DE102009043210A1 - Verfahren und Architektur zum Oxidieren von Stickoxid in Abgas von einer Kohlenwasserstoffkraftstoffquelle mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch - Google Patents

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Abstract

Eine Nachbehandlungssystem-Architektur und ein Verfahren zum Oxidieren des Stickstoffmonoxid-Bestandteils eines Abgasstroms von einer kohlenwasserstoffgespeisten Energiequelle, die mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch betrieben wird.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus der am 3. Oktober 2008 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Seriennr. 61/102,462.
  • Technisches Gebiet
  • Das Gebiet, das die Offenbarung allgemein betrifft, umfasst die Behandlung von Abgas von einer mit Kohlenwasserstoff gespeisten Energiequelle, beispielsweise einem Dieselmotor, die mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch betrieben wird. Im Einzelnen betrifft diese Erfindung ein Verfahren und eine Architektur für die Oxidation des Stickoxidbestandteils von Abgas.
  • Hintergrund
  • Dieselmotoren, manche mit Benzin gespeiste Motoren und viele mit Kohlenwasserstoff gespeiste Energieerzeugungsanlagen werden für verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit bei überstöchiometrischen Luft/Kraftstoffmasse-Verhältnissen betrieben. Solche Magermotoren und andere Energiequellen erzeugen aber ein heißes Abgas mit einem relativ hohen Anteil an Sauerstoff und Stickoxiden (NOx). Im Fall von Dieselmotoren liegt die Temperatur des Abgases von einem warm gelaufenen Motor typischerwei se in dem Bereich von 200°C bis 400°C und hat vom Volumen her eine typische Zusammensetzung von etwa 10% Sauerstoff, 6% Kohlendioxid, 0,1% Kohlenmonoxid, 180 ppm Kohlenwasserstoffe, 235 ppm NOx und der Rest Stickstoff und Wasser. Diese NOx-Gase, die typischerweise Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) umfassen, lassen sich aufgrund des hohen Anteils an Sauerstoff (O2) in dem heißen Abgasstrom nur schwer zu Stickstoff (N2) reduzieren.
  • Zusammenfassung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung
  • Die beispielhaften Ausführungsformen sehen eine Nachbehandlungssystem-Architektur und ein Verfahren zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in einem Abgasstrom von einer kohlenwasserstoffgespeisten Energiequelle, beispielsweise einem Dieselmotor, die mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch betrieben wird, vor.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3 in einem katalytischen Oxidationsreaktor zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in einem Abgasstrom einer mager verbrennenden kohlenwasserstoffgespeisten Energiequelle vorgesehen werden, wobei A für ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe bzw. den Lanthaniden und/oder ein Erdalkalimetall steht und wobei B für ein Übergangsmetall steht.
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die katalytische Leistung des vorstehend beschriebenen Perowskit-Katalysators der allgemeinen Formel ABO3 durch die Substitution einer kleinen Menge eines Promotormaterials für einen Teil von Element A oder Element B in der katalytischen Formulierung verbessert werden.
  • In einer noch anderen beispielhaften Ausführungsform kann eine Abgasanlage zum Reduzieren von NOx-Emissionen vorgesehen werden, die einen katalytischen Oxidationsreaktor umfasst, der den vorstehend beschriebenen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3 aufweist.
  • Ein zugehöriges beispielhaftes Verfahren zur Verwendung des Perowskit-Katalysators zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in einem Abgasstrom von einer kohlenwasserstoffgespeisten Energiequelle, beispielsweise einem Dieselmotor, die mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch gemäß den vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen betrieben wird, kann ebenfalls vorgesehen werden.
