DE102015119836A1 - Durch Zeolith unterstützter, auf Silber basierender Katalysator zur Speicherung von NOx - Google Patents

Durch Zeolith unterstützter, auf Silber basierender Katalysator zur Speicherung von NOx Download PDF

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Abstract

Ein Nachbehandlungssystem verwendet chemische Reaktionen, um einen Abgasfluss zu behandeln. Eine Vorrichtung zur Verwendung innerhalb eines Nachbehandlungssystems schließt einen auf Silber basierenden NOx-Speicherkatalysator und einen Zeolithen ein. Der auf Silber basierende NOx-Speicherkatalysator und der Zeolith speichern NOx während einer Niedertemperatur-Betriebsanlaufperiode. In einer Ausführung schließt der Zeolith einen Barium-Y-Zeolithen ein.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft die Nachbehandlung von NOx-Emissionen aus Verbrennungsprozessen.
  • HINTERGRUND
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen. Demgemäß ist es nicht beabsichtigt, dass solche Aussagen ein Zugeständnis bezüglich des Standes der Technik darstellen.
  • Emissionskontrolle ist ein Faktor bei der Entwicklung von Motoren und der Steuerung von Motoren. Eine bestimmte Emission, NOx, ist ein bekanntes Nebenprodukt der Verbrennung. NOx wird durch Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle erzeugt, die sich in der dem Motor zugeführten Luft befinden und bei den hohen Verbrennungstemperaturen dissoziieren, und die Geschwindigkeiten der Bildung von NOx schließen bekannte Zusammenhänge mit dem Verbrennungsprozess ein, zum Beispiel sind höhere Geschwindigkeiten der Bildung von NOx mit höheren Verbrennungstemperaturen und einem längeren Ausgesetztsein der Luftmoleküle bei höheren Temperaturen verbunden.
  • Sobald NOx-Moleküle in der Verbrennungskammer erzeugt wurden, können sie in beispielhaften Vorrichtungen, die innerhalb der breiteren Kategorie von Nachbehandlungsvorrichtungen im Stand der Technik bekannt sind, zurück in Stickstoff- und Wassermoleküle umgewandelt werden. Es sind zum Beispiel Nachbehandlungsvorrichtungen bekannt, die chemische Reaktionen verwenden, um einen Abgasfluss zu behandeln. Eine beispielhafte Vorrichtung schließt eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) ein. Eine SCR verwendet ein Reduktionsmittel, das in der Lage ist, mit NOx zu reagieren, um das NOx zu behandeln. Ein beispielhaftes Reduktionsmittel ist Ammoniak, das durch Einspritzung von Harnstoff erhalten wird. Im Stand der Technik sind eine Anzahl alternativer Reduktionsmittel bekannt. Auf einem Katalysatorbett innerhalb der SCR-Katalysatoren aufbewahrter Ammoniak reagiert mit NOx, vorzugsweise einer äquimolaren Mischung aus NO und NO2, und erzeugt vorteilhafte Reaktionen, um das NOx zu behandeln. Es ist bekannt, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), der Platingruppenmetalle (PGM, typischerweise Pt und Pd) enthält, stromaufwärts der SCR in Dieselanwendungen zu betreiben, um einen Teil des NO in NO2 umzuwandeln, was gegenüber der Behandlung in der SCR bevorzugt ist, und zusätzlich HC (Kohlenwasserstoffe) und CO (Kohlenmonoxid) zu oxidieren. Zusätzlich kann eine Dieselteilchenfilter-(DPF-)Vorrichtung verwendet werden, um partikuläres Material aus dem Abgasstrom einzufangen und/oder zu entfernen.
  • Die Effizienz der NOx-Reduktion in einem Nachbehandlungssystem ist temperaturabhängig. Versuche in beispielhaften Motor- und Nachbehandlungsanordnungen zeigen, dass bis zu 50% der gesamten NOx-Emissionen eines Abgasendrohrs der Anordnungen während des Kaltstarts des Fahrzeugs auftreten können, bevor der stromabwärts angeordnete SCR-Katalysator ausreichend aktiv ist, um das NOx umzuwandeln. NOx kann gespeichert werden, bis es mittels einer Reaktion mit Harnstoff/Ammoniak bei einer höheren Temperatur (zum Beispiel bei mehr als 180°C) selektiv zu Stickstoff reduziert werden kann. Allerdings ist ein beispielhafter Silber/Aluminiumoxid-Katalysator, der für die NOx-Speicherung verwendet wird, aktiv, wenn die Temperatur niedrig ist (beispielsweise höher als 75°C).
