Катализированный сажевый фильтр для применения при пассивном селективном каталитическом восстановлении
Изобретение относится к устройствам для обработки выхлопных газов. Предложен катализированный сажевый фильтр, содержащий пористую подложку с проточными стенками, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), компонент палладия и компонент платины. Подложка с проточными стенками включает входной конец, выходной конец, длину по оси подложки, простирающуюся между входным концом и выходным концом, и множество каналов, определенных внутренними стенками подложки с проточными стенками. Множество каналов включает входные каналы, имеющие открытый входной конец и закрытый выходной конец, и выходные каналы, имеющие закрытый входной конец и открытый выходной конец. Катализатор SCR обеспечивается на всей поверхности стенок входных каналов и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов, покрытой катализатором SCR. Компонент палладия обеспечивается на части поверхности стенок входных каналов и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом палладия. Указанная часть стенок входных каналов, покрытая компонентом палладия, простирается от входного конца до x % длины по оси подложки, где 0<x<100. Компонент платины обеспечивается на части поверхности стенок выходных каналов и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов внутри поверхности частей стенок каналов, покрытых компонентом платины. Указанная часть стенок выходных каналов, покрытая компонентом платины, простирается от выходного конца до 100 – х % длины по оси подложки. Раскрыты, также, способ получения катализированного сажевого фильтра и возможности его применения, включая способ обработки выбросов двигателя внутреннего сгорания. Технический результат – увеличение эффективности обработки выхлопных газов. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 табл.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к катализированному сажевому фильтру для обработки выбросов двигателя внутреннего сгорания, а также к способу его получения. Кроме того, настоящее изобретение относится к катализированному сажевому фильтру, получаемому указанным способом получения, а также к способу обработки выбросов двигателя внутреннего сгорания и к применению катализированного сажевого фильтра согласно настоящему изобретению.
Уровень техники
Как обобщается DiGiulio et al. в Catalysis Today 2014, 231, pp. 33-45, двигатели для обедненной топливной смеси являются более топливосберегающими и производят меньше CO2, чем традиционные двигатели, работающие на стехиометрическом составе горючей смеси. Тем не менее, полная коммерческая реализация двигателей для обедненной топливной смеси требует разработки экономичных катализаторов, способных соответствовать действующим требованиям в отношении выбросов в условиях выбросов обедненной топливной смеси, которые по-прежнему представляют собой серьезную техническую проблему. С конца 1970-х годов были применены трехходовые катализаторы (TWC) для одновременного восстановления оксидов азота (NOx) и окисления несгоревших углеводородов и монооксида углерода (CO), присутствующих в выхлопе двигателей, работающих на стехиометрическом составе горючей смеси. Однако эти TWC достаточно устраняют загрязняющие вещества, только если они работают в очень узкой области вблизи стехиометрического режима сжигания, и проявляют очень низкое превращение NOx, если они работают при гораздо более высоких концентрациях O2, встречающихся в выхлопных газах при сгорании обедненной топливной смеси. Два существующих решения для восстановления NOx в этом случае включают катализатор-ловушку обедненных оксидов азота (LNT) и катализаторы для NH3-селективного каталитического восстановления (NH3-SCR). Однако технологии как LNT, так и NH3-SCR имеют разные, но существенные недостатки. Например, для катализаторов LNT требуются высокая загрузка металлов платиновой группы, что приводит к значительной стоимости катализатора. Катализаторы NH3-SCR. менее дорогостоящие, но система дозирования, необходимая для доставки мочевины в поток выхлопных газов, добавляется к общей стоимости выхлопной системы.
Как сообщается в DiGiuglio et al. в Catalysis Today 2014, 231, pp. 33-45, недавно была продемонстрирована новая технология, называемая «пассивно-аммиачный» или «безмочевинный» SCR подход. Как и в случае с системами LNT, пассивный-NH3 подход основан на периодическом чередовании циклов обеднения и обогащения, но не включает LNT катализатор. Напротив, TWC используется для получения NH3 в ходе периодов работы при обогащении. Полученный таким образом NH3 затем хранится на расположенном ниже по ходу потока катализаторе SCR нижнего уровня. После того, как было сохранено достаточное количество NH3, двигатель переключается обратно в режим работы при обеднении, а сохраненный NH3 используется для восстановления NOx, который движется непрореагировавшим от TWC, расположенного выше по ходу потока.
В отличие от указанных технологий, делались попытки включить технологии катализатора SCR в сажевые фильтры для увеличения эффективности обработки выхлопного газа, в частности в применениях с дизельным двигателем внутреннего сгорания. Таким образом, WO 2012/135871 А1 относится к многокомпонентным фильтрам для контроля выбросов и, в частности, к каталитическому изделию, содержащему фильтр с проточными стенками, имеющий газопроницаемые стенки, катализатор гидролиза и необязательно катализатор окисления сажи, катализатор селективного каталитического восстановления, проникающий в стенки, катализатор окисления аммиака и катализатор окисления для окисления CO и углеводородов. WO 2011/140251 А2, с другой стороны, относится к интегрированным системам катализатора SCR и окисления аммиака (ANOX), и в частности к системе катализатора, включающей первую зону, чтобы уменьшить оксиды азота посредством селективного каталитического восстановления, вторую зону, чтобы окислить аммиак, и третью зону, чтобы окислить монооксид углерода и углеводороды. WO 20011/041769 А2 касается четырехходовых дизельных катализаторов для одновременного восстановления монооксида углерода, оксидов азота, твердых частиц и газообразных углеводородов, присутствующих в выхлопных потоках дизельного двигателя.
В дополнение к этим, многокомпонентные системы также были предложены при попытке получить весьма эффективную систему обработки выхлопного газа. Таким образом, WO 2010/114873 А2 относится к системе обработки выбросов с образованием аммиака и SCR катализаторами, такими как катализатор для хранения/восстановления NOx (NSR) или катализатор-ловушка обедненных оксидов азота, и причем SCR катализатор расположен ниже по ходу потока катализатора, образующего аммиак.
Тем не менее, сохраняется потребность в обеспечении весьма эффективной системы обработки выбросов, работающей с наименьшим возможным числом компонентов и низкими количествами металлов платиновой группы, соответственно содержащихся в ней, все еще обеспечивающей высокую эффективность относительно уменьшения как NOx, так и СО в выхлопных газах.
Подробное описание изобретения
Поэтому задача настоящего изобретения состояла в обеспечении катализированного сажевого фильтра, который обеспечивает высокое превращение NOx и СО в выхлопных газах, в дополнение к фильтрации твердых частиц, относительно количества металлов платиновой группы, содержащихся в нем, и в частности относительно количества платины. Кроме того, задача настоящего изобретения состояла в обеспечении катализированного сажевого фильтра, который проявляет отличную эффективность превращения NOx, при применении в системе пассивного SCR, т.е. при применении в комбинации с компонентом, расположенным выше него по ходу потока, который образует аммиак in situ для превращения NOx до азота. Таким образом, неожиданно было обнаружено, что при применении специфического расположения SCR катализатора, компонента палладия и компонента платины в отдельных частях катализированного сажевого фильтра, высокая эффективность при превращении NOx и окислении CO может быть получена, применяя сравнительно низкие количества металлов платиновой группы, и в частности платины. Кроме того, совершенно неожиданно было обнаружено, что указанная особенно высокая эффективность при превращении NOx и окислении СО может быть достигнута в системе пассивного SCR, в которой аммиак образуется in situ выше по ходу потока вышеуказанного катализированного сажевого фильтра.
Поэтому, настоящее изобретение относится к катализированному сажевому фильтру, содержащему пористую подложку с проточными стенками, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), компонент палладия, и компонент платины,
подложку с проточными стенками, содержащую входной конец, выходной конец, длину по оси подложки, простирающуюся между входным концом и выходным концом, и множество каналов, определенных внутренними стенками подложки с проточными стенками, где множество каналов включает входные каналы, имеющие открытый входной конец и закрытый выходной конец, и выходные каналы, имеющие закрытый входной конец и открытый выходной конец,
где катализатор SCR обеспечивается на всей поверхности стенок входного канала и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов, покрытой катализатором SCR,
где компонент палладия обеспечивается на части поверхности стенок входного канала и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом палладия, где указанная часть стенок входного канала, покрытая компонентом палладия, простирается от входного конца до x % длины по оси подложки, где 0<x<100,
где компонент платины обеспечивается на части поверхности стенок выходных каналов и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов внутри поверхности частей стенок каналов, покрытых компонентом платины, где указанная часть стенок выходных каналов, покрытая компонентом платины, простирается от выходного конца до 100-х % длины по оси подложки.
Что касается того, в какой степени соответствующие компоненты палладия и платины предусмотрены на соответствующих стенках входных и выходных каналов катализированного сажевого фильтра в соответствии с настоящим изобретением, никаких конкретных ограничений не существует, так что, на самом деле, любая часть стенок входного канала может быть обеспечена компонентом палладия, начиная от входного конца до менее чем всей длины по оси подложки, и, соответственно, любая часть стенок выходных каналов может быть обеспечена компонентом платины, начиная от выходного конца до длины, меньшей, чем вся длина по оси, при условии, что длина компонента палладия обеспечивается от входного конца, и длина компонента платины обеспечивается от выходного конца, до длины по оси подложки, т.е. 100% от нее. Таким образом, например, x может быть в любом месте в диапазоне от 5 до 95, где предпочтительно, что x находится в интервале от 15 до 85, более предпочтительно от 25 до 75, более предпочтительно от 35 до 65, и более предпочтительно от 45 до 55.
Что касается пористой подложки с проточными стенками, применяемой в катализированном сажевом фильтре, никаких ограничений не применяется ни в отношении ее форм и размеров, ни в отношении материала, из которого она сделана. Согласно настоящему изобретению, однако, предпочтительно, что пористая подложка с проточными стенками представляет собой сотообразную подложку с поочередно закупоренными входными и выходными концами, так что каждая стенка подложки с проточными стенками соответственно имеет первую поверхность, которая представляет собой поверхность входного канала, и вторую поверхность, которая представляет собой поверхность выходного канала.
То же самое относится к пористости стенок подложки с проточными стенками, содержащейся в катализированном сажевом фильтре, так что указанная пористость может находиться в любом месте в диапазоне от 40 до 85%, и предпочтительно находится в интервале от 45 до 80%, более предпочтительно от 50 до 75%, более предпочтительно от 55 до 70%, и более предпочтительно в интервале от 60 до 65%. Что касается пористости, как определено в настоящей заявке, предпочтительно, что указанную пористость получают посредством способа измерения пористости путем внедрения ртути, более предпочтительно согласно ISO 15901-1:2005.
Что касается среднего размера пор стенок подложки с проточными стенками, применяемой в катализированном сажевом фильтре согласно настоящему изобретению, опять же никаких особых ограничений не применяется, так что подложки с проточными стенками, показывающий любой подходящий средний размер пор, могут применяться. Таким образом, например, средний размер пор стенок подложки может находиться в интервале от 5 до 50 мкм, и предпочтительно в интервале от 10 до 40 мкм, более предпочтительно от 13 до 35 мкм, более предпочтительно от 15 до 30 мкм, более предпочтительно от 17 до 25 мкм, и более предпочтительно от 18 до 22 мкм. Что касается пористости, отмечают, что средний размер пор стенок подложки относится к непокрытой подложке с проточными стенками, т.е. до нанесения катализатора SCR и компонентов палладия и платины на нее. Кроме того, как и пористость подложки, также и средний размер пор стенок, как определено в настоящей заявке, предпочтительно относится к среднему размеру пор, как определено ртутной порометрией, и более предпочтительно, как получено согласно ISO 15901-1:2005.
Как отмечено выше, нет особых ограничений относительно материала, из которого подложка с проточными стенками состоит, так что, например, он может содержать один или более выбранный из группы, состоящей из металлов, оксидов металлов и керамических материалов, где предпочтительно материал, из которого фильтр с проточными стенками состоит, содержит один или более выбранный из группы, состоящей из кордиерита, титаната алюминия, карбида кремния и смесей двух или более из них, где более предпочтительно подложка с проточными стенками выполнена из кордиерита, титаната алюминия или карбида кремния, и предпочтительно карбида кремния.
