DE102018121503A1 - Exhaust gas purification with NO oxidation catalyst and SCR-active particle filter - Google Patents
Exhaust gas purification with NO oxidation catalyst and SCR-active particle filter Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018121503A1 DE102018121503A1 DE102018121503.7A DE102018121503A DE102018121503A1 DE 102018121503 A1 DE102018121503 A1 DE 102018121503A1 DE 102018121503 A DE102018121503 A DE 102018121503A DE 102018121503 A1 DE102018121503 A1 DE 102018121503A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- catalyst
- wltc
- nox
- scr
- exhaust gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 170
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims description 13
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 title description 9
- 238000000746 purification Methods 0.000 title description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 93
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 52
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 47
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 35
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 16
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 25
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 16
- 239000003570 air Substances 0.000 description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 14
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 8
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- -1 urea Chemical class 0.000 description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 5
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 4
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- UNYSKUBLZGJSLV-UHFFFAOYSA-L calcium;1,3,5,2,4,6$l^{2}-trioxadisilaluminane 2,4-dioxide;dihydroxide;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[OH-].[OH-].[Ca+2].O=[Si]1O[Al]O[Si](=O)O1.O=[Si]1O[Al]O[Si](=O)O1 UNYSKUBLZGJSLV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 229910052676 chabazite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- GMVPRGQOIOIIMI-DODZYUBVSA-N 7-[(1R,2R,3R)-3-hydroxy-2-[(3S)-3-hydroxyoct-1-enyl]-5-oxocyclopentyl]heptanoic acid Chemical compound CCCCC[C@H](O)C=C[C@H]1[C@H](O)CC(=O)[C@@H]1CCCCCCC(O)=O GMVPRGQOIOIIMI-DODZYUBVSA-N 0.000 description 2
- 241000269350 Anura Species 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 2
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229910000505 Al2TiO5 Inorganic materials 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000003517 Elaeocarpus dentatus Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 101000635799 Homo sapiens Run domain Beclin-1-interacting and cysteine-rich domain-containing protein Proteins 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000047703 Nonion Species 0.000 description 1
- 102100030852 Run domain Beclin-1-interacting and cysteine-rich domain-containing protein Human genes 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OIRDTQYFTABQOQ-UHTZMRCNSA-N Vidarabine Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O OIRDTQYFTABQOQ-UHTZMRCNSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N ammonium carbamate Chemical compound [NH4+].NC([O-])=O BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VZTDIZULWFCMLS-UHFFFAOYSA-N ammonium formate Chemical compound [NH4+].[O-]C=O VZTDIZULWFCMLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSQZJLSUYDQPKJ-NJBDSQKTSA-N amoxicillin Chemical compound C1([C@@H](N)C(=O)N[C@H]2[C@H]3SC([C@@H](N3C2=O)C(O)=O)(C)C)=CC=C(O)C=C1 LSQZJLSUYDQPKJ-NJBDSQKTSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 210000000617 arm Anatomy 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 1
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N carbonic acid monoamide Natural products NC(O)=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Ce+3].[Ce+3] DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- BJBUTJPAZHELKY-UHFFFAOYSA-N manganese tungsten Chemical compound [Mn].[W] BJBUTJPAZHELKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000018537 nitric oxide storage Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- AABBHSMFGKYLKE-SNAWJCMRSA-N propan-2-yl (e)-but-2-enoate Chemical compound C\C=C\C(=O)OC(C)C AABBHSMFGKYLKE-SNAWJCMRSA-N 0.000 description 1
- 239000011214 refractory ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003682 vanadium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
- F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
- B01D53/9418—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
- B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
- B01J29/06—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
- B01J29/70—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
- B01J29/72—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65 containing iron group metals, noble metals or copper
- B01J29/76—Iron group metals or copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
- B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
- B01J29/06—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
- B01J29/70—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
- B01J29/72—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65 containing iron group metals, noble metals or copper
- B01J29/76—Iron group metals or copper
- B01J29/763—CHA-type, e.g. Chabazite, LZ-218
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
- B01J37/088—Decomposition of a metal salt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
- F01N3/0231—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using special exhaust apparatus upstream of the filter for producing nitrogen dioxide, e.g. for continuous filter regeneration systems [CRT]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
- F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20738—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20761—Copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/50—Zeolites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
- B01D2255/904—Multiple catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
- B01D2255/915—Catalyst supported on particulate filters
- B01D2255/9155—Wall flow filters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
- F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
- F01N2370/04—Zeolitic material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2510/00—Surface coverings
- F01N2510/06—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
- F01N2510/068—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings
- F01N2510/0682—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings having a discontinuous, uneven or partially overlapping coating of catalytic material, e.g. higher amount of material upstream than downstream or vice versa
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0814—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with catalytic converters, e.g. NOx absorption/storage reduction catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
- F01N3/0842—Nitrogen oxides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein System und ein Verfahren zur Schadstoffminderung im Abgas von überwiegend mager verbrennenden Automotoren aufweisend einen ersten und einen zweiten Katalysator. Der erste Katalysator oxidiert NO zu NO2 und der zweite Katalysator reduziert NOx im mageren Abgas mittels eines Reduktionsmittels bevorzugt zu N2 und H2O. The present invention is directed to a system and method for pollutant reduction in the exhaust of predominantly lean-burn automotive engines having first and second catalytic converters. The first catalyst oxidizes NO to NO 2, and the second catalyst preferably reduces NOx in the lean exhaust by means of a reducing agent to N 2 and H 2 O.
