DE102017111879A1

DE102017111879A1 - Vanadiumkatalysatoren für einen hohen NO₂-Gehalt am Motorausgang aufweisende Systeme

Info

Publication number: DE102017111879A1
Application number: DE102017111879.9A
Authority: DE
Inventors: Hai-Ying Chen; Julian Peter Cox; Joseph Fedeyko; Jason Pless; Penelope Markatou
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2017-11-30
Also published as: BR112018074571A2; GB201708304D0; EP3516182A1; CN109477409A; JP2019523841A; RU2018146947A; KR20190013986A; GB2552072A; US20170341026A1; WO2017210173A1

Abstract

Beschrieben wird ein Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgasreinigungssystem eine Einspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist, einen Vanadium umfassenden, selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC und bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 katalysiert, und ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst, umfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In der Vergangenheit war N₂O eine Fahrzeugemission, die keiner Beschränkung unterlag. Jedoch zeigten jüngste Studien, dass N₂O erheblich zur globalen Erwärmung mit einem Potential zur wachsenden Erwärmung, das über einen 100-Jahres-Zeitraum 298-mal größer als das von CO₂ ist, beitragen kann. Neue Bestimmungen, die auf strengere Grenzen bezüglich Treibhausgasemissionen von Straßenfahrzeugen abzielen, werden eine Gesetzgebung hinsichtlich der N₂O-Freisetzung umfassen. Eine Lösung bestand darin, den Motor bei kälteren Temperaturen laufen zu lassen. Dies stellt ein Problem für bestimmte Motorgestaltungen und -kalibrierungen dar, da bei kälteren Temperaturen ein erheblicher Anteil des aus dem Motor emittieren NO_x in Form von NO₂ vorhanden ist. Wenn das Gemisch von NO und NO₂ mit einem Oxidationskatalysator in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen („HC“) in Kontakt gelangt, führt die resultierende HC-SCR-Reaktion über Platingruppenmetall-(„PGM“)-Salzen in erster Linie zur Bildung von N₂O, und das System versagt hinsichtlich der Emissionen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, in Kombination und in folgender Reihenfolge: eine Einspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist, einen Vanadium umfassenden selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC und bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 katalysiert, sowie ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst. Der V-SCR-Katalysator kann beispielsweise mit einem Hydrolysekatalysator, der sich stromauf der V-SCR-Katalysators befindet, und/oder mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet, gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann das System einen Turbolader, der sich stromab der Einspeisungsvorrichtung und/oder stromab des V-SCR-Katalysators befindet, umfassen. In einigen Ausführungsformen ist das stromabseitige System für ein Entferner von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC wirksam. In einigen Ausführungsformen oxidiert der Dieseloxidationskatalysator Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC. Das stromabseitige System kann ein oder mehrere (Elemente) aus: einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem NO_x-Speicherkatalysator, einem Drei-Wege-Katalysator, einem oder mehreren zusätzlichen Dieseloxidationskatalysator(en), einem Injektor für Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das stromabseitige System einen sekundären Kraftstoffinjektor stromauf des Dieseloxidationskatalysators. Das stromabseitige System kann ein katalysiertes Rußfilter umfassen. In einem speziellen Beispiel umfasst das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator. In einem speziellen Beispiel umfasst das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehaltes an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgas ein NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 aufweist,: eine Einspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist, einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR-Katalysator), einen Turbolader stromab der Einspeisungsvorrichtung und/oder des V-SCR-Katalysators, einen sekundären Kraftstoffinjektor und ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst. Das stromabseitige System kann ferner ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem NO_x-Speicherkatalysator, einem Drei-Wege-Katalysator, einem oder mehreren zusätzlichen Dieseloxidationskatalysator(en), einem Injektor für Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubaren Verbindung und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das stromabseitige System ein katalysiertes Rußfilter. In einem speziellen Beispiel umfasst das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator. In einem speziellen Beispiel umfasst das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator. Das stromabseitige System kann zum Entferner von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC wirksam sein. In einigen Ausführungsformen oxidiert der Dieseloxidationskatalysator Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC. Der V-SCR-Katalysator kann mit einem stromauf des V-SCR-Katalysators lokalisierten Hydrolysekatalysator und/oder mit einem stromab des V-SCR-Katalysators lokalisierten Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, in Kombination und in folgender Reihenfolge: eine erste Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist, einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC und bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 katalysiert, und einen Kaltstart-Katalysator. Das Abgasreinigungssystem kann ferner eine zweite, stromabseitige Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung umfassen, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in den Abgasstrom einspeist. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kaltstart-Katalysator einen passiven NO_x-Absorber, wie z.B. einen Zeolith und Pd umfassenden passiven NO_x-Absorber. Der Kaltstart-Katalysator kann zum Adsorbieren von NO_x und Kohlenwasserstoffen (HC) bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Umwandeln und Freisetzen des adsorbierten NO_x und HC’s bei Temperaturen oberhalb einer niederen Temperatur wirksam sein. In einigen Ausführungsformen ist der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Freisetzen des adsorbierten NO_x bei Temperaturen oberhalb einer niederen Temperatur wirksam. In einigen Ausführungsformen beträgt die niedere Temperatur etwa 200 ºC. Das System kann ferner ein stromabseitiges System umfassen, das ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem Oxidationskatalysator, einem Injektor für Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubaren Verbindung und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst. In einigen Ausführungsformen ist das stromabseitige System für ein Entferner von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC wirksam. Das System kann ferner einen sekundären Kraftstoffinjektor umfassen. In einigen Ausführungsformen ist der V-SCR-Katalysator mit einem stromauf des V-SCR-Katalysators lokalisierten Hydrolysekatalysator und/oder mit einem stromab des V-SCR-Katalysators lokalisierten Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehaltes an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgas ein NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 aufweist, Folgendes: eine erste Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist, einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR-Katalysator) und einen Kaltstart-Katalysator. Das System kann ferner eine zweite Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung umfassen, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist. Das System kann ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst, umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das System ein stromabseitiges System, das ferner ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem oder mehreren zusätzlichen Dieseloxidationskatalysator(en), einem Injektor für Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst. In einer speziellen Ausführungsform umfasst das System einen sekundären Kraftstoffinjektor. Der Kaltstart-Katalysator kann einen passiven NO_x-Adsorber, wie z.B. einen Zeolith und Pd umfassenden passiven NO_x-Adsorber umfassen. In einigen Ausführungsformen ist der Kaltstart-Katalysator für ein Adsorbieren von NO_x und Kohlenwasserstoffen (HC) bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und für ein Umwandeln und Freisetzen des adsorbierten NO_x und HC’s bei Temperaturen oberhalb einer niederen Temperatur wirksam. In einigen Ausführungsformen ist der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und Freisetzen des adsorbierten NO_x bei einer Temperatur oberhalb einer niederen Temperatur wirksam. Die niedere Temperatur kann etwa 200 ºC betragen. In einigen Ausführungsformen ist das stromabseitige System für ein Entferner von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis 400 ºC wirksam. Der V-SCR-Katalysator kann mit einem stromauf des V-SCR-Katalysators lokalisierten Hydrolysekatalysator gekoppelt sein und/oder mit einem stromab des V-SCR-Katalysators lokalisierten Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Behandeln von Stickstoffoxide enthaltenden Dieselmotorabgasen in einem Abgassystem: (a) Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom, (b) Führen des Stickstoffoxide mit einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 enthaltenden Abgasstroms über einen Vanadium umfassenden selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC katalysiert, und (c) Führen des Abgases durch ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Führen des Abgasstroms durch einen Turbolader nach Stufe (a) und/oder nach Stufe (b). Das stromabseitige System kann Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC entferner und/oder der Dieseloxidationskatalysator kann Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC oxidieren. In einigen Ausführungsformen umfasst das stromabseitige System ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-katalysator, einem Filter, einem NO_x-Speicherkatalysator, einem Drei-Wege-Katalysator, einem oder mehreren zusätzlichen Dieseloxidationskatalysator(en), einem Injektor für Ammoniak oder für eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung, einem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator und/oder einem katalysierten Rußfilter. Das System kann beispielsweise einen sekundären Kraftstoffinjektor stromauf des Dieseloxidationskatalysators umfassen. In einer speziellen Ausführungsform umfasst das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator. In einer speziellen Ausführungsform umfasst das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator. In einigen Ausführungsformen ist die Menge von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung, die dem Abgasstrom in (a) zugegeben wird, so gewählt, dass der Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 0,1 bis etwa 0,7 aufweist. Der V-SCR-Katalysator kann mit einem stromauf des V-SCR-Katalysators lokalisierten Hydrolysekatalysator gekoppelt sein und/oder mit einem stromab des V-SCR-Katalysators lokalisierten Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt sein. Der V-SCR-Katalysator kann eine NO_x-Umwandlung von etwa 60 % bis etwa 80 %, abhängig von dem NH₃/NO_X-Verhältnis, erreichen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Behandeln von Stickstoffoxide umfassenden Dieselmotorabgasen in einem Abgassystem: (a) Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom, (b) Führen des Stickstoffoxide mit einem NO₂/ NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 enthaltenden Abgasstroms über einen Vanadium umfassenden selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC katalysiert, und (c) Führen des Abgasstroms über einen Kaltstart-Katalysator. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Führen des Abgasstroms durch einen Turbolader nach Stufe (a) und/oder nach Stufe (b). Das Verfahren kann ferner ein Führen des Abgases durch ein stromabseitiges System umfassen, das ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem Oxidationskatalysator, einem Injektor für Ammoniak oder für eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung, und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst. Das stromabseitige System kann zum Entferner von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC wirksam sein. Das stromabseitige System kann einen Dieseloxidationskatalysator umfassen, der Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC oxidiert. Das stromabseitige System kann einen sekundären Kraftstoffinjektor stromauf des Dieseloxidationskatalysators umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Menge von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung, die zu dem Abgasstrom in Stufe (a) zugegeben wird, so gewählt, dass der Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 0,1 bis etwa 0,7 aufweist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom stromab des Kaltstart-Katalysators in einer solchen Weise, dass der Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 0,8 bis etwa 1 aufweist. Das Verfahren kann ein Adsorbieren von NO_x und HC auf dem Kaltstart-Katalysator unterhalb einer niederen Temperatur und ein Umwandeln und thermisches Desorbieren von NO_x und HC von dem Kaltstart-Katalysator bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur umfassen. Das Verfahren kann ein Adsorbieren von NO_x auf dem Kaltstart-Katalysator unterhalb einer niederen Temperatur und ein thermisches Desorbieren von NO_x von dem Kaltstart-Katalysator bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur umfassen. In einigen Ausführungsformen beträgt die niedere Temperatur etwa 200 ºC. Der V-SCR-Katalysator kann mit einem stromauf des V-SCR-Katalysators lokalisierten Hydrolysekatalysator gekoppelt sein und/oder ist mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet, gekoppelt. In einigen Ausführungsformen erreicht der V-SCR-Katalysator eine NO_x-Umwandlung von etwa 60 % bis etwa 80 %.
