Элемент для подавления образования сероводорода и катализатор для очистки выхлопных газов
Изобретение относится к элементу для подавления образования сероводорода в выхлопном газе автомобиля или подобного транспортного средства и к катализатору для очистки выхлопных газов с использованием элемента для подавления образования H2S. В данном изобретении раскрыт элемент, который содержит часть, адсорбирующую SOx, включающую, по меньшей мере, оксид церия и расположенную на верхней стороне относительно течения потока выхлопного газа; и часть, высвобождающую SOx, включающую оксид титана и обладающую поверхностной кислотностью большей, чем поверхностная кислотность части, адсорбирующей SOx, и расположенную на нижней стороне относительно течения потока выхлопного газа. Часть, адсорбирующая SOx, нанесена на сотовидную подложку, образующую покровный слой. Катализатор, очищающий выхлопной газ, содержит часть, адсорбирующую SOx, часть, высвобождающую SOx, и благородный металл, нанесенный на элемент, подавляющий образование сероводорода. Технический результат: подавление образования H2S без использования веществ, загрязняющих окружающую среду. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
1. Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к элементу для подавления образования сероводорода (здесь и далее называемый «H2S») в выхлопном газе автомобиля или подобного транспортного средства и к катализатору для очистки выхлопных газов с использованием элемента для подавления образования H2S. Элемент для подавления образования H2S согласно настоящему изобретению может подавлять образование H2S при режиме малого газа двигателя после высокоскоростного движения. Элемент для подавления генерирования H2S согласно настоящему изобретению может использоваться сам по себе, а также можно использовать в качестве катализатора для очистки выхлопного газа, такого как трехкомпонентный катализатор.
2. Описание уровня техники
В качестве катализаторов для очистки HC, CO и NOx в выхлопных газах автомобиля были широко использованы трехкомпонентные катализаторы. Такие трехкомпонентные катализаторы образованы путем нанесения металлов платиновой группы, таких как Pt и Rh, на пористые оксиды-носители, такие как оксид алюминия, оксид церия, оксид циркония и оксид церия-циркония. Также трехкомпонентные катализаторы окисляют и очищают HC и CO и в то же время восстанавливают и очищают NOx. Поскольку эти каталитические реакции эффективно протекают в атмосфере, в которой окисляющие и восстанавливающие компоненты присутствуют в основном в эквивалентных количествах, сгорание топлива в двигателях автомобилей, снабженных трехкомпонентными катализаторами, регулируются таким образом, что они образуются примерно при теоретическом соотношении (стехиометрическом) воздух-топливо (A/F)=примерно 14,6±0,2.
Однако с трехкомпонентными катализаторами связана проблема, состоящая в том, что, если атмосфера выхлопного газа предназначена для восстановления, оксид серы в выхлопном газе будет восстановлен до H2S, который затем выбрасывается в воздух. Например, оксид церия, обладающий функцией абсорбции и высвобождения кислорода, содержит компоненты, существенные для трехкомпонентного катализатора. Однако с автомобильным двигателем, снабженным трехкомпонентным катализатором, включающим в себя оксид церия, связана проблема, состоящая в том, что при восстановительной атмосфере образуется H2S, что происходит в ускоренном режиме.
Далее будет разъяснен механизм образования H2S с использованием оксида церия. SO2 в выхлопном газе окисляется до SOx металлическим катализатором. Оксид церия быстро абсорбирует SOx, поскольку он является оксидом, обладающим относительно высокой основностью. Считается, что абсорбированный SOx медленно концентрируется на носителе катализатора и восстанавливается до H2S в восстановительной атмосфере. Даже если остаточное количество H2S ощущается носом человека в виде неприятного запаха, то такой выброс необходимо подавить. В дополнение γ-оксид алюминия, который широко используют в качестве носителя катализатора, также легко абсорбирует SOx.
В данном документе можно рассмотреть использование в качестве трехкомпонентного катализатора оксид Ni или Cu. Оксид Ni или Cu может подавлять образование H2S, поскольку он преобразует SO2 в SO3 или SO4 в окислительной атмосфере и сохраняет в восстановительной атмосфере серосодержащие компоненты в виде сульфидов, например, Ni2S3.
В японской патентной заявке №08-015554, например, раскрыт катализатор для очистки выхлопного газа, полученный нанесением благородного металла на носитель, который содержит композитный оксид никеля-бария, оксид алюминия и оксид церия. Носитель в обедненной атмосфере поглощает оксиды серы в виде сульфатов за счет оксида алюминия и оксида церия, а в восстановительной атмосфере поглощает H2S за счет композитного оксида никеля и бария. Таким образом, он может подавлять образование H2S.