  • Andere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus der nachstehend vorgesehenen eingehenden Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass, auch wenn die eingehende Beschreibung und die spezifischen Beispiele beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, sie lediglich dem Zwecke der Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken sollen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der eingehenden Beschreibung und der Begleitzeichnungen besser verständlich. Hierbei zeigen:
  • 1 ein schematisches Flussdiagramm einer Abgasanlage für eine kohlenwasserstoffgespeiste Energiequelle, die einen Perowskit-Katalysator zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist;
  • 2 eine vergrößerte Ansicht des katalytischen Oxidationsreaktors von 1;
  • 3 eine Tabelle, die die Leistung der Perowskit-Katalysatoren gemäß der beispielhaften Ausführungsform beim Oxidieren von Stickstoffmonoxid verglichen mit einem herkömmlichen Platinkatalysator beschreibt;
  • 4 eine graphische Darstellung der Stickstoffmonoxid-Oxidationsleistung von LaCoO3 verglichen mit einem handelsüblichen Platin-NO-Oxidationskatalysator über einem breiten Temperaturbereich;
  • 5 eine graphische Darstellung der Stickstoffmonoxid-Oxidationsleistung von La,9Sr,1CoO3 verglichen mit einem handelsüblichen Platinkatalysator über einem breiten Temperaturbereich; und
  • 6 eine graphische Darstellung der Stickstoffmonoxid-Oxidationsleistung von La1-xSrxCoO3 bei verschiedenen Sr-Beladungen verglichen mit einem handelsüblichen Platinkatalysator über einem breiten Temperaturbereich.
  • Eingehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
  • Die folgende Beschreibung der Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter (veranschaulichender) Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung, ihre Anwendung oder Nutzungsmöglichkeiten zu beschränken.
  • In 1 ist ein Flussdiagramm einer Abgasanlage 10 für eine mager verbrennende kohlenwasserstoffgespeiste Energiequelle 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Ein Abgasstrom 12 von dem Abgaskrümmer des Motors, der bei einem weit über dem stöchiometrischen Verhältnis liegenden Luft/Kraftstoffmasse-Verhältnis arbeitet, ist zu behandeln, um den Anteil an NOx (hauptsächlich ein Gemisch aus NO und NO2 mit etwas N2O) zu Stickstoff (N2) zu reduzieren. Wenn der Abgasstrom 12 von einem benzingespeisten Motor stammt, der zum Beispiel bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, das bei über 17 (d. h. L/K > 17) liegt, enthält das Abgas etwas unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HO), NOx, Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O), Sauerstoff (O2) und Stickstoff (N2). Der verwendete Kraftstoff kann Benzin und Dieselkraftstoff einschließen, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Abgasstrom 12 von einem Dieselmotor enthält die gleichen gasförmigen Bestandteile plus schwebende Dieselpartikel (bestehend aus Kohlenwasserstoffen hoher relativer Molekülmasse, die auf den Kohlenstoffpartikeln abgelagert sind).
  • Solche kohlenwasserstoffhaltige Abgasströme 12 können durch einen katalytischen Oxidationsreaktor 14 geleitet werden, der im Wesentlichen die Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid und Wasser abschließt. Für diese Reaktionen ist in dem Abgasstrom 12 typischerweise reichlich Sauerstoff vorhanden.
  • Der am Besten in 2 gezeigte katalytische Oxidationsreaktor 14 kann ein herkömmliches Keramiksubstratmaterial 50 umfassen, beispielsweise ein Cordierit, das mit einem so genannten Washcoat 54 beschichtet ist, der hier als Beschichtung des Rückseitenabschnitts 18 gezeigt ist, der einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3 umfasst, wobei A für ein Seltenerdmetall der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall (La, Sr, Ce, Ba, Pr, Nd oder Gd) steht und wobei B für ein Übergangsmetall (Co, Ni, Cu, Zn, Cr, V, Pt, Pd, Rh, Ru, Ag, Au, Fe, Mn oder Ti) steht.
  • Der Perowskit-Katalysator dient vorrangig zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2). Zwei beispielhafte Perowskit-Katalysatoren der allgemeinen Formel ABO3, die in dem katalytischen Oxidationsreaktor 14 genutzt werden können, umfassen LaCoO3 und LaMnO3.
