если присутствует неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, перпендикулярном поверхности подложки. Это более подробно описано в разделе ниже.The inventors have also found that it is possible to take advantage of an improved exothermic effect, at least for the first zone of a porous oxide catalytic coating, if there is an uneven distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first components representing an alkaline earth metal, in a direction perpendicular to the surface of the substrate. This is described in more detail in the section below.
Материал-подложка из жаростойкого оксида металлаHeat Resistant Metal Oxide Substrate Material
Каждый из первого, второго, третьего или четвертого материала-подложки из жаростойкого оксида металла или материала-подложки из жаростойкого оксида металла первого и/или второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида обычно выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида магния, диоксида кремния, диоксида циркония, диоксида титана, диоксида церия и композитного оксида или смешанного оксида двух или более из них. В принципе, в качестве первого материала-подложки из жаростойкого оксида металла можно использовать любой подходящий материал-подложка из жаростойкого оксида металла. Материал-подложка каждого из первого, второго, третьего или четвертого материала-подложки из жаростойкого оксида металла или материал-подложка из жаростойкого оксида металла первого или второго слоя катализатора из пористого оксида может быть одинаковым или это могут быть разные материалы. Однако следует понимать, что, если композитный катализатор окисления, показанный на Фиг. 1, может представлять собой один слой покрытия из пористого оксида длиной L, пропитанный от первого конца до осевой длины L1 с образованием первой зоны (1) каталитического покрытия из пористого оксида и второй зоны (2) каталитического покрытия из пористого оксида, материал-подложка из жаростойкого оксида металла в первой и второй зонах покрытия из пористого оксида будет одинаковым.Each of the first, second, third or fourth refractory metal oxide substrate material or refractory metal oxide substrate material of the first and/or second porous oxide catalytic coating layer is typically selected from the group consisting of alumina, magnesium oxide, silica , zirconia, titanium dioxide, cerium dioxide, and a composite oxide or mixed oxide of two or more of them. In principle, any suitable heat resistant metal oxide substrate material can be used as the first refractory metal oxide substrate material. The support material of each of the first, second, third or fourth refractory metal oxide support material or the refractory metal oxide support material of the first or second porous oxide catalyst layer may be the same or different materials. However, it should be understood that if the composite oxidation catalyst shown in FIG. 1 may be one porous oxide coating layer of length L impregnated from the first end to the axial length L 1 to form a first porous oxide catalytic coating zone (1) and a second porous oxide catalytic coating zone (2), substrate material of heat-resistant metal oxide in the first and second zones of the porous oxide coating will be the same.
Кроме того, в вариантах осуществления, содержащих три и четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, показанных на Фиг. 2–5 включительно, если материал-подложку из жаростойкого оксида металла, используемый в первом каталитическом покрытии (6) из пористого оксида, обозначить «X», то, поскольку первая, вторая и (при наличии) четвертая зоны каталитического покрытия из пористого оксида содержат только часть всей длины L3 первого слоя (6) каталитического покрытия из пористого оксида, каждая из первой, второй и (если имеется) четвертой зон каталитического покрытия из пористого оксида будет содержать материал-подложку из жаростойкого оксида металла «Х», т.е. первый(-ые), второй(-ые) и (если имеется) четвертый (-ые) материал (-ы)-подложка (-и) из жаростойкого оксида металла будут одинаковыми. Аналогичным образом, если второй слой (7) каталитического покрытия из пористого оксида в вариантах осуществления, показанных на Фиг. 2–5, содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла, обозначенный как «Y», третья зона каталитического покрытия из пористого оксида и, при наличии, вторая или четвертая зоны каталитического покрытия из пористого оксида, которые содержат области перекрытия, будут содержать только часть всей длины L4 второго слоя (7) каталитического покрытия из пористого оксида, и поэтому каждая из этих зон будет содержать материал(-ы)-подложку(-и) из жаростойкого оксида металла Y.Furthermore, in the embodiments comprising three and four porous oxide catalytic coating zones shown in FIG. 2 to 5 inclusive, if the refractory metal oxide support material used in the first porous oxide catalytic coating (6) is designated "X", then since the first, second and (if any) fourth zones of the porous oxide catalytic coating contain only a portion of the entire length L 3 of the first porous oxide catalytic coating layer (6), each of the first, second and (if any) fourth porous oxide catalytic coating zones will each contain a heat-resistant metal oxide support material "X", i.e. . the first(s), second(s), and (if any) fourth(s) refractory metal oxide backing material(s) will be the same. Similarly, if the second porous oxide catalytic coating layer (7) in the embodiments shown in FIG. 2-5 contains a refractory metal oxide substrate material, designated "Y", the third porous oxide catalytic coating zone and, if present, the second or fourth porous oxide catalytic coating zones, which contain areas of overlap, will contain only a portion the entire length L 4 of the second layer (7) of the porous oxide catalytic coating, and therefore each of these zones will contain material(s)-substrate(s) of heat-resistant metal oxide Y.
Предпочтительно материал-подложка из жаростойкого оксида металла выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида циркония, диоксида церия и композитного оксида или смешанного оксида двух или более из них, наиболее предпочтительно выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния и диоксида циркония и композитного оксида или смешанного оксида двух или более из них. Смешанные оксиды или композитные оксиды включают оксид алюминия-оксид кремния или оксид церия-оксид циркония, наиболее предпочтительно оксид алюминия-оксид кремния. Предпочтительно материал-подложка из жаростойкого оксида металла не содержит оксида церия, или смешанного оксида, или композитного оксида, включающего оксид церия. Более предпочтительно жаростойкий оксид выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния и оксида алюминия-оксида кремния. Жаростойкий оксид может представлять собой оксид алюминия. Жаростойкий оксид может представлять собой оксид кремния. Жаростойкий оксид может представлять собой оксид кремния-оксид алюминия.Preferably, the refractory metal oxide substrate material is selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, cerium dioxide and composite oxide or a mixed oxide of two or more of them, most preferably selected from the group consisting of alumina, silica and zirconia and a composite oxide or mixed oxide of two or more of them. Mixed oxides or composite oxides include alumina-silica or cerium oxide-zirconium oxide, most preferably alumina-silica. Preferably, the refractory metal oxide substrate material does not contain cerium oxide, or a mixed oxide, or a composite oxide including cerium oxide. More preferably, the heat resistant oxide is selected from the group consisting of alumina, silica, and alumina-silica. The heat-resistant oxide may be alumina. The heat-resistant oxide may be silicon oxide. The heat-resistant oxide may be silica-alumina.
Поскольку первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, нанесенных на первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла, предпочтительно первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида или нижележащего каталитического покрытия из пористого оксида, например первого каталитического покрытия из пористого оксида, содержит оксид алюминия, допированного гетероатомным компонентом, или состоит по существу из него. Гетероатомный компонент, как правило, содержит кремний, марганец (см. ниже в настоящем документе), магний, барий, лантан, церий, титан или цирконий, или комбинацию двух или более из них. Гетероатомный компонент может содержать оксид кремния, оксид марганца, оксид магния, оксид бария, оксид лантана, оксид церия, оксид титана или оксид циркония, или состоять по существу из, или состоять из него. Более предпочтительно оксид алюминия, допированный гетероатомным компонентом, представляет собой оксид алюминия, допированный диоксидом кремния, или оксид алюминия, допированный оксидом магния, или оксид алюминия, допированный оксидом марганца. Еще более предпочтительно оксид алюминия, допированный гетероатомным компонентом, представляет собой оксид алюминия, допированный диоксидом кремния. Оксид алюминия, допированный гетероатомным компонентом, может быть получен с использованием способов, известных в данной области, или, например, способом, описанным в публикации US 5,045,519.Since the first porous oxide catalytic coating zone comprises one or more first alkaline earth metal components deposited on the first refractory metal oxide substrate material, preferably the first refractory metal oxide substrate material of the first porous oxide catalytic coating zone or underlying catalytic the porous oxide coating, for example the first catalytic porous oxide coating, contains or consists essentially of alumina doped with a heteroatomic component. The heteroatomic component typically contains silicon, manganese (see below), magnesium, barium, lanthanum, cerium, titanium, or zirconium, or a combination of two or more of these. The heteroatomic component may comprise or consist essentially of silicon oxide, manganese oxide, magnesium oxide, barium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, titanium oxide, or zirconium oxide. More preferably, the heteroatom doped alumina is silica doped alumina or magnesium oxide doped alumina or manganese oxide doped alumina. Even more preferably, the heteroatom doped alumina is silica doped alumina. Alumina doped with a heteroatomic component can be prepared using methods known in the art or, for example, the method described in US 5,045,519.
Включением легирующей добавки можно стабилизировать материал-подложку из жаростойкого оксида металла или стимулировать каталитическую реакцию нанесенного металла платиновой группы. Как правило, легирующая добавка может быть выбрана из группы, состоящей из циркония (Zr), титана (Ti), кремния (Si), иттрия (Y), лантана (La), празеодима (Pr), самария (Sm), неодима (Nd), бария (Ba) и их оксида. Как правило, легирующая добавка отличается от жаростойкого оксида металла (т.е. катиона жаростойкого оксида металла). Таким образом, например, когда жаростойкий оксид металла представляет собой диоксид титана, легирующая добавка не представляет собой титан или его оксид.By incorporating a dopant, the refractory metal oxide substrate material can be stabilized or the catalytic reaction of the supported platinum group metal can be stimulated. Generally, the dopant may be selected from the group consisting of zirconium (Zr), titanium (Ti), silicon (Si), yttrium (Y), lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm), neodymium ( Nd), barium (Ba) and their oxide. As a rule, the dopant is different from the refractory metal oxide (ie, the refractory metal oxide cation). Thus, for example, when the heat-resistant metal oxide is titanium dioxide, the dopant is not titanium or an oxide thereof.
Когда материал-подложку из жаростойкого оксида металла допируют легирующей добавкой, как правило, материал-подложка из жаростойкого оксида металла имеет общее содержание легирующей добавки 0,1–10 мас.%. Предпочтительно, чтобы общее содержание легирующей добавки составляло от 0,25 до 7 мас.%, более предпочтительно - от 2,5 до 6,0 мас.%. Предпочтительно легирующая добавка представляет собой кремнезем, поскольку катализаторы окисления, содержащие такие материалы-подложки в комбинации с металлами платиновой группы и щелочноземельными металлами, стимулируют реакции окисления, такие как окисление CO и углеводородов.When a refractory metal oxide substrate material is doped with a dopant, typically the refractory metal oxide substrate material has a total dopant content of 0.1 to 10% by weight. Preferably, the total dopant content is 0.25 to 7% by weight, more preferably 2.5 to 6.0% by weight. Preferably the dopant is silica because oxidation catalysts containing such support materials in combination with platinum group metals and alkaline earth metals promote oxidation reactions such as the oxidation of CO and hydrocarbons.
Когда материал-подложка из жаростойкого оксида металла представляет собой оксид кремния-оксид алюминия, как правило, жаростойкий оксид состоит по существу из 20–95 мас.% оксида алюминия и 5–80 мас.% диоксида кремния (например, 50–95 мас.% оксида алюминия и 5–50 мас.% диоксида кремния), предпочтительно 35–80 мас.% оксида алюминия и от 20–65 мас.% диоксида кремния (например, 55–80 мас.% оксида алюминия и от 20–45 мас.% диоксида кремния), еще более предпочтительно - 45–75 мас.% оксида алюминия и 25–55 мас.% диоксида кремния. Смешанные оксиды алюминия и кремния с более высоким содержанием диоксида кремния, например с содержанием диоксида кремния приблизительно 30 мас.%, могут в целом обеспечивать большую устойчивость композитного катализатора окисления к сере.When the refractory metal oxide substrate material is silica-alumina, typically the refractory oxide consists essentially of 20-95 wt. % alumina and 5-80 wt. % silica (e.g., 50-95 wt. % alumina and 5-50 wt.% silica), preferably 35-80 wt.% alumina and from 20-65 wt.% silicon dioxide (for example, 55-80 wt.% alumina and from 20-45 .% silica), even more preferably 45-75 wt.% alumina and 25-55 wt.% silicon dioxide. Mixed oxides of alumina and silicon with a higher content of silicon dioxide, for example with a content of silicon dioxide of approximately 30 wt.%, can generally provide greater stability of the composite oxidation catalyst to sulfur.
Когда жаростойкий оксид металла представляет собой оксид церия-оксид циркония, как правило, жаростойкий оксид состоит по существу из 20–95 мас.% оксида церия и 5–80 мас.% оксида циркония (например, 50–95 мас.% оксида церия и 5–50 мас.% оксида циркония), предпочтительно 35–80 мас.% оксида церия и 20–65 мас.% оксида циркония (например, 55–80 мас.% оксида церия и 20–45 мас.% оксида циркония), еще более предпочтительно — 45–75 мас.% оксида церия и 25 до 55 мас.% оксида циркония.When the refractory metal oxide is cerium-zirconium oxide, typically the refractory oxide consists essentially of 20-95 wt% cerium oxide and 5-80 wt% zirconium oxide (for example, 50-95 wt% cerium oxide and 5-50 wt.% zirconium oxide), preferably 35-80 wt.% cerium oxide and 20-65 wt.% zirconium oxide (for example, 55-80 wt.% cerium oxide and 20-45 wt.% zirconium oxide), even more preferably 45-75 wt.% cerium oxide and 25 to 55 wt.% zirconium oxide.
Как правило, первый и второй слои каталитического покрытия из пористого оксида имеют содержание первого материала-подложки из жаростойкого оксида металла от 0,1 до 3,5 г дюйм-3 (например, от 0,25 до 3,0 г дюйм-3), предпочтительно от 0,3 до 2,5 г дюйм-3, еще более предпочтительно от 0,5 до 2,0 г дюйм-3 и еще более предпочтительно от 0,6 до 1,75 г дюйм-3 (например, от 0,75 до 1,5 г дюйм-3).Typically, the first and second porous oxide catalytic coating layers have a content of the first heat-resistant metal oxide substrate material of 0.1 to 3.5 g in -3 (e.g., 0.25 to 3.0 g in -3 ) , preferably from 0.3 to 2.5 g in -3 , even more preferably from 0.5 to 2.0 g in -3 and even more preferably from 0.6 to 1.75 g in -3 (for example, from 0.75 to 1.5 g in -3 ).
В целом материалы-подложки из жаростойкого оксида металла, предназначенные для применения в настоящем изобретении, имеют форму частиц. Первый материал-подложка может иметь размер частиц D90≤50 мкм, предпочтительно - ≤30 мкм и более предпочтительно - ≤20 мкм (по данным определения с помощью стандартных методик лазерной дифракции). Распределение по размерам для частиц материала-подложки из жаростойкого оксида металла выбраны таким образом, чтобы способствовать адгезии к подложке. Частицы по существу получают путем размалывания.In general, refractory metal oxide substrate materials for use in the present invention are in the form of particles. The first substrate material may have a particle size D 90 ≦50 µm, preferably ≦30 µm, and more preferably ≦20 µm (determined by standard laser diffraction techniques). The particle size distribution of the refractory metal oxide substrate material is chosen to promote adhesion to the substrate. The particles are essentially obtained by milling.
Кроме того, один или каждый материал-подложка в каждом из первого, второго, третьего или четвертого материала-подложки из жаростойкого оксида металла и/или материала-подложки из жаростойкого оксида металла первого или второго каталитического покрытия из пористого оксида может содержать или по существу не содержать адсорбент углеводородов. Адсорбент углеводородов может быть выбран из цеолита, активированного древесного угля, пористого графита и комбинации двух или более из них. Адсорбент углеводородов, если он присутствует, предпочтительно представляет собой цеолит, наиболее предпочтительно алюмосиликатный цеолит.In addition, one or each substrate material in each of the first, second, third, or fourth refractory metal oxide substrate material and/or the refractory metal oxide substrate material of the first or second porous oxide catalytic coating may comprise or substantially no contain an adsorbent of hydrocarbons. The hydrocarbon adsorbent may be selected from zeolite, activated charcoal, porous graphite, and a combination of two or more of these. The hydrocarbon adsorbent, if present, is preferably a zeolite, most preferably an aluminosilicate zeolite.
Когда материал подложки содержит адсорбент углеводородов, как правило, общее количество адсорбента углеводородов составляет от 0,05 до 3,00 г дюйм-3, в частности от 0,10 до 2,00 г дюйм-3 (например, от 0,2 до 0,8 г дюйм-3).When the support material contains hydrocarbon adsorbent, typically the total amount of hydrocarbon adsorbent is from 0.05 to 3.00 g in -3 , in particular from 0.10 to 2.00 g in -3 (for example, from 0.2 to 0.8 g in -3 ).
Когда адсорбент углеводородов представляет собой цеолит, предпочтительно каждый цеолит представляет собой среднепористый цеолит (например, цеолит с максимальным размером кольца десять тетраэдрических атомов) или крупнопористый цеолит (например, цеолит с максимальным размером кольца двенадцать тетраэдрических атомов).When the hydrocarbon adsorbent is a zeolite, preferably each zeolite is a medium pore zeolite (eg a zeolite with a maximum ring size of ten tetrahedral atoms) or a large pore zeolite (eg a zeolite with a maximum ring size of twelve tetrahedral atoms).
Примеры подходящих цеолитов или типов цеолита включают фожазит (FAU), клиноптилолит, морденит, силикалит (MFI), феррьерит, цеолит X (FAU), цеолит Y (FAU), ультрастабильный цеолит Y (FAU), цеолит AEI, цеолит ZSM-5, цеолит ZSM-12 (MTW), цеолит ZSM-20, цеолит ZSM-34, цеолит CHA, цеолит SSZ-13, цеолит SAPO-5 (AFI), оффретит, бета-цеолит или медьсодержащий цеолит CHA. Цеолит, если он присутствует, предпочтительно представляет собой ZSM-5 (среднепористый цеолит), бета-цеолит (крупнопористый цеолит) или цеолит Y (крупнопористый цеолит). Если цеолит присутствует, предпочтительным является цеолит Y или бета-цеолит, причем наиболее предпочтительным является бета-цеолит.Examples of suitable zeolites or types of zeolite include faujasite (FAU), clinoptilolite, mordenite, silicalite (MFI), ferrierite, zeolite X (FAU), zeolite Y (FAU), ultra stable zeolite Y (FAU), zeolite AEI, zeolite ZSM-5, zeolite ZSM-12 (MTW), zeolite ZSM-20, zeolite ZSM-34, zeolite CHA, zeolite SSZ-13, zeolite SAPO-5 (AFI), offretite, beta zeolite or copper-containing zeolite CHA. The zeolite, if present, is preferably ZSM-5 (medium pore zeolite), beta zeolite (large pore zeolite), or Y zeolite (large pore zeolite). If a zeolite is present, a Y zeolite or a beta zeolite is preferred, with a beta zeolite being most preferred.
Однако в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно, чтобы катализатор окисления (не включающий какого-либо защитного слоя от фосфора и/или цинка, объяснение данной детали см. ниже в настоящем документе) вообще не содержал адсорбентов углеводородов, в частности цеолитов, поскольку цеолиты могут подвергаться гидротермическому разложению в процессе генерации экзотермического эффекта, что делает их включение менее желательным. Включение адсорбентов углеводородов в окислительные катализаторы для высокомощных транспортных средств также менее необходимо, поскольку температуры отработавшего газа, испускаемого высокомощными дизельными двигателями, редко при использовании опускаются ниже температур, при которых желательна адсорбция углеводородов для улучшения общего цикла превращения углеводородов.However, in accordance with the present invention, it is preferred that the oxidation catalyst (not including any protective layer against phosphorus and/or zinc, for an explanation of this detail, see later in this document) does not contain hydrocarbon adsorbents, in particular zeolites, since zeolites can be subjected to hydrothermal decomposition in the process of generating an exothermic effect, which makes their inclusion less desirable. The inclusion of hydrocarbon adsorbents in oxidation catalysts for high output vehicles is also less necessary because exhaust gas temperatures emitted from high output diesel engines rarely fall below temperatures at which hydrocarbon adsorption is desired to improve the overall hydrocarbon conversion cycle.
Длина зоны каталитического покрытия из пористого оксидаPorous oxide catalytic coating zone length
В вариантах осуществления, содержащих только две зоны каталитического покрытия из пористого оксида, таких как показаны на Фиг. 1, длина первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида может составлять <50%, предпочтительно от 20 до 40% от общей длины подложки.In embodiments containing only two porous oxide catalytic coating zones, such as those shown in FIG. 1, the length of the first zone of the porous oxide catalytic coating may be <50%, preferably 20 to 40% of the total length of the substrate.
Однако в вариантах осуществления, содержащих три или четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, например показанные на любой из Фиг. 2–5 включительно, длина первой зоны покрытия из пористого оксида может составлять от 15 до 35% от общей длины подложки (L).However, in embodiments comprising three or four porous oxide catalytic coating zones, such as those shown in any of FIGS. 2-5 inclusive, the length of the first porous oxide coating zone can be from 15 to 35% of the total length of the substrate (L).
В вариантах осуществления, содержащих три или четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, например показанных на любой из Фиг. 2–5 включительно, длина области перекрытия первого и второго слоев (6, 7) каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. длина второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, показанной на Фиг. 2 и 4, или длина четвертой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, показанной на Фиг. 3 и 5, может составлять 10–40%, предпочтительно 10–30% от общей длины (L) подложки.In embodiments comprising three or four porous oxide catalytic coating zones, such as those shown in any of FIGS. 2–5 inclusive, the length of the overlap region of the first and second layers (6, 7) of the porous oxide catalytic coating, i.e. the length of the second zone of the porous oxide catalytic coating shown in FIG. 2 and 4, or the length of the fourth zone of the porous oxide catalytic coating shown in FIG. 3 and 5 may be 10-40%, preferably 10-30% of the total length (L) of the substrate.
В вариантах осуществления, содержащих три или четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, например показанных на любой из Фиг. 2–5 включительно, длина третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида может составлять 10–40% от общей длины (L) подложки, более предпочтительно 15–35%, например 20–30% от общей длины (L) подложки.In embodiments comprising three or four porous oxide catalytic coating zones, such as those shown in any of FIGS. 2-5 inclusive, the length of the third zone of the porous oxide catalytic coating may be 10-40% of the total length (L) of the substrate, more preferably 15-35%, such as 20-30% of the total length (L) of the substrate.
В вариантах осуществления, содержащих четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, например, показанных на Фиг. 3 и 5, вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида, показанная на Фиг. 3 и 5, может составлять 1–40%, предпочтительно 5–30% от общей длины (L) подложки.In embodiments comprising four porous oxide catalytic coating zones, such as those shown in FIG. 3 and 5, the second porous oxide catalytic coating zone shown in FIG. 3 and 5 may be 1-40%, preferably 5-30% of the total length (L) of the substrate.
В особенно предпочтительном варианте осуществления впускной слой 6 каталитического покрытия из пористого оксида сначала наносят на подложку до длины приблизительно 80% от L, а затем на подложку наносят выпускной слой 7 каталитического покрытия из пористого оксида до длины приблизительно 50% от L, т.е. перекрывая слой 6 каталитического покрытия из пористого оксида на 30% от L. Длина первой зоны покрытия из пористого оксида может составлять от 15 до 35% от общей длины (L) подложки.In a particularly preferred embodiment, the inlet porous oxide
Поскольку длина подложки может варьироваться, по существу более полезно указывать длины первой, второй и четвертой зон каталитического покрытия из пористого оксида, если они присутствуют, по их осевой длине относительно общей осевой длины подложки, т.е. в процентах или частях. По существу подложки, применяемые в настоящем изобретении, имеют длину 3–6 дюймов включительно, в частности 4–6 дюймов. Таким образом, можно описывать длину слоя покрытия из пористого оксида или длину зоны покрытия из пористого оксида как процентную долю длины зоны x общую длину подложки (L).Since the length of the substrate may vary, it is generally more useful to indicate the lengths of the first, second, and fourth zones of the porous oxide catalytic coating, if present, by their axial length relative to the overall axial length of the substrate, i. in percentages or parts. As such, the substrates used in the present invention have a length of 3-6 inches, inclusive, in particular 4-6 inches. Thus, it is possible to describe the length of the porous oxide coating layer or the length of the porous oxide coating zone as a percentage of the zone length x the total length of the substrate (L).
Неравномерное распределение компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, и/или компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, в слое покрытия из пористого оксидаUneven distribution of the alkaline earth metal component and/or the platinum group metal components in the porous oxide coating layer
Этот аспект представлен на Фиг. 6 и 7 и кратко описан в описании графических материалов, представленных выше в настоящем документе.This aspect is shown in FIG. 6 and 7 and briefly described in the description of the drawings presented above in this document.
В первом аспекте изобретения первая зона каталитического покрытия из пористого оксида может иметь неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, по данным электронно-зондового микроанализа (EPMA), при этом концентрация одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, уменьшается в перпендикулярном направлении к поверхности подложки по данным EPMA.In a first aspect of the invention, the first zone of the porous oxide catalytic coating may have a non-uniform distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction perpendicular to the surface of the substrate, as measured electronically. -probe microanalysis (EPMA), wherein the concentration of one or more platinum group metal components and/or the first alkaline earth metal components decreases perpendicular to the surface of the substrate as measured by EPMA.
Было обнаружено, что неравномерное вертикальное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, может быть достигнуто в пределах одного слоя. Таким образом, связанные с многослойностью преимущества для достижения неравномерного вертикального распределения этих компонентов по слоям катализатора, могут быть достигнуты с использованием одного слоя или меньшего числа слоев.It has been found that uneven vertical distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components can be achieved within a single layer. Thus, the multilayer advantages of achieving a non-uniform vertical distribution of these components across the catalyst beds can be achieved using a single layer or fewer layers.
В композитном катализаторе окисления по изобретению первая зона каталитического покрытия из пористого оксида может иметь неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, необязательно в одном слое, например в слое каталитического покрытия из пористого оксида, таком как первый слой каталитического покрытия из пористого оксида (т.е. слой катализатора не имеет множества слоев).In the oxidation catalyst composite of the invention, the first porous oxide catalytic coating zone may have an uneven distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction perpendicular to the surface of the substrate, optionally in a single layer, for example in a porous oxide catalytic coating layer, such as the first porous oxide catalytic coating layer (i.e., the catalyst layer does not have multiple layers).
Предпочтительно слой каталитического покрытия из пористого оксида имеет неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, по всей его толщине (т.е. в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, представляющем толщину слоя катализатора), наиболее предпочтительно и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл.Preferably, the porous oxide catalytic coating layer has a non-uniform distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more alkaline earth metal components throughout its thickness (i.e., in a direction perpendicular to the surface of the substrate, representing the thickness of the catalyst layer), most preferably one or more platinum group metal components and one or more alkaline earth metal components.
Как правило, слой каталитического покрытия из пористого оксида имеет первую поверхность и вторую поверхность. Как правило, первая поверхность параллельна (например, по существу параллельна) второй поверхности (т.е. плоскость, содержащая первую поверхность, параллельна плоскости, содержащей вторую поверхность). Первая поверхность и вторая поверхность, как правило, параллельны поверхности подложки. Таким образом, направление, перпендикулярное поверхности подложки, также перпендикулярно первой поверхности и/или второй поверхности.Typically, the porous oxide catalytic coating layer has a first surface and a second surface. Typically, the first surface is parallel (eg, substantially parallel) to the second surface (ie, the plane containing the first surface is parallel to the plane containing the second surface). The first surface and the second surface are generally parallel to the surface of the substrate. Thus, the direction perpendicular to the surface of the substrate is also perpendicular to the first surface and/or the second surface.
Перпендикулярное расстояние между первой поверхностью и второй поверхностью по существу представляет собой толщину слоя каталитического покрытия из пористого оксида.The perpendicular distance between the first surface and the second surface is essentially the thickness of the porous oxide catalytic coating layer.
Первая поверхность может представлять собой открытую поверхность слоя катализатора, или на первой поверхности может быть расположен или нанесен дополнительный слой (например, второй слой). Первая поверхность по существу находится на верхней стороне (т.е. она представляет собой верхнюю поверхность) слоя катализатора. Под открытостью подразумевается, что первая поверхность не полностью покрыта или по существу не покрыта другим материалом, и, как правило, отработавший газ, проходящий через катализатор, входит в контакт с первой поверхностью перед тем, как войти в контакт со второй поверхностью.The first surface may be the exposed surface of the catalyst layer, or an additional layer (eg, a second layer) may be located or deposited on the first surface. The first surface is essentially on the top side (ie it is the top surface) of the catalyst layer. By openness is meant that the first surface is not completely covered or substantially not covered by another material, and, as a rule, the exhaust gas passing through the catalyst comes into contact with the first surface before coming into contact with the second surface.
Вторая поверхность не является открытой поверхностью слоя каталитического покрытия из пористого оксида. Как правило, вторая поверхность находится в непосредственном контакте с поверхностью подложки и/или поверхностью другого слоя. Таким образом, вторая поверхность по существу представляет собой нижнюю сторону (т.е. представляет собой нижнюю или самую низкую поверхность) слоя каталитического покрытия из пористого оксида.The second surface is not an open surface of the porous oxide catalytic coating layer. Typically, the second surface is in direct contact with the surface of the substrate and/or the surface of the other layer. Thus, the second surface is essentially the underside (ie, the lower or lowest surface) of the porous oxide catalytic coating layer.