Description
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein System und ein Verfahren zur Schadstoffminderung im Abgas von überwiegend mager verbrennenden Automotoren aufweisend einen ersten und einen zweiten Katalysator. Der erste Katalysator oxidiert NO zu NO2 und der zweite Katalysator reduziert NOx im mageren Abgas mittels eines Reduktionsmittels bevorzugt zu N2 und H2O.The present invention is directed to a system and method for pollutant reduction in the exhaust of predominantly lean-burn automotive engines having first and second catalytic converters. The first catalyst oxidizes NO to NO 2, and the second catalyst preferably reduces NOx in the lean exhaust by means of a reducing agent to N 2 and H 2 O.
Abgase von Kraftfahrzeugen mit einem überwiegend mager betriebenen Verbrennungsmotor enthalten neben Partikelemissionen insbesondere die Primäremissionen Kohlenmonoxid CO, Kohlenwasserstoffe HC und Stickoxide NOx. Aufgrund des relativ hohen Sauerstoffgehaltes von bis zu 15 Vol.-% können Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe durch Oxidation relativ leicht unschädlich gemacht werden, die Reduktion der Stickoxide zu Stickstoff gestaltet sich jedoch wesentlich schwieriger.Exhaust gases of motor vehicles with a predominantly lean-burn internal combustion engine contain, in addition to particulate emissions, in particular the primary emissions carbon monoxide CO, hydrocarbons HC and nitrogen oxides NOx. Due to the relatively high oxygen content of up to 15 vol.%, Carbon monoxide and hydrocarbons can be made relatively harmless by oxidation, but the reduction of nitrogen oxides to nitrogen is much more difficult.
Ein bekanntes Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen in Gegenwart von Sauerstoff ist die selektive katalytische Reduktion (SCR-Verfahren) mittels Ammoniak an einem geeigneten Katalysator. Bei diesem Verfahren werden die aus dem Abgas zu entfernenden Stickoxide mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Das als Reduktionsmittel verwendete Ammoniak kann durch Eindosieren einer Ammoniakvorläuferverbindung, wie beispielsweise Harnstoff, Ammoniumcarbamat oder Ammoniumformiat, in den Abgasstrang und anschließende Hydrolyse verfügbar gemacht werden. Ebenfalls ist es möglich, den Ammoniak durch Überreduktion von NOx über einen Stickoxidspeicherkatalysator in situ zu generieren.One known method for removing nitrogen oxides from exhaust gases in the presence of oxygen is Selective Catalytic Reduction (SCR) using ammonia on a suitable catalyst. In this method, the nitrogen oxides to be removed from the exhaust gas are reacted with ammonia to nitrogen and water. The ammonia used as the reducing agent may be made available by metering an ammonia precursor compound such as urea, ammonium carbamate or ammonium formate into the exhaust line and subsequent hydrolysis. It is also possible to generate the ammonia in situ by over-reduction of NOx via a nitrogen oxide storage catalyst.
Partikel können sehr effektiv mit Hilfe von Partikelfiltern aus dem Abgas entfernt werden. Besonders bewährt haben sich Wandflussfilter aus keramischen Materialien. Diese sind aus einer Vielzahl von parallelen Kanälen aufgebaut, die durch poröse Wände gebildet werden. Die Kanäle sind wechselseitig an einem der beiden Enden des Filters gasdicht verschlossen, so dass erste Kanäle gebildet werden, die an der ersten Seite des Filters offen und auf der zweiten Seite des Filters verschlossen sind, sowie zweite Kanäle, die an der ersten Seite des Filters verschlossen und auf der zweiten Seite des Filters offen sind. Das beispielsweise in die ersten Kanäle einströmende Abgas kann den Filter nur über die zweiten Kanäle wieder verlassen, und muss zu diesem Zweck durch die porösen Wände zwischen den ersten und zweiten Kanälen durchfließen. Beim Durchtritt des Abgases durch die Wand werden die Partikel zurückgehalten.Particles can be removed very effectively with the help of particle filters from the exhaust gas. Wall flow filters made of ceramic materials have proven particularly useful. These are composed of a plurality of parallel channels formed by porous walls. The channels are mutually sealed gas-tight at one of the two ends of the filter, so that first channels are formed, which are open on the first side of the filter and closed on the second side of the filter, and second channels, which are on the first side of the filter closed and open on the second side of the filter. The exhaust gas flowing, for example, into the first channels can leave the filter again only via the second channels, and must for this purpose flow through the porous walls between the first and second channels. As the exhaust passes through the wall, the particles are retained.
