DE102017117695A1 - Dieseloxidationskatalysator mit einer Einfangregion für Schwefel enthaltende Verunreinigungen - Google Patents

Dieseloxidationskatalysator mit einer Einfangregion für Schwefel enthaltende Verunreinigungen Download PDF

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Abstract

Beschrieben wird ein Oxidationskatalysator zum Behandeln eines von einem Dieselmotor produzierten Abgases. Der Oxidationskatalysator umfasst: ein Substrat, ein Einfangmaterial zum Einfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in dem von dem Dieselmotor produzierten Abgas, wobei das Einfangmaterial ein Metall zum Reagieren mit einem Oxid von Schwefel in dem Abgas und Partikel eines hitzebeständigen Oxids umfasst, wobei die Partikel des hitzebeständigen Oxids eine mittlere spezifische Oberfläche von ≤ 50 m2/g aufweisen, und eine katalytische Region, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die katalytische Region ein katalytisches Material umfasst, das ein Platingruppenmetall (PGM) umfasst, das aus der aus Platin (Pt), Palladium (Pd) und einer Kombination von Platin (Pt) und Palladium (Pd) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oxidationskatalysator und ein Abgassystem zum Behandeln eines von einem Dieselmotor produzierten Abgases. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren oder die Verwendung des Oxidationskatalysators zum Einfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in dem von dem Dieselmotor produzierten Abgas. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das den Oxidationskatalysator oder das Abgassystem umfasst.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Dieselmotoren produzieren ein Abgas, das eine Vielzahl von Schadstoffen enthält, die weltweit Gegenstand der Umweltgesetzgebung sind. Diese Schadstoffe umfassen Kohlenstoffmonoxid (CO), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (HCs), Oxide von Stickstoff (NOX) und teilchenförmiges Material (PM). Um den durch die Gesetzgebung festgelegten zulässigen Schadstoffniveaus zu entsprechen, die in die Atmosphäre emittiert werden dürfen, enthalten Abgassysteme zum Behandeln des von einem Dieselmotor produzierten Abgases im Allgemeinen mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen. In solchen Abgassystemen wird das Abgas üblicherweise zu einer ersten Emissionssteuerungsvorrichtung geführt, die in der Lage ist, Kohlenstoffmonoxid (CO) und die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe (HCs), die in dem Abgas vorhanden sind, zu oxidieren.
  • Zusätzlich zu den oben genannten Schadstoffen kann das Abgas Verunreinigungen enthalten, die von dem speziellen Kraftstofftyp, der verwendet wurde, stammen. Dieselkraftstoff umfasst häufig Schwefel enthaltende Verunreinigungen. Unter den für die Verbrennung in einem Dieselmotor verwendeten mageren Bedingungen bilden die Schwefel enthaltenden Verunreinigungen typischerweise Oxide von Schwefel. Diese Oxide von Schwefel können manche der katalytisch aktiven Metalle in den Emissionssteuerungsvorrichtungen eines Abgassystems vergiften. Zusätzlich können die Schwefeloxide teilchenförmiges Material bilden oder können zur Bildung von saurem Regen beitragen, wenn sie in die Atmosphäre geleitet werden.
  • Zahlreiche Länder haben Gesetze in Kraft gesetzt, um die maximale Menge von Schwefel, die in einem Dieselkraftstoff erlaubt ist, zu begrenzen. Neben Vorteilen für die Umwelt erleichterten solche Rechtsvorschriften auch die Verwendung der neuen Emissionssteuerungstechnologien, die die früheren hohen Niveaus von Schwefel im Dieselabgas nicht tolerieren konnten. Trotz der Verringerung des Schwefelgehalts kann sich die Aktivität einiger Emissionssteuerungsvorrichtungen immer noch durch Vergiftung durch Schwefeloxide verschlechtern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung liefert einen Oxidationskatalysator zum Behandeln eines von einem Dieselmotor produzierten Abgases. Der Oxidationskatalysator umfasst ein Substrat, ein Einfangmaterial zum Einfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in dem von dem Dieselmotor produzierten Abgas, wobei das Einfangmaterial ein Metall zur Reaktion mit einem Schwefeloxid in dem Abgas und Partikel eines hitzebeständigen Oxids umfasst, wobei vorzugsweise die Partikel des hitzebeständigen Oxids eine mittlere spezifische Oberfläche von ≤ 50 m2/g aufweisen, sowie eine auf dem Substrat angeordnete katalytische Region, wobei die katalytische Region ein katalytisches Material umfasst, das ein Platingruppenmetall (PGM) umfasst, das aus der aus Platin (Pt), Palladium (Pd) und einer Kombination von Platin (Pt) und Palladium (Pd) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  • Die Erfinder entwickelten ein kostengünstiges Einfangmaterial zum Einfangen oder Abfangen von mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung, in dem von dem Dieselmotor produzierten Abgas. Das Einfangmaterial verringert oder verhindert einen Abbau der oxidativen Aktivität des Oxidationskatalysators, wie z.B. gegenüber Kohlenstoffmonoxid (CO), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HCs) und/oder Stickstoffmonoxid (NO). Das Einfangmaterial kann ferner verhindern, dass beliebige Schwefel enthaltende Verunreinigungen die Leistungsfähigkeit einer Emissionssteuerungsvorrichtung vermindern, die sich stromab eines DOC befindet, wie z.B. eines selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysators oder eines selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysators, indem die Verunreinigung in dem DOC eingefangen wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Abgassystem zum Behandeln eines von einem Dieselmotor produzierten Abgases. Das Abgassystem umfasst den Oxidationskatalysator der Erfindung und optional eine (d.h. eine weitere) Emissionssteuerungsvorrichtung.
  • Die Erfindung liefert des Weiteren ein Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst einen Dieselmotor und entweder einen Oxidationskatalysator oder ein Abgassystem der Erfindung.
  • Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Einfangmaterials oder einer Einfangregion, die das Einfangmaterial umfasst (z.B. in einem oder als Teil eines Oxidationskatalysators) zum Einfangen oder Abfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in einem von einem Dieselmotor produzierten Abgas. Das Einfangmaterial umfasst ein Metall für die Reaktion mit einem Schwefeloxid in dem Abgas und Partikel eines hitzebeständigen Oxids, wobei vorzugsweise die Partikel des hitzebeständigen Oxids eine mittlere spezifische Oberfläche von ≤ 50 m2/g aufweisen. Der Oxidationskatalysator umfasst das Einfangmaterial oder die Einfangregion, ein Substrat und eine katalytische Region, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die katalytische Region ein katalytisches Material umfasst, das ein Platingruppenmetall (PGM) umfasst, das aus der aus Platin (Pt), Palladium (Pd) und einer Kombination von Platin (Pt) und Palladium (Pd) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einfangen oder Abfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in einem von einem Dieselmotor produzierten Abgas. Das Verfahren umfasst die Stufe des Führens eines von einem Dieselmotor produzierten Abgases durch ein Abgassystem, das den Oxidationskatalysator der Erfindung umfasst.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 bis 8, 10 und 11 sind schematische Zeichnungen von Oxidationskatalysatoren der Erfindung.
  • 1 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer Einfangschicht (2), die auf einer katalytischen Schicht (3) angeordnet ist. Die katalytische Schicht (3) ist auf einem Substrat (1) angeordnet.
  • 2 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer Einfangschicht (2), die auf einer katalytischen Region angeordnet ist. Die katalytische Region weist eine erste katalytische Zone (3) und eine zweite katalytische Zone (4) auf, die auf einem Substrat (1) angeordnet sind.
  • 3 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer Einfangzone (2), die auf einem Substrat (1) an dem Einlassende des Oxidationskatalysators angeordnet ist. Eine katalytische Zone (3) ist an dem Auslassende des Oxidationskatalysators vorhanden.
  • 4 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer Einfangzone (2), die an einem Einlassende des Substrats (1) angeordnet ist. Es gibt eine erste katalytische Zone (3), die auf einer zweiten katalytischen Zone (4) angeordnet ist, die an einem Auslassende des Substrats angeordnet sind.
  • 5 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer katalytischen Schicht (3), die auf einem Substrat (1) angeordnet ist. Es gibt eine Einfangzone (2) an dem Einlassende des Substrats, die auf der katalytischen Schicht (3) angeordnet ist.
  • 6 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer Einfangzone (2), die auf einem Substrat an einem Einlassende angeordnet ist. Die Einfangregion (2) überlappt eine katalytische Zone (3). Die katalytische Zone (3) ist an einem Auslassende des Substrats angeordnet.
  • 7 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer Einfangzone (2) und einer ersten katalytischen Zone (3), die auf einer zweiten katalytischen Schicht (4) angeordnet sind. Die zweite katalytische Schicht (4) ist auf einem Substrat (1) angeordnet.
  • 8 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer Einfangzone (2), die auf einer ersten katalytischen Schicht (3) angeordnet ist. Die erste katalytische Schicht (3) ist auf einer zweiten katalytischen Schicht (4) angeordnet. Die zweite katalytische Schicht (4) ist auf einem Substrat (1) angeordnet.
  • 9 ist eine schematische Zeichnung, die eine Abgassystemanordnung der Erfindung zeigt. Ein Abgas (20) tritt durch einen Oxidationskatalysator (1) der Erfindung hindurch, der ein Einfangmaterial (2) aufweist, das an einer Einlassendoberfläche des Substrats angeordnet ist. Nachdem das Abgas (20) durch den Oxidationskatalysator (1) hindurchgetreten ist, kann es durch eine zweite Emissionssteuerungsvorrichtung (10), wie ein katalysiertes Rußfilter (CSF), ein Dieselpartikelfilter (DPF), einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator oder einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator, hindurchtreten. Wenn die zweite Emissionssteuerungsvorrichtung (10) ein SCR- oder ein SCRFTM-Katalysator ist und eine aktive SCR durchgeführt werden soll, kann das Abgassystem eine Ammoniakquelle (30) zur Einführung in das Abgas umfassen. Für eine passive SCR kann die Ammoniakquelle (30) nicht vorhanden sein.
  • 10 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer katalytischen Region (3), die auf einem Substrat (1) angeordnet ist. Es gibt eine Einfangfläche (2), die an einer Einlassendoberfläche des Substrats (1) angeordnet oder geträgert ist.
  • 11 zeigt einen Oxidationskatalysator mit einer katalytischen Region (3), die auf einem Substrat (1) angeordnet ist. Es gibt eine Einfangfläche und -zone (2), die an einer Einlassendoberfläche des Substrats angeordnet oder geträgert ist, die die katalytische Region (3) teilweise überlagert.
  • 12 ist eine grafische Darstellung, die den prozentualen Anteil von NO2 von NOX an dem Auslass der Katalysatoren von Beispiel 1 und Beispiel 2 nach einer Reihe von Testläufen, bei denen sie Schwefel ausgesetzt waren, zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird nun weiter beschrieben. Die nachfolgenden Abschnitte betreffen Merkmale der Erfindung, insbesondere Merkmale des erfindungsgemäßen Oxidationskatalysators, und definieren jedes Merkmal detaillierter. Jeder Teil oder Aspekt des Oxidationskatalysators (z.B. das Einfangmaterial, die katalytische Region, die Oxidationskatalysatoranordnung, das Substrat usw.) können mit einem beliebigen anderen Teil oder Aspekt des Oxidationskatalysators kombiniert werden, wenn es nicht eindeutig gegenteilig angegeben ist. Insbesondere kann ein beliebiges Merkmal, das als bevorzugt oder vorteilhaft angegeben ist, mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Merkmalen, die als bevorzugt oder vorteilhaft angegeben sind, kombiniert werden.
  • Die Erfindung betrifft ein Einfangmaterial zum Abfangen oder Einfangen von mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in dem von einem Dieselmotor produzierten Abgas. Das Einfangmaterial kann als Teil einer Einfangregion enthalten sein, die auf vielfältige Art und Weise angeordnet sein kann, um mindestens eine Schwefel enthaltende Verunreinigung abzufangen oder einzufangen.
  • Der Ausdruck "Einfangmaterial zum Einfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in einem von einem Dieselmotor produzierten Abgas" wird hierin im Folgenden durch den abgekürzten Begriff "Einfangmaterial" bezeichnet.
  • Das Einfangmaterial umfasst oder besteht im Wesentlichen aus einem Metall zum Reagieren mit einem Oxid von Schwefel in dem Abgas und Partikeln eines hitzebeständigen Oxids. Der Ausdruck "Metall zum Reagieren mit einem Oxid von Schwefel in dem Abgas" wird hier nachfolgend durch den abgekürzten Begriff "S-einfangendes Metall" bezeichnet.
  • Das S-einfangende Metall ist typischerweise auf dem hitzebeständigen Oxid angeordnet oder geträgert. Das S-einfangende Metall kann direkt auf dem hitzebeständigen Oxid angeordnet sein oder ist direkt durch das hitzebeständige Oxid geträgert (z.B. gibt es kein dazwischenliegendes Trägermaterial zwischen dem S-einfangenden Metall und dem hitzebeständigen Oxid). Das S-einfangende Metall ist auf dem hitzebeständigen Oxid geträgert, indem es über eine Oberfläche des hitzebeständigen Oxids verteilt ist, bevorzugter indem es über eine Oberfläche des hitzebeständigen Oxids verteilt und/oder auf einer Oberfläche des hitzebeständigen Oxids fixiert ist.
  • Mindestens ein Partikel des S-einfangenden Metalls kann auf mindestens einem Partikel des hitzebeständigen Oxids angeordnet oder geträgert sein. Vorzugsweise sind zahlreiche Partikel des S-einfangenden Metalls auf mindestens einem Partikel des hitzebeständigen Oxids angeordnet oder geträgert. Bevorzugter ist eine Vielzahl von Partikeln des hitzebeständigen Oxids vorhanden, wobei eine Vielzahl von Partikeln des S-einfangenden Metalls auf jedem Partikel des hitzebeständigen Oxids angeordnet oder geträgert ist.
  • Das S-einfangende Metall kann reversibel mit einem Oxid von Schwefel in dem Abgas reagieren. Bei normalen Betriebstemperaturen reagieren Schwefeloxide mit dem S-einfangenden Metall zum Vermindern oder Verhindern einer Vergiftung der katalytischen Region oder einer katalytisch aktiven Komponente einer stromabseitigen Emissionssteuerungsvorrichtung. Das S-einfangende Metall besitzt eine begrenzte Kapazität zum Abfangen oder Einfangen von Schwefeloxiden. Zum Regenerieren des Einfangmaterials ist es möglich, abgefangene oder eingefangene Schwefeloxide aus dem S-einfangenden Metall thermisch freizusetzen. Das S-einfangende Metall kann während einer " Filterregeneration" (d.h. wenn ein Filtersubstrat periodisch zur Entfernung von akkumuliertem partikelförmigen Material erhitzt wird) thermisch regeneriert werden.
