DE102004018648A1 - Integrated catalyst system to remove e.g. nitric oxides from exhaust gases comprises nitric oxide storing component, ammonia-generating component, ammonia-storing component and selective catalytic reduction component on common substrate - Google Patents

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Abstract

Integrated catalyst system for removal of harmful substances containing nitric oxides comprises at least one nitric oxide storing component, at least one in situ ammonia-generating component, which converts nitric oxide to ammonia, at least one ammonia-storing component, and at least one selective catalytic reduction component to decompose nitric oxide by ammonia. At least two of the components are present on a common substrate or on a joined substrate system. An independent claim is included for preparation of the catalyst using washcoat process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes System zur Abgasnachbehandlung, welches vorzugsweise aus zumindest einer NOx-Speicherkomponente, zumindest einer in-situ Ammoniakerzeugungskomponente, zumindest einer Ammoniakspeicherkomponente und zumindest einer Ammoniak(NH3)-SCR-Komponente (nachfolgend auch: SCR-Komponente) besteht, sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung unter Verwendung eines solchen Systems.The present invention relates to an integrated system for exhaust aftertreatment, which preferably comprises at least one NO x storage component, at least one in situ ammonia production component, at least one ammonia storage component and at least one ammonia (NH 3 ) -SCR component (hereinafter also: SCR component). and a process for exhaust aftertreatment using such a system.

Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem (nachfolgend auch als „System" bezeichnet) eignet sich zur Entfernung von Stickoxiden (NOx) aus Abgasen, vorzugsweise von Motor-Abgasen, unter zyklischen Fett/Magerbedingungen.The exhaust aftertreatment system according to the invention (hereinafter also referred to as "system") is suitable for removing nitrogen oxides (NO x ) from exhaust gases, preferably from engine exhaust gases, under cyclic rich / lean conditions.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest die folgenden Teilschritte:
Speicherung von NOx unter mageren Abgasbedingungen in zumindest einer NOx-Speicherkomponente;
in-situ Umsetzung des gespeicherten NOx zu Ammoniak (NH3) unter fetten Abgasbedingungen;
Speicherung des NH3 in zumindest einer NH3-Speicherkomponente unter fetten Abgasbedingungen;
Umsetzung von NH3 mit NOx unter mageren Abgasbedingungen.
In a preferred embodiment, the method according to the invention comprises at least the following partial steps:
Storing NO x under lean exhaust conditions in at least one NO x storage component;
in situ conversion of the stored NO x to ammonia (NH 3 ) under rich exhaust conditions;
Storage of NH 3 in at least one NH 3 storage component under rich exhaust conditions;
Reaction of NH 3 with NO x under lean exhaust conditions.

Dabei werden die Teilschritte "Speicherung von NOx "und" Umsetzung von NH3 mit NOx" bevorzugt zumindest teilweise und/oder zeitweise simultan und/oder parallel durchgeführt.The sub-steps "storage of NO x " and "conversion of NH 3 with NO x " are preferably carried out at least partially and / or temporarily simultaneously and / or in parallel.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine hohe NOx-Konvertierungsrate über einen weiten Temperaturbereich aus.The inventive method is characterized by a high NO x conversion rate over a wide temperature range.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Minderung von NOx-Emissionen aus mager betriebenen Otto- und Dieselmotoren aus Kraftfahrzeugen eingesetzt.The inventive method is preferably used to reduce NO x emissions from lean-burned gasoline and diesel engines from motor vehicles.

NOx-Speicherkatalysatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. NOx-Speicherkatalysatoren werden mit Hilfe der Motorsteuerung im Wechsel fetten und mageren Abgasbedingungen ausgesetzt. NOx Speicherkatalysatoren speichern NOx während des Mager-Betriebes. Die so entstehenden NOx-Adsorbate werden anschließend im Rahmen einer komplizierten und programmaufwendigen Motorsteuerung in kurzen "Anfettungsphasen" (d.h. bei Sauerstoff-Mangel) unter dann reduzierenden Bedingungen katalytisch zu Stickstoff und Sauerstoff zersetzt. Entsprechend werden solche Katalysatoren als "NOx-Speicherkatalysatoren", "NOx-Adsorber" oder auch als "NOx-Speicher-/Reduktionskatalysatoren" bezeichnet.NO x storage catalysts are known from the prior art. NO x storage catalytic converters are greased alternately with the aid of the engine control system and exposed to lean exhaust gas conditions. NO x storage catalysts store NO x during lean operation. The resulting NO x adsorbates are then catalytically decomposed into nitrogen and oxygen in short "enrichment phases" (ie in the case of oxygen deficiency) under reducing conditions under a complicated and program-intensive motor control. Accordingly, such catalysts are referred to as "NO x storage catalysts", "NO x adsorbers" or as "NO x storage / reduction catalysts".

Die Arbeitsweise von NOx-Speicherkatalysatoren ist ausführlich in der SAE-Schrift SAE 950809 beschrieben.The operation of NO x storage catalysts is described in detail in SAE document SAE 950809.

NOx-Speicherkatalysatoren arbeiten, je nach verwendeten NOx-Speichermedium, in bestimmten „Temperaturfenstern", typischerweise zwischen 200 und 500°C. Bei thermischer Alterung der NOx-Katalysatoren verringert sich die Breite des Temperaturfensters. Das limitierte Temperaturfenster ist sowohl für den Einsatz in Dieselmotoren, bei denen eine hohe Tieftemperaturaktivität gewünscht wird, als auch für magere Ottomotoren, die überwiegend eine hohe Hochtemperaturaktivität erfordern, problematisch. Ein weiteres Problem konventioneller NOx-Speicherkatalysatoren liegt darin, dass während der Anfettungsphasen, die zur Reduktion der eingespeicherten Stickoxide notwendig sind, hohe Sekundäremissionen, beispielsweise in Form von NH3 und H2S, auftreten können.NO x storage catalytic converters operate, depending on the used NOx -Speichermedium, in particular "temperature window", typically between 200 and 500 ° C. In case of thermal aging of NO, the width x catalysts decreases the temperature window. The limited temperature window for both the Another problem with conventional NO x storage catalytic converters is that during the richening phases, it is necessary to reduce the nitrogen oxides stored in the diesel engine, where high low-temperature activity is desired, as well as in lean-burn gasoline engines are, high secondary emissions, for example in the form of NH 3 and H 2 S, may occur.

SCR-Verfahren (selective catalytic reduction) zum Abbau von NOx unter Verwendung von NH3 als selektivem Reduktionsmittel sind gleichfalls aus dem Stand der Technik bekannt.Selective catalytic reduction (SCR) processes for reducing NO x using NH 3 as the selective reducing agent are also known in the art.

Das SCR-Verfahren ist eine hocheffizientes Verfahren, um NOx Emissionen zu reduzieren. SCR-Verfahren finden beispielsweise in stationären Verbrennungsanlagen Anwendung. Beim SCR-Verfahren werden Stickoxide mit Hilfe von Ammoniak als selektivem Reduktionsmittel zu N2 umgesetzt. Die Stöchiometrie der SCR-Reaktion, d.h. das Verhältnis von molaren Mengen an NH3 und NOx, die notwendig sind, um einen annähernd vollständigen NOx-Umsatz zu erzielen, hängt unter anderem von den Reaktionstemperaturen und den verwendeten Katalysatoren ab. Allgemein läßt sich feststellen, dass sich die molaren Mengen an Ammoniak in der gleichen Größenordnung liegen müssen wie die der Stickoxide, um hohe Umsätze zu gewährleisten.The SCR process is a highly efficient process to reduce NO x emissions. SCR processes are used, for example, in stationary incinerators. In the SCR process, nitrogen oxides are converted to N 2 with the aid of ammonia as a selective reducing agent. The stoichiometry of the SCR reaction, ie the ratio of molar amounts of NH 3 and NO x necessary to achieve an almost complete NO x conversion, depends inter alia on the reaction temperatures and the catalysts used. In general, it can be stated that the molar amounts of ammonia must be of the same order of magnitude as those of nitrogen oxides in order to ensure high conversions.

