Устройство для уменьшения выбросов дибензодиоксина и дибензофурана с катализаторами, содержащими переходные металлы

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2411985:

МАН НУТЦФАРЦОЙГЕ АГ (DE)

Изобретение относится к области очистки газов. Устройство для уменьшения образования полихлорированных дибензодиоксинов и полихлорированных дибензофуранов, размещенное в линии отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, характеризуется тем, что между отработавшими газами и катализатором, содержащим переходные металлы, и/или перед по меньшей мере одним катализатором, содержащим переходные металлы, размещено по меньшей мере одно молекулярное сито, удерживающее углеводороды от контакта с катализатором, содержащим переходные металлы, причем диаметр свободных проходов через молекулярное сито находится в интервале от 3 до 12 Å. Предложенное устройство препятствует ароматическим углеводородам - предшественникам диоксинов вступать в контакт с переходными металлами и тем самым избегать образования полихлорированных дибензодиоксинов и полихлорированных дибензофуранов. 3 н. и 23 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к устройству по существу п.1 формулы изобретения и к способу изготовления устройства.

Наряду с твердыми частицами оксиды азота относятся к лимитируемым компонентам отработавших газов, которые образуются во время процессов горения и разрешенный выброс которых должен постоянно снижаться. Для минимизации содержания таких компонентов отработавших газов в случае двигателей внутреннего сгорания, эксплуатируемых в автомобилях, в настоящее время используют различные способы. Уменьшение содержания оксидов азота осуществляют в большинстве случаев посредством катализаторов, при этом в случае отработавших газов с высоким содержанием кислорода дополнительно требуется восстановитель для повышения селективности и степени конверсии NOx. Такие способы известны давно под общим названием способы СКВ, при этом аббревиатура СКВ (SCR) означает "селективное каталитическое восстановление". Их используют в течение многих лет на электростанциях, а с недавнего времени используют также в отношении двигателей внутреннего сгорания. Подробное описание таких способов изложено в DE 3428232A1. В качестве катализаторов СКВ могут быть использованы смешанные оксиды, содержащие V2O5, например, в виде V2O5/WO3/TiO2. При этом типичное содержание V2O5 находится в интервале 0,2-3%. В качестве восстановителя на практике применяют аммиак или соединения, отщепляющие аммиак, такие, как мочевина или формиат аммония, в виде твердого вещества или раствора. При этом для конверсии моля монооксида азота требуется моль аммиака.

4NO+4NH3+O2⇒4N2+6H2O (1)

Если перед катализатором СКВ размещен платиносодержащий катализатор окисления NO для образования NO2,

2NO+O2⇔2NO2 (2)

то таким образом может быть значительно ускорена реакция СКВ и заметно повышена низкотемпературная активность.

NO+2NH3+NO2⇒2N2+3H2O (3)

В случае двигателей внутреннего сгорания, эксплуатируемых в автомобилях, восстановление оксидов азота способом СКВ затруднено потому, что в данном случае имеют место переменные условия эксплуатации, которые затрудняют количественное дозирование восстановителя. При этом, с одной стороны, требуется достигать, возможно, более высокой степени конверсии оксидов азота, но с другой стороны, необходимо обращать внимание на то, чтобы не происходило выбросов неиспользованного аммиака. В данном случае для решения проблемы часто используют размещенный после катализатора СКВ катализатор блокирования аммиака, который способствует конверсии избыточного аммиака в азот и водяной пар.

Для уменьшения выбросов тонкодисперсных частиц как на электростанциях, так и в автомобилях используют так называемые уловители твердых частиц или фильтры твердых частиц.

Типичное устройство с уловителем твердых частиц для применения в автомобилях описано, например, в EP 1072765A1. Устройства такого типа отличаются от устройств с фильтрами твердых частиц тем, что диаметр каналов уловителя твердых частиц существенно больше диаметра наиболее крупных входящих твердых частиц, в то время как в случае фильтра твердых частиц диаметр каналов фильтра находится в интервале диаметров твердых частиц.

Вследствие этого различия фильтры твердых частиц подвергаются опасности забивания, которое повышает противодавление в системе выпуска отработавших газов и уменьшает мощность двигателя. Устройство и способ для случая фильтра твердых частиц описаны в EP 0341832A2. Оба упомянутых устройства и способа отличаются тем, что размещенный перед уловителем твердых частиц или фильтром твердых частиц катализатор окисления, представляющий собой преимущественно катализатор, содержащий платину в качестве активного материала, способствует окислению монооксида азота, содержащегося в отработавших газах, остаточным кислородом, также содержащимся в них, до диоксида азота по уравнению реакции (2). При этом следует обратить внимание на то, что равновесие данной реакции при высоких температурах смещено в сторону NO. Вследствие этого достигаемое содержание NO2 при высоких температурах на основании данного термодинамического ограничения является лимитированным.