Предпочтительно содержание одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, уменьшается в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки (т.е. количество одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, уменьшается от первой поверхности ко второй поверхности). Содержание одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, может уменьшаться непрерывно или уменьшаться прерывисто, предпочтительно уменьшаться непрерывно в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки. Таким образом, когда, например, первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один слой, который представляет собой слой каталитического покрытия из пористого оксида, содержание одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, уменьшается от открытой поверхности слоя каталитического покрытия из пористого оксида к поверхности подложки.Preferably, the content of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components decreases in a direction perpendicular to the surface of the substrate (i.e., the amount of one or more platinum group metal components). group, and/or one or more first alkaline earth metal components decreases from the first surface to the second surface). The content of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components may decrease continuously or decrease discontinuously, preferably decreasing continuously in a direction perpendicular to the surface of the substrate. Thus, when, for example, the first porous oxide catalytic coating zone comprises one layer, which is a porous oxide catalytic coating layer, the content of one or more platinum group metal components and/or one or more first components representing is an alkaline earth metal, decreases from the exposed surface of the porous oxide catalytic coating layer to the surface of the substrate.
Слой каталитического покрытия из пористого оксида может иметь линейную или нелинейную степень уменьшения количества одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки (т.е. линейная или нелинейная степень уменьшения количества первого металла платиновой группы в перпендикулярном направлении от первой поверхности ко второй поверхности).The porous oxide catalytic coating layer may have a linear or non-linear degree of reduction in the amount of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction perpendicular to the surface of the substrate (i.e. linear or non-linear rate of reduction of the amount of the first platinum group metal in the perpendicular direction from the first surface to the second surface).
Как правило, по меньшей мере 60% общего количества одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл (например, слоя каталитического покрытия из пористого оксида), может быть распределено между первой поверхностью и точкой или плоскостью в слое каталитического покрытия из пористого оксида, которая находится на половине расстояния между первой поверхностью и второй поверхностью (например, на 50% перпендикулярного расстояния между первой поверхностью и второй поверхностью). Эта плоскость, как правило, параллельна первой поверхности. Обозначение «на половине расстояния» в данном контексте по существу относится к половине среднего расстояния между первой поверхностью и второй поверхностью. Предпочтительно по меньшей мере 70%, более предпочтительно по меньшей мере 75%, например по меньшей мере 80%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90% от общего количества одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл (например, слоя каталитического покрытия из пористого оксида), может быть распределено между первой поверхностью и точкой или плоскостью в слое каталитического покрытия из пористого оксида, которая находится на половине расстояния между первой поверхностью и второй поверхностью.Typically, at least 60% of the total amount of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components (e.g., porous oxide catalytic coating layer) may be distributed between the first surface and a point or plane in the porous oxide catalytic coating layer that is half the distance between the first surface and the second surface (eg, 50% of the perpendicular distance between the first surface and the second surface). This plane is generally parallel to the first surface. The designation "at half the distance" in this context essentially refers to half the average distance between the first surface and the second surface. Preferably at least 70%, more preferably at least 75%, such as at least 80%, even more preferably at least 90% of the total amount of one or more platinum group metal components and/or one or more the first alkaline earth metal components (e.g., porous oxide catalytic coating layer) may be distributed between the first surface and a point or plane in the porous oxide catalytic coating layer that is halfway between the first surface and the second surface.
Как правило, по меньшей мере 60% общего количества одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл (например, слоя каталитического покрытия из пористого оксида), может быть распределено между первой поверхностью и точкой или плоскостью в слое каталитического покрытия из пористого оксида, расположенной на 25% перпендикулярного расстояния от первой поверхности до второй поверхности. Эта плоскость, как правило, параллельна первой поверхности. Предпочтительно по меньшей мере 70%, более предпочтительно по меньшей мере 75%, например по меньшей мере 80%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90% от общего количества одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл (например, слоя каталитического покрытия из пористого оксида), может быть распределено между первой поверхностью и точкой или плоскостью в слое каталитического покрытия из пористого оксида, расположенной на 25% перпендикулярного расстояния от первой поверхности до второй поверхности.Typically, at least 60% of the total amount of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components (e.g., porous oxide catalytic coating layer) may be distributed between the first surface and a point or plane in the porous oxide catalytic coating layer located at 25% of the perpendicular distance from the first surface to the second surface. This plane is generally parallel to the first surface. Preferably at least 70%, more preferably at least 75%, such as at least 80%, even more preferably at least 90% of the total amount of one or more platinum group metal components and/or one or more the first alkaline earth metal components (e.g., porous oxide catalytic coating layer) may be distributed between the first surface and a point or plane in the porous oxide catalytic coating layer located at 25% of the perpendicular distance from the first surface to the second surface.
По меньшей мере 60% общего количества одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл (например, слоя каталитического покрытия из пористого оксида), может быть распределено между первой поверхностью и точкой или плоскостью в слое каталитического покрытия из пористого оксида, расположенной на 10% перпендикулярного расстояния от первой поверхности до второй поверхности. Эта плоскость, как правило, параллельна первой поверхности. Предпочтительно по меньшей мере 70%, более предпочтительно по меньшей мере 75%, например по меньшей мере 80%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90% от общего количества одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл (например, слоя каталитического покрытия из пористого оксида), может быть распределено между первой поверхностью и точкой или плоскостью в слое каталитического покрытия из пористого оксида, расположенной на 10% перпендикулярного расстояния от первой поверхности до второй поверхности.At least 60% of the total amount of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components (e.g., porous oxide catalytic coating layer) may be distributed between the first surface and the point or a plane in the porous oxide catalytic coating layer located at 10% of the perpendicular distance from the first surface to the second surface. This plane is generally parallel to the first surface. Preferably at least 70%, more preferably at least 75%, such as at least 80%, even more preferably at least 90% of the total amount of one or more platinum group metal components and/or one or more the first alkaline earth metal components (e.g., porous oxide catalytic coating layer) may be distributed between the first surface and a point or plane in the porous oxide catalytic coating layer located at 10% of the perpendicular distance from the first surface to the second surface.
Неравномерное распределение первого металла платиновой группы в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, в целом может представлять собой упорядоченное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл. В альтернативном варианте осуществления неравномерное распределение первого металла платиновой группы в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, может представлять собой ступенчатое распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл.The uneven distribution of the first platinum group metal in a direction perpendicular to the surface of the substrate may generally be an ordered distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components. In an alternative embodiment, the uneven distribution of the first platinum group metal in a direction perpendicular to the surface of the substrate may be a staggered distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components.
Слой каталитического покрытия из пористого оксида может иметь равномерное горизонтальное распределение или неравномерное горизонтальное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл.The porous oxide catalytic coating layer may have a uniform horizontal distribution or a non-uniform horizontal distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components.
Как правило, распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, параллельном поверхности подложки (т.е. продольной плоскости) и перпендикулярном центральной продольной оси подложки (т.е. в направлении, параллельном впускной торцевой поверхности и/или выпускной торцевой поверхности подложки), является равномерным или неравномерным. Предпочтительно, чтобы распределение первого металла платиновой группы в направлении, параллельном поверхности подложки и перпендикулярном центральной продольной оси подложки, было равномерным.Typically, the distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction parallel to the surface of the substrate (i.e., the longitudinal plane) and perpendicular to the central longitudinal axis of the substrate ( i.e. in a direction parallel to the inlet end surface and/or the outlet end surface of the substrate) is uniform or non-uniform. Preferably, the distribution of the first platinum group metal in a direction parallel to the surface of the substrate and perpendicular to the central longitudinal axis of the substrate is uniform.
По существу распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, параллельном поверхности подложки (т.е. продольной плоскости) и параллельном центральной продольной оси подложки (т.е. в направлении, перпендикулярном впускной торцевой поверхности и/или выпускной торцевой поверхности подложки), может быть равномерным или неравномерным. Предпочтительно, чтобы распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, параллельном поверхности подложки и параллельном центральной продольной оси подложки, было равномерным.As such, the distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction parallel to the surface of the substrate (i.e., longitudinal plane) and parallel to the central longitudinal axis of the substrate (m i.e. in a direction perpendicular to the inlet end surface and/or the outlet end surface of the substrate) may be uniform or non-uniform. Preferably, the distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction parallel to the substrate surface and parallel to the central longitudinal axis of the substrate is uniform.
Способы получения неравномерного распределения одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, представляют собой стандартную термическую сушку растворенной соли одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, нанесенной пропиткой покрытия из пористого оксида, содержащего один или более металлов платиновой группы, и первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла, при этом один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, присутствует в покрытии из пористого оксида и/или в виде растворенной соли в пропиточной среде вместе с растворенной солью одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы. Первые компоненты, представляющие собой щелочноземельный металл, предпочтительно присутствуют в покрытии из пористого оксида, на которое нанесены один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы. Пропитка представляет собой распространенную известную методику, описанную, например, в главе 2.3 публикации Heck et al., Catalytic Air Pollution Control–Commeral Technology, третье издание (2009), John Wiley & Sons, Inc. В этой справочной главе также обсуждается термическая сушка и прокаливание. Авторы изобретения обнаружили, что альтернативный способ сушки, сублимационная сушка (см., например, публикацию WO 2009/080155), который образует хорошо диспергированные частицы щелочноземельного металла в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, обеспечивает менее пригодные для использования экзотермические эффекты. Дополнительное объяснение можно найти в разделе «Способы получения» ниже в настоящем документе.Methods for obtaining a non-uniform distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in the first zone of a porous oxide catalytic coating in a direction perpendicular to the surface of the substrate are conventional thermal drying of dissolved salts of one or more platinum group metal components impregnated with a porous oxide coating containing one or more platinum group metals, and a first heat-resistant metal oxide substrate material, wherein one or more of the first components is an alkaline earth metal, is present in the porous oxide coating and/or as a dissolved salt in the impregnation medium along with a dissolved salt of one or more platinum group metal components. The first alkaline earth metal components are preferably present in a porous oxide coating on which one or more platinum group metal components are deposited. Impregnation is a common known technique described, for example, in Chapter 2.3 of Heck et al., Catalytic Air Pollution Control—Commeral Technology, Third Edition (2009), John Wiley & Sons, Inc. This reference chapter also discusses thermal drying and calcination. The inventors have found that an alternative drying method, freeze drying (see, for example, WO 2009/080155), which forms well-dispersed alkaline earth metal particles in a direction perpendicular to the surface of the substrate, provides less usable exothermic effects. Additional explanation can be found in the Obtaining Methods section later in this document.
Щелочноземельный металл предпочтительно представляет собой барий. При использовании щелочноземельных металлов, не являющихся барием, например, в виде ацетатов, было обнаружено, что соли щелочноземельных металлов, не являющихся барием, на стадии сушки менее мобильны и поэтому, как правило, не образуют неравномерного распределения, и это касается таких солей щелочноземельных металлов, как стронций, кальций или магний. Заявитель полагает, что присутствие металла платиновой группы, в частности палладия, и бария на верхней поверхности слоя каталитического покрытия из пористого оксида, например, в так называемой «корке», благоприятно для генерации экзотермического эффекта, которая является основной целью композитного катализатора окисления настоящего изобретения. Таким образом, в дополнение к неравномерному распределению бариевого компонента в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, измеряемому по EPMA, причем концентрация компонента-бария уменьшается в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки, также и концентрация палладия уменьшается в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки.The alkaline earth metal is preferably barium. When using alkaline earth metals other than barium, for example in the form of acetates, it has been found that alkaline earth metal salts other than barium are less mobile in the drying step and therefore do not generally form an uneven distribution, and this applies to such alkaline earth metal salts like strontium, calcium or magnesium. The applicant believes that the presence of a platinum group metal, in particular palladium, and barium on the upper surface of the porous oxide catalytic coating layer, for example, in the so-called "skin", is favorable for generating an exothermic effect, which is the main purpose of the composite oxidation catalyst of the present invention. Thus, in addition to the uneven distribution of the barium component in the direction perpendicular to the substrate surface, as measured by EPMA, with the concentration of the barium component decreasing in the perpendicular direction towards the substrate surface, the concentration of palladium also decreases in the perpendicular direction towards the substrate surface.
Защитный слой от фосфора и/или цинкаProtective layer against phosphorus and/or zinc
Как разъясняется во введении в настоящее описание, смазывающие вещества для высокомощных транспортных средств имеют относительно высокое содержание добавок, содержащих цинк и/или фосфор. В результате при эксплуатации в течение срока службы транспортного средства катализаторы в системах выпуска отработавших газов высокомощных транспортных средств подвергают воздействию относительно больших количеств соединений цинка и/или фосфора. Авторы изобретения проанализировали катализатор окисления, который представлял собой первую каталитическую подложку, расположенную в системе выпуска отработавших газов ниже по потоку от дизельного двигателя для работы в тяжелых условиях стандарта Euro 6 в конце срока службы транспортного средства (около 1 миллиона километров) и обнаружили, что на катализаторе окисления в первой четверти подложки с покрытием, если считать от впускного конца подложки, присутствовало от 1,0 до 1,5 мас.% фосфора.As explained in the introduction to the present description, lubricants for high performance vehicles have a relatively high content of additives containing zinc and/or phosphorus. As a result, catalysts in the exhaust systems of high-performance vehicles are exposed to relatively large amounts of zinc and/or phosphorus compounds during the lifetime of a vehicle. The inventors analyzed the oxidation catalyst, which was the first catalytic support located in the exhaust system downstream of a
В настоящем изобретении первая зона каталитического покрытия из пористого оксида имеет наибольшую нагрузку металлами платиновой группы на подложке, и она находится в зоне, выполненной на первом конце подложки, соответствующем при эксплуатации впускному концу. В соответствии с изобретением наиболее высокая нагрузка металлами платиновой группы в виде обогащенной платиной комбинацией платины и палладия является ключевой характеристикой композитного катализатора окисления для генерации экзотермического эффекта с использованием повышенных количеств углеводородов, присутствующих в отработавшем газе. Таким образом, присутствие отравляющих катализатор веществ цинка и/или фосфора в отработавшем газе, поступающем во впускной конец композитного катализатора окисления, может оказывать диспропорциональное влияние в плане снижение активности катализатора при генерации экзотермического эффекта с использованием углеводородов из-за дополнительной потребности в углеводородах для достижения желаемой экзотермической температуры, в результате чего косвенно снижается экономия топлива в транспортном средстве; и/или из-за повышения температуры розжига углеводородов, т.е. температуры, при которой катализатор активирует начало окисления углеводородов и, таким образом, генерацию экзотермического эффекта, в сравнении с катализатором окисления, однородно покрытым той же композицией покрытия из пористого оксида (см. также примеры 4, 5 и 6 ниже в настоящем документе). Таким образом, углеводороды, введенные в отработавший газ при относительно более низких температурах, при которых обычно можно ожидать определенного экзотермического эффекта, могут привести к снижению экзотермического эффекта и повышению проскока углеводородов и, следовательно, к более высоким выбросам углеводородов в атмосферу и/или углеводородному загрязнению расположенных ниже по потоку компонентов или процессов системы выпуска отработавших газов и/или к режиму сбоя в системе внутренней диагностики (OBD).In the present invention, the first zone of the porous oxide catalytic coating has the largest load of platinum group metals on the substrate, and it is located in the zone provided at the first end of the substrate corresponding to the inlet end in use. According to the invention, the highest load of platinum group metals in the form of a platinum-rich combination of platinum and palladium is a key characteristic of the composite oxidation catalyst for generating an exothermic effect using increased amounts of hydrocarbons present in the exhaust gas. Thus, the presence of zinc and/or phosphorus catalyst poisoning agents in the exhaust gas entering the upstream end of the composite oxidation catalyst can have a disproportionate effect in reducing catalyst activity when generating an exothermic effect using hydrocarbons due to the additional need for hydrocarbons to achieve the desired exothermic temperature, as a result of which the fuel economy of the vehicle is indirectly reduced; and/or due to an increase in the ignition temperature of hydrocarbons, i. e. the temperature at which the catalyst activates the initiation of the oxidation of hydrocarbons and thus the generation of an exothermic effect, as compared to an oxidation catalyst uniformly coated with the same porous oxide coating composition (see also Examples 4, 5 and 6 below herein). Thus, hydrocarbons introduced into the exhaust gas at relatively lower temperatures, at which some exotherm would normally be expected, may result in reduced exotherm and increased hydrocarbon slippage and hence higher hydrocarbon emissions and/or hydrocarbon pollution. downstream exhaust system components or processes and/or internal diagnostic (OBD) failure mode.
Авторы изобретения изучили способы снижения или предотвращения эффектов отравления соединениями фосфора и/или цинка в композитном катализаторе окисления и обнаружили, что путем нанесения слоя покрытия из пористого оксида в качестве внешнего слоя на первую зону каталитического покрытия из пористого оксида с достаточной нагрузкой (коррелирующей с толщиной слоя покрытия из пористого оксида), причем необязательно покрытие из пористого оксида содержит порошковый оксид металла с достаточным средним диаметром пор, и/или полученное покрытие из пористого оксида имеет достаточный средний размер пор между частицами, можно предотвратить или уменьшить контакт соединений фосфора и/или цинка с расположенной ниже первой зоной покрытия из пористого оксида, и в процессе эксплуатации катализатора сохраняется более высокая доля активности свежего катализатора, чем в катализаторе без применения такого дополнительной особенности, причем сохраняется доступ отработавшего газа в плане массообмена с расположенной ниже первой зоной покрытия из пористого оксида.The inventors studied methods for reducing or preventing the effects of phosphorus and/or zinc poisoning in a composite oxidation catalyst and found that by applying a porous oxide coating layer as an outer layer to the first zone of the porous oxide catalytic coating with sufficient load (correlating with layer thickness porous oxide coating), and optionally the porous oxide coating contains a particulate metal oxide with a sufficient average pore diameter, and/or the resulting porous oxide coating has a sufficient average pore size between particles, contact of phosphorus and/or zinc compounds with located below the first zone of coating of porous oxide, and during the operation of the catalyst, a higher proportion of fresh catalyst activity is maintained than in a catalyst without the use of such an additional feature, while access of the exhaust gas in terms of mass exchange with the located oh below the first porous oxide coating zone.
Соответственно, в предпочтительной конструкции композитный катализатор окисления в соответствии с первым аспектом изобретения содержит внешний слой покрытия из пористого оксида, проходящий в осевом направлении от первого конца подложки, для защиты по меньшей мере части расположенной ниже первой зоны покрытия из пористого оксида от отравления фосфором и/или цинком в процессе эксплуатации, причем внешний слой покрытия из пористого оксида имеет нагрузку порошковым оксидом металла ≥0,8 г/дюйм3.Accordingly, in a preferred construction, the composite oxidation catalyst according to the first aspect of the invention comprises an outer porous oxide coating layer extending axially from the first end of the support to protect at least a portion of the underlying first zone of the porous oxide coating from phosphorus poisoning and/ or zinc in service, wherein the outer porous oxide coating layer has a metal oxide powder load of ≥0.8 g/in 3 .
Исследования заявителя показали, что глубина внешнего слоя покрытия из пористого оксида, по-видимому, важна для достижения желаемой функции защитного слоя от соединений фосфора и/или цинка, поскольку было обнаружено, что относительно низкая нагрузка внешним слоем покрытия из пористого оксида 0,5 г/дюйм3 не столь эффективна, как нагрузка внешним слоем покрытия из пористого оксида в 1,0 г/дюйм3 (см. примеры 4, 5 и 6 ниже в настоящем документе).Applicant's studies have shown that the depth of the outer layer of the porous oxide coating appears to be important to achieve the desired function of the protective layer against phosphorus and/or zinc compounds, since it was found that the relatively low load of the outer layer of the porous oxide coating of 0.5 g /in 3 is not as effective as loading with an outer layer of porous oxide coating of 1.0 g/in 3 (see examples 4, 5 and 6 below in this document).
Внешний слой покрытия из пористого оксида может состоять по существу из порошкового оксида металла, причем внешний слой покрытия из пористого оксида может содержать определенные связующие вещества или добавки для содействия обработке, например модификаторы потока порошка, модификаторы реологических свойств покрытия из пористого оксида и т. д. То есть хотя каталитические компоненты, такие как барий или один или более металлов платиновой группы, могут просачиваться или мигрировать во внешний слой покрытия из пористого оксида их нижележащего слоя во время изготовления композитного катализатора окисления, частицы оксида металла наносят как покрытие, например покрытие из пористого оксида, которое не включает таких металлов и не предназначено для того, чтобы такие металлы входили в внешний слой покрытия из пористого оксида. В этом контексте термин «состоящий по существу», используемый выше в настоящем документе, должен охватывать конечный продукт, в котором любые такие металлы непреднамеренно мигрируют во внешний слой покрытия из пористого оксида.The outer layer of the porous oxide coating may consist essentially of powdered metal oxide, and the outer layer of the porous oxide coating may contain certain binders or additives to aid processing, such as powder flow modifiers, rheology modifiers of the porous oxide coating, etc. That is, although catalytic components such as barium or one or more platinum group metals may seep or migrate into the outer layer of the porous oxide coating of their underlying layer during the manufacture of the composite oxidation catalyst, the metal oxide particles are applied as a coating, such as a porous oxide coating. , which does not include such metals and is not intended to include such metals in the outer layer of the porous oxide coating. In this context, the term "substantially" used herein above should encompass the end product in which any such metals inadvertently migrate into the outer porous oxide coating layer.
Как правило, внешний слой покрытия из пористого оксида имеет нагрузку порошковым оксидом металла от 0,8 до 3,5 г/дюйм-3, предпочтительно от 0,9 до 2,5 г/дюйм-3, еще более предпочтительно от 1,0 до 2,0 г/дюйм-3, например от 1,1 до 1,75 г/дюйм-3.Typically, the outer layer of the porous oxide coating has a powder metal oxide load of 0.8 to 3.5 g/in -3 , preferably 0.9 to 2.5 g/in -3 , even more preferably 1.0 up to 2.0 g/in -3 , for example from 1.1 to 1.75 g/in -3 .
Предпочтительно внешний слой покрытия из пористого оксида наносят непосредственно на покрытие из пористого оксида первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида. Однако в объем настоящего изобретения входит один или более слоев покрытия из пористого оксида между первой зоной каталитического покрытия из пористого оксида и внешним слоем покрытия из пористого оксида предпочтительной конфигурации.Preferably, the outer porous oxide coating layer is applied directly to the porous oxide coating of the first zone of the porous oxide catalytic coating. However, it is within the scope of the present invention to include one or more porous oxide coating layers between the first porous oxide catalytic coating zone and an outer porous oxide coating layer of a preferred configuration.
Следует понимать, что нанесение элемента — защитного слоя — по существу применимо ко всем вариантам осуществления настоящего изобретения, и поэтому его можно легко комбинировать со всеми и каждым вариантом осуществления настоящего изобретения, как конкретно показано в вариантах осуществления, описанных на Фиг. 1–5 включительно, и как показано необязательной пунктирной линией G.It should be understood that the application of the protective layer element is essentially applicable to all embodiments of the present invention, and therefore can be easily combined with each and every embodiment of the present invention, as specifically shown in the embodiments described in FIG. 1–5 inclusive, and as shown by the optional dashed line G.
Внешний слой покрытия из пористого оксида может иметь один или более из следующих дополнительных необязательных признаков:The outer porous oxide coating layer may have one or more of the following additional optional features:
(a) порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида имеет средний диаметр пор ≥10 нм и/или внешний слой покрытия из пористого оксида имеет средний диаметр пор между частицами ≥10 нм;(a) the metal oxide powder in the outer layer of the porous oxide coating has an average pore diameter of ≥10 nm and/or the outer layer of the porous oxide coating has an average pore diameter between particles of ≥10 nm;
(b) порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида церия и смешанного или композитного оксида любых двух или более из них или алюмосиликатного цеолита. Предпочтительно порошковый оксид металла представляет собой допированный диоксидом кремния оксид алюминия или оксид алюминия, имеющие средний диаметр пор ≥15 нм;(b) the metal oxide powder in the outer layer of the porous oxide coating is selected from the group consisting of alumina, silica, titanium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, and a mixed or composite oxide of any two or more of these, or an aluminosilicate zeolite. Preferably, the metal oxide powder is silica-doped alumina or alumina having an average pore diameter of ≧15 nm;
(c) удельная площадь поверхности порошкового оксида металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида составляет >100 м2/г;(c) the specific surface area of the metal oxide powder in the outer layer of the porous oxide coating is >100 m 2 /g;
(d) внешний слой покрытия из пористого оксида распространяется в осевом направлении на длину, составляющую до 150% осевой длины нижележащего первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида от первого конца подложки, чтобы таким образом защитить его от отравления фосфором и/или цинком в ходе эксплуатации в системе выпуска отработавших газов дизельного двигателя для работы в тяжелых условиях, предпочтительно >50% осевой длины нижележащей первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, например >60%, >70%, >80%, >90%, или >100%, или до 120% ее осевой длины; и(d) the outer porous oxide coating layer extends axially up to 150% of the axial length of the underlying first porous oxide catalytic coating layer from the first end of the substrate, to thereby protect it from phosphorus and/or zinc poisoning during operation in the exhaust system of a heavy duty diesel engine, preferably >50% of the axial length of the underlying first porous oxide catalytic coating zone, for example >60%, >70%, >80%, >90%, or >100%, or up to 120% of its axial length; and
(e) на порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида наносят металл платиновой группы, который представляет собой платину или комбинацию платины и палладия при массовом соотношении Pt : Pd ≥ 1 : 1, причем необязательно нагрузка металлами платиновой группы во внешнем слое покрытия из пористого оксида составляет 1–35 г фут-3. Металл платиновой группы намеренно вводят во внешний слой покрытия из пористого оксида.(e) the metal oxide powder in the outer layer of the porous oxide coating is coated with a platinum group metal, which is platinum or a combination of platinum and palladium at a mass ratio of Pt : Pd ≥ 1 : 1, and optionally loading with platinum group metals in the outer layer of the coating from porous oxide is 1–35 g ft -3 . The platinum group metal is deliberately incorporated into the outer layer of the porous oxide coating.
Порошковый оксид металла может иметь один или оба из среднего диаметра пор и диаметра пор между частицами ≥10 нм. Предпочтительно средний диаметр пор или диаметр пор между частицами составляет ≥12 нм или ≥15 нм. Заявитель обнаружил, что определенные параметры порошкового оксида металлов могут нежелательно снижать окислительную активность углеводородов в нижележащей первой зоне покрытия из пористого оксида. Таким образом, при испытании заявителем коллоидного диоксида кремния (Ludox™) в качестве возможного порошкового оксида металла для применения во внешнем слое покрытия из пористого оксида было обнаружено, что слой покрытия из пористого оксида был недостаточно пористым и достаточно проницаемым для поддержания окислительной функции нижележащего первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида. Таким образом, окисление углеводородов в композитном катализаторе окисления, включающем коллоидный диоксид кремния в качестве порошкового оксида металла, было ограничено в плане массообмена газа. Хотя более низкая нагрузка коллоидным диоксидом кремния может обеспечивать улучшенный массообмен, ожидается, что защитное действие внешнего слоя покрытия из пористого оксида будет недостаточным (см. ограничение нагрузки покрытием из пористого оксида ≥0,8 г/дюйм3, описанное выше в настоящем документе). Таким образом, для лучшего поддержания главной функции окисления углеводородов композитного катализатора окисления порошковый оксид металла имеет средний диаметр пор ≥10 нм и/или внешний слой покрытия из пористого оксида имеет средний диаметр пор между частицами ≥10 нм.The metal oxide powder may have one or both of an average pore diameter and an interparticle pore diameter of ≧10 nm. Preferably, the average pore diameter or interparticle pore diameter is ≥12 nm or ≥15 nm. The Applicant has found that certain parameters of the metal oxide powder may undesirably reduce the oxidative activity of hydrocarbons in the underlying first zone of the porous oxide coating. Thus, when Applicant tested colloidal silica (Ludox™) as a possible metal oxide powder for use in the outer porous oxide coating layer, it was found that the porous oxide coating layer was insufficiently porous and sufficiently permeable to support the oxidative function of the underlying first layer. porous oxide catalytic coating. Thus, the oxidation of hydrocarbons in the composite oxidation catalyst including colloidal silica as metal oxide powder was limited in terms of gas mass transfer. Although a lower colloidal silica load may provide improved mass transfer, it is expected that the protective effect of the outer layer of the porous oxide coating will be insufficient (see load limitation of the porous oxide coating ≥0.8 g/in 3 described above in this document). Thus, in order to better maintain the main function of hydrocarbon oxidation of the composite oxidation catalyst, the metal oxide powder has an average pore diameter of ≥10 nm and/or the outer layer of the porous oxide coating has an average interparticle pore diameter of ≥10 nm.
В вариантах осуществления, в которых используют внешний слой покрытия из пористого оксида без нанесенного металла платиновой группы, авторы настоящего изобретения обнаружили, что некоторые порошковые оксиды металлов, имеющие относительно низкий средний диаметр пор, например порошковый оксид церия, имеющий в свежем состоянии средний диаметр пор 8 нм, могут быть эффективными в настоящем изобретении. Однако предпочтительно, чтобы порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида имел средний диаметр пор ≥10 нм и/или внешний слой покрытия из пористого оксида имел средний диаметр пор между частицами ≥10 нм, предпочтительно средний диаметр пор ≥10 нм. Таким образом, порошковый оксид металла, например материал из оксида церия, который изначально имеет низкий средний диаметр пор, может найти применение в настоящем изобретении путем соответствующего выбора распределения частиц по размерам (см. также ниже в настоящем документе) таким образом, чтобы средний диаметр пор между частицами в слое покрытия из пористого оксида составлял ≥10 нм.In embodiments that use a porous oxide outer coating layer without a deposited platinum group metal, the present inventors have found that some metal oxide powders having a relatively low average pore diameter, such as cerium oxide powder having a fresh average pore diameter of 8 nm can be effective in the present invention. Preferably, however, the metal oxide powder in the outer porous oxide coating layer has an average pore diameter of ≥10 nm and/or the outer porous oxide coating layer has an average particle-to-particle pore diameter of ≥10 nm, preferably an average pore diameter of ≥10 nm. Thus, a powdered metal oxide, such as cerium oxide material, which initially has a low average pore diameter, can find use in the present invention by appropriately selecting the particle size distribution (see also below herein) such that the average pore diameter between particles in the porous oxide coating layer was ≥10 nm.