In der US 4782 039 und der US 5451 387 werden hohe NOx-Konvertierungen bei molaren NH3/NOx-Raten in Bereichen von 0,75 – 1,25 gefunden. In der Praxis wird die maximal einzustellende molare NH3/NOx-Rate unter anderem durch den mit steigender NH3/NOx-Rate zunehmenden NH3-Durchbruch (sogenannter „Ammoniakschlupf") limitiert.In the US 4782 039 and the US 5451 387 high NO x conversions are found at molar NH 3 / NO x rates in ranges of 0.75 - 1.25. In practice, the maximum NH 3 / NO x rate to be set is limited, inter alia, by the increasing NH 3 breakdown (so-called "ammonia slip") with increasing NH 3 / NO x rate.

Die DE 199 09 933 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage mit interner Ammoniakerzeugung. In einer Ausführungsform der DE 199 09 933 A1 erfolgt die Ammoniakerzeugung mittels getrennt steuerbarer Verbrennungsquellen. Zumindest eine der Verbrennungsquellen erzeugt ein fettes Abgas, das über einen Ammoniakerzeugungskatalysator geleitet wird. Das so erzeugte Ammoniak wird in den NOx enthaltenden Abstrom der mageren Verbrennungsquellen eingeleitet. Mit Hilfe eines Stickoxidreduktionskatalysators werden NOx und NH3 zu N2 umgesetzt.The DE 199 09 933 A1 discloses a method of operating an exhaust gas purification plant with internal ammonia production. In one embodiment of the DE 199 09 933 A1 Ammonia production takes place by means of separately controllable combustion sources. At least one of the combustion sources generates a rich exhaust gas that is passed over an ammonia generation catalyst. The ammonia thus produced is introduced into the NO x -containing effluent of the lean combustion sources. With the help of a nitrogen oxide reduction catalyst NO x and NH 3 are converted to N 2 .

Diese Ausführungsform ist in der praktischen Umsetzung limitiert, da die am Ammoniakerzeugungskatalysator generierte NH3-Menge und die im anderen Abstrom vorliegende NOx-Menge stets in einer bestimmten Stöchiometrie vorliegen muß, da andernfalls entweder NH3 oder NOx in erhöhter Konzentration emittiert würden.This embodiment is limited in practical implementation, since the amount of NH 3 generated at the ammonia generation catalyst and the amount of NO x present in the other effluent must always be in a certain stoichiometry, since otherwise either NH 3 or NO x would be emitted in an increased concentration.

In einer weiteren Ausführungsform der DE 199 09 933 A1 sind ein NOx-Adsorptionskatalysator, ein Ammoniakerzeugungskatalysator und ein Stickoxidreduktionskatalysator in Serie geschaltet. So können die in Magerbetriebsphasen der Verbrennungsquellen vermehrt im Abgas enthaltenden Stickoxide im Stickoxidadsorptionskatalysator zwischengespeichert und in einer jeweils anschließenden Fettbetriebsphase desorbiert und im nachgeschalteten Ammoniakerzeugungskatalysator wenigstens teilweise zur Ammoniakerzeugung genutzt werden. Dadurch, dass die Katalysatoren in Reihe geschaltet sind, ist ein simultanes Spreichern von Stickoxiden unter mageren Abgasbedingungen und ein Umsetzen von Ammoniak mit den Stickoxiden nicht möglich.In a further embodiment of the DE 199 09 933 A1 a NO x adsorption catalyst, an ammonia generating catalyst and a nitrogen oxide reduction catalyst are connected in series. For example, the nitrogen oxides increasingly contained in the exhaust gas during lean operating phases of the combustion sources can be temporarily stored in the nitrogen oxide adsorption catalyst and desorbed in a respective subsequent rich operation phase and used at least in part in the downstream ammonia production catalyst to produce ammonia. The fact that the catalysts are connected in series, a simultaneous enrichment of nitrogen oxides under lean exhaust conditions and a conversion of ammonia with the nitrogen oxides is not possible.

Eine weitere Abgasreinigung dieser Art ist in der WO97/17532 offenbart. In diesem Dokument sind verschiedene Anordnungen von Katalysatoren beschrieben, bei denen jeder Katalysator eine bestimmte Funktion ausübt. In einer der Ausführungsformen sind ein Ammoniakerzeugungskatalysator, ein NOx-Adsorptionskatalysator, ein NH3-Speicherkatalysator und ein weiterer Katalysator in Serie geschaltet. Eine solche Anordnung ist gut geeignet, Sekundäremissionen in Form von NH3 zu unterdrücken. Zudem kann NOx, welches nicht mehr vom NOx-Adsorptionskatalysator gespeichert wird, im nachgeschalteten Ammoniakadsorptionskatalysator unter Desorption von Ammoniak reduziert werden. Somit laufen zwei unterschiedliche Prozesse zur NOx-Minderung sequentiell zueinander ab: Zunächst wird das NOx am Speicherkatalysator gespeichert; ist dieser gefüllt kann durchbrechendes NOx mit dem NH3 zu N2 abgebaut werden. Mit dem dargelegten System können NOx und NH3 Durchbrüche sowohl bei magerer als auch bei fetter Betriebsweise vermindert werden. Ein simultanes Speichern und Reduzieren von Stickoxiden ist hier allerdings nicht möglich.Another exhaust gas purification of this type is disclosed in WO97 / 17532. This document describes various arrangements of catalysts in which each catalyst performs a particular function. In one of the embodiments, an ammonia generating catalyst, an NO x adsorption catalyst, a NH 3 storage catalyst and another catalyst are connected in series. Such an arrangement is well suited to suppress secondary emissions in the form of NH 3 . In addition, NO x , which is no longer stored by the NO x adsorption catalyst can be reduced in the downstream Ammoniakadsorptionskatalysator under desorption of ammonia. Thus, two different processes for NO x reduction occur sequentially to each other: First, the NO x is stored at the storage catalyst; if this is filled, breakthrough NO x can be broken down with the NH 3 to N 2 . With the system set out NO x and NH 3 can breakthroughs are both lean and during rich operation decreased. A simultaneous storage and reduction of nitrogen oxides is not possible here.

In der US 2002/0116920 A1 wird ein Abgasnachbehandlungsverfahren beschrieben, in dem ein NH3-Erzeugungskatalysator, ein Oxidationskatalysator und ein SCR-Katalysator sequentiell verbaut sind. Bei fetter Betriebsweise wird durch den NH3-Erzeugungskatalysator NH3 erzeugt. Diese wird auf dem SCR-Katalysator gespeichert. Bei magerer Betriebsweise setzt der SCR-Katalysator das zuvor gespeicherte NH3 mit dem aus dem Motor emittierten NOx zu N2 um. Der Oxidationskatalysator erhöht durch Oxidation des NO zu NO2 die Effizienz des SCR-Katalysators.US 2002/0116920 A1 describes an exhaust aftertreatment process in which an NH 3 generation catalyst, an oxidation catalyst and an SCR catalyst are installed sequentially. In rich operation, NH 3 is generated by the NH 3 generation catalyst. This is stored on the SCR catalyst. In lean operation, the SCR catalyst converts the previously stored NH 3 with the NO x emitted from the engine to N 2 . The oxidation catalyst increases the efficiency of the SCR catalyst by oxidation of the NO to NO 2 .