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die katalytische Leistung des vorstehend beschriebenen Perowskit-Katalysators der allgemeinen Formel ABO3 durch die Substitution einer kleinen Menge eines Promotormaterials für einen Teil von Element A oder Element B in der katalytischen Formulierung verbessert werden. Es können Feststofflösungen von ABO3 mit AA'BO3, ABB'O3 oder auch AA'BB'O3 genutzt werden, wobei A' eine Substitution des Promotormaterials für einen Teil des A-Elements bedeutet und wobei B' eine Substitution des Promotormaterials für einen Teil des B-Elements darstellt.
  • Ein beispielhaftes Promotormaterial ist Strontium (Sr), und eine beispielhafte Formulierung ist ASrBO3, wobei A und B wie vorstehend beschrieben sind. Zwei beispielhafte Perowskit-Katalysatoren, die das Promotormaterial Strontium umfassen, das in dem katalytischen Oxidationsreaktor 14 genutzt werden kann, umfassen La1-xSrxCoO3 und La1-xSrxMnO3.
  • Unter erneutem Bezug auf 2 kann ein Teil des Substratmaterials 50, hier der Vorderseitenabschnitt 16, mit einem zweiten Washcoat 52 mit einer Beladung mit einem Platingruppenmetall (PGM) bei etwa 5–150 g/ft3 beschichtet werden und kann Platin, Palladium, eine Mischung aus Platin und Palladium und andere Trägermaterialien umfassen. Der zweite Washcoat 52 kann das Oxidieren von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und das Oxidieren von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid und Wasser unterstützen.
  • Während der in 2 gezeigte katalytische Oxidationsreaktor 14 einen Vorderseitenabschnitt 16, der den zweiten Washcoat 52 umfasst, und den Hinterseitenabschnitt 18, der den ersten Washcoat 54 umfasst, umfasst, werden bei anderen Anordnungen andere beispielhafte Ausführungsformen ausdrücklich in Betracht gezogen. Zum Beispiel kann das gesamte Substratmaterial 50 mit sowohl dem ersten Washcoat 54 als auch dem zweiten Washcoat 52 beschichtet werden, die in aufeinander folgenden Schritten oder gemeinsam in einer einzigen Washcoat-Formulierung aufgebracht werden. Alternativ kann abhängig von der Zusammensetzung des Abgases 12 und der erwünschten Behandlung des Abgases das gesamte Substratmaterial 50 ausschließlich mit dem zweiten Washcoat 52 beschichtet werden, der den Perowskit-Katalysator umfasst, und immer noch in das Wesen der vorliegenden Erfindung fallen.
  • Unter erneutem Bezug auf 1 kann auch Ammoniak (NH3) oder Harnstoff dem Abgasstrom 12 zugegeben werden, nachdem der Abgasstrom 12 aus dem katalytischen Oxidationsreaktor 14 austritt. Ammoniak kann in geeigneter Form (beispielsweise als flüssiges Ammoniak oder Harnstoff) an Bord eines Magermotor-Fahrzeugs oder nahe eines stationären Motors, die hierin kollektiv als Ammoniakinjektorvorrichtung 20 bezeichnet sind, gespeichert werden und kann dem Abgasstrom 12 als Strom 22 stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors 40 und des Kohlenwasserstoffpartikelfilters 45 zugegeben werden. Das Ammoniak oder der Harnstoff aus dem Strom 22 kann an der Reduzierung von Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) zu Stickstoff (N2) beteiligt sein.
  • Der mit Ammoniak oder Harnstoff behandelte Abgasstrom 12 dringt dann in den katalytischen Reduktionsreaktor 40 ein. Der katalytische Reduktionsreaktor 40 kann einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR, kurz vom engl. selective catalytic reduction) 42 umfassen, der vorrangig dazu dient, NO und NO2 (d. h. NOx) wesentlich zu N2 und Wasser zu reduzieren.
  • Der SCR-Katalysator 42 kann aus einem (nicht gezeigten) Washcoat gebildet sein, der ein unedles Metall als das in einem Zeolithmaterial enthaltene aktive Material und andere Trägermaterialien (Beispiele: Cu/ZSM-5, Vanadiumpentoxid/Titandioxid etc.) umfasst, die mit einem herkömmlichen Substratmaterial, beispielsweise Cordierit, verbunden sind. Das unedle Metall kann beim Umwandeln von NO zu NO2 und beim anschließenden Umwandeln von NO2 zu N2 und Wasser mitwirken, die durch das (nicht gezeigte) Endrohr als Emission ausgestoßen werden können.