Die vorliegende Erfindung liefert die folgenden bevorzugten Ausführungsformen:

1. Ein Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors in Kombination und in folgender Reihenfolge: a. eine Einspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist; b. einen Vanadium umfassenden selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC und bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 katalysiert; und c. ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst.
2. Das Abgasreinigungssystem von Punkt 1, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Hydrolysekatalysator gekoppelt ist, der sich stromauf des V-SCR-Katalysators befindet.
3. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt ist, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet.
4. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, das ferner einen Turbolader umfasst, der sich stromab der Einspeisungsvorrichtung befindet.
5. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, das ferner einen Turbolader umfasst, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet.
6. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, wobei das stromabseitige System zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC wirksam ist.
7. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, wobei der Dieseloxidationskatalysator Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC oxidiert.
8. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, wobei das stromabseitige System ferner einen sekundären Kraftstoffinjektor stromauf des Dieseloxidationskatalysators umfasst.
9. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, wobei das stromabseitige System ferner ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem NO_x-Speicherkatalysator, einem Drei-Wege-Katalysator, einem oder mehreren zusätzlichen Dieseloxidationskatalysator(en), einem Injektor für Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung, und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
10. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, wobei das stromabseitige System ein katalysiertes Rußfilter umfasst.
11. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, wobei das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
12. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 1, wobei das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
13. Ein Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgas ein NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 aufweist, umfassend: a. eine Einspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist; b. einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR-Katalysator), c. einen Turbolader stromab der Einspeisungsanlage und/oder des V-SCR-Katalysators, d. einen sekundären Kraftstoffinjektor, und e. ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst.
14. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 13, wobei das stromabseitige System ferner ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem NO_x-Speicherkatalysator, einem Drei-wege-katalysator, einem oder mehreren Dieseloxidationskatalysator(en), einem Injektor für Ammoniak oder für eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
15. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 13, wobei das stromabseitige System ein katalysiertes Rußfilter umfasst.
16. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 13, wobei das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
17. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 13, wobei das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
18. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 13, wobei das stromabseitige System zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC wirksam ist.
19. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 13, wobei der Dieseloxidationskatalysator Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC oxidiert.
20. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 13, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Hydrolysekatalysator, der sich stromauf des V-SCR-Katalysators befindet, gekoppelt ist.
21. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 13, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet, gekoppelt ist.
22. Ein Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, das, in Kombination und in folgender Reihenfolge: a. eine erste Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist, b. einen Vanadium umfassenden selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC und bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 katalysiert, und c. einen Kaltstart-Katalysator umfasst.
23. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, das ferner eine zweite, stromabseitige Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung umfasst, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in den Abgasstrom einspeist.
24. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, wobei der Kaltstart-Katalysator einen passiven NO_x-Adsorber umfasst.
25. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, wobei der Kaltstart-Katalysator einen Zeolith und Pd umfassenden passiven NO_x-Adsorber umfasst.
26. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, wobei der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x und Kohlenwasserstoffen (HC) bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Umwandeln und Freisetzen des adsorbierten NO_x und HC’s bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur wirksam ist.
27. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, wobei der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Freisetzen des adsorbierten NO_x bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur wirksam ist.
28. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, wobei die niedere Temperatur etwa 200 ºC beträgt.
29. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, das ferner ein stromabseitiges System umfasst, das ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem Oxidationskatalysator, einem Injektor für Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
30. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 29, wobei das stromabseitige System zum Entferner von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150ºC bis etwa 400 ºC wirksam ist.
31. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, das des Weiteren einen sekundären Kraftstoffinjektor umfasst.
32. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Hydrolysekatalysator gekoppelt ist, der sich stromauf des V-SCR-Katalysators befindet.
33. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 22, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt ist, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet.
34. Ein Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgas ein NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 aufweist, umfassend: a. eine erste Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist, b. einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR-Katalysator), c. einen Kaltstart-Katalysator.
35. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, das ferner eine zweite Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung umfasst, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist.
36. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, das ferner ein stromabseitiges System umfasst, welches einen Dieseloxidationskatalysator umfasst.
37. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 36, wobei das stromabseitige System ferner ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem oder mehreren Dieseloxidationskatalysator(en), einem Injektor für Ammoniak oder für eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung, und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
38. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, das ferner einen sekundären Kraftstoffinjektor umfasst.
39. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, wobei der Kaltstart-Katalysator einen passiven NO_x-Adsorber umfasst.
40. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, wobei der Kaltstart-Katalysator einen passiven NO_x-Absorber umfasst, der Zeolith und Pd umfasst.
41. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, wobei der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x und Kohlenwasserstoffen (HC) bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Umwandeln und Freisetzen des adsorbierten NO_x und HC’s bei Temperaturen oberhalb einer niederen Temperatur wirksam ist.
42. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, wobei der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Freisetzen des adsorbierten NO_x bei Temperaturen oberhalb einer niederen Temperatur wirksam ist.
43. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, wobei die niedere Temperatur etwa 200 ºC beträgt.
44. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 36, wobei das stromabseitige System zum Entferner von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC wirksam ist.
45. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Hydrolysekatalysator gekoppelt ist, der sich stromauf des V-SCR-Katalysators befindet.
46. Das Abgasreinigungssystem nach Punkt 34, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt ist, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet.
47. Ein Verfahren zur Behandlung von Stickstoffoxide enthaltenden Dieselmotorabgasen in einem Abgassystem, umfassend: a. Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom, b. Führen des Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstroms mit einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 über einen Vanadium umfassenden selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC katalysiert, und c. Führen des Abgases durch ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst.
48. Das Verfahren nach Punkt 47, das ferner das Führen des Abgasstroms durch einen Turbolader nach Stufe (a) umfasst.
49. Das Verfahren nach Punkt 47, das ferner das Führen des Abgasstroms durch einen Turbolader nach Stufe (b) umfasst.
50. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei das stromabseitige System Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC entfernt.
51. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei der Dieseloxidationskatalysator Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC oxidiert.
52. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei das stromabseitige System ferner einen sekundären Kraftstoffinjektor stromauf des Dieseloxidationskatalysators umfasst.
53. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei das stromabseitige System ferner ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem NO_x-Speicherkatalysator, einem Drei-Wege-Katalysator, einem oder mehreren zusätzlichen Dieseloxidationskatalysator(en), einem Injektor für Ammoniak oder für eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung, und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
54. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei das stromabseitige System ein katalysiertes Rußfilter umfasst.
55. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
56. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
57. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei die Menge von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung, die dem Abgasstrom in (a) zugegeben wird, so gewählt ist, dass der Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 0,1 bis etwa 0,7 aufweist.
58. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Hydrolysekatalysator gekoppelt ist, der sich stromauf des V-SCR-katalysators befindet.
59. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt ist, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet.
60. Das Verfahren nach Punkt 47, wobei der V-SCR-Katalysator eine NO_x-Umwandlung von etwa 60 % bis etwa 80 % erreicht.
61. Ein Verfahren zur Behandlung von Stickstoffoxide enthaltenden Dieselmotorabgasen in einem Abgassystem, umfassend: a. Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom; b. Führen des Stickstoffoxide bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 enthaltenden Abgasstroms über einen Vanadium umfassenden, selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoff-oxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC katalysiert; und c. Führen des Abgasstroms über einen Kaltstart-Katalysator.