Образовавшийся NO2 в свою очередь взаимодействует в уловителе твердых частиц или фильтре твердых частиц с частицами углерода с образованием CO, CO2, N2 и NO. За счет NO2, являющегося сильным окислителем, в непрерывном режиме происходит удаление отлагающихся тонкодисперсных частиц, вследствие чего отпадает необходимость в циклах регенерации, которая в случае других устройств должна осуществляться со значительными затратами. Поэтому в данном случае говорят о "пассивной" регенерации.

2NO2+C⇒2NO+CO2 (4)

2NO2+C⇒2NO+CO (5)

2C+2NO2⇒N2+2CO2 (6)

Если за счет NO2 не происходит полное окисление отлагающегося в фильтре твердых частиц углерода, то вследствие этого постоянно увеличивается количество углерода и соответственно противодавление в системе выпуска отработавших газов.

Во избежание такого явления в настоящее время фильтры твердых частиц снабжают каталитическим покрытием для окисления NO. При этом в большинстве случаев речь идет, как уже было описано ранее, о платиносодержащих катализаторах. Однако недостаток данного способа состоит в том, что NO2, образовавшийся в фильтре твердых частиц, может служить только для окисления твердых частиц, которые выделились после каталитически активного слоя для окисления NO и, следовательно, внутри тела фильтра. Напротив, если на поверхности фильтра и соответственно на каталитически активном слое образуется слой выделившихся твердых частиц, так называемый кек, то катализатор окисления NO будет находиться за кеком, так что выделяющиеся там частицы сажи не смогут быть окислены посредством NO2, образующегося на катализаторе окисления NO, нанесенном на фильтр твердых частиц.

К этому следует еще добавить, что по сути только слой катализатора, нанесенного со стороны неочищенных газов, способствует рабочим характеристикам системы, так как NO2, каталитически образующийся на стороне очищенных газов, не может уже вступать в контакт с сажей, выделяющейся на стороне неочищенных газов и внутри фильтрующего материала.

Другая проблема покрытия фильтра твердых частиц состоит в том, что геометрическая поверхность фильтра заметно меньше поверхности традиционно применяемых подложек катализаторов. Причина этого заключается в том, что фильтрам требуются относительно большое свободное поперечное сечение и соответственно свободный объем на стороне неочищенных газов для накопления сажи и нагара от моторного масла. При использовании керамических подложек фильтров такой результат достигается благодаря низкой пористости 50-200 пор на кв. дюйм. В противоположность этому, чистые катализаторы, как правило, изготавливают с плотностью пор 400-900 пор на кв. дюйм. Благодаря увеличению плотности пор с 50 до 900 пор на кв. дюйм удается повысить геометрическую поверхность с 1 до 4 м2/л, вследствие чего становится возможным значительное увеличение степени конверсии, обеспечиваемой катализаторами.

По этим причинам можно, несмотря на каталитическое покрытие фильтра, не отказываться от катализатора окисления NO перед фильтром твердых частиц, что, таким образом, дает относительно большой конструктивный объем. Собственно такой случай имеет место тогда, когда катализаторы окисления NO и фильтры твердых частиц образуют единый конструктивный элемент благодаря тому‚ что входная зона фильтра твердых частиц выполнена как катализатор окисления NO (DE 10327030 A1).

Хотя благодаря таким мероприятиям окисление сажи еще возможно при температуре 250°C, тем не менее имеются режимы работы, при которых не достигается даже такая температура отработавших газов и, следовательно, не может быть обеспечено надежное функционирование фильтра твердых частиц. Такие режимы встречаются, как правило, в случае слабонагружаемых двигателей и двигателей, установленных на автомобилях, например на легковых автомобилях, городских маршрутных автобусах или мусоровозах, для которых к тому же показательна высокая составляющая холостого хода.

Поэтому, особенно в таких случаях, используют вторую возможность регенерации фильтров твердых частиц. Она состоит в активном повышении температуры отработавших газов. Такое повышение температуры достигается, как правило, подачей углеводородов перед катализаторами окисления. Благодаря экзотермическому окислению углеводородов на катализаторах обеспечивается заметное повышение температуры.

Если благодаря такой мере удается поднять температуру выше 600°C, то становится возможным окисление углерода кислородом.

C+O2⇒CO2 (7)

Однако при такой так называемой "активной" регенерации фильтров существует опасность, что вследствие сгорания сажи произойдет существенное повышение температуры до 1000°C, что в большинстве случаев приведет к повреждению фильтра твердых частиц и/или размещенных далее катализаторов.

Так как для обеспечения количественно полного окисления частиц сажи необходимо поддерживать повышение температуры в течение нескольких минут, то расход углеводородов является значительным, что ухудшает коэффициент полезного действия двигателя, так как топливо для него, как правило, используют в качестве источника углеводородов.