  • Eine maximale Reduktionsleistung des SCR-Katalysators 42 wird häufig bei einem im Wesentlichen äquimolaren Verhältnis (Verhältnis von 1:1) von NO und NO2 in dem Abgasstrom 12 erreicht, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen (beispielsweise bei Start- oder Warmlaufbedingungen), bei denen der SCR-Katalysator 42 NOx nicht bei seinem maximalen Wirkungsgrad in N2 und Wasser umwandeln kann. Ferner können bei dem Verhältnis von 1:1 die abträglichen Wirkungen von hoher Raumgeschwindigkeit und Alterung des SCR-Katalysators 42 minimiert werden. Da das Motorroh-NOx typischerweise weniger als 10% NO2 enthält, wandelt der Oxidationskatalysator 14 einen Teil des Motorroh-NO zu NO2 um, um ein NO/NO2-Molverhältnis zu erreichen, das näher bei 1:1 liegt. Wenn die von einem Temperatursensor 27 gemessene Temperatur des SCR-Katalysators 42 ausreichend hoch ist (d. h. die Temperatur, bei der der SCR-Katalysator 42 bei im Wesentlichen Spitzenwirkungsgrad arbeiten kann, um NOx unabhängig von der Zusammensetzung des Abgases 12 umzuwandeln), wird der Vorteil des äquimolaren NO/NO2-Verhältnisses gemindert.
  • Um hohe NH3-SCR-Wirkungsgrade zu erreichen, muss das Verhältnis von NH3 zu NOx ebenfalls sorgfältig nahe 1:1 gehalten werden. Das von der Injektorvorrichtung 20 dem Abgasstrom 12 vor dem Eindringen in den katalytischen Reduktionsreaktor 40 zugegebene Ammoniak bzw. Harnstoff kann daher so gesteuert werden, dass es dieses äquimolare Verhältnis erreicht. Diese Steuerung kann durch Messen der NOx-Konzentration in dem Abgasstrom unter Verwenden eines NOx-Sensors 25 und Steuern der Menge an Ammoniak oder Harnstoff, die von der Injektorvorrichtung 20 als Funktion der NOx-Messung zum Erreichen des erwünschten Verhältnisses von 1:1 eingespritzt wird, erfolgen.
  • Schließlich strömt der Abgasstrom 12 durch einen Partikelfilter 45, um verbleibendes Partikelmaterial zu entfernen, und tritt durch ein (nicht gezeigtes) Endrohr oder eine ähnliche Vorrichtung an die Atmosphäre aus. Bei alternativen beispielhaften Anordnungen kann der Partikelfilter 45 den Abgasstrom 12 vor dem Eindringen in den katalytischen Reduktionsreaktor 40 filtern. Der Partikelfilter 45 kann aus verschiedenen Materialien gebildet sein, einschließlich Cordierit oder Silicon-Carbid, das Partikelmaterial zurückhält.
  • Unter Bezug nun auf 3 ist eine Tabelle vorgesehen, die die Leistung verschiedener Perowskit-Katalysatoren gemäß den beispielhaften Ausführungsformen – als Prozentsatz der Stickstoffmonoxid-Oxidation bei 325°C – der allgemeinen Formel LaBO3 (B = Co oder Mn), die bei verschiedenen Beladungen (FG „Oberflächengröße” bezeichnet die spezifische Oberfläche pro Masseeinheit der katalytischen Materialien) verbunden sind, mit und ohne ein Strontium-Promotormaterial, mit im Handel erhältlichen Platinkatalysatoren. Die Perowskit-Katalysatoren wurden durch das nachstehend in dem Abschnitt Beispiele beschriebene Verfahren erzeugt.
