RU2389535C2 - Каталитический фильтр для дизельной сажи и способ его использования - Google Patents

Каталитический фильтр для дизельной сажи и способ его использования Download PDF

Info

Publication number
RU2389535C2
RU2389535C2 RU2007117706/15A RU2007117706A RU2389535C2 RU 2389535 C2 RU2389535 C2 RU 2389535C2 RU 2007117706/15 A RU2007117706/15 A RU 2007117706/15A RU 2007117706 A RU2007117706 A RU 2007117706A RU 2389535 C2 RU2389535 C2 RU 2389535C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalytic agent
catalytic
cerium
amount
diesel soot
Prior art date
Application number
RU2007117706/15A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2007117706A (ru
Inventor
Фухе МАО (US)
Фухе МАО
Чэнг Г. ЛИ (US)
Чэнг Г. ЛИ
Робин ЗИЕБАРТ (US)
Робин ЗИЕБАРТ
Original Assignee
Дау Глобал Текнолоджиз Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дау Глобал Текнолоджиз Инк. filed Critical Дау Глобал Текнолоджиз Инк.
Publication of RU2007117706A publication Critical patent/RU2007117706A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2389535C2 publication Critical patent/RU2389535C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B01J23/58—Platinum group metals with alkali- or alkaline earth metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B01J23/63—Platinum group metals with rare earths or actinides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

Изобретение предназначено для каталитического фильтрования сажи. Каталитический фильтр для дизельной сажи содержит пористый элемент фильтра с покрытием из каталитического агента, так что дизельная сажа из выхлопного газа дизельного двигателя осаждается в контакте с каталитическим агентом, когда выхлопной газ из дизельного двигателя проходит через пористый элемент фильтра, где усовершенствование включает в себя: каталитический агент, содержащий щелочной металл, церий и кислород, молярное отношение щелочного металла к церию для каталитического агента составляет от 0,5 до 5. Способ понижения температуры воспламенения или температуры окисления дизельной сажи, отфильтрованной от выхлопного газа дизельного двигателя, включает в себя стадию приведения в контакт выхлопного газа с каталитическим агентом. Катализатор содержит каталитический агент, который содержит щелочной металл, церий и кислород, молярное отношение щелочного металла к церию для каталитического агента составляет от 0,5 до 5. Технический результат: снижение температуры воспламенения или температуры окисления дизельной сажи. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