62. Das Verfahren nach Punkt 61, das ferner das Führen des Abgasstroms durch einen Turbolader nach Stufe (a) umfasst.
63. Das Verfahren nach Punkt 61, das ferner das Führen des Abgasstroms durch einen Turbolader nach Stufe (b) umfasst.
64. Das Verfahren nach Punkt 61, das des Weiteren ein stromabseitiges System umfasst, das ein oder mehrere (Elemente) aus einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Filter, einem Oxidationskatalysator, einem Injektor für Ammoniak oder für eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung und/oder einem selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
65. Das Verfahren nach Punkt 61, wobei das stromabseitige System zum Entferner von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC wirksam ist.
66. Das Verfahren nach Punkt 61, wobei das stromabseitige System einen Dieseloxidationskatalysator umfasst, der Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC oxidiert.
67. Das Verfahren nach Punkt 66, wobei das stromabseitige System ferner einen sekundären Kraftstoffinjektor stromauf des Dieseloxidationskatalysators umfasst.
68. Das Verfahren nach Punkt 61, wobei die Menge von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung, die dem Abgasstrom in (a) zugegeben wird, so gewählt ist, dass der Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 0,1 bis etwa 0,7 aufweist.
69. Das Verfahren nach Punkt 61, das ferner ein Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom stromab des Kaltstart-Katalysators in einer solchen Weise, dass der Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 0,8 bis etwa 1 aufweist, umfasst.
70. Verfahren nach Punkt 61, das ein Adsorbieren von NO_x und HC auf dem Kaltstart-Katalysator unterhalb einer niederen Temperatur und ein Umwandeln und thermisches Desorbieren von NO_x und HC aus dem Kaltstart-Katalysator bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur umfasst.
71. Verfahren nach Punkt 61, das ein Adsorbieren von NO_x auf dem Kaltstart-Katalysator unterhalb einer niederen Temperatur und ein thermisches Desorbieren von NO_x von dem Kaltstart-Katalysator bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur umfasst.
72. Das Verfahren nach Punkt 61, wobei die niedere Temperatur etwa 200 ºC beträgt.
73. Das Verfahren nach Punkt 61, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Hydrolysekatalysator gekoppelt ist, der sich stromauf des V-SCR-katalysators befindet.
74. Das Verfahren nach Punkt 61, wobei der V-SCR-Katalysator mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt ist, der sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet.
75. Das Verfahren nach Punkt 61, wobei der V-SCR-Katalysator eine NO_x-Umwandlung von etwa 60 % bis etwa 80 % erreicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die NO_x-Umwandlung durch unterschiedliche Katalysatoren bei variierenden prozentualen NO₂-Mengen von NO_x.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung betreffen die Reinigung eines Abgases aus einem Verbrennungsmotor. Die Erfindung ist insbesondere auf ein Reinigen eines Abgases aus einem Dieselmotor, insbesondere Motoren in Fahrzeugen, die häufig mit einem kalten Motor und einem kalten Abgassystem starten, gerichtet.
Es wurde festgestellt, dass die Verwendung eines Vanadium (enthaltenden) selektiven katalytischen Reduktions-(„SCR“)-Katalysators („V-SCR-Katalysator“) gemäß der vorliegenden Erfindung Probleme angehen kann, die mit N₂O-Emissionen – insbesondere während Kaltstarts und in kalten Abgassystemen – verbunden sind, und des Weiteren zusätzliche Vorteile liefern kann. Vanadium enthaltende SCR-Katalysatoren wurden in der Vergangenheit für ein Reinigen von Abgasen aus Motorfahrzeugen vermieden aufgrund der möglichen Emissionen von flüchtigen toxischen Vanadium-Verbindungen bei höheren Abgastemperaturen, die möglicherweise schädlichen Auswirkungen auf Menschen und die Umwelt besitzen. Dementsprechend bestand ein geringes Interesse an Vanadium enthaltenden Abgaskatalysatoren für Automobile.
V-SCR-Katalysatoren wurden bereits früher als eine stromaufseitige katalytische Komponente für stationäre Systeme vorgeschlagen, jedoch typischerweise in einen geringen NO₂(-Gehalt) aufweisenden Strömen mit weniger als 40% NO₂-Anteilen. Für ein ordnungsgemäßes Funktionieren eines Systems mit hohem NO₂-(Gehalt) am Motorausgang (high engine out NO₂ system) muss ein geeigneter Katalysator eine hohe Umwandlung bei NO₂-Anteilen von über 40% und bei niederen Temperaturen aufweisen. Diese Eigenschaften sind wünschenswert, da sie dazu beitragen, einen NO₂-Schlupf zum einem stromabseitigen Dieseloxidationskatalysator („DOC“) unter Bedingungen, bei denen der stromabseitige Katalysator für HC-SCR aktiv wäre, zu verhindern. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass auf V basierende Formulierungen höhere Umwandlungen unter diesen Bedingungen (Bedingungen eines hohen NO₂(-Gehalts) am Motorausgang im Straßenverkehr (high NO₂ on road engine out conditions)) erreichen als herkömmliche Fe- oder Cu-SCR-Katalysatoren des Standes der Technik.
Des Weiteren oxidieren V-SCR-Katalysatoren Kohlenwasserstoffe partiell zu CO. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich der Verringerung von Kohlenwasserstoff(en) in dem Abgas, das über den stromabseitigen Oxidationskatalysator strömt. Des Weiteren unterstützt das über den V-SCR produzierte CO die NO_x-Speicherung einer NO_x-Speichervorrichtung, falls vorhanden.
SCR/V-SCR
Ein selektiver katalytischer Reduktions-(„SCR“)-Katalysator ist ein Katalysator, der NO_x zu N₂ durch Reaktion mit Stickstoffverbindungen (wie z.B. Ammoniak oder Harnstoff) oder Kohlenwasserstoffen (Mager-NO_x-Reduktion) reduziert. SCR-Katalysatoren können aus einem Vanadium-Titanoxid-Katalysator, einem Vanadium-Wolframoxid-Titanoxid-Katalysator oder einem Übergangsmetall/Molekularsieb-Katalysator aufgebaut sein.
SCR-Katalysatoren, die Vanadium enthalten (V-SCR-Katalysatoren) können Vanadium auf einem TiO₂-Träger oder Hybridkatalysatoren, einschließlich Vanadium auf TiO₂ mit Fe-Zeolith- oder Rein-Zeolith-Komponenten, gemischt in einer Formulierung, umfassen.
Ein V-SCR-Katalysator kann Vanadium in Form von freiem Vanadium, einem Vanadium-Ion oder einem Oxid von Vanadium oder in Form eines Derivats hiervon umfassen. Zusätzlich zu Vanadium kann der Katalysator weitere Metalloxide, wie z.B. Oxide von Wolfram, Oxide von Niob und/oder Oxide von Molybdän, umfassen. Wie hier verwendet ist ein „katalytisch aktives“ Metalloxid ein solches, das direkt als molekulare Komponente an der katalytischen Reduktion von NO_x und/oder der Oxidation von NH₃ oder anderen auf Stickstoff basierenden SCR-Reduktionsmitteln teilnimmt. Folglich ist ein „katalytisch inaktives“ Metalloxid ein solches, das nicht direkt als molekulare Komponente an der katalytischen Reduktion von NO_x und/oder Oxidation von NH₃ oder anderen auf Stickstoff basierenden SCR-Reduktionsmitteln beteiligt ist. In bestimmten Ausführungsformen ist ein Oxid von Vanadium in einer überwiegenden Menge relativ zu anderen katalytisch aktiven Metalloxiden, wie z.B. Wolframoxiden, vorhanden. In bestimmten weiteren Ausführungsformen sind Oxide von Vanadium in einer geringeren Menge relativ zu anderen katalytisch (aktiven) Metalloxiden, (wie z.B. Wolframoxiden) vorhanden.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Trägermaterial für die Vanadiumkomponente Titanoxid oder Titanoxid in Kombination mit einer weiteren Komponente, wie z.B. Wolfram(VI)-oxid, Molybdänoxid oder Siliciumdioxid in Form eines Gemischs oder in Form eines Mischoxids. Das Trägermaterial kann Alumosilicat, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und/oder mit Siliciumdioxid dotiertes Titanoxid sein. Obwohl sowohl Vanadium als auch der Träger beide Metalloxide sein können, unterscheiden sich die beiden Komponenten strukturell dahingehend voneinander, dass der Träger in Form von diskreten Partikeln vorhanden ist und das Vanadium in einer relativ dünnen Schicht oder Beschichtung, die an den Partikeln anhaftet, vorhanden ist. Somit sind das Vanadium und das Titanoxid nicht in Form eines Mischoxids vorhanden.
Die mittlere Partikelgröße des Trägermaterials, bezogen auf die Partikelzahl, beträgt vorzugsweise etwa 0,01 bis 10 µm, beispielsweise etwa 0,5 bis 5 µm, etwa 0,1 bis 1 µm oder etwa 5 bis 10 µm, und weist vorzugsweise einen Hauptteil der Partikelzahl in einem dieser Bereiche auf. In weiteren Ausführungsformen ist der eine hohe Oberfläche aufweisende Träger ein Alumosilicat, ein Silicoaluminophosphat oder ein Aluminophosphat-Molekularsieb, wie z.B. ein Zeolith, vorzugsweise mit einem Gerüst von BEA, MFI, CHA, AEI, LEV, KFI, MER, RHO oder ERI oder einer Verwachsung von zwei oder mehr von diesen.