Es ist auch bereits bekannt, Wandflussfilter mit SCR-aktivem Material zu beschichten und so Partikel und Stickoxide gleichzeitig aus dem Abgas zu entfernen. Solche Produkte werden üblicherweise als SDPF bezeichnet. Sofern die erforderliche Menge an SCR-aktivem Material auf die porösen Wände zwischen den Kanälen aufgebracht wird (sogenannte auf-Wand-Beschichtung), kann dies allerdings zu einer inakzeptablen Erhöhung des Gegendrucks des Filters führen.It is also already known to coat wall-flow filters with SCR-active material and at the same time to remove particles and nitrogen oxides from the exhaust gas. Such products are commonly referred to as SDPF. However, if the required amount of SCR-active material is applied to the porous walls between the channels (so-called on-wall coating), this can lead to an unacceptable increase in the back pressure of the filter.
Vor diesem Hintergrund schlagen beispielsweise die JPH01-151706 und die
Partikelfilter müssen in bestimmten zeitlichen Abständen regeneriert werden, das heißt, die angesammelten Rußpartikel müssen abgebrannt werden, um den Abgasgegendruck in einem akzeptablen Bereich zu halten. Zur Filterregeneration und der Initiierung des Rußabbrandes werden Abgastemperaturen von ca. 600°C benötigt. Bei dem Abbrand können sehr hohe Temperaturen auftreten, die bei >800°C liegen können.Particulate filters have to be regenerated at certain intervals, that is, the accumulated soot particles must be burned off in order to keep the exhaust back pressure in an acceptable range. For filter regeneration and the initiation of Rußabbrandes exhaust gas temperatures of about 600 ° C are required. Burning can cause very high temperatures, which can be> 800 ° C.
Im Falle von Partikelfiltern, die mit SCR-Katalysatoren versehen sind, müssen letztere den hohen thermischen Belastungen während der Filterregeneration ohne gravierenden Aktivitätsverlust standhalten. In dieser Hinsicht besteht aber noch erheblicher Verbesserungsbedarf. Derzeit sind SCR-Katalysatorbeschichtungen auf Filtern erhältlich, die Maximaltemperaturen von 800 - 850°C einige Zeit standhalten können. In Ausnahmefällen können im Filter bei der Rußregeneration jedoch auch Temperaturspitzen bis zu 1000°C oder mehr erreicht werden, wenn der Rußabbrand unkontrolliert abläuft, wozu es in bestimmten Fahrsituationen des Fahrzeuges kommen kann.In the case of particulate filters, which are provided with SCR catalysts, the latter must withstand the high thermal loads during filter regeneration without serious loss of activity. However, there is still a considerable need for improvement in this regard. Currently, SCR catalyst coatings are available on filters that can withstand maximum temperatures of 800-850 ° C for some time. In exceptional cases, however, temperature peaks of up to 1000 ° C. or more can be achieved in the filter during soot regeneration if the soot burn-off occurs uncontrollably, as may occur in certain driving situations of the vehicle.
Mit Übergangsmetallionen ausgetauschte SCR-Katalysatoren vom LEV-Typ (http://europe.iza-structure.org/IZA-SC/ftc_fw.php?STC=LEV) sind schon in der
Ausgehend von dem zitierten Stand der Technik ist es weiterhin wichtig, verbesserte Abgassystem bereitzustellen, die den bekannten überlegen sind. In diesem Sinne lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Autoabgassystem für mager verbrennende Automotoren zu entwickeln, das insbesondere im Hinblick auf die Langzeitstabilität den bekannten Systemen des Standes der Technik überlegen ist. Das erfindungsgemäße System sollte dabei besser im Stande sein, die Stickoxide im Abgas eines mager verbrennenden Motors auch nach langen Laufleistungen des Fahrzeugs ausreichend zu vermindern, ohne dabei die Verminderung anderer, schädlicher Abgasbestandteile über die Gebühr negativ zu beeinflussen.From the cited prior art, it is further important to provide improved exhaust systems that are superior to the known ones. In this sense, the present invention has the object to develop an improved exhaust system for lean-burn car engines, which is particularly superior in terms of long-term stability of the known systems of the prior art. The system according to the invention should be better able to sufficiently reduce the nitrogen oxides in the exhaust gas of a lean-burn engine, even after long running times of the vehicle, without negatively influencing the reduction of other, harmful exhaust gas constituents via the charge.