  • Wie in 3 gezeigt boten die Perowskit-Katalysatoren der allgemeinen Formel LaBO3 eine signifikante Verbesserung der Oxidation von Stickstoffmonoxid bei 325°C verglichen mit dem vorgesehenen herkömmlichen Platinkatalysator. Zudem scheint die Zugabe des Promotormaterials Strontium beim Anheben der Werte im Verhältnis zu Lanthan, was durch die allgemeine Formel La1-xSrxBO3 veranschaulicht ist, auch zu stufenweisen Verbesserungen der Stickstoffmonoxid-Oxidation zu führen.
  • 4 vergleicht die Leistung eines beispielhaften Perowskit-Katalysators, der das Strontium-Promotormaterial La,9Sr,1CoO3 umfasst, mit einem handelsüblichen Katalysator auf Platinbasis über einem breiten Temperaturbereich. Die Stickstoffmonoxid-Oxidation wurde durch Messen des relativen Anteils von Stickstoffdioxid in dem NOx-Bestandteil des Abgasstroms bei verschiedenen Temperaturen bestätigt. Der Abgasstrom enthält hier kein Wasser, kein Kohlenstoffdioxid und keine Kohlenwasserstoffe. Die Ergebnisse bestätigen, dass La,9Sr,1CoO3 einen größeren Anteil an Stickstoffmonoxid über einem breiten Temperaturbereich oxidieren kann als ein herkömmlicher Katalysator auf Platinbasis.
  • 5 vergleicht die Leistung eines beispielhaften Perowskit-Katalysators, der das Strontium-Promotormaterial La,9Sr,1CoO3 umfasst, mit einem herkömmlichen Katalysator auf Platinbasis bezüglich Stickstoffmonoxid-Oxidation über einem breiten Temperaturbereich in einem typischen mageren Abgasstrom, der Wasser, Kohlenstoffdioxid und Kohlenwasserstoffe enthält. Die Stickstoffmonoxid-Oxidation wurde durch Messen des relati ven Anteils von Stickstoffdioxid in dem NOx-Bestandteil des Abgasstroms bei verschiedenen Temperaturen bestätigt. Die Ergebnisse bestätigen, dass La,9Sr,1CoO3 einen größeren Anteil an Stickstoffmonoxid über einem breiten Temperaturbereich in einem Abgasstrom zu oxidieren scheint, der Wasser, Kohlenstoffdioxid und Kohlenwasserstoffe enthält.
  • 6 vergleicht die Leistung eines beispielhaften Perowskit-Katalysators, La1-xSrxCoO3 (x = 0, 0,1, 0,2, 0,3), der das Promotormaterial Strontium umfasst, bezüglich Stickstoffmonoxid-Oxidation über einem breiten Temperaturbereich in einem typischen mageren Abgasstrom, der Wasser, Kohlenstoffdioxid und Kohlenwasserstoffe enthält. 5 bestätigt, dass die Zugabe von Strontium in einer Menge von nur 10 Molprozent des Lanthan-Bestandteils die Stickstoffmonoxid-Oxidation verglichen mit LaCoO3 bei verschiedenen Werten des Promotormaterials verbessern kann.
  • Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen derselben nicht als Abweichen vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.
  • Beispiele:
  • Katalysator-Erzeugung
  • Wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt wurden La1-xSrxCoO3-Katalysatoren (x = 0, 0,1, 0,2, 0,3) und La1-xSrxMnO3-Katalysatoren (x = 0, 0,1) durch Citratverfahren hergestellt. Bei den Verfahren wurden geeignete Mengen von La(NO3)3·6H2O-, Co(NO3)2.6H2O-, Mn(NO3)2-Lösung und Sr(NO3)2 in destilliertem Wasser mit Citronensäure-Monohydrat aufgelöst.
