DE102007037347A1 - Doppelbett-Katalysesystem zur NOx-Reduktion - Google Patents

Doppelbett-Katalysesystem zur NOx-Reduktion Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelbett-Katalysesystem für die Reduktion von Stickoxiden, SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>) und Zeolith (ZSM-5) umfasst. Verglichen mit dem System, das Ag/Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> oder ZSM-5 verwendet, stellt das vorliegende Doppelbett-Katalysesystem eine erheblich verbesserte Wirksamkeit der NO<SUB>x</SUB>-Reduktion bereit.

Description

  • Querverweis zu der verwandten Anmeldung
  • Die Anmeldung beansprucht die Leistung der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2006-0076274 , die am 11. August eingereicht wurde und auf deren Offenbarung hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelbett-Katalysesystem zur Reduktion von Stickoxiden, das Aluminiumoxid-geträgertes Silber (Ag/Al2O3) und Zeolith umfasst.
  • Verglichen mit Nicht-Dieselfahrzeugen erzeugen Dieselfahrzeuge ein Abgas mit einem relativ geringen Gehalt an Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen, jedoch mit einem relativ hohen Gehalt an Feststoffen (particulate matters, PM) und Stickoxiden (NOx). Die PM und NOx sind Ursache für verschiedene umweltbedingte Probleme und Schäden und werden daher in Industrieländern streng reguliert.
  • Zum Beispiel verordnen die europäischen Länder Umweltschutzbestimmungen wie EURO IV und V und die Vereinigten Staaten verordnen SULEV und ZEV. Diese Bestimmungen sind so streng, dass es schwierig ist, sie nur durch Verbessern der Motorfunktionen zu erfüllen. Das bedeutet, dass die Entwicklung von Techniken zur Nachbehandlung sowie die Verbesserung der Motorfunktionen wesentlich dafür sind, die oben genannten, strengen Bestimmungen zu erfüllen.
  • Es wurden ausgiebige Forschungen dahingehend betrieben, Techniken zur Entfernung der PM und/oder der NOx bereitzustellen. Von Johnson Matthey, Engelhard, Umicore wurde zum Beispiel ein Dieselpartikelfilter (DPF) vorgeschlagen. Ebenso wurde von Toyota Motor Company ein System zur Reduktion von Diesel-Feststoffen und NOx (diesel particulate NOx reduction, DNPR) vorgeschlagen, um sowohl die PM als auch die NOx zu verringern. Das DNPR-System hat jedoch die Nachteile, dass es in einem überlasteten Zustand betrieben werden muss und dazu neigt, durch den im Kraftstoff enthaltenen Schwefel vergiftet zu werden.
  • Es wurde auch ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction, SCR) von Harnstoff (oder Ammoniak) vorgeschlagen. Dieses System erfordert jedoch nicht nur Vorrichtungen zum Transportieren, Eingießen und Einspritzen des Harnstoffs, sondern auch die Infrastruktur zum Zuführen des Harnstoffs.
  • Ein katalytisches System, das dazu entwickelt wurde, die vorstehend genannten Probleme zu überwinden, ist das HC-SCR-System, bei dem das Reduktionsmittel für NOx aus dem Dieselkraftstoff gebildet wird. Beispielsweise entwickelten Cleaire's Longview and Lonestar ein HC-SCR-Katalysatorsystem, das effektiv in bereits bestehenden Autos nachgerüstet werden kann (siehe http://www.fleetguard.com). Das System zeigt jedoch eine geringe katalytische Aktivität.