Das in der US 2002/0116920 A1 beschriebene Verfahren weist den Nachteil auf, dass die zur effizienten Umsetzung von NOx mittels der SCR-Reaktion notwendige Stöchiometrie zwischen NOx und NH3 im Realbetrieb nur unter technisch ho hem Aufwand und bei erheblichem Kraftstoffmehrverbrauch eingehalten werden kann. So müßte im Fettbetrieb annähernd die gleiche molare Menge an NH3 gebildet werden wie im nachfolgenden Magerbetrieb emittiert wird. Dies bedeutet aber, dass relativ lange Fettphasen realisiert werden müßten, was zwangsläufig zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch und erhöhten CO und HC-Emissionen führt.The method described in US 2002/0116920 A1 has the disadvantage that the stoichiometry between NO x and NH 3 necessary for the efficient conversion of NO x by means of the SCR reaction is maintained only under technically high costs and with considerable additional fuel consumption in real operation can. In the case of rich operation, approximately the same molar amount of NH 3 would have to be formed as is emitted in the subsequent lean operation. However, this means that relatively long fat phases would have to be realized, which inevitably leads to increased fuel consumption and increased CO and HC emissions.

Die erfindungsgemäße Aufgabe bestand darin, ein Abgasnachbehandlungsverfahren zur Entfernung von NOx aus Abgasen von im zyklischen Fett-/Mager-Betrieb arbeitenden Mager-Motoren zu entwickeln, dessen Effizienz zur NOx-Entfernung und zur Reduktion der Sekundäremissionen höher ist als die von den Katalysatoren aus dem Stand der Technik.The object of the invention was to develop an exhaust aftertreatment method for removing NO x from exhaust gases of lean-burn / lean-burn engines whose NO x removal efficiency and secondary emission reduction efficiency is higher than that of the catalysts from the prior art.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, welches in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest die folgenden Teilschritte umfaßt:
Speicherung von NOx unter mageren Abgasbedingungen in zumindest einer NOx-Speicherkomponente;
in-situ Umsetzung des gespeicherten NOx zu Ammoniak (NH3) unter fetten Abgasbedingungen;
Speicherung des NH3 in zumindest einer NH3-Speicherkomponente unter fetten Abgasbedingungen;
Umsetzung von NH3 mit NOx unter mageren Abgasbedingungen.
The object of the invention is achieved by a method which in a preferred at least the following sub-steps:
Storing NO x under lean exhaust conditions in at least one NO x storage component;
in situ conversion of the stored NO x to ammonia (NH 3 ) under rich exhaust conditions;
Storage of NH 3 in at least one NH 3 storage component under rich exhaust conditions;
Reaction of NH 3 with NO x under lean exhaust conditions.

Dabei werden die Teilschritte "Speicherung von NOx "und" Umsetzung von NH3 mit NOx" bevorzugt zumindest teilweise und/oder zeitweise simultan und/oder parallel durchgeführt.The sub-steps "storage of NO x " and "conversion of NH 3 with NO x " are preferably carried out at least partially and / or temporarily simultaneously and / or in parallel.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein integriertes Katalysatorsystems gelöst, bei dem zumindest zwei unterschiedliche Komponenten zumindest die folgenden Funktionalitäten aufweisen: (i) NOx-Speicherung unter mageren Abgasbedingungen, (ii) in-situ Reduktion des gespeicherten NOx zu Ammoniak (NH3) unter fetten Abgasbedingungen, (iii) Speicherung des NH3 in einem NH3-Speichermedium unter fetten Abgasbedingungen, (iv) Umsetzung von NH3 mit NOx unter mageren Abgasbedingungen. Die Komponenten des Systems sind funktionell und bevorzugt auch örtlich zusammengefasst, vorzugsweise in unmittelbarem Kontakt miteinander sowie weiter bevorzugt auf einem zusammenhängenden oder zusammengehörigen bzw. auf oder in einem gemeinsamen Substrat.The object according to the invention is also achieved by an integrated catalyst system in which at least two different components have at least the following functionalities: (i) NO x storage under lean exhaust conditions, (ii) in-situ reduction of the stored NO x to ammonia (NH 3 ) under rich exhaust conditions, (iii) storage of the NH 3 in an NH 3 storage medium under rich exhaust conditions, (iv) reaction of NH 3 with NO x under lean exhaust conditions. The components of the system are functional and preferably also locally combined, preferably in direct contact with each other and more preferably on a contiguous or related or on or in a common substrate.

Das erfindungsgemäße integrierte Katalysatorsystem setzt sich zumindest aus zwei Komponenten mit zumindest den Funktionalitäten (i) bis (iv) zusammen. Daneben kann das Katalysatorsystem eine beliebige Zahl weiterer Komponenten mit beliebigen weiteren Funktionalitäten aufweisen. Jede einzelne Komponente kann selber wieder aus Komponenten aufgebaut sein, beispielsweise aus Träger- und Aktivkomponenten.The Integrated invention Catalyst system consists of at least two components with at least the functionalities (i) to (iv) together. In addition, the catalyst system can be any number have further components with any other functionalities. Each individual component can itself be built from components be, for example, from carrier and active components.

Erfindungsgemäß wird die oben beschriebene NOx-Speichertechnologie mit der oben beschriebenen SCR-Technologie in einem integrierten Abgasnachbehandlungssystem kombiniert. Das für das SCR-Verfahren notwendige Ammoniak wird dabei nicht ausschließlich, aber in erheblichem Umfang, aus den in der NOx-Speicherkomponente gebundenen Stickoxiden, d.h. in-situ, gewonnen. Eine zusätzliche Zufuhr von Ammoniak von außen in beliebigen Mengen ist dabei möglich.According to the invention, the NO x storage technology described above is combined with the SCR technology described above in an integrated exhaust aftertreatment system. The ammonia necessary for the SCR process is not exclusively, but to a considerable extent, recovered from the nitrogen oxides bound in the NO x storage component, ie in situ. An additional supply of ammonia from outside in any quantities is possible.

Unter dem Begriff (Katalysator)Komponente wird im Rahmen der vorliegenden Schrift jedes Material verstanden, das mindestens eine der für die Wirkung des integrierten Katalysatorsystems notwendige Funktionalitäten besitzt.Under The term (catalyst) component is used in the present context Scripture any material understood that at least one of the effect of the integrated catalyst system has necessary functionalities.

Unter dem Begriff NOx-Konvertierungsleistung soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Maß für die Entfernung einer bestimmten Menge NOx pro Zeiteinheit als Funktion der Abgaszusammensetzung, der Abgastemperatur, des Sauerstoffpartialdruckes, der NOx-Motoremission, des Abgasvolumenstroms und der Magerbetriebszeit eines Abgasnachbehandlungssystems verstanden werden.For the purposes of the present invention, the term NO x conversion performance is understood to mean the measure for the removal of a specific amount of NO x per unit time as a function of the exhaust gas composition, the exhaust gas temperature, the oxygen partial pressure, the NO x engine emission, the exhaust gas volumetric flow and the lean operating time of an exhaust gas aftertreatment system become.