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Nachbehandlungssystem verwendet chemische Reaktionen, um einen Abgasstrom zu behandeln. Eine Vorrichtung zur Verwendung innerhalb eines Nachbehandlungssystems schließt einen auf Silber basierenden NOx-Speicherkatalysator und einen Zeolithen ein. Der auf Silber basierende NOx-Speicherkatalysator und der Zeolith speichern NOx während einer Niedertemperatur-Betriebsanlaufphase.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ein oder mehrere Ausführungsbeispiel(e) werden nun beispielhaft in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
  • 1A ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem aufzeigt, das einen Abgasfluss eines Motors behandelt, einschließlich einer Zonen-beschichteten Katalysatorvorrichtung, die einen auf Silber basierenden Katalysator in Kombination mit einem Zeolithen gemäß der vorliegenden Offenbarung einschließt;
  • 1B ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem aufzeigt, das einen Abgasfluss eines Motors behandelt, einschließlich einer Zonen-beschichteten Katalysatorvorrichtung, die einen auf Silber basierenden Katalysator in Kombination mit einem Zeolithen gemäß der vorliegenden Offenbarung einschließt;
  • 2 graphisch die NOx-Konzentration aufzeigt, die stromabwärts einer NOx-Speichervorrichtung gemessen wird, die NOx während einer Kaltstartperiode gemäß der vorliegenden Offenbarung speichert;
  • 3 NO-Konzentrationen während der in 2 aufgezeigten Anlaufphase gemäß der vorliegenden Offenbarung aufzeigt;
  • 4 NO2-Konzentrationen während der in 2 aufgezeigten Anlaufphase gemäß der vorliegenden Offenbarung aufzeigt;
  • 5 offensichtliche NOx-Umsatzprozentwerte während der in 2 aufgezeigten Anlaufphase gemäß der vorliegenden Offenbarung aufzeigt; und
  • 6 beispielhafte Testergebnisse zeigt, die die NOx-Speicherkapazität einer Vorrichtung in Gramm pro Liter zeigt, die nur einen auf Silber basierenden Katalysator verwendet gegenüber einem auf Silber basierenden Katalysator kombiniert mit einem Zeolithen gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In Abhängigkeit von einer Anzahl an Variablen können Nachbehandlungssysteme eine Anzahl verschiedener Komponenten oder Module einschließen, einschließlich Dieseloxidationskatalysatoren (DOC), selektiver katalytischer Reduktionsvorrichtungen (SCR), Dieselteilchenfilter (DPF), und Dreiwegekatalysatoren (TWC) (zur Verwendung in benzinbetriebenen Systemen). Diese verschiedenen Module können auf verschiedene Arten angeordnet sein. Die in dieser Offenbarung bereitgestellten Beispiele sollen nicht-beschränkende Beispiele darstellen, und die Offenbarung soll nicht auf die hierin bereitgestellten Beispiele beschränkt sein.
  • Eine SCR-Vorrichtung erhält eine Menge an Ammoniak, beispielsweise von einem Harnstofffluss, der mittels einer Harnstoffeinspritzvorrichtung bereitgestellt wird, um NOx innerhalb des Nachbehandlungssystems zu behandeln. Eine SCR-Vorrichtung schließt ein SCR-Katalysatormaterial in Form einer Beschichtung auf einem Cordieritträger ein, um Ammoniak zu speichern und die chemische Reaktion, die innerhalb der SCR-Vorrichtung stattfindet, zu erleichtern, und dadurch die Umsetzung von NOx und Ammoniak in die erwünschten Abgaskomponenten einschließlich Stickstoffgas und Wasser zu beschleunigen.