Что касается катализатора SCR и компонента палладия, которые оба обеспечиваются на поверхности стенок входного канала, начиная от входного конца, нет никаких ограничений относительно того, какой компонент непосредственно обеспечивается на поверхности стенок каналов и на поверхности пор внутри частей стенок каналов, покрытых от входного конца как компонентом палладия, так и компонентом SCR. Однако согласно настоящему изобретению компонент палладия предпочтительно обеспечивается непосредственно на поверхности стенок каналов и непосредственно на поверхности пор внутри частей стенок каналов, покрытых компонентом палладия в первом слое покрытия, и катализатор SCR обеспечивается в качестве второго слоя покрытия на указанном первом слое покрытия компонента палладия в частях подложки с проточными стенками, в которой компонент палладия непосредственно обеспечивается на поверхности стенок каналов и на поверхности пор, где части стенок каналов покрыты компонентом палладия.
Согласно настоящему изобретению, катализатор SCR, компонент палладия, и компонент платины соответственно обеспечиваются на поверхности стенок каналов подложки с проточными стенками, а также на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов, покрытой ими. Соответственно, соответствующий компонент катализатора проникает в стенки канала в части подложки с проточными стенками, на которых он соответственно обеспечивается, так, что по меньшей мере часть пор, содержащихся внутри стенок подложки с проточными стенками, под частями, покрытыми соответствующим каталитическим компонентом, покрыты им в равной степени. Согласно настоящему изобретению, нет никаких особых ограничений в отношении степени, до которой поры, расположенные внутри стенок каналов под покрытыми частями, сами покрыты компонентом катализатора, так что возможности, обеспеченные настоящим изобретением, находятся в интервале от покрытия пор внутри стенок каналов, расположенных в непосредственной близости от его поверхности, до покрытия поверхности по существу всех пор, расположенных внутри стенок каналов ниже поверхности, покрытой соответствующим компонентом катализатора. В контексте настоящего изобретения покрытие поверхности пор внутри стенок каналов охватывает только часть поверхности в данной поре, покрытой соответствующим компонентом катализатора. Таким образом, например, что касается катализатора SCR, то он может быть обеспечен на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов, покрытой катализатором SCR, начиная от поверхности стенок входного канала, покрытой катализатором SCR, до глубины 10% или более от толщины стенок подложки без покрытия. Согласно настоящему изобретению, однако, предпочтительно, что катализатор SCR обеспечивается на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов, покрытой катализатором SCR, начиная от поверхности стенок входного канала, покрытой катализатором SCR, до глубины 10% или более от толщины стенок подложки без покрытия, и более предпочтительно до глубины 20% или более, более предпочтительно 35% или более, более предпочтительно 40% или более, более предпочтительно 50% или более, и более предпочтительно до глубины 70% или более от толщины стенок подложки без покрытия.
То же самое соответственно относится к компоненту палладия, так что согласно настоящему изобретению компонент палладия может, например, обеспечиваться на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом палладия, начиная от поверхности стенок входного канала, покрытой компонентом палладия, до глубины 10% или более от толщины стенок подложки без покрытия, где предпочтительно компонент палладия обеспечивается на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом палладия, начиная от поверхности до глубины 15% или более, и более предпочтительно 20% или более, более предпочтительно 35% или более, более предпочтительно 40% или более, более предпочтительно 50% или более, и более предпочтительно до глубины 70% или более от толщины стенок подложки без покрытия.
Как и для катализатора SCR и компонента палладия, компонент платины может соответственно обеспечиваться, например, на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом платины, начиная от поверхности стенок выходных каналов, покрытой компонентом платины, до глубины 10% или более от толщины стенок подложки без покрытия, где предпочтительно компонент платины обеспечивается на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом платины, начиная от поверхности до глубины 15% или более, и более предпочтительно до глубины 20% или более, более предпочтительно 35% или более, более предпочтительно 40% или более, более предпочтительно 50% или более, и более предпочтительно до глубины 70% или более от толщины стенок подложки без покрытия.
Что касается катализатора SCR, содержащегося в катализированном сажевом фильтре согласно настоящему изобретению, никаких конкретных ограничений не применяется к материалам, содержащимся в них, при условии, что селективное каталитическое восстановление NOx до N2 посредством восстановления аммиаком может быть катализировано указанным материалом. Таким образом, любой подходящий SCR-активный материал может содержаться в катализаторе SCR. Согласно настоящему изобретению, однако, предпочтительно, что катализатор SCR содержит один или более цеолитов, и более предпочтительно один или более цеолитов, имеющих тип структуры, выбранный из группы, состоящей из ВЕА, СНА, FAU, FER, HEU, LEV, MEI, MEL, MFI, MOR, включая смешанные структуры и комбинации двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из ВЕА, СНА, LEV, MFI, включая смешанные структуры и комбинации двух или более из них, где более предпочтительно один или более цеолитов имеют тип структуры ВЕА и/или СНА, предпочтительно тип структуры СНА, где более предпочтительно один или более цеолитов включают шабазит, причем один или более цеолитов предпочтительно представляют собой шабазит.
Согласно настоящему изобретению еще более предпочтительно один или более цеолитов, содержащихся катализатором SCR согласно любому конкретному и предпочтительному вариантам выполнения настоящего изобретения, содержат один или более переходных металлов. Что касается одного или более переходных металлов, предпочтительно содержащихся в одном или более цеолитах, предпочтительно содержащихся катализатором SCR, никаких конкретных ограничений не применяется, так что, на самом деле, любой возможный переходный металл может содержаться в нем. Однако согласно настоящему изобретению предпочтительно, что один или более цеолитов включают один или более переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Pt, Pd, Rh, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, V, Nb, и комбинаций двух или более из них, более предпочтительно один или более переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Cu, Co, Cr, Ni, Fe, и комбинаций двух или более из них, где более предпочтительно один или более цеолитов включают Cu и/или Fe, предпочтительно Cu.
Что касается конкретных и предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения, в которых один или более цеолитов, предпочтительно содержащихся катализатором SCR. катализированного сажевого фильтра, содержат один или более переходных металлов, никаких конкретных ограничений не применяется к состоянию, в котором соответствующие переходные металлы содержатся в одном или более цеолитах, и в частности к способу, согласно которому один или более переходных металлов вводятся в цеолит. Однако согласно настоящему изобретению предпочтительно, что один или более переходных металлов, содержащихся в одном или более цеолитах, предпочтительно содержащихся в катализаторе SCR, были введены в цеолит посредством ионного обмена и/или пропитки, где особенно предпочтительно, что один или более переходных металлов были введены посредством ионного обмена.
Что касается количества, в котором один или более предпочтительных цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, содержатся в катализированном сажевом фильтре согласно настоящему изобретению, никаких конкретных ограничений не применяется, так что они могут содержать их в любом подходящем количестве. Таким образом, например, один или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, могут содержаться в катализированном сажевом фильтре, таком как SCR катализатор, в количестве в любом месте в диапазоне от 0.05 до 5 г/дюйм3, как вычислено в виде общей массы одного или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, в кальцинированном состоянии и на основании общего объема катализированного сажевого фильтра. Однако согласно настоящему изобретению предпочтительно, что один или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, содержатся в катализированном сажевом фильтре в количестве в интервале от 0.1 до 3.5 г/дюйм3, как вычислено в виде общей массы одного или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, в кальцинированном состоянии и на основании общего объема катализированного сажевого фильтра, и более предпочтительно от 0.3 до 2.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.5 до 2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.7 до 1.7 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.9 до 1.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 1 до 1.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 1.05 до 1.15 г/дюйм3.
В контексте настоящего изобретения термин "кальцинированное состояние" предпочтительно относится к состоянию одного или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов после их прокаливания на воздухе при 450°С в течение одного часа.
Касательно размера катализатора SCR, который обеспечивается на подложке с проточными стенками в катализированном сажевом фильтре, никаких конкретных ограничений не применяется, при условии, что частицы могут обеспечиваться не только на поверхности стенок входного канала, но также на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов. Для достижения этого, предпочтительно, средний размер частиц D90 катализатора SCR составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок подложки. Таким образом, например, средний размер частиц D90 катализатора SCR. может находиться в любом месте в диапазоне от 0.5 до 20 мкм, более предпочтительно средний размер частиц D90 находится в интервале от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 3 до 10 мкм, более предпочтительно от 4 до 8 мкм, и более предпочтительно от 5 до 7 мкм.
Согласно настоящему изобретению, средний размер частиц D90 относится к среднему размеру частицы, вычисленному из распределения частиц по размеру, как предпочтительно получено в результате лазерной дифракции и более предпочтительно как получено согласно ISO 13320:2009.
Согласно настоящему изобретению, никаких конкретных ограничений не применяется к количествам компонента палладия или компонента платины, которые могут быть обеспечены на катализированном сажевом фильтре. Таким образом, что касается компонента палладия, он может содержаться в катализированном сажевом фильтре и в частности в части катализированного сажевого фильтра, покрытой компонентом палладия, начиная от входа до x % длины по оси подложки, в количестве в любом месте в диапазоне от 0.5 до 20 г/фут3 палладия, как вычислено в виде элемента и на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от входного конца до x% длины по оси подложки. Согласно настоящему изобретению, однако, предпочтительно, что компонент палладия содержится в части катализированного сажевого фильтра, покрытой компонентом палладия, начиная от входного конца до x% длины по оси подложки, в количестве в интервале от 1 до 15 г/фут3, и более предпочтительно от 2 до 10 г/фут3, более предпочтительно от 2.5 до 8 г/фут3, более предпочтительно от 3 до 7 г/фут3, более предпочтительно от 3.5 до 6.5 г/фут3, более предпочтительно от 4 до 6 г/фут3, и более предпочтительно от 4.5 до 5.5 г/фут3.
То же самое соответственно относится к количеству компонента платины, так что он может, например, содержаться в катализированном сажевом фильтре и в частности в части катализированного сажевого фильтра, покрытой компонентом платины, начиная от выходного конца до 100-х% длины по оси подложки, в количестве в интервале от 0.05 до 20 г/фут3 платины, как вычислено в виде элемента и на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от выходного конца до 100-х% длины по оси подложки. Согласно настоящему изобретению предпочтительно, что компонент платины содержится в части катализированного сажевого фильтра, покрытой компонентом платины, начиная от выходного конца до 100-х% длины по оси подложки, в количестве в интервале от 0.1 до 15 г/фут3, и более предпочтительно в количестве от 0.2 до 10 г/фут3, более предпочтительно от 0.4 до 7 г/фут3, более предпочтительно от 0.6 до 5 г/фут3, более предпочтительно от 0.8 до 4 г/фут3, более предпочтительно от 1 до 3 г/фут3, и более предпочтительно от 1.5 до 2.5 г/фут3. Для полноты понимания необходимо отметить, что в контексте настоящего изобретения количества материалов в катализированном сажевом фильтре и других катализированных монолитах, выраженное в граммах на кубический дюйм или грамм на кубический фут, отражает загрузку рассматриваемого материала в граммах (каталитического) компонента на объем монолита. Для этого объем монолита или соты рассчитывается на основании его площади и длины поперечного сечения.
Согласно настоящему изобретению, палладий и/или платина, содержащиеся в катализированном сажевом фильтре, могут обеспечиваться на подложке с проточными стенками любым подходящим образом, так что платина и/или палладий могут содержаться непосредственно на подложке с проточными стенками и/или могут содержаться в катализированном сажевом фильтре на отдельном материале-носителе, который в свою очередь обеспечивается на подложке с проточными стенками. Однако предпочтительно согласно настоящему изобретению, что платина и/или палладий и предпочтительно как платина, так и палладий наносятся на материал-носитель и в частности на материал-носитель в форме частиц, который в свою очередь наносится на подложку с проточными стенками катализированного сажевого фильтра. Таким образом, согласно настоящему изобретению предпочтительно, что компонент палладия содержит палладий, нанесенный на материал-носитель в форме частиц и/или, предпочтительно и, компонент платины содержит платину, нанесенную на материал-носитель в форме частиц. Что касается подложки, которая может применяться согласно указанному конкретному и предпочтительному вариантам выполнения настоящего изобретения, никаких конкретных ограничений не применяется, так что любой подходящий материал-носитель в форме частиц может применяться с этой целью. Таким образом, например, материал-носитель в форме частиц, на который палладий и/или платина соответственно могут наноситься, независимо друг от друга, выбираются из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида титана, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида бария-оксида алюминия, диоксида церия, диоксида церия-оксида алюминия, оксида бария-диоксида церия-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, оксида лантана-диоксида циркония-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида циркония, и смесей двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида титана, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида циркония, и смесей двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно материал-носитель в форме частиц содержит оксид алюминия-диоксид кремния, где оксид алюминия предпочтительно легирован от 0.5 до 25 мас. % диоксида кремния на основании 100 мас. % оксида алюминия-диоксида кремния, более предпочтительно от 1 до 15 мас. % диоксида кремния, более предпочтительно от 2 до 10 мас. % диоксида кремния, более предпочтительно от 3 до 8 мас. % диоксида кремния, и более предпочтительно от 4 до 6 мас. %.