  • Das S-einfangende Metall kann aus Palladium (Pd), Magnesium (Mg), Cer (Ce) und einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon ausgewählt sein. Vorzugsweise ist das S-einfangende Metall Palladium (Pd).
  • Es ist bevorzugt, dass die Partikel des S-einfangenden Metalls eine mittlere Partikelgröße von ≥ etwa 10 nm, wie z.B. eine mittlere Partikelgröße > etwa 10 nm, aufweisen. Bevorzugter weisen die Partikel des S-einfangenden Metalls eine mittlere Partikelgröße von ≥ etwa 15 nm, wie z.B. ≥ etwa 20 nm, noch bevorzugter ≥ etwa 50 nm, wie z.B. ≥ etwa 75 nm auf.
  • Einige der S-einfangenden Metalle können in einem Oxidationskatalysator enthalten sein, um die katalytische Aktivität zu liefern oder zu erhöhen. Die mittlere Partikelgröße solcher Metalle (z.B. Palladium) in herkömmlichen Emissionssteuerungsvorrichtungen ist allgemein viel kleiner als 10 nm. Die Partikel des S-einfangenden Metalls zur Verwendung in dem Einfangmaterial gemäß der Erfindung können relativ groß sein. Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass solche großen Partikel des S-einfangenden Metalls in der Lage sind, ein Schwefeloxid aus dem Abgas abzufangen oder einzufangen, während sie gleichzeitig katalytisch relativ inert sind.
  • Typischerweise weist das S-einfangende Metall eine mittlere Partikelgröße von 10 nm bis 1000 µm (Mikrometer) auf. Es ist bevorzugt, dass das S-einfangende Metall eine mittlere Partikelgröße von 15 nm bis 100 µm, bevorzugter 20 nm bis 20 µm, insbesondere 50 nm bis 5 µm, wie z.B. 75 nm bis 3 µm, aufweist.
  • Die "mittlere Partikelgröße", wie hier bei Bezugnahme auf das S-einfangende Metall verwendet, insbesondere wenn das S-einfangende Metall Palladium ist, kann mittels CO-Chemisorption wie folgt bestimmt werden. Der Gehalt an S-einfangendem Metall kann mittels optischer Emissionsspektroskopie unter Verwendung von induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) gemessen werden. Die CO-Aufnahme der Probe kann unter Verwendung eines Micromeritics Autochem 2920-Geräts gemessen werden. Die Probe wird mit Wasserstoffgas bei 300 °C vorbehandelt. Die Kohlenstoffmonoxidaufnahme wird mittels Puls-Chemisorption bei 50 °C gemessen. Die Größe der S-einfangenden Metallpartikel kann anschließend unter Verwendung der Autochem 2920-Software auf Basis der CO-Aufnahme und dem Gehalt des S-einfangenden Metalls für die Probe berechnet werden. Ein Chemisorptionsverhältnis für CO:Pd von 1:1 wird in der Berechnung verwendet.
  • Das hitzebeständige Oxid kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid und einem Misch- oder Verbundoxid hiervon, wie z.B. einem Misch- oder Verbundoxid von zwei oder mehr hiervon, besteht. Beispielsweise kann das hitzebeständige Oxid aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Aluminiumoxid, Zirconiumoxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Titanoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid und Aluminiumoxid-Magnesiumoxid besteht.
  • Das hitzebeständige Oxid kann optional dotiert sein (z.B. mit einem Dotiermittel). Das Dotiermittel kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Zirconium (Zr), Titan (Ti), Silicium (Si), Yttrium (Y), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Samarium (Sm), Neodym (Nd) und einem Oxid hiervon besteht. Der Einschluss eines Dotiermittels kann das hitzebeständige Oxid thermisch stabilisieren. Es versteht sich, dass jegliche Bezugnahme auf "dotiert" in diesem Zusammenhang sich auf ein Material bezieht, bei dem das Volumen- oder Wirtsgitter des hitzebeständigen Oxids mit einem Dotiermittel substitutionsdotiert oder interstitiell dotiert ist. In manchen Fällen können kleine Mengen des Dotiermittels an einer Oberfläche des hitzebeständigen Oxids vorhanden sein. Jedoch ist im Allgemeinen der Hauptteil des Dotiermittels in dem Körper des hitzebeständigen Oxids vorhanden.
  • Wenn das hitzebeständige Oxid dotiert ist, beträgt die Gesamtmenge des Dotiermittels 0,25 bis 5 Gewichtsprozent (Gew.-%), vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-% (z.B. etwa 1 Gew.-%) des hitzebeständigen Oxids.
  • Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass das hitzebeständige Oxid nicht dotiert ist.
  • Es ist bevorzugt, dass das hitzebeständige Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Ceroxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid und Aluminiumoxid-Magnesiumoxid besteht. Stärker bevorzugt ist das hitzebeständige Oxid aus der Gruppe ausgewählt, die aus Aluminiumoxid, Ceroxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und Ceroxid-Zirconiumoxid besteht. Noch stärker bevorzugt ist das hitzebeständige Oxid Aluminiumoxid, insbesondere alpha-Aluminiumoxid.
  • Die Partikel des hitzebeständigen Oxids weisen typischerweise eine mittlere spezifische Oberfläche von ≤ etwa 50 m2/g (< etwa 50 m2/g), wie z.B. ≤ etwa 40 m2/g (< etwa 40 m2/g), vorzugsweise ≤ etwa 30 m2/g (< etwa 30 m2/g), bevorzugter ≤ etwa 20 m2/g (< etwa 20 m2/g), noch bevorzugter ≤ etwa 10 m2/g (< etwa 10 m2/g) auf.
  • Die mittlere spezifische Oberfläche (SSA) der Partikel des hitzebeständigen Oxids kann mittels Stickstoffphysisorption bei –196 °C unter Verwendung des volumetrischen Verfahrens bestimmt werden. Die mittlere SSA wird unter Verwendung der BET-Adsorptionsisothermengleichung bestimmt.
  • Die Partikel des hitzebeständigen Oxids können einen d90 von < 100 µm aufweisen. Die Partikel des hitzebeständigen Oxids können vorzugsweise einen d90 von < 75 µm, wie z.B. < 50 µm (z.B. < 30 µm) und bevorzugter < 20 µm, wie z.B. < 15 µm, aufweisen. Wenn das hitzebeständige Oxid einen kleineren d90 aufweist, können eine bessere Packung und Adhäsion erhalten werden.
  • Wie auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist, ist der d90 ein Wert der Partikelgröße, bei dem 90 % der Partikel in einer Verteilung eine Partikelgröße unterhalb dieses Werts aufweisen. Zur Vermeidung von Missverständnissen sei angemerkt, dass die d90-Messungen mittels Laserbeugungspartikelgrößenanalyse unter Verwendung eines Malvern Mastersizer 2000-Geräts, wobei es sich um eine auf dem Volumen basierende Technik handelt (d.h. D90 kann auch als DV90 (oder D(V, 0,90) bezeichnet werden), und Anwenden eines mathematischen Mie-Theorie-Modells zur Bestimmung einer Partikelgrößenverteilung erhalten werden.
  • Typischerweise weist das hitzebeständige Oxid einen d90 von > 0,1 µm auf. Es ist bevorzugt, dass die Partikel des hitzebeständigen Oxids einen d90 von > 1,0 µm, wie z.B. > 5,0 µm, aufweisen.
  • Die Partikel des hitzebeständigen Oxids zur Verwendung gemäß der Erfindung besitzen eine relativ geringe mittlere spezifische Oberfläche im Vergleich zu der mittleren spezifischen Oberfläche von Partikeln des gleichen hitzebeständigen Oxids, die als Trägermaterial (z.B. für ein katalytisch aktives Metall, wie z.B. ein Platingruppenmetall) in Emissionssteuerungsvorrichtungen des Standes der Technik (z.B. DOC, CSF oder NSC) verwendet werden. Im Allgemeinen werden kleine Partikel eines hitzebeständigen Oxids mit einer großen mittleren spezifischen Oberfläche in Emissionssteuerungsvorrichtungen verwendet, um die katalytische Aktivität zu maximieren. Im Gegensatz dazu sind die Partikel des hitzebeständigen Oxids zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung relativ groß (d.h. im Allgemeinen viel größer als bei Verwendung als Trägermaterial in Emissionssteuerungsvorrichtungen des Standes der Technik).
  • Hitzebeständige Oxide mit einer mittleren spezifischen Oberfläche von ≤ etwa 50 m2/g sind auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt und können im Handel erhältlich sein. Es kann auch möglich sein, solch ein hitzebeständiges Oxids herzustellen, indem ein hitzebeständiges Oxid mit einer mittleren spezifischen Oberfläche > 50 m2/g auf eine hohe Temperatur, üblicherweise eine Temperatur (z.B. 1200 °C oder mehr), die signifikant höher ist als die Temperatur, der das hitzebeständige Oxid in einem Abgassystem eines Fahrzeugs während der normalen Verwendung ausgesetzt wäre, erhitzt wird. Somit wird das hitzebeständige Oxid (d.h. das eine geringe Oberfläche aufweist) nicht in situ während des normalen Gebrauchs des Oxidationskatalysators gebildet.
  • Der Oxidationskatalysator kann eine Einfangregion zum Einfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in dem von einem Dieselmotor produzierten Abgas umfassen. Der Ausdruck "Einfangregion zum Einfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in dem von einem Dieselmotor produzierten Abgas“ wird hierin nachfolgend durch den abgekürzten Begriff "Einfangregion“ bezeichnet.
  • Die Einfangregion kann das Einfangmaterial umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
  • Typischerweise weist die Einfangregion zum Einfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in dem von einem Dieselmotor produzierten Abgas eine Beladung des hitzebeständigen Oxids von 0,1 bis 3,5 g Zoll–3, vorzugweise 0,2 bis 2,5 g Zoll–3, noch bevorzugter 0,3 bis 2,0 g Zoll–3 und noch bevorzugter 0,5 bis 1,75 g Zoll–3 (z.B. 0,75 bis 1,5 g Zoll–3) auf.
  • Allgemein weist die Einfangregion eine Gesamtbeladung des S-einfangenden Metalls (z.B. den Metallgehalt des S-einfangenden Metalls) von 1 g ft–3 bis 50 g ft–3, vorzugsweise 4 g ft–3 bis 40 g ft–3, noch bevorzugter 5 g ft–3 bis 30 g ft–3 auf.
  • Die Einfangregion kann des Weiteren Platin umfassen. Platin kann nicht ohne Weiteres eine Vergiftung durch Schwefeloxide durchlaufen und kann in einigen Oxidationskatalysatoranordnungen zur Bereitstellung einer zusätzlichen Funktionalität, wie z.B. zum Erzeugen von NO2 durch Oxidation von NO, enthalten sein.
  • Wenn die Einfangregion Platin umfasst, ist es bevorzugt, dass die Einfangregion an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert ist.
  • Typischerweise umfasst die Einfangregion Partikel von Platin (Pt), die eine mittlere Partikelgröße von < 10 nm, vorzugsweise ≤ 8 nm, aufweisen.
  • Die Partikel von Platin können auf dem hitzebeständigen Oxid (z.B. des Einfangmaterials) angeordnet oder geträgert sein. Die Partikel von Platin können auf dem hitzebeständigen Oxid angeordnet oder geträgert sein, indem sie über eine Oberfläche des hitzebeständigen Oxids verteilt werden, bevorzugter indem sie über eine Oberfläche des hitzebeständigen Oxids verteilt oder auf einer Oberfläche des hitzebeständigen Oxids fixiert werden. Wenn die Partikel von Platin auf dem hitzebeständigen Oxid angeordnet sind, ist das Platin Teil des Einfangmaterials, obwohl es nicht in signifikanter Weise zu dem Einfangen oder Abfangen eines Oxids von Schwefel beiträgt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Einfangregion Platin, vorzugsweise Partikel von Platin, z.B. wie sie oben beschrieben sind, umfassen. Das Platin kann auf einem von dem hitzebeständigen Oxid des Einfangmaterials getrennten Trägermaterial angeordnet oder geträgert sein. Das Trägermaterial für Platin in diesem Kontext wird hierin als das "Pt-Trägermaterial“ bezeichnet. Dies dient dazu, es von anderen Trägermaterialien zu unterscheiden, die in dem Oxidationskatalysator vorhanden sein können.
  • Das Pt-Trägermaterial ist ein hitzebeständiges Oxid, das typischerweise eine mittlere spezifische Oberfläche von ≥ 75 m2/g, wie z.B. ≥ 100 m2/g und vorzugsweise ≥ 100 m2/g aufweist.
  • Das hitzebeständige Oxid des Pt-Trägermaterials (kann) aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid und einem Misch- oder Verbundoxid hiervon, wie z.B. einem Misch- oder Verbundoxid von zwei oder mehr hiervon, besteht. Beispielsweise kann das hitzebeständige Oxid aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Aluminiumoxid, Zirconiumoxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Titanoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid und Aluminiumoxid-Magnesiumoxid besteht. Es ist bevorzugt, dass das hitzebeständige Oxid des Pt-Trägermaterials Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Typischerweise umfasst die Einfangregion mindestens 50 Gew.-% des Einfangmaterials, vorzugsweise mindestens 75 Gew.-% des Einfangmaterials, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% des Einfangmaterials.
  • Die Erfindung umfasst Oxidationskatalysatoren, bei denen das Einfangmaterial und die katalytische Region auf unterschiedliche Art und Weise angeordnet sind. Die optimale Anordnung des Einfangmaterials auf dem Substrat kann durch die chemische Zusammensetzung und den Ort des katalytischen Materials des Oxidationskatalysators sowie die chemische Zusammensetzung und den Ort von beliebigen stromabseitigen Emissionssteuerungsvorrichtungen bestimmt werden. Beispielsweise kann, falls es gewünscht ist, das katalytische Material des Oxidationskatalysators vor Oxiden von Schwefel zu schützen, dies in diesem Falle erreicht werden, indem das Einfangmaterial so angeordnet wird, dass es mit dem Abgas in Kontakt gelangt, bevor das Abgas mit dem katalytischen Material in Kontakt gebracht wird. Falls es gewünscht ist, eine Emissionssteuerungsvorrichtung (z.B. einen Cu-enthaltenden SCR- oder SCRFTM-Katalysator), die direkt stromab des Oxidationskatalysators angeordnet ist, zu schützen, kann dies durch Anordnen des Einfangmaterials in einer solchen Weise, dass es mit dem Abgas in Kontakt gelangt, bevor das Abgas den Oxidationskatalysator verlässt, erreicht werden.
  • In den nachfolgenden ersten bis dritten Oxidationskatalysatoranordnungen umfasst die katalytische Region vorzugsweise das Einfangmaterial nicht.
  • Allgemein umfasst der Oxidationskatalysator in den ersten bis dritten Oxidationskatalysatoranordnungen ein Substrat, eine das Einfangmaterial umfassende Einfangregion und die katalytische Region, die auf dem Substrat angeordnet ist.
  • Zur Vermeidung von Missverständnissen sei festgestellt, dass die Einfangregion und die katalytische Region unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.