  • Ein Katalysator kann auch verwendet werden, um NOx temporär zu speichern, bis die Bedingungen zur NOx-Reduktion vorliegen oder ein Spülzyklus durchgeführt werden kann, um adsorbiertes NOx, das auf dem Katalysator gespeichert ist, zu entfernen. Ein beispielhafter NOx Speicherkatalysator schließt einen Silber/Aluminiumoxid-Katalysator ein. Allerdings wird eine effektive Speicherung von NOx auf einem Katalysator wie einem Silber/Aluminiumoxid-Katalysator nur bei Betriebstemperaturen möglich, die über einem unteren Temperaturgrenzwert liegen. Da beim Kaltstart die Betriebstemperaturen unter einem üblichen unteren Temperaturgrenzwert für bekannte NOx-Speicherkatalysatoren beginnen, gibt es eine Zeitspanne während der Anlaufphase bevor die Betriebstemperatur auf den unteren Temperaturgrenzwert ansteigt, in der eine Speicherung von NOx nicht möglich ist. Während dieser Niedertemperatur-Kaltstartperiode können kostspielige PGM-(Platingruppenmetall-)Speichervorrichtungen, die als passive NOx-Adsorber bezeichnet werden, verwendet werden, um NOx zu speichern, aber eine verstärkte Verwendung solcher hoher Mengen an PGM ist aus Kostengründen beschränkt.
  • Innerhalb eines Abgasflusses schließt NOx sowohl NO als auch NO2 ein. Katalysatoren, die eine temporäre Speicherung von NOx in einigen Umgebungen bereitstellen, sind ausgelegt, NO2 zu speichern und sind entweder weniger wirksam oder überhaupt nicht wirksam bei der Speicherung von NO. Verfahren und Nachbehandlungssysteme verwenden bekannter Weise eine H2-unterstützte Nachbehandlung, um für eine wirksame Katalysatorspeicherung NO in NO2 umzuwandeln. Ein Verfahren und System zur Oxidation von Stickoxiden über auf Silber basierenden Katalysatoren ist in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2013/0294989 A1 offenbart, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Ein Verfahren und System für einen Silber-unterstützten eng gekoppelten NOx-Adsorber ist in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2013/0294990 A1 offenbart, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Ein Niedertemperatur-NOx-Speichersystem für die Nachbehandlung von Magerabgasen ist in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2012/0210696 offenbart, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Bestimmte Zeolithmaterialien haben in Tests eine Fähigkeit gezeigt, NOx bei niedrigen Temperaturen zu speichern. Ein Nachbehandlungssystem unter Verwendung eines auf Silber basierenden Katalysators zur NOx-Speicherung kann mit Hilfe der zusätzlichen Verwendung eines Zeolithmaterials zur Niedertemperatur NOx-Speicherung die Leistung bei niedriger Temperatur verbessern. Ein nicht beschränkender beispielhafter Zeolith, Barium-ausgetauschter Y-Zeolith (BaY) wird mit einer vorteilhaften NOx-Speicherleistung bei Temperaturen innerhalb typischer Anlaufphasen-Bereiche bereitgestellt. Andere beispielhafte Zeolithe können verwendet werden. Grundzeolithe wie Y-Zeolith, Beta-Zeolith, ZSM-5, SSZ-13 (ein im Stand der Technik bekanntes Aluminosilikat-Zeolithmaterial), und SAPO-34 (Silicoaluminophosphat 34) können verwendet werden. Grundmetalle wie Kupfer, Eisen, Silber oder Barium können als dotierte oder ausgetauschte Zeolithe verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können die offenbarten Zeolithe in Kombination mit PGM (Platin oder Palladium) verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform können die offenbarten Zeolithe als eine separate Schicht auf einem beispielhaften Ag2O/Al2O3-Katalysator dispergiert sein. In einer anderen Ausführungsform können die offenbarten Zeolithe als eine separate Schicht unter dem beispielhaften Ag2O/Al2O3-Katalysator dispergiert sein. In einer anderen Ausführungsform können die offenbarten Zeolithe einheitlich innerhalb eines Washcoats mit dem Ag2O/Al2O3-Katalysator dispergiert sein.
  • Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen dient und nicht zum Zweck der Beschränkung derselben, veranschaulicht 1A ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem, das einen Abgasfluss eines Motors behandelt, einschließlich einer Zweifachzonenkatalysatorvorrichtung, die einen auf Silber basierenden Katalysator in Kombination mit einem Zeolithen einschließt. Es ist ein beispielhafter Dieselmotor 10 gezeigt, der eine Kraftstoff-Luft-Mischung verbrennt, um mechanische Energie zu erzeugen, und als Ergebnis der Verbrennung wird ein Abgasfluss einschließlich chemischer Nebenprodukte des Verbrennungsprozesses durch ein Abgasnachbehandlungssystem 12 geleitet. Das beispielhafte Nachbehandlungssystem 12 schließt eine Zweifachzonenkatalysatorvorrichtung 20, eine SCR-Vorrichtung 30 und eine DPF-Vorrichtung 40 ein. Die Zweifachzonenkatalysatorvorrichtung 20 schließt eine erste Zone 21 ein, die mit einem Katalysator wie einer Kombination aus einem auf Silber basierenden Katalysator und einem Zeolithen wie hierin offenbart ausgestattet ist, um eine H2-unterstützte Reaktion von NO zu NO2 und eine Speicherung innerhalb der ersten Zone zu erleichtern. Die Zone 22 der Vorrichtung 20 schließt einen Katalysator wie einen bekannten PGM-Katalysator ein. Die Harnstoffeinspritzvorrichtung 50 ist in der Zeichnung mit einem Harnstofffluss gezeigt, der in das Nachbehandlungssystem 12 stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 30 eingespritzt wird. Die SCR-Vorrichtung 30 schließt einen Katalysator ein, um die Behandlung von NOx innerhalb der Vorrichtung 30 zu erleichtern. Die Anordnung der Vorrichtungen innerhalb des Nachbehandlungssystems 12 ist beispielhaft und nicht beschränkend, und andere Auslegungen sowie andere Vorrichtungen, die Ammoniak-Oxidationskatalysatoren verwenden, können ebenfalls angeordnet und verwendet werden.
  • Auf Silber basierende Katalysatoren sind zur Verwendung innerhalb einer Katalysatorvorrichtung bekannt. Durch das Kombinieren eines auf Silber basierenden Katalysators innerhalb der Zone 21 der Vorrichtung 20 mit der Verwendung eines Zeolithen kann eine erhöhte NOx-Speicherung bei niedrigen Temperaturen die NOx-Emissionen während des Anlaufens des Systems verringern.
  • 1B veranschaulicht ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem, das einen Abgasfluss eines Motors behandelt, einschließlich nacheinander geschalteter Katalysatorvorrichtungen, die einen auf Silber basierenden Katalysator in Kombination mit einem Zeolithen einschließen. Es ist ein beispielhafter Dieselmotor 10' dargestellt, der eine Kraftstoff-Luft-Mischung zur Erzeugung von mechanischer Energie verbrennt, und als ein Ergebnis der Verbrennung wird ein Abgasfluss einschließlich chemischer Nebenprodukte des Verbrennungsprozesses durch ein Abgasnachbehandlungssystem 12' geleitet. Das beispielhafte Nachbehandlungssystem 12' schließt eine erste Katalysatorvorrichtung 23, eine zweite Katalysatorsteuervorrichtung 24, eine Mager-NOx-Fallenvorrichtung 32 und eine DPF-Vorrichtung 40' ein. Die erste Katalysatorvorrichtung 23 ist mit einem Katalysator wie einer Ag-Kombination mit einem Zeolith-Katalysator ausgestattet, um eine H2-unterstützte Reaktion von NO zu NO2 und Speicherung innerhalb der ersten Vorrichtung zu erleichtern. Die zweite Katalysatorvorrichtung 24 schließt einen PGM-Katalysator wie hierin offenbart ein. Der auf Silber basierende Katalysator kann in Gegenwart von CO und HC's bei niedrigen Temperaturen NO zu NO2 umwandeln. Die Mager-NOx-Fallenvorrichtung 32 schließt einen Katalysator ein, um die Speicherung und die spätere Behandlung von NOx zu erleichtern. Durch die vorliegende Offenbarung hindurch kann jede Ausführungsform, die einschließlich einer SCR-Vorrichtung offenbart ist, zusätzlich oder alternativ eine Mager-NOx-Falle gemäß im Stand der Technik bekannten Anordnungen und Nachbehandlungsverfahren verwenden. Die Anordnung von Vorrichtungen innerhalb des Nachbehandlungssystems 12' ist beispielhaft und nicht beschränkend, und andere Auslegungen können ebenfalls angeordnet und verwendet werden.