Подача углеводородов может осуществляться посредством отдельной форсунки, установленной в выпускном тракте. Другая возможность состоит в том, чтобы обеспечить высокий выброс углеводородов за счет позднего дополнительного впрыскивания топлива в камеру сгорания.

Для соблюдения будущих норм по токсичности отработавших газов требуется одновременное применение как устройств для уменьшения выбросов оксидов азота, так и устройств для уменьшения выбросов тонкодисперсных частиц.

Решение состоит в том, чтобы на фильтр твердых частиц наносить покрытие из СКВ-активного материала (JP 2004-376102). Однако при этом применение V2O5 в качестве СКВ-активного компонента затруднено. Причиной тому является низкая термическая стабильность таких катализаторов. При температуре отработавших газов выше 650°C происходит сублимация V2O5. Так как такие температуры, как уже было описано ранее, вполне могут иметь место при эксплуатации фильтров твердых частиц, то для данного применения в условиях высоких температур используют катализаторы, которые содержат не V2O5, а переходные металлы, предпочтительно железо, кобальт или медь. В связи с этим, введение в цеолиты таких переходных металлов путем ионообмена оказалось особенно предпочтительным (DE 3912596C2). Вследствие очень большой поверхности цеолитов удается значительно увеличить активную поверхность и тем самым заметно повысить достигаемую степень конверсии.

Однако недостаток таких катализаторов, содержащих переходные металлы, заключается в том, что они в присутствии хлоридов и углеводородов при температуре в интервале 200-400°C способствуют образованию высокотоксичных полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД (PCDD)) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ (PCDF). В случае автомобилей хлориды, необходимые для образования диоксинов, попадают в отработавшие газы и тем самым на катализаторы, например, из биотоплива, моторного масла или всасываемого воздуха (вследствие посыпания дорог солью в зимнее время или езды в приморской зоне). При этом углеводороды, необходимые для образования ПХДД и ПХДФ, содержатся в отработавших газах вследствие неполного сгорания топлива.

Задачей настоящего изобретения является предотвращение образования таких вредных веществ и уменьшение их содержания.

Посредством устройства по настоящему изобретению проблема образования диоксинов и фуранов на катализаторах, содержащих переходные металлы, в частности железо и/или медь, и/или кобальт, решается согласно существенной части п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления устройства описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Способы изготовления устройства по настоящему изобретению охарактеризованы в пп.23 и 24 формулы изобретения.

Основная идея состоит в том, чтобы препятствовать предпочтительно ароматическим углеводородам, содержащим бензольные кольца, возможно уже хлорированным и представляющим собой предшественники диоксинов, вступать в контакт с переходными металлами, способствующими образованию ПХДД или ПХДФ, и тем самым избегать возникновения ПХДД и ПХДФ.

Для этого перед катализатором, содержащим переходные металлы, и/или на нем размещают или наносят молекулярное сито, например, в виде слоя. Поры молекулярного сита, через которые должны диффундировать реактанты из газового потока к поверхности катализатора, выбраны так, что они меньше диаметров молекул углеводородных предшественников ПХДД и ПХДФ или самих ПХДД или ПХДФ, но больше диаметров молекул NO, NO2, O2 и NH3. Вследствие этого молекулы, необходимые для реакции на катализаторе, содержащем переходные металлы, например на катализаторе СКВ, могут достигать содержащего переходные металлы катализатора, находящегося после молекулярного сита и/или под молекулярным ситом, в то время как углеводороды, ответственные за образование диоксинов, удерживаются молекулярным ситом по причине стерических затруднений от контакта с катализатором, содержащим переходные металлы. Такой результат достигается за счет того, что допускаемые для реакции на катализаторе, содержащем переходные металлы, например катализаторе СКВ, молекулы NO, NO2, O2 и NH3 имеют диаметр 1,5-3 Ǻ, в то время как диаметры молекул ароматических углеводородов, диоксинов и фуранов составляют 12-26 Ǻ, поэтому диаметр пор молекулярного сита предпочтительно следует выбирать в интервале от 3 до 12 Ǻ.

Молекулярное сито может быть размещено в виде слоя молекулярного сита непосредственно на катализаторе, содержащем переходные металлы, или на расположенном перед ним носителе, так что преимущественно достигается необходимая стабильность при требуемой малой толщине слоя.

Принятый диаметр пор молекулярного сита можно относительно просто обеспечить за счет применения цеолитов. Благодаря целенаправленному расположению тетраэдров AlO4 и SiO4 можно получать решетки с различными параметрами, а также с соответствующими структурами и диаметрами пор. Кроме того, предпочтительным является использование силикатов, металлосиликатов, алюминатов, металлоалюминатов, силикофосфатов, металлосиликофосфатов, силикоалюмофосфатов, алюмофосфатов, металлоалюмофосфатов и алюмосиликатов в качестве молекулярных сит.