  • Die katalytische Region ist typischerweise auf dem Substrat angeordnet oder geträgert. Die katalytische Region kann direkt auf dem Substrat angeordnet oder geträgert sein (d.h. die katalytische Region befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats).
  • Die Einfangregion kann:
    • (a) auf der katalytischen Region angeordnet oder geträgert sein; und/oder
    • (b) direkt auf dem Substrat angeordnet oder geträgert sein [d.h. die Einfangregion befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats]; und/oder
    • (c) sich in Kontakt mit der katalytischen Region befinden [d.h. die Einfangregion ist benachbart zu der katalytischen Region oder grenzt an die katalytische Region an].
  • Im Allgemeinen ist die katalytische Region auf einer Vielzahl von Kanalwänden in dem Substrat (d.h. jeder Kanalwand in dem Substrat) angeordnet oder geträgert. Die Einfangregion ist typischerweise ebenfalls auf einer Vielzahl von Kanalwänden des Substrats (d.h. jeder Kanalwand in dem Substrat) angeordnet oder geträgert.
  • In einer ersten Oxidationskatalysatoranordnung ist die Einfangregion eine Einfangschicht. Die katalytische Region kann eine katalytische Schicht oder eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone sein.
  • Die Einfangschicht erstreckt sich typischerweise über eine im Wesentlichen gesamte Länge des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Monolithsubstrats; siehe z.B. die 1 und 2.
  • Die Einfangschicht kann im Wesentlichen aus dem Einfangmaterial bestehen. Es ist bevorzugt, dass die Einfangschicht im Wesentlichen aus dem Einfangmaterial (d.h. einem einzelnen Einfangmaterial) besteht.
  • Die katalytische Region kann eine katalytische Schicht, vorzugsweise eine einzelne katalytische Schicht, sein.
  • Wenn die katalytische Region eine katalytische Schicht ist (siehe 2), kann die Einfangschicht auf der katalytischen Schicht angeordnet sein und die katalytische Schicht kann auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) sein. Alternativ kann die katalytische Schicht auf der Einfangschicht angeordnet sein und die Einfangschicht kann auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) sein.
  • Wenn die katalytische Region eine katalytische Schicht ist, erstreckt sich die katalytische Schicht vorzugsweise über eine im Wesentlichen gesamte Länge des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Monolithsubstrats.
  • Es ist bevorzugt, dass die Einfangschicht auf der katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist, und dass die katalytische Schicht auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist. In dieser Anordnung wird das Abgas mit der Einfangschicht in Kontakt gebracht, bevor es mit der katalytischen Schicht in Kontakt gebracht wird. Eine solche Anordnung kann vorteilhaft für ein Schützen des katalytischen Materials des Oxidationskatalysators und auch einer beliebigen stromabseitigen Emissionssteuerungsvorrichtung, die schwefelempfindliches katalytisches Material aufweist, sein.
  • Die katalytische Region kann eine erste katalytische Schicht und eine zweite katalytische Schicht sein, wie beispielsweise eine zweite katalytische Schicht, wie sie nachfolgend hier definiert ist. Die oben beschriebene katalytische Schicht wird nachfolgend als die "erste katalytische Schicht" bezeichnet.
  • Es ist bevorzugt, dass die Einfangschicht auf der ersten katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist. Stärker bevorzugt ist die erste katalytische Schicht auf der zweiten katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert), und die zweite katalytische Schicht ist auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Wenn der Oxidationskatalysator eine zweite katalytische Schicht umfasst, ist es bevorzugt, dass die erste katalytische Schicht ein Trägermaterial umfasst, das schwefeltolerant ist, wie beispielsweise nachfolgend beschrieben.
  • In der ersten Oxidationskatalysatoranordnung kann die katalytische Region eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone sein (siehe 3). Die Einfangschicht ist vorzugsweise auf sowohl der ersten katalytischen Zone als auch auf der zweiten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert, stärker bevorzugt ist die Einfangschicht direkt auf sowohl der ersten katalytischen Zone als auch auf der zweiten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert.
  • Die erste katalytische Zone und die zweite katalytische Zone sind vorzugsweise auf dem Substrat angeordnet oder geträgert, stärker bevorzugt direkt auf dem Substrat angeordnet oder geträgert.
  • Die erste katalytische Zone weist typischerweise eine Länge von 2,5 bis 90 % (z.B. 2,5 bis 50 % oder 50 bis 90 %) der Länge des Substrats, vorzugsweise 5 bis 80 % (z.B. 5 bis 45 % oder 45 bis 80 %), insbesondere 10 bis 75 % (z.B. 10 bis 40 % oder 40 bis 75 %) der Länge des Substrats, stärker bevorzugt 15 bis 65 % (z.B. 15 bis 30 % oder 30 bis 65 %) der Länge des Substrats auf.
  • Es kann bevorzugt sein, dass die erste Katalysatorzone eine Länge von 2,5 bis 10 % der Länge des Substrats, wie z.B. 2,5 bis 7,5 % oder 5 bis 10 % der Länge des Substrats, aufweist. Es ist weiter bevorzugt, dass die erste Katalysatorzone eine Gesamtbeladung an Platingruppenmetall aufweist, die größer als die Gesamtbeladung an Platingruppenmetall der zweiten Katalysatorzone ist.
  • Typischerweise weist die zweite katalytische Zone eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 50 bis 90 %), vorzugsweise 15 bis 80 % der Länge des Substrats (z.B. 55 bis 80 %), stärker bevorzugt 20 bis 75 % (z.B. 30 bis 65 %), noch stärker bevorzugt 30 bis 65 % der Länge des Substrats auf.
  • Es ist allgemein bevorzugt, dass die erste katalytische Zone stromauf der zweiten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert ist. Stärker bevorzugt ist die erste katalytische Zone an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert.
  • Die erste katalytische Zone kann an die zweite katalytische Zone angrenzen bzw. zu der zweiten katalytischen Zone benachbart sein. Vorzugsweise befindet sich die erste katalytische Zone in Kontakt mit der zweiten katalytischen Zone. Wenn die erste katalytische Zone an die zweite katalytische Zone angrenzt oder die erste katalytische Zone sich in Kontakt mit der zweiten katalytischen Zone befindet, können die erste katalytische Zone und die zweite katalytische Zone auf dem Substrat in Form einer Schicht (z.B. einer einzelnen Schicht) angeordnet oder geträgert sein. Somit kann eine Schicht (z.B. eine einzelne (Schicht)) auf dem Substrat gebildet sein, wenn die erste und die zweite katalytische Zone benachbart sind oder sich in Kontakt miteinander befinden.
  • Die erste katalytische Zone kann von der zweiten katalytischen Zone getrennt sein. Es kann eine Lücke (z.B. einen Abstand) zwischen der ersten katalytischen Zone und der zweiten katalytischen Zone geben.
  • Alternativ kann die erste katalytische Zone die zweite katalytische Zone überlappen. Ein Endbereich oder -teil der ersten katalytischen Zone kann auf der zweiten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert sein. Die erste katalytische Zone überlappt allgemein lediglich teilweise die zweite katalytische Zone.
  • Im Allgemeinen kann es bevorzugt sein, dass die erste katalytische Zone ein Trägermaterial umfasst, das schwefeltolerant ist, wie beispielsweise nachfolgend beschrieben.
  • In einer zweiten Oxidationskatalysatoranordnung ist die Einfangregion eine Einfangzone.
  • Im Allgemeinen weist die Einfangzone eine Länge von ≥ 25 mm auf.
  • Zusätzlich oder alternativ weist die Einfangzone typischerweise eine Länge von 2,5 bis 90 % (z.B. 2,5 bis 50 % oder 50 bis 90 %) der Länge des Substrats, vorzugsweise 5 bis 80 % (z.B. 5 bis 45 % oder 45 bis 80 %), insbesondere 10 bis 75 % (z.B. 10 bis 40 % oder 40 bis 75 %) der Länge des Substrats, stärker bevorzugt 15 bis 65 % (z.B. 15 bis 30 % oder 30 bis 65 %) der Länge des Substrats auf.
  • Die Einfangzone kann im Wesentlichen aus dem Einfangmaterial bestehen. Es ist bevorzugt, dass die Einfangzone im Wesentlichen aus dem Einfangmaterial (z.B. einem einzelnen Einfangmaterial) besteht.
  • Die Einfangzone kann an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert sein (siehe z.B. die 3 bis 6). Stärker bevorzugt ist die Einfangzone direkt an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert. Solche Anordnungen können vorteilhaft für ein Schützen des katalytischen Materials des Oxidationskatalysators vor einem Vergiften durch ein Oxid von Schwefel sein.
  • Alternativ kann die Einfangzone an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert sein. Bevorzugter ist die Einfangzone direkt an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert. Solche Anordnungen können für ein Schützen einer stromabseitigen Emissionssteuerungsvorrichtung vor einem Vergiften durch ein Schwefeloxid vorteilhaft sein.
  • Wenn die Einfangzone an oder nahe einem Einlassende oder einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert ist, kann die katalytische Region:
    • (i) eine katalytische Schicht (siehe 5) sein; oder
    • (ii) eine katalytische Zone (siehe 3 und 6) sein; oder
    • (iii) eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone sein (siehe 4); oder
    • (iv) eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Schicht sein (siehe 7); oder
    • (v) eine erste katalytische Schicht und eine zweite katalytische Schicht sein (siehe 8).
  • Bei (i) ist die katalytische Region eine katalytische Schicht, vorzugsweise eine einzelne katalytische Schicht. Die Einfangzone ist typischerweise auf der katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) (siehe 5).
  • Die Einfangzone ist vorzugsweise auf der katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert, wie beispielsweise an oder nahe einem Einlassende des Substrats (siehe 5) oder an oder nahe einem Auslassende des Substrats. Bevorzugter ist die Einfangzone direkt auf der katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert. Wenn die Einfangzone direkt auf der katalytischen Schicht an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert ist, wird das Abgas mit der Einfangzone in Kontakt gebracht, bevor es mit dem Hauptteil der katalytischen Schicht in Kontakt gebracht wird.
  • Wenn die katalytische Region eine katalytische Schicht ist, erstreckt sich die katalytische Schicht vorzugsweise über eine im Wesentlichen gesamte Länge des Substrats, insbesondere die gesamte Länge der Kanäle eines Monolithsubstrats.
  • Die katalytische Schicht ist vorzugsweise auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Wenn die Einfangzone auf der katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert ist, ist es bevorzugt, dass die gesamte Länge der Einfangzone auf der katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert ist. Die Länge der Einfangzone ist geringer als die Länge der katalytischen Schicht.
  • Bei (ii) ist die katalytische Region eine katalytische Zone, vorzugsweise eine einzelne katalytische Zone.
  • Die katalytische Zone ist vorzugsweise auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Die katalytische Zone kann an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) sein. Es ist bevorzugt, dass die Einfangzone auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist. Bevorzugter ist die Einfangzone an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Alternativ kann die katalytische Zone an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) sein. Es ist bevorzugt, dass die Einfangzone auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist. Bevorzugter ist die Einfangzone an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Typischerweise weist die katalytische Zone eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 50 bis 90 %), vorzugsweise 15 bis 80 % der Länge des Substrats (z.B. 55 bis 80 %), stärker bevorzugt 20 bis 75 % (z.B. 30 bis 65 %), noch stärker bevorzugt 30 bis 65 % der Länge des Substrats auf.
  • Die katalytische Zone kann an die Einfangzone angrenzen bzw. zu der Einfangzone benachbart sein. Vorzugsweise befindet sich die katalytische Zone in Kontakt mit der Einfangzone. Wenn die katalytische Zone zu der Einfangzone benachbart ist oder sich die katalytische Zone in Kontakt mit der Einfangzone befindet, können die katalytische Zone und die Einfangzone auf dem Substrat in Form einer Schicht (z.B. einer einzelnen Schicht) angeordnet oder geträgert sein. Somit kann eine Schicht (z.B. eine einzelne (Schicht)) auf dem Substrat ausgebildet sein, wenn die katalytische Zone und die Einfangzone benachbart sind oder sich in Kontakt miteinander befinden (siehe 3).
  • Zusätzlich kann die Einfangzone die katalytische Zone überlappen. Ein Endbereich oder -teil der Einfangzone kann auf der katalytischen Zone angeordnet oder geträgert sein (siehe 6). Die Einfangzone kann die katalytische Zone lediglich teilweise überlappen.
  • In einer alternativen Ausführungsform von (ii) kann die katalytische Zone von der Einfangzone getrennt sein. Es kann eine Lücke (z.B. ein Abstand) zwischen der katalytischen Zone und der Einfangzone vorhanden sein. Die Lücke zwischen der katalytischen Zone und der Einfangzone kann weniger als 10 mm betragen (z.B. relativ klein sein) oder ≥ 10 mm betragen.
  • Bei (iii) ist die katalytische Region eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone.
  • Die erste katalytische Zone ist typischerweise auf der zweiten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert). Vorzugsweise ist die zweite katalytische Zone auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Die erste katalytische Zone und die zweite katalytische Zone können beide an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert sein (siehe 4).
  • Alternativ können die erste katalytische Zone und die zweite katalytische Zone beide an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert sein.
  • Typischerweise ist die Einfangzone auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Typischerweise weist die erste katalytische Zone eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 50 bis 90 %), vorzugsweise 15 bis 80 % der Länge des Substrats (z.B. 55 bis 80 %), stärker bevorzugt 20 bis 75 % (z.B. 30 bis 65 %), noch stärker bevorzugt 30 bis 65 % der Länge des Substrats auf.
  • Die zweite katalytische Zone weist typischerweise eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 50 bis 90 %), vorzugsweise 15 bis 80 % der Länge des Substrats (z.B. 55 bis 80 %), stärker bevorzugt 20 bis 75 % (z.B. 30 bis 65 %), noch stärker bevorzugt 30 bis 65 % der Länge des Substrats auf.
  • Wenn die katalytische Region eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone ist, ist es bevorzugt, dass die erste katalytische Zone ein Trägermaterial umfasst, das schwefeltolerant ist, wie beispielsweise nachfolgend beschrieben.
  • Bei (iv) ist die katalytische Region eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Schicht.
  • Die Einfangzone kann auf der zweiten katalytischen Schicht an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert sein (siehe 7). Stärker bevorzugt ist die Einfangzone direkt auf der zweiten katalytischen Schicht an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert. In dieser Anordnung wird das Abgas mit der Einfangzone in Kontakt gebracht, bevor es mit dem Hauptteil der zweiten katalytischen Schicht in Kontakt gebracht wird.
  • Alternativ kann die Einfangzone auf der zweiten katalytischen Schicht an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert sein. Bevorzugter ist die Einfangzone direkt auf der zweiten katalytischen Schicht an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert.
  • Die zweite katalytische Schicht erstreckt sich vorzugsweise über eine im Wesentlichen gesamte Länge des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Monolithsubstrats.