  • Ag/Al2O3 ist ein HC-SCR-Katalysator. In einem System, bei dem ein langkettiger Kohlenwasserstoff (z.B. n-Octan) als Reduktionsmittel verwendet wird, besitzt der Ag/Al2O3-Katalysator eine gute Aktivität bei 350 °C oder höher [R. Burch, J. P. Breen, C. J. Hill, B. Krutzsch, B. Konrad, E. Jobson, L. Cider, K. Eranen, F. Klingstedt, L.-E. Lindfors, CAPOC 6 Meeting (2003); S. Satokawa, J. Shibata, K.-I. Shimizu, A. Satsuma, T. Hattori, Appl. Catal. B 42 (2003), 179]. Der Ag/Al2O3-Katalysator kann in einem Ottomotor mit magerer Verbrennung oder einem Dieselmotor mit einem zweiten Kraftstoffeinspitzsystem angewendet werden [T. Nakatsuji, R. Yasukawa, K. Tabata, K. Ueda, M. Niwa, Appl. Catal. B, 17, (1998) 333]. Der Katalysator weist jedoch das Problem auf, dass die katalytische Aktivität zum Reduzieren der NOx zu NO2 (d.h. die deNOx-Aktivität) bei 300 °C oder weniger so gering ist, dass er für eine industrielle Anwendung nicht in Frage kommt.
  • Es besteht daher immer noch der Bedarf nach einem verbesserten Katalysatorsystem.
  • Die vorstehend in diesem Abschnitt über den Hintergrund offenbarten Informationen dienen lediglich einem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und sie können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegenden Erfinder haben verschiedene Anstrengungen dahingehend unternommen, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und ein Doppelbett-Katalysesystem, das ZSM-5 und Ag/Al2O3 umfasst und eine verbesserte deNOx-Aktivität bei 300 °C oder weniger sowie bei 350 °C oder höher bereitzustellen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Doppelbett-Katalysesystem zur NOx-Reduktion bereit, das Ag/Al2O3 und ZSM-5 umfasst.
  • Ag/Al2O3 kann vorzugsweise 1–5 Gew.-% Ag und 95–99 Gew.-% Al2O3 umfassen.
  • Ag/Al2O3 und ZSM-5 können vorzugsweise auch gepackt sein.
  • Eine geeignete Form von ZSM-5 kann ein ZSM-5, in das Kupfer (Cu) abgeschieden wurde, sein. Das ZSM-5, in das Cu abgeschieden wurde, kann vorzugsweise 0–5 Gew.-% Cu und 95–100 Gew.-% ZSM-5 umfassen.
  • Ein bevorzugtes Verhältnis zwischen Ag/Al2O3 und ZSM-5 beträgt zwischen 4:1 und 1:4, bezogen auf das Gewicht. Ag/Al2O3 ist in geeigneter Weise im vorderen Teil des vorliegenden Katalysesystems angeordnet und ZSM-5 ist im hinteren Teil davon angeordnet.
  • Die vorliegenden Systeme können in geeigneter Weise auch eine C6-C16-Kohlenwasserstoffverbindung als Reduktionsmittel für NOx umfassen.
  • Es soll verstanden werden, dass der Begriff "Fahrzeug" oder "Automobil" oder eine andere Bezeichnung, wie die hierin verwendet wird, allgemein motorisierte Fahrzeuge, wie beispielsweise Personenkraftwägen, einschließlich "Sports Utility Vehicles" (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Industriefahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und Ähnliche, einschließt. Die vorliegenden Systeme werden bei einer breiten Vielzahl an motorisierten Fahrzeugen besonders nützlich sein.