Unter Magerbetriebszeit soll die Länge der Zeit verstanden werden, in der das Abgasnachbehandlungssystem ununterbrochen einem mageren Abgas ausgesetzt ist. Die Magerbetriebszeit ist ein wichtiger Faktor für die den Füllstand des NOx-Speicherkatalysators, d.h. der integralen vom NOx-Speicherkatalysator aufgenommenen Menge NOx.Under lean operating time is to be understood the length of time in which the exhaust aftertreatment system is continuously exposed to a lean exhaust gas. The lean operating time is an important factor for the level of the NO x storage catalyst, ie the integral amount of NO x taken up by the NO x storage catalytic converter.

Als ein wesentliches Kriterium zur Klassifizierung sowohl von Motor-Typen als auch von Katalysatoren dient das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, ausgedrückt durch die "Luftzahl" λ. Dabei entspricht ein Wert von λ = 1,0 genau dem stöchiometrischen Verhältnis von Kraftstoff zu trockener Luft, d.h. es befindet sich gerade genug Luft im Verbrennungsraum, so dass aller Kraftstoff stöchiometrisch zu Kohlendioxid und Wasser verbrennen kann.When an essential criterion for the classification of both engine types as well as catalysts, the ratio of air to fuel, expressed by the "air ratio" λ. This corresponds to a value of λ = 1.0 exactly the stoichiometric relationship from fuel to dry air, i. it is just enough Air in the combustion chamber, so that all fuel is stoichiometric to burn carbon dioxide and water.

Unter magerem Abgas wird ein Abgas mit einer Luftzahl λ > 1 verstanden, und unter fettem Abgas ein Abgas mit einer Luftzahl λ < 1. Im Sinne einer Kraftstoffverbrauchsminimiereung werden generell möglichst kurze Anfettungszeiten, möglichst geringe Anfettungstiefen und möglichst lange Magerzeiten angestrebt. Fett-Mager Zeitverhältnisse und Anfettungstiefen hängen unter anderem stark von der NOx-Konvertierungsleistung und der NOx-Regenerationsfähigkeit der Abgasnachbehandlungssysteme ab. Während einer Anfettung emittieren Verbrennungsmotoren erhöhte Mengen an Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) und zudem Kohlenwasserstoffe (HC). Diese reduktiv wirkenden Bestandteile re duzieren die Stickoxide zu Stickstoff und Ammoniak und werden dabei selbst zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) abgebaut.Under lean exhaust gas is an exhaust gas with an air ratio λ> 1 understood, and exhaust gas under exhaust gas with an air ratio λ <1. In terms of a fuel consumption minimization as short as possible Anfettungszeiten, lowest possible enrichment depths and longest possible lean times. Fat-lean time ratios and enrichment depths depend, among other things, heavily on the NO x conversion performance and NO x regeneration capability of the exhaust aftertreatment systems. During enrichment, internal combustion engines emit increased amounts of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) and also hydrocarbons (HC). These reductively active ingredients reduce the nitrogen oxides to nitrogen and ammonia and thereby themselves decompose to carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O).

Möglichst geringe Anfettungszeiten und -tiefen werden auch aus dem Grund bevorzugt, dass Durchbrüche von CO und HC sowie verstärkte Sekundäremissionen, beispielsweise in Form von NH3, H2S und COS, minimiert werden sollen.As low as possible richening times and depths are also preferred for the reason that breakthroughs of CO and HC and increased secondary emissions, for example in the form of NH 3 , H 2 S and COS, should be minimized.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sollen zumindest ein NOx-Speicherkomponente, zumindest eine in-situ Ammoniakerzeugungskomponente, zumindest eine Ammoniakspeicherkomponente und zumindest eine SCR-Komponente räumlich und/oder funktionell so integriert werden, dass eine hohe NOx-Konvertierungsleistung durch einen simultanen Ablauf von NOx-Speicherung und SCR-Reaktion gewährleistet ist, und dabei vorzugsweise Sekundäremissionen in Form von NH3 zu minimiert werden.According to a preferred embodiment of the system according to the invention, at least one NO x storage component, at least one in-situ ammonia production component, at least one ammonia storage component and at least one SCR component should be spatially and / or functionally integrated such that a high NO x conversion performance by a simultaneous NO x Sequence of NO x storage and SCR reaction is ensured, and preferably secondary emissions in the form of NH 3 to be minimized.

Trotz der hohen Komplexität des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems ist es in einer weiter bevorzugten Ausführungsform möglich, sämtliche, für die Darstellung des Systems notwendigen (katalytischen) Komponenten auf einem gemeinsamen oder einem zusammenhängenden bzw. zusammengehörigen Substrat zu vereinigen, und somit ein effizientes und kostengünstiges Abgasnachbehandlungssystem bereitzustellen. Die Integration der (katalytischen) Komponenten (NOx-Speicherkomponente, in-situ Ammoniakerzeugungskomponente, NH3-Speicherkomponente, SCR-Komponente) auf einem gemeinsamen Substrat, vorzugsweise in Form eines monolithischen Honigwabenkörpers, wird vorzugsweise so erreicht, dass die zuvor genannten Komponenten gleichzeitig oder sequentiell auf ein gemeinsames Substrat aufgebracht werden, vorzugsweise mittels bekannter Washcoat-Verfahren.Despite the high complexity of the exhaust aftertreatment system of the present invention, in a further preferred embodiment it is possible to combine all the (catalytic) components necessary for the presentation of the system on a common or cohesive substrate and thus provide an efficient and cost effective exhaust aftertreatment system. The integration of the (catalytic) components (NO x storage component, in situ ammonia production component, NH 3 storage component, SCR component) on a common substrate, preferably in the form of a monolithic honeycomb body, is preferably achieved so that the aforementioned components simultaneously or sequentially applied to a common substrate, preferably by known washcoat methods.

Die gemäß der Erfindung verwendete NOx-Speicherkomponente kann sich grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannten Edelmetallkomponenten und/oder Speichermedien zusammensetzen.The NO x storage component used according to the invention may in principle be composed of prior art noble metal components and / or storage media.

Als NOx-Speichermedien sind grundsätzlich alle Materialien geeignet, die aufgrund ihrer chemischen, bevorzugt basischen, Eigenschaften in der Lage sind, Stickoxide zu speichern bzw. zu adsorbieren, wobei die gespeicherten Stickoxide unter den entsprechenden Temperaturbedingungen stabil sein müssen. Dementsprechend kommen bevorzugt Verbindungen der Alkali-Metalle (Na, K, Rb, Cs), der Erdalkali-Metalle (Mg, Ca, Sr, Ba), der Seltenerdmetalle (La, Ce, Pr, etc.) und des Zirkons als Speichermaterialien in Betracht, so z. B. in Form ihrer Oxide, Hydroxide oder Carbonate. Als Aktiv-Metalle-Komponenten sind die auf poröse Trägeroxide aufgebrachten Platinmetalle (Pt, Pd, Rh, Ru, Ir) bevorzugt.As NO x storage media are basically all materials suitable, which are due to their chemical, preferably basic, properties in a position to store or adsorb nitrogen oxides, the stored nitrogen oxides must be stable under the appropriate temperature conditions. Accordingly, compounds of alkali metals (Na, K, Rb, Cs), alkaline earth metals (Mg, Ca, Sr, Ba), rare earth metals (La, Ce, Pr, etc.) and zirconium as storage materials are preferred Consider, such. Example in the form of their oxides, hydroxides or carbonates. As active-metal components, the platinum metals (Pt, Pd, Rh, Ru, Ir) applied to porous carrier oxides are preferred.