Как и для катализатора SCR, никаких конкретных ограничений не применяется относительно размера материала-носителя в форме частиц, на который палладий и/или платина наносятся, при условии, что частицы могут обеспечиваться не только на поверхности стенок соответствующих входных и выходных каналов, но также на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок канала под поверхностью стенок каналов. Для достижения этого, предпочтительно, что средний размер частиц D90 материала-носителя в форме частиц, на который палладий и/или платина наносятся, составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок подложки. Таким образом, например, средний размер частиц D90 материала-носителя в форме частиц может находиться в любом месте в диапазоне от 0.5 до 20 мкм, более предпочтительно средний размер частиц D90 находится в интервале от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 2 до 10 мкм, более предпочтительно от 3 до 8 мкм, и более предпочтительно от 4 до 6 мкм.
Согласно настоящему изобретению, никакие конкретные ограничения не применяются к количествам, в которых материал-носитель в форме частиц согласно любому конкретному и предпочтительным вариантам выполнения настоящего изобретения может содержаться в компоненте палладия. Таким образом, например, компонент палладия может содержать материал-носитель в форме частиц в количестве в любом месте в диапазоне от 0.01 до 1 г/дюйм3 на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от входного конца до x% длины по оси подложки, где предпочтительно материал-носитель в форме частиц содержится в компоненте палладия в количестве в интервале от 0.02 до 0.6 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.04 до 0.4 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.06 до 0.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.08 до 0.25 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.1 до 0.2 г/дюйм3, и более предпочтительно от 0.12 до 0.18 г/дюйм3. Согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно, что компонент палладия содержит материал-носитель в форме частиц в количестве в интервале от 0.14 до 0.16 г/дюйм3.
То же самое соответственно относится к материалу-носителю в форме частиц, содержащемуся в компоненте платины. Соответственно никакие конкретные ограничения не применяются к количествам, в которых материал-носитель в форме частиц согласно любому конкретному и предпочтительным вариантам выполнения настоящего изобретения может содержаться в компоненте платины. Таким образом, например, компонент платины может содержать материал-носитель в форме частиц в количестве в любом месте в диапазоне от 0.005 до 0.25 г/дюйм3 на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от выходного конца до 100-х % длины по оси подложки, где предпочтительно материал-носитель в форме частиц содержится в компоненте платины в количестве в интервале от 0.01 до 0.15 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.02 до 0.1 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.03 до 0.08 г/дюйм3, и более предпочтительно от 0.04 до 0.06 г/дюйм3. Согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно, что компонент платины содержит материал-носитель в форме частиц в количестве в интервале от 0.045 до 0.055 г/дюйм3.
Наконец, в отношении количества, в котором катализатор SCR может содержаться в катализированном сажевом фильтре, снова никаких конкретных ограничений не применяется, так что любое подходящее количество может обеспечиваться в нем. Таким образом, например, катализатор SCR может содержаться в катализированном сажевом фильтре в количестве в любом месте в диапазоне от 0.05 до 5 г/дюйм3 на основании общего объема катализированного сажевого фильтра. Согласно настоящему изобретению, однако предпочтительно катализатор SCR содержится в катализированном сажевом фильтре в количестве в интервале от 0.1 до 3.5 г/дюйм3, и более предпочтительно от 0.3 до 2.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.5 до 2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.7 до 1.7 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.9 до 1.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 1 до 1.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 1.05 до 1.15 г/дюйм3.
Согласно настоящему изобретению, катализированный сажевый фильтр согласно любому конкретному и предпочтительному его вариантам выполнения, как определено выше, может применяться как таковой или в комбинации с одним или более дополнительными каталитическими и/или некаталитическими компонентами, в частности в линии выпуска выхлопного газа или тому подобном. Таким образом, настоящее изобретение также относится к системе обработки выбросов, где катализированный сажевый фильтр содержится в указанной системе обработки выбросов, дополнительно содержащей двигатель внутреннего сгорания, расположенный выше по ходу потока катализированного сажевого фильтра, где двигатель внутреннего сгорания находится в сообщении по текучей среде с катализированным сажевым фильтром, и где двигатель внутреннего сгорания предпочтительно представляет собой дизельный двигатель. Кроме того, предпочтительно, что система обработки выбросов дополнительно содержит катализатор-ловушку обедненных оксидов азота (LNT), который находится в сообщении по текучей среде с катализированным сажевым фильтром, где LNT расположен выше по ходу потока катализированного сажевого фильтра.
Хотя катализированный сажевый фильтр согласно настоящему изобретению является весьма эффективным в системе обработки выбросов, использующей пассивное SCR, это не исключает того, что система обработки выбросов согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать средство впрыскивания источника аммиака и/или одного или более углеводородов в поток выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, альтернативно системе, в которой аммиак образуется in situ и/или на подложке системы пассивного SCR, в зависимости от конкретных потребностей для достижения превращения NOx в конкретной точке во времени. Таким образом, согласно настоящему изобретению система обработки выбросов предпочтительно дополнительно содержит средство впрыскивания источника аммиака и/или одного или более углеводородов в поток выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, где указанное средство впрыскивания расположен выше по ходу потока катализированного сажевого фильтра.
В дополнение к обеспечение катализированного сажевого фильтра, настоящее изобретение также относится к способу получения катализированного сажевого фильтра и в частности к способу получения катализированного сажевого фильтра согласно любому конкретному и предпочтительному варианту его выполнения, как определено в настоящей заявке. Поэтому, настоящее изобретение также относится к способу получения катализированного сажевого фильтра и предпочтительно способу получения катализированного сажевого фильтра согласно любому конкретному и предпочтительному вариантам выполнения настоящего изобретения, причем указанный способ включает
(i) обеспечение пористой подложки с проточными стенками, включающей входной конец, выходной конец, длину по оси подложки, простирающуюся между входным концом и выходным концом, и множество каналов, определенных внутренними стенками подложки с проточными стенками, где множество каналов включает входные каналы, имеющие открытый входной конец и закрытый выходной конец, и выходные каналы, имеющие закрытый входной конец и открытый выходной конец,
(ii) смешивание материала-носителя в форме частиц с дистиллированной водой и последующее добавление к нему водного раствора соединения палладия, где полученную смесь необязательно измельчают для обеспечения первой суспензии, содержащей компонент палладия, где указанная первая суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(iii) смешивание материала-носителя в форме частиц с дистиллированной водой и последующее добавление к нему водного раствора соединения платины, где полученную смесь необязательно измельчают для обеспечения второй суспензии, содержащей компонент платины, где указанная вторая суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(iv) суспендирование твердого катализатора SCR в дистиллированной воде и необязательно измельчение полученной смеси для обеспечения третьей суспензии, где указанная третья суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(v) покрытие части стенок входного канала подложки с проточными стенками посредством погружения входного конца подложки с проточными стенками в первую суспензию до x% длины по оси подложки, простирающейся от входного конца, где 0<x<100,
(vi) удаление подложки с проточными стенками из первой суспензии и удаление избытка суспензии из входных каналов, предпочтительно посредством продувания воздуха через стенки выходных каналов в покрытые входные каналы подложки с проточными стенками,
(vii) покрытие части стенок выходных каналов подложки с проточными стенками посредством погружения выходного конца подложки с проточными стенками во вторую суспензию до 100-x% длины по оси подложки, простирающейся от выходного конца,
(viii) удаление подложки с проточными стенками из второй суспензии, и удаление избытка суспензии из выходных каналов, предпочтительно посредством продувания воздуха через стенки входных каналов в покрытые выходные каналы подложки с проточными стенками,
(ix) покрытие стенок внутренних каналов подложки с проточными стенками посредством погружения входного конца подложки с проточными стенками в третью суспензию вдоль всей длины по оси подложки, все еще не позволяя суспензии контактировать с лицевой стороной выходного конца подложки с проточными стенками,
(x) удаление подложки с проточными стенками из третьей суспензии, и удаление избытка суспензии из входных каналов, предпочтительно посредством продувания воздуха через стенки выходных каналов в покрытые входные каналы подложки с проточными стенками,
(xi) необязательно сушку и/или прокаливание покрытой подложки с проточными стенками.
Способ получения катализированного сажевого фильтра согласно настоящему изобретению содержит три стадии покрытия соответствующих частей пористой подложки фильтра с проточными стенками, как определено в (v), (vii), и (ix). Между отдельными стадиями покрытия и после завершения покрытия пористой подложки с проточными стенками, избыток суспензии от отдельных стадий покрытия соответственно удаляется на стадиях (vi), (viii), и (x). Наконец, покрытая пористая подложка с проточными стенками предпочтительно подвергается на необязательной стадии (xi) стадии сушки и/или прокаливания. Однако, чтобы гарантировать, что отдельные покрытия достаточно фиксированы на подложке с проточными стенками перед нанесением следующего покрытия, согласно способу согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы между стадиями (vi) и (vii) и/или, предпочтительно, и между стадиями (viii) и (ix) покрытая подложка фильтра с проточными стенками подвергалась стадии сушки и/или прокаливания.
Что касается температуры, которая может применяться на одной или более предпочтительных стадиях сушки и/или прокаливания, применяемых в способе получения катализированного сажевого фильтра согласно настоящему изобретению, никаких конкретных ограничений не применяется, так что, на самом деле, любая температура может применяться для сушки и/или прокаливания покрытой пористой подложки с проточными стенками, соответственно. Таким образом, что касается стадий сушки, отдельные стадии могут независимо друг от друга проводиться при температуре сушки, находящейся в любом месте в интервале от 50 до 200°С, где предпочтительно, что независимо друг от друга температура в ходе одной или более стадий сушки находится в интервале от 70 до 180°С, более предпочтительно от 80 до 150°С, более предпочтительно от 90 до 130°С, и более предпочтительно от 100 до 120°С.
То же самое соответственно относится к температуре прокаливания на одной или более стадиях прокаливания, которая может находиться в любом месте в диапазоне от 250 до 800°С, где согласно способу согласно настоящему изобретению предпочтительно независимо друг от друга температура прокаливания на одной или более стадиях прокаливания находится в интервале от 300 до 600°С, более предпочтительно от 350 до 550°С, более предпочтительно от 400 до 500°С, более предпочтительно от 430 до 480°С, и более предпочтительно от 440 до 460°С.
Что касается продолжительности одной или более стадий прокаливания, включаемых способов согласно настоящему изобретению, снова никаких конкретных ограничений не применяется при условии, что кальцинированная покрытая пористая подложка с проточными стенками может быть получена. Таким образом, например, продолжительность прокаливания на одной или более стадиях прокаливания может независимо друг от друга находиться в диапазоне от 0.1 до 5 ч, где согласно способу согласно настоящему изобретению предпочтительно, что независимо друг от друга продолжительность прокаливания на одной или более стадиях прокаливания находится в интервале от 0.3 до 3 ч, и более предпочтительно от 0.5 до 2 ч, более предпочтительно от 0.7 до 1.5 ч, более предпочтительно от 0.8 до 1.3 ч, и более предпочтительно от 0.9 до 1.1 ч.
Что касается степени, до которой соответствующие первая и вторая суспензии обеспечиваются на соответствующих стенках входных и выходных каналов катализированного сажевого фильтра согласно настоящему изобретению, никаких конкретных ограничений не применяется, так что, на самом деле, любая часть стенок входного канала может быть покрыта первой суспензией, начиная от входного конца до менее чем всей длины по оси подложки, и соответственно любая часть стенок выходных каналов может быть обеспечена второй суспензией, начиная от выходного конца до длины, меньшей чем вся длина по оси подложки, при условии, что длина первой суспензии, обеспеченной от входного конца, и длина второй суспензии, обеспеченной от выходного конца, составляют длину по оси подложки, т.е. 100% от нее. Таким образом, например, x может находиться в любом месте в диапазоне от 5 до 95, где предпочтительно, что x находится в интервале от 15 до 85, более предпочтительно от 25 до 75, более предпочтительно от 35 до 65, и более предпочтительно от 45 до 55.
Касательно соединения палладия, которое может применяться на стадии (ii) способа согласно настоящему изобретению для обеспечения первой суспензии, любое возможное соединение палладия может применяться для этого эффекта, где предпочтительно соединение палладия, добавляемое в виде водного раствора на стадии (ii), представляет собой соль палладия, и более предпочтительно соль палладия, выбранную из группы, состоящей из нитрата палладия, сульфата палладия, хлорида палладия, тетрааминхлорида палладия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно солью палладия является нитрат палладия.