Средний диаметр пор между частицами внешнего слоя покрытия из пористого оксида можно определять с помощью ртутной порометрии.The average pore diameter between the particles of the outer layer of the porous oxide coating can be determined using mercury porosimetry.
Средний диаметр пор порошкового оксида металла может быть определен по изотермам адсорбции-десорбции N2 с использованием методики Барретта-Джойнера-Халенда (BJH).The average pore diameter of the metal oxide powder can be determined from N 2 adsorption-desorption isotherms using the Barrett-Joyner-Halend (BJH) technique.
Если порошковый оксид металла имеет бимодальный диаметр пор, то соблюдается требование, чтобы по меньшей мере одна из двух мод имела диаметр частиц ≥10 нм. Во избежание сомнений следует уточнить, что предпочтительный порошковый жаростойкий оксид металла, допированный диоксидом кремния, соответствует по меньшей мере общему определению, приведенному в данном разделе.If the metal oxide powder has a bimodal pore diameter, then the requirement is met that at least one of the two modes has a particle diameter of ≥10 nm. For the avoidance of doubt, it should be clarified that the preferred silicon dioxide doped refractory metal oxide powder meets at least the general definition given in this section.
Алюмосиликатные цеолиты по существу не удовлетворяют требованию, чтобы средний диаметр пор был ≥10 нм. Характеристику, заключающуюся в том, чтобы диаметр пор между частицами был ≥10 нм, можно получать путем соответствующего выбора размера частиц, т.е. распределения частиц по размерам. Как объяснено выше в настоящем документе применительно к коллоидному кремнезему, в котором частицы покрытия из пористого оксида слишком мелкие, поры между частицами слишком малы для поддержания массообмена отработавшего газа с нижележащим первым слоем каталитического покрытия из пористого оксида. Путем соответствующего выбора размера частиц можно получить поры между частицами подходящего размера, чтобы они соответствовали предпочтительному условию диаметра пор между частицами ≥10 нм.Aluminosilicate zeolites essentially do not meet the requirement that the average pore diameter be ≥10 nm. The characteristic that the pore diameter between the particles is ≥10 nm can be obtained by appropriate selection of the particle size, i.e. particle size distribution. As explained above with respect to colloidal silica in which the porous oxide coating particles are too small, the pores between the particles are too small to support the mass exchange of the exhaust gas with the underlying first porous oxide catalytic coating layer. By appropriate choice of particle size, pores between particles of a suitable size can be obtained to meet the preferred condition of pore diameter between particles ≧10 nm.
Например, величина D90 для частиц порошкового оксида металла может быть <100 мкм. Частицы порошкового оксида металла могут предпочтительно иметь D90 <75 мкм, например <50 мкм (например, <30 мкм), и более предпочтительно <20 мкм, например <15 мкм. Когда жаростойкий оксид имеет меньшую величину D90, можно обеспечивать лучшую упаковку и адгезию.For example, the D90 value for powdered metal oxide particles may be <100 µm. The metal oxide powder particles may preferably have a D90 of <75 µm, eg <50 µm (eg <30 µm), and more preferably <20 µm, eg <15 µm. When the refractory oxide has a lower D90 value, better packing and adhesion can be achieved.
Как известно специалистам в данной области, D90 представляет собой такое значение размера частиц, что 90% частиц в распределении имеют размер меньше этого значения. Во избежание сомнений измерения величины D90 можно проводить при помощи лазерного дифракционного анализа размера частиц на анализаторе Malvern Mastersizer 2000™, который представляет собой основанную на объеме методику (т.е. величину D90 можно также назвать DV90 (или D(v,0,90)) и использует математическую модель теории Ми для определения распределения размера частиц.As known to those skilled in the art, D90 is a particle size value such that 90% of the particles in the distribution are smaller than this value. For the avoidance of doubt, D90 measurements can be made using laser diffraction particle size analysis on a Malvern Mastersizer 2000™ analyzer, which is a volume-based technique (i.e. D90 can also be called D V 90 (or D(v,0, 90)) and uses the mathematical model of Mie theory to determine the particle size distribution.
Как правило, величина D90 для частиц порошкового оксида металла составляет <0,1 мкм. Предпочтительно, чтобы величина D90 для порошкового оксида металла составляла > ,0 мкм, например >5,0 мкм.Typically, the D90 value for powdered metal oxide particles is <0.1 µm. Preferably, the D90 value for the metal oxide powder is >.0 µm, eg >5.0 µm.
Порошковые оксиды металлов, которые удовлетворяют требуемым условиям для применения в защитном слое внешнего покрытия из пористого оксида в соответствии с предпочтительной конфигурацией и находят применение в настоящем изобретении, включают оксид алюминия, диоксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид церия и смешанный или композитный оксид любых двух или более из них, такие как допированный диоксидом кремния оксид титана, смешанный оксид церия-циркония, предпочтительный допированный диоксидом кремния оксид алюминия или алюмосиликатный цеолит. Например, порошковый оксид металла может быть выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида церия, допированного диоксидом кремния оксида алюминия, оксида титана-оксида алюминия, оксида циркония-оксида алюминия, оксида церия-оксида алюминия, оксида церия-оксида циркония-оксида алюминия, диоксида кремния-оксида титана, диоксида кремния-оксида циркония, оксида циркония-оксида титана, оксида церия-оксида циркония и оксида алюминия-оксида магния. Предпочтительно порошковый оксид металла выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, допированного диоксидом кремния оксида алюминия, оксида титана-оксида алюминия, оксида циркония-оксида алюминия, диоксида кремния-оксида титана, диоксида кремния-оксида циркония, оксида циркония-оксида титана и оксида алюминия-оксида магния.Powdered metal oxides that meet the required conditions for use in the protective layer of the outer coating of porous oxide in accordance with the preferred configuration and find use in the present invention include alumina, silicon dioxide, titanium oxide, zirconium oxide, cerium oxide and mixed or composite oxide any two or more of these, such as silica-doped titania, cerium-zirconium mixed oxide, the preferred silica-doped alumina, or aluminosilicate zeolite. For example, the metal oxide powder may be selected from the group consisting of alumina, cerium oxide, silica-doped alumina, titanium oxide-aluminum oxide, zirconium oxide-alumina, cerium oxide-alumina, cerium oxide-zirconium oxide aluminium, silicon dioxide-titanium oxide, silicon dioxide-zirconium oxide, zirconium oxide-titanium oxide, cerium oxide-zirconium oxide and aluminum oxide-magnesium oxide. Preferably, the metal oxide powder is selected from the group consisting of alumina, silica-doped alumina, titania-alumina, zirconia-alumina, silica-titania, silica-zirconia, zirconia-titania and oxide aluminum-magnesium oxide.
Порошковый оксид металла может быть необязательно допирован (например, допирующей добавкой). Допирующая добавка может быть выбрана из группы, состоящей из циркония (Zr), титана (Ti), кремния (Si), иттрия (Y), лантана (La), празеодима (Pr), самария (Sm), неодима (Nd) и их оксида. Включением допирующей добавки можно термически стабилизировать порошковый оксид металла. Следует понимать, что любое упоминание термина «допированный» в данном контексте относится к материалу, в котором основную кристаллическую решетку или кристаллическую решетку основного вещества порошкового оксида металла допируют заместителем или допируют в промежутках при помощи допирующей добавки. В некоторых вариантах на поверхности порошкового оксида металла могут присутствовать небольшие количества допирующей добавки. Однако большая часть допирующей добавки по существу будет присутствовать в толще порошкового оксида металла.The metal oxide powder may optionally be doped (eg with a dopant). The dopant may be selected from the group consisting of zirconium (Zr), titanium (Ti), silicon (Si), yttrium (Y), lanthanum (La), praseodymium (Pr), samarium (Sm), neodymium (Nd), and their oxide. By incorporating a dopant, the metal oxide powder can be thermally stabilized. It should be understood that any reference to the term "doped" in this context refers to a material in which the main crystal lattice or the crystal lattice of the basic substance of the metal oxide powder is doped with a substituent or doped in between with a dopant. In some embodiments, small amounts of dopant may be present on the surface of the metal oxide powder. However, most of the dopant will essentially be present in the bulk of the metal oxide powder.
При допировании порошкового оксида металла общее количество допирующей добавки составляет от 0,5 до 15 мас.%, предпочтительно от 1 до 10 мас.% (например, около 5 мас.%) от массы порошкового оксида металла. Предпочтительный порошковый оксид металла представляет собой жаростойкий оксид металла – оксид алюминия, допированный диоксидом кремния, который может удовлетворять требованиям к среднему диаметру пор ≥10 нм, а также может иметь удельную площадь поверхности ≥ около 120 м2/г (см. ниже в настоящем документе).When doping the metal oxide powder, the total amount of the dopant is 0.5 to 15 wt%, preferably 1 to 10 wt% (eg about 5 wt%), based on the weight of the metal oxide powder. The preferred metal oxide powder is a refractory silica-doped alumina metal oxide that can meet the requirements for an average pore diameter of ≥10 nm and can also have a specific surface area of ≥ about 120 m 2 /g (see below in this document ).
В вариантах осуществления, в которых порошковый оксид металла содержит алюмосиликатный цеолит, примеры подходящих цеолитов или цеолитных каркасов включают фожазит, клиноптилолит, морденит, силикалит, феррьерит, 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-13, оффретит, бета-цеолит или медьсодержащий цеолит CHA. Цеолит предпочтительно представляет собой ZSM-5, бета-цеолит или цеолит Y. Алюмосиликатный цеолит может включать один или более основных металлов, например по меньшей мере один из меди, железа или марганца. Например, если алюмосиликатный цеолит имеет код типа каркасного CHA, причем CHA может содержать медный промотор. В альтернативном варианте осуществления алюмосиликатный цеолит может намеренно не содержать основных металлов.In embodiments where the metal oxide powder contains an aluminosilicate zeolite, examples of suitable zeolites or zeolite frameworks include faujasite, clinoptilolite, mordenite, silicalite, ferrierite, zeolite X, zeolite Y, ultrastable zeolite Y, zeolite AEI, zeolite ZSM-5, zeolite ZSM -12, ZSM-20 zeolite, ZSM-34 zeolite, CHA zeolite, SSZ-13 zeolite, offretite, beta zeolite or CHA copper zeolite. The zeolite is preferably ZSM-5, beta zeolite, or Y zeolite. The aluminosilicate zeolite may include one or more base metals, such as at least one of copper, iron, or manganese. For example, if the aluminosilicate zeolite has a framework type code CHA, the CHA may contain a copper promoter. In an alternative embodiment, the aluminosilicate zeolite may be intentionally free of base metals.
Порошковый оксид металла может представлять собой жаростойкий оксид металла, термин, который в соответствии с определением, используемым в настоящей заявке, исключает алюмосиликатные цеолиты.The powdered metal oxide may be a refractory metal oxide, a term which, as defined herein, excludes aluminosilicate zeolites.
Особенно предпочтительным порошковым оксидом металла для применения в настоящем изобретении является жаростойкий оксид металла — допированный диоксидом кремния оксидом алюминия при общем количестве допирующего диоксида кремния, описанном выше в настоящем документе, не содержащий намеренно введенного благородного металла, включая металл платиновой группы. Кроме того, предпочтительным является оксид алюминия со средним размером пор ≥15 нм. Такие материалы в настоящем документе называются «широкопористыми оксидами алюминия» и известны, например, из публикации EP1077769 A1.A particularly preferred metal oxide powder for use in the present invention is a refractory metal oxide - doped with silica alumina at the total amount of doped silica described above herein, free of intentionally introduced noble metal, including a platinum group metal. In addition, alumina with an average pore size of ≥15 nm is preferred. Such materials are referred to herein as "wide-pore aluminas" and are known, for example, from EP1077769 A1.
Считается, что удельная площадь поверхности порошкового оксида металла также важна, поскольку чем больше удельная площадь поверхности порошкового компонента оксида металла, тем больше ожидаемая адсорбционная емкость внешнего слоя покрытия из пористого оксида, например к стекловидному фосфату цинка, производного от добавок к смазке.It is believed that the specific surface area of the metal oxide powder is also important, since the greater the specific surface area of the metal oxide powder component, the greater the expected adsorption capacity of the outer layer of the porous oxide coating, for example, vitreous zinc phosphate, derived from lubricant additives.
Частицы порошкового оксида металла для применения во внешнем слое покрытия из пористого оксида в свежем композитном катализаторе окисления в соответствии с изобретением имеют среднюю удельную площадь поверхности (SSA) ≥ около 100 м2/г (> около 100 м2/г), предпочтительно ≥ около 120 м2/г (> около 120 м2/г), например ≥ около 150 м2/г (> около 150 м2/г), ≥ около 180 м2/г (> около 180 м2/г) или ≥ около 200 м2/г (> около 200 м2/г). Как правило, алюмосиликатные цеолиты имеют SSA ≥ около 200 м2/г.The metal oxide powder particles for use in the outer layer of the porous oxide coating in the fresh composite oxidation catalyst according to the invention have a mean specific surface area (SSA) ≥ about 100 m 2 /g (> about 100 m 2 /g), preferably ≥ about 120 m 2 /g (> about 120 m 2 /g), for example ≥ about 150 m 2 /g (> about 150 m 2 /g), ≥ about 180 m 2 /g (> about 180 m 2 /g) or ≥ about 200 m 2 /g (> about 200 m 2 /g). Typically, aluminosilicate zeolites have an SSA ≥ about 200 m 2 /g.
Среднюю удельную площадь поверхности (SSA) частиц жаростойкого оксида можно определять по физической сорбции азота при -196°C с использованием волюметрического способа. Среднее значение SSA определяют с использованием уравнения BET для изотермы адсорбции.The average specific surface area (SSA) of the refractory oxide particles can be determined from the physical sorption of nitrogen at -196° C. using a volumetric method. The average SSA is determined using the BET equation for the adsorption isotherm.
В предпочтительных вариантах осуществления на порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида наносят металл платиновой группы, который представляет собой платину или комбинацию платины и палладия при массовом соотношении Pt : Pd ≥ 1 : 1. Следует понимать, что массовое соотношение Pt : Pd 1 : 0, т.е. использование только Pt, входит в диапазон «≥1 : 1».In preferred embodiments, the metal oxide powder in the outer layer of the porous oxide coating is coated with a platinum group metal that is platinum or a combination of platinum and palladium at a weight ratio of Pt : Pd ≥ 1 : 1. It should be understood that the weight ratio of Pt : Pd 1 : 0, i.e. using only Pt, is in the range "≥1 : 1".
Предпочтительно нагрузка металлами платиновой группы во внешнем слое покрытия из пористого оксида составляет от 1 до 35 г/фут-3, предпочтительно от 2,5 до 25 г/фут-3, например от 5 до 17,5 г/фут-3.Preferably, the load of platinum group metals in the outer layer of the porous oxide coating is from 1 to 35 g/ft -3 , preferably from 2.5 to 25 g/ft -3 , for example from 5 to 17.5 g/ft -3 .
Добавление марганца к выпускному слою каталитического покрытия из пористого оксида для улучшения контроля NO2 и экзотермических характеристикAdding Manganese to the Porous Oxide Catalyst Exhaust Layer to Improve NO 2 Control and Exothermic Characteristics
Во время исследований при разработке четырехзонного композитного катализатора окисления, показанного на Фиг. 5, заявитель обнаружил, что марганец, добавленный в третью зону каталитического покрытия из пористого оксида, образованную на ее втором конце вторым (т.е. выпускным) концом подложки как часть второго слоя (7) каталитического покрытия из пористого оксида, нанесенного со второго (выпускного) конца подложки, может благоприятно способствовать генерации экзотермического эффекта и/или предотвращать гашение экзотермической реакции во время регенерации активного фильтра, повышать активность расположенного ниже по потоку SCR-катализатора для восстановления оксидов азота (NOx) до N2 и/или улучшать контроль впрыска азотистого восстановителя для применения в расположенном ниже по потоку катализаторе SCR. Эти наблюдения можно применять в равной степени, среди прочего, к двух-, трех- и четырехзонным композитным катализаторам окисления в соответствии с изобретением.During research into the development of the four-zone composite oxidation catalyst shown in FIG. 5, Applicant has found that manganese added to the third porous oxide catalytic coating zone formed at its second end by the second (i.e., outlet) end of the substrate as part of the second porous oxide catalytic coating layer (7) applied from the second ( outlet) end of the substrate, may favorably promote the generation of an exothermic effect and/or prevent the quenching of the exothermic reaction during regeneration of the active filter, increase the activity of the downstream SCR catalyst to reduce nitrogen oxides (NO x ) to N 2 and/or improve injection control a nitrogenous reducing agent for use in the downstream SCR catalyst. These observations can be applied equally to, inter alia, two-, three- and four-zone composite oxidation catalysts in accordance with the invention.
В отношении повышения активности расположенного ниже по потоку SCR-катализатора для восстановления NOx до N2, как описано выше в настоящем документе, известно, что в отработавшем газе, содержащем как монооксид азота, так и диоксид азота, SCR-катализ происходит посредством комбинации реакций SCR, включающих реакции (1)–(3), каждая из которых восстанавливает NOx до элементарного азота (N2).With respect to enhancing the activity of a downstream SCR catalyst for reducing NO x to N 2 as described above herein, it is known that in an exhaust gas containing both nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, SCR catalysis occurs through a combination of reactions SCR, including reactions (1)–(3), each of which reduces NO x to elemental nitrogen (N 2 ).
Соответствующая нежелательная неселективная побочная реакция соответствует реакции (4):The corresponding undesirable non-selective side reaction corresponds to reaction (4):
2NH3+2NO2 → N2O+3H2O+N2 (4)2NH 3 + 2NO 2 → N 2 O + 3H 2 O + N 2 (4)
На практике реакции (1)–(3) включительно происходят одновременно, причем благоприятной является доминирующая реакция, среди прочего, в соответствии с кинетикой реакции и относительными концентрациями реагентов. С кинетической точки зрения реакция (2) является относительно медленной по сравнению с реакцией (1), а реакция (3) является наиболее быстрой. Таким образом, в соответствии с этими химическими свойствами, SCR-катализ работает наиболее эффективно, если соотношение NO2/NOx в отработавшем газе, поступающем в расположенный ниже по потоку SCR-катализатор, составляет приблизительно 0,5, т.е. отношение 1 : 1 NO : NO2 в соответствии с реакцией (3).In practice, reactions (1) to (3) inclusive occur simultaneously, with the dominant reaction favoring, inter alia, according to the reaction kinetics and the relative concentrations of the reactants. From a kinetic point of view, reaction (2) is relatively slow compared to reaction (1), and reaction (3) is the fastest. Thus, according to these chemical properties, SCR catalysis works most efficiently if the NO 2 /NO x ratio in the exhaust gas entering the downstream SCR catalyst is approximately 0.5, i.e. ratio 1 : 1 NO : NO 2 in accordance with reaction (3).
Исследователи заявителя обнаружили, что путем включения марганца в третью зону каталитического покрытия из пористого оксида композитного катализатора окисления, показанного на Фиг. 5, в составе второго слоя (7) каталитического покрытия из пористого оксида можно подавлять пиковую пассивную окислительную активность NO, т.е. окислительную активность NO, возникающую между активными событиями экзотермического эффекта/регенерации. «Пиковая пассивная окислительная активность NO» проиллюстрирована значениями в столбце «свежий, NO2/NOx при 300°C (%)» в таблицах 7 и 8.Applicant's investigators have found that by incorporating manganese into the third zone of the porous oxide catalytic coating of the composite oxidation catalyst shown in FIG. 5, the composition of the second porous oxide catalytic coating layer (7) can suppress the peak passive oxidative activity of NO, i. e. the oxidative activity of NO occurring between active exothermic/regeneration events. The "peak passive oxidative activity of NO" is illustrated by the values in the column "fresh, NO 2 /NO x at 300°C (%)" in tables 7 and 8.
При подавлении пиковой окислительной активности с использованием марганца исследователи заявителя обнаружили, что соотношение NO2/NOx в «свежем» и «состаренном» композитном катализаторе окисления можно изменять в течение значительной части срока службы транспортного средства до более стабильного значения от 0,55 до 0,45, т.е. «благоприятного окна» для проведения реакции (3) на расположенном ниже по потоку SCR-катализаторе вместо кинетически более медленной и менее эффективной реакции (2) восстановления NOx. Если активность свежего катализатора в плане пассивного окисления NO слишком высока, то пиковое содержание NO2/NOx в отработавшем газе может повыситься до величины свыше 0,65, что не только смещает состав отработавшего газа от предпочтительного для стимуляции реакции (3) соотношения NO : NO2 1 : 1 в расположенном ниже по потоку SCR-катализаторе, но и, во-вторых, стимулирует наиболее медленную реакцию (2). Более того, избыток NO2 может приводить к нежелательному образованию N2O в соответствии с реакцией (4).By suppressing peak oxidative activity using manganese, Applicant's researchers have found that the NO 2 /NO x ratio in a "fresh" and "aged" composite oxidation catalyst can be varied over a significant portion of a vehicle's life to a more stable value between 0.55 and 0. .45, i.e. "favorable window" for carrying out the reaction (3) on the downstream SCR catalyst instead of the kinetically slower and less efficient reaction (2) NO x reduction. If the activity of the fresh catalyst in terms of passive oxidation of NO is too high, then the peak content of NO 2 /NO x in the exhaust gas can rise to a value in excess of 0.65, which not only shifts the composition of the exhaust gas from the preferred NO ratio for promoting reaction (3): NO 2 1 : 1 in the downstream SCR catalyst, but also, secondly, stimulates the slowest reaction (2). Moreover, an excess of NO 2 can lead to undesirable formation of N 2 O in accordance with reaction (4).
В плане улучшения контроля введения азотистого восстановителя для применения в расположенном ниже по потоку SCR-катализаторе, исследователи заявителя также обнаружили, что если третья зона содержит марганец, то разница (дельта) между свежим и состаренным композитным катализатором в плане пассивной окислительной активности NO в целом уменьшалась (см. результаты, представленные в таблицах 7 и 8). Таким образом, полученное значение соотношения NO2/NOx в отработавшем газе ниже по потоку от композитного катализатора окисления было более предсказуемым в течение срока службы системы выпуска отработавших газов транспортного средства, поскольку катализатор в начале свежий, а по мере использования стареет. На практике это наблюдение имеет важное значение, поскольку каталитическая реакция SCR по существу требует обеспечения азотистого восстановителя (см. реакции (1)–(3) выше в настоящем документе). Как правило, этот азотистый восстановитель представляет собой аммиак (NH3), который присутствует в транспортном средстве в форме предшественника — мочевины для доставки в поток отработавшего газа при помощи инжектора. При контакте с горячим отработавшим газом мочевина разлагается на аммиак и водяной пар. Из реакций (1)–(3) видно, что в зависимости от того, какая реакция является доминирующей в любой конкретный момент времени, требуются несколько разные количества азотистого восстановителя — аммиака для обеспечения наиболее эффективного восстановления общего NOx, если необходимо избегать проскока NH3.In terms of improving the control of nitrogenous reductant injection for use in the downstream SCR catalyst, Applicant's investigators also found that if the third zone contained manganese, the difference (delta) between the fresh and aged composite catalyst in terms of NO passive oxidative activity was generally reduced. (see the results presented in tables 7 and 8). Thus, the resulting NO 2 /NO x ratio in the exhaust gas downstream of the composite oxidation catalyst was more predictable over the life of the vehicle exhaust system, since the catalyst is fresh at the beginning and ages with use. In practice, this observation is important because the catalytic SCR reaction essentially requires the provision of a nitrogenous reducing agent (see reactions (1)-(3) above in this document). Typically, this nitrogenous reducing agent is ammonia (NH 3 ), which is present in the vehicle in the form of a precursor, urea, for delivery into the exhaust gas stream by an injector. On contact with hot exhaust gas, urea decomposes into ammonia and water vapour. It can be seen from reactions (1)–(3) that, depending on which reaction is dominant at any particular point in time, slightly different amounts of the nitrogenous reducing agent, ammonia, are required to ensure the most efficient reduction of total NO x if NH 3 slip is to be avoided. .
Дополнительный уровень сложности заключается в том, что способность катализатора окисления окислять NO до NO2 со временем эксплуатации снижается; это так называемое «старение». Эта потеря активности с течением времени приводит к увеличению сложностей при разработке систем управления для доставки азотистого восстановителя, поскольку нужно компенсировать постепенную потерю активности в системных программных алгоритмах. Однако если уменьшить разницу между окислительной активностью NO у свежего и состаренного катализатора в дополнение к подавлению повышенной активности окисления NO, с «фокусированием» NO2/NOx на величине около 0,5, как описано выше в настоящем документе, производителям транспортного средства с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях будет проще обеспечить системный программный контроль впрыска азотистого восстановителя в течение срока эксплуатации транспортного средства.An additional level of complexity is that the ability of the oxidation catalyst to oxidize NO to NO 2 decreases over time; this is the so-called "aging". This loss of activity over time leads to increased complexity in the design of control systems for the delivery of a nitrogenous reducing agent, since the gradual loss of activity in system software algorithms must be compensated for. However, if the difference between NO oxidizing activity of fresh and aged catalyst is reduced, in addition to suppressing increased NO oxidizing activity, with "focusing" NO 2 /NO x at about 0.5, as described above in this document, diesel vehicle manufacturers heavy-duty engine, it will be easier to maintain system software control of nitrous reductant injection over the life of the vehicle.
В-третьих, и очень неожиданно, исследователи заявителя обнаружили, как показано в примере 9 ниже в настоящем документе, что включение марганца в третью зону покрытия из пористого оксида/второй слой покрытия из пористого оксида может оказать благоприятное стимулирующее действие на экзотермический эффект и/или предотвратить гашение экзотермического эффекта во время активной регенерации фильтра. Благодаря этому наблюдению можно поддерживать функциональность композитного катализатора окисления, используя недорогой основной металл, т.е. марганец, вместо значительно более дорогостоящих металлов платиновой группы.Thirdly, and very unexpectedly, Applicant's investigators have found, as shown in Example 9 below herein, that the incorporation of manganese into the third porous oxide coating zone/second porous oxide coating layer can have a favorable exothermic and/or exotherm promoting effect. to prevent exotherm damping during active filter regeneration. Due to this observation, it is possible to maintain the functionality of the composite oxidation catalyst using an inexpensive base metal, i.e. manganese, instead of the much more expensive platinum group metals.
На этапе дополнительной обработки в системе выпуска отработавших газов на марганец может влиять отравление серой. Известно, что палладий также подвергается отравлению. По этой причине может быть предпочтительно избегать включения палладия в дополнение к марганцу в слой и/или зону покрытия из пористого оксида, содержащую марганцевый катализатор. Однако, как упомянуто выше в настоящем документе, палладий при относительно низком содержании может повышать стабильность платинового компонента в зоне. В связи с этим предпочтительно, чтобы содержащий марганец слой и/или зона каталитического покрытия из пористого оксида имели массовое соотношение Pt : Pd с высоким содержанием платины, например ≥10 : 1, или, в ином случае, один или более металлов платиновой группы в содержащем марганец слое и/или каталитического покрытия из пористого оксида зоне могут состоять по существу из или состоять из платины (т.е. иметь массовое соотношение Pt : Pd 1 : 0).During the post-treatment step in the exhaust system, manganese can be affected by sulfur poisoning. Palladium is also known to be poisoned. For this reason, it may be preferable to avoid including palladium in addition to manganese in the porous oxide coating layer and/or zone containing the manganese catalyst. However, as mentioned above herein, palladium at a relatively low content can increase the stability of the platinum component in the zone. In this regard, it is preferable that the manganese-containing layer and/or zone of the porous oxide catalytic coating have a mass ratio of Pt : Pd with a high content of platinum, for example ≥10 : 1, or, otherwise, one or more platinum group metals in containing The manganese layer and/or the catalytic porous oxide coating zone may consist essentially of or consist of platinum (ie have a Pt : Pd weight ratio of 1 : 0).
Для получения преимущества от описанных технических эффектов включения марганца, нагрузка металлами платиновой группы в слое и/или зоне каталитического покрытия из пористого оксида, содержащего марганец, предпочтительно составляет ≥2 г фут-3, предпочтительно от 5 до 15 г фут-3, например от 7 до 13 г фут-3.To take advantage of the described technical effects of manganese incorporation, the load of platinum group metals in the layer and/or zone of the catalytic coating of porous oxide containing manganese is preferably ≥2 g ft -3 , preferably from 5 to 15 g ft -3 , for example from 7 to 13 g ft -3 .