Der Übergangsmetall/Molekularsieb-Katalysator umfasst ein Übergangsmetall und ein Molekularsieb wie z.B. einen Alumosilicatzeolith oder ein Silicoaluminophosphat. Das Übergangsmetall kann aus Chrom, Cer, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel und Kupfer und Gemischen hiervon ausgewählt sein. Eisen und Kupfer können besonders bevorzugt sein. Das Molekularsieb kann einen Beta-Zeolith, einen Faujasit (wie z.B. einen X-Zeolith oder einen Y-Zeolith, einschließlich NaY und USY), einen L-Zeolith, einen ZSM-Zeolith (z.B. ZSM-5, ZSM-48), einen SSZ-Zeolith (z.B. SSZ-13, SSZ-41, SSZ-33), einen Ferrierit, einen Mordenit, einen Chabazit, einen Offretit, einen Erionit, einen Clinoptilolit, einen Silicalit, einen Aluminiumphosphat-Zeolith (einschließlich eines Metalloaluminophosphats, wie z.B. SAPO-34), einen mesoporösen Zeolith (z.B. MCM-41, MCM-49, SBA-15) oder Gemische hiervon umfassen. Ein SCR-Katalysator kann einen Metall/Zeolithkatalysator, wie z.B. Eisen/Beta-Zeolith, Kupfer/Beta-Zeolith, Kupfer/SSZ-13, Kupfer/SAPO-34, Fe/ZSM-5 oder Kupfer/ZSM-5 umfassen. Vorzugsweise kann das Molekularsieb einen Beta-Zeolith, einen Ferrierit oder einen Chabazit umfassen. Bevorzugte SCR-Katalysatoren umfassen Fe-CHA, FE-AEI, Mn-CHA, Mn-BEA, Mn-FER, Mn-MFI, Cu-CHA, wie z.B. Cu-SAPO-34, Cu-SSZ-13, und Fe-Beta-Zeolith.
Ein selektiver katalytischer Reduktions-Katalysator kann mit einem Filter verwendet werden, was als ein SCRF bezeichnet wird. Selektive katalytische Reduktions-Filter (SCRF) sind Einzelsubstratvorrichtungen, die die Funktionalität eines SCR und eines Partikelfilters kombinieren. Sie können zur Reduzierung von NO_x sowie von partikelförmigen Emissionen aus Verbrennungsmotoren verwendet werden. Zusätzlich zu der SCR-Katalysatorbeschichtung kann das Partikelfilter auch andere Metall- und Metalloxidkomponenten (wie z.B. Pt, Pd, Fe, Mn, Cu und Ceroxid) zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid, zusätzlich zu einem Zerstören von durch das Filter eingefangenem Ruß, umfassen. Die Systeme der vorliegenden Erfindung können SCRF-Katalysatoren umfassen, die einen Vanadium-Katalysator umfassen und die hierin als V-SCRF-Katalysator(en) bezeichnet werden. Es versteht sich, dass Bezugnahmen hinsichtlich der Verwendung eines V-SCR-Katalysators in der gesamten vorliegenden Anmeldung ebenso die Verwendung eines V-SCRF-Katalysators, wo anwendbar, umfassen.
Dieseloxidationskatalysator
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere Dieseloxidationskatalysatoren umfassen. Oxidationskatalysatoren, und insbesondere Dieseloxidationskatalysatoren (DOCS) sind in dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Oxidationskatalysatoren sind zum Oxidieren von CO zu CO₂ und von Gasphase-Kohlenwasserstoffen (HC) und einer organischen Fraktion von Dieselpartikeln (lösliche organische Fraktion) zu CO₂ und H₂O konzipiert. Typische Oxidationskatalysatoren umfassen Platin und optional auch Platin auf einem eine hohe Oberfläche aufweisenden anorganischen Oxidträger, wie z.B. Aluminiumoxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und einem Zeolith.
NOx-Speicherkatalysator
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere NO_x-Speicherkatalysator(en) umfassen. NO_x-Speicherkatalysatoren können Vorrichtungen umfassen, die NO_x unter bestimmten Bedingungen – im Allgemeinen abhängig von Temperatur und/oder fetten/mageren Abgasbedingungen – adsorbieren, freisetzen und/oder reduzieren. NO_x-Speicherkatalysatoren können beispielsweise passive NO_x-Absorber, Kaltstart-Katalysatoren, NO_x-Fallen und dergleichen umfassen.
Passiver NO_x-Adsorber
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere passive NO_x-Adsorber umfassen. Ein passiver NO_x-Adsorber ist eine Vorrichtung, die zum Adsorbieren von NO_x bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und Freisetzen des adsorbierten NO_x oberhalb der niederen Temperatur wirksam ist. Ein passiver NO_x-Adsorber kann ein Edelmetall und ein kleinporiges Molekularsieb umfassen. Das Edelmetall ist vorzugsweise Palladium, Platin, Rhodium, Gold, Silber, Iridium, Ruthenium, Osmium oder Gemische hiervon. Vorzugsweise beträgt die niedere Temperatur etwa 200 ºC, etwa 250 ºC oder (einen Wert) zwischen etwa 200 ºC und etwa 250 ºC. Ein Beispiel eines geeigneten passiven Adsorbers ist in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2015 0158019 beschrieben, die durch Bezugnahme hier in Ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
Das kleinporige Molekularsieb kann ein beliebiges natürliches oder synthetisches Molekularsieb, einschließlich Zeolithe, sein und ist vorzugsweise aus Aluminium, Silicium und/oder Phosphor zusammengesetzt. Die Molekularsiebe besitzen typischerweise eine dreidimensionale Anordnung von SiO₄, AIO₄ und/oder PO₄, die durch gemeinsame Sauerstoffatome miteinander verbunden sind, sie können jedoch auch zweidimensionale Strukturen sein. Die Molekularsiebgerüste sind typischerweise anionisch, wobei sie durch die Ladung kompensierende Kationen, typischerweise Alkali- und Erdalkalielemente (z.B. Na, K, Mg, Ca, Sr und Ba), Ammoniumionen und auch Protonen ausgeglichen werden. Weitere Metalle (z.B Fe, Ti und Ga) können in das Gerüst des kleinporigen Molekularsiebs eingebaut werden, um ein eingebautes Metall aufweisendes Molekularsieb herzustellen.
Vorzugsweise ist das kleinporige Molekularsieb aus einem Alumosilicat-Molekularsieb, einem metallsubstituierten Alumosilicat-Molekularsieb, einem Aluminophosphat-Molekularsieb oder einem metallsubstituierten Aluminophosphat-Molekularsieb ausgewählt. Bevorzugter ist das kleinporige Molekularsieb ein Molekularsieb, das einen Gerüsttyp aus ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG und ZON sowie Gemischen oder Verwachsungen von beliebigen zwei oder mehr hiervon aufweist. Besonders bevorzugte Verwachsungen der kleinporigen Molekularsiebe umfassen KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI-CHA und AEI-SAV. Am stärksten bevorzugt ist das kleinporige Molekularsieb AEI oder CHA oder eine AEI-CHA-Verwachsung.
Ein geeigneter passiver NO_x-Adsorber kann mittels beliebiger bekannter Maßnahmen hergestellt werden. Beispielsweise kann das Edelmetall zu dem kleinporigen Molekularsieb zur Bildung des passiven NO_x-Adsorbers mittels einer beliebigen bekannten Maßnahme hinzugefügt werden. Beispielsweise kann eine Edelmetallverbindung (wie z.B. Palladiumnitrat) auf dem Molekularsieb durch Imprägnierung, Adsorption, Ionenaustausch, Trockenimprägnierung, Präzipitation oder dergleichen geträgert werden. Weitere Metalle können auch zu dem passiven NO_x-Adsorber hinzugefügt werden. Vorzugsweise befindet sich ein gewisser Teil des Edelmetalls in dem passiven NO_x-Adsorber (mehr als 1 Prozent des gesamten zugegebenen Edelmetalls) Assistent des im Inneren der Poren des kleinporigen Molekularsiebs. Bevorzugter befinden sich mehr als 5 Prozent der Gesamtmenge des Edelmetalls im Inneren der Poren des kleinporigen Molekularsiebs, und noch bevorzugter können es mehr als 10 Prozent oder mehr als 25 Prozent oder mehr als 50 Prozent der Gesamtmenge an Edelmetall sein, die sich im Inneren der Poren des kleinporigen Molekularsiebs befinden.
Vorzugsweise umfasst der passive NO_x-Adsorber des Weiteren ein Durchflusssubstrat oder ein Filtersubstrat. Der passive NO_x-Adsorber wird auf das Durchfluss- oder Filtersubstrat aufgetragen und wird vorzugsweise auf dem Durchfluss- oder Filtersubstrat unter Verwendung eines Washcoatverfahrens abgelagert, um ein passives NO_x-Adsorbersystem herzustellen.