  • Andere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden diskutiert.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die obigen und anderen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, die durch die beigefügten Figuren veranschaulicht werden, in denen:
  • 1 die deNOx-Aktivität der Doppelbett-Katalysesysteme zeigt, von denen jedes Ag/γ-Al2O3 mit entsprechend Cu/ZSM-5, Cu/Y, Fe/ZSM-5 und H/ZSM-5 mit einem Packungsverhältnis von 2:1 zeigt, wobei F für den vorderen Katalysator steht, R für den hinteren Katalysator steht, Ag (2,00) für 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 steht, Cu (4,66) für 4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5 steht, CuY (8,17) für 8,17 Gew.-% Cu/Y steht und Fe (1,96) für 1,96 Gew.-% Fe/ZSM-5 steht;
  • 2 die deNOx-Aktivität der Doppelbett-Katalysesysteme zeigt, die 3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5 und 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 umfassen, wobei F für den vorderen Katalysator steht, R für den hinteren Katalysator steht, Ag (2,00) für 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 steht und Cu (3,37) für 3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5 steht;
  • 3 die deNOx-Aktivität der Doppelbett-Katalysatorsysteme zeigt, die 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 (vorne) und 3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5 (hinten) umfassen, wobei F für den vorderen Katalysator steht, R für den hinteren Katalysator steht, Ag (2,00) für 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 steht und Cu (3,37) für 3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5 steht;
  • 4 die deNOx-Aktivität der Doppelbett-Katalysatorsysteme zeigt, die 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 (vorne) und 4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5 (hinten) umfassen, wobei F für den vorderen Katalysator steht, R für den hinteren Katalysator steht, Ag (2,00) für 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 steht und Cu (4,66) für 4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5 steht;
  • 5 die deNOx-Aktivität der Doppelbett-Katalysatorsysteme zeigt, die 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 (vorne) und x Gew.-% Cu/ZSM-5 (hinten) umfassen, wobei F für den vorderen Katalysator steht, R für den hinteren Katalysator steht, Ag (2,00) für 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 steht und Cu (x) für x Gew.-% Cu/ZSM-5 steht; und
  • 6 die deNOx-Aktivität der Doppelbett-Katalysatorsysteme zeigt, die x Gew.-% Ag/γ-Al2O3 (vorne) und 4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5 (hinten) umfassen, wobei F für den vorderen Katalysator steht, R für den hinteren Katalysator steht, AG (x) für x Gew.-% Ag/γ-Al2O3 steht und Cu (4,66) für 4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5 steht.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Im Folgenden wird ausführlich auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen.
  • Wie oben in einem bevorzugten Aspekt erörtert wurde, stellt die vorliegende Erfindung Doppelbett-Katalysesysteme zur NOx-Reduktion bereit, die Ag/Al2O3 und ZSM-5 umfassen. Die vorliegenden Systeme haben die Wirksamkeit der NOx-Reduktion im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, die nur Ag/AlO3 oder nur ZSM-5 umfassen, erheblich verbessert. Genauer gesagt besitzen die vorliegenden Systeme eine hervorragende reduzierende Aktivität bei einer niedrigen Temperatur, bei der die NOx-Reduktion bei dem herkömmlichen System, das nur Ag/Al2O3 verwendet, nahezu unmöglich ist.
  • Ein bevorzugtes System der vorliegenden Erfindung kann einen Packungsaufbau aus Ag/Al2O3 und ZSM-5 aufweisen. Die katalytische Aktivität des gepackten Doppelbett-Katalysesystems kann je nach der Reihenfolge des Packens der Katalysatoren, dem Packungsverhältnis, dem Ag-Gehalt des Ag/Al2O3, der Art und dem Gehalt an Metallionen, die in ZSM-5 abgeschieden sind, usw. variieren. Daher kann ein angepasstes Katalysatorsystem in Abhängigkeit von der Anwendung hergestellt werden.
  • Genauer gesagt variiert die deNOx-Aktivität in Abhängigkeit von dem Ag-Gehalt des Ag/Al2O3. Ein bevorzugter Ag-Gehalt beträgt zwischen 1 und 5 Gew.-%. Insbesondere beträgt der Ag-Gehalt zwischen 2 und 3 Gew.-%. Wenn der Ag-Gehalt kleiner als 1 Gew.-% ist, wird die deNOx-Aktivität schlecht. Wenn der Gehalt mehr als 5 Gew.-% beträgt, verbessert sich die deNOx-Aktivität nicht merklich. Ein Fachmann würde verstehen, dass der Ag-Gehalt je nach Anwendung des Katalysators variieren kann. Ein bevorzugter Gehalt an Al2O3 des Ag/Al2O3 beträgt zwischen 95 und 99 Gew.-%.