В связи с этим, для молекулярных сит особенно предпочтительными оказались структуры решеток типа AEN, OSI, EPI, ERI, FER, FAU, OFF, MFI, LTL, VFI, MAZ, MEI, EMT, CHA, KFI, BEA, MFS, MEL, MTW, EUO, MTT, HEU, FER, TON и MOR. Приведенные обозначения соответствуют номенклатуре IZA, при этом аббревиатура IZA означает International Zeolite Association.

Для получения молекулярных сит из цеолитов такими структурами решеток обладают, в частности, цеолиты такого типа, как морденит, эпистильбит, шабазит, эрионит, маццит, ферриерит, фожазит, оффретит, ZSM-3, ZSM-4, ZSM-5, ZSM-12, ZSM-18, ZSM-20, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-34, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, ZSM-50, Omega, Beta, Zeolith A, Zeolith L, Zeolith Y, Zeolith X, ZK-4, ZK-5, ZK-14, ZK-20, ZK-21 и ZK-22. Упомянутые типы цеолитов могут быть предпочтительно использованы по отдельности или в любой комбинации в качестве материала молекулярных сит.

При этом средняя толщина молекулярного сита или слоя молекулярного сита должна составлять по меньшей мере 3 Ǻ. Так как теперь молекулы NO, NO2, O2 и NH3, необходимые для реакции СКВ, сначала должны диффундировать через слой молекулярного сита, то может наблюдаться ограничение степени конверсии NOx вследствие диффузии в порах и прежде всего при высоких температурах. Поэтому во избежание излишнего повышения влияния диффузии в порах средняя толщина молекулярного сита или слоя молекулярного сита не должна превышать 5 мкм. В противоположность этому толщина слоя катализатора в случае катализатора, получаемого нанесением покрытия или экструдированием, как правило, находится в интервале 5-500 мкм.

Для улучшения конверсии на катализаторе, содержащем переходные металлы, рациональным является внедрение переходных металлов, действующих в качестве активных компонентов, например, меди и/или железа, и/или кобальта, также в матрицу цеолита предпочтительно типа MFI и/или BEA. При этом, однако, необходимо обращать внимание на то, чтобы молекулярное сито или слой молекулярного сита не содержали переходные металлы, способствующие образованию ПХДД или ПХДФ, или содержали по меньшей мере незначительное количество таких компонентов по сравнению с катализатором, содержащим переходные металлы. В случае комбинации катализатора СКВ со слоем молекулярного сита можно комбинировать слой медьсодержащего катализатора и слой железосодержащего молекулярного сита, так как медь по сравнению с железом способствует более высокой скорости образования ПХДД.

Получение цеолитсодержащих катализаторов описано в DE 3912596C2, EP 0311066 и EP 003486 и, таким образом, известно специалистам в данной области техники.

Типы цеолитов для катализатора и молекулярного сита или слоя молекулярного сита могут быть одинаковыми или различными в зависимости от назначения применения.

Катализаторы могут быть получены экструдированием или нанесением покрытия на керамический или металлический носитель. Экструдированием получают, как правило, сотовидные катализаторы с параллельными проточными каналами (DE 2222468C2), в то время как форма и ориентация проточных каналов при использовании металлических носителей катализаторов в значительной степени допускает свободный выбор.

После высушивания и/или прокаливания катализаторов на последующей стадии обработки формируют слой молекулярного сита. В данном случае можно выбирать из двух различных вариантов.

По первому варианту можно наносить слой молекулярного сита аналогично нанесению на подложки покрытия из катализаторов по технологии Washcoat. Затем такой слой аналогично катализаторам должен быть высушен и прокален для обеспечения стойкого и прочного соединения между слоем молекулярного сита и катализатором. Если для слоя молекулярного сита используют цеолиты, то приемлемым является нанесение покрытия посредством суспензии, содержащей цеолит. Средняя толщина нанесенного таким образом слоя находится, как правило, в интервале 0,5-5 мкм.

Слой молекулярного сита дополнительно может содержать активные компоненты, которые делают возможным окисление углеводородов и/или ПХДД, и/или ПХДФ. К ним относятся, в частности, элементы платиновой группы металлов, вольфрам, титан, лантан, молибден, церий или марганец. Благодаря внедрению элементов в структуру цеолита температура сублимации значительно повышается вследствие высокого давления паров внутри пористой структуры, так что становится возможным использование ванадия внутри слоя молекулярного сита даже при 750°C.