  • Citronensäure wurde mit einem Überschuss von etwa 10 Gewichtsprozent zugegeben, um eine vollständige Komplexbildung der Metallionen sicherzustellen. Die verwendete Menge an Wasser lag bei etwa 46,2 ml/g La(NO3)3.6H2O. Die Lösung wurde auf eine Rühr- und Heizplatte gesetzt und eine Stunde lang gerührt, dann unter fortgesetztem Rühren auf etwa 80°C erwärmt. Tabelle 1
    LaCoO3 La0,9Sr0,1CoO3 LaMnO3
    La(NO3)3·6H2O 17,61 g 35,62 g 27,60 g
    Sr(NO3)2 - 1,93 g -
    Co(NO3)2·6H2O 11,84 g 26,60 g -
    Mn(NO3)2 - - 14,14 g
    C6H8O7·H2O 15,67 g 34,51 g 24,56 g
    Deionisiertes H2O 825 ml 1820 ml 1275 ml
  • Während der Erzeugung wurde Wasser verdampft, bis die Lösung ein viskoses Gel wurde und gerade begann, NO2-Gas zu entwickeln. Dann wurde das Gel über Nacht in einen Ofen gegeben, der auf etwa 90°C eingestellt war. Das sich ergebende schwammartige Material wurde zerstoßen und bei etwa 700°C etwa 5 Stunden lang in ruhender Luft kalziniert. Die Temperatur wurde bei einer Rate von etwa 10°C pro Minute hochgefahren. Als die Temperatur einen Wert kurz unter etwa 300°C erreichte, verbrannten die Citrat-Ionen heftig, was eine größere Temperaturspitze und Pulververdrängung bewirkte. Aus diesem Grund wurde das Pulver mit mehreren Schichten von ZrO2-Kugeln (die gleichen, die beim Vermahlen in der Kugelmühle verwendet werden) bedeckt, um eine Pulververdrängung zu verhindern, aber immer noch Gasmobilität zuzulassen. Nach dem Kalzinieren wurde das Pulver mit etwa 6,33 ml Wasser/g Pulver etwa 24 Stunden lang in der Kugelmühle vermahlen. Danach wurde die Aufschlämmung ständig gerührt und es wurden der Aufschlämmung etwa 0,33 ml von 0,1 M HNO3/g Pulver und etwa 5 ml Wasser/g Pulver zugegeben. Die sich ergebende Washcoat-Lösung hatte eine Konzentration von etwa 0,114 Gramm Katalysator/ml Lösung.
  • In die Washcoat-Lösung wurde ein Cordieritsubstrat getaucht, und überschüssige Flüssigkeit wurde entfernt, und das nasse Substrat wurde waagerecht etwa 30 Minuten lang in einen Ofen gegeben, der auf etwa 200°C eingestellt war. Dieses Vorgehen wurde wiederholt, bis die erwünschte Beladung erhalten war. Schließlich wurde der Katalysator bei etwa 700°C 5 Stunden lang mit einem Luftstrom von etwa 100 Standardkubikzentimeter pro Minute kalziniert.

Claims (20)

  1. Katalytischer Oxidationsreaktor zum Oxidieren des Stickstoffmonoxid-Bestandteils eines Abgasstroms von einer kohlenwasserstoffgespeisten Energiequelle, die mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch betrieben wird, wobei der katalytische Oxidationsreaktor umfasst: ein Substratmaterial; einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3, der mit einem Abschnitt des Substratmaterials verbunden ist, wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst und wobei B ein Übergangsmetall umfasst.
  2. Katalytischer Oxidationsreaktor nach Anspruch 1, wobei der Perowskit-Katalysator von der allgemeinen Formel AA'BO3 ist; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und wobei A' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von A umfasst.
  3. Katalytischer Oxidationsreaktor nach Anspruch 1, wobei der Perowskit-Katalysator von der allgemeinen Formel ABB'O3 ist; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und wobei B' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von B umfasst.
  4. Katalytischer Oxidationsreaktor nach Anspruch 1, wobei der Perowskit-Katalysator von der allgemeinen Formel AA'BB'O3 ist; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmetall umfasst; wobei A' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von A umfasst; und wobei B' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von B umfasst.