Более того, в японской патентной заявке №2000- 515419 или в японском патенте №02598817 раскрывается подавление образования H2S с использованием в качестве носителя смеси оксида церия с NiO, Fe2O3 и т.п. Также в японской патентной заявке №07-194978 раскрывается подавление образования H2S с использованием носителя, содержащего Ni и Ca, нанесенного на оксид церия.
Однако Ni или Cu используют для катализаторов, очищающих автомобильные выхлопные газы, в ограниченном количестве, поскольку они являются веществами, загрязняющими окружающую среду. Существует другая проблема, состоящая в том, что присущие им очистительные свойства будут ослабляться при добавлении к трехкомпонентному катализатору, например, бария.
В дополнение в японской патентной заявке №02-020561 раскрыты висмутсодержащие катализаторы, пригодные для окисления и восстановления H2S. Однако поскольку эти катализаторы окисляют H2S в окислительной атмосфере, они не могут предотвратить выброс H2S в окислительную атмосферу или в атмосферу, содержащую теоретически необходимое количество воздуха.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение было разработано для решения вышеописанных проблем, возникающих в прототипе, а задачей настоящего изобретения является подавление образования H2S без использования веществ, загрязняющих окружающую среду, таких как никель.
Для достижения вышеуказанной задачи согласно одной своей особенности настоящее изобретение обеспечивает элемент для подавления образования H2S, содержащий: часть для адсорбции серы, содержащую оксид, включающий в себя, по меньшей мере, оксид церия, и расположенную на верхней стороне относительно потока выхлопного газа; и часть для высвобождения серы, обладающую поверхностной кислотностью, большей, чем поверхностная кислотность части для адсорбции серы, и расположенную на нижней стороне части для адсорбции серы.
Согласно другой особенности настоящее изобретение обеспечивает катализатор для очистки выхлопного газа, содержащий элемент для подавления генерирования сероводорода и нанесенный на него благородный металл.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеуказанная и другие задачи и особенности настоящего изобретения станут более ясными из следующего описания предпочтительного варианта воплощения, приведенного в сочетании с чертежами, на которых:
ФИГ.1 представляет собой схематический поперечный разрез трехкомпонентного катализатора согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения;
ФИГ.2 представляет собой схематический поперечный разрез трехкомпонентного катализатора согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения;
ФИГ.3 представляет собой схематический поперечный разрез трехкомпонентного катализатора согласно четвертому варианту воплощения настоящего изобретения и
ФИГ.4 представляет собой графическую диаграмму, иллюстрирующую выброс H2S согласно каждому из примеров, выраженных в виде величины выброса H2S, приведенной к величине выброса H2S согласно сравнительному примеру, взятой в виде 100%.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
Далее будут подробно описаны различные варианты воплощения настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Элемент для подавления образования H2S согласно настоящему изобретению содержит часть для адсорбции серы и часть для высвобождения серы. Часть для адсорбции серы содержит оксид, включающий в себя, по меньшей мере, оксид церия. Например, часть для адсорбции серы может содержать смесь порошка оксида церия с порошком другого оксида, такого как порошок оксида алюминия, а также может содержать один оксид церия либо сложный оксид, содержащий оксид церия. Примеры сложных оксидов, содержащих оксид церия, могут включать в себя оксид церия-циркония, оксид алюминия-церия-циркония и т.п.
Что касается оксида церия из части, адсорбирующей серу, является предпочтительным использовать оксид церия, имеющий удельную площадь поверхности менее 5 м2/г. В этом случае свойства оксида церия, связанные с адсорбцией и высвобождением кислорода, поддерживаются, когда его свойства, связанные с адсорбцией SOx, понижаются. Таким образом, уровень обогащения можно снизить, и в то же время SOx может быть высвобожден перед его восстановлением до H2S, и генерирование H2S может быть подавлено. Аналогично, когда часть для адсорбции серы содержит оксид алюминия, является предпочтительным использовать θ-оксид алюминия, имеющий площадь удельной поверхности меньше, чем у γ-оксида алюминия.