  • Die zweite katalytische Schicht ist vorzugsweise auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Wenn die Einfangzone auf der zweiten katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert ist, ist es bevorzugt, dass die gesamte Länge der Einfangzone auf der zweiten katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert ist. Die Länge der Einfangzone ist geringer als die Länge der zweiten katalytischen Schicht.
  • Die erste katalytische Zone ist vorzugsweise auf der zweiten katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert). Stärker bevorzugt ist die erste katalytische Zone an oder nahe dem der Einfangzone entgegengesetzten Ende des Substrats (z.B. auf der zweiten katalytischen Schicht) wie z.B. dem Auslassende oder dem Einlassende, angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Typischerweise weist die erste katalytische Zone eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 50 bis 90 %), vorzugsweise 15 bis 80 % der Länge des Substrats (z.B. 55 bis 80 %), stärker bevorzugt 20 bis 75 % (z.B. 30 bis 65 %), noch stärker bevorzugt 30 bis 65 % der Länge des Substrats auf.
  • Die Einfangzone kann stromauf der ersten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert sein (z.B. wenn die Einfangzone an oder nahe einem Einlassende angeordnet ist). Bei dieser Anordnung wird das Abgas mit der Einfangzone in Kontakt gebracht, bevor es mit der ersten katalytischen Zone in Kontakt gebracht wird.
  • Alternativ kann die Einfangzone stromab der ersten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert sein (z.B. wenn die Einfangzone an oder nahe einem Auslassende angeordnet ist).
  • Die erste katalytische Zone kann an die Einfangzone angrenzen bzw. zu der Einfangzone benachbart sein. Vorzugsweise befindet sich die erste katalytische Zone in Kontakt mit der Einfangzone. Wenn die erste katalytische Zone zu der Einfangzone benachbart ist oder sich die erste katalytische Zone in Kontakt mit der Einfangzone befindet, können die erste katalytische Zone und die Einfangzone auf dem Substrat in Form einer Schicht (z.B. einer einzelnen Schicht) angeordnet oder geträgert sein. Somit kann eine Schicht (z.B. eine einzelne (Schicht)) auf dem Substrat ausgebildet sein, wenn die erste katalytische Zone und die Einfangzone benachbart sind oder sich in Kontakt miteinander befinden.
  • Zusätzlich kann die Einfangzone die erste katalytische Zone überlappen. Ein Endbereich oder -teil der Einfangzone kann auf der ersten katalytische Zone angeordnet oder geträgert sein. Die Einfangzone kann die katalytische Zone lediglich teilweise überlappen.
  • Alternativ kann die erste katalytische Zone von der Einfangzone getrennt sein. Es kann eine Lücke (z.B. ein Abstand) zwischen der ersten katalytische Zone und der Einfangzone vorhanden sein. Die Lücke zwischen der ersten katalytische Zone und der Einfangzone kann weniger als 10 mm betragen (z.B. relativ klein sein) oder ≥ 10 mm betragen.
  • Bei (v) ist die katalytische Region eine erste katalytische Schicht und eine zweite katalytische Schicht.
  • Die Einfangzone kann auf der ersten katalytischen Schicht an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert sein. Stärker bevorzugt ist die Einfangzone direkt auf der ersten katalytische Schicht an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert. In dieser Anordnung wird das Abgas mit der Einfangzone in Kontakt gebracht, bevor es mit dem Hauptteil der ersten katalytischen Schicht in Kontakt gebracht wird.
  • Alternativ kann die Einfangzone auf der ersten katalytischen Schicht an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert sein. Bevorzugter ist die Einfangzone direkt auf der ersten katalytischen Schicht an oder nahe einem Auslassende des Substrats angeordnet oder geträgert.
  • Die erste katalytische Schicht kann auf der zweiten katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) sein. Die zweite katalytische Schicht kann auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) sein.
  • Die erste katalytische Schicht erstreckt sich vorzugsweise über eine im Wesentlichen gesamte Länge des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Monolithsubstrats.
  • Die zweite katalytische Schicht erstreckt sich vorzugsweise über eine im Wesentlichen gesamte Länge des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Monolithsubstrats.
  • Im Allgemeinen ist es bevorzugt, wenn der Oxidationskatalysator eine zweite katalytische Schicht umfasst, dass die erste katalytische Schicht ein Trägermaterial umfasst, das schwefeltolerant ist, wie beispielsweise nachfolgend beschrieben.
  • In einer dritten Oxidationskatalysatoranordnung umfasst das Substrat eine Einlassendoberfläche und eine Auslassendoberfläche. Die Einfangregion ist auf einer Einlassendoberfläche und/oder einer Auslassendoberfläche (d.h. des Substrats), vorzugsweise einer Einlassendoberfläche, bevorzugter lediglich auf einer Einlassendoberfläche angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert); siehe die 9 und 10.
  • In der dritten Oxidationskatalysatoranordnung kann die Einfangregion als eine "Einfangfläche" bezeichnet werden, da sie sich auf einer Fläche des Substrats befindet.
  • Die Einfangfläche kann im Wesentlichen aus dem Einfangmaterial bestehen. Es ist bevorzugt, dass die Einfangfläche vorzugsweise im Wesentlichen aus dem Einfangmaterial besteht.
  • Die Einfangfläche ist vorzugsweise auf einer Einlassendoberfläche des Substrats (d.h. auf der stromaufseitigen Endfläche des Substrats) angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert). Die Einlassendoberfläche eines Substrats umfasst typischerweise eine Vielzahl von Kanalwandkanten bzw. -rändern.
  • Die Einlassendoberfläche des Substrats kann planar (z.B. wie bei herkömmlichen Wabensubstraten) oder nicht planar sein. Wenn die Einlassendoberfläche des Substrats nicht planar ist, kann die Einlassendoberfläche eine dreidimensionale topographische Konfiguration aufweisen. Beispiele für Substrate mit einer nicht planaren Endoberfläche sind in US 8,257,659 beschrieben. Substrate mit nicht planaren Endoberflächen können eine größere Oberfläche für das Einfangmaterial zum Einfangen oder Abfangen von mindestens einer Phosphor enthaltenden Verunreinigung aus dem Abgas bereitstellen.
  • Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die Einlassendoberfläche und/oder die Auslassendoberfläche des Substrats planar sind.
  • Zusätzlich dazu, dass sie auf einer Einlassendoberfläche des Substrats angeordnet oder geträgert ist, kann die Einfangregion in dem Substrat angeordnet oder geträgert sein, wie beispielsweise auf einer Vielzahl von Kanalwänden oder der katalytischen Region in dem Substrat. Während der Applikation der Einfangfläche kann ein gewisser Anteil des Einfangmaterials in die Kanäle des Substrats eintreten und dadurch die Kanalwände in dem Substrat teilweise beschichten; siehe 11.
  • Wenn die Einfangregion auf einer Vielzahl von Kanalwänden in dem Substrat angeordnet oder geträgert ist, umfasst der Oxidationskatalysator des Weiteren eine Einfangzone. Die Einfangzone weist die gleiche Zusammensetzung wie die Einfangfläche auf (z.B. umfasst die Einfangzone das Einfangmaterial oder besteht im Wesentlichen daraus).
  • Bei der dritten Oxidationskatalysatoranordnung weist die Einfangfläche typischerweise eine mittlere Länge (z.B. von der Einlassendoberfläche des Substrats) von < 25 mm, vorzugsweise ≤ 20 mm, wie ≤ 15 mm, stärker bevorzugt ≤ 10 mm (z.B. ≤ 5 mm) und noch stärker bevorzugt ≤ 3 mm (z.B. < 3 mm) auf. Zur Klarstellung ist anzumerken, dass die mittlere Länge sich auf die Länge in der axialen Richtung des Substrats bezieht.
  • In der dritten Oxidationskatalysatoranordnung ist die katalytische Region im Allgemeinen in dem Substrat, wie beispielsweise auf einer Mehrzahl von Kanalwänden in dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert).
  • Die katalytische Region kann entweder (i) eine katalytische Schicht, (ii) eine erste katalytische Schicht und eine zweite katalytische Schicht oder (iii) eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone sein.
  • Wenn die katalytische Region (i) eine katalytische Schicht ist, kann die katalytische Schicht auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) sein. Die katalytische Schicht ist vorzugsweise eine einzelne katalytische Schicht.
  • Die katalytische Schicht erstreckt sich vorzugsweise über eine im Wesentlichen gesamte Länge des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Monolithsubstrats.
  • Bei (ii) ist die katalytische Region eine erste katalytische Schicht und eine zweite katalytische Schicht. Es ist bevorzugt, dass die erste katalytische Schicht auf der zweiten katalytischen Schicht angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist und die zweite katalytische Schicht auf dem Substrat angeordnet oder geträgert (z.B. direkt angeordnet oder geträgert) ist.
  • Jede der ersten katalytischen Schicht und der zweiten katalytischen Schicht erstreckt sich vorzugsweise über eine im Wesentlichen gesamte Länge des Substrats, insbesondere über die gesamte Länge der Kanäle eines Monolithsubstrats.
  • Wenn der Oxidationskatalysator eine zweite katalytische Schicht umfasst, ist es bevorzugt, dass die erste katalytische Schicht ein Trägermaterial umfasst, das schwefeltolerant ist, wie beispielsweise nachfolgend beschrieben.
  • Bei (iii) ist die katalytische Region eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone. Die erste katalytische Zone und die zweite katalytische Zone sind vorzugsweise auf dem Substrat angeordnet oder geträgert, stärker bevorzugt direkt auf dem Substrat angeordnet oder geträgert.
  • Die erste katalytische Zone weist typischerweise eine Länge von 2,5 bis 90 % (z.B. 2,5 bis 50 % oder 50 bis 90 %) der Länge des Substrats, vorzugsweise 5 bis 80 % (z.B. 5 bis 45 % oder 45 bis 80 %), insbesondere 10 bis 75 % (z.B. 10 bis 40 % oder 40 bis 75 %) der Länge des Substrats, stärker bevorzugt 15 bis 65 % (z.B. 15 bis 30 % oder 30 bis 65 %) der Länge des Substrats auf.
  • Typischerweise weist die zweite katalytische Zone eine Länge von 10 bis 90 % der Länge des Substrats (z.B. 50 bis 90 %), vorzugsweise 15 bis 80 % der Länge des Substrats (z.B. 55 bis 80 %), stärker bevorzugt 20 bis 75 % (z.B. 30 bis 65 %), noch stärker bevorzugt 30 bis 65 % der Länge des Substrats auf.
  • Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass die erste katalytische Zone stromauf der zweiten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert ist. Stärker bevorzugt ist die erste katalytische Zone an oder nahe einem Einlassende des Substrats angeordnet oder geträgert.
  • Die erste katalytische Zone kann an die zweite katalytische Zone angrenzen bzw. zu der zweiten katalytischen Zone benachbart sein. Vorzugsweise befindet sich die erste katalytische Zone in Kontakt mit der zweiten katalytischen Zone. Wenn die erste katalytische Zone an die zweite katalytische Zone angrenzt oder die erste katalytische Zone sich in Kontakt mit der zweiten katalytischen Zone befindet, können die erste katalytische Zone und die zweite katalytische Zone auf dem Substrat in Form einer Schicht (z.B. einer einzelnen Schicht) angeordnet oder geträgert sein. Somit kann eine Schicht (z.B. eine einzelne Schicht) auf dem Substrat gebildet sein, wenn die erste und die zweite katalytische Zone benachbart sind oder sich in Kontakt miteinander befinden.
  • Die erste katalytische Zone kann von der zweiten katalytischen Zone getrennt sein. Es kann eine Lücke (z.B. einen Abstand) zwischen der ersten katalytischen Zone und der zweiten katalytischen Zone geben.
  • Alternativ kann die erste katalytische Zone die zweite katalytische Zone überlappen. Ein Endbereich oder -teil der ersten katalytischen Zone kann auf der zweiten katalytischen Zone angeordnet oder geträgert sein. Die erste katalytische Zone überlappt im Allgemeinen die zweite katalytische Zone lediglich teilweise.
  • Im Allgemeinen kann es bevorzugt sein, dass die erste katalytische Zone ein Trägermaterial umfasst, das schwefeltolerant ist, wie beispielsweise nachfolgend beschrieben.
  • Die Zusammensetzung der katalytischen Region wird nachfolgend beschrieben. Wenn die katalytische Region eine erste katalytische Region (z.B. eine erste katalytische Schicht oder eine erste katalytische Zone) und eine zweite katalytische Region (z.B. eine zweite katalytische Schicht oder eine zweite katalytische Zone) ist, bezieht sich jegliche Bezugnahme auf die Zusammensetzung der "katalytischen Region" auf die Zusammensetzung der "ersten katalytischen Region". Somit ist jegliche nachfolgende Bezugnahme auf die "katalytische Region" in gleicher Weise auf die "erste katalytische Region" anwendbar.
  • Die katalytische Region umfasst ein katalytisches Material, das ein Platingruppenmetall (PGM) umfasst, das aus der aus Platin (Pt), Palladium (Pd) und einer Kombination von Platin (Pt) und Palladium (Pd) bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Das PGM kann Pt sein. Das PGM kann Pd sein. Das PGM kann eine Kombination von Pt und Pd sein.
  • Typischerweise umfasst das katalytische Material des Weiteren ein Trägermaterial. Das Trägermaterial des katalytischen Materials wird hierin durch den Ausdruck "CM-Trägermaterial" oder "das erste CM-Trägermaterial", wenn ein "zweites CM-Trägermaterial" vorhanden ist, bezeichnet.
  • Das Platingruppenmetall (PGM) ist vorzugsweise auf dem CM-Trägermaterial angeordnet oder geträgert. Bevorzugter ist das Platingruppenmetall (PGM) direkt auf dem CM-Trägermaterial angeordnet oder ist direkt auf dem CM-Trägermaterial geträgert (z.B. ist kein dazwischenliegendes Material zwischen dem PGM und dem CM-Trägermaterial vorhanden). Beispielsweise kann das PGM über eine Oberfläche des CM-Trägermaterials verteilt und/oder in dem CM-Trägermaterial imprägniert sein.
  • Das CM-Trägermaterial umfasst ein hitzebeständiges Oxid oder besteht im Wesentlichen daraus (welches hierin als das hitzebeständige Oxid des katalytischen Materials bezeichnet wird). Partikel des hitzebeständigen Oxids weisen typischerweise eine mittlere spezifische Oberfläche von ≥ 75 m2/g, wie z.B. ≥ 100 m2/g und bevorzugt ≥ 100 m2/g auf.
  • Das hitzebeständige Oxid kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid und einem Misch- oder Verbundoxid von mindestens einem hitzebeständigen Oxid hiervon besteht. Das hitzebeständige Oxid kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Aluminiumoxid, Zirconiumoxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Titanoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid-Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-Magnesiumoxid besteht.
  • Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass das hitzebeständige Oxid Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, insbesondere Aluminiumoxid, umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Wenn das hitzebeständige Oxid des CM-Trägermaterials ein Misch- oder Verbundoxid von Aluminiumoxid (z.B. Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Magnesiumoxid oder ein Gemisch von Aluminiumoxid und Ceroxid) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, umfasst das Misch- oder Verbundoxid von Aluminiumoxid vorzugsweise mindestens 50 bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid, stärker bevorzugt 70 bis 95 Gew.-% Aluminiumoxid, noch stärker bevorzugt 75 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid.
  • Wenn das hitzebeständige Oxid des CM-Trägermaterials Ceroxid-Zirconiumoxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, kann das Ceroxid-Zirconiumoxid im Wesentlichen aus 20 bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 bis 80 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 50 bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 bis 50 Gew.-% Zirconiumoxid), vorzugsweise 35 bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 bis 65 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 55 bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 bis 45 Gew.-% Zirconiumoxid), noch stärker bevorzugt 45 bis 75 Gew.-% Ceroxid und 25 bis 55 Gew.-% Zirconiumoxid bestehen.
  • Das hitzebeständige Oxid des CM-Trägermaterials kann optional dotiert sein (z.B. mit einem Dotiermittel). Das Dotiermittel kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Zirconium (Zr), Titan (Ti), Silicium (Si), Yttrium (Y), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Samarium (Sm), Neodym (Nd) und einem Oxid hiervon besteht.
  • Wenn das hitzebeständige Oxid des CM-Trägermaterials dotiert ist, beträgt die Gesamtmenge des Dotiermittels 0,25 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-% (z.B. etwa 1 Gew.-%).
  • Das hitzebeständige Oxid des CM-Trägermaterials kann Aluminiumoxid, das mit einem Dotiermittel dotiert ist, umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel, das Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Titan (Ti) oder Zirconium (Zr) oder eine Kombination von zwei oder mehr hiervon umfasst, dotiert sein. Das Dotiermittel kann ein Oxid von Silicium (z.B. Siliciumdioxid), ein Oxid von Magnesium (z.B. Magnesiumoxid), ein Oxid von Lanthan (z.B. Lanthanoxid), ein Oxid von Cer (z.B. Ceroxid), ein Oxid von Titan (z.B. Titanoxid) oder ein Oxid von Zirconium (z.B. Zirconiumoxid) umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Vorzugsweise umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium, Cer oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium oder Cer oder ein Oxid hiervon oder besteht im Wesentlichen daraus. Stärker bevorzugt umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium, Magnesium oder ein Oxid hiervon, speziell Silicium oder ein Oxid hiervon oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Wenn das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 45 Gew.-% (d.h. %, bezogen auf das Gewicht des Aluminiumoxids), vorzugsweise 1 bis 40 Gew.-%, bevorzugter 1,5 bis 30 Gew.-% (z.B. 1,5 bis 10 Gew.-%), insbesondere 2,5 bis 25 Gew.-%, spezieller 3,5 bis 20 Gew.-% (z.B. 5 bis 20 Gew.-%), noch stärker bevorzugt 4,5 bis 15 Gew.-%, dotiert.
  • Wenn das Aluminiumoxid mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Magnesiumoxid in einer Menge gemäß obiger Definition oder einer Menge von 1 bis 40 Gew.-% (d.h. %, bezogen auf das Gewicht des Aluminiumoxids), wie 5 bis 28 Gew.-%, dotiert. Stärker bevorzugt ist das Aluminiumoxid mit Magnesiumoxid in einer Menge von 10 bis 25 Gew.-% dotiert.
  • Es kann bevorzugt sein, dass das hitzebeständige Oxid des CM-Trägermaterials Titanoxid (TiO2) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. Es wurde festgestellt, dass auf Titanoxid basierende Trägermaterialien schwefeltolerant sind und in vorteilhafter Weise verwendet werden können, wenn der Motor mit einem Kraftstoff, wie z.B. einem Diesel- oder Biodiesel-Kraftstoff, der einen hohen Gehalt an Schwefel enthält, betrieben wird.
  • Das katalytische Material kann ein einzelnes Platingruppenmetall (PGM) umfassen (d.h. dies ist das alleinige Platingruppenmetall). Das einzelne Platingruppenmetall kann Platin sein. Das einzelne Platingruppenmetall kann Palladium sein.
  • Wenn das PGM eine Kombination von Platin und Palladium ist, umfasst die katalytische Region oder das katalytische Material hiervon typischerweise ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd von 20:1 bis 1:20 (z.B. 15:1 bis 1:15), vorzugsweise von 10:1 bis 1:10 (z.B. 7,5:1 bis 1:7,5), stärker bevorzugt von 5:1 bis 1:5 (z.B. 3:1 bis 1:3) und noch stärker bevorzugt von 2,5:1 bis 1:1.
  • Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die katalytische Region oder das katalytische Material hiervon Pt und Pd umfasst, dann beträgt typischerweise das Massenverhältnis von Pt zu Pd ≥ 1:1. Das katalytische Material kann Pt und optional Pd in einer solchen Weise umfassen, dass das Massenverhältnis von Pt zu Pd von 1:0 bis 1:1 beträgt. Das Verhältnis, bezogen auf die Masse (d.h. Massenverhältnis), von Pt zu Pd beträgt vorzugsweise 50:1 bis 1:1, stärker bevorzugt 30:1 bis 2:1 (z.B. 25:1 bis 4:1), noch stärker bevorzugt 20:1 bis 5:1, wie beispielsweise 15:1 bis 7,5:1.
  • Es ist bevorzugt, dass, wenn die katalytische Region oder das katalytische Material hiervon Pt und Pd umfasst, das Massenverhältnis von Pt zu Pd ≥ 1,5:1, stärker bevorzugt ≥ 2:1 (z.B. ≥ 3:1), noch stärker bevorzugt ≥ 4:1, wie beispielsweise ≥ 10:1, beträgt.
  • Typischerweise weist der Oxidationskatalysator ein Gesamtbeladung an PGM von 5 bis 500 gμ·ft–3 auf. Vorzugsweise beträgt die Gesamtbeladung an PGM 10 bis 400 g·ft–3, stärker bevorzugt 20 bis 350 g·ft–3, noch stärker bevorzugt 40 bis 300 g·ft–3 und noch stärker bevorzugt 50 bis 250 g·ft–3.
  • Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die katalytische Region oder der Oxidationskatalysator (z.B. die Emissionssteuerungsvorrichtung als Ganzes) im Wesentlichen frei von Rhodium ist. Stärker bevorzugt umfasst die katalytische Region oder der Oxidationskatalysator kein Rhodium. Rhodium ist häufig in Drei-Wege-Umwandlungskatalysatoren oder Mager-NOX-Fallen enthalten. Der Oxidationskatalysator der Erfindung ist ein Dieseloxidationskatalysator und wird in erster Linie für die Oxidation von Kohlenstoffmonoxid und von nichtverbrannten Kohlenwasserstoffen verwendet.
  • Zusätzlich oder alternativ ist die katalytische Region oder der Oxidationskatalysator im Wesentlichen frei von einem Erdalkalimetall. Stärker bevorzugt umfasst die katalytische Region oder der Oxidationskatalysator kein Erdalkalimetall. Wenn das Einfangmaterial ein Erdalkalimetall umfasst, umfasst der Oxidationskatalysator kein Erdalkalimetall mit Ausnahme des Erdalkalimetalls des Einfangmaterials. Erdalkalimetalle sind manchmal in Drei-Wege-Umwandlungskatalysatoren oder Mager-NOX-Fallen enthalten.
  • Die katalytische Region oder der Oxidationskatalysator können im Wesentlichen frei von einem Zeolith zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen sein. Bevorzugter umfasst die katalytische Region oder der Oxidationskatalysator nicht einen Zeolith zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen. Für Schwerlastdieselanwendungen ist die Einbeziehung eines Zeoliths zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen nicht immer notwendig.
  • Die zweite katalytische Region umfasst typischerweise ein Platingruppenmetall (PGM) und ein Trägermaterial oder besteht im Wesentlichen daraus. Das Trägermaterial des zweiten katalytischen Materials wird hierin mit dem Ausdruck "zweites CM-Trägermaterial" bezeichnet.
  • Das Platingruppenmetall (PGM) der zweiten katalytischen Region kann hierin als das "zweite Platingruppenmetall (PGM)" bezeichnet werden, um es von dem Platingruppenmetall (PGM) der "katalytischen Region" oder "ersten katalytischen Region" gemäß obiger Beschreibung zu unterscheiden.
  • Der Begriff "zweites" in dem Ausdruck "zweites Platingruppenmetall (PGM)" ist eine Kennzeichnung und schränkt die Anzahl der Platingruppenmetalle, die vorhanden sein müssen, nicht ein. In ähnlicher Weise kann das Trägermaterial der zweiten katalytischen Region hierin als das "zweite CN-Trägermaterial" bezeichnet werden, um es von dem Trägermaterial der oben beschriebenen "katalytischen Region" oder der oben beschriebenen "ersten katalytischen Region" zu unterscheiden. Der Begriff "zweites" in dem Ausdruck "zweites Trägermaterial" ist eine Kennzeichnung und schränkt die Anzahl der Trägermaterialien, die vorhanden sein müssen, nicht ein.
  • Das zweite Platingruppenmetall (PGM) ist vorzugsweise auf dem zweiten CM-Trägermaterial angeordnet oder geträgert. Stärker bevorzugt ist das zweite PGM auf dem zweiten CM-Trägermaterial direkt angeordnet oder direkt geträgert (z.B. gibt es kein dazwischenliegendes Material zwischen dem zweiten PGM und dem zweiten CM-Trägermaterial). Beispielsweise kann das zweite PGM über eine Oberfläche des zweiten CM-Trägermaterials verteilt und/oder in das zweite CM-Trägermaterial imprägniert sein.
  • Die zweite katalytische Region weist typischerweise eine zu der ersten katalytischen Region unterschiedliche Zusammensetzung auf.
  • Es ist bevorzugt, dass die zweite katalytische Region im Wesentlichen frei von dem Einfangmaterial ist. Stärker bevorzugt umfasst die zweite katalytische Region das Einfangmaterial nicht.
  • Im Allgemeinen weist die zweite katalytische Region eine gleichförmige Zusammensetzung (z.B. eine homogene Zusammensetzung) auf.
  • Das zweite PGM kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Platin (Pt), Palladium (Pd) und einer Kombination von Platin (Pt) und Palladium (Pd) besteht. Das zweite PGM kann Pt sein. Das zweite PGM kann Pd sein. Das zweite PGM kann eine Kombination von Pt und Pd sein.
  • Die zweite katalytische Region kann ein einzelnes Platingruppenmetall (PGM) umfassen (d.h. das zweite PGM ist das alleinige Platingruppenmetall). Das einzelne Platingruppenmetall kann Platin sein. Das einzelne Platingruppenmetall kann Palladium sein.
  • Wenn das zweite PGM eine Kombination von Platin und Palladium ist, umfasst die zweite katalytische Region typischerweise ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd von 20:1 bis 1:20 (z.B. 15:1 bis 1:15), vorzugsweise von 10:1 bis 1:10 (z.B. 7,5:1 bis 1:7,5), stärker bevorzugt von 5:1 bis 1:5 (z.B. 3:1 bis 1:3) und noch stärker bevorzugt von 2,5:1 bis 1:1.
  • Es kann bevorzugt sein, dass die zweite katalytische Region Pt und Pd in einem Massenverhältnis von Pt zu Pd von ≤ 4:1 umfasst. Die zweite katalytische Region kann Pd und optional Pt so umfassen, dass das Massenverhältnis von Pd zu Pt 20:1 bis 1:4 beträgt. Das Verhältnis, bezogen auf die Masse (d.h. das Massenverhältnis), von Pd zu Pt beträgt vorzugsweise 15:1 bis 1:2, stärker bevorzugt 10:1 bis 1:1,5, noch stärker bevorzugt 5:1 bis 1:1.
  • Typischerweise weist die zweite katalytische Region eine Gesamtbeladung des zweiten PGM von 5 bis 250 g·ft–3 auf. Vorzugsweise beträgt die Gesamtbeladung an PGM 10 bis 200 g·ft–3, stärker bevorzugt 15 bis 175 g·ft–3, noch stärker bevorzugt 20 bis 150 g·ft–3 und noch stärker bevorzugt 25 bis 125 g·ft–3.
  • Das zweite CM-Trägermaterial umfasst ein hitzebeständiges Oxid oder besteht im Wesentlichen daraus. Partikel des hitzebeständigen Oxids weisen typischerweise eine mittlere spezifische Oberfläche von ≥ 75 m2/g, wie z.B. von ≥ 100 m2/g und vorzugsweise ≥ 100 m2/g auf.
  • Das hitzebeständige Oxid kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid und einem Misch- oder Verbundoxid von mindestens einem hitzebeständigen Oxid hiervon besteht. Das hitzebeständige Oxid kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Aluminiumoxid, Zirconiumoxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Titanoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid und Aluminiumoxid-Magnesiumoxid besteht.
  • Es ist bevorzugt, dass das hitzebeständige Oxid des zweiten CM-Trägermaterials Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
  • Wenn das hitzebeständige Oxid des zweiten CM-Trägermaterials ein Misch- oder Verbundoxid von Aluminiumoxid (z.B. Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Magnesiumoxid oder ein Gemisch von Aluminiumoxid und Ceroxid) umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, umfasst das Misch- oder Verbundoxid von Aluminiumoxid vorzugsweise mindestens 50 bis 99 Gew.-% Aluminiumoxid, bevorzugter 70 bis 95 Gew.-% Aluminiumoxid, noch stärker bevorzugt 75 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid.
  • Wenn das hitzebeständige Oxid des zweiten CM-Trägermaterials Ceroxid-Zirconiumoxid umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, kann das Ceroxid-Zirconiumoxid im Wesentlichen aus 20 bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 bis 80 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 50 bis 95 Gew.-% Ceroxid und 5 bis 50 Gew.-% Zirconiumoxid), vorzugsweise 35 bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 bis 65 Gew.-% Zirconiumoxid (z.B. 55 bis 80 Gew.-% Ceroxid und 20 bis 45 Gew.-% Zirconiumoxid), noch stärker bevorzugt 45 bis 75 Gew.-% Ceroxid und 25 bis 55 Gew.-% Zirconiumoxid bestehen.
  • Das hitzebeständige Oxid des zweiten CM-Trägermaterials kann optional dotiert sein (z.B. mit einem Dotiermittel). Das Dotiermittel kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Zirconium (Zr), Titan (Ti), Silicium (Si), Yttrium (Y), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Samarium (Sm), Neodym (Nd) und einem Oxid hiervon besteht.
  • Wenn das hitzebeständige Oxid des zweiten CM-Trägermaterials (dotiert ist), beträgt die Gesamtmenge des Dotiermittels 0,25 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-% (z.B. etwa 1 Gew.-%).