Кроме того, заявитель обнаружил, что технический эффект от снижаемой марганцем «дельты» между окислением NO в NO2 свежим и состаренным катализатором может быть усилен путем правильного выбора материала-подложки из жаростойкого оксида металла в зоне каталитического покрытия из пористого оксида, образованной на ее втором конце вторым концом подложки, например в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида, и/или во втором слое каталитического покрытия из пористого оксида.In addition, the Applicant has found that the technical effect of the manganese-reduced "delta" between the oxidation of NO to NO 2 with fresh and aged catalyst can be enhanced by proper selection of a heat-resistant metal oxide support material in the porous oxide catalytic coating zone formed on its second the end of the second end of the substrate, for example in the third zone of the porous oxide catalytic coating, and/or in the second layer of the porous oxide catalytic coating.
В связи с этим заявитель заметил преимущество материалов-подложек из оксида алюминия, допированного гетероатомами, причем предпочтительно гетероатом представляет собой кремний и/или марганец; или представляет собой смешанный оксид магния-алюминия. Марганец может присутствовать в виде гетероатома как такового, и/или его можно вводить в виде растворимой соли в комбинации с материалом-подложкой из жаростойкого пористого оксида металла, таким как смешанный оксид магния-алюминия или материал-подложка из допированного диоксидом кремния оксида алюминия, например, в виде нитрата марганца с последующим осаждением на материал-подложку с использованием восстанавливающего агента, такого как лимонная кислота, гидроксид тетрабутиламмония, муравьиная кислота, аскорбиновая кислота и т.д. Подложку из жаростойкого оксида металла, содержащую допированный марганец, можно, в свою очередь, пропитывать дополнительным количеством марганца.In this regard, the Applicant has observed the advantage of heteroatom-doped alumina substrate materials, preferably the heteroatom being silicon and/or manganese; or is a mixed oxide of magnesium-aluminum. The manganese may be present as a heteroatom per se and/or it may be incorporated as a soluble salt in combination with a refractory porous metal oxide support material such as mixed magnesium-alumina or a silica-doped alumina support material, e.g. , as manganese nitrate, followed by precipitation onto the substrate material using a reducing agent such as citric acid, tetrabutylammonium hydroxide, formic acid, ascorbic acid, etc. The refractory metal oxide substrate containing doped manganese can in turn be impregnated with additional manganese.
Соответственно, материал-подложка из жаростойкого оксида металла в зоне или слое, содержащем марганец, может содержать оксид алюминия, допированный диоксидом кремния, оксид алюминия, допированный марганцем, оксид алюминия, допированный как диоксидом кремния, так и марганцем, смешанный оксид магния-алюминия или «предварительно сформированный» смешанный оксид магния-алюминия, допированный марганцем. Пропиточный марганцевый компонент можно наносить на материал-подложку из жаростойкого оксида металла.Accordingly, the refractory metal oxide substrate material in the manganese containing zone or layer may comprise silica doped alumina, manganese doped alumina, both silica and manganese doped alumina, magnesium-aluminum mixed oxide, or "preformed" manganese-doped mixed magnesium-aluminum oxide. The impregnating manganese component can be applied to a heat-resistant metal oxide substrate material.
Смешанный оксид магния-алюминия может иметь предварительно содержание магния до прокаливания менее 15 мас.% в расчете на Mg, например от 0,1 до 12 мас.% или от 2,0 до 10 мас.%. Прокаленный материал-подложка, содержащий смешанный оксид алюминия-магния, может представлять собой магний-дефицитную, т.е. нестехиометрическую, шпинель. Наиболее предпочтительно, чтобы содержащий марганец материал-подложка из жаростойкого оксида металла представлял собой «предварительно полученный» смешанный оксид магния-алюминия, допированный марганцем. Количество марганцевой допирующей добавки в допированном марганцем оксиде алюминия-магния может составлять 1–15 мас. % в расчете на MnO2. В примере 8 показано, что образцы, содержащие допированный марганцем оксид магния-алюминия, демонстрировали неожиданное улучшение генерации экзотермического эффекта при более низкой температуре, что подтверждается тестом на «непрерывный экзотермический эффект», а также снижение «дельты» между свежим и состаренным катализаторами для соотношения NO2 / NOx.The mixed magnesium-alumina may have a pre-calcination magnesium content of less than 15 wt.% based on Mg, for example 0.1 to 12 wt.% or 2.0 to 10 wt.%. The calcined substrate material containing mixed alumina-magnesium oxide may be magnesium-deficient, i.e. non-stoichiometric, spinel. Most preferably, the manganese-containing refractory metal oxide substrate material is a manganese-doped "pre-produced" mixed magnesium-aluminum oxide. The amount of manganese doping additive in manganese-doped alumina-magnesium oxide can be 1–15 wt %. % based on MnO 2 . Example 8 shows that samples containing manganese-doped magnesium alumina exhibited an unexpected improvement in exotherm generation at lower temperature, as evidenced by the "continuous exotherm" test, as well as a reduction in "delta" between fresh and aged catalysts for the ratio NO2 / NOx .
ПодложкаSubstrate
Подложки предназначенные для размещения на них компонентов слоя каталитического покрытия из пористого оксида и зоны каталитического покрытия из пористого оксида композитного катализатора окисления настоящего изобретения хорошо известны в данной области. В целом подложка выполнена из керамического материала или металлического материала.Supports for containing the components of the porous oxide catalytic coating layer and the porous oxide catalytic coating zone of the composite oxidation catalyst of the present invention are well known in the art. In general, the substrate is made of a ceramic material or a metal material.
Предпочтительно подложка выполнена или состоит из кордиерита (SiO2-AI2O3-MgO), карбида кремния (SiC), титаната алюминия (AT), сплава Fe-Cr-AI, сплава Ni-Cr-AI или нержавеющей стали.Preferably, the substrate is made or consists of cordierite (SiO 2 -AI 2 O 3 -MgO), silicon carbide (SiC), aluminum titanate (AT), Fe-Cr-AI alloy, Ni-Cr-AI alloy or stainless steel.
Как правило, подложка представляет собой монолит, т.е. монолитную подложку. Предпочтительно, чтобы монолит представлял собой проточную монолитную подложку с сотовой структурой или фильтрующую монолитную подложку, наиболее предпочтительно проточную монолитную подложку с сотовой структурой.As a rule, the substrate is a monolith, i.e. monolithic substrate. Preferably, the monolith is a flow-through honeycomb monolith substrate or a filter substrate monolith, most preferably a flow-through honeycomb substrate monolith.
Композитный катализатор окисления предпочтительно предназначен для применения в качестве дизельного катализатора окисления (DOC) или катализируемого сажевого фильтра (CSF). На практике составы катализаторов, используемых в DOC и CSF, аналогичны. Однако, как правило, основная разница между DOC и CSF заключается в подложке, на которую наносят состав катализатора, и количестве металла платиновой группы в покрытии.The composite oxidation catalyst is preferably for use as a diesel oxidation catalyst (DOC) or a catalyzed diesel particulate filter (CSF). In practice, the catalyst compositions used in DOC and CSF are similar. However, in general, the main difference between DOC and CSF lies in the support on which the catalyst composition is applied and the amount of platinum group metal in the coating.
Проточный монолит обычно представляет собой сотовый монолит (например, металлический или керамический сотовый монолит), через который проходит множество каналов, причем каналы открыты с обоих концов. Когда подложка представляет собой проточный монолит, композитный катализатор окисления по изобретению обычно называют дизельным катализатором окисления (DOC) или предназначенным для применения в качестве дизельного катализатора окисления (DOC).A flow monolith is typically a honeycomb monolith (eg, a metal or ceramic honeycomb monolith) through which a plurality of channels pass, the channels being open at both ends. When the support is a flow monolith, the composite oxidation catalyst of the invention is generally referred to as a diesel oxidation catalyst (DOC) or for use as a diesel oxidation catalyst (DOC).
Когда монолит представляет собой фильтрующий монолит, фильтрующий монолит предпочтительно представляет собой фильтр с проточными стенками. В фильтре с проточными стенками каждый впускной канал поочередно отделен от выпускного канала стенкой из пористой структуры и наоборот. Впускной канал и выпускной канал предпочтительно имеют вид сотовой конструкции. При наличии сотовой конструкции каналы, расположенные в вертикальном и в боковом направлениях смежно с впускным каналом, предпочтительно закупорены на переднем по ходу конце и наоборот (т.е. каналы, расположенные в вертикальном и в боковом направлениях смежно с выпускным каналом, закупорены на заднем по ходу конце). Когда смотрят со стороны обоих концов, поочередно закрытые и открытые концы каналов должны выглядеть как шахматная доска. Когда подложка представляет собой фильтрующий монолит, катализатор окисления по изобретению, как правило, представляет собой катализируемый сажевый фильтр (CSF) или он предназначен для применения в качестве катализируемого сажевого фильтра (CSF).When the monolith is a filter monolith, the filter monolith is preferably a flow wall filter. In a flow wall filter, each inlet is in turn separated from the outlet by a porous structure wall and vice versa. The inlet and outlet are preferably honeycomb-shaped. In a honeycomb structure, passages vertically and laterally adjacent to the inlet are preferably plugged at the upstream end and vice versa (i.e., passages vertically and laterally adjacent to the outlet are plugged at the downstream end). move end). When viewed from both ends, the alternately closed and open ends of the channels should look like a checkerboard. When the substrate is a filter monolith, the oxidation catalyst of the invention is typically a catalyzed diesel particulate filter (CSF) or is intended for use as a catalyzed diesel particulate filter (CSF).
В принципе, подложка может иметь любую форму или размер. Однако форму и размер подложки, как правило, выбирают таким образом, чтобы оптимизировать воздействие каталитически активных материалов в катализаторе на отработавший газ. Подложка может иметь, например, трубчатую, волокнистую форму или форму в виде частиц. Примеры подходящих подложек включают подложку из монолитного сотового кордиерита, подложку из монолитного сотового SiC, подложку из слоеного волокна или тканого материала, подложку из вспененного материала, перекрестноточную подложку, подложку из металлической проволочной сетки, подложку из металлического пористого тела и подложку из керамических частиц.In principle, the substrate may be of any shape or size. However, the shape and size of the support is generally chosen to optimize the effect of the catalytically active materials in the catalyst on the exhaust gas. The support may, for example, be tubular, fibrous or particulate. Examples of suitable substrates include a monolithic cordierite honeycomb substrate, a monolithic SiC honeycomb substrate, a layered fiber or woven substrate, a foam substrate, a cross-flow substrate, a metal wire mesh substrate, a metal porous body substrate, and a ceramic particle substrate.
Высокомощные двигателиhigh power motors
Во избежание сомнений следует уточнить, что для высокомощных двигателей в соответствии с третьим аспектом изобретения можно использовать любое из определений, представленных выше в разделе «Предпосылки создания изобретения». Таким образом, например, если патентная заявка предназначена для Японии, в формулу изобретения могут быть включены ограничения, требуемые японскими стандартами по выбросам транспортных средств с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях. Аналогичное применимо для законодательства Европы, США и т.д. Во избежание дополнительных сомнений следует уточнить, что высокомощные двигатели для применения в настоящем изобретении не предусматривают управления циклами обеднения/обогащения, подходящим для нормальной работы или десульфатации LNT-катализатора. В предпочтительных конструкциях система выпуска отработавших газов в соответствии с изобретением не включает LNT.For the avoidance of doubt, it should be clarified that for high power motors in accordance with the third aspect of the invention, any of the definitions presented above in the "Background of the Invention" section can be used. Thus, for example, if the patent application is for Japan, the claims may include the restrictions required by Japanese heavy duty diesel vehicle emission standards. The same applies to the legislation of Europe, the USA, etc. For the avoidance of further doubt, it should be clarified that high power engines for use in the present invention do not provide lean/rich cycle control suitable for normal operation or desulfation of the LNT catalyst. In preferred designs, the exhaust system according to the invention does not include LNT.
Высокомощный двигатель с воспламенением от сжатия в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предпочтительно представляет собой дизельный двигатель, необязательно двигатель на сжатом природном газе (CNG). Дизельный двигатель для работы в тяжелых условиях может представлять собой двигатель с компрессионным воспламенением однородной смеси (HCCI), двигатель с компрессионным воспламенением предварительно смешанной смеси (PCCI) или двигатель низкотемпературного сгорания (LTC). Предпочтительно, чтобы дизельный двигатель представлял собой обычный (т.е. традиционный) дизельный двигатель.The high power compression ignition engine according to the third aspect of the present invention is preferably a diesel engine, optionally a compressed natural gas (CNG) engine. The heavy duty diesel engine may be a homogeneous mixture compression ignition (HCCI) engine, a premixed compression compression ignition (PCCI) engine, or a low temperature combustion (LTC) engine. Preferably, the diesel engine is a conventional (ie conventional) diesel engine.
Способы полученияHow to get
Способы получения катализатора окисления по изобретению известны в данной области. См., например, наши публикации WO 99/47260, WO 2007/077462 и WO 2011/080525. Аналогичным образом также хорошо известны условия сушки и прокаливания покрытия из пористого оксида.Methods for preparing the oxidation catalyst of the invention are known in the art. See, for example, our publications WO 99/47260, WO 2007/077462 and WO 2011/080525. Likewise, the conditions for drying and calcining a porous oxide coating are also well known.
Как упомянуто выше, в альтернативном варианте осуществления в соответствии с первым аспектом изобретения катализатор окисления может содержать три или более зон каталитического покрытия из пористого оксида, предпочтительно четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида.As mentioned above, in an alternative embodiment according to the first aspect of the invention, the oxidation catalyst may comprise three or more porous oxide catalytic coating zones, preferably four porous oxide catalytic coating zones.
Способ получения такого катализатора соответствует шестому аспекту изобретения, причем на этапе (a) слой каталитического покрытия из пористого оксида представляет собой первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, который проходит от первого конца подложки до длины, меньшей, чем общая длина подложки, причем способ дополнительно включает стадию (a') перед стадией (a) или после стадии (а), но в любом случае перед стадией (b), заключающуюся в нанесении второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида на подложку от второго конца подложки на длину меньше общей длины подложки так, чтобы первый слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывал второй слой каталитического покрытия из пористого оксида или второй слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывал первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, причем второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы.The method for producing such a catalyst corresponds to the sixth aspect of the invention, wherein in step (a) the porous oxide catalytic coating layer is a first porous oxide catalytic coating layer that extends from the first end of the substrate to a length less than the total length of the substrate, the method further includes step (a') before step (a) or after step (a), but in any case before step (b), consisting in applying a second layer of porous oxide catalytic coating on the substrate from the second end of the substrate to a length less than the total length of the substrate so that the first porous oxide catalytic coating layer partially overlaps the second porous oxide catalytic coating layer or the second porous oxide catalytic coating layer partially overlaps the first porous oxide catalytic coating layer, wherein the second porous oxide catalytic coating layer comprises a substrate material of heat-resistant oxide me tallium and one or more platinum group metal components.
В этом отношении предпочтительно, чтобы первый слой каталитического покрытия из пористого оксида мог проходить от первого конца подложки, а второй слой каталитического покрытия из пористого оксида проходил от второго конца подложки, при этом второй слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывает первый слой каталитического покрытия из пористого оксида.In this regard, it is preferable that the first porous oxide catalytic coating layer can extend from the first end of the substrate, and the second porous oxide catalytic coating layer extends from the second end of the substrate, the second porous oxide catalytic coating layer partially overlapping the first porous oxide catalytic coating layer. porous oxide.
В вариантах осуществления этот предпочтительный способ может обеспечивать конфигурации, такие как показанные на Фиг. 4 и 5, т.е. в зависимости от осевой длины области нанесения второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида на стадии (a'), и таким образом, от осевой длины области перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, причем первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один слой первого каталитического покрытия из пористого оксида, нанесенного на поверхность подложки. В зависимости от осевой длины области нанесения L1 на этапе (b) вторая или четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида может включать область перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида. Третья зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один слой покрытия из пористого оксида, нанесенный на поверхность подложки, образованный на его втором конце вторым концом подложки, и на его первом конце вторым концом первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида, т.е. в точке, в которой второй слой, проходящий от второго конца подложки в направлении первого конца подложки, начинает перекрывать первый слой каталитического покрытия из пористого оксида. Как правило, первый конец третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида представляет собой второй конец второй или четвертой зоны каталитического покрытия из пористого оксида.In embodiments, this preferred method may provide configurations such as those shown in FIG. 4 and 5, i.e. depending on the axial length of the region of application of the second porous oxide catalytic coating in step (a'), and thus on the axial length of the overlap region of the first porous oxide catalytic coating layer and the second porous oxide catalytic coating layer, wherein the first catalytic zone The porous oxide coating comprises one layer of a first porous oxide catalytic coating deposited on the surface of the substrate. Depending on the axial length of the application area L 1 in step (b), the second or fourth porous oxide catalytic coating zone may include an overlap region of the first porous oxide catalytic coating layer and the second porous oxide catalytic coating layer. The third porous oxide catalytic coating zone comprises one porous oxide coating layer deposited on the substrate surface, formed at its second end by the second end of the substrate, and at its first end by the second end of the first porous oxide catalytic coating layer, i. at the point at which the second layer extending from the second end of the substrate towards the first end of the substrate begins to overlap the first porous oxide catalytic coating layer. Typically, the first end of the third porous oxide catalytic coating zone is the second end of the second or fourth porous oxide catalytic coating zone.
Такая конструкция является предпочтительной, поскольку отработавший газ, поступающий в катализатор окисления по изобретению на первом впускном конце подложки, по существу входит в контакт с зоной области перекрытия каталитических покрытий из пористого оксида перед третьей зоной каталитического покрытия из пористого оксида. Зона перекрытия каталитических покрытий из пористого оксида (в зависимости от варианта осуществления, либо вторая, либо четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида) выступает в качестве «стабилизатора» для первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида. Зона области перекрытия каталитических покрытий из пористого оксида действует как «стабилизатор» в том смысле, что она выполняет некоторые или все реакции окисления первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида, но зона области перекрытия каталитических покрытий из пористого оксида может иметь более высокую температуру розжига для HC и/или CO, чем первая зона каталитического покрытия из пористого оксида.Such an arrangement is advantageous because the exhaust gas entering the oxidation catalyst of the invention at the first inlet end of the support substantially contacts the porous oxide catalytic coating overlap region zone in front of the third porous oxide catalytic coating zone. The zone of overlap of the catalytic porous oxide coatings (depending on the embodiment, either the second or the fourth zone of the catalytic porous oxide coating) acts as a "stabilizer" for the first zone of the catalytic porous oxide coating. The overlap region zone of the porous oxide catalytic coatings acts as a "stabilizer" in that it performs some or all of the oxidation reactions of the first zone of the porous oxide catalytic coating, but the overlap region zone of the catalytic porous oxide coatings may have a higher firing temperature for HC. and/or CO than the first zone of the porous oxide catalytic coating.
Следует понимать, что в шестом аспекте изобретения, из-за того, что первую зону каталитического покрытия из пористого оксида получают на стадии (b) путем пропитки каталитического покрытия из пористого оксида, нанесенного на стадии (a), материал-подложка из жаростойкого оксида металла в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида может представлять собой тот же материал-подложку из жаростойкого оксида металла, используемый в каталитическом покрытии из пористого оксида, например в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида, нанесенный на стадии (a).It should be understood that in the sixth aspect of the invention, because the first zone of the porous oxide catalytic coating is obtained in step (b) by impregnating the porous oxide catalytic coating applied in step (a), the refractory metal oxide support material in the first zone of the porous oxide catalytic coating may be the same heat-resistant metal oxide substrate material used in the porous oxide catalytic coating, for example, in the first porous oxide catalytic coating layer deposited in step (a).
Первую зону каталитического покрытия из пористого оксида, имеющую неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и необязательно одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, по данным электронно-зондового микроанализа (EPMA), причем концентрация одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и необязательно первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, снижается в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки по данным EPMA, можно получать, как правило, с помощью способа, в котором один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, не прикрепляются быстро к материалу-подложке из жаростойкого оксида металла и остаются подвижными внутри покрытия из пористого оксида при сушке. Покрытие из пористого оксида, содержащее один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, может быть нанесено на подложку с последующей стадией термической сушки и стадией прокаливания с использованием условий, обеспечивающих перемещение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и необязательно одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, внутри покрытия до их фиксации в определенном месте. Такие условия известны в данной области, в частности, поскольку условия предшествующего уровня техники обычно выбирают таким образом, чтобы быстро зафиксировать компоненты покрытия (т.е. покрытия из пористого оксида) для предотвращения их перемещения внутри покрытия. Таким образом, если существует осведомленность об условиях быстрой фиксации и предотвращения перемещения солей металлов платиновой группы внутри сушащегося покрытия из пористого оксида, это дает представление об условиях, допускающих такое перемещение.A first zone of a porous oxide catalytic coating having a non-uniform distribution of one or more platinum group metal components, and optionally one or more first alkaline earth metal components, in a direction perpendicular to the surface of the substrate, as determined by electron probe microanalysis (EPMA) ), wherein the concentration of one or more platinum group metal components, and optionally the first alkaline earth metal components, decreases in a direction perpendicular to the surface of the substrate according to EPMA, can generally be obtained by a method in which one or more of the platinum group metal components and/or one or more of the first alkaline earth metal components do not rapidly attach to the refractory metal oxide substrate material and remain movable within the porous oxide coating when drying. A porous oxide coating containing one or more platinum group metal components may be applied to the substrate followed by a thermal drying step and a calcination step using conditions to move one or more platinum group metal components and optionally one or more of the first alkaline earth metal components within the coating until they are fixed in place. Such conditions are known in the art, particularly since prior art conditions are typically chosen to quickly fix the components of the coating (ie, the porous oxide coating) to prevent them from moving within the coating. Thus, if there is awareness of the conditions for fast fixation and prevention of migration of platinum group metal salts within a drying porous oxide coating, this provides an idea of the conditions that allow such migration.
Перенос растворенных веществ на влажную поверхность или с нее во время испарения является эффектом, известным в других областях техники. Перенос первого металла платиновой группы (т.е. соли металла платиновой группы и/или соли щелочноземельного металла) во влажном покрытии может быть представлен уравнением Ричардса:The transport of solutes to or from a wet surface during evaporation is an effect known in other technical fields. The transfer of the first platinum group metal (i.e. platinum group metal salt and/or alkaline earth metal salt) in the wet coating can be represented by the Richards equation:
где:where:
t представляет собой время (например, время до существенного или полного испарения растворителя (т.е. воды)); и представляет собой содержание растворителя (т.е. воды), как правило, в покрытии; K - гидравлическая проводимость; z - высота; и ш - высота напора. Гидравлическая проводимость может быть аппроксимирована гидравлической проводимостью первого материала подложки и/или любого другого присутствующего материала подложки.t is time (eg, time to substantial or complete evaporation of the solvent (ie water)); and represents the content of the solvent (ie water), as a rule, in the coating; K - hydraulic conductivity; z - height; and w - head height. The hydraulic conductivity can be approximated by the hydraulic conductivity of the first substrate material and/or any other substrate material present.
Способ получения зоны каталитического покрытия из пористого оксида, имеющей неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, включает:A method for producing a porous oxide catalytic coating zone having an uneven distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction perpendicular to the substrate surface includes:
(a) получение водной суспензии, содержащей материал-подложку из жаростойкого оксида металла, один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и необязательно один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл;(a) providing an aqueous slurry comprising a refractory metal oxide support material, one or more platinum group metal components, and optionally one or more alkaline earth metal components;
(b) нанесение водной суспензии на подложку с образованием покрытия из пористого оксида; и(b) applying an aqueous suspension to a substrate to form a porous oxide coating; and
(c) высушивание и прокаливание покрытия из пористого оксида, причем условия сушки позволяют по меньшей мере одному или более компонентам, представляющим собой металл платиновой группы, и необязательно одному или более компонентам, представляющим собой щелочноземельный металл, течь к подложке или от нее, так, чтобы получить неравномерное распределение одного или более металлов платиновой группы и необязательно одного или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, в направлении, перпендикулярном поверхности подложки.(c) drying and calcining the porous oxide coating, the drying conditions allowing at least one or more platinum group metal components and optionally one or more alkaline earth metal components to flow to or from the substrate, such that to obtain uneven distribution of one or more platinum group metals and optionally one or more alkaline earth metal components in a direction perpendicular to the surface of the substrate.
Покрытие из пористого оксида может содержать два или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, причем первый компонент, представляющий собой металл платиновой группы, может называться первым компонентом, представляющим собой металл платиновой группы, а второй компонент, представляющий собой металл платиновой группы, может называться вторым компонентом, представляющим собой металл платиновой группы.The porous oxide coating may comprise two or more platinum group metal components, wherein the first platinum group metal component may be referred to as the first platinum group metal component and the second platinum group metal component may be referred to as the second component, which is a platinum group metal.
Как правило, по меньшей мере один из материала-подложки из жаростойкого оксида металла, первого компонента, представляющего собой металл платиновой группы, и второго компонента, представляющего собой металл платиновой группы, является нерастворимым. Однако следует понимать, что суспензия может представлять собой раствор, например, когда один или более предшественников материала-подложки из жаростойкого оксида металла, первого компонента, представляющего собой металл платиновой группы, и второго компонента, представляющего собой металл платиновой группы, являются растворимыми (т.е. растворенными).Generally, at least one of the heat-resistant metal oxide substrate material, the first platinum group metal component, and the second platinum group metal component is insoluble. However, it should be understood that the slurry may be a solution, for example, when one or more of the refractory metal oxide substrate material precursors, the first platinum group metal component, and the second platinum group metal component are soluble (i.e., e. dissolved).
Как правило, предшественник материала-подложки из жаростойкого оксида металла представляет собой соединение, которое подвергается превращению в материал-подложку из жаростойкого оксида металла после сушки и/или прокаливания покрытия. Такие предшественники материала-подложки из жаростойкого оксида металла хорошо известны в данной области и включают, например, бемит в качестве предшественника гамма-глинозема.Generally, the refractory metal oxide substrate material precursor is a compound that undergoes transformation into a refractory metal oxide substrate material after drying and/or calcining the coating. Such refractory metal oxide substrate material precursors are well known in the art and include, for example, boehmite as a gamma alumina precursor.
Как правило, первый компонент, представляющий собой металл платиновой группы, представляет собой соль первого металла платиновой группы или представляет собой первый металл платиновой группы (т.е. он представляет собой первый металл платиновой группы как таковой). Предпочтительно первый компонент, представляющий собой металл платиновой группы, представляет собой соль первого металла платиновой группы. Соль первого металла платиновой группы может представлять собой нитратную соль первого металла платиновой группы, ацетатную соль первого металла платиновой группы или карбоксилатную (например, цитратную) соль первого металла платиновой группы.Typically, the first platinum group metal component is a salt of the first platinum group metal or is the first platinum group metal (ie, it is the first platinum group metal as such). Preferably, the first platinum group metal component is a salt of the first platinum group metal. The salt of the first platinum group metal may be a nitrate salt of the first platinum group metal, an acetate salt of the first platinum group metal, or a carboxylate (eg, citrate) salt of the first platinum group metal.
Второй компонент, представляющий собой металл платиновой группы, как правило, представляет собой соль второго металла платиновой группы или второй металл платиновой группы (т.е. сам металл второй платиновой группы). Предпочтительно, чтобы второй компонент, представляющий собой металл платиновой группы, представлял собой соль второго металла платиновой группы. Соль второго металла платиновой группы может представлять собой нитратную соль второго металла платиновой группы, ацетатную соль второго металла платиновой группы или карбоксилатную (например, цитратную) соль второго металла платиновой группы.The second platinum group metal component is typically a salt of a second platinum group metal or a second platinum group metal (ie, the second platinum group metal itself). Preferably, the second platinum group metal component is a salt of the second platinum group metal. The second platinum group metal salt may be a nitrate salt of the second platinum group metal, an acetate salt of the second platinum group metal, or a carboxylate (eg, citrate) salt of the second platinum group metal.
При использовании двух или более различных металлов платиновой группы (например, когда первый металл платиновой группы отличается от второго металла платиновой группы), может существовать различие в подвижности между первым компонентом, представляющим собой металл платиновой группы, и вторым компонентом, представляющим собой металл платиновой группы, которое обусловлено различием в присутствующих металлах, что приводит к иному профилю распределения каждого металла платиновой группы по сравнению с другим (или каждым) металлом платиновой группы в слое покрытия из пористого оксида (см. Фиг. 6). То же самое относится к дифференциальной подвижности щелочноземельного металла относительно одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, присутствующих в слое каталитического покрытия из пористого оксида. Можно варьировать подвижность, а также предпочтительное перпендикулярное направление потока в слое каталитического покрытия из пористого оксида компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, путем выбора соответствующего аниона, когда компонент, представляющий собой металл платиновой группы, представляет собой соль металла платиновой группы. Компоненты, представляющие собой металл платиновой группы, также могут по-разному взаимодействовать с материалом-подложкой из жаростойкого оксида металла и могут быть выбраны на этой основе. Аналогичным образом можно варьировать подвижность компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, внутри слоя каталитического покрытия из пористого оксида путем соответствующего выбора их растворимой соли.When two or more different platinum group metals are used (for example, when the first platinum group metal is different from the second platinum group metal), there may be a difference in mobility between the first platinum group metal component and the second platinum group metal component, which is due to the difference in the metals present, resulting in a different distribution profile of each platinum group metal compared to the other (or each) platinum group metal in the porous oxide coating layer (see FIG. 6). The same applies to the differential mobility of the alkaline earth metal relative to one or more platinum group metal components present in the porous oxide catalytic coating layer. It is possible to vary the mobility as well as the preferred perpendicular flow direction in the porous oxide catalytic coating layer of the platinum group metal components by selecting the appropriate anion when the platinum group metal component is a salt of the platinum group metal. The platinum group metal components may also interact differently with the heat resistant metal oxide substrate material and may be selected on this basis. Similarly, the mobility of the alkaline earth metal components within the porous oxide catalytic coating layer can be varied by appropriate selection of their soluble salt.