Description

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к каталитическому фильтру для дизельной сажи и способу снижения температуры воспламенения или температуры окисления дизельной сажи, отфильтрованной из выхлопного газа дизельных двигателей, с помощью фильтра для дизельной сажи.
Дизельные двигатели выбрасывают частицы сажи, упоминаемые здесь как "дизельная сажа". Разработаны фильтры для дизельной сажи; смотри, например, патент Соединенных Штатов №5098455, Doty, Moyer, and Hughes, для отфильтровывания дизельной сажи из выхлопного газа дизельного двигателя. Множество известных из литературы фильтров для дизельной сажи используют ячеистый элемент фильтра, заключенный в оболочку из листового металла. Сотовый элемент фильтра имеет входной конец и выходной конец, и множество ячеек, простирающихся от входного конца к выходному концу, ячейки имеют пористые стенки. Некоторая часть от общего количества ячеек перекрывается на входном конце, а остальные ячейки перекрываются на выходном конце в виде заданной пространственной структуры, так что выхлоп дизельного двигателя протекает через пористые стенки элемента фильтра, так что дизельная сажа отфильтровывается из выхлопа на пористых стенках элемента фильтра и внутри них. Как обсуждается в патенте Соединенных Штатов №4515758, Domesle et al., температура выхлопного газа дизельного двигателя при нормальных рабочих условиях является недостаточной для выжигания аккумулируемой сажи. По этой причине обратное давление выхлопного газа на фильтре увеличивается со временем до неприемлемых уровней.
Одно из решений проблемы аккумуляции сажи в фильтре для дизельной сажи заключается в периодическом увеличении температуры выхлопного газа, например посредством электрического нагрева выхлопного газа или посредством сжигания вспомогательного топлива в выхлопном газе, для воспламенения и выжигания аккумулирующейся сажи из фильтра. Однако нагрев выхлопного газа для решения проблемы аккумулирования сажи в фильтре увеличивает потребление топлива дизельным двигателем.
Более эффективное решение проблемы аккумулирования сажи в фильтре заключается в нанесении на фильтр покрытия из каталитического агента, который понижает температуру воспламенения или окисления аккумулирующейся сажи. Например, указанный выше патент 4515758 покрывает фильтр для дизельной сажи катализатором, выбранным из оксида лития, хлорида меди, сочетаний оксид ванадия/ оксид щелочного металла, ванадата щелочного металла или церия, или перрената серебра или щелочного металла, предпочтительно натрия или серебра, или смесей этих веществ, для уменьшения температуры воспламенения или температуры окисления аккумулирующейся сажи. Патент Соединенных Штатов №6248689, Manson, описывает каталитический агент, содержащий металлы платиновой группы (PGM), который понижает температуру воспламенения или температуру окисления в достаточной степени, с тем чтобы каталитический фильтр для дизельной сажи самостоятельно регенерировался при наиболее высоких температурах выхлопного газа дизельного двигателя.
Несмотря на последние достижения, осуществленные при разработке каталитического фильтра для дизельной сажи с целью уменьшения температуры воспламенения или температуры окисления сажи, захваченной в нем, было бы дополнительным достижением в данной области, если бы были обнаружены каталитические фильтры для дизельной сажи, которые используют менее дорогостоящий катализатор.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение представляет собой решение, по меньшей мере, частичное, для указанных выше проблем, известных из литературы, каталитических фильтров для дизельной сажи. Более конкретно, настоящее изобретение представляет собой усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи, содержащий пористый элемент фильтра с покрытием из каталитического агента, так что дизельная сажа из выхлопного газа дизельного двигателя осаждается в контакте с каталитическим агентом, когда выхлопной газ из дизельного двигателя проходит через пористый элемент фильтра, и так что температура воспламенения или температура окисления осажденной дизельной сажи понижается (понижается по отношению к температуре воспламенения или температуре окисления для пористого элемента фильтра без покрытия). Усовершенствование включает в себя то, что каталитический агент содержит щелочной металл, предпочтительно калий, плюс церий и кислород. Молярное отношение щелочного металла к церию для каталитического агента равно от 0,5 до 5. Пористый элемент фильтра может представлять собой, например, пористый карбид кремния, кордиерит или, более предпочтительно, игольчатый муллит. Количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, предпочтительно находится в пределах от десяти до шестисот грамм (а более предпочтительно, в пределах от двадцати пяти до ста грамм) каталитического агента на литр пористого элемента фильтра. Если это желательно, каталитический агент может содержать металл группы платины. Каталитический агент может быть получен посредством выпаривания воды из водного раствора ионов калия и церия, с получением твердого остатка, который затем кальцинируют, для преобразования калия и церия в композицию, предположительно содержащую оксиды калия и церия. Количество калия в каталитическом агенте предпочтительно находится в пределах от десяти до двадцати пяти массовых процентов, а количество церия предпочтительно находится в пределах примерно от тридцати примерно до семидесяти массовых процентов.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой способ уменьшения температуры воспламенения или температуры окисления дизельной сажи, отфильтрованной из выхлопного газа дизельного двигателя. Способ включает в себя стадию приведения в контакт выхлопного газа с каталитическим агентом, содержащим щелочной металл, церий и кислород, молярное отношение щелочного металла к церию для каталитического агента находится в пределах от 0,5 до 5. Предпочтительно каталитический агент наносится в виде покрытия на пористый элемент фильтра, такой как пористый карбид кремния, кордиерит или, более предпочтительно, игольчатый муллит. Количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, предпочтительно находится в пределах от десяти до шестисот грамм (а более предпочтительно, в пределах от двадцати пяти до ста грамм) каталитического агента на литр пористого элемента фильтра. Если это желательно, каталитический агент может содержать металл группы платины. Каталитический агент может быть получен посредством выпаривания воды из водного раствора ионов калия и церия, с получением твердого остатка, который затем прокаливают. Количество калия в каталитическом агенте предпочтительно находится в пределах от десяти до двадцати пяти массовых процентов, а количество церия предпочтительно находится в пределах примерно от тридцати примерно до семидесяти массовых процентов.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает пористый элемент фильтра из игольчатого муллита, который погружен в водный раствор, содержащий ионы калия и церия, для получения смоченного элемента фильтра;
фиг.2 показывает смоченный элемент фильтра на фиг.1, который помещают в печь при 120°С для получения высушенного элемента фильтра;
фиг.3 показывает высушенный фильтр элемента на фиг.2, который помещают в печь при 650°С, для получения прокаленного элемента фильтра;
фиг.4 показывает прокаленный элемент фильтра на фиг.3, установленный в оболочке из листового металла, имеющей вход и выход, так что выхлопной газ из дизельного двигателя, направляемый на вход оболочки, проходит через элемент фильтра, а затем выходит из выхода оболочки; и