Касательно соединения платины, которое может применяться на стадии (iii) способа согласно настоящему изобретению для обеспечения второй суспензии, любое возможное соединение платины может применяться для этого эффекта, где предпочтительно соединение платины, добавляемое в виде водного раствора на стадии (iii), представляет собой соль платины, и более предпочтительно соль платины, выбранную из группы, состоящей из нитрата платины, сульфата платины, хлорида платины, тетрамоноэтаноламин платины гидроксид, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно солью платины является тетрамоноэтаноламин платины гидроксид.
Касательно пористой подложки с проточными стенками, которая может применяться на стадии (i) способа согласно настоящему изобретению, никаких конкретных ограничений не применяется ни к ее формам и размерам, ни в отношении материала, из которого она сделана. Согласно настоящему изобретению, однако, предпочтительно, что пористая подложка с проточными стенками представляет собой сотообразную подложку с поочередно закупоренными входными и выходными концами, так что каждая стенка подложки с проточными стенками соответственно имеет первую поверхность, которая представляет собой поверхность входного канала, и вторую поверхность, которая представляет собой поверхность выходного канала.
То же самое соответственно относится к пористости стенок подложки с проточными стенками, которая может применяться на стадии (i) способа согласно настоящему изобретению, так что указанная пористость может находиться в любом месте в диапазоне от 40 до 85%, и предпочтительно находится в интервале от 45 до 80%, более предпочтительно от 50 до 75%, более предпочтительно от 55 до 70%, и более предпочтительно в интервале от 60 до 65%. Что касается пористости, как определено в настоящей заявке, предпочтительно указанную пористость получают посредством способа измерения пористости путем внедрения ртути, более предпочтительно согласно ISO 15901-1:2005.
Что касается среднего размера пор стенок подложки с проточными стенками, которая может применяться в способе согласно настоящему изобретению на стадии (i), снова никаких конкретных ограничений не применяется, так что подложки с проточными стенками, проявляющие любой подходящий средний размер пор, могут применяться. Таким образом, например, средний размер пор стенок подложки может находиться в интервале от 5 до 50 мкм, и предпочтительно в интервале от 10 до 40 мкм, более предпочтительно от 13 до 35 мкм, более предпочтительно от 15 до 30 мкм, более предпочтительно от 17 до 25 мкм, и более предпочтительно от 18 до 22 мкм. Что касается пористости, отмечают, что средний размер пор стенок подложки относится к непокрытой подложке с проточными стенками, т.е. до обеспечения катализатора SCR. и компонентов палладия и платины на ней. Кроме того, что касается пористости подложки, также средний размер пор стенок, как определено в настоящей заявке, предпочтительно относится к среднему размеру пор, как определено ртутной порометрией, и более предпочтительно, как получено согласно ISO 15901-1:2005.
Как отмечено выше, никаких конкретных ограничений не применяется к материалу, из которого подложка с проточными стенками, обеспеченная на стадии (i), состоит, так что, например, он может содержать один или более, выбранный из группы, состоящей из металлов, оксидов металлов, и керамических материалов, где предпочтительно материал, из которого состоит фильтр с проточными стенками, содержит один или более, выбранный из группы, состоящей из кордиерита, титаната алюминия, карбида алюминия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно подложка с проточными стенками изготовлена из кордиерита, титаната алюминия, или карбида алюминия, и предпочтительно из карбида алюминия.
Что касается твердого SCR катализатора, применяемого в способе согласно настоящему изобретению, никаких конкретных ограничений не применяется к материалам, содержащимся в них, при условии, что селективное каталитическое восстановление NOx до N2 посредством восстановления аммиаком может быть катализировано указанным материалом. Таким образом, любой подходящий SCR-активный материал может содержаться в твердом SCR катализаторе. Согласно настоящему изобретению, однако, предпочтительно, что SCR катализатор содержит один или более цеолитов, и более предпочтительно один или более цеолитов, имеющих тип структуры, выбранный из группы, состоящей из ВЕА, СНА, FAU, FER, HEU, LEV, MEI, MEL, MFI, MOR, включая смешанные структуры и комбинации двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из ВЕА, СНА, LEV, MFI, включая смешанные структуры и комбинации двух или более из них, где более предпочтительно один или более цеолитов имеют тип структуры BEA и/или СНА, предпочтительно тип структуры СНА, где более предпочтительно один или более цеолитов включают шабазит, причем один или более цеолитов предпочтительно представляют собой шабазит.
Согласно настоящему изобретению также предпочтительно, что один или более цеолитов, содержащихся твердым SCR катализатором, применяемым на стадии (iv), согласно любому конкретному и предпочтительному вариантам выполнения способа согласно настоящему изобретению содержат один или более переходных металлов. Что касается одного или более переходных металлов, предпочтительно содержащихся в одном или более цеолитах, предпочтительно содержащихся твердым SCR катализатором, никаких конкретных ограничений не применяется, так что, на самом деле, любой возможный переходный металл может содержаться в нем. Однако согласно настоящему изобретению предпочтительно, что один или более цеолитов включают один или более переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Pt, Pd, Rh, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, V, Nb, и комбинаций двух или более из них, более предпочтительно один или более переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Cu, Co, Cr, Ni, Fe, и комбинаций двух или более из них, где более предпочтительно один или более цеолитов включают Cu и/или Fe, предпочтительно Cu.
Касательно конкретных и предпочтительных вариантов выполнения способа согласно настоящему изобретению, в которых один или более цеолитов, предпочтительно содержащиеся в твердом SCR катализаторе катализированного сажевого фильтра, содержат один или более переходных металлов, никакие конкретные ограничения не применяются к состоянию, в котором соответствующие переходные металлы содержатся в одном или более цеолитах, и в частности способу, согласно которому, один или более переходных металлов вводятся в цеолит. Однако согласно настоящему изобретению предпочтительно, что один или более переходных металлов, содержащиеся в одном или более цеолитах, предпочтительно содержащихся в твердом SCR. катализаторе, были введены в цеолит посредством ионного обмена и/или посредством пропитки, где особенно предпочтительно, что один или более переходных металлов были введены посредством ионного обмена.
Что касается количества, в котором один или более предпочтительных цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, наносятся в виде покрытия на подложку с проточными стенками, никаких конкретных ограничений не применяется, так что они могут наноситься на нее в виде покрытия в любом желаемом количестве. Таким образом, например, на стадиях (ix) и (x) один или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, могут наноситься в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в любом месте в диапазоне от 0.05 до 5 г/дюйм3, как вычислено в виде общей массы одного или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, в кальцинированном состоянии и на основании общего объема катализированного сажевого фильтра, предпочтительно от 0.1 до 3.5 г/дюйм3. Однако согласно настоящему изобретению предпочтительно, что один или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, наносятся в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.3 до 2.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.5 до 2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.7 до 1.7 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.9 до 1.5 г/дюйм3, и более предпочтительно от 1 до 1.3 г/дюйм3. Согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно, что на стадиях (ix) и (x) один или более предпочтительных цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, наносятся в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 1.05 до 1.15 г/дюйм3.
Касательно размера частиц твердого катализатора SCR, который содержится в третьей суспензии, получаемой на стадии (iv), никаких конкретных ограничений не применяется при условии, что частицы могут быть покрыты на стадии (ix) и (x) не только на поверхности стенок входного канала, но также на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов. Для достижения этого, предпочтительно, что средний размер частиц D90 твердого катализатора SCR составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок подложки. Таким образом, например, средний размер частиц D90 твердого катализатора SCR может находиться в любом месте в диапазоне от 0.5 до 20 мкм, где более предпочтительно средний размер частиц D90 находится в интервале от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 3 до 10 мкм, более предпочтительно от 4 до 8 мкм, и более предпочтительно от 5 до 7 мкм.
Согласно настоящему изобретению, никакие конкретные ограничения не применяются к количествам компонента палладия или компонента платины, которые могут быть нанесены в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадии (v) и (vi) и на стадии (vii) и (viii), соответственно. Таким образом, что касается компонента палладия, он может быть нанесен в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадии (v) и (vi) от входа до x% длины по оси подложки в количестве в любом месте в диапазоне от 0.5 до 20 г/фут3 палладия, как вычислено в виде элемента и на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от входного конца до x% длины по оси подложки.
Согласно настоящему изобретению, однако, предпочтительно, что компонент палладия наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками, начиная от входного конца до x% длины по оси подложки, в количестве в интервале от 1 до 15 г/фут3, и более предпочтительно от 2 до 10 г/фут3, более предпочтительно от 2.5 до 8 г/фут3, более предпочтительно от 3 до 7 г/фут3, более предпочтительно от 3.5 до 6.5 г/фут3, более предпочтительно от 4 до 6 г/фут3, и более предпочтительно от 4.5 до 5.5 г/фут3.
То же самое, соответственно, относится к количеству компонента платины, так что он может, например, наноситься в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадии (vii) и (viii), начиная от выходного конца до 100-х% длины по оси подложки, в количестве в интервале от 0.05 до 20 г/фут3 платины, как вычислено в виде элемента и на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от выходного конца до 100-x% длины по оси подложки. Согласно настоящему изобретению предпочтительно, что компонент платины наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками, начиная от выходного конца до 100-х% длины по оси подложки, в количестве в интервале от 0.1 до 15 г/фут3, и более предпочтительно в количестве от 0.2 до 10 г/фут3, более предпочтительно от 0.4 до 7 г/фут3, более предпочтительно от 0.6 до 5 г/фут3, более предпочтительно от 0.8 до 4 г/фут3, более предпочтительно от 1 до 3 г/фут3, и более предпочтительно от 1.5 до 2.5 г/фут3.
Что касается материала-носителя в форме частиц, который может применяться на стадиях (ii) и (iii), чтобы, соответственно, нести палладий и платину, никаких конкретных ограничений не применяется, так что любой подходящий материал-носитель в форме частиц может применяться для этих целей. Таким образом, например, материал-носитель в форме частиц, на который палладий и/или платина соответственно могут наноситься, независимо друг от друга, может выбираться из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида титана, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида бария-оксида алюминия, диоксида церия, диоксида церия-оксида алюминия, оксида бария-диоксида церия-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, оксида лантана-диоксида циркония-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида циркония, и смесей двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида титана, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида циркония, и смесей двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно материал-носитель в форме частиц содержит оксид алюминия-диоксид кремния, где оксид алюминия предпочтительно легирован от 0.5 до 25 мас. % диоксида кремния на основании 100 мас. % оксида алюминия-диоксида кремния, более предпочтительно от 1 до 15 мас. % диоксида кремния, более предпочтительно от 2 до 10 мас. % диоксида кремния, более предпочтительно от 3 до 8 мас. % диоксида кремния, и более предпочтительно от 4 до 6 мас. %.
Что касается катализатора SCR, никаких конкретных ограничений не применяется к размеру материала-носителя в форме частиц, на который палладий и/или платина наносятся на стадии (ii) и (iii), при условии, что частицы могут соответственно быть покрыты на стадии (v) и (vi) и на стадии (vii) и (viii) не только на поверхности стенок входных и выходных каналов, но также на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов. Для достижения этого, предпочтительно, что средний размер частиц D90 материала-носителя в форме частиц на стадиях (ii) и (iii), на который палладий и/или платина соответственно наносятся, составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок подложки. Таким образом, например, средний размер частиц D90 соответствующего материала-носителя в форме частиц может находиться в любом месте в диапазоне от 0.5 до 20 мкм, более предпочтительно средний размер частиц D90 находится в интервале от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 2 до 10 мкм, более предпочтительно от 3 до 8 мкм, и более предпочтительно от 4 до 6 мкм.
Согласно настоящему изобретению, никакие конкретные ограничения не применяются к количествам, в которых на стадиях (v) и (vi) материал-носитель в форме частиц согласно любому конкретному и предпочтительному вариантам выполнения способа согласно настоящему изобретению может быть нанесен в виде покрытия на подложку с проточными стенками. Таким образом, например, материал-носитель в форме частиц может быть нанесен в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадиях (v) и (vi) в количестве в любом месте в диапазоне от 0.01 до 1 г/дюйм3 на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от входного конца до x% длины по оси подложки, где предпочтительно материал-носитель в форме частиц наносится в виде покрытия на стадии (v) и (vi) в количестве в интервале от 0.02 до 0.6 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.04 до 0.4 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.06 до 0.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.08 до 0.25 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.1 до 0.2 г/дюйм3, и более предпочтительно от 0.12 до 0.18 г/дюйм3. Согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно, что материал-носитель в форме частиц наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадиях (v) и (vi) в количестве в интервале от 0.14 до 0.16 г/дюйм3.