Другая возможность формирования слоя молекулярного сита, прежде всего при использовании цеолитсодержащих катализаторов СКВ, состоит в том, что ионы по меньшей мере одного переходного металла, концентрирующиеся на поверхности катализатора, замещают путем ионообмена другими ионами, которые не обладают или в незначительной степени обладают активностью по образованию ПХДД или ПХДФ. В простейшем случае такой результат достигается за счет применения кислого раствора. При этом ионы переходных металлов в структуре цеолита замещаются протонами из кислого раствора.

Так как цеолиты в водородной форме являются малостабильными, то затем протоны должны быть замещены катионами металлов, обладающими незначительной активностью по образованию ПХДФ или ПХДД и/или обладающими активностью по окислению углеводородов. Как уже было описано ранее, приемлемыми для такой цели являются элементы платиновой группы металлов, вольфрам, титан, лантан, молибден, церий, марганец или ванадий. Кроме того, приемлемыми являются также катионы неметаллов. В зависимости от сродства данных элементов можно отказаться от промежуточной стадии протонирования и за счет выбора приемлемого значения pH осуществлять прямой обмен переходных металлов. Слои молекулярных сит, получаемые путем ионообмена, могут быть выполнены особо тонкими, так что их средняя толщина слоя, как правило, находится в интервале от 3 Ǻ до 1 мкм.

В качестве другой возможности по уменьшению конструктивного объема предлагается наносить на фильтр твердых частиц покрытие из материала катализатора, содержащего переходные металлы, а затем образовывать слой молекулярного сита, например, путем пропитки, ионообмена или нанесения покрытия. Однако при этом необходимо обратить внимание на то, что даже после нанесения покрытия должны оставаться свободные проточные каналы внутри фильтра твердых частиц во избежание излишне высокого противодавления в системе выпуска отработавших газов. Поэтому поток отработавших газов внутри структуры фильтра должен обтекать поры молекулярного сита, а не проходить сквозь них, так чтобы реактанты аналогично ранее описанным процессам в подложках с катализаторами проникали в поры молекулярного сита только за счет диффузионных процессов и, таким образом, достигали расположенного под ним слоя катализатора. Такой результат может быть достигнут, например, благодаря высокой пористости слоя катализатора. Такая высокая пористость может быть получена, например, за счет добавления к слою по технологии Washcoat наполнителей, которые улетучиваются при прокаливании, или за счет добавления к слою по технологии Washcoat присадок, не содержащих цеолит и обладающих высокой пористостью, или за счет добавления цеолитов с высокой пористостью и/или большим диаметром пор. Другая возможность в случае высокопористой подложки фильтра состоит в том, чтобы наносить на фильтрующий материал тонкое и неполностью покрывающее или закрывающее подложку фильтра покрытие из материала катализатора, содержащего переходные металлы, так чтобы внутри подложки фильтра оставалось еще достаточно много свободных проточных каналов. При последующем формировании слоя молекулярного сита необходимо обращать внимание на то, чтобы он не закупоривал свободные проточные каналы, а находился только в виде тонкого слоя на свободных доступных поверхностях слоя катализатора, содержащего переходные металлы. Преимущественно такой результат достигается в случае цеолитсодержащих катализаторов путем уже описанного ранее ионообмена на поверхности катализатора. Также, как уже было изложено, необходимо обращать внимание на то, чтобы диаметр пор молекулярного сита был выбран так, чтобы большие по размерам углеводородные предшественники ПХДД и ПХДФ не могли проходить через слой молекулярного сита, в то время как для меньших по размерам и безвредных компонентов отработавших газов, таких как кислород, азот, диоксид углерода, оксиды азота, вода, аммиак и монооксид углерода, проход был бы возможен. Если получение слоя молекулярного сита на катализаторе, содержащем переходные металлы, не достигается только путем ионообмена, то материал молекулярного сита следует нанести на катализатор в виде отдельного покрытия.

Фильтр твердых частиц, на котором размещен слой содержащего переходные металлы катализатора с нанесенным на него слоем молекулярного сита, может быть выполнен предпочтительно из металлокерамики и/или керамики, и/или вспененного фильтрующего материала, и/или керамических волокон, и/или кварцевых волокон, и/или стеклянных волокон, и/или карбида кремния, и/или алюмотитаната.

Описанное решение является особенно низкозатратным и компактным и вместе с этим предоставляет предпочтительную возможность долгосрочным образом совмещать на подложке катализатора и/или на фильтре твердых частиц слой молекулярного сита и слой содержащего переходные металлы катализатора, например слой СКВ-активного катализатора, так что они не могут быть отделены друг от друга без разрушения целостности конструкции.