фиг.5 показывает график термогравиметрического анализа смеси углеродной сажи и каталитического агента по настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Обратимся теперь к фиг.1, здесь показан пористый элемент фильтра 10 из игольчатого муллита общим объемом 2,5 литра, который погружен в водный раствор 11, содержащий калий и церий, для получения смоченного элемента фильтра. Элемент фильтра 10 изготавливают в соответствии с концепцией патента Соединенных Штатов №5098455 и с публикацией PCT заявки на Международный патент WO 03/082773 A1, полностью включаемых сюда посредством ссылок. Водный раствор 11 приготавливают посредством растворения 60 грамм карбоната калия в полулитре одномолярного раствора нитрата церия (IV) (Alfa Aesar). Элемент фильтра из игольчатого муллита впитывает водный раствор в свои пористые стенки посредством капиллярного притяжения. Необходимо понять, что хотя предпочтительный щелочной металл в каталитическом агенте по настоящему изобретению представляет собой калий, может использоваться любой щелочной металл (за исключением франция).
Обратимся теперь к фиг.2, здесь показан смоченный элемент фильтра на фиг.1, помещенный в печь 13 при 120°С для выпаривания воды из элемента фильтра, с получением высушенного элемента фильтра 12. Необходимо понять, что конкретная используемая температура сушки не является критичной для настоящего изобретения.
Обратимся теперь к фиг.3, здесь показан высушенный элемент фильтра на фиг.2, помещенный в печь 14, нагретую до 650°C (от комнатной температуры, со скоростью пять градусов Цельсия в минуту), для получения кальцинированного элемента фильтра 15. Необходимо понять, что конкретная температура прокаливания, используемая в настоящем изобретении, не является критичной, и что, например, и без ограничения, температура прокаливания может находиться в пределах от 200 до 1000°C.
Прокаленный элемент фильтра имеет стенки из игольчатого муллита с покрытием из каталитического агента, содержащего калий, церий и кислород. Содержание калия для каталитического агента составляет примерно 27 массовых процентов. Содержание церия для каталитического агента составляет примерно 56 массовых процентов. Содержание кислорода для каталитического агента составляет примерно 17 массовых процентов. Кальцинированный элемент фильтра содержит примерно 125 грамм каталитического агента.
Конкретная природа каталитического агента не является известной и не должна быть известна для осуществления и использования настоящего изобретения. Каталитический агент, как предполагается, содержит фазу оксида церия и фазу, содержащую оксид щелочного металла/ церия.
Обратимся теперь к фиг.4, где показан прокаленный элемент фильтра 15 на фиг.3, установленный в оболочке из листового металла 16, с получением усовершенствованного фильтра для дизельной сажи по настоящему изобретению, имеющего вход 17 для выхлопного газа и выход 18 для выхлопного газа, так что выхлопной газ дизельного двигателя, направляемый на вход оболочки, проходит через пористые стенки элемента фильтра, а затем выходит из выхода оболочки.
Удобное средство оценки каталитического агента по настоящему изобретению представляет собой термогравиметрический анализ (TGA). Каталитический агент по настоящему изобретению может быть получен посредством сплавления вместе нитрата щелочного металла и нитрата гексагидрата церия, с последующим прокаливанием при 850°C в течение двенадцати часов. Образцы TGA могут быть получены, например, посредством смешивания 125 миллиграммов порошкообразного катализатора с 10 миллиграммами углеродной сажи (такой как углеродная сажа Regal 330R от Cabot Corp.) в механическом миксере. Термогравиметрический анализ смеси может осуществляться на воздухе посредством нагрева образца на десять градусов Цельсия в минуту до 650°C после десяти минут выдерживания при 150°C.
Обратимся теперь к фиг.5, здесь показан термогравиметрический анализ для такой смеси, где щелочной металл представляет собой калий и процент калия составляет 10 процентов от оксида калия/ церия каталитического агента. Прерывистая кривая на фиг.5 показывает потерю массы смеси в зависимости от температуры. Сплошная кривая на фиг.5 показывает первую производную от кривой потери массы. Начальная температура представляет собой точку A кривой производной на фиг.5 и определяется как температура, при которой кривая производной имеет значение 0,02 процента на градус Цельсия, температура максимальной скорости (точка перегиба) представляет собой точку B кривой производной на фиг.5 и определяется как максимум кривой производной. Конечная температура представляет собой точку C кривой потерь массы на фиг.5 и определяется как температура, при которой осуществляются 95-процентные потери массы, от максимума, в пределах между 300°C и 600°C.
Следующая далее таблица перечисляет такие данные для ряда различных композиций каталитических агентов по настоящему изобретению и сравнительных композиций каталитических агентов. Данные для максимальной скорости в следующей далее таблице представляют собой скорость потери массы при скорости максимальной температуры в терминах массового процента потерь на градус Цельсия.
  Щелочной метал Композиция, молярное отношение щелочной металл/ Се Температура максимальной скорости (точка перегиба) Начальная температура Конечная температура Максимальная скорость
Сравнительный пример A K 0,05 456 379 535 0,09
Сравнительный пример B K 0,10 435 361 486 0,11
Сравнительный пример С K 0,25 435 362 468 0,14
Пример A K 0,5 433 363 455 0,21
Пример B K 1,0 433 363 484 0,15
Пример C Na 1,0 444 388 463 0,20
Пример D Li 1,0 484 436 --- 0,11
Пример E Cs 1,0 380 348 425 0,15
Игольчатый муллит представляет собой предпочтительный материал для пористого элемента фильтра благодаря его высокой пористости и износостойкости. Однако необходимо понимать, что любой пригодный для использования пористый элемент фильтра может использоваться в настоящем изобретении, включая, например, валяные металлические волокна, такие как валяные никелевые волокна, а также пористые керамические материалы, такие как пористый карбид кремния, пористый кордиерит, материал на основе титаната алюминия из публикации PCT заявки на Международный патент WO 2004/011386 A1, материал на основе титаната алюминия публикации PCT заявки на Международный патент WO 2004/011124 A1, материал на основе стронциевого полевого шпата титаната алюминия публикации PCT заявки на Международный патент WO 03/078352 A1, а также композитный кордиеритный материал публикации PCT заявки на Международный патент WO 03/051488 A1.
Количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, предпочтительно находится в пределах от десяти до шестисот грамм каталитического агента на литр пористого элемента фильтра. Термин "на литр пористого элемента фильтра" обозначает общий объем элемента фильтра, а не объем стенок элемента фильтра. Когда количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, больше, примерно, чем шестьсот грамм каталитического агента на литр пористого элемента фильтра, тогда пористость пористого элемента фильтра обычно уменьшается до значения, которое является неприемлемым. Когда количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, меньше, примерно, чем десять грамм каталитического агента на литр пористого элемента фильтра, тогда температура воспламенения или температура окисления обычно не понижается до значения, которое является приемлемым, и/или же общий срок работы системы может быть относительно коротким. Необходимо понять, что термин "температура воспламенения" и термин "температура окисления" используются здесь взаимозаменяемо.
Количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, более предпочтительно, находится в пределах от двадцати пяти до ста грамм каталитического агента на литр элемента пористого фильтра. Предпочтительно каталитический агент наносится на пористый элемент фильтра в виде однородного покрытия. Однородность означает здесь, что покрытие из катализатора на наружной части пористого элемента фильтра с покрытием имеет количество катализатора, которое находится в пределах примерно 30% от количества катализатора вблизи центра указанного элемента фильтра. Предпочтительно, чтобы покрытие из катализатора на наружной части элемента фильтра находилось в пределах 20%, более предпочтительно, в пределах 15%, и наиболее предпочтительно, в пределах 10% от катализатора вблизи центра элемента фильтра. Кроме того, является предпочтительным, чтобы толщина покрытия была меньше, чем средний наименьший размер зерен или волокон пористого элемента фильтра.
Относительное количество щелочного металла, церия и кислорода, используемое в каталитическом агенте по настоящему изобретению, является важным. Молярное отношение щелочного металла к церию для каталитического агента должно находиться в пределах от 0,5 до 5. Более предпочтительно, щелочной металл представляет собой калий, и количество калия в каталитическом агенте находится в пределах от десяти примерно до двадцати пяти массовых процентов от каталитического агента, а количество церия в каталитическом агенте находится в пределах примерно от семидесяти примерно до тридцати массовых процентов от каталитического агента. Однако количество церия может находиться в пределах примерно от восьми примерно до семидесяти массовых процентов от каталитического агента. Наиболее предпочтительно, каталитический агент содержит более чем семьдесят массовых процентов калия и церия. Однако необходимо понять, что каталитический агент может содержать другие элементы, такие как магний, цирконий, редкоземельные элементы, иные, чем церий или металл (металлы) группы платины.
Добавление металла (металлов) группы платины к каталитическому агенту по настоящему изобретению будет, среди прочего, уменьшать уровень моноокиси углерода и углеводородов, выбрасываемых из фильтра для дизельной сажи по настоящему изобретению. Металл группы платины может добавляться к каталитическому агенту по настоящему изобретению, например, посредством добавления металла в виде нитратной соли к водному раствору калия и церия при указанной выше процедуре. Хотя количество металла (металлов) группы платины, добавляемого таким образом, может находиться в пределах, например, от одного до двадцати массовых процентов от каталитического агента, предпочтительно количество металла (металлов) группы платины, добавляемого таким образом, находится в пределах от одного до двух процентов от каталитического агента, из-за дополнительной стоимости добавления металла (металлов) группы платины к каталитическому агенту.
Необходимо понять, что когда платина (или другой металл платиновой группы, такой как палладий, родий, иридий, рутений или осмий) используется в настоящем изобретении, платина может наноситься промывкой в виде покрытия только на выходные каналы фильтра для дизельной сажи, или что платина может осаждаться только на выходную конечную часть фильтра для дизельной сажи. В дополнение к металлу группы платины или вместо него в настоящем изобретении может использоваться серебро или золото.
Пример 1
Фильтр для дизельной сажи, описанный выше в связи с фиг.1-4, устанавливается в выхлопную систему системы четырехцилиндрового дизельного двигателя с рабочим объемом 1,9 литра. Сажа осаждается на фильтре при работе дизельного двигателя при 20 процентах от максимальной нагрузки, 2500 об/мин, и при постоянной скорости EGR (рециркуляции отработанных газов). Температура выхлопа на входе фильтра меньше, чем 250°C. Эффективность отфильтровывания сажи больше, чем 95 процентов.
Активность катализатора оценивается посредством определения температуры на входе фильтра, необходимой для достижения непрерывной регенерации. Непрерывная регенерация достигается посредством увеличения температуры выхлопа до температуры, при которой обратное давление на фильтре остается постоянным для данного двигателя при указанных заданных условиях (2500 об/мин, момент 34 фунт · фут), при нагрузке сажи на фильтре в пределах между 2 и 4 г/л. Во время определения температуры непрерывной регенерации (CRT) последовательный электрический нагреватель для газов устанавливается в выхлопной трубе перед фильтром. Электрический нагреватель используют для увеличения температуры выхлопа без изменения композиции выхлопа или рабочих условий двигателя. Температура выхлопа увеличивается от 250°С постадийно по 50°С до тех пор, пока не будет наблюдаться уменьшение перепада давления на фильтре. Температура непрерывной регенерации равна 400°С.
Сравнительный пример 1
Для сравнения, затем известный из литературы фильтр для дизельной сажи соединяется с описанной выше системой дизельного двигателя Примера 1. Элемент фильтра известного из литературы фильтра для дизельной сажи такой же, как и описанный выше элемент фильтра для фильтра для дизельной сажи по настоящему изобретению, но известный из литературы элемент фильтра не имеет покрытия из каталитического агента. Температура непрерывной регенерации равна 500°С. Электрическая энергия (или количество вспомогательного топлива), необходимое для нагрева выхлопного газа до температуры 400°С, в Примере 1, меньше, чем электрическая энергия (или количество вспомогательного топлива), необходимая для нагрева выхлопного газа до 500°С, для настоящего Сравнительного примера 1. По этой причине использование фильтра для дизельной сажи по настоящему изобретению приводит к более эффективной работе дизельного двигателя.
Пример 2
Фильтр для дизельной сажи Примера 1 опять устанавливается на описанную выше систему дизельного двигателя. Дизельный двигатель работает с электрическим нагревателем выхлопного газа, который выключен до тех пор, пока фильтр для дизельной сажи не соберет примерно шестнадцать грамм дизельной сажи. Эффективность сбора сажи составляет примерно 98 процентов. Во время сбора шестнадцати граммов сажи, обратное давление увеличивается примерно от 12 примерно до 24 дюймов водяного столба. Затем температура выхлопного газа дизельного двигателя увеличивается с использованием электрического нагревателя выхлопного газа до температуры 500°C в течение десяти минут. Обратное давление уменьшается примерно до 12 дюймов водяного столба, поскольку сажа окисляется в фильтре со скоростью, более высокой, чем сажа аккумулируется в фильтре, когда выхлопной газ, поступающий в фильтр, нагревается до температуры 500°C в течение десяти минут. После того как электрический нагреватель выхлопного газа выключается, обратное давление опять увеличивается примерно от 12 примерно до 24 дюймов водяного столба. Электрический нагреватель выхлопного газа опять включается для нагрева выхлопного газа до температуры 500°C в течение десяти минут, для воспламенения сажи в фильтре.
Количество электрической энергии (или количество вспомогательного топлива), необходимое для периодического нагрева выхлопного газа до температуры 500°C в течение десяти минут, меньше, чем количество электрической энергии (или количество вспомогательного топлива), необходимое для непрерывного нагрева выхлопного газа до температуры 400°C в Примере 1. Таким образом, периодический режим работы при нагреве выхлопного газа является предпочтительным в настоящем изобретении.
Пример 3
Процедуру Примера 1 повторяют, но с элементом фильтра с нанесенным покрытием, с такой же массой и композицией каталитического агента, но содержащего примерно один процент массовый платины. "Температура непрерывной регенерации" системы такая же, как для системы Примера 1.
Выводы
В итоге, хотя настоящее изобретение описывается выше в связи с его предпочтительными вариантами осуществления, необходимо понять, что настоящее изобретение не ограничивается этим, но, как предполагается, покрывает все альтернативы, модификации и эквиваленты, которые включаются в рамки настоящего изобретения, как определяется следующей далее формулой изобретения.