То же самое, соответственно, относится к материалу-носителю в форме частиц, нанесенному в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадиях (vii) и (viii). Соответственно, никаких конкретных ограничений не применятся к количествам, в которых материал-носитель в форме частиц согласно любому конкретному и предпочтительному вариантам выполнения способа согласно настоящему изобретению может быть нанесен в виде покрытия на подложку с проточными стенками. Таким образом, например, материал-носитель в форме частиц может быть нанесен в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадиях (vii) и (viii) в количестве в любом месте в диапазоне от 0.005 до 0.25 г/дюйм3 на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от выходного конца до 100-x% длины по оси подложки, где предпочтительно материал-носитель в форме частиц наносится в виде покрытия на стадии (vii) и (viii) в количестве в интервале от 0.01 до 0.15 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.02 до 0.1 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.03 до 0.08 г/дюйм3, и более предпочтительно от 0.04 до 0.06 г/дюйм3. Согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно, что на стадиях (vii) и (viii) материал-носитель в форме частиц наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.045 до 0.055 г/дюйм3.
Наконец, что касается количества, в котором твердый SCR катализатор может быть нанесен в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадии (ix) и (x), снова никаких конкретных ограничений не применяется, так что любое подходящее количество может обеспечиваться на ней. Таким образом, например, твердый SCR. катализатор может быть нанесен в виде покрытия на подложку с проточными стенками на стадии (ix) и (x) в количестве в любом месте в диапазоне от 0.05 до 5 г/дюйм3 на основании общего объема катализированного сажевого фильтра. Согласно настоящему изобретению, однако, предпочтительно, что на стадии (ix) и (x) твердый SCR. катализатор наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.1 до 3.5 г/дюйм3, и более предпочтительно от 0.3 до 2.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.5 до 2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.7 до 1.7 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.9 до 1.5 г/дюйм3, и более предпочтительно от 1 до 1.3 г/дюйм3. Согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно, что на стадиях (ix) и (x) твердый SCR катализатор наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 1.05 до 1.15 г/дюйм3.
Помимо обеспечения катализированного сажевого фильтра согласно любому из вышеуказанных конкретных и предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения, описанных в настоящей заявке, настоящее изобретение также относится к катализированному сажевому фильтру, полученному и/или получаемому способом получения катализированного сажевого фильтра согласно настоящему изобретению согласно любому из конкретных и предпочтительных вариантов его выполнения, как определено в настоящей заявке. В частности, настоящее изобретение относится не только к катализированному сажевому фильтру, таком как может быть непосредственно получен способом согласно настоящему изобретению согласно любому из конкретных и предпочтительных вариантов его выполнения, т.е. к его прямому продукту, но также к любому катализированному сажевому фильтру, таком как может быть получен, т.е. является получаемым согласно способу согласно настоящему изобретению, как определено в любом из конкретных и предпочтительных вариантов его выполнения, безотносительно конкретного способа, согласно которому катализированный сажевый фильтр получают, при условии, что он может быть получен способом согласно настоящему изобретению согласно любому из конкретных и предпочтительных вариантов его выполнения.
Кроме того, настоящее изобретение также относится к способу обработки выбросов двигателя внутреннего сгорания, включающему направление выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания через входные каналы катализированного сажевого фильтра согласно любому конкретному и предпочтительному вариантам его выполнения, как определено в настоящей заявке.
Согласно способу согласно настоящему изобретению, никакие конкретные ограничения не применяются к последующим стадиям обработки, которые могут применяться для обработки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, либо до направления выхлопного газа через входные каналы катализированного сажевого фильтра согласно любому конкретному и предпочтительному вариантам выполнения настоящего изобретения, и/или после направления выхлопного газа через указанный катализированный сажевый фильтр. Согласно настоящему изобретению также предпочтительно, что перед направлением потока выхлопного газа в катализированный сажевый фильтр, поток выхлопного газа контактируют с катализатором-ловушкой обедненных оксидов азота (LNT). Кроме того, также предпочтительно согласно настоящему изобретению, что в способе согласно настоящему изобретению перед направлением потока выхлопного газа в катализированный сажевый фильтр, источник аммиака и/или один или более углеводородов впрыскиваются в поток выхлопного газа, предпочтительно ниже по ходу потока LNT.
Наконец, настоящее изобретение относится к применению катализированного сажевого фильтра согласно любому конкретному и предпочтительным вариантам выполнения настоящего изобретения, как описано в настоящей заявке, включая катализированный сажевый фильтр, полученный и/или получаемый согласно любому конкретному и предпочтительным вариантам выполнения способа согласно настоящему изобретению, как описано в настоящей заявке. На самом деле, нет никаких конкретных ограничений относительно применения, в котором вышеуказанный катализированный сажевый фильтр может применяться, где предпочтительно катализированный сажевый фильтр применяется для обработки выбросов выхлопного газа, и предпочтительно для селективного каталитического восстановления NOx в выхлопном газе из двигателя внутреннего сгорания. Согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно, что катализированный сажевый фильтр согласно любому конкретному и предпочтительным вариантам выполнения настоящего изобретения, как описано в настоящей заявке, применяется для селективного каталитического восстановления NOx в выхлопном газе из дизельного двигателя.
Настоящее изобретение далее охарактеризовано с помощью следующих конкретных и предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения, включая комбинации и варианты выполнения настоящего изобретения, указанные посредством соответствующих зависимостей:
1. Катализированный сажевый фильтр, включающий пористую подложку с проточными стенками, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), компонент палладия, и компонент платины,
причем подложка с проточными стенками включает входной конец, выходной конец, длину по оси подложки, простирающуюся между входным концом и выходным концом, и множество каналов, определенных внутренними стенками подложки с проточными стенками, где множество каналов включает входные каналы, имеющие открытый входной конец и закрытый выходной конец, и выходные каналы, имеющие закрытый входной конец и открытый выходной конец,
где катализатор SCR обеспечивается на всей поверхности стенок входного канала и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов, покрытой катализатором SCR,
где компонент палладия обеспечивается на части поверхности стенок входного канала и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом палладия, где указанная часть стенок входного канала, покрытая компонентом палладия, простирается от входного конца до x% длины по оси подложки, где 0<x<100,
где компонент платины обеспечивается на части поверхности стенок выходных каналов и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов внутри поверхности частей стенок каналов, покрытых компонентом платины,
где указанная часть стенок выходных каналов, покрытая компонентом платины, простирается от выходного конца до 100-х% длины по оси подложки.
2. Катализированный сажевый фильтр согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1, где x находится в интервале от 5 до 95, предпочтительно от 15 до 85, более предпочтительно от 25 до 75, более предпочтительно от 35 до 65, и более предпочтительно от 45 до 55.
3. Катализированный сажевый фильтр согласно варианту выполнения настоящего изобретения 1 или 2, где пористая подложка с проточными стенками представляет собой сотообразную подложку с поочередно закупоренными входными и выходными концами, так что каждая стенка подложки с проточными стенками соответственно имеет первую поверхность, которая представляет собой поверхность входного канала, и вторую поверхность, которая представляет собой поверхность выходного канала.
4. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-3, где стенки подложки проявляют пористость в интервале от 40 до 85%, предпочтительно от 45 до 80%, более предпочтительно от 50 до 75%, более предпочтительно от 55 до 70%, и более предпочтительно в интервале от 60 до 65%.
5. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-4, где средний размер пор стенок подложки находится в интервале от 5 до 50 мкм, предпочтительно от 10 до 40 мкм, более предпочтительно от 13 до 35 мкм, более предпочтительно от 15 до 30 мкм, более предпочтительно от 17 до 25 мкм, и более предпочтительно от 18 до 22 мкм.
6. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-5, где материал, из которого состоит подложка с проточными стенками, содержит один или более, выбранный из группы, состоящей из металлов, оксидов металлов, и керамических материалов, предпочтительно один или более, выбранный из группы, состоящей из кордиерита, титаната алюминия, карбида алюминия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно подложка с проточными стенками изготовлена из кордиерита, титаната алюминия, или карбида алюминия, и предпочтительно карбида алюминия.
7. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-6, где компонент палладия обеспечивается непосредственно на поверхности стенок каналов и непосредственно на поверхности пор внутри частей стенок каналов, покрытых компонентом палладия, в первом слое покрытия, и катализатор SCR обеспечивается в качестве второго слоя покрытия на указанном первом слое покрытия компонента палладия в части подложки с проточными стенками, в которой компонент палладия непосредственно обеспечивается на поверхности стенок каналов и на поверхности пор, где части стенок каналов покрыты компонентом палладия.
8. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-7, где катализатор SCR. обеспечивается на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов, покрытой катализатором SCR, начиная от поверхности стенок входного канала, покрытой катализатором SCR, до глубины 10% или более от толщины стенок подложки без покрытия, предпочтительно до глубины 15% или более, более предпочтительно до глубины 20% или более, более предпочтительно 35% или более, более предпочтительно 40% или более, более предпочтительно 50% или более, и более предпочтительно до глубины 70% или более от толщины стенок подложки без покрытия.
9. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-8, где компонент палладия обеспечивается на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом палладия, начиная от поверхности стенок входного канала, покрытой компонентом палладия, до глубины 10% или более от толщины стенок подложки без покрытия, предпочтительно до глубины 15% или более, более предпочтительно до глубины 20% или более, более предпочтительно 35% или более, более предпочтительно 40% или более, более предпочтительно 50% или более, и более предпочтительно до глубины 70% или более от толщины стенок подложки без покрытия.
10. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-9, где компонент платины обеспечивается на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом платины, начиная от поверхности стенок выходных каналов, покрытой компонентом платины, до глубины 10% или более от толщины стенок подложки без покрытия, предпочтительно до глубины 15% или более, более предпочтительно до глубины 20% или более, более предпочтительно 35% или более, более предпочтительно 40% или более, более предпочтительно 50% или более, и более предпочтительно до глубины 70% или более от толщины стенок подложки без покрытия.
11. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-10, где катализатор SCR содержит один или более цеолитов, предпочтительно один или более цеолитов, имеющих тип структуры, выбранный из группы, состоящей из ВЕА, СНА, FAU, FER, HEU, LEV, MEI, MEL, MFI, MOR, включая смешанные структуры и комбинации двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из ВЕА, СНА, LEV, MFI, включая смешанные структуры и комбинации двух или более из них, где более предпочтительно один или более цеолитов имеют тип структуры ВЕА и/или СНА, предпочтительно тип структуры СНА, где более предпочтительно один или более цеолитов включают шабазит, причем один или более цеолитов предпочтительно представляет собой шабазит.
12. Катализированный сажевый фильтр согласно варианту выполнения настоящего изобретения 11, где один или более цеолитов включают один или более переходных металлов, предпочтительно один или более переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Pt, Pd, Rh, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, V, Nb, и комбинаций двух или более из них, более предпочтительно один или более переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Cu, Co, Cr, Ni, Fe, и комбинаций двух или более из них, где более предпочтительно один или более цеолитов включают Cu и/или Fe, предпочтительно Cu.
13. Катализированный сажевый фильтр согласно варианту выполнения настоящего изобретения 12, где один или более переходных металлов были введены в цеолит посредством ионного обмена и/или посредством пропитки, предпочтительно посредством ионного обмена.
14. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 11 до 13, где один или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, содержатся в катализированном сажевом фильтре в количестве в интервале от 0.05 до 5 г/дюйм3, как вычислено в виде общей массы одного или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, в кальцинированном состоянии и на основании общего объема катализированного сажевого фильтра, предпочтительно от 0.1 до 3.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.3 до 2.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.5 до 2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.7 до 1.7 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.9 до 1.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 1 до 1.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 1.05 до 1.15 г/дюйм3.
15. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-13, где средний размер частиц D90 катализатора SCR. составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок подложки и предпочтительно находится в интервале от 0.5 до 20 мкм, более предпочтительно от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 3 до 10 мкм, более предпочтительно от 4 до 8 мкм, и более предпочтительно от 5 до 7 мкм.
16. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-14, где компонент палладия содержится в части катализированного сажевого фильтра, покрытой компонентом палладия, начиная от входного конца до x% длины по оси подложки, в количестве в интервале от 0.5 до 20 г/фут3 палладия, как вычислено в виде элемента и на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от входного конца до x% длины по оси подложки, предпочтительно в количестве в интервале от 1 до 15 г/фут3, более предпочтительно от 2 до 10 г/фут3, более предпочтительно от 2.5 до 8 г/фут3, более предпочтительно от 3 до 7 г/фут3, более предпочтительно от 3.5 до 6.5 г/фут3, более предпочтительно от 4 до 6 г/фут3, и более предпочтительно от 4.5 до 5.5 г/фут3.
17. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-15, где компонент платины содержится в части катализированного сажевого фильтра, покрытой компонентом платины, начиная от выходного конца до 100-х% длины по оси подложки, в количестве в интервале от 0.05 до 20 г/фут3 платины, как вычислено в виде элемента и на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от выходного конца до 100-x% длины по оси подложки, предпочтительно в количестве в интервале от 0.1 до 15 г/фут3, более предпочтительно от 0.2 до 10 г/фут3, более предпочтительно от 0.4 до 7 г/фут3, более предпочтительно от 0.6 до 5 г/фут3, более предпочтительно от 0.8 до 4 г/фут3, более предпочтительно от 1 до 3 г/фут3, и более предпочтительно от 1.5 до 2.5 г/фут3.
18. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-16, где компонент палладия содержит палладий, нанесенный на материал-носитель в форме частиц, и/или предпочтительно и компонент платины содержит платину, нанесенную на материал-носитель в форме частиц, где независимо друг от друга материал-носитель в форме частиц предпочтительно выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида титана, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида бария-оксида алюминия, диоксида церия, диоксида церия-оксида алюминия, оксида бария-диоксида церия-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, оксида лантана-диоксида циркония-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида циркония, и смесей двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида титана, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида циркония, и смесей двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно материал-носитель в форме частиц содержит оксид алюминия-диоксид кремния, где оксид алюминия предпочтительно легирован от 0.5 до 25 мас. % диоксида кремния на основании 100 мас. % оксида алюминия-диоксида кремния, более предпочтительно от 1 до 15 мас. % диоксида кремния, более предпочтительно от 2 до 10 мас. % диоксида кремния, более предпочтительно от 3 до 8 мас. % диоксида кремния, и более предпочтительно от 4 до 6 мас. %.
19. Катализированный сажевый фильтр согласно варианту выполнения настоящего изобретения 17, где независимо друг от друга средний размер частиц D90 материала-носителя в форме частиц составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок подложки и предпочтительно находится в интервале от 0.5 до 20 мкм, более предпочтительно от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 2 до 10 мкм, более предпочтительно от 3 до 8 мкм, и более предпочтительно от 4 до 6 мкм.
20. Катализированный сажевый фильтр согласно варианту выполнения настоящего изобретения 17 или 18, где в части стенок входного канала, покрытой компонентом палладия, начиная от входного конца до x% длины по оси подложки, компонент палладия содержит материал-носитель в форме частиц в количестве в интервале от 0.01 до 1 г/дюйм3 на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от входного конца до x% длины по оси подложки, предпочтительно от 0.02 до 0.6 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.04 до 0.4 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.06 до 0.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.08 до 0.25 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.1 до 0.2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.12 до 0.18 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.14 до 0.16 г/дюйм3.
21. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 17-19, где в части стенок входного канала, покрытой компонентом платины, начиная от выходного конца до 100-x % длины по оси подложки, компонент платины содержит материал-носитель в форме частиц в количестве в интервале от 0.005 до 0.25 г/дюйм3 на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от выходного конца до 100-x % длины по оси подложки, предпочтительно от 0.01 до 0.15 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.02 до 0.1 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.03 до 0.08 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.04 до 0.06 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.045 до 0.055 г/дюйм3.
22. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-20, где катализатор SCR содержится в катализированном сажевом фильтре в количестве в интервале от 0.05 до 5 г/дюйм3 на основании общего объема катализированного сажевого фильтра, предпочтительно от 0.1 до 3.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.3 до 2.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.5 до 2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.7 до 1.7 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.9 до 1.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 1 до 1.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 1.05 до 1.15 г/дюйм3.
23. Катализированный сажевый фильтр по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-22, где катализированный сажевый фильтр содержится в системе обработки выбросов, дополнительно содержащей двигатель внутреннего сгорания, расположенный выше по ходу потока катализированного сажевого фильтра, где двигатель внутреннего сгорания находится в сообщении по текучей среде с катализированным сажевым фильтром, и где двигатель внутреннего сгорания предпочтительно представляет собой дизельный двигатель.
24. Катализированный сажевый фильтр согласно варианту выполнения настоящего изобретения 23, где система обработки выбросов дополнительно содержит катализатор-ловушка обедненных оксидов азота (LNT) в сообщении по текучей среде с катализированным сажевым фильтром, где LNT расположен выше по ходу потока катализированного сажевого фильтра.
25. Катализированный сажевый фильтр согласно варианту выполнения настоящего изобретения 23 или 24, где система обработки выбросов дополнительно содержит средство впрыскивания источника аммиака и/или одного или более углеводородов в поток выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, где указанное средство впрыскивания расположен выше по ходу потока катализированного сажевого фильтра, и предпочтительно расположен ниже по ходу потока LNT.
26. Способ получения катализированного сажевого фильтра, предпочтительно катализированного сажевого фильтра согласно любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-22, включающий (i) обеспечение пористой подложки с проточными стенками, включающей входной конец, выходной конец, длину по оси подложки, простирающуюся между входным концом и выходным концом, и множество каналов, определенных внутренними стенками подложки с проточными стенками, где множество каналов включает входные каналы, имеющие открытый входной конец и закрытый выходной конец, и выходные каналы, имеющие закрытый входной конец и открытый выходной конец,
(ii) смешивание материала-носителя в форме частиц с дистиллированной водой и последующее добавление к нему водного раствора соединения палладия, где полученную смесь необязательно измельчают для обеспечения первой суспензии, содержащей компонент палладия, где указанная первая суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(iii) смешивание материала-носителя в форме частиц с дистиллированной водой и последующее добавление к нему водного раствора соединения платины, где полученную смесь необязательно измельчают для обеспечения второй суспензии, содержащей компонент платины, где указанная вторая суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(iv) суспендирование твердого катализатора SCR в дистиллированной воде и необязательно измельчение полученной смеси для обеспечения третьей суспензии, где указанная третья суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(v) покрытие части стенок входного канала подложки с проточными стенками посредством погружения входного конца подложки с проточными стенками в первую суспензию до x% длины по оси подложки, простирающейся от входного конца, где 0<x<100,
(vi) удаление подложки с проточными стенками из первой суспензии и удаление избытка суспензии из входных каналов, предпочтительно посредством продувания воздуха через стенки выходных каналов в покрытые входные каналы подложки с проточными стенками,
(vii) покрытие части стенок выходных каналов подложки с проточными стенками посредством погружения выходного конца подложки с проточными стенками во вторую суспензию до 100-x% длины по оси подложки, простирающейся от выходного конца, (viii) удаление подложки с проточными стенками из второй суспензии, и удаление избытка суспензии из выходных каналов, предпочтительно посредством продувания воздуха через стенки входных каналов в покрытые выходные каналы подложки с проточными стенками,
(ix) покрытие стенок внутренних каналов подложки с проточными стенками посредством погружения входного конца подложки с проточными стенками в третью суспензию вдоль всей длины по оси подложки, все еще не позволяя суспензии контактировать с лицевой стороной выходного конца подложки с проточными стенками,
(x) удаление подложки с проточными стенками из третьей суспензии, и удаление избытка суспензии из входных каналов, предпочтительно посредством продувания воздуха через стенки выходных каналов в покрытые входные каналы подложки с проточными стенками,
(xi) необязательно сушку и/или прокаливание покрытой подложки с проточными стенками.
27. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 26, где между стадиями (vi) и (vii) и/или, предпочтительно и между стадиями (viii) и (ix) покрытая подложка фильтра с проточными стенками подвергается стадии сушки и/или прокаливания.
28. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 26 или 27, где независимо друг от друга температура в ходе одной или более стадий сушки находится в интервале от 50 до 200°С, предпочтительно от 70 до 180°С, более предпочтительно от 80 до 150°С, более предпочтительно от 90 до 130°С, и более предпочтительно от 100 до 120°C.
29. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-28, где независимо друг от друга температура прокаливания на одной или более стадиях прокаливания находится в интервале от 250 до 800°С, предпочтительно от 300 до 600°С, более предпочтительно от 350 до 550°С, более предпочтительно от 400 до 500°С, более предпочтительно от 430 до 480°С, и более предпочтительно от 440 до 460°С.
30. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-29 где независимо друг от друга, продолжительность прокаливания на одной или более стадиях прокаливания находится в интервале от 0.1 до 5 ч, предпочтительно от 0.3 до 3 ч, более предпочтительно от 0.5 до 2 ч, более предпочтительно от 0.7 до 1.5 ч, более предпочтительно от 0.8 до 1.3 ч, и более предпочтительно от 0.9 до 1.1 ч.
31. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-30, где x находится в интервале от 5 до 95, предпочтительно от 15 до 85, более предпочтительно от 25 до 75, более предпочтительно от 35 до 65, и более предпочтительно от 45 до 55.
32. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-31, где на стадии (ii) соединение палладия представляет собой соль палладия, предпочтительно соль палладия, выбранную из группы, состоящей из нитрата палладия, сульфата палладия, хлорида палладия, тетрааминхлорида палладия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно солью палладия является нитрат палладия.
33. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-32, где на стадии (iii) соединение платины представляет собой соль платины, предпочтительно соль платины, выбранную из группы, состоящей из нитрата платины, сульфата платины, хлорида платины, тетрамоноэтаноламин платины гидроксид, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно соль платины представляет собой палладий тетрамоноэтаноламин платины гидроксид.
34. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-33, где пористая подложка с проточными стенками, обеспеченная на стадии (i), представляет собой сотообразную подложку с поочередно закупоренными входными и выходными конами, так что каждая стенка подложки с проточными стенками соответственно имеет первую поверхность, которая представляет собой поверхность входного канала, и вторую поверхность, которая представляет собой поверхность выходного канала.
35. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-34, где стенки пористой подложки с проточными стенками, обеспеченной на стадии (i), проявляют пористость в интервале от 40 до 85%, предпочтительно от 45 до 80%, более предпочтительно от 50 до 75%, более предпочтительно от 55 до 70%, и более предпочтительно в интервале от 60 до 65%.
36. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-35, где средний размер пор стенок пористой подложки с проточными стенками, обеспеченной на стадии (i), находится в интервале от 5 до 50 мкм, предпочтительно от 10 до 40 мкм, более предпочтительно от 13 до 35 мкм, более предпочтительно от 15 до 30 мкм, более предпочтительно от 17 до 25 мкм, и более предпочтительно от 18 до 22 мкм.
37. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-36, где материал, из которого состоит пористая подложка с проточными стенками обеспеченная на стадии (i), содержит один или более, выбранный из группы, состоящей из металлов, оксидов металлов, и керамических материалов, предпочтительно один или более, выбранный из группы, состоящей из кордиерита, титаната алюминия, карбида алюминия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно подложка с проточными стенками изготовлена из кордиерита, титаната алюминия, или карбида алюминия, и предпочтительно из карбида алюминия.
38. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-37, где твердый катализатор SCR содержит один или более цеолитов, предпочтительно один или более цеолитов, имеющих тип структуры, выбранный из группы, состоящей из ВЕА, СНА, FAU, FER, HEU, LEV, MEI, MEL, MFI, MOR, включая смешанные структуры и комбинации двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из ВЕА, СНА, LEV, MFI, включая смешанные структуры и комбинации двух или более из них, где более предпочтительно один или более цеолитов представляют собой тип структуры ВЕА и/или СНА, предпочтительно тип структуры СНА, где более предпочтительно один или более цеолитов включают шабазит, причем один или более цеолитов предпочтительно представляют собой шабазит
39. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 38, где один или более цеолитов включают один или более переходных металлов, предпочтительно один или более переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Pt, Pd, Rh, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, V, Nb, и комбинаций двух или более из них, более предпочтительно один или более переходных металлов, выбранных из группы, состоящей из Cu, Co, Cr, Ni, Fe, и комбинаций двух или более из них, где более предпочтительно один или более цеолитов включают Cu и/или Fe, предпочтительно Cu.
40. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 39, где один или более переходных металлов были введены в цеолит посредством ионного обмена и/или посредством пропитки, предпочтительно посредством ионного обмена.
41. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 38-40, где на стадиях (ix) и (x) один или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, наносятся в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.05 до 5 г/дюйм3, как вычислено в виде общей массы одного или более цеолитов, необязательно содержащих один или более переходных металлов, в кальцинированном состоянии и на основании общего объема катализированного сажевого фильтра, предпочтительно от 0.1 до 3.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.3 до 2.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.5 до 2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.7 до 1.7 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.9 до 1.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 1 до 1.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 1.05 до 1.15 г/дюйм3.
42. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-41, где на стадии (iv) средний размер частиц D90 твердого катализатора SCR. содержится в интервале от 0.5 до 20 мкм, предпочтительно от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 3 до 10 мкм, более предпочтительно от 4 до 8 мкм, и более предпочтительно от 5 до 7 мкм.
43. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-42, где на стадиях (v) и (vi) компонент палладия наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.5 до 20 г/фут3 палладия, как вычислено в виде элемента и на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от входного конца до x% длины по оси подложки, предпочтительно в количестве в интервале от 1 до 15 г/фут3, более предпочтительно от 2 до 10 г/фут3, более предпочтительно от 2.5 до 8 г/фут3, более предпочтительно от 3 до 7 г/фут3, более предпочтительно от 3.5 до 6.5 г/фут3, более предпочтительно от 4 до 6 г/фут3, и более предпочтительно от 4.5 до 5.5 г/фут3.
44. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-43, где на стадиях (vii) и (viii) компонент платины наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.05 до 20 г/фут3 платины, как вычислено в виде элемента и на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от выходного конца до 100-x% длины по оси подложки, предпочтительно в количестве в интервале от 0.1 до 15 г/фут3, более предпочтительно от 0.2 до 10 г/фут3, более предпочтительно от 0.4 до 7 г/фут3, более предпочтительно от 0.6 до 5 г/фут3, более предпочтительно от 0.8 до 4 г/фут3, более предпочтительно от 1 до 3 г/фут3, и более предпочтительно от 1.5 до 2.5 г/фут3.
45. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-44, где независимо друг от друга материал-носитель в форме частиц на стадиях (ii) и (iii) выбирают из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида титана, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида бария-оксида алюминия, диоксида церия, диоксида церия-оксида алюминия, оксида бария-диоксида церия-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, оксида лантана-диоксида циркония-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида циркония, и смесей двух или более из них, предпочтительно из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, оксида алюминия-диоксида кремния, диоксида титана, диоксида титана-оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида циркония-оксида алюминия, оксида лантана-оксида алюминия, диоксида титана-диоксида циркония, и смесей двух или более из них, более предпочтительно из группы, состоящей из оксид алюминия, диоксид кремния, оксид алюминия-диоксид кремния, диоксид циркония-оксид алюминия, оксид лантана-оксид алюминия, и смесей двух или более из них, где более предпочтительно материал-носитель в форме частиц содержит оксид алюминия-диоксид кремния, где оксид алюминия предпочтительно легирован от 0.5 до 25 мас. % диоксида кремния на основании 100 мас. % оксида алюминия-диоксида кремния, более предпочтительно от 1 до 15 мас. % диоксида кремния, более предпочтительно от 2 до 10 мас. % диоксида кремния, более предпочтительно от 3 до 8 мас. % диоксида кремния, и более предпочтительно от 4 до 6 мас. %.
46. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-45, где независимо друг от друга средний размер частиц D90 материала-носителя в форме частиц на стадиях (ii) и (iii) находится в интервале от 0.5 до 20 мкм, предпочтительно от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 2 до 10 мкм, более предпочтительно от 3 до 8 мкм, и более предпочтительно от 4 до 6 мкм.
47. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-46, где на стадиях (v) и (vi) материал-носитель в форме частиц наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.01 до 1 г/дюйм3 на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от входного конца до x% длины по оси подложки, предпочтительно от 0.02 до 0.6 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.04 до 0.4 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.06 до 0.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.08 до 0.25 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.1 до 0.2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.12 до 0.18 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.14 до 0.16 г/дюйм3.
48. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-47, где на стадиях (vii) и (viii) материал-носитель в форме частиц наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.005 до 0.25 г/дюйм3 на основании объема катализированного сажевого фильтра, измеренного от выходного конца до 100-х % длины по оси подложки, предпочтительно от 0.01 до 0.15 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.02 до 0.1 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.03 до 0.08 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.04 до 0.06 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.045 до 0.055 г/дюйм3.
49. Способ по любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26 до 48, где на стадиях (ix) и (x) катализатор SCR наносится в виде покрытия на подложку с проточными стенками в количестве в интервале от 0.05 до 5 г/дюйм3 на основании общего объема катализированного сажевого фильтра, предпочтительно от 0.1 до 3.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.3 до 2.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.5 до 2 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.7 до 1.7 г/дюйм3, более предпочтительно от 0.9 до 1.5 г/дюйм3, более предпочтительно от 1 до 1.3 г/дюйм3, более предпочтительно от 1.05 до 1.15 г/дюйм3.
50. Катализированный сажевый фильтр, предпочтительно согласно любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-22, который является получаемым и/или получен согласно способу согласно любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 26-49.
51. Способ обработки выбросов двигателя внутреннего сгорания, включающий направление выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания через входные каналы катализированного сажевого фильтра согласно любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-22 или 50.
52. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 51, где перед направлением потока выхлопного газа в катализированный сажевый фильтр, поток выхлопного газа контактируют с катализатором-ловушкой обедненных оксидов азота (LNT).
53. Способ согласно варианту выполнения настоящего изобретения 51 или 52, где перед направлением потока выхлопного газа в катализированный сажевый фильтр, источник аммиака и/или один или более углеводородов впрыскиваются в поток выхлопного газа, предпочтительно ниже по ходу потока LNT.
54. Применение катализированного сажевого фильтра согласно любому из вариантов выполнения настоящего изобретения 1-22 или 50 для обработки выбросов выхлопного газа, предпочтительно для селективного каталитического восстановления NOx в выхлопном газе из двигателя внутреннего сгорания, и более предпочтительно для селективного каталитического восстановления NOx в выхлопном газе из дизельного двигателя.
Экспериментальная часть
Сравнительный пример 1: вход, покрытый SCR
Медный шабазит (Cu-CHA) суспендировали в воде с получением суспензии с содержанием твердых веществ 39 мас. %, после чего суспензию измельчили до D90=6 мкм. Сотообразную подложку фильтра с проточными стенками, полученную из карбида алюминия, с пористостью 63% со средним размером пор 20 мкм, как определено с помощью ртутной порометрией, соответственно, и объем 2.47 литров обеспечили. CuCHA суспензию нанесли в виде покрытия от входной стороны фильтра. Для осуществления этого подложку погрузили в суспензию с входной стороной вниз и с выходной стороной, находящейся на 
дюйма (2.54 см) выше уровня суспензии. Подложку подняли из суспензии, и поток воздуха продувался от выходной стороны каналов до тех пор, пока суспензия покрытия из пористого оксида не вышла с входной стороны. Покрытый образец затем высушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе 450°С в течение 1 часа, с получением 100% входной стороны фильтра, покрытой 1.1 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3) Cu-CHA.
Сравнительный пример 2: вход, покрытый SCR, + выход, покрытый Pt (100%)
Медный шабазит (Cu-CHA: шабазит после ионного обмена с 3.3 мас. % Cu, вычисленной в виде CuO; SiO2/Al2O3=24.8) суспендировали в воде с получением суспензии с содержанием твердых веществ 39 мас. %, после чего суспензию измельчили до D90=6 мкм. Отдельно, предварительно измельченный порошок Al2O3, легированного 5% SiO2 (90% частиц составляют менее 5 микрометров: D90=5 мкм) суспендировали в воде с достижением 15 мас. % содержания твердых веществ. Раствор тетрамоноэтаноламина платины гидроксида (18 мас. % в Н2О) добавили в суспензию по каплям при перемешивании с достижением загрузки 1.1 мас. % Pt на порошке оксида алюминия, легированного 5 мас. % диоксида кремния.
Сотообразную подложку фильтра с проточными стенками, полученную из карбида алюминия, с пористостью 63% со средним размером пор 20 мкм, и объем 2.47 литров обеспечили. Сначала, суспензию Pt нанесли в виде покрытия от выходной стороны фильтра. Подложку погрузили в суспензию выходной стороной вниз и с входной стороной, находящейся на дюйма (2.54 см) выше уровня суспензии. Подложку подняли из суспензии, и поток воздуха продули от входной стороны каналов до тех пор, пока суспензия покрытия из пористого оксида не вышла с выходной стороны. Покрытый образец затем высушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе 450°С в течение 1 часа, с получением 100% выходной стороны фильтра, покрытой 1.0 г/фут3 (г/(30.48 см)3) Pt на 0.05 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3) порошка Al2O3, легированного 5% SiO2.
Наконец, суспензию Cu-CHA затем нанесли в виде покрытия от входной стороны вдоль всей длины фильтра посредством погружения подложки по всей длине входной стороны, причем выходная сторона находится на дюйма (2.54 см) выше уровня суспензии. После выдувания избытка суспензии из выходной стороны, покрытый образец затем высушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе 450°С в течение 1 часа, с получением 100% входной стороны фильтра, покрытой 1.1 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3) Cu-CHA.
Сравнительный пример 3: вход, покрытый SCR, + выход, покрытый Pd (100%)
Медный шабазит (CuCHA) суспендировали в воде с получением суспензии с содержанием твердых веществ 39%, после чего эту суспензию измельчили до D90=6 мкм. Отдельно, предварительно измельченный порошок Al2O3, легированный 5% SiO2 (90% частиц составляют менее 5 микрометров: D90=5 мкм) суспендировали в воде с достижением 25% содержания твердых веществ. Раствор нитрата палладия (20 мас.% в Н2О) добавили в суспензию по каплям при перемешивании с достижением загрузки 0.95 мас. % Pd на порошке оксида алюминия, легированного 5 мас. % диоксида кремния.
Сотообразную подложку фильтра с проточными стенками, полученную из карбида алюминия, с пористостью 63% со средним размером пор 20 мкм, и объем 2.47 литров обеспечили. Сначала, суспензию Pd нанесли в виде покрытия от выходной стороны фильтра. Для достижения этого, подложку погрузили в суспензию выходной стороной вниз с входной стороной, находящейся на дюйма (2.54 см) выше уровня суспензии. Подложку подняли из суспензии, и поток воздуха продули от входной стороны каналов до тех пор, пока суспензия покрытия из пористого оксида не вышла с выходной стороны. Покрытый образец затем высушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе 450°С в течение 1 часа, с получением 100% выходной стороны фильтра, покрытой 2.5 г/фут3 (г/(30.48 см)3) Pd на 0.15 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3) порошка Al2O3, легированного 5% SiO2.
Наконец, суспензию Сu-СНА затем нанесли в виде покрытия от входной стороны вдоль всей длины фильтра посредством погружения подложки по всей длине входной стороны, причем выходная сторона находится на дюйма (2.54 см) выше уровня суспензии. После выдувания избытка суспензии из выходной стороны, покрытый образец затем высушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе 450°С в течение 1 часа, с получением указанного далее процента входной стороны фильтра, покрытой 1.1 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3)CuCHA.
Сравнительный пример 4: вход, покрытый SCR,+выход, покрытый Pd (50%)
Покрытую сотообразную подложку фильтра с проточными стенками получили, как описано в сравнительном примере 3, где суспензию Pd нанесли в виде покрытия только на 50% выходной стороны фильтра при загрузке Pd за два раза. Для достижения этого раствор нитрата палладия (20 мас. % в H2O) добавили в суспензию предварительно измельченного порошка Al2O3, легированного 5% SiO2, по каплям при перемешивании с достижением загрузки 1.9 мас. % Pd на порошке оксида алюминия, легированного 5 мас. % диоксида кремния. Кроме того, на стадии покрытия подложки суспензией, содержащей Pd, выходную сторону подложки погрузили в суспензию до 50% длины по оси подложки, с входной стороной, находящейся на 50% от всей длины подложки выше уровня суспензии, с получением после сушки 50% выходной стороны фильтра, покрытой 5 г/фут3 (г/(30.48 см)3) Pd на 0.15 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3) порошка Al2O3, легированного 5% SiO2.
Пример 1: вход, покрытый SCR.,+(5 г/фут3) Pd-покрытый вход (50%)+(1 г/дюйм3) Pt-покрытый выход (50%)
Медный шабазит (Cu-CHA: шабазит после ионного обмена с 3.3 мас.% Cu, вычисленной как CuO; SiO2/Al2O3=24.8) суспендировали в воде с получением суспензии с содержанием твердых веществ 39 мас. %, после чего суспензию измельчили до D90=6 мкм. Отдельно, предварительно измельченный порошок Al2O3, легированного 5% SiO2 (90% частиц составляют менее 5 микрометров: D90=5 мкм) суспендировали в воде с достижением 25 мас. % содержания твердых веществ. Раствор нитрата палладия (20 мас.% в Н2О) добавили в суспензию по каплям при перемешивании с достижением загрузки 1.9 мас. % Pd на порошке оксида алюминия, легированного 5 мас. % диоксида кремния. Отдельно, предварительно измельченный порошок Al2O3, легированного 5 мас. % SiO2 (90% частиц составляют менее 5 микрометров: D90=5 мкм), суспендировали в воде с достижением 15% содержания твердых веществ. Раствор тетрамоноэтаноламина платины гидроксида (18 мас. % в H2O) добавили в суспензию по каплям при перемешивании с достижением загрузки 1.1 мас. % Pt на порошке оксида алюминия, легированного 5 мас. % диоксида кремния.