  • Das hitzebeständige Oxid des zweiten CM-Trägermaterials kann Aluminiumoxid, das mit einem Dotiermittel dotiert ist, umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das Aluminiumoxid kann mit einem Dotiermittel, das Silicium (Si), Magnesium (Mg), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Titan (Ti) oder Zirconium (Zr) oder eine Kombination von zwei oder mehr hiervon umfasst, dotiert sein. Das Dotiermittel kann ein Oxid von Silicium (z.B. Siliciumdioxid), ein Oxid von Magnesium (z.B. Magnesiumoxid), ein Oxid von Lanthan (z.B. Lanthanoxid), ein Oxid von Cer (z.B. Ceroxid), ein Oxid von Titan (z.B. Titanoxid) oder ein Oxid von Zirconium (z.B. Zirconiumoxid) umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Vorzugsweise umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium, Cer oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium oder Cer oder ein Oxid hiervon oder besteht im Wesentlichen daraus. Stärker bevorzugt umfasst das Dotiermittel Silicium, Magnesium oder ein Oxid hiervon, insbesondere Silicium, Magnesium oder ein Oxid hiervon, speziell Silicium oder ein Oxid hiervon oder besteht im Wesentlichen daraus.
  • Wenn das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Siliciumdioxid in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 45 Gew.-% (d.h. %, bezogen auf das Gewicht des Aluminiumoxids), vorzugsweise 1 bis 40 Gew.-%, bevorzugter 1,5 bis 30 Gew.-% (z.B. 1,5 bis 10 Gew.-%), insbesondere 2,5 bis 25 Gew.-%, spezieller 3,5 bis 20 Gew.-% (z.B. 5 bis 20 Gew.-%), noch stärker bevorzugt 4,5 bis 15 Gew.-%, dotiert.
  • Wenn das Aluminiumoxid mit Magnesiumoxid dotiertes Aluminiumoxid ist, ist das Aluminiumoxid mit Magnesiumoxid in einer Menge gemäß obiger Definition oder einer Menge von 1 bis 40 Gew.-% (d.h. %, bezogen auf das Gewicht des Aluminiumoxids), wie z.B. 5 bis 28 Gew.-%, dotiert. Bevorzugter ist das Aluminiumoxid mit Magnesiumoxid in einer Menge von 10 bis 25 Gew.-% dotiert.
  • Die zweite katalytische Region kann des Weiteren ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfassen. Das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel ist vorzugsweise ein Zeolith.
  • Beispiele für geeignete Zeolithe oder Typen von Zeolithen umfassen Faujasit, Clinoptilolit, Mordenit, Silicalit, Ferrierit, Zeolith X, Zeolith Y, ultrastabilen Zeolith Y, AEI-Zeolith, ZSM-5-Zeolith, ZSM-12-Zeolith, ZSM-20-Zeolith, ZSM-34-Zeolith, CHA-Zeolith, SSZ-3-Zeolith, SAPO-5-Zeolith, Offretit, einen Beta-Zeolith oder einen Kupfer-CHA-Zeolith. Der Zeolith ist vorzugsweise ZSM-5, ein Beta-Zeolith oder ein Y-Zeolith.
  • Wenn das Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel ein Zeolith ist, ist der Zeolith vorzugsweise ein mittelporiger Zeolith oder ein großporiger Zeolith.
  • Wenn die zweite katalytische Region ein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel umfasst, weist die zweite katalytische Region eine Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel von 0,05 bis 3,00 g·Zoll–3, insbesondere 0,10 bis 2,00 g·Zoll–3, spezieller 0,2 bis 0,8 g·Zoll–3 auf. Beispielsweise kann die Gesamtmenge des Kohlenwasserstoffadsorptionsmittels 0,8 bis 1,75 g·Zoll–3, wie beispielsweise 1,0 bis 1,5 g·Zoll–3 betragen.
  • Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die zweite katalytische Region im Wesentlichen frei von Rhodium ist. Stärker bevorzugt umfasst die zweite katalytische Region kein Rhodium.
  • Zusätzlich oder alternativ ist die zweite katalytische Region im Wesentlichen frei von einem Erdalkalimetall. Stärker bevorzugt umfasst die zweite katalytische Region kein Erdalkalimetall.
  • Es kann bevorzugt sein, dass die zweite katalytische Region im Wesentlichen frei von einem Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel, insbesondere einem Zeolith (z.B. zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen), ist. Stärker bevorzugt umfasst die zweite katalytische Region kein Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel, insbesondere keinen Zeolith (z.B. zum Absorbieren von Kohlenwasserstoffen).
  • Im Allgemeinen (einschließlich einer beliebigen der oben genannten Oxidationskatalysatoranordnungen) kann der Oxidationskatalysator ein Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein katalysiertes Rußfilter (CSF), ein exothermer Dieselkatalysator (DEC), ein NOX-Speicherkatalysator (NSC) oder ein passiver NOX-Adsorber (PNA) sein. Es ist bevorzugt, dass der Oxidationskatalysator ein DOC, ein DEC oder ein CSF ist. Stärker bevorzugt ist der Oxidationskatalysator ein DOC oder ein DEC, noch stärker bevorzugt ist der Oxidationskatalysator ein DOC.
  • Substrate zum Trägern von Oxidationskatalysatoren sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt. Verfahren zur Herstellung von Washcoats zur Applikation des katalytischen Materials oder des Einfangmaterials auf ein Substrat und Verfahren zum Applizieren von Washcoats auf ein Substrat sind ebenfalls auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt (siehe beispielsweise die WO 99/47260 , WO 2007/077462 und WO 2011/080525 ).
  • Das Substrat weist typischerweise eine Vielzahl von Kanälen (z.B. zum Hindurchströmen des Abgases) auf. Im Allgemeinen ist das Substrat ein keramisches Material oder ein metallisches Material.
  • Es ist bevorzugt, dass das Substrat aus Cordierit (SiO2-Al2O3-MgO), Siliciumcarbid (SiC), einer Fe-Cr-Al-Legierung, einer Ni-Cr-Al-Legierung oder einer Legierung eines nichtrostenden Stahls hergestellt oder zusammengesetzt ist.
  • Das Substrat kann beispielsweise eine röhrenförmige, faserförmige oder partikelförmige Form aufweisen. Beispiele für geeignete Trägermaterialien umfassen ein Substrat des monolithischen Cordierit-Wabentyps, ein Substrat des monolithischen SiC-Wabentyps, ein Substrat des Schichtfasertyps oder des Gewirketyps, ein Substrat des Schaumtyps, ein Substrat des Querströmungstyps (crossflow type), ein Substrat des Metalldrahtgeflechttyps, ein Substrat des porösen Metallkörpertyps und ein Substrat vom Typ keramischer Partikel.
  • Typischerweise ist das Substrat ein Monolith (der hier auch als Monolithsubstrat bezeichnet wird). Solche Monolithsubstrate sind auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt.
  • Das Monolithsubstrat kann ein Durchflussmonolithsubstrat sein. Alternativ kann das Monolithsubstrat ein Filtermonolithsubstrat sein. Es ist bevorzugt, dass das Monolithsubstrat ein Durchflussmonolithsubstrat ist.
  • Ein Durchflussmonolithsubstrat umfasst typischerweise einen Wabenmonolith (z.B. einen metallischen oder keramischen Wabenmonolith) mit einer Vielzahl von durch ihn hindurch verlaufenden Kanälen, wobei die Kanäle an beiden Enden offen sind. Wenn das Substrat ein Durchflussmonolithsubstrat ist, ist der Oxidationskatalysator der Erfindung typischerweise ein Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein exothermer Dieselkatalysator (DEC), ein NOX-Speicherkatalysator (NSC) oder ein passiver NOX-Adsorber (PNA). Es ist bevorzugt, dass der Oxidationskatalysator der Erfindung ein DOC ist.
  • Ein Filtermonolithsubstrat umfasst allgemein eine Vielzahl von Einlasskanälen und eine Vielzahl von Auslasskanälen, wobei die Einlasskanäle an einem stromaufseitigen Ende (d.h. an der Abgaseinlassseite) offen sind und an einem stromabseitigen Ende (d.h. an der Abgasauslassseite) verstopft oder verschlossen sind, die Auslasskanäle an einem stromaufseitigen Ende verstopft oder verschlossen sind und an einem stromabseitigen Ende offen sind und wobei jeder Einlasskanal von einem Auslasskanal durch eine poröse Struktur getrennt ist. Wenn das Substrat ein Filtermonolithsubstrat ist, ist der Oxidationskatalysator der Erfindung typischerweise ein katalysiertes Rußfilter (CSF), ein NOX-Speicherkatalysator (NSC) auf einem Filter oder ein passiver NOX-Adsorber (PNA) auf einem Filter, vorzugsweise ein katalysiertes Rußfilter (CSF).
  • Wenn das Monolithsubstrat ein Filtermonolithsubstrat ist, ist es bevorzugt, dass das Filtermonolithsubstrat ein Wandstromfilter ist. Bei einem Wandstromfilter ist jeder Einlasskanal abwechselnd von einem Auslasskanal durch eine Wand der porösen Struktur getrennt und umgekehrt. Es ist bevorzugt, dass die Einlasskanäle und die Auslasskanäle in einer Wabenanordnung angeordnet sind. Wenn eine Wabenanordnung vorliegt, ist es bevorzugt, dass die Kanäle, die vertikal und lateral zu einem Einlasskanal benachbart sind, an einem stromaufseitigen Ende verstopft sind und umgekehrt (d.h. die vertikal und lateral zu einem Auslasskanal benachbarten Kanäle sind an einem stromabseitigen Ende verstopft). Bei Betrachtung von einem der beiden Enden her haben die abwechselnd verschlossenen und offenen Enden der Kanäle das Aussehen eines Schachbretts.
  • Wenn der Oxidationskatalysator der Erfindung ein katalysiertes Rußfilter (CSF) ist, können sowohl die katalytische Region (oder die katalytische Schicht oder die katalytische Zone) als auch die Einfangregion (oder die Einfangschicht oder die Einfangzone) auf (i) einer Vielzahl von Einlasskanalwänden des Substrats und/oder (ii) einer Vielzahl von Auslasskanalwänden des Substrats angeordnet oder geträgert sein.
  • Alternativ ist es bevorzugt, dass, wenn der Oxidationskatalysator der Erfindung ein katalysiertes Rußfilter (CSF) ist, die katalytische Region (oder die katalytische Schicht oder katalytische Zone) auf einer Vielzahl von Auslasskanalwänden des Substrats angeordnet oder geträgert ist und die Einfangregion (oder die Einfangschicht oder die Einfangzone) auf einer Vielzahl von Einlasskanalwänden des Substrats angeordnet oder geträgert ist.
  • Das Substrat, insbesondere das Monolithsubstrat, weist vorzugsweise einen Durchmesser von ≥ 7 Zoll (z.B. ≥ 17,8 cm) auf. Solche Monolithsubstrate tendieren dazu, in Schwerlastdieselanwendungen verwendet zu werden.
  • Das Katalysatorvolumen (z.B. von allen Beschichtungen (d.h. der Einfangregion, der katalytischen Region), die auf das Monolithsubstrat appliziert sind) beträgt typischerweise ≥ 2,0 L, stärker bevorzugt ≥ 2,5 L.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Abgassystem zum Behandeln eines von einem Dieselmotor produzierten Abgases. Das Abgassystem umfasst den Oxidationskatalysator der Erfindung und eine Emissionssteuerungsvorrichtung. Die Emissionssteuerungsvorrichtung befindet sich vorzugsweise stromab des Oxidationskatalysators.
  • Beispiele für eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfassen ein Dieselpartikelfilter (DPF), einen NOX-Speicherkatalysator (NSC), einen Mager-NOX-Katalysator (LNC), einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), ein katalysiertes Rußfilter (CSF), einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator, einen Ammoniak-Sperrkatalysator bzw. Ammoniak-Slip-Katalysator (ASC) und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon. Solche Emissionssteuerungsvorrichtungen sind alle auf dem einschlägigen Fachgebiet gut bekannt.
  • Es ist bevorzugt, dass das Abgassystem eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem NOX-Speicherkatalysator (NSC), einem Ammoniaksperrkatalysator (ASC), einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon besteht. Stärker bevorzugt ist die Emissionssteuerungsvorrichtung aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator, einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator und Kombinationen von zwei oder mehr hiervon besteht. Noch stärker bevorzugt ist die Emissionssteuerungsvorrichtung ein selektiver katalytischer Reduktions-(SCR)-Katalysator oder ein selektiver katalytischer Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator.
  • Im Allgemeinen, wenn das Abgassystem einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator oder einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator umfasst, umfasst der selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Katalysator oder ein selektiver katalytischer Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator auf einem Molekularsieb geträgertes Fe oder Cu, wie es beispielsweise nachfolgend beschrieben ist, bevorzugter auf einem Molekularsieb geträgertes Cu.
  • Wenn das erfindungsgemäße Abgassystem einen SCR-Katalysator oder einen SCRFTM-Katalysator umfasst, kann das Abgassystem ferner einen Injektor zum Injizieren eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels, wie beispielsweise Ammoniak, oder eines Ammoniakvorläufers, wie beispielsweise Harnstoff oder Ammoniumformiat, vorzugsweise Harnstoff, in das Abgas stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRFTM-Katalysators umfassen. Typischerweise befindet sich der Injektor stromab des Oxidationskatalysators. Ein solcher Injektor kann fluidisch mit einer Quelle (z.B. einem Tank) eines Vorläufers eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels verbunden sein. Ein ventilgesteuertes Dosieren des Vorläufers in das Abgas kann durch geeignet programmierte Motormanagementmittel und eine einen geschlossenen Kreislauf oder offenen Kreislauf umfassende Rückkopplung, die durch Sensoren geliefert wird, die die Zusammensetzung des Abgases überwachen, gesteuert werden. Ammoniak kann auch durch Erwärmen von Ammoniumcarbamat (einem Feststoff) erzeugt werden und das erzeugte Ammoniak kann in das Abgas injiziert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem Injektor kann Ammoniak in situ erzeugt werden (z.B. während einer fetten Regeneration eines stromauf des SCR-Katalysators oder des SCRFTM-Katalysators angeordneten NSC). Somit kann das Abgassystem des Weiteren ein Motormanagementmittel zum Anreichern bzw. Anfetten des Abgases mit Kohlenwasserstoffen umfassen.
  • Der SCR-Katalysator oder der SCRFTM-Katalysator kann ein Metall umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus mindestens einem von Cu, Hf, La, Au, In, V, Lanthaniden sowie Übergangsmetallen der Gruppe VIII (z.B. Fe) besteht, wobei das Metall auf einem hitzebeständigen Oxid oder einem Molekularsieb geträgert ist. Das Metall ist vorzugsweise aus Ce, Fe, Cu und Kombinationen von beliebigen zwei oder mehr hiervon ausgewählt, stärker bevorzugt ist das Metall Fe oder Cu.
