Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению, и может быть использовано для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит пористый носитель на двуокиси циркония в смеси с одним окислом металла и каталитически активный слой на носитель. Носитель включает внутренний слой на двуокиси циркония и промежуточный слой на двуокиси циркония в смеси с окисью никеля при содержании этих компонентов 75-80 и 25-20 мас.% соответственно. Активный слой представляет собой смесь из окиси меди, окиси хрома, двуокиси церия, окиси кобальта и окиси никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%: окись меди 26-29, окись хрома 4-11, двуокись церия 10-13, окись кобальта 30-25, окись никеля 30-22. Нейтрализатор обладает высокой надежностью и долговечностью при очистке выхлопных газов.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Известен катализатор окисления, содержащий однослойный носитель, полученный формованием смеси, образующейся при добавлении двуокиси циркония и двуокиси тория к окиси алюминия, до содержания этих компонентов соответственно 25 - 70 мас.% и 0,05 - 1 мас.%, а также нанесенный на носитель активный слой из платины или палладия. Носитель может быть получен формированием слоя из двуокиси циркония двуокиси тория, взятых в указанном соотношении, на подложке из окиси алюминия (JP, заявка, 56-35937, кл. B 01 J 23/56, 1981).

Катализатор достаточно эффективен при очистке выхлопных газов от окиси углерода и углеводородов. Вместе с тем, в катализаторе, выполненном по схеме "однослойный носитель - активный слов", в последнем возникают внутренние напряжения, создающие предпосылки к разрушению границы между слоями при термических циклах работы двигателя и как следствие - к разрушению активного слоя и снижению ресурса работы катализатора.

Известен также катализатор для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, содержащий однослойный пористый носитель из двуокиси циркония с одним оксидом металла - железа, церия или марганца, а также нанесенный на носитель каталитически активный слой из платины или палладия (US, патент, 4299734, кл. B 01 J 21/06, 1981). Катализатор наиболее близок к изобретению по совокупности признаков и принят в качестве прототипа.

Катализатор более эффективен при эксплуатации, чем известный катализатор, так как обеспечивает снижение содержания в выхлопных газах и окислов азота. Вместе с тем, будучи выполненным по схеме "однослойный носитель - активный слой", он также имеет недостаточно высокий ресурс работы. Одной из причин этого является снижение адгезии платинового слоя на границе с носителем. Кроме того, общим недостатком обоих катализаторов является их высокая стоимость из-за использования в активном слое платины.

Задача изобретения состоит в создании каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в котором эффективная очистка газов от окиси углерода, углеводородов и окислов азота осуществлялась бы при достаточно высоком ресурсе работы и одновременно существенно сниженной стоимости изготовления катализатора.

Задача решается тем, что в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем пористый носитель на двуокиси циркония в смеси с одним окислом металла и каталитически активный слой на носителе, согласно изобретению, носитель выполнен двухслойным, включающим внутренний слой на двуокиси циркония и промежуточный слой на двуокиси циркония в смеси с окисью никеля при содержании этих компонентов 75 - 80 мас.% и 25 - 20 мас.% соответственно, а в качестве активного слоя использована смесь из окиси меди, окиси хрома, двуокиси церия, окиси кобальта и окиси никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%: окись меди - 26...29, окись хрома - 4...11, двуокись церия - 10...13, окись кобальта - 30...25, окись никеля - 30...22.

При использовании изобретения может быть получен технический результат, выражающийся в: - повышении эффективности и надежности работы нейтрализатора, что обусловлено выполнением внутреннего слоя носителя полностью из двуокиси циркония, который формирует высокопористую структуру с максимальной геометрической поверхностью, а также наличием промежуточного слоя между носителем и активным слоем, служащего для компенсации внутренних напряжений, возникающих на границе носитель - активный слой как в результате проведения технологических операций, так и в процессе работы двигателя; - повышении долговечности нейтрализатора при эксплуатации что обусловлено наличием в составе промежуточного слоя окисла никеля, создающего центры конденсации для последующего осаждения активного слоя с высокой адгезией на структуре носителя; - значительном снижении затрат на изготовление и эксплуатацию нейтрализатора, поскольку, обладая высокой надежностью и долговечностью при очистке выхлопных газов от вредных примесей, он не имеет в каталитически активном слое дорогостоящих металлов.

Нейтрализатор получают следующим образом. В качестве подложки используют "сотовую" керамику в виде блока заданных габаритов с размером элементарной ячейки 1,2 мм х 1,2 мм и толщиной стенки 0,15 мм, содержащую 49,76% окиси кремния, 35,97% окиси алюминия, 12,7% окиси магния с примесями окислов калия, кальция, натрия, титана и железа. В качестве исходного продукта для нанесения носителя, промежуточного слоя и каталитически активного слоя используют соответствующую металлорганику на основе смесей α -разветвленных карбоновых кислот. Для нанесения внутреннего слоя носителя керамику пропитывают металлорганикой на основе циркония. Затем проводят двухступенчатый отжиг - на первой стадии в течение 15 - 20 мин. при 250^oC и на второй - в течение 10 - 15 мин при 350 - 400^oC. Пропитку и отжиг повторяют 10 - 15 раз. Для нанесения промежуточного слоя носителя на готовый внутренний слой осаждают пропиткой металлорганику на основе циркония и никеля. Затем осуществляют двухступенчатый отжиг - на первой стадии в течение 15 - 20 мин при 200 - 250^oC и на второй - в течение 10 - 15 мин при 350 - 400^oC. Пропитку и отжиг повторяют 5- 8 раз. На полученный промежуточный слой носителя проводят осаждение активного слоя CuO - Cr₂O₃ - CeO₂ - CoO - NiO, используя металлорганику на основе соответствующих металлов, с последующим двухступенчатым отжигов - на первой стадии в течение 35 - 40 мин при температуре 200 - 250^oC и на второй - в течение 10 - 15 мин при температуре 350 - 400^oC. Эту операцию повторяют 8 - 10 раз, в результате чего на "сотовой" керамике формируется геометрическая поверхность, эквивалентная 20,0 - 24,0 тыс. м², - блок готов. Пропитку керамики и всех слоев при получении нейтрализатора проводят в течение 20 -30 мин.

Пару готовых блоков устанавливают с помощью стойкой к высоким температурам прокладки в металлический корпус, который затем герметично закрывают и встраивают в выхлопной тракт двигателя внутреннего сгорания. Нейтрализатор готов к эксплуатации.

Испытания опытного образца нейтрализатора, изготовленного в соответствии с заявленным изобретением, подтвердили его высокие эксплуатационные качества по очистке выхлопных газов от окиси углерода, углеводородов и окиси азота.

Достаточно низкая стоимость изготовления нейтрализатора позволяет организовать его массовое производство для оснащения отечественного автомобильного транспорта, в первую очередь - легкового.

Формула изобретения

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий пористый носитель на двуокиси циркония в смеси с одним окислом металла и каталитически активный слой на носителе, отличающийся тем, что носитель выполнен двухслойным, включающим внутренний слой на двуокиси циркония и промежуточный слой на двуокиси циркония в смеси с окисью никеля при содержании этих компонентов 75-80 и 25-20 мас.% соответственно, а в качестве активного слоя использована смесь окиси меди, окиси хрома, двуокиси церия, окиси кобальта и окиси никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%: Окись меди - 26-29 Окись хрома - 4-11 Двуокись церия - 10-13 Окись кобальта - 30-25 Окись никеля - 30-22в