  • Die katalytische Aktivität des gepackten Doppelbett-Katalysesystems hängt auch von der Art des in ZSM-5 abgeschiedenen Metalls und dem Gehalt des Metalls ab.
  • Ein bevorzugt in ZSM-5 abgeschiedenes Metall ist Kupfer (Cu). Die Menge an Cu beträgt vorzugsweise zwischen 0 und 5 Gew.-%. Besonders bevorzugt zwischen 2 und 5 Gew.-%. Ganz besonders bevorzugt beträgt sie ungefähr 4,66 %. Die deNOx-Aktivität nimmt nicht erheblich zu, wenn die Menge an Cu 5 Gew.-% übersteigt. Es sollte offensichtlich sein, dass der Gehalt des Zeoliths ZM-5 zwischen 95 und 100 Gew.-% variiert.
  • Die deNOx-Aktivität hängt auch von dem Verhältnis von Ag/Al2O3 zu ZSM-5 ab. Ein bevorzugtes Verhältnis von Ag/Al2O3:ZSM-5 liegt zwischen ungefähr 4:1 und ungefähr 1:4 bezogen auf das Gewicht. Ein besonders bevorzugtes Verhältnis beträgt ungefähr 2:1. Die deNOx-Aktivität hängt auch von der Reihenfolge des Packens von Ag/Al2O3 und ZSM-5 ab. Vorzugsweise ist Ag/Al2O3 am vorderen Teil des Systems angeordnet und ZSM-5 am hinteren Teil davon.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die vorliegenden Doppelbett-Katalysesysteme eine Kohlenwasserstoffverbindung als Reduktionsmittels für NOx umfassen. Die Kohlenwasserstoffverbindung kann vorzugsweise 6–16 Kohlenstoffatome aufweisen. Besonders bevorzugt ist sie ein C10-C16-Alkan. Sie kann vorzugsweise auch eine Mischung aus Kohlenwasserstoffverbindungen sein. Dieselöl kann als Reduktionsmittel verwendet werden.
  • Praktische und derzeit bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden so, wie sie in den folgenden Beispielen gezeigt sind, veranschaulicht. Es versteht sich jedoch von selbst, dass ein Fachmann unter Berücksichtigung dieser Offenbarung Modifikationen und Verbesserungen innerhalb der Intention und dem Umfang der vorliegenden Erfindung vornehmen kann.
  • Beispiel 1
  • Ein Doppelbett-Katalysesystem, das Ag/γ-Al2O3- und Cu/ZSM-5-Katalysatoren umfasst, wurde so, wie in Tabelle 1 unten gezeigt ist, hergestellt. AgNO3 wurde als Precursor zu γ-Al2O3 (BET = 204 m2/g) gegeben und die Imprägnierung wurde mit einem Ag-Gehalt von 1, 2, 3 und 5 Gew.-% durchgeführt. Cu/ZSM-5 wurde durch Innenaustausch im feuchten Zustand hergestellt. Es wurden drei Arten an Katalysatoren mit verschiedenem Cu-Gehalt hergestellt. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Katalysatoren sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
  • 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 (vorne) und 4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5 (hinten) wurden mit einem Verhältnis von 2:1, bezogen auf das Gewicht, gepackt, um einen Doppelbett-Katalysesystem zu erhalten.
  • Versuchsbeispiel (Messen der deNOx-Aktivität)
  • Um die Wirksamkeit der NOx-Reduktion des in Beispiel 1 hergestellten Doppelbett-Katalysesystems zu messen, wurde das Doppelbett-Katalysesystem 1 Stunde lang bei einem Zustand von 550 °C, He-Ausgleich und 10 % O2 vorbehandelt. Dann wurden 1000 ppm NO, 10 % O2, 5 % H2O und 540 ppm n-Dodecan (n-C12H26) als Stimulanz für das Dieselöl und als Reduktionsmittel eingespritzt. Die deNOx-Reaktion wurde bei 200 bis 500 °C und einer Raumgeschwindigkeit von 30.000 h–1 durchgeführt. Der Anteil der Umwandlung von NOx zu N2 wurde berechnet. Das Ergenis ist in 1 gezeigt.