Diese und weitere sich aus dem Stand der Technik in naheliegender Weise ergebenden Aufgaben werden durch ein System und ein Verfahren mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 und 14 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des vorliegenden Systems ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen 2-13.These and other objects which are obvious from the state of the art are solved by a system and a method having the features of
Dadurch, dass ein System zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Magermotors einen im Abgasstrang in Strömungsrichtung gesehen oxidativ auf NO wirkenden ersten Katalysator und abstromseitig hierzu einen unter Mitwirkung eines Reduktionsmittels reduktiv auf NOx (NO2 und NO und N2O) wirkenden zweiten Katalysator aufweist, wobei der erste Katalysator auf einem Durchflussmonolithen und der zweite Katalysator auf und/oder in einem Wandflussfilter befindlich ist und letzterer Material enthält, das ein aluminiumsilikat- oder einen aluminiumsilikophosphathaltiges zeolithisches Gerüst vom LEV-Typ aufweist, wobei das Material:
- - einen Binder auf Basis eines hochoberflächigen Metalloxids aufweist,
- - ein ursprüngliches Si/Al- bzw. (Al+P)/Si-Verhältnis von 5 bis 40 im zeolithischen Gerüst hat, und
- - mit Cu- und/oder Fe-Ionen behandelt vorliegt, wobei der Gesamtgehalt an Cu- und/oder Fe-Ionen im Bereich von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Materials beträgt, und
gelangt man überraschend, dafür aber nicht minder vorteilhaft zur Lösung der gestellten Aufgabe. Durch die Verortung eines SCR-Katalysators aus einem entsprechenden Material auf einen Partikelfilter, der abstromseitig zu einem oxidativ auf NO wirkenden ersten Katalysator angeordnet ist, erhält man ein Abgasnachbehandlungssystem, welches bezogen auf den Einsatzort des SCR-Katalysators über das Lebensalter des Systems betrachtet eine wesentlich bessere Performance in der Stickoxidreduktion zu leisten im Stande ist. Selbst nach einer sehr starken Alterung behält der SCR-Katalysator mit diesem Material entgegen dem momentan am häufigsten verwendeten zeolithischen Material des Standes der Technik - CHA - eine ansprechende Leistung in der Stickoxidreduktion (
- comprises a binder based on a high surface area metal oxide,
- has an original Si / Al or (Al + P) / Si ratio of 5 to 40 in the zeolitic framework, and
- - Is treated with Cu and / or Fe ions, wherein the total content of Cu and / or Fe ions in the range of 2 wt .-% to 10 wt .-% based on the weight of the material, and
one arrives surprisingly, but not less advantageous to solve the task. By locating an SCR catalyst of a corresponding material on a particulate filter, which is arranged downstream of an oxidative acting on NO first catalyst, to obtain an exhaust aftertreatment system, which regards the place of use of the SCR catalyst over the age of the system considered a significant better performance in nitrogen oxide reduction is able to afford. Even after a very high aging, the SCR catalyst with this material retains an attractive nitrogen oxide reduction performance (CHA), contrary to the currently most commonly used zeolitic material (CHA) (
Der im vorliegenden Abgasnachbehandlungssystem eingesetzte oxidativ auf NO wirkende erste Katalysator sollte so beschaffen sein, dass möglichst immer ausreichend NO2 im Abgas vor dem zweiten Katalysator vorhanden ist. Normalerweise reduzieren SCR-Katalysatoren NOx im mageren Abgas mittels Ammoniak oder eine Ammoniak bildende Vorläuferverbindung immer dann besonderes gut, wenn das Verhältnis von NO:NO2 im NOx bei 1:1 liegt - sogenannte schnelle SCR-Reaktion (
Kleinporige Zeolithe wie CHA zeigen hier ein ganz anderes Verhalten. Metkar et al. (Chemical Engineering Science
Bevorzugt wird der erste Katalysator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dieseloxidationskatalysator (DOC), Dieseloxidationskatalysator mit Stickoxidspeicherfunktion (DNC), Stickoxidspeicher- und Reduktionskatalysator (NSC). Der erste Katalysator sollte so beschaffen sein, dass das NO2:NOx-Molverhältnis nach dem ersten Katalysator gemessen im WLTC im Zyklusdurchschnitt zwischen 10-Vol.-% und 60-Vol.-%, vorzugsweise 20-Vol.-% und 55-Vol.-% und besonders bevorzugt 25-Vol.-% und 50-Vol.-% liegt.Preferably, the first catalyst is selected from the group consisting of diesel oxidation catalyst (DOC), nitric oxide storage function (DNC) diesel oxidation catalyst, nitrogen oxide storage and reduction catalyst (NSC). The first catalyst should be such that the NO 2 : NOx molar ratio after the first catalyst measured in the WLTC in the cycle average is between 10% by volume and 60% by volume, preferably 20% by volume and 55% by weight. Vol .-% and particularly preferably 25 vol .-% and 50 vol .-% is.