Естественно, существует также возможность размещать молекулярное сито и катализатор, содержащий переходные металлы, например катализатор СКВ, на двух отдельных конструктивных элементах, причем направлять весь поток отработавших газов через поры молекулярного сита, что, однако, имеет следствием заметно более высокое противодавление в системе выпуска отработавших газов в отличие от ранее описанных решений. При раздельном размещении молекулярного сита перед катализатором, содержащим переходные металлы, необходимо обращать внимание на то, чтобы отработавший газ был свободен от твердых частиц, таких как, например, сажа, так как в ином случае происходит забивание пор молекулярного сита. Такой результат достигается, например, за счет размещения молекулярного сита после фильтра твердых частиц и перед катализатором, содержащим переходные металлы, например перед катализатором СКВ. При таком размещении также предпочтительно можно комбинировать молекулярное сито с фильтром твердых частиц, при этом молекулярное сито в виде слоя наносят на фильтр твердых частиц со стороны выходящего потока, так что молекулярное сито и фильтр твердых частиц образуют единый конструктивный элемент, не разделяемый без разрушения целостности конструкции. В данном случае покрытие следует наносить так, чтобы поры фильтра твердых частиц со стороны выходящего потока были полностью закрыты молекулярным ситом, так чтобы отработавшие газы были вынуждены проходить через поры молекулярного сита. Однако для этого, особенно при высокой концентрации углеводородов в отработавших газах, в большинстве случаев необходимо, чтобы молекулярное сито обладало активностью по окислению углеводородов, так как в ином случае будет происходить забивание пор молекулярного сита несгоревшими углеводородами. В качестве активных компонентов приемлемыми, как уже было описано ранее, являются элементы платиновой группы металлов, вольфрам, титан, лантан, молибден, церий или марганец.

Хотя в предшествовавшем описании отчасти были более отмечены катализаторы селективного каталитического восстановления (катализаторы СКВ), необходимо заметить, что описанные ранее действия можно осуществлять в отношении любых содержащих переходные металлы катализаторов, в случае которых наблюдается образование ПХДД и/или ПХДФ.

1. Устройство для уменьшения образования полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ) по меньшей мере на одном содержащем переходные металлы катализаторе, размещенном в линии отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, отличающееся тем, что между отработавшими газами и по меньшей мере одним катализатором, содержащим переходные металлы, и/или перед по меньшей мере одним катализатором, содержащим переходные металлы, размещено по меньшей мере одно молекулярное сито, удерживающее углеводороды от контакта с катализатором, содержащим переходные металлы, причем диаметр свободных проходов через молекулярное сито находится в интервале от 3 до 12 Å.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что молекулярное сито выполнено в виде слоя молекулярного сита на катализаторе, содержащем переходные металлы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что молекулярное сито в виде слоя молекулярного сита размещено на носителе перед катализатором, содержащим переходные металлы.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переходный металл представляет собой медь, и/или железо, и/или кобальт.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один катализатор представляет собой катализатор селективного каталитического восстановления оксидов азота в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания посредством аммиака и/или отщепляющих аммиак восстановителей.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переходные металлы катализатора внедрены в структуру цеолита.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что цеолит имеет тип MFI и/или ВЕА.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что молекулярное сито выполнено из цеолитов, и/или силикатов, и/или металлосиликатов, и/или алюминатов, и/или металлоалюминатов, и/или силикофосфатов, и/или металлосиликофосфатов, и/или силикоалюмофосфатов, и/или алюмофосфатов, и/или металлоалюмофосфатов, и/или алюмосиликатов.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что молекулярные сита имеют структуру решетки типа AEN, и/или OSI, и/или EPI, и/или ERI, и/или FER, и/или FAU, и/или OFF, и/или MFI, и/или LTL, и/или VFI, и/или MAZ, и/или MEI, и/или ЕМТ, и/или СНА, и/или KFI, и/или ВЕА, и/или MFS, и/или MEL, и/или MTW, и/или EUO, и/или МТТ, и/или HEU, и/или FER, и/или TON, и/или MOR.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что молекулярное сито выполнено из цеолитов такого типа, как морденит, и/или эпистильбит, и/или шабазит, и/или эрионит, и/или маццит, и/или ферриерит, и/или фожазит, и/или оффретит, и/или ZSM-3, и/или ZSM-4, и/или ZSM-5, и/или ZSM-12, и/или ZSM-18, и/или ZSM-20, и/или ZSM-22, и/или ZSM-23, и/или ZSM-34, и/или ZSM-35, и/или ZSM-38, и/или ZSM-48, и/или ZSM-50, и/или Omega, и/или Beta, и/или Zeolite А, и/или Zeolite L, и/или Zeolite Y, и/или Zeolite X, и/или ZK-4, и/или ZK-5, и/или ZK-14, и/или ZK-20, и/или ZK-21, и/или ZK-22 по отдельности или в любой комбинации.