  • Die 2 bis 5 veranschaulichen verschiedene Aspekte von Versuchsdaten, die ein System zeigen, das iterativ nur mit einem auf Silber basierenden Katalysator, nur mit einem beispielhaften Ba-Y-Zeolithen, sowie mit einer Kombination aus einem auf Silber basierenden Katalysator, der mit einem Ba-Y-Zeolithen verwendet wurde, getestet wurde. 2 veranschaulicht graphisch die NOx-Konzentration, die stromabwärts einer NOx-Speicherabsorbervorrichtung gemessen wurde, die NOx während einer Anlaufperiode speichert. Die horizontale Achse zeigt den Temperaturverlauf während eines Anlaufereignisses, wobei die gemessenen Werte bei Raumtemperatur beginnen und auf der rechten Seite zu einer hohen Betriebstemperatur fortschreiten. Eine vertikale gestrichelte Linie bei 180°C veranschaulicht eine beispielhafte Temperatur, bei der eine Ammoniakreduktionsreaktion mit einer stromabwärts angeordneten SCR-Vorrichtung durchgeführt werden kann und NOx innerhalb des Abgasstroms behandelbar ist. Die vertikale Achse zeigt die NOx-Konzentration innerhalb des Abgasflusses, gemessen am Eingang der NOx-Speichervorrichtung.
  • Bei den der 2 zugrundeliegenden Versuchen wird die Speicherung von NOx, das durch Oxidation von NO zu NO2 aus einem NO-enthaltenden Strom erzeugt wurde, gezeigt, wobei jeder Katalysator in das Reaktorrohr platziert wurde und in einen Ofen eingeführt wurde, in dem er progressiv auf Temperaturstufen im Bereich von 35°C bis 500°C bei 36°C pro Minute erhitzt wurde. In einem Versuch, einen Kaltstart eines Fahrzeugs zu simulieren, wurden synthetische Gasmischungen bestehend aus 195 ppm NO, 10 ppm NO2, 500 ppm H2, 400 ppm Kohlenmonoxid, 238 ppm Propen, 96 ppm Propan, 2% Wasser, 8% Kohlendioxid, 10% Sauerstoff und in der restlichen Menge aus Stickstoff bei einer Raumgeschwindigkeit von SV = 30.000 1/h durch die Katalysatorpartikel fließen gelassen. In 2 wird die Menge an NOx in ppm, die auf jedem der Katalysatoren gespeichert wird, an der vertikalen Achse bei der durchschnittlichen Katalysatortemperatur (°C) entlang der horizontalen Achse dargestellt. Die NOx-Konzentration (205 ppm) im Einlassstrom wird durch die gestrichelte horizontale Linie dargestellt. NOx-Konzentrationswerte unter dieser Linie zeigen also die Speicherung von NOx über dem Katalysator an. Die Konzentrationswerte von absorbiertem NOx mit entweder nur BaY, nur 2 Gew.-% Ag2O/Al2O3 oder dem Kombinationskatalysator sind graphisch in 2 dargestellt. Es ist zu sehen, dass die NOx-Konzentration unter Verwendung des Silber auf BaY-Katalysators über etwa 75°C anfängt zu fallen und während die Temperatur ansteigt, bleibt der NOx-Gehalt unter der NOx-Konzentration (205 ppm) in dem Einlassstrom. Die integrierten NOx-Speicherwerte sind in 5 gezeigt. Diese Versuche sind repräsentativ für viele Versuche, die die Leistungsfähigkeit des betreffenden Silber auf BaY-Katalysator bei der Oxidation von NO zu NO2 und dessen darauffolgender Speicherung in Sauerstoffenthaltenden Abgasmischungen, die Wasserstoff enthalten, bestätigen.