Während der mageren Betriebsweise besteht die Aufgabe der NOx-Speicherkomponente darin, das vom Verbrennungsmotor emittierte NOx zu speichern. Fällt aufgrund der zunehmenden Sättigung der NOx-Speicherkomponente durch NOx die NOx-Konvertierungsleistung auf ein unakzeptables Niveau ab, erfolgt mittels motorinterner Maßnahmen eine Anfettung des Abgases. Das gespeicherte NOx wird im Zuge dieser Anfettung reduziert. In wieweit ein unakzeptables NOx-Einspeicherniveau erreicht wird, kann vorzugsweise durch die Verwendung eines NOx-Sensors, welcher sich stromabwärts zum erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem befindet, bestimmt werden.During lean operation, the task of the NO x storage component is to store the NO x emitted by the engine. Falls due to the increasing saturation of the NO x storage component by NO x NO x -Konvertierungsleistung to an unacceptable level, takes place by means of internal engine measures enrichment of the exhaust gas. The stored NO x is reduced in the course of this enrichment. The extent to which an unacceptable NO x storage level is achieved can preferably be determined by the use of a NO x sensor, which is located downstream of the exhaust aftertreatment system according to the invention.

Bei Verwendung konventioneller, mit NOx-Speicherkatalysatoren bestückter Abgasnachbehandlungssysteme, soll die Anfettung zu einer möglichst selektiven Reduktion der Stickoxide zu N2 führen. Die Bildung von NH3 ist in diesen Systemen unerwünscht.When using conventional, equipped with NO x storage catalytic exhaust aftertreatment systems, the enrichment should lead to the most selective reduction of nitrogen oxides to N 2 . The formation of NH 3 is undesirable in these systems.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dagegen angestrebt, NH3 während der Anfettungsphase zu bilden. Anders als in den im Stand der Technik genannten Druckschriften erfolgt erfindungsgemäß die NH3-Bildung also weitgehend bzw. zumindest überwiegend aus den in der NOx-Speicherkomponente zuvor gespeicherten Stickoxiden.In the context of the present invention, however, the aim is to form NH 3 during the Anfettungsphase. Unlike in the publications cited in the prior art, the NH 3 formation according to the invention thus takes place largely or at least predominantly from the nitrogen oxides previously stored in the NO x storage component.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich u.a. dadurch aus, dass sich innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls NH3 erzeugen lässt, da die über einen längeren Zeitraum, nämlich denjenigen der vorgehenden Magerphase, akkumulierte Menge an NOx für die Reduktion zu Ammoniak zur Verfügung steht.The method according to the invention is distinguished, inter alia, by the fact that NH 3 can be generated within a very short time interval, since the amount of NO x accumulated over a relatively long period of time, namely that of the preceding lean phase, is available for the reduction to ammonia.

Die hochselektive Reduktion der Stickoxide zu N2 während der Anfettungsphasen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zwingend erforderlich, ja sogar prinzipiell unerwünscht. Eine effiziente Reduktion von NOx zu NH3 läßt sich zum einen durch die Menge an während der Anfettung emittiertem Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO), und zum anderen durch eine optimierte Katalysatorformulierung, steuern.The highly selective reduction of the nitrogen oxides to N 2 during the Anfettungsphasen is in the context of the present invention is not mandatory, yes even in principle undesirable. Efficient reduction of NO x to NH 3 can be controlled, on the one hand, by the amount of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) emitted during enrichment and, on the other hand, by an optimized catalyst formulation.

Vorzugsweise übernimmt eine der in der NOx-Speicherkomponenten vorliegende Aktiv-Metall-Komponenten zusätzlich die Funktion der in-situ Ammoniakerzeugungskomponente bzw. des Ammoniakerzeugens.Preferably, one of the active metal components present in the NO x storage components additionally assumes the function of the in-situ ammonia generating component or of the ammonia generating.

Anzumerken ist, dass das Ammoniak nicht ausschließlich aus den in der NOx-Speicherkomponente eingespeicherten Stickoxiden stammen muss, sondern zudem auch in untergeordneter oder zumindest geringer (< 50%, bevorzugt < 20%) Menge aus denjenigen Stickoxiden gebildet werden kann, die während der Anfettungsphasen aus dem Motor emittiert werden.It should be noted that the ammonia is not exclusively from those in the NO x storage component must also be derived in subordinate or at least low (<50%, preferably <20%) amount of those nitrogen oxides that are emitted during the Anfettungsphasen from the engine.

Das auf diese Weise gebildete Ammoniak wird nun in einer geeigneten NH3-Speicherkomponente gespeichert. Die NH3-Speicherkomponente ist vorzugsweise in der Lage, das freigesetzte NH3 sowohl unter mageren als auch unter fetten Abgasbedingungen in einem weiten Temperaturbereich zu (ab)sorbieren.The ammonia formed in this way is now stored in a suitable NH 3 storage component. The NH 3 storage component is preferably capable of sorbing the released NH 3 in a wide temperature range, both under lean and rich exhaust conditions.

Als NH3-Speicherkomponente kann jedes Material eingesetzt werden, welches zumindest teilweise NH3 adsorbieren, absorbieren, als Addukt anlagern oder anderweitig speichern kann. Dabei sind Lewis-Säuren oder Brönsted-Säuren bevorzugt.As the NH 3 storage component, any material can be used which at least partially adsorbs, absorbs, attaches as an adduct or otherwise store NH 3 . Lewis acids or Bronsted acids are preferred.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung dient die NH3-Speicherkomponente vorzugsweise dazu, das in der Fettphase erzeugte NH3 möglichst quantitativ, zumindest aber in einem merklichen Umfang, aufzunehmen. Dabei sollten die Anfettungszeiten und -tiefen möglichst gering sein, um den Kraftstoffmehrverbrauch zu minimierenIn the context of the present invention, the NH 3 storage component preferably serves to absorb the NH 3 produced in the fatty phase as quantitatively as possible, but at least to a considerable extent. Here, the retting times and depths should be as low as possible in order to minimize the additional fuel consumption

Im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen die Anfettungszeiten- und tiefen groß genug sein, um (i) den NOx-Speicherkatalysator möglichst vollständig zu entleeren und (ii) eine effiziente Reduktion der im Moment der Anfettung freigesetzten Stickoxide zu Ammoniak zu gewährleisten. Bevorzugte Zeitverhältnisse von Magerzeiten zu Fettzeiten liegen in Bereichen von 5:1 bis 100:1, bevorzugt von 30:1 bis 80:1. Bevorzugte Anfettungstiefen liegen in einem Bereich von 0,8 < λ < 0,99.For the purposes of the present invention, the enrichment times and depths should be large enough to (i) emptying the NO x storage catalyst as completely as possible and (ii) to ensure an efficient reduction of the nitrogen oxides liberated at the moment of enrichment to ammonia. Preferred time ratios of lean times to fat times are in the ranges from 5: 1 to 100: 1, preferably from 30: 1 to 80: 1. Preferred enrichment depths are in a range of 0.8 <λ <0.99.