11. Устройство по п.2, отличающееся тем, что концентрация по меньшей мере одного переходного металла в слое молекулярного сита ниже, чем в катализаторе, содержащем переходные металлы.

12. Устройство по п.2, отличающееся тем, что концентрация меди в катализаторе, содержащем переходные металлы, выше, чем в слое молекулярного сита, и/или концентрация железа в слое молекулярного сита выше, чем в катализаторе, содержащем переходные металлы.

13. Устройство по п.2, отличающееся тем, что катализатор, содержащий переходные металлы, и слой молекулярного сита связаны друг с другом и не могут быть отделены друг от друга без разрушения целостности конструкции.

14. Устройство по п.3, отличающееся тем, что катализатор, содержащий переходные металлы, и слой молекулярного сита размещены на двух отдельных конструктивных элементах.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что молекулярное сито обладает активностью по окислению углеводородов.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что молекулярное сито содержит элементы платиновой группы металлов, и/или вольфрам, и/или титан, и/или лантан, и/или молибден, и/или церий, и/или марганец, и/или ванадий.

17. Устройство по п.2, отличающееся тем, что катализатор, содержащий переходные металлы, и слой молекулярного сита размещены на фильтре твердых частиц.

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор, содержащий переходные металлы, размещен на фильтре твердых частиц.

19. Устройство по п.3, отличающееся тем, что слой молекулярного сита размещен на фильтре твердых частиц.

20. Устройство по п.17 или 19, отличающееся тем, что слой молекулярного сита размещен на фильтре твердых частиц со стороны выходящего потока.

21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор, содержащий переходные металлы, и молекулярное сито размещены после фильтра твердых частиц.

22. Устройство по любому из пп.17-19, отличающееся тем, что фильтр твердых частиц выполнен из металла, и/или металлокерамики, и/или керамики, и/или вспененного материала, и/или керамических волокон, и/или кварцевых волокон, и/или стеклянных волокон, и/или карбида кремния, и/или алюмотитаната.

23. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средняя толщина молекулярного сита и слоя молекулярного сита составляет по меньшей мере 3 Å и самое большее 5 мкм.

24. Способ изготовления устройства по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что катализатор, содержащий переходные металлы, получают экструдированием или нанесением покрытия предпочтительно на керамический или металлический носитель, а слой молекулярного сита наносят на данный катализатор по меньшей мере на одной из последующих стадий обработки.

25. Способ изготовления устройства по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что катализатор, содержащий переходные металлы, получают экструдированием цеолитного материала, содержащего замещаемые переходные металлы, или нанесением предпочтительно на керамический или металлический носитель покрытия из цеолитного материала, содержащего замещаемые переходные металлы, а ионы по меньшей мере одного переходного металла, концентрирующиеся на поверхности цеолитсодержащего катализатора, замещают путем ионообмена ионами другого металла, который не обладает или в незначительной степени обладает активностью по образованию ПХДД или ПХДФ, или катионами неметаллов, предпочтительно протонами, так что на поверхности катализатора образуется слой молекулярного сита.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для обработки отходящих газов. .

Изобретение относится к технике очистки продуктов горения от вредных экологических загрязнителей: оксидов азота (NO x) и монооксида углерода (СО) путем сухого селективного взаимодействия, при этом NOX должны восстанавливаться до азота, а СО окисляться до углекислоты СО2 .

Изобретение относится к способу очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в частности дизельных двигателей, и к устройству для реализации способа. .

Изобретение относится к области очистки выхлопных газов транспортных средств. .

Изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от токсичных газовых выбросов, а именно к катализаторам для комплексной очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от оксидов азота и монооксида углерода.
Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к устройствам для нейтрализации выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к сорбционному катализатору для комбинированной, сорбционной и окислительной очистки выхлопных газов дизельных двигателей. .

Изобретение относится к технологии очистки газов от фосфина, применяемой к химической и электронной промышленности и позволяет снизить температуру процесса газоочистки и повысить степень очистки.

Изобретение относится к устройству для обработки выхлопных газов

Изобретение относится к фильтрам в устройствах очистки воздуха, предназначенным для использования в различных отраслях промышленности, авиации, для защиты от отравляющих веществ, для кондиционирования воздушной среды жилых и промышленных зданий, замкнутых объектов, например для кухонного воздухоочистителя в жилых помещениях или очистки выхлопа двигателей