Kaltstart-Katalysator
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere Kaltstart-Katalysator(en) umfassen. Ein Kaltstart-Katalysator ist eine Vorrichtung, die zum Adsorbieren von NO_x und Kohlenwasserstoffen (HC) bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Umwandeln und Freisetzen des adsorbierten NO_x und HC’s bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur wirksam ist. Vorzugsweise beträgt die niedere Temperatur etwa 200 ºC, etwa 250 ºC oder liegt zwischen etwa 200 ºC und etwa 250 ºC. Ein Beispiel für einen geeigneten Kaltstart-Katalysator ist in der WO 2015 085300 beschrieben, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Ein Kaltstart-Katalysator kann einen Molekularsiebkatalysator und einen geträgerten Platingruppenmetallkatalysator umfassen. Der Molekularsiebkatalysator kann ein Edelmetall und ein Molekularsieb umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Der geträgerte Platingruppenmetallkatalysator umfasst ein oder mehrere Platingruppenmetall(e) und einen oder mehrere anorganische Oxidträger. Das Edelmetall ist vorzugsweise Palladium, Platin, Rhodium, Gold, Silber, Iridium, Ruthenium, Osmium oder Gemische hiervon.
Das Molekularsieb kann ein beliebiges natürliches oder synthetisches Molekularsieb, einschließlich Zeolithe, sein und ist vorzugsweise aus Aluminium, Silicium und/oder Phosphor zusammengesetzt. Die Molekularsiebe besitzen typischerweise eine dreidimensionale Anordnung von CO₄, AIO₄ und/oder PO₄, die durch gemeinsame Sauerstoffatome miteinander verbunden sind, sie können jedoch auch zweidimensionale Strukturen aufweisen. Die Molekularsiebgerüste sind typischerweise anionisch, wobei sie durch ladungskompensierende Kationen, typischerweise Alkali- und Erdalkalielemente (z.B. Na, K, Mg, Ca, Sr und Ba), Ammoniumionen und auch Protonen, ausgeglichen werden.
Das Molekularsieb kann vorzugsweise ein kleinporiges Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von acht tetraedrischen Atomen, ein mittelporiges Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von zehn tetraedrischen Atomen oder ein großporiges Molekularsieb mit einer maximalen Ringgröße von zwölf tetraedrischen Atomen sein. Bevorzugter weist das Molekularsieb eine Gerüststruktur von AEI, MFI, EMT, ERI, MOR, FER, BEA, FAU, CHA, LEV, MWW, CON, EUO oder Gemische hiervon auf.
Der geträgerte Platingruppenmetallkatalysator umfasst ein oder mehrere Platingruppenmetall(e) („PGM“) und einen oder mehrere anorganische Oxidträger. Das PGM kann Platin, Palladium, Rhodium, Iridium oder Kombinationen hiervon und am stärksten bevorzugt Platin und/oder Palladium sein. Die anorganischen Oxidträger umfassen am üblichsten Oxide der Elemente der Gruppen 2, 3, 4, 5, 13 und 14. Geeignete anorganische Oxidträger besitzen vorzugsweise Oberflächen in dem Bereich von 10 bis 700 m²/g, Porenvolumina in dem Bereich von 0,1 bis 4 mL/g und Porendurchmesser von etwa 10 bis 1000 Angström. Der anorganische Oxidträger ist vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Nioboxid, Tantaloxide, Molybdänoxide, Wolframoxide oder Mischoxide oder Verbundoxide von beliebigen zwei oder mehr hiervon, z.B. Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid oder Aluminiumoxid-Ceroxid-Zirconiumoxid. Aluminiumoxid und Ceroxid sind besonders bevorzugt.
Der geträgerte Platingruppenmetallkatalysator kann mittels beliebiger bekannter Maßnahmen hergestellt werden. Vorzugsweise werden das eine oder die mehreren Platingruppenmetall(e) auf das eine oder die mehreren anorganischen Oxid(e) mittels beliebiger bekannter Maßnahmen zur Bildung des geträgerten PGM-Katalysators geladen, wobei die Art und Weise der Zugabe nicht als besonders kritisch erachtet wird. Beispielsweise kann eine Platinverbindung (wie z.B. Platinnitrat) auf ein anorganisches Oxid durch Imprägnierung, Adsorption, Ionenaustausch, Trockenimprägnierung, Präzipitation oder dergleichen geträgert werden. Weitere Metalle, wie z.B. Eisen, Mangan, Cobalt und Barium, können auch zu dem geträgerten PGM-Katalysator hinzugefügt werden.
Ein Kaltstart-Katalysator der vorliegenden Erfindung kann mittels Verfahren hergestellt werden, die auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt sind. Der Molekularsiebkatalysator und der geträgerte Platingruppenmetallkatalysator können physikalisch gemischt werden, um den Kaltstart-Katalysator herzustellen. Vorzugsweise umfasst der Kaltstart-Katalysator des Weiteren ein Durchflusssubstrat oder ein Filtersubstrat. In einer Ausführungsform werden der Molekularsiebkatalysator und der geträgerte Platingruppenmetallkatalysator auf das Durchfluss- oder Filtersubstrat aufgetragen und werden vorzugsweise auf dem Durchfluss- oder Filtersubstrat unter Verwendung eines Washcoatverfahrens aufgetragen, um ein Kaltstart-Katalysatorsystem herzustellen.
NOx-Fallen
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere NO_x-Fallen umfassen. NO_x-Fallen sind Vorrichtungen, die NO_x unter mageren Abgasbedingungen adsorbieren, das adsorbierte NO_x unter fetten Bedingungen freisetzen und das freigesetzte NO_x unter Bildung von N₂ reduzieren.
Eine NO_x-Falle von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein NO_x-Adsorptionsmittel für die Speicherung von NO_x und einen Oxidations/Reduktions-Katalysator umfassen. Typischerweise reagiert Stickstoffmonoxid mit Sauerstoff unter Bildung von NO₂ in Gegenwart des Oxidationskatalysators. Im zweiten Schritt wird das NO₂ durch das NO_x-Adsorptionsmittel in Form eines anorganischen Nitrats adsorbiert (beispielsweise wird BaO oder BaCO₃ auf dem NO_x-Adsorptionsmittel zu Ba(NO₃)₂ umgewandelt). Schließlich, wenn der Motor unter fetten Bedingungen läuft, zersetzen sich die gespeicherten anorganischen Nitrate unter Bildung von NO oder NO₂, welche anschließend unter Bildung von N₂ durch Reaktion mit Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffen (oder über NH_x- oder NCO-Zwischenprodukte) in Gegenwart des Reduktionskatalysator reduziert werden. Typischerweise werden die Stickstoffoxide zu Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasser in Gegenwart von Wärme, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen in dem Abgasstrom umgewandelt.
Die NO_x-Adsorptionsmittelkomponente ist vorzugsweise ein Erdalkalimetall (wie z.B. Ba, Ca, Sr und Mg), ein Alkalimetall (wie z.B. K, Na, Li und Cs), ein Seltenerdmetall (wie z.B. La, Y, Pr und Nd) oder Kombinationen hiervon. Die Metalle werden typischerweise in Form von Oxiden vorgefunden. Der Oxidations-/Reduktions-Katalysator kann ein oder mehrere Edelmetall(e) umfassen. Geeignete Edelmetalle können Platin, Palladium und/oder Rhodium umfassen. Vorzugsweise ist Platin enthalten, um die Oxidationsfunktion durchzuführen, und Rhodium ist enthalten, um die Reduktionsfunktion durchzuführen. Der Oxidations-/Reduktions-Katalysator und das NO_x-Adsorptionsmittel können zur Verwendung in dem Abgassystem auf ein Trägermaterial wie z.B. ein anorganisches Oxid, geladen sein.
Ammoniakoxidationskatalysator
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere Ammoniakoxidationskatalysator(en), die auch als Ammoniak-Slip-Katalysator („ASC“) bzw. Ammoniak-Sperrkatalysator bezeichnet werden, umfassen. Ein oder mehrere ASC kann bzw. können stromab von einem SCR-Katalysator enthalten sein, um überschüssiges Ammoniak zu oxidieren und dessen Freisetzung in die Atmosphäre zu verhindern. In bestimmten Ausführungsformen kann das Ammoniakoxidationskatalysatormaterial so gewählt sein, dass die Oxidation von Ammoniak anstelle der Bildung von NO_x oder N₂O begünstigt wird. Bevorzugte Katalysatormaterialien umfassen Platin, Palladium oder eine Kombination hiervon, wobei Platin oder eine Platin/Palladium-Kombination bevorzugt ist. Vorzugsweise umfasst der Ammoniakoxidationskatalysator Platin und/oder Palladium, geträgert auf einem Metalloxid. Vorzugsweise ist der Katalysator auf einem eine hohe Oberfläche aufweisenden Träger, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminiumoxid, angeordnet.
Drei-Wege-Katalysator
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere Drei-Wege-Katalysatoren (TWCs) umfassen. TWCs werden typischerweise in Benzinmotoren unter stöchiometrischen Bedingungen verwendet, um auf einer einzelnen Vorrichtung NO_x zu N₂, Kohlenstoffmonoxid zu CO₂ und Kohlenwasserstoffe zu CO₂ und H₂O umzuwandeln.
Filter
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere Partikelfilter umfassen. Partikelfilter sind Vorrichtungen, die partikelförmiges Material aus dem Abgas von Verbrennungsmotoren verringern. Partikelfilter umfassen katalysierte Partikelfilter und bloße (nicht katalysierte) Partikelfilter. Katalysierte Partikelfilter, die auch als katalysierte Rußfilter bezeichnet werden, (für Diesel- und Benzinanwendungen) umfassen Metall- und Metalloxidkomponenten, wie z.B. Pt, Pd, Fe, Mn, Cu und Ceroxid) zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid zusätzlich zu einem Zerstören von durch den Filter eingefangenem Ruß.