Claims (25)

1. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи, содержащий пористый элемент фильтра с покрытием из каталитического агента, так что дизельная сажа из выхлопного газа дизельного двигателя осаждается в контакте с каталитическим агентом, когда выхлопной газ из дизельного двигателя проходит через пористый элемент фильтра, где усовершенствование включает в себя каталитический агент, содержащий щелочной металл, церий и кислород, молярное отношение щелочного металла к церию для каталитического агента составляет от 0,5 до 5.
2. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.1, в котором количество церия для каталитического агента больше, примерно, чем 8 мас.% от каталитического агента, количество кислорода для каталитического агента составляет больше, примерно, чем 5 мас.% от каталитического агента.
3. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.1, в котором пористый элемент фильтра содержит керамический материал, выбранный из группы, состоящей из карбида кремния, кордиерита и муллита.
4. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.1, в котором пористый элемент фильтра содержит игольчатый муллит и в котором количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, находится в пределах от 10 до 600 г каталитического агента на литр пористого элемента фильтра.
5. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.1, в котором каталитический агент дополнительно содержит металл, выбранный из группы, состоящей из металла платиновой группы, серебра или золота.
6. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.4, в котором каталитический агент дополнительно содержит металл, выбранный из группы, состоящей из металла платиновой группы, серебра или золота.
7. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.1, в котором каталитический агент получают посредством выпаривания воды из водного раствора калия и церия с получением твердого остатка, который затем прокаливают.
8. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.4, в котором каталитический агент получают посредством выпаривания воды из водного раствора калия и церия с получением твердого остатка, который затем прокаливают.
9. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.1, в котором щелочной металл включает в себя калий, и количество калия для каталитического агента находится в пределах от 10 примерно до 25 мас.%, и количество церия находится в пределах примерно от 30 примерно до 70 мас.%.
10. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.4, в котором щелочной металл включает в себя калий, и количество калия для каталитического агента находится в пределах от 10 примерно до 25 мас.%, и количество церия находится в пределах примерно от 30 примерно до 70 мас.%.
11. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.10, в котором количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, находится в пределах от 25 до 100 г на литр пористого элемента фильтра.
12. Усовершенствованный каталитический фильтр для дизельной сажи по п.1, в котором каталитический агент дополнительно содержит цирконий.
13. Способ понижения температуры воспламенения или температуры окисления дизельной сажи, отфильтрованной от выхлопного газа дизельного двигателя, включающий в себя стадию приведения в контакт выхлопного газа с каталитическим агентом, содержащим щелочной металл, церий и кислород, молярное отношение щелочного металла к церию для каталитического агента составляет от 0,5 до 5.
14. Способ по п.13, в котором количество церия для каталитического агента составляет более, примерно, чем 8 мас.% от каталитического агента, количество кислорода для каталитического агента составляет более примерно чем 5 мас.% от каталитического агента.
15. Способ по п.13, в котором каталитический агент наносится в виде покрытия на пористую керамическую подложку.
16. Способ по п.15, в котором количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористую керамическую подложку, составляет от 10 до 600 г каталитического агента на литр пористой керамической подложки.
17. Способ по п.13, в котором каталитический агент дополнительно содержит металл, выбранный из группы, состоящей из металла платиновой группы, серебра или золота.
18. Способ по п.16, в котором каталитический агент дополнительно содержит металл, выбранный из группы, состоящей из металла платиновой группы, серебра или золота.
19. Способ по п.13, в котором каталитический агент получают посредством выпаривания воды из водного раствора калия и церия с получением твердого остатка, который затем прокаливают.
20. Способ по п.16, в котором каталитический агент получают посредством выпаривания воды из водного раствора калия и церия с получением твердого остатка, который затем прокаливают.
21. Способ по п.13, в котором щелочной металл представляет собой калий и количество калия для каталитического агента находится в пределах от 10 примерно до 25 мас.%, и количество церия составляет примерно от 30 примерно до 70 мас.%
22. Способ по п.16, в котором щелочной металл представляет собой калий, и количество калия для каталитического агента находится в пределах от 10 примерно до 25 мас.%, и количество церия находится в пределах примерно от 30 примерно до 70 мас.%.
23. Способ по п.22, в котором количество каталитического агента, нанесенного в виде покрытия на пористый элемент фильтра, находится в пределах от 25 до 100 г на литр пористого элемента фильтра.
24. Катализатор для дизельной сажи, содержащий каталитический агент, указанный каталитический агент содержит щелочной металл, церий и кислород, молярное отношение щелочного металла к церию для каталитического агента составляет от 0,5 до 5.
25. Катализатор для дизельной сажи по п.24, в котором каталитический агент дополнительно содержит цирконий.
RU2007117706/15A 2004-10-13 2005-10-13 Каталитический фильтр для дизельной сажи и способ его использования RU2389535C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US61825504P 2004-10-13 2004-10-13
US60/618,255 2004-10-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007117706A RU2007117706A (ru) 2008-11-20
RU2389535C2 true RU2389535C2 (ru) 2010-05-20