Группа изобретений относится к фильтру для улавливания твердых частиц с гидролизующим покрытием, который может быть использован, главным образом, в системах выпуска отработавших газов, образующихся при работе нестационарных двигателей внутреннего сгорания, например на автомобилях. Фильтр для улавливания твердых частиц имеет образованные пористыми стенками каналы, проходящие между его первым торцом и вторым торцом. На первом торце предусмотрены первые закупоривающие средства для перекрытия каналов, образующие своими передними поверхностями часть первого торца фильтра. Первый торец имеет гидролизующее покрытие вне каналов, причем гидролизирующим покрытием снабжены все образующие первый торец компоненты. Устройство для реализации метода селективного каталитического восстановления имеет, по меньшей мере, один выпускной трубопровод, по которому в направлении своего потока могут проходить отработавшие газы, сопло для подачи содержащего или образующего аммиак восстановителя и фильтр для улавливания твердых частиц. Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания содержит систему выпуска отработавших газов, которая имеет, по меньшей мере, один фильтр для улавливания твердых частиц или, по меньшей мере, одно устройство для реализации метода селективного каталитического восстановления. Техническим результатом является обеспечение полноты реакции селективного каталитического восстановления, соответственно, полноты гидролиза восстановителя. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к каталитической композиции, а также способам (вариантам) получения каталитической композиции для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания на основе оксида циркония, оксида церия и оксида иттрия или на основе оксида циркония, оксида церия и по меньшей мере двух оксидов редкоземельных металлов, не являющихся церием, с массовым содержанием оксида циркония по меньшей мере 20% и оксида церия не более 70%. При этом после обжига при температуре 900°С в течение 4 часов композиция содержит две популяции пор, соответствующие диаметры первой из которых составляют величину от 20 до 40 нм, а второй - от 80 нм до 200 нм. Технический результат заключается в получении каталитической композиции с определенной оптимальной пористостью. 6 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил., 15 пр.

Изобретение относится к каталитической системе для восстановления оксидов азота из выхлопных газов, содержащей, по меньшей мере, два слоя катализатора, в которой первый слой катализатора представляет собой железо-бета-цеолит, а второй слой катализатора, лежащий ниже по ходу потока, представляет собой серебро, нанесенное на оксид алюминия, а также к применению указанной каталитической системы для обработки выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания, работающих на обедненных смесях, газовых турбин и испарителей. Кроме того, изобретение относится к способу восстановления оксидов азота до азота в выхлопном газе, включающему пропускание выхлопного газа в присутствии восстанавливающего агента через каталитическую систему, содержащую, по меньшей мере, два слоя катализатора, в которой первый слой катализатора представляет собой железо-бета-цеолит, а второй слой катализатора, лежащий ниже по ходу потока, представляет собой серебро, нанесенное на оксид алюминия. Технический результат заключается в увеличении технологических возможностей удаления NOx из выхлопных газов. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 пр.

Изобретение относится к устройству управления выхлопными газами для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает выхлопной канал. Выхлопной канал включает трехкомпонентный катализатор и катализатор адсорбции окислов азота NOx. Катализатор адсорбции окислов азота NOx сконфигурирован, чтобы адсорбировать окислы азота NOx в выхлопном газе, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступившего в катализатор адсорбции окислов азота NOx, находится в обедненном диапазоне. Катализатор адсорбции окислов азота NOx сконфигурирован, чтобы высвобождать адсорбированные окислы азота NOx, когда воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, поступившего в катализатор адсорбции окислов азота NOx, переводят в обогащенный диапазон. Устройство управления выхлопными газами содержит: электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы контролировать сгорание в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания при первом базовом воздушно-топливном соотношении, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области низкой нагрузки двигателя, при этом первое базовое воздушно-топливное соотношение является обедненным воздушно-топливным соотношением; указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в обогащенный диапазон воздушно-топливного соотношения с первым заданным интервалом, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области низкой нагрузки двигателя, и катализатор адсорбции окислов азота NOx высвобождает адсорбированные окислы азота NOx; указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы приводить сгорание в камере сгорания к теоретическому воздушно-топливному соотношению, используя обратную связь, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области высокой нагрузки двигателя; указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы контролировать сгорание в камере сгорания при втором базовом воздушно-топливном соотношении, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области средней нагрузки двигателя, при этом второе базовое воздушно-топливное соотношение является более низким, чем первое базовое воздушно-топливное соотношение, при этом заданная рабочая область средней нагрузки двигателя установлена между заданной рабочей областью низкой нагрузки двигателя и заданной рабочей областью высокой нагрузки двигателя; и указанный электронный блок управления, сконфигурированный, чтобы переводить сгорание в камере сгорания в обогащенный диапазон воздушно-топливного соотношения со вторым заданным интервалом, когда двигатель внутреннего сгорания работает в заданной рабочей области средней нагрузки двигателя, и катализатор адсорбции окислов азота NOx высвобождает адсорбированные окислы азота NOx, при этом второй заданный интервал является более коротким, чем первый заданный интервал. Техническим результатом изобретения является обеспечение более высокой степени очистки от окислов азота NOx и сокращение количества потребляемого топлива. 11 з.п. ф-лы, 23 ил.
Наверх