Substrat
Die Katalysatoren und Adsorber der vorliegenden Erfindung können jeweils ferner ein Durchflusssubstrat oder ein Filtersubstrat umfassen. In einer Ausführungsform kann der Katalysator/Adsorber auf das Durchfluss- oder Filtersubstrat aufgetragen werden und kann vorzugsweise unter Verwendung eines Washcoatverfahrens auf dem Durchfluss- oder Filtersubstrat angeordnet werden.
Die Kombination eines SCR-Katalysators und eines Filters ist als selektiver katalytischer Reduktions-Filter-(SCRF)-Katalysator bekannt. Ein SCRF-Katalysator ist eine Einzelsubstratvorrichtung, die die Funktionalität eines SCR und eines Partikelfilters kombiniert und für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nach Bedarf geeignet ist. Eine Beschreibung von und beliebige Bezugnahmen auf den SCR-Katalysator in der gesamten vorliegenden Anmeldung sind so zu verstehen, dass sie – wo anwendbar – auch den SCRF-Katalysator umfassen.
Das Durchfluss- oder Filtersubstrat ist ein Substrat, das in der Lage ist, Katalysator/Adsorber-Komponenten zu enthalten. Das Substrat ist vorzugsweise ein keramisches Substrat oder ein metallisches Substrat. Das keramische Substrat kann aus einem beliebigen hitzebeständigen Material, z.B. Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Ceroxid, Zirconiumoxid, Magnesiumoxid, Zeolithen, Siliciumnitrit, Siliciumcarbid, Zirconiumsilicaten, Magnesiumsilicaten, Alumosilicaten, Metalloalumosilicaten (wie z.B. Cordierit und Spudomen) oder einem Gemisch oder Mischoxid von beliebigen zwei oder mehr hiervon hergestellt sein. Cordierit, ein Magnesiumalumosilicat und Siliciumcarbid sind besonders bevorzugt.
Die metallischen Substrate können aus einem beliebigen geeigneten Metall und insbesondere hitzebeständigen Metallen und Metalllegierungen, wie z.B. Titan und nicht rostendem Stahl, sowie ferritischen Legierungen, die Eisen, Nickel, Chrom und/oder Aluminium zusätzlich zu anderen Spurenmetallen enthalten, hergestellt werden.
Das Durchflusssubstrat ist vorzugsweise ein Durchflussmonolith mit einer Wabenstruktur mit zahlreichen, kleinen parallelen dünnwandigen Kanälen, die axial durch das Substrat verlaufen und sich durch dieses hindurch von einem Einlass oder einem Auslass des Substrats erstrecken. Der Kanalquerschnitt des Substrats kann eine beliebige Form aufweisen, ist jedoch vorzugsweise quadratisch, sinusförmig, dreieckig, rechteckig, sechseckig, trapezoid, rund oder oval. Das Durchflusssubstrat kann ferner eine hohe Porosität aufweisen, welche dem Katalysator erlaubt, in die Substratwände einzudringen.
Das Filtersubstrat ist vorzugsweise ein Wandstrommonolithfilter. Die Kanäle eines Wandstromfilters sind abwechselnd blockiert, was dem Abgasstrom gestattet, in einen Kanal von dem Einlass her einzutreten, anschließend durch die Kanalwände zu strömen und das Filter aus einem unterschiedlichen Kanal, der zum Auslass führt, zu verlassen. Teilchenförmiges Materialien in dem Abgasstrom werden auf diese Weise in dem Filter eingefangen.
Der Katalysator/Adsorber kann zu dem Durchfluss- oder Filtersubstrat mittels beliebiger bekannter Maßnahmen, wie z.B. einem Washcoatverfahren, hinzugefügt werden.
Reduktionsmittel-/Harnstoff-Injektor
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können ein oder mehrere Mittel zum Einführen eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels in das Abgassystem stromauf des SCR-Katalysators umfassen. Es kann bevorzugt sein, dass das Mittel zum Einführen eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels in das Abgassystem sich direkt stromauf eines SCR-Katalysators befindet (z.B. gibt es keinen dazwischen liegenden Katalysator zwischen dem Mittel zum Einführen eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels und dem SCR-Katalysator).
Das Reduktionsmittel wird dem strömenden Abgas mittels beliebiger bekannter Mittel zum Einführen des Reduktionsmittels in das Abgas zugegeben. Geeignete Mittel umfassen einen Injektor, eine Sprühvorrichtung oder eine Einspeisungsvorrichtung. Solche Mittel sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt.
Das stickstoffhaltige Reduktionsmittel zur Verwendung in dem System kann Ammoniak per se, Hydrazin oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung, wie z.B. Harnstoff, Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumformiat sein. Harnstoff ist besonders bevorzugt.
Das Abgassystem kann ferner Mittel zum Steuern der Einführung eines Reduktionsmittels in das Abgas, um das NO_x darin zu reduzieren, umfassen. Bevorzugte Steuerungsvorrichtungen können eine elektronische Steuerungseinheit, optional eine Motorsteuerungseinheit umfassen und können zusätzlich einen NO_x-Sensor umfassen, der sich stromab des NO-Reduktionskatalysators befindet.
In einigen Ausführungsformen ist die Menge von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung, die dem Gasstrom zugesetzt wird, so gewählt, dass der über den V-SCR-Katalysator strömende Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von weniger als 1, von etwa 0,1 bis etwa 0,9, etwa 0,1 bis etwa 0,8, etwa 0,1 bis etwa 0,7, etwa 0,1 bis etwa 0,6, etwa 0,1 bis etwa 0,5, etwa 0,2 bis etwa 0,9, etwa 0,2 bis etwa 0,8, etwa 0,2 bis etwa 0,7, etwa 0,2 bis etwa 0,6, etwa 0,2 bis etwa 0,5, etwa 0,3 bis etwa 0,8, etwa 0,3 bis etwa 0,9 oder etwa 0,5 bis etwa 0,9 aufweist. Eine solche Zudosierung von Ammoniak kann verhindern, dass NH₃ über stromabseitige Oxidationskatalysatoren unter Erzeugung von NO_x entschlüpft.
In anderen Ausführungsformen ist die Menge von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung, die zu dem Gasstrom zugegeben wird, so gewählt, dass der über den V-SCR-Katalysator strömende Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 1 aufweist.
In anderen Ausführungsformen ist die Menge von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung, die dem Abgasstrom zugegeben wird, so gewählt, dass der über den V-SCR-Katalysator strömende Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von mehr als 1, von etwa 1,1 bis etwa 1,9, etwa 1,2 bis etwa 1,8, etwa 1,3 bis etwa 1,7 oder etwa 1,4 bis etwa 1,6 aufweist.
Ein oder mehrere sekundäre Reduktionsmittelinjektor(en) kann bzw. können, falls gewünscht, enthalten sein.
Kraftstoffinjektor
Die Systeme der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere Kraftstoffinjektor(en) umfassen. Beispielsweise kann ein System einen sekundären Kraftstoffinjektor stromauf eines Dieseloxidationskatalysators umfassen. Ein beliebiger geeigneter Typ eines Kraftstoffinjektors kann in den Systemen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Ausführungsformen/Systeme In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Abgasreinigungssystem einen stromaufseitigen Abschnitt und einen stromabseitigen Abschnitt umfassen. Der stromaufseitige Abschnitt kann mindestens eine Einspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist, gefolgt von einem V-SCR-Katalysator umfassen.
Der stromaufseitige Abschnitt kann eine Niedertemperaturzone umfassen. Speziell kann der stromaufseitige Abschnitt Temperaturen von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 350 ºC, etwa 200 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 200 ºC bis etwa 350 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 300 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 250 ºC oder etwa 200 ºC bis etwa 300 ºC aufweisen. In einigen Ausführungsformen umfasst der stromaufseitige Abschnitt eine Niedertemperaturzone relativ zu der Temperatur des stromabseitigen Abschnitts. Die Temperaturen der Hoch- und Niedertemperaturzone beziehen sich auf die Temperatur des Abgases nachdem sich der Motor erwärmt hat. Der stromabseitige Abschnitt kann eine Hochtemperaturzone, insbesondere im Verhältnis zu dem stromaufseitigen Abschnitt, umfassen. Der stromabseitige Abschnitt kann Temperaturen von etwa 200 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 500 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 450 ºC, etwa 200 ºC bis etwa 450 ºC, etwa 200 ºC bis etwa 500 ºC, etwa 250 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 250 ºC bis etwa 450 ºC, etwa 250 ºC bis etwa 500 ºC, etwa 300 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 300 ºC bis etwa 450 ºC, etwa 300 ºC bis etwa 500 ºC oder etwa 350 ºC bis etwa 500 ºC aufweisen.