Family

ID=35686524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007117706/15A RU2389535C2 (ru) 2004-10-13 2005-10-13 Каталитический фильтр для дизельной сажи и способ его использования

Country Status (13)

Country Link
US (1) US7713909B2 (ru)
EP (1) EP1817096B1 (ru)
JP (1) JP5221138B2 (ru)
KR (1) KR20070073776A (ru)
CN (1) CN101039736A (ru)
AT (1) ATE493191T1 (ru)
BR (1) BRPI0516278A (ru)
CA (1) CA2581306A1 (ru)
DE (1) DE602005025681D1 (ru)
PL (1) PL1817096T3 (ru)
RU (1) RU2389535C2 (ru)
WO (2) WO2006044268A1 (ru)
ZA (1) ZA200702644B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647848C2 (ru) * 2012-06-01 2018-03-21 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Фильтр с пористыми стенками для селективного каталитического восстановления, содержащий ванадат

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8356475B2 (en) 2007-02-01 2013-01-22 University Of Notre Dame Du Lac Catalysts with slow, passive release of alkali ions
DE102007034633A1 (de) † 2007-04-05 2009-01-29 Nano-X Gmbh Beschichtungsmaterial mit einer katalytischen Aktivität und Verwendung des Beschichtungsmaterials
PL2626132T3 (pl) 2010-10-04 2016-12-30 Filtr oczyszczający gazy wydechowe oraz sposób jego wytwarzania
US8980187B2 (en) 2011-11-29 2015-03-17 Deere & Company Diesel particulate filters having a washcoat that improves filter performance
US9592490B2 (en) 2011-11-30 2017-03-14 University Of Notre Dame Du Lac Glass catalysts for soot combustion and methods of manufacturing the same
CN103638928B (zh) * 2013-12-23 2015-12-02 厦门大学 一种柴油机尾气碳颗粒物燃烧催化剂及制备方法
WO2016016127A1 (en) 2014-07-29 2016-02-04 Treibacher Industrie Ag Noble metal-free catalyst compositions
WO2017011786A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-19 University Of Notre Dame Du Lac Glass catalyst compositions for improved hydrothermal durability
JP6443501B1 (ja) * 2017-06-23 2018-12-26 マツダ株式会社 排気ガス浄化システム
WO2024003254A1 (en) 2022-06-30 2024-01-04 Umicore Specialty Materials Brugge Fuel borne catalyst composition for oxidative soot removal