  • Die drei Graphen der 2 veranschaulichen den Betrieb von drei unterschiedlichen NOx-Speicherabsorbervorrichtungen unter identischen Betriebsbedingungen im simulierten Abgasstrom. Ein erster Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die nur mit einem BaY-Zeolithen ausgestattet ist. Ein zweiter Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die nur mit einem auf Silber basierenden Katalysator ausgestattet ist. Ein dritter Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die mit einer Kombination aus einem Silberkatalysator und einem Zeolithen ausgestattet ist. Ein Vergleich der drei Graphen ergibt, dass der Graph, der die NOx-Speichervorrichtung zeigt, die mit der Kombination aus dem Silberkatalysator und dem Zeolithen ausgestattet ist, mehr NOx bei niedrigeren Temperaturen speichert, was zu niedrigeren NOx-Konzentrationen am Eingang der stromabwärts gelegenen SCR-Vorrichtung bei Temperaturen unter 180°C führt.
  • 3 und 4 veranschaulichen NO- bzw. NO2-Konzentrationen während der Anlaufphase, die in 2 gezeigt ist. Die horizontale Achse von 3 zeigt die Temperatur während des Anlaufereignisses, wobei die gemessenen Werte bei Raumtemperatur beginnen und auf die rechte Seite zu einer hohen Betriebstemperatur fortschreiten. Die vertikale Achse der 3 zeigt die NO-Konzentration innerhalb des Abgasflusses, die am Einlass der NOx-Speichervorrichtung gemessen wurde. Drei Graphen veranschaulichen den Betrieb von drei unterschiedlichen NOx-Speichervorrichtungen unter identischen Betriebsbedingungen in dem simulierten Abgasstrom. Ein erster Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die nur mit einem BaY-Zeolithen ausgestattet ist. Ein zweiter Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die nur mit einem auf Silber basierenden Katalysator ausgestattet ist. Ein dritter Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die mit einer Kombination aus einem Silberkatalysator und einem BaY-Zeolithen ausgestattet ist.
  • Die horizontale Achse von 4 veranschaulicht die Temperatur während des Anlaufereignisses, wobei die gemessenen Werte bei Raumtemperatur beginnen und auf der rechten Seite zu einer hohen Betriebstemperatur fortschreiten. Die vertikale Achse der 4 zeigt die NO2-Konzentration innerhalb des Abgasstroms, gemessen am Ausgang der NOx-Speichervorrichtung. Drei Graphen veranschaulichen den Betrieb von drei unterschiedlichen NOx-Speichervorrichtungen unter identischen Betriebsbedingungen im simulierten Abgasstrom. Ein erster Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die nur mit einem BaY-Zeolithen ausgestattet ist. Ein zweiter Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die nur mit einem auf Silber basierenden Katalysator ausgestattet ist. Ein dritter Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die mit einer Kombination aus einem Silberkatalysator und einem BaY-Zeolithen ausgestattet ist.
  • 5 zeigt prozentuale Werte der offensichtlichen NOx-Umsetzung während der in 2 gezeigten Anlaufphase. Die horizontale Achse von 5 zeigt die Temperatur während des Anlaufereignisses, wobei die gemessenen Werte bei Raumtemperatur beginnen und auf der rechten Seite zu einer hohen Betriebstemperatur fortschreiten. Die vertikale Achse von 5 zeigt NOx-Umsatzgeschwindigkeiten, die auf der Basis von NOx-Konzentrationswerten bestimmt wurden, die am Einlass der NOx-Speichervorrichtung gemessen wurden sowie NOx-Konzentrationswerte, die am Ausgang der NOx-Speichervorrichtung gemessen wurden. Ein erster Graph zeigt eine NOx-Speichereinrichtung, die nur mit einem BaY-Zeolithen ausgestattet ist. Ein zweiter Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die nur mit einem auf Silber basierenden Katalysator ausgestattet ist. Ein dritter Graph zeigt eine NOx-Speichervorrichtung, die mit einer Kombination aus einem Silberkatalysator und einem BaY-Zeolithen ausgestattet ist. Der dritte Graph zeigt, dass die Kombination aus dem Silberkatalysator und dem BaY-Zeolithen höhere Umsatzgeschwindigkeiten des NOx durch die Niedertemperaturzone hindurch bis etwa 150°C erleichtert, wohingegen die NOx-Speicherkapazität der NOx-Absorbervorrichtung mit der Temperatur ansteigt und die SCR-Vorrichtung gerade damit beginnt, aktiv das NOx umzusetzen, wenn die Temperatur 180°C erreicht. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die erhöhte NOx-Speicherung des mit dem BaY-Zeolithen kombinierten Silberkatalysators eine höhere offensichtliche Umsetzung von NOx während der Anlaufperiode erleichtert.