  • Für die quantitative Analyse von N2 wurde eine Online-Gaschromatographie (HP 6890-Reihe) auf einer gepackten Säule (Molekularsieb 5A) durchgeführt.
  • Beispiel 2
  • Der Effekt der Reihenfolge des Packens des Doppelbett-Katalysesystems, das Ag/γ-Al2O3 und Cu/ZSM-5 umfasst, auf die Wirksamkeit der NOx-Reduktion wurde beurteilt.
  • Die Mischung aus 3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5 wurden an der Vorderseite und 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 wurden an der Hinterseite gepackt, wobei das Verhältnis 1:1, bezogen auf das Gewicht, betrug. Dann wurden 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 an der Vorderseite und 3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5 an der Hinterseite gepackt, wobei das Verhältnis 1:1, bezogen auf das Gewicht, betrug. Zuletzt wurden 3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5 und 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 physikalisch miteinander vermischt. Die Aktivität der NOx-Reduktion wurde gemessen. Das Ergebnis ist in 2 angegeben.
  • Beispiel 3
  • Die Wirkung des Packungsverhältnisses des Doppelbett-Katalysesystems, das Ag/γ-Al2O3 und Cu/ZSM-5 umfasst, auf die Wirksamkeit der NOx-Reduktion wurde beurteilt.
  • 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 (vorne) und 3,37 Gew.-% oder 4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5 (hinten) wurden mit einem Verhältnis von 1:2, bezogen auf das Gewicht, 1:1, bezogen auf das Gewicht, und 2:1, bezogen auf das Gewicht, gepackt. Die Ergebnisse sind in den 3 und 4 angegeben.
  • Beispiel 4
  • Um den optimalen Cu-Gehalt des Doppelbett-Katalysesystems, das Ag/γ-Al2O3 und ZSM-5 umfasst, zu bestimmen, wurden HSZM-5-Katalysatoren ohne Cu und Cu/ZSM-5-Katalysatoren, die 1,91 Gew.-%, 3,37 Gew.-% und 4,66 Gew.-% Cu umfassten, zur Herstellung der Doppelbett-Katalysesysteme verwendet.
  • 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 (vorne) und ZSM-5 (hinten) mit verschiedenen Gehalten an Cu wurden mit einem Verhältnis von 2:1 gepackt und die Aktivität der NOx-Reduktion wurde gemessen. Das Ergebnis ist in 5 angegeben.
  • Beispiel 5
  • Um den optimalen Ag-Gehalt des Doppelbett-Katalysesystems, das Ag/γ-Al2O3 und ZSM-5 umfasst, zu bestimmen, wurden Silber-(Ag-)Katalysatoren und Ag/γ-Al2O3-Katalysatoren, die 1, 2, 3 und 5 Gew.-% von 4 Silberarten umfassten, zur Herstellung der Doppelbett-Katalysesysteme verwendet.
  • Ag/γ-Al2O3 (vorne) und Cu/ZSM-5 (hinten) wurden mit einem Verhältnis von 2:1, bezogen auf das Gewicht, von Ag/γ-Al2O3 zu Cu/ZSM-5, bezogen auf das Gewicht, gepackt. Das Ergebnis ist in 6 angegeben.
  • Vergleichsbeispiele 1 bis 5
  • Die Katalysesysteme wurden unter Verwenden von 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 und 3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5 als Standardmaterialien auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Wirksamkeit der NOx-Reduktion wurde auf die gleiche Weise wie in Versuchsbeispiel 1 gemessen. Das Ergebnis ist in den 1 bis 6 angegeben.
  • Es wurden auch drei Arten anderer Doppelbett-Katalysatoren, die Ag/γ-Al2O3 und Cu/ZSM-5 umfassen, hergestellt.