Предпочтительно противо-анион соли первого металла платиновой группы отличается от противо-аниона соли второго металла платиновой группы. Например, первый компонент, представляющий собой металл платиновой группы, может представлять собой нитрат палладия, а второй компонент, представляющий собой металл платиновой группы, может представлять собой карбоксилат платины. Нитратный анион отличается от карбоксилатного аниона.Preferably, the counter anion of the salt of the first platinum group metal is different from the counter anion of the salt of the second platinum group metal. For example, the first platinum group metal component may be palladium nitrate and the second platinum group metal component may be platinum carboxylate. The nitrate anion is different from the carboxylate anion.
Подвижность по меньшей мере одного из компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, можно изменять путем нанесения его на материал-подложку (т.е. предварительно фиксируя компонент, представляющий собой металл платиновой группы) перед смешиванием с другим компонентом, представляющим собой металл платиновой группы. Например, предварительно закрепленный первый металл платиновой группы / первый материал-подложка из жаростойкого оксида металла может быть смешан со вторым материалом-подложкой из жаростойкого оксида металла и водной солью второго металла платиновой группы и необязательно водной солью одного или более щелочноземельных металлов.The mobility of at least one of the platinum group metal components can be altered by applying it to a support material (i.e., pre-fixing the platinum group metal component) prior to mixing with the other platinum group metal component. For example, the pre-fixed first platinum group metal/first refractory metal oxide substrate material may be mixed with a second refractory metal oxide substrate material and an aqueous salt of the second platinum group metal and optionally an aqueous salt of one or more alkaline earth metals.
Одним из способов, с помощью которого первый компонент, представляющий собой металл платиновой группы может быть нанесен на первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла, является: (i) смешивание первого материала-подложки из жаростойкого оксида металла и первого компонента, представляющего собой металл платиновой группы, в растворе, предпочтительно для пропитки или заполнения пор итогового первого материала-подложки из жаростойкого оксида металла; и (ii) высушивание и/или прокаливание водного раствора с получением первого компонента, представляющего собой металл платиновой группы (например, первый металл платиновой группы), нанесенного на первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла. После стадии (i) может следовать стадия (i)(a) добавления восстанавливающего агента для восстановления первого компонента, представляющего собой металл платиновой группы, предпочтительно для пропитки или заполнения пор первого материала-подложки. На стадиях (i) и/или (i)(a) предпочтительно, чтобы первым компонентом, представляющим собой металл платиновой группы, был единственный присутствующий компонент, представляющий собой металл платиновой группы.One method by which the first platinum group metal component can be applied to the first refractory metal oxide substrate material is by: (i) mixing the first refractory metal oxide substrate material and the first platinum metal oxide component. groups, in solution, preferably to impregnate or fill the pores of the final first heat-resistant metal oxide substrate material; and (ii) drying and/or calcining the aqueous solution to form a first platinum group metal component (eg, a first platinum group metal) supported on a first heat resistant metal oxide substrate material. Step (i) may be followed by step (i)(a) adding a reducing agent to reduce the first platinum group metal component, preferably to impregnate or fill the pores of the first support material. In steps (i) and/or (i)(a), it is preferred that the first platinum group metal component be the only platinum group metal component present.
Таким образом, стадия (a) описанного выше способа может представлять собой стадию (a) получения водной суспензии, содержащей второй компонент, представляющий собой металл платиновой группы, и первый компонент, представляющий собой металл платиновой группы, нанесенные на первый предшественник материала-подложки.Thus, step (a) of the method described above may be step (a) of obtaining an aqueous slurry containing a second platinum group metal component and a first platinum group metal component deposited on the first substrate material precursor.
Что касается стадии (b), способы нанесения суспензий или покрытий из пористого оксида на подложку хорошо известны в данной области (см., например, публикацию WO 99/47260 заявителя).With respect to step (b), methods for applying suspensions or porous oxide coatings to a substrate are well known in the art (see, for example, Applicant's WO 99/47260).
В одном варианте осуществления стадия (c) включает сушку покрытия в условиях сушки, которые позволяют по меньшей мере первому компоненту, представляющему собой металл платиновой группы, и второму компоненту, представляющему собой металл платиновой группы, перемещаться с отличными друг от друга скоростями в направлении, перпендикулярном плоскости, представляющей поверхность подложки. В другом варианте осуществления стадия (c) включает сушку покрытия в условиях сушки, которые обеспечивают возможность протекания к подложке или от нее только первого компонента, представляющего собой металл платиновой группы.In one embodiment, step (c) comprises drying the coating under drying conditions that allow at least the first platinum group metal component and the second platinum group metal component to move at different speeds from each other in a direction perpendicular to plane representing the surface of the substrate. In another embodiment, step (c) comprises drying the coating under drying conditions that allow only the first platinum group metal component to flow to or from the substrate.
Стадия (c) определяет точку, в которой компоненты, представляющие собой металл платиновой группы, фиксируются, как правило, на подложке или материале-подложке из жаростойкого оксида металла. Используемые условия сушки будут зависеть от природы материалов (например, компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, материалов-подложек из жаростойкого оксида металла и т.д.), присутствующих в покрытии, и размера катализатора окисления (например, размера подложки, который будет варьироваться в зависимости от применения катализатора).Step (c) determines the point at which the platinum group metal components are generally fixed to a heat-resistant metal oxide substrate or substrate material. The drying conditions used will depend on the nature of the materials (e.g., platinum group metal components, alkaline earth metal components, heat resistant metal oxide support materials, etc.) present in the coating and the size of the oxidation catalyst (e.g. , the size of the support, which will vary depending on the application of the catalyst).
Как правило, условия сушки включают сушку покрытия в течение по меньшей мере 15 минут, предпочтительно по меньшей мере 20 минут. В таких условиях можно получить неравномерное распределение первого металла платиновой группы и необязательного щелочноземельного металла. Равномерные распределения, как правило, обеспечиваются, когда время сушки составляет приблизительно 5 минут или менее.Typically, drying conditions include drying the coating for at least 15 minutes, preferably at least 20 minutes. Under such conditions, uneven distribution of the first platinum group metal and the optional alkaline earth metal can be obtained. Uniform distributions are generally obtained when the drying time is approximately 5 minutes or less.
Затем покрытие можно прокаливать при температуре от 400 до 800°C, предпочтительно от 450 до 600°C, более предпочтительно при температуре по меньшей мере 500°C.Then the coating can be calcined at a temperature of from 400 to 800°C, preferably from 450 to 600°C, more preferably at a temperature of at least 500°C.
Например, было обнаружено, что, если первый слой каталитического покрытия из пористого оксида имеет первую нагрузку и массовое соотношение платины и палладия в качестве двух или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, а один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, представляет собой барий, причем как металлы платиновой группы, так и барий наносят на материал-подложку из жаростойкого оксида металла, который представляет собой допированный диоксидом кремния оксид алюминия, при предпочтительном содержании диоксида кремния, и такой первый слой каталитического покрытия из пористого оксида пропитывают водным раствором относительно высококонцентрированных солей платины и палладия с образованием первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида после применения описанных выше в настоящем документе способов сушки, то палладий и барий легче мигрируют на открытую поверхность слоя каталитического покрытия из пористого оксида и наблюдаются в виде «корки» при анализе методом EPMA. Без предварительной фиксации на нижележащем материале-подложке из жаростойкого оксида металла, платиновый компонент демонстрирует некоторую мобилизацию в сторону той же открытой поверхности в пределах поперечного сечения первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида, оставаясь относительно более равномерно распределенным по поперечному сечению первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида, чем палладий и барий. Было обнаружено, что готовый продукт демонстрирует благоприятную активность в отношении генерации экзотермического эффекта. Этот эффект также частично показан в примере 2 ниже в настоящем документе.For example, it has been found that if the first porous oxide catalytic coating layer has a first load and a weight ratio of platinum and palladium as two or more platinum group metal components and one or more alkaline earth metal components is barium, wherein both the platinum group metals and barium are deposited on a refractory metal oxide support material, which is silica-doped alumina, with a preferred content of silica, and such a first porous oxide catalytic coating layer is impregnated with an aqueous solution of relatively highly concentrated salts of platinum and palladium to form the first zone of the porous oxide catalytic coating after applying the drying methods described above, palladium and barium more easily migrate to the exposed surface of the porous oxide catalytic coating layer and observe Xia in the form of a "crust" when analyzed by the EPMA method. Without prior fixation on the underlying refractory metal oxide substrate material, the platinum component exhibits some mobilization towards the same exposed surface within the cross section of the first porous oxide catalytic coating layer, remaining relatively more evenly distributed over the cross section of the first porous catalytic coating layer. oxide than palladium and barium. It was found that the finished product shows a favorable activity in terms of generating an exothermic effect. This effect is also shown in part in Example 2 below in this document.
Системы выпуска отработавших газовExhaust systems
Системы выпуска отработавших газов в соответствии со вторым аспектом изобретения содержат композитный катализатор окисления в соответствии с изобретением и расположенную ниже по потоку от него подложку сажевого фильтра, причем первый конец подложки композитного катализатора окисления ориентирован в сторону выше по потоку.Exhaust systems according to a second aspect of the invention comprise a composite oxidation catalyst according to the invention and a downstream particulate filter substrate, with a first end of the composite oxidation catalyst substrate oriented upstream.
Подложка сажевого фильтра может быть покрыта составом катализатора и, как правило, покрыта им.The particulate filter substrate can be coated with a catalyst composition and is usually coated with it.
Состав катализатора сажевого фильтра может подходить для окисления: (i) твердых частиц (PM) и/или (ii) монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC). Если состав катализатора подходит для окисления PM, полученное устройство контроля выбросов называют катализируемым сажевым фильтром (CSF). Как правило, в состав катализатора в CSF входит металл платиновой группы, такой как первый металл платиновой группы и/или второй металл платиновой группы, как определено выше.The diesel particulate filter catalyst composition may be suitable for oxidizing: (i) particulate matter (PM) and/or (ii) carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC). If the catalyst composition is suitable for PM oxidation, the resulting emission control device is referred to as a catalyzed diesel particulate filter (CSF). Typically, the composition of the catalyst in CSF includes a platinum group metal, such as a first platinum group metal and/or a second platinum group metal, as defined above.
Катализаторы SCR также хорошо известны в данной области и могут быть нанесены на проточную подложку или на фильтрующую подложку, такую как фильтрующая подложка с проточными стенками. Когда система выпуска отработавших газов по изобретению содержит SCR-катализатор, например, нанесенный на проточный монолит подложки, система выпуска отработавших газов может дополнительно содержать инжектор для впрыска азотистого восстановителя, такого как аммиак или карбамид, в отработавший газ ниже по потоку от катализатора для окисления монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC), в данном случае - композитного катализатора окисления в соответствии с изобретением или CSF-катализатора, расположенного ниже по потоку от композитного катализатора окисления в соответствии с изобретением и выше по потоку от SCR-катализатора. Система выпуска отработавших газов может дополнительно содержать средство управления двигателем для обогащения отработавшего газа углеводородами для приведения композитного катализатора окисления в контакт с углеводородами и генерации экзотермического эффекта для регенерации расположенного ниже по потоку сажевого фильтра. В альтернативном или дополнительном варианте осуществления введение углеводородов может быть облегчено посредством автономного инжектора углеводородов для впрыска углеводородного топлива в отработавший газ ниже по потоку от коллектора двигателя, но выше по потоку от композитного катализатора окисления.SCR catalysts are also well known in the art and can be supported on a flow support or on a filter support such as a flow wall filter support. When the exhaust system of the invention comprises an SCR catalyst, for example deposited on a flow-through substrate monolith, the exhaust system may further comprise an injector for injecting a nitrogenous reducing agent, such as ammonia or urea, into the exhaust gas downstream of the monoxide oxidation catalyst. carbon (CO) and hydrocarbons (HC), in this case a composite oxidation catalyst according to the invention or a CSF catalyst located downstream of the composite oxidation catalyst according to the invention and upstream of the SCR catalyst. The exhaust system may further comprise an engine control means for enriching the exhaust gas with hydrocarbons to bring the oxidation catalyst composite into contact with hydrocarbons and generate an exothermic effect to regenerate the downstream particulate filter. In an alternative or additional embodiment, the introduction of hydrocarbons may be facilitated by a self-contained hydrocarbon injector for injecting hydrocarbon fuel into the exhaust gas downstream of the engine manifold but upstream of the composite oxidation catalyst.
В альтернативном варианте осуществления состава CSF-катализатора подложка сажевого фильтра, предпочтительно фильтр с проточными стенками, может быть покрыта SCR-катализатором, и в этом случае ее называют SCRF-катализатором.In an alternative embodiment of the CSF catalyst formulation, the particulate filter substrate, preferably a flow wall filter, may be coated with an SCR catalyst, in which case it is referred to as a SCRF catalyst.
Как правило, SCR-катализаторы не могут восстанавливать значительные количества NOx в отработавшем газе вскоре после запуска двигателя с воспламенением от сжатия, поскольку температура отработавшего газа (и, следовательно, температура катализатора) слишком низкая. Катализаторы - ловушки NOx для обедненных условий смеси (например, адсорбционные катализаторы NOx), используют, например, выше по потоку от SCR-катализаторов, так что NOx могут храниться до тех пор, пока SCR-катализатор не станет активным при более высоких температурах отработавшего газа. Однако катализаторы - ловушки NOx для обедненных условий смеси часто не способны адекватно накапливать NOx при наличии большого массового расхода отработавшего газа (например, при работе двигателя в высокоскоростном цикле).Typically, SCR catalysts cannot reduce significant amounts of NO x in the exhaust gas shortly after starting a compression ignition engine because the temperature of the exhaust gas (and hence the temperature of the catalyst) is too low. NO x trap catalysts for lean conditions (e.g. NO x adsorption catalysts) are used, for example, upstream of the SCR catalysts so that the NO x can be stored until the SCR catalyst becomes active at higher exhaust gas temperatures. However, lean NO x trap catalysts are often unable to adequately store NO x in the presence of a high exhaust gas mass flow rate (eg, when an engine is running in a high speed cycle).
В соответствии со вторым аспектом изобретения системы выпуска отработавших газов, применяемые в настоящем изобретении, показаны на сопроводительных Фиг. 8A–D. Первый вариант осуществления системы выпуска отработавших газов (см. Фиг. 8A) включает композитный катализатор окисления по изобретению на проточном монолите подложки с сотовой структурой (см. элемент 42 на Фиг. 8A) и фильтр селективного каталитического восстановления (SCRF). Такая конфигурация может называться DOC/SCRF. Данный вариант осуществления также относится к применению композитного катализатора окисления для обработки отработавшего газа из двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя с воспламенением от сжатия, в комбинации с катализатором-фильтром селективного каталитического восстановления (SCRF). Предпочтительно композитный катализатор окисления представляет собой дизельный катализатор окисления или предназначен для применения в этом качестве. За композитным катализатором окисления изобретения обычно следует, т.е. располагается ниже по потоку, катализатор-фильтр селективного каталитического восстановления (SCRF). Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между композитным катализатором окисления и катализатором-фильтром селективного каталитического восстановления (SCRF). Таким образом, за композитным катализатором окисления может следовать, (т.е. он может быть расположен ниже по потоку от него) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать, (т.е. он может располагаться ниже по потоку от него) катализатор-фильтр селективного каталитического восстановления (SCRF).In accordance with the second aspect of the invention, the exhaust systems used in the present invention are shown in the accompanying FIGS. 8A–D. The first embodiment of the exhaust system (see FIG. 8A) includes a composite oxidation catalyst of the invention on a honeycomb flow-through support monolith (see
Во втором варианте осуществления системы выпуска отработавших газов (см. Фиг. 8B) система выпуска отработавших газов содержит композитный катализатор окисления изобретения на проточном монолите подложки с сотовой структурой и либо (некатализируемый) пылеулавливающий фильтр дизельного двигателя (DPF), либо катализируемый сажевый фильтр (CSF). Такая конфигурация может называться DOC/DPF или DOC/CSF. Этот вариант осуществления также относится к применению композитного катализатора окисления для очистки отработавшего газа из двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя с воспламенением от сжатия, в комбинации с пылеулавливающим фильтром дизельного двигателя или катализируемым сажевым фильтром. Предпочтительно композитный катализатор окисления представляет собой дизельный катализатор окисления или предназначен для применения в этом качестве. За композитным катализатором окисления, как правило, следует (т.е. располагается ниже по потоку от него) пылеулавливающий фильтр дизельного двигателя или катализируемый сажевый фильтр (CSF). Таким образом, например, выпускное отверстие композитного катализатора окисления соединено со впускным отверстием пылеулавливающего фильтра дизельного двигателя или катализируемого сажевого фильтра.In a second embodiment of the exhaust system (see Fig. 8B), the exhaust system comprises a composite oxidation catalyst of the invention on a honeycomb flow-through substrate monolith and either a (non-catalyzed) diesel engine dust filter (DPF) or a catalyzed diesel particulate filter (CSF). ). Such a configuration may be referred to as DOC/DPF or DOC/CSF. This embodiment also relates to the use of a composite oxidation catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, in particular a compression ignition engine, in combination with a diesel engine particulate filter or a catalyzed particulate filter. Preferably, the composite oxidation catalyst is or is intended to be used as a diesel oxidation catalyst. The composite oxidation catalyst is typically followed by (ie downstream of) a diesel engine dust filter or catalyzed particulate filter (CSF). Thus, for example, the outlet of the composite oxidation catalyst is connected to the inlet of a diesel engine dust filter or a catalyzed particulate filter.
Третий вариант осуществления системы выпуска отработавших газов (см. Фиг. 8C) относится к системе выпуска отработавших газов, содержащей композитный катализатор окисления изобретения на проточном монолите подложки с сотовой структурой, пылеулавливающий фильтр дизельного двигателя или катализируемый сажевый фильтр (CSF) и катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). Такая конфигурация может называться DOC/DPF/SCR или DOC/CSF/SCR. Этот вариант осуществления также относится к применению композитного катализатора окисления для очистки отработавшего газа из двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя с воспламенением от сжатия, в комбинации с пылеулавливающим фильтром дизельного двигателя или катализируемым сажевым фильтром (CSF) и катализатором селективного каталитического восстановления (SCR), причем катализатор окисления предпочтительно представляет собой дизельный катализатор окисления или предназначен для использования в этом качестве. За композитным катализатором окисления, как правило, следует (т.е. располагается ниже по потоку от него) пылеулавливающий фильтр дизельного двигателя или катализируемый сажевый фильтр (CSF). За DPF или CSF, как правило, следует (т.е. располагается ниже по потоку от него) катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между DPF или CSF и катализатором селективного каталитического восстановления (SCR). Таким образом, за DPF- или CSF-катализатором может следовать (т.е. он может находиться ниже по потоку от него) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать (т.е. находится ниже по потоку от него) инжектор катализатора селективного каталитического восстановления (SCR).A third embodiment of an exhaust system (see Fig. 8C) relates to an exhaust system comprising a composite oxidation catalyst of the invention on a honeycomb flow-through substrate monolith, a diesel engine dust filter or a catalyzed particulate filter (CSF), and a selective catalytic reduction catalyst. (SCR). Such a configuration may be referred to as DOC/DPF/SCR or DOC/CSF/SCR. This embodiment also relates to the use of a composite oxidation catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, in particular a compression ignition engine, in combination with a diesel engine particulate filter or catalyzed particulate filter (CSF) and a selective catalytic reduction (SCR) catalyst, wherein the oxidation catalyst is preferably or intended to be a diesel oxidation catalyst. The composite oxidation catalyst is typically followed by (ie downstream of) a diesel engine particulate filter or catalyzed particulate filter (CSF). The DPF or CSF is typically followed by (ie downstream of) a selective catalytic reduction (SCR) catalyst. The nitrogen reductant injector may be located between the DPF or CSF and the selective catalytic reduction (SCR) catalyst. Thus, the DPF or CSF catalyst may be followed by (i.e. downstream of) a nitrogen reductant injector, and the nitrogen reductant injector may be followed by (i.e. downstream of) an injector selective catalytic reduction (SCR) catalyst.
Четвертый вариант осуществления системы выпуска отработавших газов (см. Фиг. 8A) относится к системе выпуска отработавших газов, содержащей композитный катализатор окисления по изобретению на монолите подложки с проточными стенками (CSF - см. элемент 42 на Фиг. 8A) и катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). Это также относится к конфигурации CSF/SCR. Дополнительный аспект данного варианта осуществления относится к применению композитного катализатора окисления для очистки отработавшего газа из двигателя с воспламенением от сжатия в комбинации с дизельным катализатором окисления (DOC) и катализатором селективного каталитического восстановления (SCR), причем композитный катализатор окисления предпочтительно представляет собой катализируемый сажевый фильтр (CSF) или предназначен для использования в этом качестве. За дизельным катализатором окисления (DOC), как правило, следует (т.е. располагается ниже по потоку от него) композитный катализатор окисления по изобретению. За композитным катализатором окисления изобретения обычно следует (т.е. располагается ниже по потоку от него) катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). Инжектор азотистого восстановителя может быть расположен между катализатором окисления и катализатором селективного каталитического восстановления (SCR). Таким образом, за композитным катализатором окисления может следовать (например, располагается ниже по потоку от него) инжектор азотистого восстановителя, а за инжектором азотистого восстановителя может следовать (например, располагается ниже по потоку от него) катализатор селективного каталитического восстановления (SCR).The fourth embodiment of the exhaust system (see Fig. 8A) relates to an exhaust system comprising a composite oxidation catalyst of the invention on a flow wall substrate monolith (CSF - see
В пятом варианте осуществления системы выпуска отработавших газов (см. Фиг. 8D) система выпуска отработавших газов содержит композитный катализатор окисления по изобретению, предпочтительно в виде DOC, катализатора селективного каталитического восстановления (SCR) и либо катализируемого сажевого фильтра (CSF), либо пылеулавливающего фильтра дизельного двигателя (DPF). Конфигурация представляет собой либо DOC/SCR/CSF, либо DOC/SCR/DPF. Этот вариант осуществления также относится к применению композитного катализатора окисления для очистки отработавшего газа из двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя с воспламенением от сжатия, в комбинации с катализатором селективного каталитического восстановления (SCR) и либо катализируемым сажевым фильтром (CSF), либо пылеулавливающим фильтром дизельного двигателя (DPF), причем композитный катализатор окисления предпочтительно представляет собой дизельный катализатор окисления, или предназначен для применения в этом качестве.In a fifth embodiment of the exhaust system (see Fig. 8D), the exhaust system comprises a composite oxidation catalyst of the invention, preferably in the form of a DOC, a selective catalytic reduction (SCR) catalyst, and either a catalyzed diesel particulate filter (CSF) or a particulate filter. diesel engine (DPF). The configuration is either DOC/SCR/CSF or DOC/SCR/DPF. This embodiment also relates to the use of a composite oxidation catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, in particular a compression ignition engine, in combination with a selective catalytic reduction (SCR) catalyst and either a catalyzed diesel particulate filter (CSF) or a diesel particulate filter. engine (DPF), and the composite oxidation catalyst is preferably a diesel oxidation catalyst, or is intended for use as such.
Такие конструкции показаны на Фиг. 8A–D соответственно, причем элемент 30 представляет собой дизельный двигатель для работы в тяжелых условиях; элемент 32 представляет собой систему выпуска отработавших газов для дизельного двигателя для работы в тяжелых условиях; элемент 34 представляет собой трубу для подачи отработавшего газа из дизельного двигателя для работы в тяжелых условиях в компонент (42, 44, 50) системы выпуска отработавших газов или из него в атмосферу 36; элемент 38 представляет собой инжектор для впрыскивания углеводородного топлива в отработавший газ ниже по потоку от коллектора 40 двигателя и выше по потоку от композитного катализатора 42 окисления в соответствии с настоящим изобретением, например любого из этих композитных катализаторов окисления, показанных на Фиг. 1–5 включительно, причем первая зона 1 каталитического покрытия из пористого оксида ориентирована в верхнюю по потоку сторону, подложка композитного катализатора окисления может представлять собой проточный монолит подложки или монолит фильтрующей подложки с проточными стенками; пункт 44 представляет собой пылеулавливающий фильтр дизельного двигателя (DPF) или катализируемый сажевый фильтр (CSF); элемент 46 представляет собой инжектор для впрыска жидкого предшественника азотистого восстановителя, например карбамида, удерживаемого в резервуаре 48, в поток отработавшего газа; элемент 50 представляет собой катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), нанесенный на проточный монолит подложки или монолит фильтрующей подложки с проточными стенками (SCRF).Such structures are shown in Fig. 8A-D, respectively, wherein
В дополнение к прилагаемым пунктам формулы изобретения изобретение может быть определено в соответствии с одним или более из следующих определений:In addition to the appended claims, the invention may be defined in accordance with one or more of the following definitions:
1. Композитный катализатор окисления для применения в системе выпуска отработавших газов для очистки отработавшего газа, производимого двигателем внутреннего сгорания для транспортного средства с воспламенением от сжатия, предпочтительно для транспортного средства с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях, и расположенный в системе выпуска отработавших газов выше по потоку относительно фильтра твердых частиц, причем композитный катализатор окисления содержит:1. A composite oxidation catalyst for use in an exhaust system for purifying exhaust gas produced by an internal combustion engine for a compression ignition vehicle, preferably for a heavy duty diesel vehicle, and located upstream in the exhaust system downstream of the particulate filter, wherein the composite oxidation catalyst comprises:
подложку, имеющую общую длину L и продольную ось и имеющую поверхность подложки, проходящую в осевом направлении между первым концом подложки и вторым концом подложки; иa substrate having an overall length L and a longitudinal axis and having a substrate surface extending in the axial direction between the first end of the substrate and the second end of the substrate; and
две или более зон каталитического покрытия из пористого оксида, расположенных последовательно в осевом направлении на поверхности подложки и вдоль нее, причем первая зона каталитического покрытия из пористого оксида, имеющая длину L1, при этом L1<L, образована на одном конце первым концом подложки, а на втором конце - первым концом второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, имеющей длину L2, причем L2<L, при этом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла и два или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий при массовом соотношении платины и палладия ≥1; а вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит второй материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы,two or more porous oxide catalytic coating zones arranged sequentially in the axial direction on and along the surface of the substrate, wherein the first porous oxide catalytic coating zone having a length L 1 , where L 1 <L, is formed at one end by the first end of the substrate , and at the second end - the first end of the second zone of the catalytic coating of the porous oxide, having a length L 2 , and L 2 <L, wherein the first zone of the catalytic coating of the porous oxide contains the first substrate material of heat-resistant metal oxide and two or more deposited on it components representing a metal of the platinum group, containing both platinum and palladium with a mass ratio of platinum and palladium ≥1; and the second zone of the porous oxide catalytic coating comprises a second material-substrate of a heat-resistant metal oxide and one or more platinum group metal components deposited thereon,
причем общая нагрузка металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида, выраженная в граммах металлов платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3), больше общей нагрузки металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, нанесенных на первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла.wherein the total platinum group metal loading in the first zone of the porous oxide catalytic coating, expressed as grams of platinum group metals per cubic foot of substrate volume (g/ft 3 ), is greater than the total platinum group metal load in the second zone of the porous oxide catalytic coating, and wherein the first porous oxide catalytic coating zone comprises one or more first alkaline earth metal components deposited on a first refractory metal oxide substrate material.
2. Композитный катализатор окисления по п. 1, в котором вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида образована на своем втором конце вторым концом подложки.2. The composite oxidation catalyst of
3. Композитный катализатор окисления по п. 1, содержащий три или более зон каталитического покрытия из пористого оксида, причем третья зона каталитического покрытия из пористого оксида, содержащая третий материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, образована на своем втором конце вторым концом подложки, и при этом общая нагрузка металлами платиновой группы в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида, выраженная в граммах металла платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3), меньше общей нагрузки металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида.3. The composite oxidation catalyst of
4. Композитный катализатор окисления по п. 3, содержащий четыре зоны каталитического покрытия из пористого оксида, причем четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида расположена между второй зоной каталитического покрытия из пористого оксида и третьей зоной каталитического покрытия из пористого оксида, причем четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит четвертый материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и образована на первом конце вторым концом второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, а на втором конце - первым концом третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом общая нагрузка металлами платиновой группы в четвертой зоне каталитического покрытия из пористого оксида, выраженная в граммах металла платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3), больше общей нагрузки металлами платиновой группы в каждой из второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида и третьей зоны каталитического покрытия из пористого оксида.4. The composite oxidation catalyst of
5. Композитный катализатор окисления по п. 4, содержащий первый слой каталитического покрытия из пористого оксида и второй слой каталитического покрытия из пористого оксида, причем первый слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, имеет длину L3, причем L3<L, и образован на одном конце первым концом подложки; а второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, имеет длину L4, причем L4<L, и образован на втором конце вторым концом подложки, при этом четвертая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит двухслойную область перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом третья зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один слой второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, который не образован из области перекрытия.5. The composite oxidation catalyst of
6. Композитный катализатор окисления по п. 3, содержащий три зоны каталитического покрытия из пористого оксида, причем третья зона каталитического покрытия из пористого оксида образована на ее первом конце вторым концом второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида.6. The composite oxidation catalyst of
7. Композитный катализатор окисления по п. 6, содержащий первый слой каталитического покрытия из пористого оксида и второй слой каталитического покрытия из пористого оксида, причем первый слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, имеет длину L3, причем L3<L, и образован на одном конце первым концом подложки; и второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, имеет длину L4, причем L4<L, и образован на втором конце вторым концом подложки, при этом вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит двухслойную область перекрытия первого слоя каталитического покрытия из пористого оксида и второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом третья зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один слой второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида, который не образован из области перекрытия.7. The composite oxidation catalyst of
8. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–7, в котором массовое соотношение платины и палладия в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида составляет 10 : 1 ≥ 1,5 : 1.8. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1–7, in which the mass ratio of platinum and palladium in the first zone of the porous oxide catalytic coating is 10 : 1 ≥ 1.5 : 1.
9. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 2–7, в котором зона каталитического покрытия из пористого оксида, образованная на ее втором конце вторым концом подложки, содержит марганец, и/или второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит марганец.9. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 2-7, wherein the porous oxide catalytic coating zone formed at its second end by the second end of the substrate contains manganese and/or the second porous oxide catalytic coating layer contains manganese.
10. Композитный катализатор окисления по п. 9, в котором материал-подложка из жаростойкого оксида металла в зоне или слое, содержащем марганец, содержит оксид алюминия, допированный диоксидом кремния, оксид алюминия, допированный марганцем, оксид алюминия, допированный как диоксидом кремния, так и марганцем, смешанный оксид магния-алюминия или смешанный оксид магния-алюминия, допированный марганцем.10. The composite oxidation catalyst of
11. Композитный катализатор окисления по п. 9 или 10, в котором пропиточный марганцевый компонент наносят на материал-подложку из жаростойкого оксида металла.11. The composite oxidation catalyst of
12. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 3–11, в котором один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, во втором слое покрытия из пористого оксида или в третьей зоне каталитического покрытия из пористого оксида состоят по существу из платины.12. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 3-11, wherein one or more of the platinum group metal components in the second porous oxide coating layer or in the third zone of the porous oxide catalytic coating consist essentially of platinum.
13. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 5–12, в котором два или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, в первом слое каталитического покрытия из пористого оксида состоят как из платины, так и из палладия.13. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 5-12, wherein two or more platinum group metal components in the first porous oxide catalytic coating layer consist of both platinum and palladium.
14. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–13, в котором общая нагрузка металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида составляет <100 г/фут3 в расчете на элементарный металл.14. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-13 in which the total platinum group metal loading in the first zone of the porous oxide catalytic coating is <100 g/ft 3 on an elemental metal basis.
15. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–14, в котором один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида содержат как платину, так и палладий.15. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-14, wherein one or more platinum group metal components in the second zone of the porous oxide catalytic coating contain both platinum and palladium.
16. Композитный катализатор окисления по п. 15, в котором массовое соотношение платины и палладия во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида больше массового соотношения платины и палладия в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида.16. The composite oxidation catalyst of claim 15, wherein the weight ratio of platinum to palladium in the second zone of the porous oxide catalytic coating is greater than the weight ratio of platinum to palladium in the first zone of the porous oxide catalytic coating.
17. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 4–16, в котором массовое соотношение платины и палладия в каждой последующей зоне каталитического покрытия из пористого оксида, расположенной последовательно вдоль длины L подложки после первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида больше, чем в непосредственно предшествующей зоне каталитического покрытия из пористого оксида.17. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 4–16, in which the mass ratio of platinum and palladium in each subsequent porous oxide catalytic coating zone located sequentially along the length L of the substrate after the first porous oxide catalytic coating zone is greater than in the immediately preceding porous oxide catalytic coating zone.
18. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–17, в котором L1 составляет <50% L.18. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-17, in which L 1 is <50% L.
19. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–18, имеющий общую нагрузку металлами платиновой группы на подложке в целом в диапазоне 5–60 г/фут3 в расчете на элементарный металл.19. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-18, having a total load of platinum group metals on the substrate generally in the range of 5-60 g/ft 3 based on the elemental metal.
20. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–19, в котором общее массовое соотношение Pt : Pd в композитном катализаторе окисления в целом составляет от 3 : 2 до 9 : 1.20. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1–19, in which the total mass ratio of Pt : Pd in the composite oxidation catalyst as a whole is from 3 : 2 to 9 : 1.
21. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–20, в котором общая нагрузка щелочноземельными металлами в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида составляет 10–100 г/фут3 в расчете на элементарный металл.21. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-20, in which the total load of alkaline earth metals in the first zone of the porous oxide catalytic coating is 10-100 g/ft 3 in terms of elemental metal.
22. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–21, в котором массовое соотношение общего количества элементарного щелочноземельного металла и общего количества элементарного металла платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида составляет < 1 : 1.22. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1–21, in which the mass ratio of the total amount of elemental alkaline earth metal and the total amount of elemental platinum group metal in the first zone of the porous oxide catalytic coating is < 1 : 1.
23. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–22, в котором щелочноземельный металл в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида содержит барий (Ba) или стронций (Sr), предпочтительно Ba.23. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-22, wherein the alkaline earth metal in the first zone of the porous oxide catalytic coating contains barium (Ba) or strontium (Sr), preferably Ba.
24. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–23, в котором первая зона каталитического покрытия из пористого оксида имеет неравномерное распределение одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или одного или более первого компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, по данным электронно-зондового микроанализа (EPMA), причем концентрация одного или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, и/или первого компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, уменьшается в перпендикулярном направлении к поверхности подложки.24. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-23, in which the first zone of the porous oxide catalytic coating has an uneven distribution of one or more platinum group metal components and/or one or more first alkaline earth metal components in a direction perpendicular to the surface of the substrate, according to electron probe microanalysis (EPMA), wherein the concentration of one or more platinum group metal components and/or the first alkaline earth metal component decreases in a direction perpendicular to the surface of the substrate.
25. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–24, в котором по меньшей мере первый материал-подложка из жаростойкого оксида металла содержит оксид алюминия, допированный гетероатомом, предпочтительно диоксидом кремния.25. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-24, wherein at least the first refractory metal oxide substrate material comprises alumina doped with a heteroatom, preferably silica.
26. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–25, содержащий внешний слой покрытия из пористого оксида, проходящий в осевом направлении от первого конца подложки для защиты по меньшей мере части нижележащей первой зоны покрытия из пористого оксида от отравления фосфором и/или цинком во время эксплуатации, причем внешний слой покрытия из пористого оксида имеет нагрузку порошковым оксидом металла >0,8 г/дюйм3.26. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-25, comprising an outer porous oxide coating layer extending axially from the first end of the substrate to protect at least a portion of the underlying first porous oxide coating zone from phosphorus and/or zinc poisoning during operation, wherein the outer coating layer of porous the oxide has a load of metal oxide powder >0.8 g/in 3 .
27. Композитный катализатор окисления по п. 26, в котором порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида имеет средний диаметр пор ≥10 нм и/или внешний слой покрытия из пористого оксида имеет средний диаметр пор между частицами ≥10 нм.27. The composite oxidation catalyst of claim 26, wherein the particulate metal oxide in the outer porous oxide coating layer has an average pore diameter of ≥10 nm and/or the outer porous oxide coating layer has an average interparticle pore diameter of ≥10 nm.
28. Композитный катализатор окисления по п. 26 или 27, в котором порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида выбран из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида церия и смешанного или композитного оксида любых двух или более из них или алюмосиликатного цеолита.28. The composite oxidation catalyst of claim 26 or 27, wherein the particulate metal oxide in the outer layer of the porous oxide coating is selected from the group consisting of alumina, silica, titanium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, and a mixed or composite oxide of any two or more of them or an aluminosilicate zeolite.
29. Композитный катализатор окисления по п. 26, 27 или 28, в котором порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида имеет удельную площадь поверхности > 100 м2/г.29. The composite oxidation catalyst of claim 26, 27, or 28, wherein the metal oxide powder in the outer layer of the porous oxide coating has a specific surface area >100 m 2 /g.
30. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 26–29, в котором на порошковый оксид металла во внешнем слое покрытия из пористого оксида нанесен металл платиновой группы, который представляет собой платину или комбинацию платины и палладия при массовом соотношении Pt : Pd ≥ 1 : 1.30. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 26–29, in which a platinum group metal, which is platinum or a combination of platinum and palladium at a mass ratio of Pt : Pd ≥ 1 : 1, is deposited on the powder metal oxide in the outer layer of the porous oxide coating.
31. Композитный катализатор окисления по п. 30, в котором нагрузка металлами платиновой группы во внешнем слое покрытия из пористого оксида составляет 1–35 г/фут-3.31. The composite oxidation catalyst of
32. Композитный катализатор окисления по любому из пп. 1–31, в котором подложка представляет собой проточный монолит подложки с сотовой структурой.32. Composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1–31, in which the substrate is a flow-through substrate monolith with a honeycomb structure.
33. Система выпуска отработавших газов для двигателя транспортного средства с воспламенением от сжатия, содержащая композитный катализатор окисления в соответствии с любым из пп. 1–32, и подложку сажевого фильтра, расположенную ниже по потоку от композитного катализатора окисления, причем первый конец подложки катализатора окисления ориентирован в верхнюю по потоку сторону.33. An exhaust system for a vehicle engine with compression ignition, containing a composite oxidation catalyst in accordance with any one of paragraphs. 1-32 and a particulate filter substrate located downstream of the composite oxidation catalyst, with the first end of the oxidation catalyst substrate oriented upstream.
34. Система выпуска отработавших газов по п. 33, в которой подложка сажевого фильтра представляет собой катализируемую подложку сажевого фильтра, которую катализируют катализатором на основе металла платиновой группы или катализатором селективного каталитического восстановления.34. The exhaust system of claim 33, wherein the particulate filter substrate is a catalyzed particulate filter substrate that is catalyzed by a platinum group metal catalyst or a selective catalytic reduction catalyst.
35. Система выпуска отработавших газов по п. 33 или 34, содержащая инжектор для жидкого углеводорода, соединенный с источником жидкого углеводорода, причем инжектор выполнен с возможностью впрыска жидкого углеводорода в отработавший газ, протекающий в системе выпуска отработавших газов, ниже по потоку от двигателя.35. The exhaust system according to claim 33 or 34, comprising a liquid hydrocarbon injector connected to a source of liquid hydrocarbon, the injector being configured to inject liquid hydrocarbon into the exhaust gas flowing in the exhaust system downstream of the engine.
36. Система выпуска отработавших газов по п. 33, 34 или 35, содержащая подложку, расположенную ниже по потоку от подложки сажевого фильтра, и катализируемую катализатором селективного каталитического восстановления.36. An exhaust system according to
37. Система выпуска отработавших газов по п. 34, 35 или 36, содержащая катализатор селективного каталитического восстановления, причем система содержит инжектор для азотистого восстановителя или его предшественника, соединенный с источником азотистого восстановителя или предшественника азотистого восстановителя, причем инжектор выполнен с возможностью введения азотистого восстановителя или предшественника азотистого восстановителя в поток отработавшего газа ниже по потоку от композитного катализатора окисления и выше по потоку от подложки, содержащей катализатор селективного каталитического восстановления.37. An exhaust system according to
38. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия для транспортного средства с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях, содержащий систему выпуска отработавших газов по любому из пп. 33–37, в котором первый конец подложки композитного катализатора окисления ориентирован в сторону, расположенную выше по потоку.38. Internal combustion engine with compression ignition for a vehicle with a diesel engine for heavy duty, containing the exhaust system according to any one of paragraphs. 33-37, wherein the first end of the composite oxidation catalyst support is oriented upstream.
39. Транспортное средство с дизельным двигателем для работы в тяжелых условиях, содержащее двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия в соответствии с п. 38.39. A heavy duty diesel engine vehicle containing a compression ignition internal combustion engine in accordance with
40. Применение композитного катализатора окисления по любому из пп. 1–32 для нагревания сажевого фильтра, расположенного ниже по потоку от композитного катализатора окисления в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания для транспортного средства с воспламенением от сжатия, путем генерирования экзотермического эффекта в результате повышения концентрации углеводородного топлива в отработавшем газе, протекающем по системе выпуска отработавших газов, по сравнению с нормальными условиями эксплуатации путем приведения катализатора окисления в контакт с отработавшим газом, содержащим повышенную концентрацию углеводородного топлива.40. The use of a composite oxidation catalyst according to any one of paragraphs. 1-32 for heating a diesel particulate filter downstream of a composite oxidation catalyst in the exhaust system of an internal combustion engine for a compression ignition vehicle by generating an exothermic effect by increasing the concentration of hydrocarbon fuel in the exhaust gas flowing through the exhaust system. exhaust gases compared to normal operating conditions by bringing the oxidation catalyst into contact with an exhaust gas containing an increased concentration of hydrocarbon fuel.
41. Способ получения композитного катализатора окисления для применения в системе выпуска отработавших газов для очистки отработавшего газа, производимого двигателем внутреннего сгорания для транспортного средства с воспламенением от сжатия, причем композитный катализатор окисления содержит:41. A method for producing a composite oxidation catalyst for use in an exhaust system for purifying exhaust gas produced by an internal combustion engine for a compression ignition vehicle, the composite oxidation catalyst comprising:
подложку, имеющую общую длину L и продольную ось и имеющую поверхность подложки, проходящую в осевом направлении между первым концом подложки и вторым концом подложки; иa substrate having an overall length L and a longitudinal axis and having a substrate surface extending in the axial direction between the first end of the substrate and the second end of the substrate; and
две или более зон каталитического покрытия из пористого оксида, расположенных последовательно в осевом направлении на поверхности подложки и вдоль нее, причем первая зона каталитического покрытия из пористого оксида, имеющая длину L1, при этом L1<L, образована на одном конце первым концом подложки, а на втором конце - первым концом второй зоны каталитического покрытия из пористого оксида, имеющей длину L2, причем L2<L, при этом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла и два или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, содержащих как платину, так и палладий при массовом соотношении платины и палладия ≥1; а вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит второй материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более нанесенных на него компонентов, представляющих собой металл платиновой группы,two or more porous oxide catalytic coating zones arranged sequentially in the axial direction on and along the surface of the substrate, wherein the first porous oxide catalytic coating zone having a length L 1 , where L 1 <L, is formed at one end by the first end of the substrate , and at the second end - the first end of the second zone of the catalytic coating of the porous oxide, having a length L 2 , and L 2 <L, wherein the first zone of the catalytic coating of the porous oxide contains the first substrate material of heat-resistant metal oxide and two or more deposited on it components representing a platinum group metal containing both platinum and palladium with a mass ratio of platinum and palladium ≥1; and the second zone of the porous oxide catalytic coating contains a second material-substrate of a heat-resistant metal oxide and one or more components deposited on it, which is a platinum group metal,
причем общая нагрузка металлами платиновой группы в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида, выраженная в граммах металлов платиновой группы на кубический фут объема подложки (г/фут3), больше общей нагрузки металлами платиновой группы во второй зоне каталитического покрытия из пористого оксида, и при этом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида содержит один или более первых компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, нанесенных на первый материал-подложку из жаростойкого оксида металла, причем способ включает стадии:wherein the total platinum group metal load in the first zone of the porous oxide catalytic coating, expressed as grams of platinum group metals per cubic foot of support volume (g/ft 3 ), is greater than the total platinum group metal load in the second zone of the porous oxide catalytic coating, and wherein the first porous oxide catalytic coating zone comprises one or more first alkaline earth metal components deposited on a first heat resistant metal oxide substrate material, the method comprising the steps of:
(a) нанесения каталитического слоя покрытия из пористого оксида на поверхность подложки на длину от одного конца подложки, причем каталитический слой покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы; и(a) depositing a catalytic porous oxide coating layer on the surface of a substrate from one end of the substrate, the catalytic porous oxide coating layer comprising a heat resistant metal oxide substrate material and one or more platinum group metal components; and
(b) пропитки слоя каталитического покрытия из пористого оксида в зоне длиной L1, образованной на одном конце первым концом подложки, раствором, содержащим один или более металлов платиновой группы,(b) impregnating the porous oxide catalytic coating layer in a zone of length L 1 formed at one end by the first end of the substrate with a solution containing one or more platinum group metals,
причем в слое каталитического покрытия из пористого оксида на стадии (a) и/или в растворе для пропитки, применяемом на стадии (b), присутствует один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл.wherein one or more alkaline earth metal components are present in the porous oxide catalytic coating layer in step (a) and/or in the impregnation solution used in step (b).
42. Способ по п. 41, в котором на стадии (a) каталитическое покрытие из пористого оксида распространяется вдоль всей длины L подложки.42. The method of claim 41, wherein in step (a) the porous oxide catalytic coating extends along the entire length L of the substrate.
43. Способ по п. 41, в котором на стадии (a) слой каталитического покрытия из пористого оксида представляет собой первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, который проходит от первого конца подложки до длины, меньшей чем общая длина подложки, причем способ дополнительно включает стадию (a’) перед стадией (a) или после стадии (а), но в любом случае перед стадией (b) нанесения второго слоя каталитического покрытия из пористого оксида на подложку от второго конца подложки на длину меньше общей длины подложки так, чтобы первый слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывал второй слой каталитического покрытия из пористого оксида или второй слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывал первый слой каталитического покрытия из пористого оксида, причем второй слой каталитического покрытия из пористого оксида содержит материал-подложку из жаростойкого оксида металла и один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы.43. The method of claim 41, wherein in step (a) the porous oxide catalytic coating layer is a first porous oxide catalytic coating layer that extends from the first end of the substrate to a length less than the overall length of the substrate, the method further comprising step (a') before step (a) or after step (a), but in any case before step (b) of applying a second layer of porous oxide catalytic coating on the substrate from the second end of the substrate to a length less than the total length of the substrate so that the first the porous oxide catalytic coating layer partially overlapped the second porous oxide catalytic coating layer or the second porous oxide catalytic coating layer partially overlapped the first porous oxide catalytic coating layer, the second porous oxide catalytic coating layer comprising a heat-resistant metal oxide substrate material and one or more platinum metal components th group.
44. Способ по п. 43, в котором первый слой каталитического покрытия из пористого оксида проходит от первого конца подложки, а второй слой каталитического покрытия из пористого оксида проходит от второго конца подложки, причем второй слой каталитического покрытия из пористого оксида частично перекрывает первый слой каталитического покрытия из пористого оксида.44. The method of claim 43, wherein the first porous oxide catalytic coating layer extends from the first end of the substrate and the second porous oxide catalytic coating layer extends from the second end of the substrate, wherein the second porous oxide catalytic coating layer partially overlaps the first catalytic layer. porous oxide coatings.
ОпределенияDefinitions
Любое упоминание распределения металлов платиновой группы (например, первого металла платиновой группы или второго металла платиновой группы) в направлении (например, по прямой линии), перпендикулярном поверхности подложки, по существу относится к направлению, перпендикулярному той же поверхности подложки, на которой расположен слой катализатора. В качестве справки, поверхность подложки находится по существу в горизонтальной (т.е. продольной) плоскости. Направление, перпендикулярное поверхности подложки, как правило, представляет собой направление в плоскости поперечного сечения через слой катализатора (т.е. в плоскости поперечного сечения, которая открывает толщину слоя катализатора), перпендикулярной поверхности подложки. Плоскость поперечного сечения по существу находится в вертикальной (т.е. поперечной) плоскости. Плоскость поперечного сечения перпендикулярна поверхности, на которой расположен слой катализатора. Более типично, плоскость поперечного сечения по существу параллельна поверхности впускного конца подложки и/или поверхности выпускного конца подложки (т.е. плоскости, содержащей впускной конец подложки, и/или плоскости, содержащей выпускной конец подложки). Любое упоминание термина «по существу параллельный» в данном контексте относится к углу менее 5°, предпочтительно менее 2,5°, более предпочтительно менее 1° (например, менее 0,5°) между плоскостью поперечного сечения и впускным или выпускным торцом подложки.Any reference to a distribution of platinum group metals (e.g., a first platinum group metal or a second platinum group metal) in a direction (e.g., in a straight line) perpendicular to the substrate surface essentially refers to a direction perpendicular to the same surface of the substrate on which the catalyst layer is located. . By way of reference, the surface of the substrate is in a substantially horizontal (ie, longitudinal) plane. The direction perpendicular to the surface of the substrate is generally the direction in the cross-sectional plane through the catalyst layer (ie, in the cross-sectional plane that exposes the thickness of the catalyst layer) perpendicular to the surface of the substrate. The cross-sectional plane is essentially in a vertical (ie transverse) plane. The cross-sectional plane is perpendicular to the surface on which the catalyst layer is located. More typically, the cross-sectional plane is substantially parallel to the surface of the inlet end of the substrate and/or the surface of the outlet end of the substrate (ie, the plane containing the inlet end of the substrate and/or the plane containing the outlet end of the substrate). Any reference to the term "substantially parallel" in this context refers to an angle of less than 5°, preferably less than 2.5°, more preferably less than 1° (eg, less than 0.5°) between the cross-sectional plane and the inlet or outlet end of the substrate.
Любое упоминание термина «поверхность подложки» по существу относится к поверхности стенки канала, проходящего подложку.Any reference to the term "substrate surface" essentially refers to the wall surface of the channel passing through the substrate.
Используемый в настоящем документе термин «слой» (например, слой катализатора) относится к толщине материала, распределенного по поверхности, например по поверхности подложки или по поверхности другого слоя, который, как правило, имеет четкие границы или края (т.е. можно отличить первый слой от иного по составу второго слоя с помощью традиционных аналитических методик (например, трансмиссионной электронной микроскопии).As used herein, the term “layer” (e.g., catalyst layer) refers to the thickness of material distributed over a surface, such as the surface of a substrate or the surface of another layer, which typically has distinct boundaries or edges (i.e., can be distinguished the first layer from a second layer of a different composition using traditional analytical techniques (for example, transmission electron microscopy).
Термин «однородный», используемый в настоящем документе в отношении распределения металла платиновой группы, по существу относится к композиции (например, слою), в которой количество металла платиновой группы в любой точке композиции находится в пределах ±20% от среднего количества металла платиновой группы во всей композиции (например, слоя). Предпочтительно, чтобы количество металла платиновой группы в любой точке композиции находилось в пределах ±10%, более предпочтительно ±5% и еще более предпочтительно ±1% от среднего количества металла платиновой группы во всей композиции (например, слое). Среднее количество металла платиновой группы должно соответствовать количеству металла платиновой группы, измеренному при получении этой композиции. Количество металла платиновой группы в любой точке композиции можно определять с помощью стандартных аналитических методик, таких как EDX-анализ с использованием трансмиссионного электронного микроскопа.The term "homogeneous" as used herein in relation to the distribution of platinum group metal essentially refers to a composition (e.g. layer) in which the amount of platinum group metal at any point in the composition is within ±20% of the average amount of platinum group metal during the entire composition (for example, a layer). Preferably, the amount of platinum group metal at any point in the composition is within ±10%, more preferably ±5%, and even more preferably ±1% of the average amount of platinum group metal in the entire composition (eg, layer). The average amount of platinum group metal should correspond to the amount of platinum group metal measured upon receipt of this composition. The amount of platinum group metal at any point in the composition can be determined using standard analytical techniques such as EDX analysis using a transmission electron microscope.
Используемый в настоящем документе термин «смешанный оксид» по существу относится к смеси оксидов в одной фазе, как традиционно известно в данной области.As used herein, the term "mixed oxide" essentially refers to a mixture of oxides in one phase, as is conventionally known in the art.
Используемый в настоящем документе термин «композитный оксид» по существу относится к композиции оксидов с более чем одной фазой, как традиционно известно в данной области.As used herein, the term "composite oxide" essentially refers to a composition of oxides with more than one phase, as is conventionally known in the art.
Термин «нагрузка» используется для обозначения концентрации компонента, такого как компонент, представляющий собой металл платиновой группы, компонент, представляющий собой щелочноземельный металл или состава покрытия из пористого оксида, содержащего как один или более компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, так и один или более компонентов, представляющих собой щелочноземельный металл, нанесенных на материал-подложку из жаростойкого оксида металла, присутствующего в зоне каталитического покрытия из пористого оксида, в слое каталитического покрытия из пористого оксида или присутствующего в целом на подложке. С помощью методик EPMA или XRF можно определять локальные концентрации компонентов, представляющих собой металл платиновой группы, или каждого из них или компонента, представляющего собой щелочноземельный металл, или каждого такого компонента. Единицы измерения нагрузки, используемые в настоящем документе и в предшествующем уровне техники, как правило, выражены в г·фут-3 или в г·дюйм-3, или эквивалентных единицах СИ (граммах на литр), и относятся к объему используемой подложки. Объемом компонента считается объем подложки, на которую наносят, например, слой покрытия из пористого оксида. Как правило, компоненты с относительно низкой концентрацией приведены в г·фут-3 для обеспечения более удобного обозначения количества без необходимости указания 100-ых или 1000-ых долей, тогда как компоненты с более высокой концентрацией обозначены г·дюйм-3, например, при указании общего количества наносимого покрытия из пористого оксида. Договорились считать, что «объемный» компонент единиц нагрузки подразумевает, что подложка является твердым веществом, например общим объемом цилиндра, и игнорировать то, что подложка имеет проходящие через нее каналы, образованные стенками, выполненными из композиции подложки, или что композиция подложки по своей природе является пористой.The term "load" is used to refer to the concentration of a component, such as a platinum group metal component, an alkaline earth metal component, or a porous oxide coating composition containing both one or more platinum group metal components and one or more than the alkaline earth metal components deposited on the heat-resistant metal oxide substrate material present in the porous oxide catalytic coating zone, in the porous oxide catalytic coating layer, or present as a whole on the substrate. EPMA or XRF techniques can determine the local concentrations of the platinum group metal components, or each of them, or the alkaline earth metal component, or each such component. Load units used here and in the prior art are generally expressed in g·ft -3 or g·in -3 or equivalent SI units (grams per litre) and refer to the volume of substrate used. The component volume is considered to be the volume of the substrate on which, for example, a porous oxide coating layer is applied. Generally, components of relatively low concentration are given in g ft -3 to provide a more convenient indication of the quantity without the need for 100th or 1000th parts, while components with a higher concentration are indicated g inch -3 , for example, at an indication of the total amount of porous oxide coating to be applied. It has been agreed that the "volume" component of load units implies that the substrate is a solid, e.g., the total volume of a cylinder, and to ignore that the substrate has channels through it formed by walls made from the substrate composition, or that the substrate composition is inherently is porous.
Термин «содержащий» означает, что названные элементы являются обязательными, но могут быть добавлены другие элементы, которые по-прежнему образуют конструкцию, входящую в объем формулы изобретения.The term "comprising" means that the named elements are mandatory, but other elements may be added that still form a construct that is within the scope of the claims.
Выражение «состоящий по существу», используемое в настоящем документе, можно заменить на более широкий термин «содержащий», и оно ограничивает объем признака включением в него указанных материалов или стадий и любых других материалов или стадий, которые не оказывают существенного влияния на базовые и новые характеристики и функции этого признака или этого признака в комбинации с другими признаками изобретения. Если зона каталитического покрытия из пористого оксида состоит по существу из платины, это означает, что она должна состоять из платины, но в зоне каталитического покрытия из пористого оксида готового продукта непреднамеренно может присутствовать другой(-ие) металл(-ы) платиновой группы, например палладий, из-за миграции палладия в зону каталитического покрытия из пористого оксида во время производства. В этом контексте термин «состоящий по существу из» не исключает непреднамеренного присутствия палладия в зоне каталитического покрытия из пористого оксида, определенной как по существу состоящая из платины. Термин «состоящий по существу из» включает в себя выражение «состоящий из» и является взаимозаменяемым с термином «содержащий» или «состоящий из». Термин «состоящий из» означает отсутствие возможности включения в патентную формулу материалов, отличных от перечисленных, за исключением обычно связанных с ними примесей.The expression "substantially" used herein can be replaced by the broader term "comprising" and limits the scope of the feature to include the materials or steps specified and any other materials or steps that do not significantly affect the underlying and novel the characteristics and functions of that feature, or that feature in combination with other features of the invention. If the porous oxide catalytic coating zone consists essentially of platinum, this means that it must be composed of platinum, but other platinum group metal(s) may unintentionally be present in the porous oxide catalytic coating zone of the finished product, for example palladium, due to the migration of palladium into the porous oxide catalytic coating zone during production. In this context, the term "consisting essentially of" does not preclude the unintentional presence of palladium in the zone of the porous oxide catalytic coating, defined as being essentially composed of platinum. The term "consisting essentially of" includes the expression "consisting of" and is interchangeable with the term "comprising" or "consisting of". The term "consisting of" means the absence of the possibility of inclusion in the patent claims of materials other than those listed, with the exception of impurities usually associated with them.
Применительно к композитному катализатору окисления в соответствии с изобретением, базовые и новые характеристики изобретения представляют собой подложку из по меньшей мере двух зон каталитического покрытия из пористого оксида, расположенных последовательно в осевом направлении на поверхности подложки и вдоль нее, причем первая зона каталитического покрытия из пористого оксида, образованная на одном конце впускным концом подложки, включает в себя материал-подложку из жаростойкого оксида металла, как платину, так и палладий в массовом соотношении Pt : Pd ≥1 и барий, а вторая зона каталитического покрытия из пористого оксида включает материал-подложку из жаростойкого оксида металла и либо платину в качестве единственного присутствующего металла платиновой группы, либо платину и палладий в массовом соотношении Pt : Pd, большем, чем в первой зоне покрытия из пористого оксида.With regard to the composite oxidation catalyst in accordance with the invention, the basic and new features of the invention are a substrate of at least two porous oxide catalytic coating zones located in series in the axial direction on the surface of the substrate and along it, and the first porous oxide catalytic coating zone , formed at one end by the inlet end of the substrate, includes a heat-resistant metal oxide substrate material, both platinum and palladium in a mass ratio of Pt : Pd ≥1 and barium, and the second porous oxide catalytic coating zone includes a substrate material of a heat-resistant metal oxide and either platinum as the only platinum group metal present, or platinum and palladium in a Pt:Pd weight ratio greater than in the first porous oxide coating zone.