  • 6 veranschaulicht beispielhafte Versuchsergebnisse, die die NOx-Speicherkapazität einer Vorrichtung in Gramm pro Liter zeigen, die nur einen auf Silber basierenden Katalysator verwendet gegenüber einem auf Silber basierenden Katalysator, der mit einem Zeolithen kombiniert ist. Die vertikale Achse zeigt die NOx-Speicherkapazität des aktiven Materials in Gramm pro Liter. Ein linker vertikaler Balken zeigt eine Vorrichtung mit einem aktiven Material, das nur einen auf Silber basierenden Katalysator einschließt. Ein rechter vertikaler Balken zeigt eine Vorrichtung mit einem aktiven Material, das einen auf Silber basierenden Katalysator kombiniert mit einem Zeolithen einschließt. Die beispielhaften Daten zeigen, dass der auf Silber basierende Katalysator kombiniert mit dem Zeolithen eine ungefähr 50%-ige Verbesserung der NOx-Speicherkapazität verglichen mit dem nur auf Silber basierenden Katalysator zeigt.
  • Die Kombination aus einem auf Silber basierenden Katalysator und einem Zeolithen, die vorliegend offenbart ist, ist zur Verwendung in einer beispielhaften NOx-Speicherkatalysatorvorrichtung offenbart, um NOx während einer Anlaufperiode für eine spätere Behandlung, nachdem ein Temperaturgrenzwert erreicht ist, zu speichern. Eine solche Vorrichtung kann stromaufwärts einer Vorrichtung angeordnet sein, die ausgelegt ist, das NOx zu behandeln, wie eine SCR-Vorrichtung oder eine LNT-Vorrichtung. Es wird allerdings verstanden werden, dass die hier offenbarten Materialkombinationen zur Niedertemperatur-NOx-Speicherung in jeglicher Vorrichtung verwendet werden können, beispielsweise einschließlich einer TWC-Vorrichtung, die stromaufwärts einer anderen Vorrichtung angeordnet ist, die ausgelegt ist, das NOx zu behandeln, sobald es freigesetzt wurde. In einer anderen Ausführungsform können die hier offenbarten Materialkombinationen zur Niedertemperatur-NOxSpeicherung in jeglicher Vorrichtung verwendet werden, die später das NOx bei höheren Temperaturen in derselben Vorrichtung behandelt. Die Vorrichtungsanordnungen, die hier als Beispiele bereitgestellt werden, sind nicht als beschränkend gedacht.
  • Die folgenden Absätze schließen nicht-beschränkende Beispiele der Herstellung der auf Silber basierenden Katalysatoren und Zeolithmaterialien, die in den hier offenbarten Versuchen verwendet werden, ein. Andere Herstellungsverfahren können ebenfalls verwendet werden, und die Offenbarung soll nicht auf die hier bereitgestellten Beispiele beschränkt sein.
  • Der Ba-Y-Zeolithkatalysator wurde mittels eines herkömmlichen Ionenaustauschverfahrens hergestellt. Der Ionenaustausch wurde mittels zweier aufeinanderfolgender Ionenaustausche mit 0,2 M wässrigen Bariumnitratlösungen in einem Mischungsverhältnis von 1,5 cc der entsprechenden Metallnitratlösung pro 0,2 g Zeolith durchgeführt. Der Grad des Ionenaustauschs betrug im Wesentlichen über 50% für die untersuchten Katalysatoren. Nach dem Ionenaustausch wurden alle hergestellten Katalysatoren über Nacht an Luft bei 110°C getrocknet, bei 500°C 8 Stunden lang an Luft kalziniert, und mit Hilfe eines Mörsers und Pistills verrieben, um ein homogenes Pulver der Proben zu erhalten.