  • Erstens wurden Ag/γ-Al2O3 und Cu/Y mit einem Verhältnis von 2:1, bezogen auf das Gewicht, gepackt. Zweitens wurden Ag/γ-Al2O3 und Fe/ZSM-5 mit einem Verhältnis von 2:1, bezogen auf das Gewicht, gepackt. Zuletzt wurden Ag/γ-Al2O3 und H/ZSM-5 it einem Verhältnis von 2:1, bezogen auf das Gewicht, gepackt.
  • Cu/Y wurde durch Ionenaustausch in einem feuchten Zustand hergestellt. Fe/ZSM-5 wurde durch Ionenaustausch mit FeCl3 im festen Zustand in Abwesenheit von Feuchte hergestellt. Ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Die Wirksamkeit der NOx-Reduktion der drei Arten an Doppelbett-Katalysesystemen ist in 1 angegeben. Die Messung wurde auf die gleiche Weise wie in Versuchsbeispiel 1 durchgeführt.
  • Tabelle 1
    Katalysatoren Herstellungsverfahren Anmerkungen
    1 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 Imprägnierung γ-Al2O3(BET = 204 m2/g) + AgNO3
    2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3
    3 Gew.-% Ag/γ-Al2O3
    5 Gew.-% Ag/γ-Al2O3
    HSZM-5 NH4 +/ZSM-5 (Si/Al = 14)
    1,91 Gew.-% Cu/ZSM-5 Ionenaustausch im feuchten Zustand NH4 +/ZSM-5 (Si/Al = 14) + Cu(Acetat)2
    3,37 Gew.-% Cu/ZSM-5
    4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5
    8,17 Gew.-% Cu/Y Ionenaustausch im feuchten Zustand HY (Si/Al = 2,5) + Cu(Acetat)2
    1,96 % Fe/ZSM-5 Ionenaustausch im festen Zustand NH4 +/ZSM-5 (Si/Al = 14) + FeCl3
  • Die Wirksamkeiten der NOx-Reduktion der Doppelbett-Katalysatorsysteme der Beispiele und der Vergleichsbeispiele wurden verglichen.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wurde die deNOx-Aktivität für die Doppelbett-Katalysesysteme, die Cu/ZSM-5, Fe/ZSM-5, H/ZSM-5 oder Cu/Y und 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 umfassten, beurteilt. Alle anderen Kombinationen zeigten eine geringere Aktivität als das Doppelbett-Katalysesystem, das 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 und 4,66 Gew.-Cu/ZSM-5 umfasste.
  • Im Vergleich zu dem Einzelbett-Katalsator, der 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 umfasste, zeigte der H/ZSM-5-Katalysator eine verbesserte katalytische Aktivität bei 300 °C. Der CuY-Katalysator zeigte gegenüber dem Einzelbett-Katalysator, der 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 umfasste, eine erhöhte Aktivität bei kleiner 350 °C, die Aktivität nahm jedoch bei über 350 °C in hohem Maße ab.
  • Wie in 2 gezeigt ist, wurde die Aktivität der NOx-Reduktion, die be dem Ag/γ-Al2O3-Katalysator nicht festgestellt werden konnte, bei 300 °C ohne Berücksichtigung der Reihenfolge des Packens beobachtet. Wenn das Ag/γ-Al2O3 an der Vorderseite angeordnet wurde und das Cu/ZSM-5 an der Hinterseite angeordnet wurde, wurde selbst bei 350 °C oder höher eine deutliche Verbesserung der Aktivität beobachtet. Das Doppelbett-Katalysesystem, das Fe/ZSM-5, umfasst, zeigte gegenüber dem System, bei dem nur 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 verwendet wurden, bei jeder Temperatur eine erhöhte deNOx-Aktivität.
  • Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, veränderte sich die deNOx-Aktivität in Abhängigkeit von dem Packungsverhältnis erheblich. Es wurde insbesondere eine Zunahme der deNOx-Aktivität bei 350 °C oder höher beobachtet, wenn Ag/γ-Al2O3 (vorne) und Cu/ZSM-5 (hinten) mit einem Verhältnis von 2:1, bezogen auf das Gewicht, gepackt wurden. Die Aktivität war bei einem Verhältnis von 2:1, bezogen auf das Gewicht, auch dann am besten, wenn die Cu-Gehalte verschieden waren.
  • Wie in 5 gezeigt ist, variierte die Aktivität bei geringer Temperatur bei verschiedenen Cu-Gehalten. Die beste deNOx-Aktivität wurde bei 300 °C beobachtet, wenn 4,66 Gew.-% Cu/ZSM-5 verwendet wurden. Bei 350 °C oder höher war der Effekt des Cu-Gehalts nicht entscheidend. Der ZSM-5-Katalysator, bei dem keinen Innenaustausch mit Cu durchgeführt worden war, zeigte eine erheblich verbesserte, katalytische Aktivität bei 300 °C als der Einzelbett-Katalysator, der 2 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 umfasste.
  • Wie in 6 gezeigt ist, war die Aktivität bei 300 °C nahezu identisch, außer, wenn 1 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 an der Vorderseite angeordnet wurde. Bei 400 °C oder höher fiel die Aktivität des Katalysators mit 5 Gew.-% Ag/γ-Al2O3 deutlich ab. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ein wünschenswerter Effekt erreicht werden kann, wenn der Silber-(Ag-)Gehalt in einem Bereich von 2 bis 3 Gew.-% liegt.
  • Wie oben beschrieben ist, stellen die vorliegenden Doppelbett-Katalysatorsysteme insbesondere, wenn n-Dodecan als Reduktionsmittel verwendet wird, gegenüber dem Einzelbett-Katalysesystem, das Ag/γ-Al2O3 umfasst, eine hervorragende deNOx-Aktivität bereit. Bei 300 °C kann eine Verbesserung der Aktivität um 40 % oder mehr erreicht werden, wohingegen eine nur geringe Aktivität beobachtet wird, wenn nur Ag/Al2O3 verwendet wird. Daneben wird eine deutlich verbesserte Aktivität bei 350 °C oder mehr erreicht.
  • Die vorliegenden Doppelbett-Katalysesysteme können daher in industriellen Anwendungen zum Reduzieren von Stickoxiden, die aus einer Vielzahl sich nicht-bewegender und bewegender Einrichtungen emittiert werden, bei 300 °C oder höher eingesetzt werden.
  • Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt und es sollte eher verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, ohne von der Intention und dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims (6)

  1. Doppelbett-Katalysesystem zur Reduktion von Stickoxiden (NOx), das umfasst: von Aluminiumoxid geträgertes Silber (Ag/Al2O3), das 1–5 Gew.-% Silber (Ag) und 95–99 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst; und Zeolith (ZSM-5), das 0–5 Gew.-% Kupfer (Cu) und 95–100 Gew.-% Zeolith (ZSM-5) umfasst.
  2. Doppelbett-Katalysesystem nach Anspruch 1, wobei das Ag/Al2O3 und das ZS-5 gepackt sind.
  3. Doppelbett-Katalysesystem nach Anspruch 1, wobei das ZSM-5 ein ZSM-5 ist, in das Kupfer (Cu) abgeschieden wurde.
  4. Doppelbett-Katalysesystem nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Ag/Al2O3 zu ZSM-5 zwischen 4:1 und 1:4, bezogen auf das Gewicht, beträgt.
  5. Doppelbett-Katalysesystem nach Anspruch 1, wobei das Ag/Al2O3 am vorderen Teil des Systems und ZSM-5 am hinteren Teil des Systems angeordnet ist.
  6. Doppelbett-Katalysesystem nach Anspruch 1, das eine C6-C16-Kohlenwasserstoffverbindung als Reduktionsmittel für NOx umfasst.
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