Часть для высвобождения серы имеет кислотность выше, чем кислотность части, адсорбирующей серу. Кислотность части, высвобождающей серу, можно повысить с использованием способа нанесения оксида, обладающего кислотностью выше, чем кислотность оксида церия в части, адсорбирующую серу, или способа повышения основности части, адсорбирующей серу. Примеры оксидов, обладающих кислотностью выше, чем у оксида церия, могут включать в себя оксид кремния, сложный оксид кремния-алюминия, оксид алюминия, содержащий оксид циркония, оксид титана, композитный оксид титана-циркония, и т.д. и в настоящем изобретении можно использовать один или нескольких оксидов, выбранных из группы, выбранной из этих оксидов. Среди них является предпочтительным использовать оксид титана, на который сложно абсорбировать SOx, поскольку оксид титана обладает высокой кислотностью. Также, хотя оксид алюминия или оксид циркония обладает относительно низкой кислотностью, его можно успешно использовать в настоящем изобретении, поскольку его кислотность будет повышена, когда он покрыт оксидом титана.
Для повышения основности части, адсорбирующей серу, на часть, адсорбирующую серу, наносят, по меньшей мере, один из щелочноземельных металлов. В результате основность части, адсорбирующей серу, повышена, что приводит к повышению ее способности к адсорбции SOx. Таким образом, выброс SOx, например, во время работы двигателя в режиме малого газа после скоростного движения автомобиля можно подавить, вследствие чего можно подавить генерирование H2S. Является предпочтительным, чтобы нанесенное количество, по меньшей мере, одного упомянутого выбранного щелочноземельного металла и редкоземельного элемента находилось в диапазоне 0,01-0,5 моль на литр элемента, подавляющего образование H2S. При количестве менее 0,01 моль влияние нанесенного металла или элемента не будет проявляться. С другой стороны, если металл или элемент нанесен в количестве более 0,5 моль, его влияние будет достаточным, и в то же время, если на часть, адсорбирующую серу, нанесен благородный металл, активность благородного металла будет снижена.
Часть, адсорбирующая серу, расположена в верхнем течении потока выхлопного газа, а часть, высвобождающая серу, расположена ниже по потоку выхлопного газа относительно части, адсорбирующей серу. Например, гранулообразную часть, адсорбирующую серу, можно поместить в выхлопную трубу в верхнюю зону потока выхлопного газа, а гранулообразную часть, высвобождающую серу, можно обеспечить на нижней стороне части, адсорбирующей серу, относительно потока выхлопного газа. В качестве альтернативы сотовидная часть, адсорбирующая серу, содержащая покровный слой, включающий в себя, например, оксид церия, нанесенный на сотовидную подложку, может находиться на верхней стороне относительно потока выхлопного газа, а сотовидная часть, высвобождающая серу, имеет покровный слой, включающий в себя, например, оксид титана, нанесенный на сотовидную подложку, может быть расположена на нижней стороне части, высвобождающей серу. Покровный слой, содержащий часть, адсорбирующую серу, может быть нанесен на одной сотовидной подложке на верхней стороне относительно потока выхлопного газа, а покровный слой, содержащий часть, высвобождающую серу, может быть нанесен на сотовидную подложку на нижней относительно течения потока стороне части, высвобождающей серу.
Например, в случае элемента для подавления образования H2S, в котором покрывающий слой, содержащий часть, адсорбирующую серу, сформирован на одной сотовидной подложке на верхней стороне относительно потока выхлопного газа, а покрывающий слой, содержащий часть, высвобождающую серу, сформирован на сотовидной подложке на нижней стороне части, адсорбирующей серу, причем слой, адсорбирующий серу, содержащий часть, адсорбирующую серу, может быть сформирован на 1/4-2/3 от общей длины элемента для подавления образования H2S. Если длина слоя, адсорбирующего серу, составляет менее 1/4 от общей длины элемента, подавляющего образование H2S, функции оксида церия, связанные с адсорбцией и высвобождением кислорода, будут существенно снижены, это будет приводить к усложнению снижения давления обогащенной атмосферы и подавления образования H2S. С другой стороны, если область слоя, адсорбирующего серу, составляет более 2/3 от общей области элемента, подавляющего образование H2S, диапазон адсорбции SOx будет повышен, и в то же время, высвобожденный SOx будет адсорбирован снова, что будет приводить к усложнению подавления образования H2S.