Сотообразную подложку фильтра с проточными стенками, полученную из карбида алюминия, с пористостью 63% со средним размером пор 20 мкм, и объем 2.47 литров обеспечили. Сначала, суспензию Pd нанесли в виде покрытия от входной стороны фильтра. Для достижения этого, входную сторону подложки погрузили в суспензию до 50% длины по оси подложки, причем выходная сторона находится на 50% от всей длины подложки выше уровня суспензии, чтобы получить 50% покрытие входа. Подложку затем вынули из суспензии, и поток воздуха продувался от выходной стороны каналов до тех пор, пока суспензия покрытия из пористого оксида не вышла с входной стороны. Покрытый образец затем высушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе 450°С в течение 1 часа, с получением 50% входной стороны фильтра, покрытой 5 г/фут3 (г/(30.48 см)3) Pd на 0.15 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3) порошка Al2O3, легированного 5% SiO2.
Затем, суспензию Pt нанесли в виде покрытия от выходной стороны фильтра. Для достижения этого, выходную сторону подложки погрузили в суспензию до 50% длины по оси подложки с входной стороной, находящейся на 50% от всей длины подложки выше уровня суспензии. Подложку затем вынули из суспензии, и поток воздуха продули от входной стороны каналов до тех пор, пока суспензия покрытия из пористого оксида не вышла с выходной стороны. Покрытый образец затем высушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе 450°С в течение 1 часа, с получением 50% выходной стороны фильтра, покрытой 1 г/фут3 Pt на 0.05 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3) порошка Al2O3, легированного 5% SiO2.
Наконец, суспензию CuCHA нанесли в виде покрытия от входной стороны вдоль всей длины фильтра, таким же образом, как для Pd на порошке оксида алюминия, легированного диоксидом кремни, нанесли в виде покрытия на входную сторону, все еще посредством погружения подложки по всей длине входной стороны, причем выходная сторона находится на дюйма (2.54 см) выше уровня суспензии.
После выдувания избытка суспензии из выходной стороны, покрытый образец затем высушили при 110°С в течение 2 часов и прокаливали на воздухе 450°С в течение 1 часа, с получением 100% входной стороны фильтра, покрытой 1.1 г/дюйм3 (г/(2.54 см)3) Cu-CHA.
Пример 2: вход, покрытый SCR, + (5 г/фут3) Pd-покрытого входа (50%) + (3 г/дюйм3) Pt-покрытого выхода (50%)
Покрытую сотообразную подложку фильтра с проточными стенками получили, как в Примере 1, где увеличенную загрузку Pt загрузили на порошок оксида алюминия, легированного 5 мас. % диоксида кремния, который наносили в виде покрытия на выходную сторону сотообразной подложки фильтра с проточными стенками. Более конкретно, раствор тетрамоноэтаноламина платины гидроксида (18 мас. % в Н2О) добавили в суспензию по каплям при перемешивании с достижением загрузки 1.1 мас. % Pt на порошке оксида алюминия, легированного 5 мас. % диоксида кремния. Соответственно, покрытую сотообразную подложку фильтра с проточными стенками получили, как в примере 1, где 50% выходной стороны фильтра покрыли 3 г/фут3 Pt, в отличие от 1 г/фут3 для покрытого фильтра, согласно Примеру 1.
Пример 3: Пассивное SCR при тестировании при обеднении/обогащении (L/R), включая измерение проскока NH3
Тестирование при цикле обеднения/обогащения представляет собой испытание двигателя, состоящее из семи циклов обеднения/обогащения, проводимых в данном случае при температуре 300°С (температура катализатора-ловушки обедненных оксидов азота (LNT)). В начале испытания работа при обогащении в течение 30 секунд проводится, чтобы гарантировать, что все нитраты десорбируются из LNT. После того, как циклы были стабилизированы, превращение NOx и проскок NH3 принимается за среднее значение только из обедненной фазы. LNT имеет объем 1,85 дм3 и загрузку PGM 120 г/фут3 и состаривается 20 часов при 750°С на дизельном двигателе. Катализированные сажевые фильтры согласно примерам и сравнительным примерам были размещены ниже по ходу потока LNT в установке для тестирования.
Таким образом, как можно понять из результатов, приведенных в таблице 2, тесты SCR на проскок NH3 может быть значительно уменьшен без существенного ухудшения способности катализированных сажевых фильтров к селективному каталитическому восстановлению оксидов азота, содержащихся в выхлопном газе. В частности, как можно понять из результатов, полученных для сравнительного примера 2 и примеров 1 и 2, путем концентрирования Pt на нижней части выходных каналов и замещения Pt на Pd в верхней части катализатора согласно настоящему изобретению, неожиданно было обнаружено, что можно значительно снизить проскок NH3 при сохранении превращения NOx на уровне, сравнимом с катализатором, в котором сопоставимое количество Pt распределено по всей длине выходных каналов.
Пример 4: регенерация сажи и определение проскока СО
В ходе окисления сажи образуется большое количество СО, которое должно окисляться до СО2 над подложкой фильтра с помощью катализатора окисления. Подложки фильтров согласно примерам и сравнительным примерам были протестированы на окисление СО в ходе активной регенерации фильтра, загруженного сажей (вторичная эмиссия СО). Перед тестированием образцы загружали 11 г/л сажи в выхлопном потоке 4-цилиндрового дизельного бескомпрессорного двигателя с небольшим рабочим объемом 2 л.
Для тестирования активной регенерации каждый из образцов поместили ниже по ходу потока стандартного дизельного катализатора окисления (DOC) в линии выпуска 4-цилиндрового дизельного бескомпрессорного двигателя с небольшим рабочим объемом 2 л. Температура впереди катализированного сажевого фильтра поднималась до 620°С в течение 10 мин, после чего контролировали концентрацию СО. Количество образованного СО2 в результате сгорания сажи определили посредством выбросов СО непокрытой подложкой фильтра.
Как можно понять из результатов, представленных в таблице 3, катализаторы согласно настоящему изобретению показывают уменьшенный проскок СО по сравнению со сравнительным примером 1, который не содержит металл платиновой группы, а также по сравнению со сравнительным примером 4, содержащим Pd, обеспеченным в выходных каналах. При более высоких загрузках Pt, однако, как используется в примере 2, неожиданно было обнаружено, что катализатор согласно настоящему изобретению проявляет проскок СО, который явно превосходит проскок, полученный, используя сравнительные примеры, и в частности по сравнению со сравнительными примерами 2 и 3, где сопоставимое количество Pt и Pd соответственно распределено по всей длине выходных каналов.
1. Катализированный сажевый фильтр, включающий пористую подложку с проточными стенками, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), компонент палладия и компонент платины,
причем подложка с проточными стенками включает входной конец, выходной конец, длину по оси подложки, простирающуюся между входным концом и выходным концом, и множество каналов, определенных внутренними стенками подложки с проточными стенками, где множество каналов включает входные каналы, имеющие открытый входной конец и закрытый выходной конец, и выходные каналы, имеющие закрытый входной конец и открытый выходной конец,
где катализатор SCR обеспечивается на всей поверхности стенок входных каналов и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью стенок каналов, покрытой катализатором SCR,
где компонент палладия обеспечивается на части поверхности стенок входных каналов и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов под поверхностью частей стенок каналов, покрытой компонентом палладия,
где указанная часть стенок входных каналов, покрытая компонентом палладия, простирается от входного конца до x % длины по оси подложки, где 0<x<100,
где компонент платины обеспечивается на части поверхности стенок выходных каналов и на по меньшей мере части поверхности пор внутри стенок каналов внутри поверхности частей стенок каналов, покрытых компонентом платины,
где часть стенок выходных каналов, покрытая компонентом платины, простирается от выходного конца до 100-х % длины по оси подложки.
2. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, где x находится в интервале от 5 до 95.
3. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, где пористая подложка с проточными стенками представляет собой сотообразную подложку с поочередно закупоренными входными и выходными концами, так что каждая стенка подложки с проточными стенками соответственно имеет первую поверхность, которая представляет собой поверхность входного канала, и вторую поверхность, которая представляет собой поверхность выходного канала.
4. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, где катализатор SCR содержит один или более цеолитов.
5. Катализированный сажевый фильтр по п. 4, где один или более цеолитов включают один или более переходных металлов.
6. Катализированный сажевый фильтр по п. 1, где средний размер частиц D90 катализатора SCR составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок подложки.
7. Катализированный сажевый фильтр по любому из пп. 1-6, где катализированный сажевый фильтр содержится в системе обработки выбросов, дополнительно содержащей двигатель внутреннего сгорания, расположенный выше по ходу потока катализированного сажевого фильтра, где двигатель внутреннего сгорания находится в сообщении по текучей среде с катализированным сажевым фильтром.
8. Катализированный сажевый фильтр по п. 7, где система обработки выбросов дополнительно содержит катализатор-ловушку обедненных оксидов азота (LNT) в сообщении по текучей среде с катализированным сажевым фильтром, где LNT расположен выше по ходу потока катализированного сажевого фильтра.
9. Способ получения катализированного сажевого фильтра, включающий:
(i) обеспечение пористой подложки с проточными стенками, включающей входной конец, выходной конец, длину по оси подложки, простирающуюся между входным концом и выходным концом, и множество каналов, определенных внутренними стенками подложки с проточными стенками, где множество каналов включает входные каналы, имеющие открытый входной конец и закрытый выходной конец, и выходные каналы, имеющие закрытый входной конец и открытый выходной конец,
(ii) смешивание материала-носителя в форме частиц с дистиллированной водой и последующее добавление к нему водного раствора соединения палладия, где полученную смесь необязательно измельчают для обеспечения первой суспензии, содержащей компонент палладия, где указанная первая суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(iii) смешивание материала-носителя в форме частиц с дистиллированной водой и последующее добавление к нему водного раствора соединения платины, где полученную смесь необязательно измельчают для обеспечения второй суспензии, содержащей компонент платины, где указанная вторая суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(iv) суспендирование твердого катализатора SCR в дистиллированной воде и необязательно измельчение полученной смеси для обеспечения третьей суспензии, где указанная третья суспензия проявляет средний размер частиц D90, который составляет 25% или менее от среднего размера пор стенок пористой подложки с проточными стенками,
(v) покрытие части стенок входных каналов подложки с проточными стенками посредством погружения входного конца подложки с проточными стенками в первую суспензию до x % длины по оси подложки, простирающейся от входного конца, где 0<x<100,
(vi) удаление подложки с проточными стенками из первой суспензии и удаление избытка суспензии из входных каналов,
(vii) покрытие части стенок выходных каналов подложки с проточными стенками посредством погружения выходного конца подложки с проточными стенками во вторую суспензию до 100-х% длины по оси подложки, простирающейся от выходного конца,
(viii) удаление подложки с проточными стенками из второй суспензии и удаление избытка суспензии из выходных каналов,
(ix) покрытие стенок внутренних каналов подложки с проточными стенками посредством погружения входного конца подложки с проточными стенками в третью суспензию вдоль всей длины по оси подложки, все еще не позволяя суспензии контактировать с лицевой стороной выходного конца подложки с проточными стенками,
(x) удаление подложки с проточными стенками из третьей суспензии и удаление избытка суспензии из входных каналов,
(xi) необязательно сушку и/или прокаливание покрытой подложки с проточными стенками.
10. Катализированный сажевый фильтр, предпочтительно по любому из пп. 1-6, который является получаемым и/или получен согласно способу по п. 9.
11. Способ обработки выбросов двигателя внутреннего сгорания, включающий направление выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания через входные каналы катализированного сажевого фильтра по любому из пп. 1-6 или 10.
12. Способ по п. 11, где перед направлением потока выхлопного газа в катализированный сажевый фильтр поток выхлопного газа контактируют с дизельным катализатором окисления (DOC).
13. Способ по п. 12, где перед направлением потока выхлопного газа в катализированный сажевый фильтр поток выхлопного газа контактируют с катализатором-ловушкой обедненных оксидов азота (LNT).
14. Применение катализированного сажевого фильтра по любому из пп. 1-6 или 10 для обработки выбросов выхлопного газа.