Der erste Katalysator kann einen Edelmetallgehalt von 50 - 180 g/ft3 enthalten. Vorzugsweise weist er einen Edelmetallgehalt von 60 - 150 g/ft3, mehr bevorzugt 70 - 140 g/ft3 auf. Als Edelmetalle kommen insbesondere Rhodium, Platin, Palladium und Iridium, vorzugsweise Rhodium, Platin, Palladium in Betracht. Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz von Platin als der am besten NO-oxidierende Katalysator in diesem Zusammenhang. Ein entsprechender Katalysator sollte daher auf jeden Fall Platin als Katalysatorkomponente aufweisen. Dies kann in einem einfachen Dieseloxidationskatalysator gegeben sein. Derartige Katalysatoren sind dem Fachmann hinreichend bekannt (
Der erste Katalysator kann darüber hinaus bevorzugt dazu befähigt sein, Stickoxide einzuspeichern. Insbesondere sollte er in der Lage sein, Stickoxide bei möglichst niedrigen Temperaturen einspeichern zu können. In einer solchen Ausführungsform würden dann die Stickoxide bei niedrigeren Temperaturen (Kalt-Start, Stadtfahrt) eingespeichert und bei höheren Temperaturen als NO2 wieder abgegeben werden, was dazu beiträgt, dass das NO2:NOx-Verhältnis über einen sehr weiten Temperaturbereich im für den SCR-Katalysator auf LEV-Basis optimalen Bereich gehalten werden kann. Derartige Katalysatoren sind beispielsweise in der
Ebenfalls möglich ist der Einsatz von Stickoxidspeicherkatalysatoren. Deren Ausgestaltung und Funktionsweise ist dem Fachmann hinreichend geläufig (z.B.
Zwischen dem ersten und zweiten Katalysator kann jedoch auch eine Injektionsvorrichtung für die Zugabe von Ammoniak oder eine Ammoniakvorläuferverbindung, wie zum Beispiel Harnstoff, vorhanden sein (
Wie schon mehrfach angedeutet besteht das Material des zweiten Katalysators mindestens aus einem Binder und einem zeolithischen Aluminiumsilikat bzw. Aluminiumsilikophosphat vom Strukturtyp LEV (http://www.iza-structure.org/databases/) sowie bestimmten Übergangsmetallionen. Das Material wird beispielsweise so hergestellt, dass der LEV-Zeolith in seiner z.B. NH4 +-, Na+- oder H+-Form mit einer Lösung aus Kupfer- und/oder Eisenionen kontaktiert wird. Nach dem Abtrennen des Zeolithen von der Lösung wird dieser vorzugsweise ohne gewaschen zu werden mit dem Binder zusammen gebracht und als Suspension auf- und/oder in einen entsprechenden Wandflussfilter eingebracht (Beschichten). Alternativ kann der Zeolith jedoch auch mit dem Binder zusammen mit der Lösung aus Kupfer- und/oder Eisenionen kontaktiert werden. Eine derartige Suspension kann gegebenenfalls direkt auf den und/oder in den Wandflussfilter aufgebracht werden, ohne diese zwischendurch nochmals von der Lösung der Kupfer und/oder Eisenionen abtrennen zu müssen. Eine weitere alternative Möglichkeit stellt die Sprühtrocknung dar. Auch hier kann der LEV-Zeolith und die Lösung aus Kupfer und/oder Eisenionen gegebenenfalls mit dem Binder zusammen sprühgetrocknet werden. Das nach diesen beispielhaften Verfahren hergestellte Material enthält in jedem Fall ionenausgetauschte und nicht-ionenausgetauschte Eisen bzw. Kupferionen. Unter dem Begriff „ionenausgetauscht“ wird erfindungsgemäß die Tatsache verstanden, dass die Kationen auf sogenannten Austauschplätzen in den Hohlräumen und Poren des LEV-Zeolithen sitzen, wo sie eine oder gar zwei negative Ladung(en) des zeolithischen Gerüsts zu kompensieren imstande sind. Das Metall zu Gerüstaluminium- oder beim entsprechenden SAPO das Gerüstsilizium-Verhältnis liegt in der Regel zwischen 0,3 und 0,5, vorzugsweise bei 0,4 - 0,48 für die ionenausgetauschten Metallionen. Der Fachmann weiß dabei, wie er die zeolithischen (Zeolithe oder zeolithähnliche Materialien) Materialien mit den Übergangsmetallen zu versehen hat (
Ein derartig hergestellter Katalysator zeigt besondere Eigenschaften. Vorzugsweise wird ein solcher Katalysator als zweiter Katalysator im erfindungsgemäßen System eingesetzt, der nach hydrothermaler Alterung bei 900°C für 16 h verglichen mit einer hydrothermalen Alterung bei 800°C für 16 h nur eine Abnahme des Gesamt-NOx-Umsatzes im WLTC von weniger als 15% bei einem mittleren NO2:NOx-Molverhältnis von 36% im Zyklusdurchschnitt gemessen im WLTC bedingt. Die Alterung ist im Beispielteil beschrieben.Such a catalyst produced shows special properties. Preferably, such a catalyst is used as the second catalyst in the system according to the invention, which after hydrothermal aging at 900 ° C for 16 h compared to a hydrothermal aging at 800 ° C for 16 h only a decrease in the total NOx conversion in the WLTC of less than 15% at a mean NO 2 : NOx molar ratio of 36% in cycle average measured in WLTC. Aging is described in the example section.