На элемент для подавления образования H2S согласно настоящему изобретению можно наносить благородные металлы, такие как Pt, Rh, Pd, Ir или Ru, и, таким образом, использовать в качестве катализатора, очищающего выхлопные газы, предназначенного для подавления образования H2S, и предпочтительно трехкомпонентного катализатора. Также нанесение благородного металла на элемент, подавляющий образование H2S, повышает эффективность подавления образования H2S элементом. Является предпочтительным, чтобы благородный металл наносили, по меньшей мере, на часть, адсорбирующую серу. Если благородный металл нанести на часть, адсорбирующую серу, то функции оксида церия, связанные с адсорбцией и высвобождением кислорода, могут быть улучшены, что приведет к снижению количества флуктуаций в атмосфере выхлопного газа. Таким образом, станет легче поддерживать атмосферу выхлопного газа при приблизительно стехиометрическом соотношении, и будет ярче выражена высокая активность трехкомпонентного катализатора.
Однако, когда на часть, адсорбирующую серу, нанесено лишь необходимое количество благородного металла, плотность нанесения благородного металла будет повышена, вследствие чего может возникнуть тенденция, например, к ухудшению роста зерен в ходе использования катализатора. По этой причине предпочтительно наносить благородный металл равномерно как на часть, адсорбирующую серу, так и на часть, высвобождающую серу.
Является предпочтительным, чтобы количество нанесенного благородного металла составляло 0,05-10 мас.%. Если нанесенное количество составит менее 0,05 мас.%, катализатор не будет пригодным в качестве катализатора, очищающего газ, а если благородный металл будет нанесен в количестве более 10 мас.%, то его влияние будет достаточным, но в то же время стоимость его изготовления повысится.
В трехкомпонентных катализаторах, содержащих оксид церия, используемых в прототипе, оксид церия присутствует во всем объеме выхлопного газа, и, таким образом, SOx адсорбируется почти равномерно во всем выхлопном газе. Однако в элементе, подавляющем образование H2S согласно настоящему изобретению, часть, адсорбирующая серу, содержащая основный оксид церия, расположена на верхней стороне относительно течения потока выхлопного газа, а часть, высвобождающая серу, обладающая поверхностной кислотностью выше поверхностной кислотности части, адсорбирующей серу, расположена на нижней стороне части, адсорбирующей серу, относительно потока выхлопного газа. Таким образом, SOx в выхлопном газе адсорбируется на части, адсорбирующей серу, на верхней стороне относительно потока, но он трудно адсорбируется на части, высвобождающей серу. Иными словами в элементе, подавляющем образование H2S согласно настоящему изобретению, диапазон адсорбции SOx более узкий, чем диапазон адсорбции в прототипе, и, таким образом, генерирование H2S понижается.
Также в элементе, подавляющем образование H2S согласно настоящему изобретению, SOx, адсорбированный на части, адсорбирующей серу, высвобождается в высокотемпературной зоне, но высвобожденный SOx трудно адсорбируется на части, высвобождающей серу. Таким образом, предотвращается повторная адсорбция высвобожденного SOx, приводящая к его превращению в H2S.
Более того, в части, адсорбирующей серу, уровень обогащения атмосферы снижается из-за свойств оксида церия, связанных с адсорбцией и высвобождением кислорода, а выхлопной газ, обладающий пониженным обогащением, вступает в контакт с частью, высвобождающей серу. Таким образом, образование H2S в части, высвобождающей серу, становится более затрудненным. В дополнение при использовании катализатора, очищающий выхлопной газ, на который нанесен благородный металл, функции оксида церия, связанные с адсорбцией и высвобождением кислорода, могут быть дополнительно повышены, и, таким образом, образование H2S может быть дополнительно подавлено.
В результате элемент, подавляющий образование H2S, и катализатор, очищающий выхлопной газ согласно настоящему изобретению, могут эффективно подавлять образование и выброс H2S за счет их синергетического действия.
Примеры
Здесь и далее настоящее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на Примеры и Сравнительные Примеры. Одинаковые номера ссылок означают один и тот же элемент даже на различных чертежах.
Пример 1
ФИГ.1 иллюстрирует трехкомпонентный катализатор согласно данному Примеру. Этот трехкомпонентный катализатор содержит кордиеритовую 1 сотовидную подложку, слой 2, адсорбирующий серу, созданный на одной стороне половины сотовидной подложки со стороны верхней по течению части потока выхлопного газа, и слой 3, высвобождающий серу, созданный на одной стороне оставшейся половины сотовидной 1 подложки со стороны нижней по течению части потока выхлопного газа. Слой 2, адсорбирующий серу, содержит твердый раствор оксида церия и оксида циркония, а слой 3, высвобождающий серу, не содержит твердый раствор оксида церия и оксида циркония. Здесь и далее будет описан способ приготовления этого трехкомпонентного катализатора.