В контексте выражения «металл платиновой группы» (например, первый металл платиновой группы или второй металл платиновой группы), следует понимать, что часто сложно охарактеризовать точные каталитические формы в катализаторе, и металл платиновой группы может присутствовать не в элементарной металлической форме. Любое упоминание термина «состоящий по существу из металла платиновой группы...» включает в себя «функциональную группу металла платиновой группы» в элементарной форме металла платиновой группы, сплав, содержащий металл платиновой группы, или соединение, содержащее металл платиновой группы (например, оксид металла платиновой группы). Предпочтительно любая такая «функциональная группа металла платиновой группы» представляет собой элементарную форму металла платиновой группы или сплав, содержащий металл платиновой группы, более предпочтительно элементарную форму металла платиновой группы.In the context of the expression "platinum group metal" (for example, the first platinum group metal or the second platinum group metal), it should be understood that it is often difficult to characterize the exact catalytic forms in the catalyst, and the platinum group metal may be present in a non-elemental metallic form. Any reference to the term "consisting essentially of a platinum group metal..." includes a "platinum group metal functional group" in the elemental form of a platinum group metal, an alloy containing a platinum group metal, or a compound containing a platinum group metal (e.g., oxide platinum group metal). Preferably any such "platinum group metal functional group" is an elemental form of a platinum group metal or an alloy containing a platinum group metal, more preferably an elemental form of a platinum group metal.
В соответствии с вариантом осуществления по п. 2 и Фиг. 1, в котором первый и второй каталитические слои покрытия из пористого оксида примыкают друг к другу «по существу без перекрытия между первым и вторым слоями покрытия из пористого оксида», термин «по существу без перекрытия» должен охватывать продукты-покрытия, в которых между первым каталитическим покрытием из пористого оксида и вторым каталитическим покрытием из пористого оксида отсутствует зазор. На практике практически очень сложно получить идеальное «беззазорное» покрытие, в котором отсутствует какое-либо перекрытие между двумя слоями композитного покрытия из пористого оксида в месте соединения между ними. Таким образом, на практике, изделия, изготовленные способами, воплощаемыми в шестом аспекте изобретения, могут иметь непреднамеренное перекрытие от величины 1–2 мм до 15% от осевой длины, например до 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 8%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% или 1%. Соответственно, композитный катализатор окисления в соответствии с первым аспектом распространяется на продукты, имеющие непреднамеренное перекрытие до указанного размера.According to the embodiment of
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Изобретение будет проиллюстрировано ниже с помощью следующих не имеющих ограничительного характера примеров. Во избежание сомнений, все стадии нанесения покрытий выполняли с использованием способов и аппарата, описанных в принадлежащей заявителю публикации WO 99/47260, т.е., представляли собой стадии, на которых: (a) помещали средство удерживания на верхнюю часть подложки, (b) дозировали предварительно определенного количества жидкого компонента в упомянутые средства удерживания, или в следующем порядке: (a) затем (b) или (b) затем (a), и (c) применяли вакуум с полным втягиванием указанного количества жидкого компонента в по меньшей мере часть подложки, и удерживанием по существу всего указанного количества внутри подложки без рециркуляции.The invention will be illustrated below with the help of the following non-limiting examples. For the avoidance of doubt, all coating steps were carried out using the methods and apparatus described in the Applicant's publication WO 99/47260, i.e., were the steps in which: (a) placing the retention means on top of the substrate, (b ) dispensed a predetermined amount of liquid component into said holding means, or in the following order: (a) then (b) or (b) then (a), and (c) vacuum was applied to completely draw said amount of liquid component into at least part of the substrate, and retaining essentially all of the specified amount inside the substrate without recirculation.
Пример 1 (сравнительный)Example 1 (comparative)
Оголенный кордиеритовый проточный монолит подложки с сотовой структурой с плотностью 400 ячеек на квадратный дюйм, толщиной стенки 6 тысяч дюймов (6 мил) и общей длиной 4 дюйма покрывали каталитическим покрытием из пористого оксида в зональной конфигурации следующим образом. Первую суспензию каталитического покрытия из пористого оксида, содержащую водные соли (в виде нитратов) платины и палладия и носителя из оксида алюминия, допированного 5 мас.% диоксида кремния, наносили на монолит подложки до осевой длины 75% от общей длины монолита подложки с одного конца, обозначенного как впускной конец. Концентрации солей платины и палладия выбирали таким образом, чтобы обеспечить нагрузку покрытия 6,67Pt : 3,33Pd г фут-3 при массовом соотношении платины к палладию в первом каталитическом покрытии из пористого оксида 2 : 1. Затем данное впускное покрытие высушивали в обычной печи в течение 1 часа при 100 °C для удаления избытка воды и других летучих веществ.A bare cordierite flow-through honeycomb substrate monolith with a density of 400 cells per square inch, a wall thickness of 6 thousand inches (6 mils), and a total length of 4 inches was coated with a porous oxide catalytic coating in a zonal configuration as follows. The first suspension of a porous oxide catalytic coating containing aqueous salts (in the form of nitrates) of platinum and palladium and an alumina support doped with 5 wt.% silicon dioxide was applied to the substrate monolith to an axial length of 75% of the total length of the substrate monolith from one end labeled as the inlet end. The platinum and palladium salt concentrations were chosen to provide a coating load of 6.67Pt : 3.33Pd g ft -3 at a platinum to palladium weight ratio of 2 : 1 in the first porous oxide catalytic coating. This inlet coating was then dried in a conventional oven in for 1 hour at 100°C to remove excess water and other volatiles.
Вторую суспензию каталитического покрытия из пористого оксида, содержащую водно-солевой раствор нитрата платины в качестве единственного присутствующего металла платиновой группы и 5 мас.% носителя из допированного диоксидом кремния оксида алюминия, наносили на подложку с конца монолита подложки, противоположного концу, от которого наносили первое покрытие, т.е. с выпускного конца. Осевая длина второго каталитического покрытия из пористого оксида составляла 50% от общей длины подложки, т.е. 25% второго каталитического покрытия из пористого оксида перекрывалось с первым каталитическим покрытием из пористого оксида. Применяемую концентрацию соли платины выбирали таким образом, чтобы получить нагрузку 2 г фут-3 Pt на 50% осевой длины подложки. Подложку, покрытую как первым, так и вторым покрытиями из пористого оксида, высушивали в обычной печи в течение 1 часа при 100°C, а затем высушенную часть прокаливали в течение 1 часа при 500°C для разложения солей платины и палладия и фиксации платины и палладия на подложке из допированного диоксидом кремния оксида алюминия.A second porous oxide catalytic coating slurry containing a saline solution of platinum nitrate as the only platinum group metal present and 5 wt % of a silica doped alumina support was applied to the substrate from the end of the substrate monolith opposite the end from which the first was applied coverage, i.e. from graduation. The axial length of the second porous oxide catalytic coating was 50% of the total length of the substrate, i.e. 25% of the second porous oxide catalytic coating overlapped with the first porous oxide catalytic coating. The platinum salt concentration applied was chosen to give a load of 2 g ft -3 Pt per 50% of the axial length of the substrate. The substrate coated with both the first and second porous oxide coatings was dried in a conventional oven for 1 hour at 100°C, and then the dried portion was calcined for 1 hour at 500°C to decompose platinum and palladium salts and fix platinum and palladium on a silica-doped alumina substrate.
Затем первое каталитическое покрытие из пористого оксида на 25% осевой длины подложки, начиная от впускного конца подложки, пропитывали водной средой, содержащей соли нитрат платины и нитрат палладия в массовом соотношении 1 : 1. Концентрации солей выбирали таким образом, чтобы получить массу 25 г фут-3 как для платины, так и для палладия на пропитанной длине подложки. Это обеспечивает высокую нагрузку PGM в зоне на впускном конце с дополнительной нагрузкой 50 г фут-3 сверх нагрузки нижележащего первого каталитического покрытия из пористого оксида. Пропитанную часть высушивали в печи и прокаливали, как описано выше.Then, the first porous oxide catalytic coating over 25% of the axial length of the substrate, starting from the inlet end of the substrate, was impregnated with an aqueous medium containing salts of platinum nitrate and palladium nitrate in a weight ratio of 1:1. -3 for both platinum and palladium on the impregnated length of the substrate. This provides a high PGM load in the inlet end zone with an additional load of 50 g ft -3 over the load of the underlying first porous oxide catalytic coating. The impregnated portion was dried in an oven and calcined as described above.
Все покрытия из пористого оксида и растворы для пропитки имели по своей природе кислотную реакцию, и корректировки pH не проводили.All porous oxide coatings and impregnation solutions were inherently acidic and no pH adjustments were made.
Конечный продукт содержал монолит подложки, имеющий три зоны каталитического покрытия из пористого оксида, расположенные последовательно в осевом направлении: первую, имеющую высокую нагрузку переднюю зону, образованную приблизительно на 25% осевой длины монолита подложки при измерении от впускного конца и имеющую общую нагрузку металлами платиновой группы, являющуюся комбинацией нижележащего первого каталитического покрытия из пористого оксида с соотношением 2 Pt : 1 Pd и пропитки с соотношением 1 : 1 Pt : Pd; следующую в осевом направлении вторую зону каталитического покрытия из пористого оксида, состоящую из первого каталитического покрытия из пористого оксида с соотношением 2 Pt : 1 Pd, приблизительно на 50% осевой длины монолита подложки, имеющую более низкую общую нагрузку металлами платиновой группы, чем первая зона каталитического покрытия из пористого оксида; и, наконец, третью, содержащую только Pt зону на выпускном конце, образованную из второго каталитического покрытия из пористого оксида приблизительно на 25% осевой длины монолита подложки, имеющую более низкую общую нагрузку металлами платиновой группы, чем первая или вторая зоны каталитического покрытия из пористого оксида. Общая нагрузка металлами платиновой группы монолита подложки в целом составляла 20 г фт-3 при общем массовом соотношении Pt : Pd 11,8 : 4, что эквивалентно 2,95 : 1.The final product contained a substrate monolith having three zones of porous oxide catalytic coating arranged in series in the axial direction: the first, a highly loaded front zone formed by approximately 25% of the axial length of the substrate monolith as measured from the inlet end and having a total load of platinum group metals , which is a combination of the underlying first catalytic coating of porous oxide with a ratio of 2 Pt : 1 Pd and impregnation with a ratio of 1 : 1 Pt : Pd; an axially following second porous oxide catalytic coating zone, consisting of a first porous oxide catalytic coating with a ratio of 2 Pt : 1 Pd, over approximately 50% of the axial length of the substrate monolith, having a lower total load of platinum group metals than the first catalytic zone porous oxide coatings; and finally a third Pt-only zone at the outlet end formed from the second porous oxide catalytic coating over approximately 25% of the axial length of the substrate monolith having a lower total platinum group metal load than the first or second porous oxide catalytic coating zones. . The total load of platinum group metals on the substrate monolith as a whole was 20 g ft -3 with a total Pt : Pd mass ratio of 11.8 : 4, which is equivalent to 2.95 : 1.
При помощи анализа изображений EPMA-WDX (электронный микрозондовый анализ - дисперсный по длине волн рентгеновский анализ) было обнаружено, что полученная таким образом первая зона каталитического покрытия из пористого оксида, которая содержала высокую концентрацию платины и палладия, имела неравномерное распределение Pd в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, т.е. количество Pd уменьшалось в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки. Иными словами, концентрация Pd на верхней поверхности слоя покрытия из пористого оксида, контактирующей с газом, поступающим во впускной конец подложки, была выше, чем в слое покрытия из пористого оксида у поверхности подложки. Кроме того, было обнаружено, что на платину, хотя и в меньшей степени, распространялось то же правило, что и на палладий. Однако неравномерное распределение Pd в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида было наиболее выраженным. Этот эффект в настоящем документе именуется образованием так называемой «корки» Pd в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида.By means of image analysis of EPMA-WDX (electron microprobe analysis - wavelength dispersive X-ray analysis), it was found that the thus obtained first porous oxide catalytic coating zone, which contained a high concentration of platinum and palladium, had an uneven distribution of Pd in the direction perpendicular to substrate surface, i.e. the amount of Pd decreased in the direction perpendicular to the substrate surface. In other words, the concentration of Pd at the top surface of the porous oxide coating layer in contact with the gas entering the inlet end of the substrate was higher than that of the porous oxide coating layer near the surface of the substrate. In addition, it was found that platinum, although to a lesser extent, was subject to the same rule as palladium. However, the uneven distribution of Pd in the direction perpendicular to the substrate surface in the first zone of the porous oxide catalytic coating was most pronounced. This effect is referred to herein as the formation of a so-called "skin" of Pd in the first zone of the porous oxide catalytic coating.
Пример 2Example 2
Был приготовлен продукт, идентичный описанному в сравнительном примере 1, за исключением того, что в дополнение к водным солям платины и палладия первая суспензия каталитического покрытия из пористого оксида содержала водную соль ацетата бария в соответствии с изобретением. Концентрацию ацетата бария выбирали таким образом, чтобы нагрузка барием в первом каталитическом покрытии из пористого оксида составляла 80 г фт-3 для 75% осевой длины первого каталитического покрытия из пористого оксида. Таким образом, первая и вторая зоны каталитического покрытия из пористого оксида содержали барий с нагрузкой 80 г фт-3. Общая нагрузка металлами платиновой группы и массовое соотношение Pt : Pd на монолите подложки в целом были такими же, как в примере 1, т.е. 20 г фт-3.A product identical to that described in Comparative Example 1 was prepared, except that, in addition to the aqueous platinum and palladium salts, the first porous oxide catalytic coating slurry contained an aqueous barium acetate salt according to the invention. The barium acetate concentration was chosen such that the barium load in the first porous oxide catalytic coating was 80 g ft -3 for 75% of the axial length of the first porous oxide catalytic coating. Thus, the first and second zones of the porous oxide catalytic coating contained barium with a load of 80 g ft -3 . The total platinum group metal load and Pt : Pd weight ratio on the substrate monolith were generally the same as in Example 1, i.e. 20 g ft -3 .
Было обнаружено, что при использовании анализа изображения EPMA-WDX первая зона каталитического покрытия из пористого оксида, полученная таким образом, имеет количество Pd, уменьшающееся в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки, и в меньшей степени, такое же распределение Pt, но также относительно сильное неравномерное распределение бария, которое уменьшается в перпендикулярном направлении в сторону поверхности подложки. Иными словами, как Pd, так и Ba (и в меньшей степени Pt) образуют «корку» на поверхности слоя покрытия из пористого оксида, контактирующей с газом, поступающим во впускной конец подложки.It was found that using EPMA-WDX image analysis, the first zone of the porous oxide catalytic coating thus obtained has the amount of Pd decreasing in the perpendicular direction towards the surface of the substrate, and to a lesser extent, the same distribution of Pt, but also relatively strong. uneven distribution of barium, which decreases in a perpendicular direction towards the surface of the substrate. In other words, both Pd and Ba (and to a lesser extent Pt) form a "skin" on the surface of the porous oxide coating layer in contact with the gas entering the inlet end of the substrate.
Пример 3. Способ и результаты испытаний для сравнения вариантов с барием и без бария во впускной зонеExample 3 Test Method and Results for Comparing Options with and without Barium in the Inlet Zone
Термический анализ каждого композитного катализатора окисления, полученного в соответствии с примерами 1 и 2 включительно, проводили с использованием дизельного двигателя, установленного на лабораторном стенде. В двигатель подавали топливо EUVI B7 (7% биотопливо) как для работы двигателя, так и для обогащения отработавшего газа углеводородами (генерация экзотермического эффекта), двигатель работал на скорости 2200 об/мин и был оборудован системой выпуска отработавших газов, содержащей выхлопной трубопровод и съемный стакан, в который можно было вставить каждый из композитных катализаторов окисления для испытания, так чтобы впускной конец / первый катализатор с имеющей высокую нагрузку зоной покрытия из пористого оксида был ориентирован в верхнюю по потоку сторону. Двигатель представлял собой 6-цилиндровый двигатель EUV объемом 7 литров, развивающий мощность 235 кВт при 2500 об/мин, а система выпуска отработавших газов включала в себя «7-й инжектор», расположенный с возможностью впрыска углеводородного топлива непосредственно в трубопровод отработавшего газа ниже по потоку от коллектора двигателя и выше по потоку от тестируемого композитного катализатора окисления. Этот инжектор называют «7ой инжектор», поскольку он является дополнением к шести топливным инжекторам, связанным с цилиндрами двигателя. Термопары были размещены на входе в композитный катализатор окисления и в различных осевых позициях вдоль центральной линии монолита подложки каждого композитного катализатора окисления.Thermal analysis of each composite oxidation catalyst obtained in accordance with examples 1 and 2, inclusive, was carried out using a diesel engine installed on a laboratory bench. The engine was supplied with EUVI B7 fuel (7% biofuel) both for engine operation and for enriching the exhaust gas with hydrocarbons (exotherm generation), the engine was operated at 2200 rpm and was equipped with an exhaust gas system containing an exhaust pipe and a removable a beaker into which each of the composite oxidation catalysts could be inserted for testing so that the inlet end/first catalyst with the high load porous oxide coating zone was oriented upstream. The engine was a 7 liter 6-cylinder EUV engine developing 235 kW at 2500 rpm, and the exhaust system included a "7th injector " positioned to inject hydrocarbon fuel directly into the downstream exhaust gas line. downstream of the engine manifold and upstream of the tested composite oxidation catalyst. This injector is called the " 7th injector" because it is in addition to the six fuel injectors associated with the engine's cylinders. Thermocouples were placed at the inlet of the composite oxidation catalyst and at various axial positions along the center line of the substrate monolith of each composite oxidation catalyst.
Каждый катализатор кондиционировали в течение 10 минут при температуре 490 °C на входе выхлопного газа и при скорости потока выхлопного газа 1000 кг/час с последующей стадией быстрого охлаждения. Затем скорость потока выхлопного газа устанавливали равной 720 кг/час (что соответствует 120 000 ч-1 объемной скорости при тестируемом размере и объеме подложки), причем нагрузку на двигатель регулировали таким образом, чтобы обеспечить стабильную установленную температуру выхлопного газа на входе около 270°C в течение приблизительно 1800 секунд.Each catalyst was conditioned for 10 minutes at an exhaust gas inlet temperature of 490° C. and an exhaust gas flow rate of 1000 kg/hr, followed by a rapid cooling step. The exhaust gas flow rate was then set to 720 kg/h (corresponding to 120,000 h -1 space velocity at the substrate size and volume tested), with the engine load adjusted to provide a stable set exhaust gas inlet temperature of about 270°C. for approximately 1800 seconds.
Затем тестировали способность композитного катализатора окисления генерировать экзотермический эффект при каждой заданной стабилизированной температуре путем впрыска углеводородного топлива через 7-й инжектор, ориентируясь на температуру 600°C и стабильный «проскок» углеводородов на выходе подложки композитного катализатора окисления, измеряемых посредством расположенной ниже по потоку термопары и датчиков углеводородов. Испытание прекращали, если проскок углеводородов, измеренный ниже по потоку от композитного катализатора окисления, превышал 1000 ч./млн. C3, т.е. независимо от длины углеводородной цепи в обнаруженных углеводородах — мода длины углеродной цепи в типичном дизельном топливе равна C16, — испытание прекращалось при обнаружении эквивалента 1000 ч./млн. C3. Таким образом, если обнаруживалось 187,5 ч./млн. C16, это было эквивалентно 1000 ч./млн. C3 (C16 эквивалентно 5⅓ x C3).The ability of the composite oxidation catalyst to generate an exothermic effect at each given stabilized temperature was then tested by injecting hydrocarbon fuel through the 7th injector , focusing on a temperature of 600°C and a stable hydrocarbon "breakthrough" at the exit of the composite oxidation catalyst substrate, measured by a downstream thermocouple. and hydrocarbon sensors. The test was terminated if hydrocarbon slip, measured downstream of the composite oxidation catalyst, exceeded 1000 ppm. C 3 , i.e. regardless of the length of the hydrocarbon chain in the detected hydrocarbons—the carbon chain length mode in a typical diesel fuel is C 16 —the test was terminated when the equivalent of 1000 ppm was found. C3 . Thus, if 187.5 ppm was detected. C 16 , this was equivalent to 1000 ppm. C 3 (C 16 is equivalent to 5⅓ x C 3 ).
После испытания при заданной температуре на впуске приблизительно 270°C систему снова подвергали предварительному кондиционированию при температуре на впуске выхлопного газа 490°C в течение 10 минут со скоростью потока 1000 кг/час с последующим быстрым охлаждением, и проводили тестирование экзотермического эффекта при второй заданной температуре, например приблизительно 260°C. Этот цикл повторяли для испытания генерации экзотермического эффекта при заданных температурах приблизительно 250°C, 240°C и 230°C. Испытание останавливали, когда либо композитный катализатор окисления не мог генерировать стабильный экзотермический эффект 600°C на выпускном конце композитного катализатора окисления, либо проскок углеводородов, измеренный на выпуске композитного катализатора окисления, превышал 1000 ч/млн (C3).After testing at a target inlet temperature of approximately 270°C, the system was again preconditioned at an exhaust gas inlet temperature of 490°C for 10 minutes at a flow rate of 1000 kg/h followed by rapid cooling, and an exotherm test was performed at the second target temperature. , for example approximately 260°C. This cycle was repeated to test the generation of an exothermic effect at given temperatures of approximately 250°C, 240°C and 230°C. The test was stopped when either the composite oxidation catalyst could not generate a stable 600° C. exotherm at the outlet end of the composite oxidation catalyst, or the hydrocarbon slip measured at the outlet of the composite oxidation catalyst exceeded 1000 ppm (C 3 ).
Результаты этих испытаний, проведенных для примеров 1 и 2, представлены ниже в таблице 1. Следует понимать, что чем ниже температура на впуске, при которой можно достичь стабильного экзотермического эффекта при приемлемом проскоке углеводородов, тем более предпочтительным является вариант. Это связано с повышением гибкости конструкции системы в том смысле, что регенерация фильтра может быть инициирована при более низкой температуре выхлопного газа на впуске, т.е. без необходимости ожидания до тех пор, пока температура выхлопного газа при нормальных условиях эксплуатации не станет достаточно высокой для инициирования регенерации фильтра, что может происходить при обычной эксплуатации реже, и это повышает общую экономию топлива, поскольку нет необходимости впрыскивать столько углеводородов, сколько необходимо для достижения желаемой температуры выхлопного газа на выходе в композитный катализатор окисления.The results of these tests, carried out for examples 1 and 2, are presented in Table 1 below. It should be understood that the lower the inlet temperature at which a stable exotherm can be achieved with acceptable hydrocarbon slippage, the more preferred the option is. This is due to increased system design flexibility in the sense that filter regeneration can be initiated at a lower exhaust gas intake temperature, i.e. without having to wait until the exhaust gas temperature is high enough under normal operating conditions to initiate filter regeneration, which may occur less frequently during normal operation, and this improves overall fuel economy because it is not necessary to inject as many hydrocarbons as needed to achieve the desired exhaust gas temperature at the outlet of the composite oxidation catalyst.
Таблица 1Table 1
В таблице 1 показано, что традиционный катализатор окисления (пример 1) не может обеспечить стабильный экзотермический эффект при температуре на входе 250°C или ниже, тогда как композитный катализатор окисления в соответствии с изобретением может обеспечить стабильный экзотермический эффект при температуре до 230°C.Table 1 shows that the traditional oxidation catalyst (Example 1) cannot provide a stable exotherm at an inlet temperature of 250°C or lower, while the composite oxidation catalyst according to the invention can provide a stable exotherm at temperatures up to 230°C.
Пример 4. Оценка защитного слоя для предотвращения отравления катализатора фосфором и/или цинком. Получение образцовExample 4 Evaluation of the protective layer to prevent phosphorus and/or zinc poisoning of the catalyst. Getting Samples
Катализатор в соответствии с изобретением, имеющий конструкцию, показанную на Фиг. 5, использовали для иллюстрации принципа функционирования элемента-защитного слоя. На цилиндрическую проточную монолитную подложку из кордиерита с сотовой структурой, имеющую длину 10,5 дюйма x диаметр 4 дюйма, наносили первый слой (6) каталитического покрытия из пористого оксида, содержащего Pt и Pd в массовом соотношении 2 : 1 и 80 г фт-3 бария, на порошковом носителе, содержащем оксид алюминия, допированный 5 мас.% диоксида кремния, на осевую длину 75% от впускного конца (I), и второй слой (7) покрытия из пористого оксида, содержащим только Pt, нанесенную на порошковый носитель из оксида алюминия, допированного 5 мас.% диоксида кремния (без бария), на осевую длину 50% подложки от выпускного конца (O). Первую зону каталитического покрытия из пористого оксида получали путем пропитки первого слоя каталитического покрытия (6) из пористого оксида раствором солей платины и палладия, достаточным для обеспечения массового соотношения Pt и Pd 1 : 1 по массе на 25% осевой длины подложки при дополнительной общей нагрузке PGM 50 г фт-3. Общая нагрузка металлами платиновой группы композитного катализатора окисления составляла 21 г фут-3, а массовое соотношение Pt : Pd составляло 7 : 5, что эквивалентно 1,4 : 1. Таким образом, первая зона каталитического покрытия из пористого оксида в данном примере 4 имела массовое соотношение Pt : Pd > 1 : 1.The catalyst according to the invention having the construction shown in FIG. 5 was used to illustrate the principle of operation of the element-protective layer. A cylindrical flow-through honeycomb monolithic cordierite substrate having a length of 10.5 inches x a diameter of 4 inches was coated with a first layer (6) of a porous oxide catalytic coating containing Pt and Pd in a weight ratio of 2:1 and 80 g ft -3 barium, on a powder carrier containing alumina doped with 5 wt.% silicon dioxide, for an axial length of 75% from the inlet end (I), and the second layer (7) of a coating of porous oxide containing only Pt, deposited on a powder carrier of alumina doped with 5 wt.% silicon dioxide (without barium), on the axial length of 50% of the substrate from the outlet end (O). The first zone of the porous oxide catalytic coating was obtained by impregnating the first layer of the porous oxide catalytic coating (6) with a solution of platinum and palladium salts sufficient to provide a mass ratio of Pt and Pd of 1 : 1 by weight per 25% of the axial length of the substrate with an additional total load PGM 50 g ft -3 . The total platinum group metal loading of the composite oxidation catalyst was 21 g ft -3 and the weight ratio of Pt : Pd was 7 : 5, equivalent to 1.4 : 1. ratio Pt : Pd > 1 : 1.
Были приготовлены три образца. Первый образец использовали в качестве контроля без какого-либо нанесения защитного слоя. Второй образец имел покрытие из пористого оксида, состоящее из оксида алюминия, допированного 5 мас.% диоксида кремния (без металла платиновой группы) — такого же допированного диоксидом кремния оксида алюминия, который использовали в первом (6) и втором (7) слоях каталитического покрытия из пористого оксида — и нанесенное поверх первой зоны (1) каталитического покрытия из пористого оксида с нагрузкой покрытием из пористого оксида 0,5 г дюйм-3 и в общей сложности на 30% осевой длины подложки от впускного конца подложки (I), т.е. 25% осевой длины первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида было полностью покрыто внешним «защитным слоем» покрытия из пористого оксида из допированного диоксидом кремния оксида алюминия, т.е. 120% осевой длины первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида было покрыто внешним слоем покрытия из пористого оксида. Средний диаметр пор оксида алюминия, допированного 5 мас.% диоксида кремния, составлял около 19 нм.Three samples were prepared. The first sample was used as a control without any protective layer applied. The second sample had a porous oxide coating consisting of alumina doped with 5 wt.% silica (no platinum group metal) - the same silica-doped alumina used in the first (6) and second (7) layers of the catalytic coating. of porous oxide - and applied over the first zone (1) of the catalytic porous oxide coating with a porous oxide coating load of 0.5 g in -3 and a total of 30% of the axial length of the substrate from the inlet end of the substrate (I), i.e. e. 25% of the axial length of the first zone of the porous oxide catalytic coating was completely covered by an outer "protective layer" of the porous oxide coating of silica doped alumina, i. e. 120% of the axial length of the first zone of the porous oxide catalytic coating was covered with an outer porous oxide coating layer. The average pore diameter of alumina doped with 5 wt.% silicon dioxide was about 19 nm.
Третий образец получали аналогично второму образцу, за исключением того, что нагрузка «защитным слоем» покрытия из пористого оксида из допированного 5 мас.% диоксида кремния оксида алюминия составляла 1,0 г дюйм-3.A third sample was prepared similarly to the second sample, except that the "protective layer" loading of the porous oxide coating of 5 wt % silica doped alumina was 1.0 g in -3 .
Каждый из трех образцов подвергали состариванию в печи на воздухе при 650 °C в течение 50 часов.Each of the three samples was subjected to aging in an oven in air at 650°C for 50 hours.