Wird vom Fettbetrieb auf den Magerbetrieb umgeschaltet, so wird die Emission des vom Motor emittierten NOx auf zwei unterschiedlichen Wegen gemindert, und zwar vorzugsweise simultan: Ein Teil des NOx wird wiederum in die NOx-Speicherkomponente eingelagert, während der andere Teil direkt mit dem in der NH3-Speicherkomponente gebunden NH3 zu N2 reagiert. Da nun die NOx-Minderung gleichzeitig und auf zwei unterschiedlichen Reaktionspfaden erfolgt, kann erfindungsgegmäß insgesamt eine gegenüber dem Verfahren des Standes der Technik deutlich höhere NOx-Konvertierungsleistung erreicht werden.When switching from rich operation to lean operation, the emission of the engine-emitted NO x is reduced in two different ways, preferably simultaneously: one part of the NO x is again stored in the NO x storage component, while the other part directly with the bound in the NH 3 storage component NH 3 reacts to N 2 . Since NO x reduction now takes place simultaneously and on two different reaction paths, according to the invention overall a significantly higher NO x conversion power than the prior art method can be achieved.

Das emittierte NH3 wird gemäß der vorliegenden Erfindung in einer NH3-Speicherkomponente gebunden. Während der anschließenden Magerphase kann das NH3 dann gemäß der sogenannten SCR-Reaktion (selective catalytic reduction) mit dem vom Verbrennungsmotor emittierten NOx unter mageren Abgasbedingungen zu N2 abgebaut werden. Die SCR-Reaktion findet in oder an einer SCR-Komponente statt. Als SCR-Komponente kann jedes Material eingesetzt werden, welches dem Fachmann aus SCR-Reaktionen bekannt ist, beispielsweise V/Ti-Katalysatoren, wie sie aus der stationären Abgasbehandlung bekannt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform, ist die SCR-Komponente eine Lewis oder Brönsted-Säure und wirkt somit auch als NH3-Speicherkomponente.The emitted NH 3 is bound in accordance with the present invention in an NH 3 storage component. During the subsequent lean phase, the NH 3 can then according to the so-called SCR reaction (Selective Catalytic Reduction) with the emitted from the engine NO x under lean exhaust conditions to N 2 are degraded. The SCR reaction takes place in or on an SCR component. As SCR component, any material known to those skilled in SCR reactions can be used, for example V / Ti catalysts as known from stationary exhaust gas treatment. In a preferred embodiment, the SCR component is a Lewis or Bronsted acid and thus also acts as an NH 3 storage component.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine kombinierte NH3-Speicherkomponente/SCR-Komponente in einer bevorzugten Ausführungsform chemisch so aufgebaut, dass das eingespeicherte NH3 bei magerer Betriebsweise nicht oder nur in sehr geringem Maß mit dem im Abgas enthaltenen Sauerstoff zu NOx rückoxidiert und emittiert wird.According to the present invention, in a preferred embodiment, a combined NH 3 storage component / SCR component is chemically constructed so that the stored NH 3 does not reoxidize and emit NO x in lean operation and only to a very limited extent with the oxygen contained in the exhaust gas becomes.

Da auf diese Weise zumindest ein Teil des zunächst in der NOx-Speicherkomponente gespeicherten NOx in Ammoniak überführt und dann im Sinne der SCR-Reaktion zu N2 umgesetzt wird, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren erhöhte NOx-Konvertierungsleistungen, da die SCR-Reaktion die NOx-Speicherung unterstützt.Since in this manner at least a portion of the x first in the NO storage component stored NO x in ammonia converted, and is then reacted in accordance with the SCR reaction to N 2, the inventive method allows increased NO x -Konvertierungsleistungen, since the SCR reaction supports NO x storage.

Um den simultanen Ablauf von SCR-Reaktion und NOx-Speicherung zu ermöglich, ist es bevorzugt, die NOx-Speicherkomponente und/oder die NH3-Speicherkomponente und/oder den SCR-Komponente jeweils miteinander in Kontakt zu bringen, vorzugsweise in Form einer physikalischen (Durch)Mischung. Das Inkontaktbringen kann auch in anderen, den Fachmann bekannten Weisen erfolgen, beispielsweise durch chemische und/oder mechanische Verfahren bzw. durch beliebige Kombinationen von physikalischen, chemischen und mechanischen Verfahren.In order to enable the simultaneous execution of SCR reaction and NO x storage, it is preferred to bring the NO x storage component and / or the NH 3 storage component and / or the SCR component into contact with each other, preferably in the form a physical (through) mixture. The contacting can also take place in other ways known to the person skilled in the art, for example by chemical and / or mechanical methods or by any desired combination of physical, chemical and mechanical methods.

Im Gegensatz dazu ist eine ausschließlich oder überwiegend sequentielle Anordnung dieser Komponenten nicht bevorzugt, da im Falle einer sequentiellen Anordnung die SCR-Reaktion und NOx-Speicherung nur noch in sehr geringem Maß simultan zueinander erfolgen könnten, sondern stattdessen weitgehend nacheinander. Ein gewisser Anteil an sequentiellem Ablauf der Umsetzungen fällt allerdings nicht aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung.In contrast, an exclusively or predominantly sequential arrangement of these components is not preferred since, in the case of a sequential arrangement, the SCR reaction and NO x storage could occur only to a very small extent simultaneously with each other, but instead largely in succession. However, a certain amount of sequential execution of the reactions is not out of the ordinary of the present invention.

Wäre beispielsweise die NOx-Speicherkomponente der NH3-Speicherkomponente sowie der SCR-Komponente vorgeschaltet, so würde bei magerer Betriebesweise zunächst die NOx-Speicherkomponente mit NOx beladen werden, und erst im Falle des Nachlassens der NOx-Einspeicherung bei zunehmender Magerbetriebsweise könnte die SCR-Reaktion einen signifikanten Beitrag zur Gesamt-NOx-Konvertierung leisten.If, for example, the NO x storage component were preceded by the NH 3 storage component and the SCR component, lean operation would initially load the NO x storage component with NO x and only in the event of a decrease in NO x storage with increasing lean operation mode The SCR reaction could make a significant contribution to the overall NO x conversion.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die NH3-Speicherkomponente und der SCR-Komponente identisch, d.h. ein entsprechendes Material ist in der Lage (i) NH3 unter fetten Abgasbedingungen einzulagern und (ii) unter mageren Abgasbedingungen gemäß der SCR-Reaktion umzusetzen.In a preferred embodiment, the NH 3 storage component and the SCR component are identical, ie, a corresponding material is capable of (i) incorporating NH 3 under rich exhaust conditions and (ii) reacting under lean exhaust conditions in accordance with the SCR reaction.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die NOx-Speicherkomponente zumindest ein Aktiv-Metall. Dies gewährleistet, dass auch CO und HC unter fetten, stöchiometrischen und mageren Abgasbedingungen wirkungsvoll zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt werden kann. Ebenso gelingt auch die Umsetzung von NOx zu N2 bzw. die NH3 Bildung unter fetten und stöchiometrischen Abgasbedingungen an einem in der NOx-Speicherkomponente enthaltenen Aktiv-Metall.In a preferred embodiment, the NO x storage component contains at least one active metal. This ensures that even CO and HC can be effectively converted to carbon dioxide and water under rich, stoichiometric and lean exhaust conditions. Likewise, the conversion of NO x to N 2 or the NH 3 formation under rich and stoichiometric exhaust gas conditions on an active metal contained in the NO x storage component succeeds.

Alternativ kann das erfindungsgemäße Katalysatorsystem auch Zusatzstoffe wie Sauerstoffspeichermaterialien – beispielsweise auf der Basis von Cer-Zirkonoxid – enthalten.alternative can the catalyst system of the invention also additives such as oxygen storage materials - for example based on cerium-zirconium oxide.