Была приготовлена кордиеритовая 1 сотовидная подложка (объемом 1,1 л, диаметром 103 мм, длиной 130 мм, плотностью ячеек 400 cpsi и толщиной 100 мкм). Половина длины сотовидной 1 подложки, начиная от одного конца сотовидной подложки (т.е. половина длины подложки, начиная от верхнего конца относительно течения потока выхлопного газа), была покрыта протравной грунтовкой в виде суспензии, содержащей в качестве основного компонента 90 весовых частей порошка θ-оксида алюминия (с удельной площадью поверхности l00 м2/г) и 100 весовых частей твердого раствора порошка оксида церия и оксида циркония (молярное соотношение CeC2:ZrO2=1:1 и удельная площадь поверхности 85 м2/г). Затем нанесенная взвесь была высушена при 120°C и прокалена при 650°C в течение 3 часов с формированием, таким образом, слоя 2, адсорбирующего серу. Слой 2, адсорбирующий серу, был сформирован в количестве 90 г на литр сотовидной 1 подложки.
Затем поверхность сотовидной подложки, на которой слой 2, адсорбирующий серу, не может быть сформирован, была покрыта протравной грунтовкой в виде взвеси, содержащей порошок в θ-оксида алюминия в качестве главного компонента, а нанесенная взвесь была высушена при 120°C с последующим прокаливанием при 650°C в течение 3 часов с образованием, таким образом, слоя 3, высвобождающего серу. Слой 3, высвобождающий серу, был образован в количестве 90 г на литр сотовидной 1 подложки.
Сотовидная подложка 1, имеющая слой 2, адсорбирующий серу, и слой 3, высвобождающий серу, был прописан в водном растворе нитрата родия, вследствие чего она была адсорбирована и нанесена на родий. Затем подложка 1 была вынута из раствора и высушена при 120°C с последующим прокаливанием при 500°C в течение 1 часа, вследствие чего Rh был равномерно нанесен на всю подложку 1. Также сотовидная подложка была пропитана в растворе динитродиамина платины заданного количества и заданной концентрации, вследствие чего она была адсорбирована и покрыта платиной. Затем подложка была высушена при 120°C с последующим прокаливанием при 500°C в течение 1 часов, вследствие чего Pt была равномерно нанесена на всю подложку 1. Pt и Rh были нанесены в количестве 1,0 г и 0,2 г соответственно на литр сотовидной 1 подложки.
Пример 2
ФИГ.2 иллюстрирует трехкомпонентный катализатор согласно Примеру 2 настоящего изобретения. Данный трехкомпонентный катализатор содержит кордиеритовую 1 сотовидную подложку, первый 20 покровный слой, созданный по всей поверхности сотовидной 1 подложки, и слой 3, высвобождающий серу, образованный на поверхности первого 20 покровного слоя в пределах нижней стороны относительно течения потока выхлопного газа, соответствующей половине длины сотовидной 1 подложки. Первый 20 покровный слой содержит твердый раствор оксида церия и оксида циркония, а слой 3, высвобождающий серу, не содержит твердый раствор оксида церия и оксида циркония. Поверхностная кислотность слоя 3, высвобождающего серу, выше, чем поверхностная кислотность первого покровного слоя. В частности, первый 20 покровный слой, нанесенный в верхней относительно потока части, соответствующей половине длины сотовой 1 подложки, представляет собой слой 2, адсорбирующий серу. Здесь и далее будет описан способ приготовления этого трехкомпонентного катализатора.
Была использована та же самая сотовидная 1 подложка, что и в Примере 1, и та же самая взвесь, содержащая порошок θ-оксид алюминия (та же, что и в Примере 1), и тот же порошок твердого раствора оксида церия и оксида циркония (тот же, что и в Примере 1), что и основные компоненты, были нанесены в виде протравной грунтовки по всей сотовидной 1 подложке. Затем нанесенное покрытие было высушено при 120°C с последующим прокаливанием при 650°C в течение 3 часов с образованием, таким образом, первого 20 покровного слоя. Первый 20 покровный слой был сформирован в количестве 190 г на литр сотовидной структуры.