Ein Turbolader kann stromab der Einspeisungsvorrichtung und/oder des V-SCR-Katalysators enthalten sein. Der Turbolader kann eine Mischfunktionalität liefern, die zum Verteilen des Ammoniaks oder der zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in dem Abgasstrom besonders geeignet sein kann. Zusätzlich kann der Turbolader einem Temperaturabfall von etwa 80–100 ºC liefern, wenn der Abgasstrom durch ihn hindurchströmt. Dieser mit dem Turbolader in Verbindung stehende Temperaturabfall kann zu der Niedertemperaturzone für den stromaufseitigen Abschnitt eines Systems führen. Das Konfigurieren eines Systems, bei dem sich der Turbolader stromauf des V-SCR-Katalysators befindet, kann die Vorteile ermöglichen, dass der V-SCR-Katalysator in der Niedertemperaturzone, wie hierin beschrieben, betrieben wird. In Abhängigkeit von der Konfiguration können jedoch bei manchen Ausführungsformen die Temperaturen vor dem Turbolader noch relativ gering sein und daher kann es möglich sein, dass ein stromauf eines Turboladers lokalisierter V-SCR-Katalysator auch in einer Niedertemperaturzone arbeitet.
Der V-SCR-Katalysator kann mit zusätzlichen Komponenten, falls gewünscht, gekoppelt sein. Beispielsweise kann der V-SCR-Katalysator mit einem Hydrolysekatalysator gekoppelt sein, wobei der Hydrolysekatalysator sich stromauf des V-SCR-Katalysators befindet. Der V-SCR-Katalysator kann mit einem Ammoniak-Slip-Katalysator gekoppelt sein, wobei der Ammoniak-Slip-Katalysator sich stromab des V-SCR-Katalysators befindet. Der Begriff „gekoppelt“, wie hierin verwendet, soll bedeuten, dass die Komponenten in dem gleichen Substrat kombiniert werden können, oder dass sie getrennt, jedoch nahe zueinander positioniert, installiert werden können.
Die Komponenten in dem stromabseitigen Abschnitt können als das stromabseitige System bezeichnet werden. Ein exothermer Katalysator, wie z.B. ein Dieseloxidationskatalysator oder ein Ammoniak-Slip-Katalysator, kann die Temperatur erhöhen und als bildliche Grenze wirken, die den Anfang des stromabseitigen Abschnitts markiert. Der exotherme Katalysator kann dem System gestatten, eine Niedertemperaturzone stromauf einer Hochtemperaturzone aufrecht zu erhalten, wodurch die Vorteile, die mit dieser hierin beschriebenen Systemkonfiguration verbunden sind, ermöglicht werden. In einigen Ausführungsformen kann ein exothermer Katalysator eine Temperaturzunahme von etwa 50 ºC bis etwa 150 ºC, etwa 50 ºC bis etwa 100 ºC oder von etwa 100 ºC bis etwa 150 ºC liefern. Zusätzlich liefert der exotherme Katalysator den Vorteil einer Erhöhung der Temperatur und dadurch eine Regeneration eines stromabseitigen Filters.
Das stromabseitige System kann ein oder mehrere (Elemente) aus einem Dieseloxidationskatalysator, einem Ammoniak-Slip-Katalysator, einem Partikelfilter, wie z.B. einem katalysierten Rußfilter, einem NO_x-Speicherkatalysator, wie z.B. einem NO_x-Adsorberkatalysator, einem Drei-Wege-Katalysator, einem Injektor für Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung und/oder einem SCR-Katalysator umfassen. Das stromabseitige System kann, falls gewünscht, mehr als einen von jedem Komponententyp umfassen.
Das stromabseitige System, einschließlich beispielsweise eines Dieseloxidationskatalysators, kann zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 500 ºC, etwa 200 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 250 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 250 ºC bis etwa 500 ºC, etwa 300 ºC bis etwa 400 ºC oder etwa 300 ºC bis etwa 500 ºC wirksam sein. Ein System kann einen sekundären Kraftstoffinjektor stromauf eines Dieseloxidationskatalysators umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator. In einer Ausführungsform umfasst das stromabseitige System, in folgender Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator.
Ein System kann einen Kaltstart-Katalysator stromab des V-SCR-Katalysators umfassen. Der Kaltstart-Katalysator kann beispielsweise einen passiven NO_x-Adsorber, welcher Zeolith und Pd umfassen kann, umfassen. Wenn der Kaltstart-Katalysator einen passiven NO_x-Adsorber umfasst, kann der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Freisetzen des adsorbierten NO_x bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur wirksam sein. Der Kaltstart-Katalysator kann auch für ein Adsorbieren von NO_x und Kohlenwasserstoffen bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und ein Umwandeln und Freisetzen von adsorbiertem NO_x und Kohlenwasserstoffen oberhalb einer niederen Temperatur formuliert sein. In einigen Ausführungsformen beträgt die niedere Temperatur etwa 200 ºC, etwa 150 ºC, etwa 250 ºC, etwa 300 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 250 ºC oder etwa 175 ºC bis etwa 225 ºC. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Kaltstart-Katalysator stromab des V-SCR-Katalysators, jedoch innerhalb des stromaufseitigen Abschnitts eines Systems. Der Kaltstart-Katalysator kann sich in einer Niedertemperaturzone befinden. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Kaltstart-Katalysator stromab des V-SCR-Katalysators in dem stromabseitigen Abschnitt des Systems. Der Kaltstart-Katalysator kann sich in einer Hochtemperaturzone befinden. In einigen Ausführungsformen umfasst ein System einen V-SCR-Katalysator, gefolgt von einem Kaltstart-Katalysator, gefolgt von einem stromabseitigen System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst.
Beispielhafte Ausführungsformen von Systemen der vorliegenden Erfindung können Folgendes umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein:

• [Reduktionsmittelinjektion] – [Turbo] – [V-SCR][optionaler ASC] – [Kraftstoffinjektor] – [optionaler ASC][DOC] – [CSF]
• [Reduktionsmittelinjektion] – [V-SCR] – [DOC oder NO_x-Speicherkatalysator] – [Reduktionsmittelinjektion] – [SCR] – [Kraftstoffinjektor] – [DOC] – [CSF]
• [Reduktionsmittelinjektion] – [V-SCR] – [ASC] – [DOC] – [Reduktionsmittelinjektion] – [SCRF] – [SCR] – [optionaler ASC]
• [Reduktionsmittelinjektion] – [V-SCR] – [ASC] – [DOC oder NO_x-Speicherkatalysator] – [CSF] – [Reduktionsmittelinjektion] – [SCR] – [optionaler ASC]
• [Reduktionsmittelinjektion] – [V-SCR] – [ASC] – [Kraftstoffinjektor] – [DOC] – [CSF] – [Reduktionsmittelinjektion] – [SCR] – [optionaler ASC]
• [Reduktionsmittelinjektion] – [V-SCR] – [Kraftstoffinjektor] – [ASC] – [DOC] – [CSF] – [Reduktionsmittelinjektion] – [SCR] – [optionaler ASC]
• [Reduktionsmittelinjektion] – [V-SCR] – [Kraftstoffinjektor] [DOC oder NO_x-Speicherkatalysator] – [Reduktionsmittelinjektion] – [SCRF] – [SCR/ASC]

Verfahren
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können eine Behandlung von Stickstoffoxide enthaltenden Dieselmotorabgasen in einem Abgassystem umfassen, wobei das Verfahren ein Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom, ein Führen des Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstroms über einen Vanadium umfassenden rasch heiße selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator (V-SCR), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC katalysiert, und ein Führen des Abgases durch ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst, umfasst. Der V-SCR-Katalysator kann eine NO_x-Umwandlung von etwa 60 % bis etwa 80 % erreichen.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können eine Behandlung von Stickstoffoxide enthaltenden Dieselmotorabgasen in einem Abgassystem umfassen, wobei das Verfahren ein Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom, ein Führen des Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstroms über einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC katalysiert, und ein Führen des Abgasstroms über einen NOx-Speicherkatalysator, wie z.B. einen Kaltstart-Katalysator, umfassen. V-SCR-Katalysator kann eine NO_x-Umwandlung von etwa 60 % bis etwa 80 % erreichen.
Vorteile
Die Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung können Vorteile in Bezug auf N₂O-Emissionen, insbesondere während Kaltstarts und in kalten Abgassystemen liefern. Speziell kann die Verwendung eines V-SCR-Katalysators, wie in den Ausführungsformen hierin beschrieben, besonders gut für Systeme mit hohem NO₂(-Gehalt) am Motorausgang funktionieren, da der V-SCR-Katalysator (die Umsetzung von) Distickstoffoxiden bei NO₂-Anteilen von mehr als 40 % und bei Temperaturbereichen, die eine niedere Temperatur abdecken, katalysiert. Diese Eigenschaften sind wünschenswert, da sie dazu beitragen, einen NO₂-Schlupf zu einem stromabseitigen Dieseloxidationskatalysator („DOC“) unter Bedingungen, bei denen der stromabseitige Katalysator für eine HC-SCR aktiv wäre, zu verhindern. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass auf V basierende Formulierungen höhere Umwandlungen unter diesen Bedingungen (Bedingungen eines hohen NO₂-(Gehalts) am Motorausgang im Straßenverkehr) erreichen als herkömmliche Fe- oder Cu-SCR-Katalysatoren des Standes der Technik.
Der V-SCR-Katalysator kann (die Reaktion) von Distickstoffoxiden mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 450 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 350 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 300 ºC, etwa 150 ºC bis etwa 250 ºC, etwa 200 ºC bis etwa 400 ºC, etwa 200 ºC bis etwa 350 ºC oder etwa 200 ºC bis etwa 300 ºC katalysieren.