  • Das hitzebeständige Oxid für den SCR-Katalysator oder den SCRFTM-Katalysator kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Al2O3, TiO2, CeO2, SiO2, ZrO2 und Mischoxiden, die zwei oder mehr hiervon enthalten, besteht. Der Nicht-Zeolith-Katalysator kann ferner Wolframoxid (z.B. V2O5/WO3/TiO2, WOX/CeZrO2, WOX/ZrO2 oder Fe/WOX/ZrO2) umfassen.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn ein SCR-Katalysator, ein SCRFTM-Katalysator oder ein Washcoat hiervon mindestens ein Molekularsieb, wie einen Alumosilicatzeolith oder ein SAPO, umfasst. Das mindestens eine Molekularsieb kann ein klein-, mittel- oder großporiges Molekularsieb sein. Mit "kleinporigem Molekularsieb" meinen wir hierin Molekularsiebe, die eine maximale Ringgröße von 8 enthalten, wie CHA; mit "mittelporigem Molekularsieb" meinen wir hierin ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 10 enthält, wie ZSM-5; und mit "großporigem Molekularsieb" meinen wir hierin ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 12 aufweist, wie beispielsweise Beta. Kleinporige Molekularsiebe sind möglicherweise vorteilhaft für eine Verwendung in SCR-Katalysatoren.
  • In dem Abgassystem der Erfindung sind bevorzugte Molekularsiebe für einen SCR-Katalysator oder einen SCRFTM-Katalysator synthetische Alumosilicatzeolith-Molekularsiebe, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI einschließlich ZSM-34, Mordenit, Ferrierit, BEA einschließlich Beta, Y, CHA, LEV einschließlich Nu-3, MCM-22 und EU-1, vorzugsweise AEI oder CHA, besteht und ein Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis von etwa 10 bis etwa 50, wie z.B. von etwa 15 bis etwa 40, aufweisen.
  • Der Oxidationskatalysator der Erfindung ist vorzugsweise direkt an einen Abgaskrümmer des Dieselmotors (z.B. direkt stromab hiervon) gekoppelt. Wenn der Oxidationskatalysator direkt an den Abgaskrümmer gekoppelt ist, gibt es keine Emissionssteuerungsvorrichtung zwischen dem Oxidationskatalysator der Erfindung und dem Abgaskrümmer. Somit ist der Oxidationskatalysator der Erfindung die erste Emissionssteuerungsvorrichtung, auf die das von dem Dieselmotor produzierte Abgas trifft.
  • Der Oxidationskatalysator kann an einen Abgaskrümmer des Dieselmotors nah gekoppelt sein.
  • In einer ersten Abgassystemanordnung umfasst das Abgassystem den Oxidationskatalysator der Erfindung und einen selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator. Dem Oxidationskatalysator der Erfindung folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator (z.B. ist der erfindungsgemäße Oxidationskatalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysators).
  • Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem Oxidationskatalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator angeordnet sein. Somit kann dem Oxidationskatalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. kann der Oxidationskatalysator stromauf des Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels sein) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysator folgen (z.B. kann der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-Filter-(SCRFTM)-Katalysators sein).
  • In einer zweiten Abgassystemanordnung umfasst das Abgassystem den Oxidationskatalysator der Erfindung und einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator und optional entweder ein katalysiertes Rußfilter (CSF) oder ein Dieselpartikelfilter (DPF). Dem Oxidationskatalysator folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Katalysator (z.B. ist der Oxidationskatalysator stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysators).
  • Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem Oxidationskatalysator und dem selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator angeordnet sein. Somit kann dem Oxidationskatalysator ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. ist der Oxidationskatalysator stromauf eines Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Katalysator folgen (z.B. ist der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators). Dem selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator kann das katalysierte Rußfilter (CSF) oder das Dieselpartikelfilter (DPF) folgen (z.B. ist der selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Katalysator stromauf des katalysierten Rußfilters (CSF) oder des Dieselpartikelfilters (DPF)).
  • In einer dritten Abgassystemanordnung umfasst das Abgassystem den Oxidationskatalysator der Erfindung und ein katalysiertes Rußfilter (CSF). Dem Oxidationskatalysator folgt typischerweise das katalysierte Rußfilter (CSF) (z.B. ist der Oxidationskatalysator stromauf des katalysierten Rußfilters (CSF)). Somit ist beispielsweise ein Auslass des Oxidationskatalysators mit einem Einlass des katalysierten Rußfilters verbunden.
  • In einer vierten Abgassystemanordnung umfasst das Abgassystem den Oxidationskatalysator der Erfindung, ein katalysiertes Rußfilter (CSF) und einen selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator. Dem Oxidationskatalysator folgt typischerweise das katalysierte Rußfilter (CSF) (z.B. ist der Oxidationskatalysator stromauf des katalysierten Rußfilters (CSF)). Dem katalysierten Rußfilter folgt typischerweise der selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Katalysator (z.B. ist das katalysierte Rußfilter stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysators).
  • Ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann zwischen dem katalysierten Rußfilter (CSF) und dem selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysator angeordnet sein. Somit kann dem katalysierten Rußfilter (CSF) ein Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels folgen (z.B. ist das katalysierte Rußfilter (CSF) stromauf eines Injektors eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels) und dem Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels kann der selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Katalysator folgen (z.B. ist der Injektor eines stickstoffhaltigen Reduktionsmittels stromauf des selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysators).
  • In einer beliebigen der Ausführungsformen der hier weiter oben beschriebenen ersten, zweiten oder vierten Abgassystemanordnungen kann ein ASC stromab des SCR-Katalysators oder des SCRFTM-Katalysators (d.h. als ein gesonderter Substratmonolith) angeordnet sein oder kann bevorzugter als eine Zone auf einem stromabseitigen oder hinteren Ende des den SCR-Katalysator umfassenden Substratmonoliths, das als Träger für den ASC verwendet werden kann, angeordnet sein.
  • Die Erfindung liefert des Weiteren ein Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst einen Dieselmotor und entweder einen Oxidationskatalysator oder ein Abgassystem der Erfindung.
  • Der Dieselmotor ist typischerweise ein herkömmlicher (d.h. traditioneller) Dieselmotor.
  • Das Fahrzeug kann ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV), wie es beispielsweise in der US-Gesetzgebung oder in der europäischen Gesetzgebung definiert ist, sein. Ein Leichtlastdieselfahrzeug weist typischerweise ein Gewicht von < 2840 kg, stärker bevorzugt ein Gewicht von < 2610 kg auf.
  • In den USA bezeichnet ein Leichtlastdieselfahrzeug (LDV) ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von ≤ 8500 Pounds (US lbs). In Europa bezeichnet der Begriff Leichtlastdieselfahrzeug (LDV): (i) Personenfahrzeuge mit nicht mehr als acht Sitzen zusätzlich zum Fahrersitz und mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 5 Tonnen, und (ii) Fahrzeuge zur Beförderung von Gütern mit einer maximalen Masse von nicht mehr als 12 Tonnen.
  • Es ist bevorzugt, dass das Fahrzeug ein Schwerlastdieselfahrzeug (HDV), wie ein Dieselfahrzeug mit einem Bruttogewicht von > 8.500 pounds (US lbs.) gemäß Definition in der US-Gesetzgebung ist.
  • Das Abgas kann von einem mit Dieselkraftstoff (z.B. herkömmlichem, von Erdöl herrührendem Dieselkraftstoff, der oft als Petrodiesel bekannt ist) oder von einem mit Biodieselkraftstoff betriebenen Dieselmotor produziert werden. Der Biodieselkraftstoff kann B100 (z.B. 100 % Biodiesel) sein oder er kann eine Mischung von Biodiesel und Petrodiesel, wie z.B. B6 bis B20 (z.B. 6 bis 20 % Biodiesel und 80 bis 94 % Petrodiesel, wie in ASTM D7467 festgelegt) sein. Biodiesel enthält häufig Schwefel enthaltende Verunreinigungen.
  • Es kann bevorzugt sein, dass in dem Oxidationskatalysator der Erfindung das Trägermaterial der katalytischen Region/der ersten katalytischen Region schwefeltolerant ist.
  • Der Dieselmotor kann mit einem Dieselkraftstoff betrieben werden, der ≤ 50 ppm Schwefel, stärker bevorzugt ≤ 15 ppm Schwefel, wie beispielsweise ≤ 10 ppm Schwefel und stärker bevorzugt ≤ 5 ppm Schwefel umfasst. Solche Dieselkraftstoffe werden häufig als "einen ultra-geringen Schwefel(gehalt) aufweisender Diesel(kraftstoff)" (ULSD) bezeichnet.
  • Alternativ kann der Dieselmotor mit einem Kraftstoff, wie beispielsweise einem Dieselkraftstoff, der > 50 ppm Schwefel, wie beispielsweise > 200 ppm (z.B. 250 bis 2000 ppm) Schwefel umfasst, betrieben werden. Wenn der Dieselmotor mit einem solchen Dieselkraftstoff betrieben wird, kann es bevorzugt sein, dass in dem Oxidationskatalysator der Erfindung das Trägermaterial der katalytischen Region/der ersten katalytischen Region schwefeltolerant ist.
  • DEFINITIONEN
  • Der Begriff "Mischoxid", wie hier verwendet, bezieht sich im Allgemeinen auf ein Gemisch von Oxiden in einer einzelnen Phase, wie herkömmlich auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist. Der Begriff "Verbundoxid", wie hier verwendet, bezieht sich im Allgemeinen auf eine Zusammensetzung von Oxiden mit mehr als einer Phase, wie herkömmlich auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist.
  • Zur Klarstellung sei angemerkt, dass der Ausdruck "Kombination von Platin (Pt) und Palladium (Pd)", wie er hier in Verbindung mit einer Region, einer Zone oder einer Schicht verwendet wird, sich auf die Anwesenheit von sowohl Platin als auch Palladium in der Region, der Zone oder der Schicht bezieht. Das Wort "Kombination" erfordert nicht, dass das Platin und das Palladium in Form eines Gemischs oder einer Legierung vorhanden sind, obwohl ein solches Gemisch oder eine solche Legierung durch diesen Begriff umfasst ist.
  • Das Akronym "PGM", wie hier verwendet, bezieht sich auf "Platingruppenmetall". Der Begriff "Platingruppenmetall" bezeichnet allgemein ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt besteht, vorzugsweise ein Metall, das aus der aus Ru, Rh, Pd, Ir und Pt bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wenn nicht anders angegeben.
  • Der Ausdruck "auf dem Substrat", wie hier verwendet, im Zusammenhang mit einer Region, einer Schicht oder einer Zone, die "auf dem Substrat angeordnet oder geträgert ist" bezieht sich im Allgemeinen auf die Region, die Schicht oder die Zone, die auf einer Oberfläche einer Kanalwand in dem Substrat lokalisiert ist, wenn nicht anders angegeben.
  • Der Ausdruck "Endoberfläche", wie hier verwendet, insbesondere bei Bezugnahme auf eine "Einlassendoberfläche" oder eine "Auslassendoberfläche", ist synonym mit dem Ausdruck "Endfläche". Die Endoberfläche oder Endfläche eines Substrats wird typischerweise durch die Wandkanten bzw. -ränder (z.B. an einer äußeren Oberfläche des Substrats) gebildet, die die Kanäle durch das Substrat hindurch definieren oder begrenzen.
  • Der Begriff "Region", wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Bereich auf einem Substrat, der typischerweise durch Trocknen und/oder Calcinieren eines Washcoats erhalten wird. Eine "Region" kann beispielsweise auf einem Substrat in Form einer „Schicht“ oder einer „Zone“ angeordnet oder geträgert sein. Der Bereich oder die Anordnung auf einem Substrat wird allgemein während des Applikationsprozesses des Washcoats auf das Substrat gesteuert. Die "Region" weist typischerweise ausgeprägte Grenzen oder Ränder auf (d.h. es ist möglich, eine Region von einer anderen Region unter Verwendung herkömmlicher Analysetechniken zu unterscheiden).
  • Typischerweise weist die "Region" eine im Wesentlichen gleichförmige Länge auf. Die Bezugnahme auf eine "im Wesentlichen gleichförmige Länge" bezieht sich in diesem Kontext auf eine Länge, die um nicht mehr als 10 % von ihrem Mittelwert abweicht (z.B. der Unterschied zwischen der maximalen und minimalen Länge), vorzugsweise um nicht mehr als 5 %, stärker bevorzugt um nicht mehr als 1 % von ihrem Mittelwert abweicht.
  • Es ist bevorzugt, dass jede "Region" eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung aufweist (d.h. es gibt keinen wesentlichen Unterschied hinsichtlich der Zusammensetzung, wenn ein Teil der Region mit einem anderen Teil dieser Region verglichen wird), sofern nicht der Kontext etwas anderes erfordert. Stärker bevorzugt weist jede Zone oder Schicht eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung (z.B. eine homogene Zusammensetzung) auf. Eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung bezieht sich in diesem Kontext auf ein Material (z.B. eine Region), bei dem (bzw. bei der) der Unterschied hinsichtlich der Zusammensetzung bei einem Vergleich eines Teils der Region mit einem anderen Teil der Region 5 % oder weniger, üblicherweise 2,5 % oder weniger und am üblichsten 1 % oder weniger beträgt.
  • Der Begriff "Zone", wie hier verwendet, bezieht sich auf eine Region, die eine Länge aufweist, die weniger als die Gesamtlänge des Substrats, wie z.B. ≤ 75 % der Gesamtlänge des Substrats beträgt. Eine "Zone" besitzt typischerweise eine Länge (d.h. eine im Wesentlichen gleichförmige Länge) von mindestens 5 % (z.B. ≥ 5 %) der Gesamtlänge des Substrats.
  • Die Gesamtlänge eines Substrats ist der Abstand zwischen dessen Einlassende und dessen Auslassende (z.B. den gegenüberliegenden Enden des Substrats).
  • Jede Bezugnahme auf eine „an einem Einlassende des Substrats angeordnete Zone“, wie hier verwendet, bezeichnet eine auf einem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, wobei die Zone sich näher an einem Einlassende des Substrats befindet als die Zone sich zu einem Auslassende des Substrats befindet. Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) näher zu dem Einlassende des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem Auslassende des Substrats befindet. In ähnlicher Weise bezeichnet jegliche Bezugnahme auf eine „an einem Auslassende des Substrats angeordnete Zone“, wie hier verwendet, eine auf einem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, wobei die Zone sich näher an einem Auslassende des Substrats befindet als die Zone sich zu einem Einlassende des Substrats befindet. Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) näher zu dem Auslassende des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem Einlassende des Substrats befindet.
  • Wenn das Substrat ein Wandstromfilter ist, bezeichnet allgemein jegliche Bezugnahme auf eine „an einem Einlassende des Substrats angeordnete Zone“ eine auf dem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, die:
    • (a) sich näher zu einem Einlassende (z.B. einem offenen Ende) eines Einlasskanals des Substrats befindet als die Zone sich zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) des Einlasskanals befindet, und/oder
    • (b) sich näher zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) eines Auslasskanals des Substrats befindet als die Zone sich zu einem Auslassende (z.B. einem offenen Ende) des Auslasskanals befindet.