Затем поверхность первого 20 покровного слоя на нижней относительно течения потока стороне, соответствующей половине длины сотовидной 1 подложки, была подвергнута протравной грунтовке взвесью, содержащей, в качестве основных компонентов, 90 весовых частей θ-оксида алюминия (100 м2/г удельной площади поверхности) и 20 весовых частей порошка ZrO2, покрытого TiO2 (TiO2:ZrO2=30:70). Затем нанесенная смесь была высушена при 120°C с последующим прокаливанием при 650°C в течение 3 часов с формированием, таким образом, слоя 3, высвобождающего серу. Слой 3, высвобождающий серу, был сформирован в количестве 20 г на литр сотовидной подложки. Кроме того, сотовидная подложка была покрыта Pt и Rh таким же образом, что и в Примере 1.
Пример 3
Данный Пример - тот же, что и Пример 1, за исключением состава слоя 3, высвобождающего серу. Здесь и далее будет описан способ приготовления трехкомпонентного катализатора согласно Примеру 3.
Была использована та же сотовидная подложка, что и в Примере 1, и такой же слой 2, адсорбирующий слой, что и в Примере 1, был нанесен в пределах 1/2 длины сотовидной подложки, начиная от одного конца подложки.
Затем взвесь, содержащая в качестве основных компонентов 90 весовых частей порошок θ-оксида алюминия (с удельной площадью поверхности l00 м2/г) и 20 весовых частей порошка ZrO2, покрытого TiO2 (TiO2:ZrO2=30:70), была повергнута протравной грунтовке в пределах половины длины сотовидной подложки, начиная с конца стороны, лежащей в нижней части относительно потока выхлопного газа. Затем нанесенная взвесь была высушена при 120°C с последующим прокаливанием при 650°C в течение 3 часов с образованием, таким образом, слоя 3, высвобождающего серу. Слой 3, высвобождающий серу, был сформирован в количестве 110 г на литр сотовидной 1 подложки. В дополнение сотовидная 1 подложка была покрыта Pt и Rh таким же образом, что и в Примере 1.
Пример 4
ФИГ.3 иллюстрирует трехкомпонентный катализатор согласно Примеру 4. Этот трехкомпонентный катализатор содержит кордиеритовую сотовидную 1 подложку и покровный 30 слой, образованный на всей поверхности подложки 1. Покровный 30 слой на верхней относительно потока стороне, соответствующей половине длины сотовидной подложки, покрыт барием. Таким образом, поверхностная кислотность покровного слоя более высокая в пределах нижней по потоку стороны, соответствующей половине длины подложки, чем в пределах верхней по потоку стороны, соответствующей половине длины подложки. Слой 2, адсорбирующий серу, сформирован на половине длины верхней по потоку стороны, а слой 3, высвобождающий серу, сформирован на половине длины нижней по потоку стороны. Здесь и далее будет описан способ приготовления этого трехкомпонентного катализатора.
Была приготовлена та же самая сотовидная 1 подложка, что и в Примере 1. Половина длины сотовидной 1 подложки, начиная от одного ее конца, была подвергнута протравной грунтовке взвесью, содержащей, в качестве основных компонентов, 90 весовых частей порошка θ-оксида алюминия (такого же, что и в Примере 1), 100 весовых частей порошка твердого раствора оксида церия и оксида циркония (того же, что и в Примере 1) и заданное количество порошка сульфата бария. Затем нанесенная взвесь была высушена при 120°C с последующим прокаливанием при 650°C в течение 3 часов с формированием, таким образом, слоя 2, адсорбирующего серу. Слой 2, адсорбирующий серу, был сформирован в количестве 190 г на литр сотовидной 1 подложки. Барий был нанесен в количестве 0,1 моль на литр сотовидной 1 подложки.
Затем половина длины сотовидной 1 подложки от нижнего по потоку концу была подвергнута протравной грунтовке взвесью, содержащей в качестве основных компонентов 90 весовых частей порошка θ-оксида алюминия (такого же, что и в Примере 1) и 100 весовых частей порошка твердого раствора оксида церия и оксида циркония (такого же, что и в Примере 1). Затем нанесенная взвесь была высушена при 120°C с последующим прокаливанием при 650°C в течение 3 часов с образованием, таким образом, слоя 3, высвобождающего серу. Слой 3, высвобождающий серу, был сформирован в количестве 190 г на литр сотовидной 1 подложки. В дополнение Pt и Rh были нанесены таким же образом, что и в Примере 1.