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3232729A1 (de) * 1982-09-03 1984-03-08 Degussa Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur herabsetzung der zuendtemperatur von aus dem abgas von dieselmotoren herausgefiltertem dieselruss
US4476246A (en) * 1983-01-26 1984-10-09 W. R. Grace & Co. Doubly promoted platinum group metal catalysts for emission control
JPH067920B2 (ja) * 1987-03-31 1994-02-02 株式会社リケン 排ガス浄化材及び排ガス浄化方法
US5075274A (en) * 1989-03-15 1991-12-24 Kabushiki Kaisha Riken Exhaust gas cleaner
GB8913978D0 (en) * 1989-06-17 1989-08-09 Atomic Energy Authority Uk Catalytic treatment
US5141714A (en) * 1989-08-01 1992-08-25 Kabushiki Kaisha Riken Exhaust gas cleaner
GB2248560B (en) * 1990-10-08 1994-11-09 Riken Kk Exhaust gas cleaner and method of cleaning exhaust gas
US5098455A (en) * 1990-12-21 1992-03-24 The Dow Chemical Company Regenerable exhaust gas filter element for diesel engines
GB2256375B (en) * 1991-05-31 1995-06-07 Riken Kk Exhaust gas cleaner and method of cleaning exhaust gas
JPH04354518A (ja) * 1991-05-31 1992-12-08 Riken Corp 排ガス浄化材及び排ガス浄化方法
US5656531A (en) * 1993-12-10 1997-08-12 Micron Technology, Inc. Method to form hemi-spherical grain (HSG) silicon from amorphous silicon
DE69423857T2 (de) * 1993-12-17 2000-11-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgas
US5869389A (en) * 1996-01-18 1999-02-09 Micron Technology, Inc. Semiconductor processing method of providing a doped polysilicon layer
US6042654A (en) * 1998-01-13 2000-03-28 Applied Materials, Inc. Method of cleaning CVD cold-wall chamber and exhaust lines
US6013599A (en) * 1998-07-15 2000-01-11 Redem Corporation Self-regenerating diesel exhaust particulate filter and material
DE19840238C1 (de) * 1998-09-03 2000-03-16 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer dotierten Siliziumschicht und mikroelektronische Struktur mit einem leitfähigen Element aus dotiertem Silizium
JP4012320B2 (ja) * 1998-10-15 2007-11-21 株式会社アイシーティー 希薄燃焼エンジン用排気ガス浄化用触媒
DE60037357T2 (de) * 1999-03-18 2008-12-04 Kaneka Corp. Härtbare Zusammensetzung
US6197669B1 (en) * 1999-04-15 2001-03-06 Taiwan Semicondcutor Manufacturing Company Reduction of surface defects on amorphous silicon grown by a low-temperature, high pressure LPCVD process
CN1223398C (zh) * 1999-12-23 2005-10-19 陶氏环球技术公司 催化装置
US20040224504A1 (en) * 2000-06-23 2004-11-11 Gadgil Prasad N. Apparatus and method for plasma enhanced monolayer processing
DE10054877A1 (de) * 2000-11-06 2002-05-29 Omg Ag & Co Kg Abgasreinigungsanlage für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden unter mageren Abgasbedingungen und Verfahren zur Abgasreinigung
US7026219B2 (en) * 2001-02-12 2006-04-11 Asm America, Inc. Integration of high k gate dielectric
EP1421607A2 (en) * 2001-02-12 2004-05-26 ASM America, Inc. Improved process for deposition of semiconductor films
EP1403231B1 (en) * 2001-05-31 2012-11-21 Ibiden Co., Ltd. Method of producing a porous ceramic sintered body
JP4439910B2 (ja) * 2001-08-01 2010-03-24 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー 粒子状物質を燃焼させるための排気機構を備えたガソリンエンジン
US6736875B2 (en) 2001-12-13 2004-05-18 Corning Incorporated Composite cordierite filters
DE10211312A1 (de) * 2002-03-14 2003-10-02 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren und Vorrichtung zur epitaktischen Beschichtung einer Halbleiterscheibe sowie epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe
US6620751B1 (en) 2002-03-14 2003-09-16 Corning Incorporated Strontium feldspar aluminum titanate for high temperature applications
ZA200407366B (en) * 2002-03-25 2006-02-22 Dow Global Technologies Inc Mullite bodies and methods of forming mullite bodies.
EP1356864A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-29 Ford Global Technologies, Inc., A subsidiary of Ford Motor Company Platinum-group-metal free catalytic washcoats for particulate exhaust gas filter applications
US6849181B2 (en) 2002-07-31 2005-02-01 Corning Incorporated Mullite-aluminum titanate diesel exhaust filter
WO2004011386A1 (en) 2002-07-31 2004-02-05 Corning Incorporated Aluminum titanate-based ceramic article
US7186630B2 (en) * 2002-08-14 2007-03-06 Asm America, Inc. Deposition of amorphous silicon-containing films
TWI270986B (en) * 2003-07-29 2007-01-11 Ind Tech Res Inst Strained SiC MOSFET
US7208427B2 (en) * 2003-08-18 2007-04-24 Advanced Technology Materials, Inc. Precursor compositions and processes for MOCVD of barrier materials in semiconductor manufacturing
JP4324018B2 (ja) * 2004-06-02 2009-09-02 田中貴金属工業株式会社 ディーゼル排ガス処理用の燃焼触媒及びディーゼル排ガスの処理方法
US7312128B2 (en) * 2004-12-01 2007-12-25 Applied Materials, Inc. Selective epitaxy process with alternating gas supply
US7560352B2 (en) * 2004-12-01 2009-07-14 Applied Materials, Inc. Selective deposition
US7235492B2 (en) * 2005-01-31 2007-06-26 Applied Materials, Inc. Low temperature etchant for treatment of silicon-containing surfaces
US7687383B2 (en) * 2005-02-04 2010-03-30 Asm America, Inc. Methods of depositing electrically active doped crystalline Si-containing films
US8105908B2 (en) * 2005-06-23 2012-01-31 Applied Materials, Inc. Methods for forming a transistor and modulating channel stress
JP2007188976A (ja) * 2006-01-11 2007-07-26 Shinko Electric Ind Co Ltd 発光装置の製造方法
US20080026149A1 (en) * 2006-05-31 2008-01-31 Asm America, Inc. Methods and systems for selectively depositing si-containing films using chloropolysilanes
US8278176B2 (en) * 2006-06-07 2012-10-02 Asm America, Inc. Selective epitaxial formation of semiconductor films