Der V-SCR-Katalysator kann (die Reaktion von) Stickstoffoxiden mit Ammoniak bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,05 bis etwa 0,8, etwa 0,05 bis etwa 0,9, etwa 0,07 bis etwa 0,8, etwa 0,07 bis etwa 0,9, etwa 0,1 bis etwa 0,8, etwa 0,1 bis etwa 0,9, etwa 0,2 bis etwa 0,8, etwa 0,2 bis etwa 0,9, etwa 0,3 bis etwa 0,8, etwa 0,3 bis etwa 0,9, etwa 0,3 bis etwa 0,7, etwa 0,3 bis etwa 0,6, etwa 0,3 bis etwa 0,5, etwa 0,5 bis etwa 0,9, etwa 0,4 bis etwa 0,9, etwa 0,4 bis etwa 0,8, etwa 0,4 bis etwa 0,7, etwa 0,4 bis etwa 0,6, etwa 0,5 bis etwa 0,8, etwa 0,5 bis etwa 0,7, etwa 0,5 bis etwa 0,6 oder etwa 0,6 bis etwa 0,8 katalysieren.
Bei solchen NO₂/NO_x-Verhältnissen und Temperaturen kann der V-SCR-Katalysator eine NO_x-Umwandlung von mindestens 60 %, mindestens 65 %, mindestens 70 %, mindestens 75 %, etwa 60 % bis etwa 80 %, etwa 65 % bis etwa 75 %, etwa 65 % bis etwa 80 %, etwa 70 % bis etwa 75 % oder etwa 70 % bis etwa 80% liefern. Diese Umwandlungen unter Bedingungen eines hohen NO₂-(Gehalts) sind in überraschender Weise höher als bei herkömmlichen Fe- oder Cu-SCR-Katalysatoren des Standes der Technik.
Durch Einbeziehen eines V-SCR-Katalysators in den stromaufseitigen Abschnitt des Abgassystems können die Systemkonfigurationen der vorliegenden Erfindung die hier beschriebenen Vorteile des V-SCR-Katalysators liefern, während gleichzeitig Probleme, die mit Vanadium-Katalysatoren bei höheren Temperaturen verbunden sind, vermieden werden. Solche Vorteile können mit dem unkonventionellen Aufbau eines Einbeziehens einer Niedertemperaturzone gefolgt von einer Hochtemperaturzone, verbunden sein. Der V-SCR-Katalysator in diesem System kann eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Schwefelvergiftung, sowie die partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen in dem Abgassystem aufweisen. Die partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu CO kann bei einer Kombinationen mit einem NO_x-Speicherkatalysator, wie z.B. einem Kaltstart-Katalysator, einen weiteren Vorteil liefern, da das CO für eine Erhöhung der NO_x-Speicherkapazität des NO_x-Speicherkatalysators sorgt. Des Weiteren ermöglicht die Konfiguration eines stromaufseitigen V-SCR-Katalysators eine NO_x-Umwandlung früher im Zyklus (d.h. bei niedrigeren Temperaturen), da der V-SCR-Katalysator vor den stromabseitigen Komponenten erwärmt wird.
Beispiele
Die NO_x-Umwandlung von mehreren Katalysatoren wurde bei verschiedenen NO₂/NO_x-Verhältnissen gemessen. Die getesteten Katalysatoren waren:

• V auf TiO₂
• V auf TiO₂ mit hinzugefügter Zeolithkomponente
• Cu auf AEI
• Fe auf BEA

Die Tests bewerteten die Leistungsfähigkeit in frischem Zustand von auf Vanadium und Eisen basierenden SCR-Formulierungen bei 150 ºC. Um als Cu-Referenz zu wirken, wurde mit hohem Cu-(Gehalt) beladener Cu/AEI verwendet und mit extrudierten Vanadium-Katalysatoren und beschichteten Eisenformulierungen verglichen. Die Katalysatoren wurden in frischem Zustand bei einer Raumgeschwindigkeit von 50.000 h^–1, einem Ammoniak-zu-NO_x-Verhältnis von 1 und ohne NO₂ in der Beschickung bewertet.
Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. Die Daten zeigen, dass bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von 0,4 und höher die Vanadium-Katalysatoren eine überlegene NO_x-Umwandlung liefern, wohingegen – bei höheren Verhältnissen – die anderen Katalysatoren vollständig versagen. Mit Zunahme des prozentualen Anteils von NO₂ erhöht sich die Umwandlung von auf Vanadium und Eisen basierenden Katalysatoren kontinuierlich bis zu einer maximalen Umwandlung von 75 % für die Vanadiumformulierungen bei 40 % NO₂. Der Cu-Katalysator zeigt eine leichte Zunahme mit zunehmendem NO₂.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015085300 [0028]

Claims

Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgas ein NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 aufweist, umfassend: a. eine Einspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist; b. einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR-Katalysator); c. einen Turbolader stromab der Einspeisungsvorrichtung und/ oder des V-SCR-Katalysators; d. einen sekundären Kraftstoffinjektor; und e. ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei der V-SCR-Katalysator für ein Katalysieren (der Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC und bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 wirksam ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei das stromabseitige System ein katalysiertes Rußfilter umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei das stromabseitige System, in dieser Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei das stromabseitige System, in dieser Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei das stromabseitige System zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC wirksam ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei der Dieseloxidationskatalysator Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC oxidiert.
Abgasreinigungssystem zum Verringern des Gehalts an Verunreinigungen in einem mageren Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgas ein NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 aufweist, umfassend: a. eine erste Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist; b. einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR-Katalysator); und c. einen Kaltstart-Katalysator.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei der V-SCR-Katalysator für ein Katalysieren (der Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC und bei einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 wirksam ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, das des Weiteren eine zweite Reduktionsmitteleinspeisungsvorrichtung umfasst, die Ammoniak oder eine zu Ammoniak abbaubare Verbindung in einen Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom einspeist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, das ferner ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator umfasst, umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, das ferner einen sekundären Kraftstoffinjektor umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei der Kaltstart-Katalysator einen passiven NO_x-Adsorber umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei der Kaltstart-Katalysator einen passiven NO_x-Adsorber, der Zeolith und Pd umfasst, umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x und Kohlenwasserstoffen (HC) bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Umwandeln und Freisetzen des adsorbierten NO_x und HC bei Temperaturen oberhalb einer niederen Temperatur wirksam ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei der Kaltstart-Katalysator zum Adsorbieren von NO_x bei oder unterhalb einer niederen Temperatur und zum Freisetzen des adsorbierten NO_x bei Temperaturen oberhalb einer niederen Temperatur wirksam ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 15, wobei die niedere Temperatur etwa 200 ºC beträgt.
Verfahren zur Behandlung von Stickstoffoxide enthaltenden Dieselmotorabgasen in einem Abgassystem, umfassend: a. Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom; b. Führen des Stickstoffoxide mit einem NO₂/NO_x-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,9 enthaltenden Abgasstroms über einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator, der Vanadium umfasst (V-SCR-Katalysator), der (die Reaktion) der Stickstoffoxide mit Ammoniak in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC katalysiert; und c. Führen des Abgases durch ein stromabseitiges System, das einen Dieseloxidationskatalysator und/ oder einen Kaltstart-Katalysator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Führen des Abgasstroms durch einen Turbolader nach Stufe (a) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Führen des Abgasstroms durch einen Turbolader nach Stufe (b) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das stromabseitige System Schadstoffe aus dem Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 150 ºC bis etwa 400 ºC entfernt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das stromabseitige System ein katalysiertes Rußfilter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das stromabseitige System, in dieser Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein katalysiertes Rußfilter und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das stromabseitige System, in dieser Reihenfolge, einen Ammoniak-Slip-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator, ein SCRF und einen selektiven katalytischen Reduktions-Katalysator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Menge von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung, die dem Abgasstrom in (a) zugesetzt wird, so ausgewählt ist, dass der Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 0,1 bis etwa 0,7 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das stromabseitige System einen Kaltstart-Katalysator umfasst, wobei das Verfahren ferner ein Zugeben von Ammoniak oder einer zu Ammoniak abbaubaren Verbindung in den Stickstoffoxide enthaltenden Abgasstrom stromab des Kaltstart-Katalysators in einer solchen Weise, dass der Abgasstrom ein NH₃/NO_x-Verhältnis von etwa 0,8 bis etwa 1 aufweist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das stromabseitige System einen Kaltstart-Katalysator umfasst, wobei das Verfahren ein Adsorbieren von NO_x und HC auf dem Kaltstart-Katalysator unterhalb einer niederen Temperatur und ein Umwandeln und thermisches Desorbieren von NO_x und HC aus dem Kaltstart-Katalysator bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das stromabseitige System einen Kaltstart-Katalysator umfasst, wobei das Verfahren ein Adsorbieren von NO_x auf dem Kaltstart-Katalysator unterhalb einer niederen Temperatur und thermisches Desorbieren von NO_x aus dem Kaltstart-Katalysator bei Temperaturen oberhalb der niederen Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die niedere Temperatur etwa 200 ºC beträgt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der V-SCR-Katalysator eine NO_x-Umwandlung von etwa 60 % bis etwa 80 % erreicht.