Weiterhin ist der Einsatz eines Katalysator als zweiter Katalysator im erfindungsgemäßen System bevorzugt, der nach hydrothermaler Alterung bei 900°C für 16 h verglichen mit einem entsprechend gealterten Katalysator mit einem Material aufweisend ein zeolithisches Gerüst vom CHA-Typ einen mindestens 3-mal höheren Gesamt-NOx-Umsatz im WLTC bei einem mittleren NO2:NOx-Molverhältnis von 36% im Zyklusdurchschnitt gemessen im WLTC erreicht.Furthermore, the use of a catalyst as second catalyst in the system according to the invention is preferred, which after hydrothermal aging at 900 ° C for 16 h compared to a correspondingly aged catalyst with a material comprising a CHA-type zeolite skeleton at least 3 times higher overall NOx conversion in WLTC at a mean NO 2 : NOx molar ratio of 36% in cycle average measured in WLTC.
Darüber hinaus bedingt ein wie oben hergestellter zweiter Katalysator nach hydrothermaler Alterung bei 900°C für 16 h einen Gesamt-NOx-Umsatz im WLTC von > 60% bei einem mittleren NO2:NOx-Molverhältnis von 36% im Zyklusdurchschnitt gemessen im WLTC.In addition, a second catalyst prepared as described above after hydrothermal aging at 900 ° C for 16 h, a total NOx conversion in the WLTC of> 60% at a mean NO 2 : NOx molar ratio of 36% in the cycle average measured in WLTC.
Die im Material des zweiten Katalysators vorhandene zeolithische LEV-Substanz kann erfindungsgemäß aus einem aluminiumsilikat- oder einem aluminiumsilikophosphat-Typ aufgebaut sein. Bevorzugt weist der zweite Katalysator ausschließlich ein aluminiumsilikathaltiges zeolithisches Gerüst vom LEV-Typ auf. Vorzugsweise werden synthetische LEV-Zeolithe eingesetzt. Diese werden häufig mit den Bezeichnungen Nu-
Der im vorliegenden Abgassystem bevorzugt eingesetzte Partikelfilter ist vom Wandflussfiltertyp. Derartige Filter sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Die Beschichtung eines solchen Wandflussfilters kann auf der Wand oder in der Wand, in den Poren der Wände, erfolgen. Auch derartige Beschichtungstechniken sind dem Fachmann geläufig. The particulate filter preferably used in the present exhaust system is of the wall-flow filter type. Such filters are well known to those skilled in the art. The coating of such a wall-flow filter can take place on the wall or in the wall, in the pores of the walls. Such coating techniques are also familiar to the person skilled in the art.
Es kann sich bei dem Wandflussfilter allerdings auch um ein Extrudat auf Basis des katalytisch aktiven Materials aufweisend den zweiten Katalysator handeln (
Um eine entsprechende Aktivität in der katalytischen Reaktion der Abgaskomponenten, insbesondere der Reduktion des Stickoxids auf dem zweiten Katalysator zu gewährleisten, ist eine gewisse Beladung des Filters mit dem katalytisch aktiven Material des zweiten Katalysators notwendig. Dabei weist das Material neben dem mit Fe- bzw. Cu-Ionen metallionenausgetauschten Aluminosilikat vom Strukturtyp LEV noch weitere Bestandteile auf, insbesondere einen Binder auf Basis eines hochoberflächigen, hitzestabilen Metalloxids. Derartige Binder bestehen gemeinhin aus hochoberflächigen, hitzestabilen Oxiden ausgewählt aus der Gruppe Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Zirkondioxid, Titandioxid oder Mischungen hiervon. Vorzugsweise kommt ein hochoberflächiges, hitzestabiles Aluminiumoxid diesbezüglich zum Einsatz. Der Binder ist dabei vorzugsweise in einer Menge von kleiner 20-Gew.%, vorzugsweise von 15-Gew.% - 8-Gew.% und ganz besonders bevorzugt von 14-Gew.% - 10-Gew.% im katalytisch aktiven Material vorhanden. Es sei angemerkt, dass der Binder sowohl vor dem eigentlichen lonenaustausch als auch danach zum eigentlich katalytisch aktiven Material (dem ionenausgetauschten Aluminosilikat) hinzugefügt werden kann. Als solches wird der Wandflussfilter mit einer Suspension aus dem katalytisch aktiven Material enthaltend den Binder beschichtet. Der Wandflussfilter zeigt vorteilhafter Weise eine Gesamtbeladung mit dem zweite Katalysator von 60 - 200 g/L, vorzugsweise 70 - 160 g/L und besonders bevorzugt 80 - 150 g/L. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der der zweite Katalysator in den Wandporen und auf den Wänden des Wandflussfilters lokalisiert ist. Die Verteilung zwischen Aufwand- und Innenwandbeschichtung kann dabei kleiner als 50:50 betragen, bevorzugt kleiner als 40:60 und ganz besonders bevorzugt kleiner als 30:70 bezogen auf das Gewicht der Gesamtbeschichtung liegen (Mit dem Aufwandmaterial ist das Material gemeint, welches auf den Kanalwänden des Filters gelegen ist und daher den Kanal im Querschnitt verkleinert; die Inwandbeschichtung liegt in den Poren des Wandflussfilters vor). Äußerst bevorzugt liegt die Menge des in den Wandporen befindlichen Materials bei 80 -160 g/l, vorzugsweise 90 -160 g/l und ganz bevorzugt bei 100 -150 g/l. Es ist auch möglich auf die Wand eine andere SCR-aktive Substanz aufzubringen als in die Wand und umgekehrt. Gleichfalls kann ein Gemisch von verschiedenen SCR-aktiven Komponenten im Filter vorliegen. Ebenfalls möglich ist die zonierte Anordnung von unterschiedlichen Substanzen zur SCR-Reaktion in einem Filter. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine Ausgestaltung in der der zweite Katalysator in einem Bereich von ≤60%, bevorzugt ≤50% der Länge des Filter vom Ausgang gerechnet lokalisiert ist, da hier die größte Hitze bei der Regeneration des Filters entsteht. Der Rest des Filters kann dann eine andere SCR-aktive Beschichtung aufweisen, z.B. eine auf Basis eines CuCHA-Zeolithen. Wichtig ist lediglich, dass der eingesetzte Filter in irgendeiner Art und Weise die entsprechenden SCR-aktiven Komponenten vom LEV-Typ in einer Menge aufweist, dass die oben definierten Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Insbesondere sollte der erfindungsgemäße Filter nach einer hydrothermalen Alterung von 16 Stunden bei 900°C noch mindestens 85% des NOx-Umsatzes über den WLTC gemessen zeigen, verglichen mit einem für 16 Stunden bei 800°C hydrothermal gealterten Material. Hierbei ist das zu behandelnde Abgasgemisch so aufgebaut, dass es zwischen 30-Vol.% und 40-Vol.% NO2 im NOx im WLTC-Zyklusdurchschnitt enthält.In order to ensure a corresponding activity in the catalytic reaction of the exhaust gas components, in particular the reduction of the nitrogen oxide on the second catalyst, a certain loading of the filter with the catalytically active material of the second catalyst is necessary. In this case, the material in addition to the metal ion-exchanged with Fe ions or Cu ions aluminosilicate of the structural type LEV further components, in particular a binder based on a high surface area, heat stable metal oxide. Such binders commonly consist of high surface area, heat stable oxides selected from the group of alumina, silica, zirconia, titania or mixtures thereof. Preferably, a high surface area, heat stable alumina is used in this regard. The binder is preferably present in an amount of less than 20% by weight, preferably from 15% by weight to 8% by weight and very particularly preferably from 14% by weight to 10% by weight, in the catalytically active material , It should be noted that the binder can be added to the actual catalytically active material (the ion-exchanged aluminosilicate) both before the actual ion exchange and thereafter. As such, the wall flow filter is coated with a suspension of the catalytically active material containing the binder. The wall-flow filter advantageously exhibits a total charge of 60-200 g / l, preferably 70-160 g / l, and particularly preferably 80-150 g / l with the second catalyst. Very particular preference is given to an embodiment in which the second catalyst is located in the wall pores and on the walls of the wall-flow filter. The distribution between the expense and inner wall coating can be less than 50:50, preferably less than 40:60 and most preferably less than 30:70 based on the weight of the overall coating (with the effort material is meant the material which on the Channel wall of the filter is located and therefore the channel in cross-section reduced, the Inwandbeschichtung is in the pores of the wall flow filter before). Most preferably, the amount of material in the wall pores is 80-160 g / l, preferably 90-160 g / l, and more preferably 100-150 g / l. It is also possible to apply another SCR-active substance to the wall than to the wall and vice versa. Likewise, a mixture of different SCR active components may be present in the filter. Also possible is the zoned arrangement of different substances for the SCR reaction in a filter. Preferred in this context is an embodiment in which the second catalyst is located in a range of ≦ 60%, preferably ≦ 50% of the length of the filter calculated from the output, since the greatest heat is produced during the regeneration of the filter. The remainder of the filter may then have another SCR-active coating, eg one based on a CuCHA zeolite. It is only important that the filter used in some way have the corresponding LEV-type SCR-active components in an amount that achieves the above-defined objects of the present invention. In particular, the filter according to the invention after a hydrothermal aging of 16 hours at 900 ° C should still show at least 85% of the NOx conversion measured over the WLTC, compared with a material hydrothermally aged for 16 hours at 800 ° C. Here, the exhaust gas mixture to be treated is designed to contain between 30 vol.% And 40 vol.% NO 2 in NOx in the WLTC cycle average.