  5. Katalytischer Oxidationsreaktor nach Anspruch 2, wobei A' Strontium umfasst.
  6. Katalytischer Oxidationsreaktor nach Anspruch 1, wobei A Lanthan ist.
  7. Katalytischer Oxidationsreaktor nach Anspruch 6, wobei B Kobalt oder Mangan oder Eisen ist.
  8. System zum Reduzieren von NOx- und Partikelmaterial-Emissionen in einem Abgasstrom, umfassend: einen katalytischen Oxidationsreaktor, der einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3, der mit einem Substratmaterial verbunden ist, umfasst, wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst und wobei B ein Übergangsmetall umfasst; einen Partikelfilter; und einen katalytischen Reduktionsreaktor, der einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion aufweist.
  9. System nach Anspruch 8, wobei der Perowskit-Katalysator der Perowskit-Katalysator von der allgemeinen Formel AA'BO3 ist; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und wobei A' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von A umfasst.
  10. System nach Anspruch 8, wobei der Perowskit-Katalysator der Perowskit-Katalysator von der allgemeinen Formel ABB'O3 ist; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und wobei B' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von B umfasst.
  11. System nach Anspruch 8, wobei der Perowskit-Katalysator der Perowskit-Katalysator von der allgemeinen Formel AA'BB'O3 ist; wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst; wobei B ein Übergangsmaterial umfasst; wobei A' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von A umfasst; und wobei B' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von B umfasst.
  12. System nach Anspruch 8, wobei der katalytische Oxidationsreaktor weiterhin umfasst: einen Katalysator auf Platinbasis oder einen Katalysator auf Palladiumbasis oder einen Katalysator auf Platin- und Palladiumbasis, der mit einem anderen Abschnitt des Substratmaterials verbunden ist.
  13. System nach Anspruch 8, wobei der katalytische Oxidationsreaktor weiterhin umfasst: einen Katalysator auf Platinbasis oder einen Katalysator auf Palladiumbasis oder einen Katalysator auf Platin- und Palladiumbasis, der mit dem Abschnitt des Substratmaterials verbunden ist.
  14. System nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: eine Injektorvorrichtung zum Einspritzen von Ammoniak oder Harnstoff zu dem Abgasstrom vor dem katalytischen Reduktionsreaktor.
  15. System nach Anspruch 14, weiterhin umfassend: einen NOx-Sensor, der in dem Abgasstrom enthalten ist und mit der Injektorvorrichtung verbunden ist, wobei der NOx-Sensor stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors angeordnet ist.
  16. System nach Anspruch 14, weiterhin umfassend: einen mit dem katalytischen Reduktionsreaktor und der Injektorvorrichtung verbundenen Temperatursensor, wobei der Temperatur sensor eine Temperatur eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion misst, der in dem katalytischen Reduktionsreaktor enthalten ist.
  17. Verfahren zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid in einem Abgasstrom von einer kohlenwasserstoffgespeisten Energiequelle, die mit einem kraftstoffarmen Verbrennungsgemisch betrieben wird, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden eines katalytischen Oxidationsreaktors, welcher einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABO3, der mit einem Substratmaterial verbunden ist, umfasst, wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst und wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und Leiten des Abgasstroms durch den katalytischen Oxidationsreaktor.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Ausbilden des katalytischen Oxidationskatalysators umfasst: Ausbilden eines katalytischen Oxidationsreaktors, welcher einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel AA'BO3, der mit einem Substratmaterial verbunden ist, umfasst, wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst, wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und wobei A' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von A umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Ausbilden des katalytischen Oxidationskatalysators umfasst: Ausbilden eines katalytischen Oxidationsreaktors, welcher einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel ABB'O3, der mit einem Substratmaterial verbunden ist, umfasst, wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst, wobei B ein Übergangsmetall umfasst; und wobei B' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von B umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Ausbilden des katalytischen Oxidationsreaktors umfasst: Ausbilden eines katalytischen Oxidationsreaktors, welcher einen Perowskit-Katalysator der allgemeinen Formel AA'BB'O3, der mit einem Substratmaterial verbunden ist, umfasst, wobei A ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe und/oder ein Erdalkalimetall umfasst, wobei B ein Übergangsmetall umfasst, wobei A' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von A umfasst und wobei B' eine Substitution eines Promotormaterials für einen Teil von B umfasst.
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