Пример 5. Оценка защитного слоя для предотвращения отравления катализатора фосфором и/или цинком. Испытания образцовExample 5 Evaluation of the protective layer to prevent phosphorus and/or zinc poisoning of the catalyst. Sample testing
Три образца подложек с покрытием, полученные в соответствии с примером 4, были соединены параллельно в стакане собственной разработки, и помещенные в стакан подложки вставляли в систему выпуска отработавших газов установленного на лабораторный стенд 16-литрового дизельного двигателя для работы в тяжелых условиях, сертифицированного по стандарту выбросов Euro 2, питаемого топливом MK1, к которому примешивали добавку ZDTP к топливу с концентрацией 1750 ч./млн. Затем подложки подвергали состариванию в двигателе с использованием следующего цикла, который был рассчитан для воздействия на помещенные в стакан подложки в целом 0,5 г ZDTP на литр подложки катализатора на цикл:Three samples of coated substrates, obtained in accordance with example 4, were connected in parallel in a cup of our own design, and the substrates placed in the cup were inserted into the exhaust system of a laboratory-mounted 16-liter heavy-duty diesel engine certified to the
(i) 30-минутное «замачивание» при нагрузке на двигатель, обеспечивающей установившееся состояние с температурой на входе подложки 470 °C;(i) 30 minute "soak" with engine load steady state with substrate inlet temperature of 470°C;
(ii) 15-минутное «замачивание» при нагрузке на двигатель, обеспечивающей установившееся состояние с температурой на входе подложки 210 °C, а затем 15 минут при температуре на входе 250 °C и, наконец, 10 минут при температуре на входе 325 °C; и(ii) 15 minute "soak" at steady state motor load with substrate inlet temperature of 210°C, followed by 15 minutes at 250°C inlet temperature, and finally 10 minutes at 325°C inlet temperature ; and
(iii) стадии (i) и (ii) повторяли 6 (шесть) раз.(iii) steps (i) and (ii) were repeated 6 (six) times.
Затем образцы извлекали из стаканов и испытывали их по очереди с использованием двигателя, описанного в примере 3, в соответствии со следующей процедурой.The samples were then removed from the beakers and tested in turn using the motor described in Example 3 according to the following procedure.
Испытание «с непрерывным экзотермическим эффектом» проводили следующим образом. Каждый катализатор кондиционировали при температуре на входе 490°C в течение 20 минут с последующим быстрым охлаждением до температуры на входе 320°C, при которой катализатор выдерживали в течение 10 минут. Затем начинали впрыск углеводородов через 7-й инжектор со скоростью, позволяющей обеспечивать экзотермический эффект, создающий 600°C на выходе подложки. Этот экзотермический эффект поддерживали в установившемся состоянии в течение 5 минут. Затем начинали линейное снижение температуры розжига катализатора окисления углеводородов путем непрерывной корректировки нагрузки на двигатель с обеспечением падения температуры на входе 1°C в минуту при скорости потока 720 кг/ч. Цикл прекращали, когда температура на впуске расположенного ниже по потоку сажевого фильтра становилась ниже 425°C или достигался определяемый анализатором проскока углеводородов предел 1500 ч./млн. C3.The "continuous exotherm" test was carried out as follows. Each catalyst was conditioned at an inlet temperature of 490° C. for 20 minutes, followed by rapid cooling to an inlet temperature of 320° C., at which the catalyst was kept for 10 minutes. Then, the injection of hydrocarbons through the 7th injector was started at a rate that allowed an exothermic effect to be provided, creating 600° C. at the outlet of the substrate. This exothermic effect was maintained in a steady state for 5 minutes. Then, a linear decrease in the ignition temperature of the hydrocarbon oxidation catalyst was started by continuously adjusting the engine load to provide an inlet temperature drop of 1° C. per minute at a flow rate of 720 kg/h. The cycle was terminated when the inlet temperature of the downstream particulate filter fell below 425° C. or the 1500 ppm hydrocarbon slip analyzer limit was reached. C3 .
Покрытие из пористого оксида в первой четверти длины подложки, измеренной от впускного конца каждого образца подложки, анализировали с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF) для характеризации элементарного состава покрытия из пористого оксида и отравления фосфором и цинком. Степень обнаруженного отравления определяли относительно нуля, взятого по сканированию многоэлементного эталонного стандарта Omnian. Результаты представлены в нижеприведенной таблице 2.The porous oxide coating at the first quarter of the length of the substrate, measured from the inlet end of each substrate sample, was analyzed by X-ray fluorescence (XRF) to characterize the elemental composition of the porous oxide coating and phosphorus and zinc poisoning. The degree of poisoning detected was determined relative to zero taken from a scan of the Omnian multi-element reference standard. The results are shown in Table 2 below.
Таблица 2table 2
Отравление фосфором было постоянным по всем трем деталям, и разница между любыми двумя образцами была не более около 8,0%.Phosphorus poisoning was constant across all three items, and the difference between any two samples was no more than about 8.0%.
Специалисту в данной области будет понятно, что отравление фосфором, достигаемое при использовании процедуры, применяемой в данном примере, обеспечивает отравление фосфором, превышающее наблюдаемое в данной области техники при обычной эксплуатации (см. выше в настоящем документе, где отравление фосфором в образце катализатора в конце срока его службы составляло от 1,0 до 1,5 мас.% фосфора). Однако уровень отравления фосфором, полученный с использованием процедур, описанных в данном примере 5, был сопоставим с уровнем, наблюдаемым эмпирически при нормальной эксплуатации в конце срока службы транспортного средства.One skilled in the art will appreciate that the phosphorus poisoning achieved using the procedure used in this example provides phosphorus poisoning in excess of that experienced in the art during normal operation (see above in this document where the phosphorus poisoning in the catalyst sample at the end its service life was from 1.0 to 1.5 wt.% phosphorus). However, the level of phosphorus poisoning obtained using the procedures described in this example 5 was comparable to the level observed empirically in normal use at the end of the vehicle's life.
Результаты испытаний с непрерывным экзотермическим эффектом представлены в таблице 3.The results of tests with a continuous exothermic effect are presented in table 3.
Таблица 3Table 3
По этим результатам можно видеть, что наблюдалось небольшое увеличение температуры на впуске на 5,2°C (2,2%), необходимое для достижения экзотермического эффекта на ≥500°C для двух образцов, содержащих элемент-защитный слой, по сравнению с эталонным катализатором без элемента-защитного слоя. Это показывает, что существует небольшое и практически несущественное увеличение входной температуры, при которой управление двигателем может начать генерацию экзотермического эффекта для регенерации расположенного ниже по потоку компонента-фильтра в системе выпуска отработавших газов в соответствии с изобретением, содержащей композитный катализатор окисления, включающий в себя элемент-защитный слой.From these results, it can be seen that there was a slight increase in inlet temperature of 5.2°C (2.2%) required to achieve an exothermic effect of ≥500°C for the two samples containing the protective layer element compared to the reference catalyst without a protective layer element. This shows that there is a small and practically negligible increase in inlet temperature at which the engine control can start generating an exothermic effect to regenerate a downstream filter component in an exhaust gas system in accordance with the invention comprising a composite oxidation catalyst including an element - protective layer.
Кроме того, можно видеть, что образец, включающий защитный слой с нагрузкой 1,0 г/дюйм3, сохранял значительно большую окислительную активность углеводородов по сравнению с эталоном (для достижения экзотермического эффекта 500°C требуется потеря температуры на входе всего 13,9%, по сравнению с 30,3% потерей температуры на входе для эталонного образца), несмотря на те же самые сегменты катализатора окисления в эталоне и в образце в соответствии с изобретением, которые имеют аналогичное количество присутствующего отравляющего фосфора (см. таблицу 3). Однако можно также видеть, что образец, имеющий нагрузку внешним слоем покрытия из пористого оксида 0,5 г/дюйм3, имел потерю активности, аналогичную эталонному образцу.In addition, it can be seen that the sample including the protective layer with a load of 1.0 g/in 3 retained a significantly higher oxidative activity of hydrocarbons compared to the reference (to achieve an exothermic effect of 500°C requires an inlet temperature loss of only 13.9% , compared to a 30.3% inlet temperature loss for the reference sample), despite the same oxidation catalyst segments in the reference and in the sample according to the invention, which have a similar amount of poisonous phosphorus present (see Table 3). However, it can also be seen that the sample having a porous oxide outer coating load of 0.5 g/in 3 had a loss of activity similar to the reference sample.
Пример 6. Дополнительная оценка защитного слоя для предотвращения отравления катализатора фосфором и/или цинкомExample 6 Additional Evaluation of the Protective Layer to Prevent Catalyst Poisoning by Phosphorus and/or Zinc
Получали катализатор, имеющий состав и конструкцию, аналогичные составу и конструкции катализатора, описанного в примере 4, за исключением того, что общая нагрузка металлами платиновой группы композитного катализатора окисления составляла 15 г фут-3, а массовое соотношение Pt : Pd составляло 7,24 : 5, что эквивалентно 1,45 : 1, но при этом массовое соотношение Pt : Pd в первой зоне покрытия из пористого оксида по-прежнему составляло > 1 : 1.A catalyst was obtained having a composition and design similar to that of the catalyst described in Example 4, except that the total platinum group metal loading of the composite oxidation catalyst was 15 g ft -3 and the Pt:Pd weight ratio was 7.24: 5, which is equivalent to 1.45 : 1, but the Pt : Pd mass ratio in the first porous oxide coating zone was still > 1 : 1.
Были получены следующие пробы.The following samples were received.
Таблица 4Table 4
Свежий «гамма-оксид алюминия» из примеров 6.2 и 6.11 имел характерный средний диаметр пор около 13 нм. Свежий «оксид алюминия, допированный 5 мас.% диоксида кремния» по примерам 6.3, 6.4 и 6.10 и 6.12–6.14 включительно имел собственный средний диаметр пор 15 нм. Свежий «широкопористый оксид алюминия» имел собственный средний диаметр пор около 20 нм. Свежий оксид церия из примера 6.9 имел собственный средний диаметр пор около 8 нм. Отношение диоксида кремния к оксиду алюминия в алюмосиликатном цеолите AEI по примерам 6.7 и 6.8 составляло около 20. Нагрузка медью в Cu-обменном алюмосиликатном цеолите AEI из примера 6.8 составляла около 3,8 мас.%. Все порошковые материалы-оксиды металла, используемые в данном примере, имели в свежем состоянии удельную площадь поверхности > 100 м2/г.The fresh "gamma alumina" of Examples 6.2 and 6.11 had a typical average pore diameter of about 13 nm. Fresh "alumina doped with 5 wt.% silicon dioxide" in examples 6.3, 6.4 and 6.10 and 6.12-6.14 inclusive had an intrinsic average pore diameter of 15 nm. Fresh "broad pore alumina" had an intrinsic average pore diameter of about 20 nm. The fresh cerium oxide from Example 6.9 had an intrinsic average pore diameter of about 8 nm. The ratio of silica to alumina in the AEI aluminosilicate zeolite of Examples 6.7 and 6.8 was about 20. The copper load in the Cu-exchanged AEI aluminosilicate zeolite of Example 6.8 was about 3.8% by weight. All of the metal oxide powder materials used in this example had a fresh specific surface area >100 m 2 /g.
Порошковый оксид металла, используемый в каждом примере защитного слоя, измельчали до получения значения D90, составляющего <20 мкм, значения D50 (средний размер частиц) <8 мкм, причем комбинация по убеждению заявителя дает средний диаметр пор между частицами в защитном слое ≥10 нм.The metal oxide powder used in each example of the protective layer was ground to obtain a D90 value of <20 μm, a D50 value (average particle size) of <8 μm, the combination, according to the applicant, gives an average pore diameter between particles in the protective layer ≥10 nm .
Все образцы состаривали в печи на воздухе при 650°C в течение 50 часов. Испытания примеров проводили таким же образом, как описано в примере 5 выше в настоящем документе. Результаты представлены ниже в таблице 5.All samples were aged in an air oven at 650°C for 50 hours. Test examples were carried out in the same manner as described in example 5 above in this document. The results are shown in Table 5 below.
Таблица 5Table 5
Из результатов, приведенных в таблице 5, видно, что все примеры, покрытые защитным слоем, имеют сниженную экзотермическую активность до фосфорного состаривания по сравнению с контрольным (эталонным) примером 6.1, где температура прекращения экзотермического эффекта составляет 239,0°C. Однако все примеры 6.2–6.14 включительно, имеющие защитный слой, демонстрировали более высокую эффективность, чем у эталонного образца после фосфорного состаривания (285,9°C). Наиболее эффективными примерами были такие, которые имели разумный баланс между показателями до фосфорного состаривания, например <252,0°C, и после фосфорного состаривания, например <273,0°C.From the results shown in Table 5, it can be seen that all examples coated with a protective layer have a reduced exothermic activity before phosphorus aging compared to the control (reference) example 6.1, where the exothermic termination temperature is 239.0°C. However, all examples 6.2-6.14 inclusive, having a protective layer, showed higher efficiency than the reference sample after phosphorus aging (285.9°C). The most effective examples were those that had a reasonable balance between performance before phosphorus aging, eg <252.0°C, and after phosphorus aging, eg <273.0°C.
Кроме того, можно видеть, что образцы с более высокой нагрузкой покрытием из пористого оксида (сравните, например, примеры 6.4 и 6.3) показали лучшие характеристики, как и примеры, в которых PGM наносили на порошковый оксидный материал защитного слоя.In addition, it can be seen that samples with a higher load of porous oxide coating (compare, for example, examples 6.4 and 6.3) showed better performance, as did examples in which PGM was applied to the powdered oxide protective layer material.
Пример 7. Исследование «дельты» между свежим и состаренным катализатором в плане активности катализатора окисления NO при изменении состава выпускной зоны покрытия из пористого оксидаExample 7 Study of Delta Between Fresh and Aged Catalyst in NO Oxidation Catalyst Activity with Variation in Porous Oxide Coating Downstream Composition
Получали ряд катализаторов, аналогичных описанным в примере 4, но без защитного слоя, и имеющих конструкцию, показанную на Фиг. 5. Единственными прочими отличиями относительно образцов катализатора примера 4 было то, что общая суммарная нагрузка металлами платиновой группы композитного катализатора окисления составляла 30 г фут-3; и состав второго слоя (7) покрытия из пористого оксида модифицировали для исследования окислительной активности NO у выпускной зоны; подробная информация приведена ниже в таблице 7. Общая нагрузка металлами платиновой группы во всех образцах во втором слое покрытия из пористого оксида в данном примере 7 составляла 12,5 г фут-3, нагрузка покрытием из пористого оксида во втором слое покрытия из пористого оксида во всех протестированных образцах была эквивалентной, и ни один из вторых протестированных слоев покрытия из пористого оксида не включал барий. Общее массовое соотношение Pt : Pd в композитном катализаторе окисления в целом отличалось от такового в образцах из примера 4.A number of catalysts were prepared, similar to those described in Example 4, but without the protective layer, and having the design shown in FIG. 5. The only other differences from the catalyst samples of Example 4 were that the total combined platinum group metal loading of the composite oxidation catalyst was 30 g ft -3 ; and the composition of the second layer (7) of the porous oxide coating was modified to study the oxidative activity of NO at the outlet zone; details are given in Table 7 below. The total load of platinum group metals in all samples in the second layer of porous oxide coating in this example 7 was 12.5 g ft -3 , the load of porous oxide coating in the second layer of porous oxide coating in all samples tested was equivalent, and none of the second porous oxide coating layers tested included barium. The overall weight ratio of Pt : Pd in the composite oxidation catalyst was generally different from that of the samples from Example 4.
Каждый свежий катализатор вводили в испытательную систему выпуска отработавших газов дизельного двигателя, установленного на лабораторном стенде, описанного в примере 3. Свежий катализатор сначала «кондиционировали» в течение 30 минут при нагрузке на двигатель и скорости двигателя, обеспечивающих температуру слоя катализатора 550°C. Полученному «кондиционированному» катализатору затем давали остыть до комнатной температуры. Затем кондиционированный свежий катализатор испытывали в течение переходного испытательного цикла с линейным изменением нагрузки при постоянной скорости работы двигателя 1400 об/мин и повышающейся объемной скорости для определения окислительной активности NO композитным катализатором окисления. Регистрировали зависимость выявленного соотношения NO2/NOx в выхлопном газе ниже по потоку от композитного катализатора окисления от температуры на входе подложки. Затем исследуемый катализатор охлаждали, извлекали из стакана и подвергали гидротермическому состариванию в печи в атмосфере воздух /10% H2O (пар) при 600°C в течение 140 часов для имитации окислительной активности в конце срока службы транспортного средства. Затем состаренный катализатор повторно устанавливали в систему выпуска отработавших газов дизельного двигателя, установленного на лабораторном стенде, повторно кондиционировали и повторно испытывали с использованием того же протокола, который описан для свежего катализатора.Each fresh catalyst was introduced into the test exhaust system of the diesel engine installed on the laboratory bench described in Example 3. The fresh catalyst was first "conditioned" for 30 minutes at engine load and engine speed to provide a catalyst bed temperature of 550°C. The resulting "conditioned" catalyst was then allowed to cool to room temperature. The conditioned fresh catalyst was then tested during a transient load ramp test cycle at a constant engine speed of 1400 rpm and increasing space velocity to determine the NO oxidative activity of the composite oxidation catalyst. The dependence of the detected NO 2 /NO x ratio in the exhaust gas downstream from the composite oxidation catalyst on the substrate inlet temperature was recorded. The test catalyst was then cooled, removed from the beaker, and subjected to hydrothermal aging in an oven in an air/10% H 2 O (steam) atmosphere at 600° C. for 140 hours to simulate oxidative activity at the end of vehicle life. The aged catalyst was then re-installed in the exhaust system of a diesel engine installed on a laboratory bench, re-conditioned and re-tested using the same protocol as described for a fresh catalyst.
Таблица 7Table 7
ным NO2/NOx "Delta" (%) between fresh and aged
NO 2 /NO x
тельно приготов-
ленный» оксид алюминия, допированный 5 мас.% диоксида кремния с 3,2 мас.% марганца†"Preliminary
carefully prepared
fused" alumina doped with 5 wt.% silica with 3.2 wt.% manganese†
†Эквивалентно 5,0 мас.% MnO2 в прокаленном материале.†Equivalent to 5.0 wt% MnO 2 in calcined material.
*Оксид алюминия, допированный 5 мас.% диоксида кремния, пропитывали раствором нитрата марганца в концентрации, достаточной для достижения желаемой массы марганца после прокаливания.*Alumina doped with 5 wt.% silica was impregnated with a solution of manganese nitrate at a concentration sufficient to achieve the desired mass of manganese after calcination.
Пример 8. Дополнительные исследования «дельты» между свежим и состаренным катализатором в плане активности катализатора окисления NO при изменении состава выпускной зоны покрытия из пористого оксидаExample 8 Additional Studies of Delta Between Fresh and Aged Catalyst in NO Oxidation Catalyst Activity with Porous Oxide Coating Downstream Composition Change
Получали ряд катализаторов, аналогичных описанным в примере 7 и имеющих конструкцию, показанную на Фиг. 5. Единственными отличиями от образцов катализаторов из примера 7 было то, что первая зона каталитического покрытия из пористого оксида была получена путем пропитывания первого слоя каталитического покрытия (6) раствором солей платины и палладия, достаточным для пропитки 25% осевой длины подложки дополнительным количеством Pt и Pd 35 г фут-3 в массовом соотношении 1 : 1, так чтобы суммарная нагрузка металлами платиновой группы в целом составляла 20 г фут-3; и общая нагрузка металлами платиновой группы во всех образцах во втором слое покрытия из пористого оксида в данном примере 8 составляла 7,5 г фут-3. Общее массовое соотношение Pt : Pd в композитном катализаторе окисления 1,9 : 1A number of catalysts were prepared similar to those described in Example 7 and having the design shown in FIG. 5. The only differences from the catalyst samples of Example 7 were that the first zone of porous oxide catalytic coating was obtained by impregnating the first layer of catalytic coating (6) with a solution of platinum and palladium salts sufficient to impregnate 25% of the axial length of the substrate with additional Pt and Pd 35 g ft -3 in a 1 : 1 weight ratio such that the total load of platinum group metals is 20 g ft -3 in total; and the total load of platinum group metals in all samples in the second layer of porous oxide coating in this example 8 was 7.5 g ft -3 . The total mass ratio of Pt : Pd in the composite oxidation catalyst is 1.9 : 1
Испытания проводили таким же образом, как описано в примере 7 выше по потоку, за исключением того, что состаривание катализатора было другим. В данном примере 8 свежий «кондиционированный» катализатор состаривали в печи в воздушной атмосфере при 650°C в течение 50 часов.The tests were carried out in the same manner as described in example 7 upstream, except that the aging of the catalyst was different. In this Example 8, the fresh "conditioned" catalyst was aged in an air oven at 650° C. for 50 hours.
Таблица 8Table 8
† Эквивалентно 5,7 мас.% MgO/94,3 мас.% Al2O3. Материал преимущественно представляет собой шпинель с одной кубической фазой, что определено методом рентгеновской дифракции (XRD). Может присутствовать некоторое избыточное количество Al2O3.† Equivalent to 5.7 wt% MgO/94.3 wt% Al 2 O 3 . The material is predominantly a single cubic phase spinel as determined by X-ray diffraction (XRD). Some excess Al 2 O 3 may be present.
*1 Эквивалентно 1,0 мас.% MnO2.* 1 Equivalent to 1.0 wt.% MnO 2 .
*2 Эквивалентно 3,0 мас.% MnO2.* 2 Equivalent to 3.0 wt.% MnO 2 .
*3 Эквивалентно 5,0 мас.% MnO2.* 3 Equivalent to 5.0 wt.% MnO 2 .
Кроме того, композитные катализаторы окисления настоящего примера 8 испытывали в испытании на «непрерывный экзотермический эффект», описанном в примере 5, но без состаривания с ZDTP. Результаты представлены в следующей таблице 9.In addition, the composite oxidation catalysts of the present Example 8 were tested in the "continuous exotherm" test described in Example 5, but without ZDTP aging. The results are presented in the following table 9.
Таблица 9Table 9
Из результатов, показанных в таблицах 8 и 9, видно, что образцы 8.4, 8.5 и 8.6, включающие предварительно сформированные допированные марганцем смешанные субстехиометрические оксиды алюминия магния, демонстрируют неожиданную и полезную комбинацию пониженного отношения активностей свежего катализатора к состаренному в плане окислительной активности NO, а также улучшенного образования экзотермического эффекта.From the results shown in Tables 8 and 9, samples 8.4, 8.5, and 8.6, including preformed manganese-doped mixed substoichiometric alumina magnesium oxides, exhibit an unexpected and beneficial combination of a reduced ratio of fresh to aged catalyst activities in terms of NO oxidative activity, and also improved formation of the exothermic effect.
Пример 9. Исследование массового соотношения Pt : Pd в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксидаExample 9 Study of the Pt : Pd Mass Ratio in the First Zone of a Porous Oxide Catalytic Coating
Текущая стоимость палладия по массе более чем в два раза превышает стоимость платины. В данном примере 9 заявитель выполнил ряд экспериментов по снижению общего содержания палладия в композитном катализаторе окисления в соответствии с изобретением.The current value of palladium by weight is more than twice that of platinum. In this example 9, the Applicant performed a series of experiments to reduce the total content of palladium in the composite oxidation catalyst in accordance with the invention.
Получали ряд катализаторов, аналогичных описанным в примере 8, и имеющих конструкцию, показанную на Фиг. 5. Единственным отличием от образцов катализаторов из примера 8 было то, что композиция пропиточного раствора для первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида варьировали так, чтобы достичь диапазона массовых соотношений Pt : Pd, приведенного ниже в таблице 10, на более 25% осевой длины подложки от впускного конца подложки при дополнительной общей нагрузке PGM 35 г фут-3, и композитный катализатор окисления в целом имел общую нагрузку металлами платиновой группы 15 г фут-3; и единственным металлом платиновой группы во втором слое покрытия из пористого оксида была платина, т.е. массовое соотношение Pt : Pd составило 1 : 0 при нагрузке покрытием из пористого оксида 2,0 г фут-3.A number of catalysts were prepared similar to those described in Example 8 and having the design shown in FIG. 5. The only difference from the catalyst samples of Example 8 was that the composition of the impregnation solution for the first zone of the porous oxide catalytic coating was varied so as to achieve the range of mass ratios Pt : Pd given in Table 10 below, over 25% of the axial length of the substrate from the inlet end of the support at an additional total PGM load of 35 g ft -3 , and the overall oxidation catalyst composite had a total platinum group metal load of 15 g ft -3 ; and the only platinum group metal in the second porous oxide coating layer was platinum, i.e. the weight ratio of Pt : Pd was 1 : 0 with a porous oxide coating load of 2.0 g ft -3 .
В таблице 10 представлены результаты испытания на «непрерывный экзотермический эффект» образцов катализатора, состаренных и протестированных в соответствии с описанием в примере 8.Table 10 shows the results of the "continuous exotherm" test of catalyst samples aged and tested as described in Example 8.
Таблица 10Table 10
Из результатов, приведенных в таблице 10, видно, что массовое соотношение платины и палладия в первой зоне каталитического покрытия из пористого оксида может быть увеличено без излишнего влияния на способность композитного катализатора окисления генерировать и поддерживать экзотермический эффект. Однако, если пропиточная среда для получения первой зоны каталитического покрытия из пористого оксида не содержит палладия (пример 9.5), экзотермический эффект не проходит испытание, поэтому данная конфигурация менее предпочтительна. Соответственно, предпочтительно, чтобы комбинированное массовое соотношение Pt : Pd для пропиточной среды и нижележащего пропитанного каталитического покрытия из пористого оксида содержало некоторое количество палладия для стабилизации платины, например, с соотношением 10 : 1 ≥ 1 : 1. From the results shown in Table 10, it can be seen that the weight ratio of platinum to palladium in the first zone of the porous oxide catalytic coating can be increased without unduly affecting the ability of the oxidation catalyst composite to generate and maintain an exothermic effect. However, if the impregnation medium for the first zone of the porous oxide catalytic coating does not contain palladium (Example 9.5), the exothermic effect fails the test, so this configuration is less preferred. Accordingly, it is preferred that the combined Pt : Pd weight ratio of the impregnating medium and the underlying impregnated porous oxide catalytic coating contain some palladium to stabilize the platinum, for example in a ratio of 10 : 1 ≥ 1 : 1.
Во избежание каких-либо сомнений полное содержание всех цитируемых в настоящем документе документов включено в настоящую заявку путем ссылки.For the avoidance of doubt, the entire contents of all documents cited herein are incorporated herein by reference.
Claims (25)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19182733.6 | 2019-06-26 | ||
GB1914958.2 | 2019-10-16 | ||
GB2004768.4 | 2020-03-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2783122C1 true RU2783122C1 (en) | 2022-11-09 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2105197A1 (en) * | 2008-03-27 | 2009-09-30 | Ibiden Co., Ltd. | Honeycomb structure and exhaust gas treatment apparatus |
US20090288402A1 (en) * | 2007-12-12 | 2009-11-26 | Basf Catalysts Llc | Emission Treatment Catalysts, Systems and Methods |
US20140271429A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Basf Corporation | Zoned Catalyst For Diesel Applications |
US20150033715A1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Johnson Matthey Public Limited Company | Zoned diesel oxidation catalyst |
US20150071839A1 (en) * | 2012-03-17 | 2015-03-12 | Daimler Ag | Catalyst Component of a Motor Vehicle Exhaust Gas Cleaning System and Use of a Catalyst Component |
RU2668272C2 (en) * | 2012-11-21 | 2018-09-28 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Oxidation catalyst for treatment of exhaust gas of engine with compression ignition |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090288402A1 (en) * | 2007-12-12 | 2009-11-26 | Basf Catalysts Llc | Emission Treatment Catalysts, Systems and Methods |
EP2105197A1 (en) * | 2008-03-27 | 2009-09-30 | Ibiden Co., Ltd. | Honeycomb structure and exhaust gas treatment apparatus |
US20150071839A1 (en) * | 2012-03-17 | 2015-03-12 | Daimler Ag | Catalyst Component of a Motor Vehicle Exhaust Gas Cleaning System and Use of a Catalyst Component |
RU2668272C2 (en) * | 2012-11-21 | 2018-09-28 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Oxidation catalyst for treatment of exhaust gas of engine with compression ignition |
US20140271429A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Basf Corporation | Zoned Catalyst For Diesel Applications |
US20150033715A1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Johnson Matthey Public Limited Company | Zoned diesel oxidation catalyst |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2721563C2 (en) | Oxidation catalyst for a compression-ignition engine | |
KR101634203B1 (en) | Oxidation catalyst for internal combustion engine exhaust gas treatment | |
CN117085675B (en) | Composite zoned oxidation catalyst for compression ignition internal combustion engines | |
WO2021074605A1 (en) | Composite, zoned oxidation catalyst for a compression ignition internal combustion engine | |
EP3787775B1 (en) | Composite, zoned oxidation catalyst for a compression ignition internal combustion engine | |
JP7367203B2 (en) | Combined zone-coated dual-use ammonia (AMOX) and nitric oxide oxidation catalyst | |
EP4045176B1 (en) | Composite, zone-coated, dual-use ammonia (amox) and nitric oxide oxidation catalyst | |
EP3888774A1 (en) | Composite, zone-coated oxidation and exotherm generation catalyst | |
JP2024009874A (en) | Complex zoned oxidation catalyst for compression-ignition internal combustion engines | |
RU2783122C1 (en) | Composite zoned oxidation catalyst for internal combustion engine with compression ignition |