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647848C2 (ru) * 2012-06-01 2018-03-21 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Фильтр с пористыми стенками для селективного каталитического восстановления, содержащий ванадат

Also Published As

Publication number Publication date
CN101039736A (zh) 2007-09-19
PL1817096T3 (pl) 2011-05-31
BRPI0516278A (pt) 2008-09-02
JP2008515633A (ja) 2008-05-15
ZA200702644B (en) 2008-08-27
DE602005025681D1 (de) 2011-02-10
RU2007117706A (ru) 2008-11-20
EP1817096B1 (en) 2010-12-29
WO2006044822A1 (en) 2006-04-27
EP1817096A1 (en) 2007-08-15
CA2581306A1 (en) 2006-04-27
KR20070073776A (ko) 2007-07-10
WO2006044268A1 (en) 2006-04-27
US20090004078A1 (en) 2009-01-01
ATE493191T1 (de) 2011-01-15
US7713909B2 (en) 2010-05-11
JP5221138B2 (ja) 2013-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2389535C2 (ru) Каталитический фильтр для дизельной сажи и способ его использования
KR100903468B1 (ko) 디젤 배기가스 처리용 연소촉매 및 디젤 배기가스의처리방법
JP4628676B2 (ja) 内燃機関排ガス浄化用触媒、その製法および内燃機関排ガスの浄化方法
KR101172020B1 (ko) 내연기관 배기가스의 정화 방법
EP1967263B1 (en) Catalytic Material And Catalyst For Purifying Exhaust Gas Component
JP4618046B2 (ja) ディーゼルパティキュレートフィルタ
JP5023969B2 (ja) 排ガス成分浄化用触媒材及び同触媒材付パティキュレートフィルタ
JP5023968B2 (ja) 排ガス成分浄化用触媒材及び同触媒材付パティキュレートフィルタ
JP4985299B2 (ja) 排ガス成分浄化用触媒材及び同触媒材付パティキュレートフィルタ
JPH04200637A (ja) ディーゼルエンジン排ガス浄化用触媒
CN102470350A (zh) 微粒燃烧催化剂
JP5070173B2 (ja) 排ガス浄化フィルタ及びその製造方法
EP2177264B1 (en) Exhaust gas purification filter comprising an exhaust gas purification catalyst for cleaning particulate matter and manufacturing method thereof
JP4858394B2 (ja) 排ガス成分浄化用触媒材及び同触媒材付パティキュレートフィルタ
JP3496306B2 (ja) ディーゼルパティキュレート浄化用フィルター及びそれを用いた排ガス浄化装置
JP6627813B2 (ja) 触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法
JP5942550B2 (ja) 粒子状物質燃焼触媒及びその製造方法
JP2577757B2 (ja) ディーゼル排ガス浄化用触媒
JP2009090238A (ja) 排ガス成分浄化用触媒材及び同触媒材付パティキュレートフィルタ
JP3769806B2 (ja) 排気ガス浄化触媒、排気ガス浄化フィルター、及び、排気ガス浄化装置
JP5029273B2 (ja) パティキュレートフィルタ
JP4503314B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JPS61129030A (ja) 微粒子捕集浄化フイルタ
JPH06288224A (ja) 排ガス浄化装置
JP2003290656A (ja) 排ガス処理用触媒および排ガス処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131014