Пример 5
Так же, как и в Примере 4, трехкомпонентный катализатор согласно Примеру 5 содержит кордиеритовую 1 сотовидную подложку и покровный 30 слой, созданный по всей поверхности сотовидной 1 подложки. Покровный 30 слой на верхней стороне относительно потока, соответствующей половине длины сотовидной подложки, покрывают лантаном. Лантан наносят в количестве 0,1 моль на литр сотовидной подложки. Таким образом, поверхностная кислотность покровного слоя 30 более высокая на нижней стороне относительно течения потока выхлопного газа, соответствующей половине длины сотовидной 1 подложки, чем на верхней стороне. Кроме того, на верхней стороне относительно потока, соответствующей половине длины подложке, образован слой 2, адсорбирующий серу, а на нижней стороне, соответствующей половине длины подложки, образован слой 3, высвобождающий серу. Трехкомпонентный катализатор в данном Примере был приготовлен таким же образом, что и в Примере 4, за исключением того, что вместо порошка сульфата бария был использован порошок оксида лантана.
Пример 6
Так же, как и в Примере 4, трехкомпонентный катализатор согласно Примеру 6 содержит кордиеритовую 1 сотовидную подложку и покровный 30 слой, созданный по всей поверхности сотовидной 1 подложки. Покровный 30 слой на верхней стороне относительно потока, соответствующей половине длины сотовидной подложки, покрывают барием и лантаном. Каждый из металлов - Ba и La, наносят в количестве 0,1 моль на литр сотовидной подложки. Таким образом, поверхностная кислотность покровного слоя 30 более высокая на нижней стороне относительно течения потока выхлопного газа, соответствующей половине длины сотовидной 1 подложки, чем на верхней стороне. Кроме того, на верхней стороне относительно потока, соответствующей половине длины подложке, образован слой 2, адсорбирующий серу, а на нижней стороне, соответствующей половине длины подложки, образован слой 3, высвобождающий серу. Трехкомпонентный катализатор в данном Примере был приготовлен таким же образом, что и в Примере 4, за исключением того, что помимо порошка сульфата бария был использован порошок оксида лантана.
Пример 7
Пример 7 осуществляют таким же образом, что и в Примере 1, за исключением того, что удельная площадь поверхности твердого раствора оксида церия и оксида циркония, содержащегося в слое, адсорбирующем серу, составляет 3 м2/г.
Сравнительный пример
Трехкомпонентный катализатор согласно данному Сравнительному примеру содержит кордиеритовую 1 сотовидную подложку и покровный 30 слой, созданный по всей поверхности сотовидной 1 подложки, и его состав однороден на всем его протяжении. Здесь и далее будет описан способ приготовления данного трехкомпонентного катализатора.
Была использована та же самая сотовидная 1 подложка, что и в Примере 1, а взвесь, содержащая в качестве главных компонентов 90 весовых частей порошка γ-оксида алюминия (с удельной площадью поверхности 180 м2/г) и 100 весовых частей порошка твердого раствора оксида церия и оксида циркония (того же самого, что и в Примере 1), была подвергнута протравной грунтовке по всей сотовидной 1 подложке. Затем нанесенная взвесь была высушена при 120°C с последующим прокаливанием при 650°C в течение 3 часов с образованием, таким образом, покровного 21 слоя. Покровный 21 слой был образован в количестве 190 г на литр сотовидной 1 подложки. В дополнение Pt и Rh были нанесены таким же образом, что и в Примере 1.
Испытание и анализ
В Таблице 1 ниже подытожена оксидная структура каждого из катализаторов.
| Таблица 1 | ||
| Верхняя относительно потока половина (слой, адсорбирующий серу) | Нижняя относительно потока половина (слой, высвобождающий серу) | |
| Пример 1 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2 | Θ-Al2O3 |
| Пример 2 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2, TiO2/ZrO2 |
| Пример 3 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2 | Θ-Al2O3, TiO2/ZrO2 |
| Пример 4 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2, BaSO4 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2 |
| Пример 5 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2, La2O3 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2 |
| Пример 6 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2, BaSO4, La2O3 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2 |
| Пример 7 | Θ-Al2O3, CeO2-ZrO2 (3 m2/g) | Θ-Al2O3 |
| Сравнительный пример 1 | Γ-Al2O3, CeO2-ZrO2 | γ-Al2O3, CeO2-ZrO2 |
Каждый трехкомпонентный катализатор был установлен в выхлопной системе испытательного стенда двигателя, контролируемого при стехиометрическом соотношении в выхлопном газе. Затем двигатель был запущен в режиме LA#4 и ускорен до 80 км/ч в режиме полного разгона автомобиля, при котором педаль управления подачей топлива была сильно нажата. Затем рабочий режим был преобразован в нерабочее состояние. Сразу после преобразования в нерабочее состояние было измерено количество испускаемого H2S, и результаты этих измерений показаны на ФИГ.4, в котором значение измерения каждого из Примеров выражено в виде относительной величины, приведенной к значению в соответствии со Сравнительным Примером, взятому за 100%.