  • Bei der Herstellung des BaY-Ag2O/Al2O3-Katalysators wurden die Ag2O/Al2O3-Katalysatoren (1–5 Gew.-% Ag2O) unter Verwendung eines ”incipient wetness” Imprägnierverfahrens hergestellt. Geeignete Mengen an AgNO3 wurden in entionisiertem Wasser gelöst, und die Lösung wurde bei Raumtemperatur zu der vorbestimmten Menge an Aluminiumoxidpulver (Boehmit von Sasol) zugegeben. Die gebildete Paste wurde bei 90°C 16 Stunden lang getrocknet und bei 540°C 2 Stunden lang an Luft kalziniert. Die hergestellten Ag2O/Al2O3-Katalysatoren wurden zusammen mit entionisiertem Wasser mit einem Feststoffanteil von etwa 25% in einer Kugelmühle gemahlen. Nach dem 18-stündigen Kugelmahlen wurde die Aufschlämmung als Washcoat auf Monolithkernproben (0,75 Inch Durchmesser bei 0,83 bis 1,0 Inch Länge, und 400 Zellen pro Quadratinch (cpsi)/4 mil Wanddicke Cordierit) aufgetragen, wobei die angestrebte gesamte Washcoat-Beladung für die Ag2O/Al2O3-Katalysatoren bei 170 g/l lag. Nach dem Auftragen des Washcoats wurde der monolithische Katalysator getrocknet und 2 Stunden lang bei 500°C an Luft kalziniert. Der BaY-Zeolith wurde als Washcoat auf die monolithische Ag2O/Al2O3-Probe aufgetragen, die mittels eines ähnlichen Ansatzes wie vorstehend für die Ag2O/Al2O3 monolithischen Katalysatoren erläutert hergestellt wurde. Die angestrebte gesamte Washcoat-Beladung für den BaY-Zeolithen ist 100 g/l.
  • Der Wert von 170 g/l Beladung wird als beispielhafter angestrebter Wert für die Ag2O/Al2O3-Katalysatoren für monolithische Proben angegeben. Alternativ kann für monolithische Proben ein Bereich von Beladungswerten von 50 bis 200 g/l verwendet werden.
  • Der Wert von 100 g/l Beladung wird als beispielhafter angestrebter Wert für BaY-Zeolithe für monolithische Proben angegeben. Alternativ kann für monolithische Proben ein Bereich von Beladungswerten von 30 bis 150 g/l verwendet werden.
  • Die Ag-Konzentration von Ag2O/Al2O3 liegt im Bereich von 1 bis 15 Gew.-%. Die Ba-Konzentration des Ba-Y-Zeolithen beträgt 1 bis 10 Gew.-%.
  • Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Abänderungen könnten dem Leser während des Lesens und Verstehens der Beschreibung einfallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die bestimmte bzw. die bestimmten Ausführungsforme(n), die als beste Art offenbart ist/sind, die zur Ausführung dieser Offenbarung angesehen wird/werden, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der angehängten Ansprüche fallen, einschließt.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Nachbehandlung eines Abgasflusses, wobei die Vorrichtung umfasst: einen auf Silber basierenden NOx-Speicherkatalysator; und einen Zeolithen; wobei der auf Silber basierende NOx-Speicherkatalysator und der Zeolith durch eine Niedertemperatur-Anlaufperiode des Abgasflusses hindurch NOx speichern.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung stromaufwärts einer zweiten Vorrichtung angeordnet ist, die ausgelegt ist, das NOx zu behandeln, sobald es freigesetzt wurde.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die zweite Vorrichtung eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung umfasst.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die zweite Vorrichtung eine Mager-NOx-Fallenvorrichtung umfasst.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung stromaufwärts einer Platingruppenmetall-Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, die ausgelegt ist, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und NO zu NO2 zu oxidieren.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Vorrichtungszone, umfassend die auf Silber basierenden NOx-Speicherkatalysatoren und den Zeolithen, die ausgelegt ist, eine Wasserstoff-unterstützte Umsetzung von NO zu NO2 bereitzustellen; und eine zweite Zone, die stromabwärts der ersten Zone angeordnet ist und die den Platingruppenmetall-Katalysator umfasst.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Zeolith Barium-Y-Zeolith umfasst.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der Barium-Y-Zeolith mit einer Washcoat-Beladung von insgesamt zwischen 30 Gramm pro Liter und 150 Gramm pro Liter verwendet wird.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der Barium-Y-Zeolith mit einer Washcoat-Beladung von insgesamt 100 Gramm pro Liter verwendet wird.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Zeolith einen Basiszeolithen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y-Zeolith, Beta-Zeolith, ZSM-5, SSZ-13 und SAPO-34 umfasst.
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