Um CO- und HC- Durchbrüche während der Anfettungsphasen zu minimieren, kann dem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem in einer bevorzugten Ausführungsform ein weiterer Katalysator, beispielsweise in Form eines Oxidationskatalysators, stromabwärts nachgeschaltet sein.Around CO and HC breakthroughs while To minimize the Anfettungsphasen, the exhaust aftertreatment system according to the invention in a preferred embodiment another catalyst, for example in the form of an oxidation catalyst, downstream be downstream.

Das erfindungsgemäße System weist eine höhere NOx-Konvertierungsleistung als herkömmliche NOx-Speicherkatalysatorsysteme auf.The system of the invention has a higher NO x conversion performance than conventional NO x storage catalyst systems.

Das erfindungsgemäße Verfahren und System können vorzugsweise für die folgenden Anwendungen eingesetzt werden:
Besonders deutlich werden die Vorteile der Erfindung, wenn beispielsweise die Abgastemperaturen, z. B. hervorgerufen durch plötzliche Lastwechsel, die für die NOx-Speicherung notwendigen oder günstigen Temperaturen entweder unter- oder überschreiten. In diesen Fällen kann, unter der Voraussetzung, dass ausreichend NH3 im NH3-Speicher vorhanden ist, die SCR-Reaktion alleine hohe NOx-Konvertierungen zu N2 ermöglichen.
The method and system according to the invention can preferably be used for the following applications:
Particularly clear are the advantages of the invention, for example, if the exhaust gas temperatures, eg. B. caused by sudden load changes, either below or exceed the necessary for the storage of NO x or favorable temperatures. In these cases, provided that sufficient NH 3 is present in the NH 3 store, the SCR reaction alone can allow high NO x conversions to N 2 .

Weitere Vorteile liegen darin, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahren den Motor länger im Magerbetrieb fahren zu können und Sekundäremissionen zu minimieren.Further There are advantages in using the method according to the invention the engine is longer in the To be able to drive lean operation and secondary emissions to minimize.

Ein weiterer Vorteil von erfindungsgemäßen Verfahren und System liegt darin, dass die vier für das erfindungsgemäße Abgassystem notwendigen Komponenten, d.h. NOx-Speicherkomponente, NH3-Erzeugungskomponente, NH3-Speicherkomponente und SCR-Komponente, auf einem gemeinsamen Träger, Körper oder Substrat, wie beispielsweise einem Honigwabenkörper, zu einem zusammengehörenden System integriert werden können. Gegenüber anderen Verfahren, die auf eine kontinuierliche Einschleusung von Ammoniak von außen zurückgreifen, hat das erfindungsgemäße Verfahren zudem den Vorteil, dass das präzise Einhalten einer definierten, gegebenenfalls aktiv-geregelten, Stöchiometrie von NH3 relativ zu NOx nicht notwendig ist.A further advantage of the method and system according to the invention is that the four components necessary for the exhaust system according to the invention, ie NO x storage component, NH 3 generation component, NH 3 storage component and SCR component, on a common carrier, body or substrate, such as a honeycomb body, can be integrated into a cohesive system. Compared to other processes, which rely on a continuous introduction of ammonia from the outside, the inventive method also has the advantage that the precise compliance with a defined, optionally active-regulated, stoichiometry of NH 3 relative to NO x is not necessary.

Kurze Beschreibung der Figuren:Short description of Characters:

1 zeigt den Gehalt an NOx (vertikale Achse, in willkürlichen Einheiten) in einem Motorabgas in Abhängigkeit von der Zeit (horizontale Achse) unter Verwendung eines konventionellen Speicherkatalysators bei 250°C (5s fett/60s mager); 1 shows the content of NO x (vertical axis, in arbitrary units) in an engine exhaust as a function of time (horizontal axis) using a conventional storage catalyst at 250 ° C (5s lean / 60s lean);

2 zeigt den Gehalt an NH3 (vertikale Achse, in willkürlichen Einheiten) in einem Motorabgas in Abhängigkeit von der Zeit (horizontale Achse) unter Verwendung eines konventionellen Speicherkatalysators bei 250°C (5s fett/60s mager); 2 shows the content of NH 3 (vertical axis, in arbitrary units) in an engine exhaust as a function of time (horizontal axis) using a conventional storage catalyst at 250 ° C (5s lean / 60s lean);

3 zeigt den Gehalt an NOx (vertikale Achse, in willkürlichen Einheiten) in einem Motorabgas in Abhängigkeit von der Zeit (horizontale Achse) bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des erfindungsgemäßen integrierten Systems bei 250°C (5s fett/60s mager); 3 shows the content of NO x (vertical axis, in arbitrary units) in an engine exhaust as a function of time (horizontal axis) when carrying out the process according to the invention using the integrated system according to the invention at 250 ° C (5s lean / 60s lean);

4 zeigt den Gehalt an NH3 (vertikale Achse, in willkürlichen Einheiten) in einem Motorabgas in Abhängigkeit von der Zeit (horizontale Achse) bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des erfindungsgemäßen integrierten Systems bei 250°C (5s fett/60s mager). 4 shows the content of NH 3 (vertical axis, in arbitrary units) in an engine exhaust as a function of time (horizontal axis) when carrying out the method according to the invention using the integrated system according to the invention at 250 ° C (5s lean / 60s lean).

Die Figuren beziehen sich auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele:
Messungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems wurden in Festbett-Laborreaktoren aus Edelstahl im simulierten Motorabgas durchgeführt. Das System wurde im zyklischen Fett/Magerbetrieb (5 s fett / 60 s mager) getestet.
The figures relate to the embodiments described below:
Measurements concerning the process of the invention using the system of the invention were performed in stainless steel fixed bed laboratory reactors in simulated engine exhaust. The system was tested in cyclic fat / lean operation (5 s fat / 60 s lean).

Die Versuchsparameter lauteten wie folgt: Temperaturbereich: 150–450°C Gasgemischzusammensetzung mager: 1000 vppm CO, 100 vppm Propen, 300 vppm NO, 10% O2, Rest – N2. fett: 0.03% O2, ~6% CO, ~2% H2 Gasdurchsatz: 45.000 h–1 The test parameters were as follows: Temperature range: 150-450 ° C Gas mixture composition skinny: 1000 vppm CO, 100 vppm propene, 300 vppm NO, 10% O 2 , balance - N 2 . fat: 0.03% O 2 , ~ 6% CO, ~ 2% H 2 Gas flow rate: 45,000 h -1

Die Messung von O2 erfolgte mit einem Lambda-Meter der Fa. Etas. NOx wurde mit einem Chemilumineszenzgerät der Fa. Ecophysics gemessen. Die Messung von NH3 erfolgte mit einem Massenspektrometer der Fa. Balzers.The measurement of O 2 was carried out with a lambda meter from. Etas. NO x was measured using a chemiluminescer from Ecophysics. The measurement of NH 3 was carried out with a mass spectrometer from. Balzers.

Die in den 1 bis 4 gezeigten Messungen erlauben einen Vergleich eines konventionellen Verfahrens unter Verwendung eines konventionellen NOx-Speicherkatalysators (1 und 2) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems, bestehend aus NOx-Speicherkomponente, NH3-Erzeugungskomponente, NH3-Speicherkomponente und SCR-Komponente (3 und 4). Die vier genannten Komponenten befanden sich im Falle des Ausführungsbeispiels gemeinsam auf einem einzigen honigwabenförmigen Träger. Zum Vergleich zwischen dem konventionellen Referenzsystem und dem erfindungsgemäßen System waren die Massen an eingesetzter NOx-Speicherkomponente und Aktiv-Metall jeweils identisch. Das erfindungsgemäße System enthielt zusätzlich zur NOx-Speicherkomponente noch eine Komponente, die sowohl als NH3-Speicher als auch als SCR-Katalysator fungiert.The in the 1 to 4 The measurements shown allow a comparison of a conventional method using a conventional NO x storage catalyst ( 1 and 2 ) with the inventive method using the exhaust aftertreatment system according to the invention, consisting of NO x storage component, NH 3 generation component, NH 3 storage component and SCR component ( 3 and 4 ). The four components mentioned were in the case of the embodiment together on a single honeycomb carrier. For comparison between the conventional reference system and the system according to the invention, the masses of NO x storage component and active metal used were identical in each case. In addition to the NO x storage component, the system according to the invention also contained a component which functions both as NH 3 storage and as SCR catalyst.