Как показано на ФИГ. 4, можно видеть, что трехкомпонентный катализатор из каждого Примера проявлял эмиссию H2S более низкую, чем эмиссия H2S согласно Сравнительному примеру. Причина этого состоит в том, что был образован слой 2, адсорбирующий серу, и слой 3, высвобождающий серу. Кроме того, Пример 3 демонстрировал значение более низкое, чем значение согласно Примерам 1 и 2, а Пример 6 демонстрировал значение более низкое, чем значение согласно Примерам 4 и 5. Это показывает, что является предпочтительным, чтобы разница в кислотности между слоем 2, адсорбирующим серу, и слоем 3, высвобождающим серу, была бы больше. В дополнение Пример 7 демонстрировал значение более низкое, чем значение согласно Примеру 1, показывая, что является предпочтительным, чтобы площадь поверхности оксида церия, содержащегося в слое 2, адсорбирующем серу, была бы меньше.
Кроме того, элементы, подавляющие образование H2S, в которых Pt и Rh были исключены из трехкомпонентных катализаторов согласно Примерам и Сравнительному Примеру, были протестированы таким же образом, как описано выше. В результате относительные величины, равные значениям согласно Примерам, приведенным к значениям согласно Сравнительному Примеру, были равны величинам, соответствующим трехкомпонентным катализаторам, показанным на ФИГ.4, за исключением того, что все Примеры и Сравнительный пример демонстрировали небольшое повышение эмиссии H2S.
Хотя изобретение было показано и описано по отношению к предпочтительным вариантам воплощения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в изобретении могут быть осуществлены различные изменения и модификации без отступления от сущности и объема изобретения, заданные в следующей формуле изобретения.
1. Элемент, подавляющий образование сероводорода, содержащий:
часть, адсорбирующую SOx, включающую, по меньшей мере, оксид церия и расположенную на верхней стороне относительно течения потока выхлопного газа; и
часть, высвобождающую SOx, обладающую поверхностной кислотностью, большей, чем поверхностная кислотность части, адсорбирующей SOx, и расположенную на нижней стороне относительно течения потока выхлопного газа.
2. Элемент, подавляющий образование сероводорода согласно п.1, в котором часть, высвобождающая SOx, содержит оксид титана.
3. Элемент, подавляющий образование сероводорода согласно п.1, в котором часть, адсорбирующая SOx, покрыта, по меньшей мере, одним металлом, выбранным из группы, состоящей из щелочноземельных металлов и редкоземельных элементов.
4. Элемент, подавляющий образование сероводорода согласно п.3, в котором, по меньшей мере, один упомянутый металл, выбранный из группы, состоящей из щелочноземельных металлов и редкоземельных элементов, нанесен в количестве 0,01-0,5 моль на литр элемента, подавляющего генерирование сероводорода.
5. Элемент, подавляющий образование сероводорода согласно п.1, в котором часть, адсорбирующая SOx и расположенная на верхней стороне относительно течения потока выхлопного газа, нанесена на сотовидную подложку, образующую покровный слой, при этом часть, высвобождающая SOx, расположена на нижней стороне относительно течения потока выхлопного газа, причем покровный слой, содержащий часть, адсорбирующую SOx, размещен на длине, равной 1/4-2/3 от общей длины элемента, подавляющего генерирование сероводорода.
6. Катализатор, очищающий выхлопной газ, содержащий элемент, подавляющий образование сероводорода, содержащий:
часть, адсорбирующую SOx, включающую, по меньшей мере, оксид церия и расположенную на верхней стороне относительно течения потока выхлопного газа;
часть, высвобождающую SOx, обладающую поверхностной кислотностью, большей, чем поверхностная кислотность части, адсорбирующей SOx, и расположенную на нижней стороне относительно течения потока выхлопного газа, и
благородный металл, нанесенный на элемент, подавляющий образование сероводорода.
7. Катализатор, очищающий выхлопной газ, согласно п.6, в котором благородный металл нанесен, по меньшей мере, на упомянутую часть, адсорбирующую SOx.
8. Катализатор, очищающий выхлопной газ, согласно п.6, в котором благородный металл нанесен равномерно как на часть, адсорбирующую SOx, так и на часть, высвобождающую SOx.