  • Somit befindet sich der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) (a) näher an einem Einlassende eines Einlasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem verschlossenen Ende des Einlasskanals befindet und/oder (b) näher zu einem verschlossenen Ende eines Auslasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu einem Auslassende des Auslasskanals befindet.
  • In ähnlicher Weise bezeichnet jede Bezugnahme auf eine „an einem Auslassende des Substrats angeordnete Zone“, wenn das Substrat ein Wandstromfilter ist, eine auf dem Substrat angeordnete oder geträgerte Zone, die:
    • (a) sich näher zu einem Auslassende (z.B. einem offenen Ende) eines Auslasskanals des Substrats befindet als die Zone sich zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) des Auslasskanals befindet, und/oder
    • (b) sich näher zu einem verschlossenen Ende (z.B. einem blockierten oder verstopften Ende) eines Einlasskanals des Substrats befindet als sie sich zu einem Einlassende (z.B. einem offenen Ende) des Einlasskanals befindet.
  • Somit liegt der Mittelpunkt der Zone (d.h. an der Hälfte ihrer Länge) (a) näher zu einem Auslassende eines Auslasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu dem verschlossenen Ende des Auslasskanals befindet, und/oder (b) näher zu einem verschlossenen Ende eines Einlasskanals des Substrats als sich der Mittelpunkt zu einem Einlassende des Einlasskanals befindet.
  • Eine Zone kann sowohl (a) als auch (b) erfüllen, wenn der Washcoat in der Wand des Wandstromfilters vorhanden ist (d.h. die Zone ist in den Wänden (in-wall)).
  • Der Ausdruck "besteht im Wesentlichen aus", wie hierin verwendet, beschränkt den Umfang eines Merkmals dahingehend, dass die angegebenen Materialien sowie beliebige weitere Materialien oder Stufen, die die grundlegenden Eigenschaften dieses Merkmals nicht wesentlich beeinflussen, wie beispielsweise geringfügige Verunreinigungen, umfasst sind. Der Ausdruck "besteht im Wesentlichen aus" schließt den Ausdruck "bestehend aus" ein.
  • Der Ausdruck „im Wesentlichen frei von“, wie er hier unter Bezugnahme auf ein Material, typischerweise im Zusammenhang mit dem Gehalt einer Washcoatregion, einer Washcoatschicht oder einer Washcoatzone verwendet wird, bedeutet, dass das Material in einer geringfügen Menge, wie beispielsweise ≤ 5 Gew.-%, vorzugsweise ≤ 2 Gew.-%, stärker bevorzugt ≤ 1 Gew.-%, (vorhanden ist). Der Ausdruck „im Wesentlichen frei von“ umfasst den Ausdruck „umfasst nicht“.
  • Der Ausdruck "etwa", wie hier unter Bezugnahme auf einen Endpunkt eines numerischen Bereichs verwendet, umfasst den exakten Endpunkt des angegebenen numerischen Bereichs. Somit umfasst beispielsweise ein Ausdruck, der einen Parameter als bis zu "etwa 0,2" betragend definiert, den Parameter (eines Werts) von bis zu und einschließlich 0,2.
  • Der Begriff "selektiver katalytischer Reduktions-Filter-Katalysator", wie hier verwendet, umfasst eine Formulierung zur selektiven katalytischen Reduktion, die auf ein Dieselpartikelfilter aufgetragen wurde (SCR-DPF), was auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist.
  • BEISPIELE
  • Die Erfindung wird nun durch die nachfolgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
  • Beispiel 1
  • Eine erste Aufschlämmung wurde hergestellt, indem Aluminiumoxidpulver in Wasser auf einen d90 von < 20 µm vermahlen wurde. Lösliche Platin- und Palladiumsalze wurden in einem Platin-zu-Palladium-Gewichtsverhältnis von 1:1 zugegeben. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Einlasskanäle eines Cordierit-Durchflusssubstrats unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtungstiefe dieses Washcoats betrug 80 % der Substratlänge. Das Teil wurde getrocknet. Eine zweite Aufschlämmung wurde durch Vermahlen von Aluminiumoxidpulver in Wasser auf einen d90 von < 20 µm hergestellt. Lösliches Platinsalz wurde zugegeben und die Aufschlämmung wurde zur Homogenisierung verrührt. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Auslasskanäle des Cordierit-Durchflusssubstrats unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtungstiefe dieses Washcoats betrug 80 % der Substratlänge. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert.
  • Lösliche Platin- und Palladiumsalze wurden in einem Platin-zu-Palladium-Gewichtsverhältnis von 1:1 vermischt und mit Wasser verdünnt. Die Lösung wurde auf die Einlasskanäle des Cordieritsubstrats unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtungstiefe betrug 25 % der Substratlänge. Das Teil wurde getrocknet. Die PGM-Beladung dieser Beschichtung betrug 35 g ft–3.
  • Eine Schwefelfallen-Beschichtung wurde durch Aufschlämmen eines alpha-Aluminiumoxidpulvers (geringe spezifische Oberfläche) in Wasser und Vermahlen auf einen d90 von < 20 µm hergestellt. Lösliches Palladiumsalz wurde zu der Aufschlämmung zugegeben, gefolgt von Ascorbinsäure. Das Gemisch wurde zur Homogenisierung verrührt. Der erhaltene Washcoat wurde auf die Auslasskanäle des Durchflusssubstrats unter Verwendung etablierter Beschichtungstechniken appliziert. Die Beschichtungstiefe dieses Washcoats betrug 50 % der Substratlänge. Die Palladiumbeladung in diesem Washcoat betrug 20 g ft–3. Das Teil wurde getrocknet und bei 500 °C calciniert. Die PGM-Gesamtbeladung des DOC betrug 43 g ft–3.
  • Beispiel 2
  • Der Katalysator wurde in gleicher Weise wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die alpha-Aluminiumoxid umfassende Schwefelfallen-Beschichtung nicht auf das Substrat appliziert wurde.
  • Experimentelle Ergebnisse
  • Die Katalysatoren der Beispiele 1 und 2 wurden an einen auf einem Prüfstand angebrachten 6,0-Liter-Dieselmotor angeschlossen. Die katalytische Aktivität wurde bestimmt, indem die Last auf dem Motor stufenweise erhöht wurde, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Die Konzentrationen der Abgasschadstoffe wurden sowohl vor als auch hinter dem Katalysator gemessen. Die Oxidationsaktivität für NO wird als der Prozentsatz an NO2 als ein Anteil des Gesamt-NOX hinter dem Katalysator bei spezifischen Temperaturen von 250, 280, 310, 410 und 520 °C bestimmt. Der Prozentsatz von NO2/XOX für die Beispiele 1 und 2 ist in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1
    NO2/NOx hinter DOC (%)
    Temperaturpunkt DOC (°C) Beispiel 1 Beispiel 2
    250 32 30
    280 47 47
    310 57 60
    410 42 44
    520 15 15
  • Tabelle 1 zeigt die NO-Oxidationsaktivität der Beispiele 1 und 2, ausgedrückt als Prozentsatz von NO2 des Gesamt-NOX. Die Beispiele 1 und 2 weisen eine sehr ähnliche Leistungsfähigkeit auf. Bei Beispiel 1 wurde die Schwefel einfangende Beschichtung gemäß der Erfindung hergestellt. Die Zugabe der Schwefel einfangenden Beschichtung hat keine negative Auswirkung auf die NO-Oxidationsaktivität.
  • Die Beispiele 1 und 2 wurden an einen auf dem Prüfstand befestigten 6,0-Liter-Dieselmotor angebracht. Die Widerstandsfähigkeit der Katalysatoren gegenüber Schwefel wurde bestimmt, indem der Motor mit 290 ppm S (enthaltendem) Dieselkraftstoff betrieben wurde und die Katalysatoren dem Abgas eine Stunde bei 250 °C mit einer Gasraumgeschwindigkeit von 71.000 ausgesetzt wurden. Nach dieser Schwefelexposition wurde die DOC-Temperatur für 20 Minuten auf 350 °C erhöht. Während dieses Zeitraums wurde der Prozentsatz an NO2 als ein Anteil des Gesamt-NOX hinter dem DOC gemessen. Diese Vorgehensweise wurde 49-mal wiederholt. Die Ergebnisse sind in 12 gezeigt.
  • 12 zeigt die NO-Oxidationsaktivität, ausgedrückt als der Prozentsatz von NO2 als Anteil von NOX für die Beispiele 1 und 2 über 49 Zyklen einer Schwefelexposition. Beispiel 1 behält eine höhere NO-Oxidationsaktivität über die 49 Zyklen bei als Beispiel 2. Beispiel 1 umfasst die gemäß der Erfindung hergestellte Schwefel einfangende Beschichtung. Beispiel 2 umfasst die Schwefel einfangende Beschichtung nicht und krankt an einer höheren Verschlechterung der NO-Oxidationsleistungsfähigkeit über 49 Zyklen einer Schwefelexposition.
  • Zur Vermeidung von Zweifeln sei angemerkt, dass der gesamte Inhalt beliebiger und aller hierin zitierter Dokumente durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • WO 99/47260 [0212]
    • WO 2007/077462 [0212]
    • WO 2011/080525 [0212]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ASTM D7467 [0250]

Claims (20)

  1. Oxidationskatalysator zum Behandeln eines von einem Dieselmotor produzierten Abgases, wobei der Oxidationskatalysator Folgendes umfasst: ein Substrat, ein Einfangmaterial zum Einfangen mindestens einer Schwefel enthaltenden Verunreinigung in dem von dem Dieselmotor produzierten Abgas, wobei das Einfangmaterial ein Metall zum Reagieren mit einem Oxid von Schwefel in dem Abgas und Partikel eines hitzebeständigen Oxids umfasst, und wobei optional die Partikel des hitzebeständigen Oxids eine mittlere spezifische Oberfläche von ≤ 50 m2/g aufweisen, und eine auf dem Substrat angeordnete katalytische Region, wobei die katalytische Region ein katalytisches Material umfasst, das ein Platingruppenmetall umfasst, das aus der aus Platin (Pt), Palladium (Pd) und einer Kombination von Platin (Pt) und Palladium (Pd) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  2. Oxidationskatalysator nach Anspruch 1, wobei das Metall zum Reagieren mit einem Oxid von Schwefel in dem Abgas aus Palladium (Pd), Magnesium (Mg), Cer (Ce) und einer Kombination von beliebigen zwei oder mehr hiervon ausgewählt ist.
  3. Oxidationskatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einfangmaterial Partikel des Metalls zum Reagieren mit einem Oxid von Schwefel in dem Abgas umfasst, die eine mittlere Partikelgröße von ≥ etwa 10 nm aufweisen.
  4. Oxidationskatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel des hitzebeständigen Oxids eine mittlere spezifische Oberfläche von ≤ etwa 50 m2/g aufweisen.
  5. Oxidationskatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das hitzebeständige Oxid Aluminiumoxid ist.
  6. Oxidationskatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Platingruppenmetall (PGM) Platin (Pt), Palladium (Pd) oder eine Kombination von Platin (Pt) und Palladium (Pd) ist.
  7. Oxidationskatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das katalytische Material des Weiteren ein Trägermaterial umfasst, und wobei das Platingruppenmetall (PGM) auf dem Trägermaterial geträgert ist, und wobei optional das Trägermaterial ein hitzebeständiges Oxid umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Aluminiumoxid, Zirconiumoxid-Aluminiumoxid, Ceroxid-Aluminiumoxid, Titanoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Siliciumdioxid, Zirconiumoxid-Titanoxid, Ceroxid-Zirconiumoxid und Aluminiumoxid-Magnesiumoxid besteht.
  8. Oxidationskatalysator nach Anspruch 7, wobei das hitzebeständige Oxid Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid ist.
  9. Oxidationskatalysator nach Anspruch 7, wobei das hitzebeständige Oxid Titanoxid ist.
  10. Oxidationskatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der des Weiteren eine Einfangregion umfasst, wobei die Einfangregion das Einfangmaterial umfasst.
  11. Oxidationskatalysator nach Anspruch 10, wobei die Einfangregion eine Einfangschicht ist.
  12. Oxidationskatalysator nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die katalytische Region eine katalytische Schicht ist, und wobei die Einfangschicht auf der katalytischen Schicht angeordnet ist und die katalytische Schicht auf dem Substrat angeordnet ist.
  13. Oxidationskatalysator nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die katalytische Region eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone ist, und die Einfangschicht auf sowohl der ersten katalytischen Zone als auch der zweiten katalytischen Zone angeordnet ist, und wobei die erste katalytische Zone und die zweite katalytische Zone auf dem Substrat angeordnet sind.
  14. Oxidationskatalysator nach Anspruch 10, wobei die Einfangregion eine Einfangzone ist.
  15. Oxidationskatalysator nach Anspruch 14, wobei die katalytische Region entweder: (a) eine katalytische Schicht ist und die Einfangzone auf der katalytischen Schicht angeordnet ist, oder (b) eine katalytische Zone ist, wobei die katalytische Zone an einem Auslassende des Substrats angeordnet ist und die Einfangzone an einem Einlassende des Substrats angeordnet ist, oder (c) eine katalytische Zone ist, wobei die katalytische Zone an einem Einlassende des Substrats angeordnet ist und die Einfangzone an einem Auslassende des Substrats angeordnet ist.
  16. Oxidationskatalysator nach Anspruch 10, wobei das Substrat eine Oberfläche eines Einlassendes und eine Oberfläche eines Auslassendes umfasst, und wobei die Einfangregion eine Einfangfläche ist, die auf der Oberfläche des Einlassendes und/oder der Oberfläche des Auslassendes angeordnet ist, und wobei optional die Einfangfläche eine mittlere Länge von der Oberfläche des Einlassendes des Substrats von < 25 mm aufweist.
  17. Oxidationskatalysator noch Anspruch 16, wobei die katalytische Region entweder: (a) eine katalytische Schicht ist, wobei die katalytische Schicht auf dem Substrat angeordnet ist, oder (b) eine erste katalytische Schicht und eine zweite katalytische Schicht ist, wobei die erste katalytische Schicht auf der zweiten katalytischen Schicht angeordnet ist und die zweite katalytische Schicht auf dem Substrat angeordnet ist, oder (c) eine erste katalytische Zone und eine zweite katalytische Zone ist, wobei die erste katalytische Zone stromauf der zweiten katalytischen Zone angeordnet ist.
  18. Oxidationskatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Durchflussmonolithsubstrat oder ein Filtermonolithsubstrat, welches ein Wandstromfilter ist, ist.
  19. Oxidationskatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat einen Durchmesser von ≥ 7 Zoll (17,8 cm) aufweist.
  20. Abgassystem zum Behandeln eines von einem Dieselmotor produzierten Abgases, wobei das Abgassystem einen Oxidationskatalysator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 und eine Emissionssteuerungsvorrichtung umfasst.
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