1 zeigt die Konzentration an NOx (vertikale Achse, in willkürlichen Einheiten) in einem Motorabgas in Abhängigkeit von der Zeit (horizontale Achse) unter Verwendung eines konventionellen Speicherkatalysators bei 250°C (5s fett/60s mager). 2 zeigt entsprechend die Konzentration an NH3 (vertikale Achse, in willkürlichen Einheiten) in einem Motorabgas in Abhängigkeit von der Zeit (horizontale Achse) unter Verwendung desselben konventionellen Speicherkatalysators bei 250°C (5s fett/60s mager). 1 shows the concentration of NO x (vertical axis, in arbitrary units) in an engine exhaust as a function of time (horizontal axis) using a conventional storage catalyst at 250 ° C (5s lean / 60s lean). 2 Accordingly, the concentration of NH 3 (vertical axis, in arbitrary units) in an engine exhaust as a function of time (horizontal axis) using the same conventional storage catalyst at 250 ° C (5s lean / 60s lean).

3 zeigt die Konzentration an NOx (vertikale Achse, in willkürlichen Einheiten) in einem Motorabgas in Abhängigkeit von der Zeit (horizontale Achse) bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei 250°C (5s fett/60s mager); 4 zeigt entsprechend die Konzentration an NH3 (vertikale Achse, in willkürlichen Einheiten) in einem Motorabgas in Abhängigkeit von der Zeit (hori zontale Achse) bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei 250°C (5s fett/60s mager). 3 shows the concentration of NO x (vertical axis, in arbitrary units) in an engine exhaust as a function of time (horizontal axis) when carrying out the process according to the invention at 250 ° C (5s lean / 60s lean); 4 shows accordingly the concentration of NH 3 (vertical axis, in arbitrary units) in an engine exhaust as a function of time (horizontal axis) when carrying out the method according to the invention at 250 ° C (5s fat / 60s lean).

Aus den Messungen geht deutlich hervor, dass (i) das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem im Gegensatz zu einem konventionellen NOx-Speicherkatalysator keine (signifikanten) NH3-Emissionen während der Anfettungsphasen aufweist und zudem (ii) über die gesamte Magerbetriebszeit eine (praktisch) vollständige Entfernung von NOx gewährleistet. Der konventionelle NOx Speicherkatalysator hingegen verliert mit zunehmender Magerbetriebszeit signifikant an Effizienz.It is clear from the measurements that (i) the exhaust aftertreatment system according to the invention has no (significant) NH 3 emissions during the enrichment phases unlike a conventional NO x storage catalyst and also (ii) a (virtually) complete removal over the entire lean operating time guaranteed by NO x . The conventional NO x storage catalyst, however, loses significantly with increasing lean operating time efficiency.

Claims (9)

Verfahren zur Entfernung von NOx aus den Abgasen von Mager-Motoren im zyklischen Mager-/Fettbetrieb, das zumindest die folgenden Teilschritte umfasst: Speicherung von NOx unter mageren Abgasbedingungen in zumindest einer NOx-Speicherkomponente, in-situ Umsetzung des gespeicherten NOx zu Ammoniak (NH3) unter fetten Abgasbedingungen, Speicherung des NH3 in zumindest einer NH3-Speicherkomponente unter fetten Abgasbedingungen, Umsetzung von NH3 mit NOx unter mageren Abgasbedingungen, wobei die Teilschritte "Speicherung von NOx" und "Umsetzung von NH3 mit NOx" zumindest zeitweise und/oder teilweise simultan und/oder parallel ablaufen.A method for the removal of NO x from the exhaust gases of lean-burn engines in cyclic lean / rich operation, comprising at least the following substeps: storage of NO x under lean exhaust conditions in at least one NO x storage component, In-situ conversion of the stored NO x to ammonia (NH 3 ) under rich exhaust conditions, storage of NH 3 in at least one NH 3 storage component under rich exhaust conditions, reaction of NH 3 with NO x under lean exhaust conditions, the sub-steps "storage of NO x "and" implementation of NH 3 with NO x "run at least temporarily and / or partially simultaneously and / or in parallel. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die für die Durchführung der unterschiedlichen Teilschritte erforderlichen Komponenten ein räumlich und/oder funktionell zusammenhängendes System bilden.The method of claim 1, wherein the for carrying out the different sub-steps required components a spatially and / or functionally coherent Form system. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zumindest zwei, bevorzugt alle, Komponenten auf einem gemeinsamen Substrat oder einem miteinander verbundenen Substratsystem vorliegen.Method according to claim 2, wherein at least two, preferably all, components on a common substrate or an interconnected substrate system. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei NH3-Speicherung sowie NH3-Umsetzung gemäß SCR-Prozess mit Hilfe der gleichen Komponente erfolgen.Method according to one of the preceding claims, wherein NH 3 storage and NH 3 conversion according SCR process carried out using the same component. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die NOx-Speicherung alle Materialien eingesetzt werden, die aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften in der Lage sind, mit Stickoxiden in Wechselwirkung zu treten.Method according to one of the preceding claims, wherein for the storage of NO x all materials are used, which are due to their chemical properties in a position to interact with nitrogen oxides. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das räumlich und/oder funktionell zusammenhängende System Komponenten enthält, die zur Erzeugung von Ammoniak, zur Ammoniak-Speicherung und zur Umsetzung von Ammoniak zu Stickstoff geeignet sind, eingesetzt werden.Method according to one of claims 2 to 5, wherein the spatially and / or functionally coherent Contains system components, for the production of ammonia, ammonia storage and implementation from ammonia to nitrogen are used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Komponenten auf einen Formkörper aufgebracht werden, vorzugsweise auf Formkörpern ausgewählt aus Honeycomb-Strukturen, Pellets, Beads, oder Strangextrudaten.Method according to one of the preceding claims, wherein the components on a molding be applied, preferably selected on moldings Honeycomb structures, pellets, beads, or extruded extrusions. Integriertes Katalysatorsystem, zumindest bestehend aus zumindest einer NOx-Speicherkomponente, zumindest einer in-situ Ammoniakerzeugungskomponente, zumindest einer Ammoniakspeicherkomponente, sowie zumindest einer SCR-Komponente, wobei zumindest zwei dieser Komponenten, bevorzugt alle diese Komponenten, auf einem gemeinsamen Substrat oder einem miteinander verbundenen Substratsystem vorliegen.Integrated catalyst system, at least consisting of at least one NO x storage component, at least one in-situ ammonia generating component, at least one ammonia storage component, and at least one SCR component, wherein at least two of these components, preferably all of these components, on a common substrate or an interconnected Substrate system present. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem integrierten Katalysatorsystem stromabwärts ein Oxidationskatalysator nachgeschaltet ist.System according to claim 8, characterized in that downstream of the integrated catalyst system, an oxidation catalyst is downstream.
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