Weitere bevorzugte Systemausgestaltungen enthalten zum Beispiel Ammoniaksperrkatalysator (ASC, AMOX) nach dem zweiten Katalysator im Abgasstrang. Ammoniaksperrkatalysator wirken auf Ammoniak oxidierend, sodass dieser vorzugsweise zu Stickstoff oxidiert wird. Derartige Katalysatoren sind im Stand der Technik in Form von platinhaltigen Oxidationskatalysatoren und/oder Kupfer enthaltende Zeolithe beschrieben worden (
In einer weiteren bevorzugten Alternative kann abstromseitig vom Wandflussfilter und ggf. anstromseitig von einem Ammoniaksperrkatalysator auch ein weiterer SCR-Katalysator vorhanden sein. Der Typ dieses SCR-Katalysators kann vom Fachmann frei gewählt werden. Vorzugsweise kommen diesbezüglich Katalysatoren zum Einsatz, deren katalytisch aktives Material aus der Gruppe der übergangsmetallausgetauschten Zeolithe oder zeolithähnlichen Materialien ausgewählt ist. Derartige Verbindungen sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Bevorzugt sind diesbezüglich Materialien aus der Gruppe bestehend aus Levynit, AEI, KFI, Chabazit, SAPO-34, SAPO-35, Zeolith β und ZSM-5. Besonders bevorzugt werden Zeolithe bzw. zeolithähnliche Materialien vom Chabazit-Typ, insbesondere CHA oder SAPO-34, sowie LEV verwendet. Diese Materialien sind, um eine ausreichende Aktivität zu gewährleisten, vorzugsweise mit Übergangsmetallen aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Kupfer, Cer, Mangan und Silber oder Mischungen davon versehen. Ganz besonders vorteilhaft ist Kupfer und/oder Eisen in diesem Zusammenhang zu nennen. Das Metall zu Gerüstaluminium- oder beim SAPO-34 Gerüstsilizium-Verhältnis liegt in der Regel zwischen 0,3 und 0,5, vorzugsweise bei 0,4 - 0,48 für die ionenausgetauschten Metallionen. Der Fachmann weiß dabei, wie er die zeolithischen (Zeolithe oder zeolithähnliche Materialien) Materialienmit den Übergangsmetallen zu versehen hat (
Die Ammoniakspeicherfähigkeit des in den angesprochenen Katalysatoren verwendeten SCR-aktiven Materials, insbesondere des zeolithischen Materials der eingesetzten SCR-Katalysatoren sollte im Frischzustand bei einer Messtemperatur von 200°C mehr als 0.9 g NH3 pro Liter Katalysatorvolumen, bevorzugt zwischen 0.9 und 2.5 g NH3 pro Liter Katalysatorvolumen und besonders bevorzugt zwischen 1.2 und 2.0 g NH3/Liter Katalysatorvolumen und ganz besonders bevorzugt zwischen 1.5 und 1.8 g NH3/Liter Katalysatorvolumen betragen. Die Ammoniakspeicherfähigkeit wird mit Hilfe einer Synthesegasanlage bestimmt werden. Hierzu wird der Katalysator zunächst bei 600°C mit NOhaltigem Synthesegas konditioniert, um Ammoniak Rückstände im Bohrkern vollständig zu entfernen. Nach Abkühlen des Gases auf 200°C wird anschließend, bei einer Raumgeschwindigkeit von z.B. 30000 h-1, so lange Ammoniak in das Synthesegas dosiert, bis der Ammoniakspeicher des Bohrkerns vollständig gefüllt ist und die gemessene Ammoniakkonzentration nach dem Bohrkern der Eingangskonzentration entspricht. Die Ammoniakspeicherfähigkeit ergibt sich aus der Differenz der insgesamt dosierten und der abstromseitig gemessenen Ammoniakmenge bezogen auf das Katalysatorvolumen. Das Synthesegas ist hierbei typischerweise aus 450 ppm NH3, 5% Sauerstoff, 5% Wasser und Rest Stickstoff zusammengesetzt.The ammonia storage capacity of the SCR-active material used in the catalysts mentioned, in particular the zeolitic material of the SCR catalysts used in the fresh state at a measurement temperature of 200 ° C more than 0.9 g NH 3 per liter of catalyst volume, preferably between 0.9 and 2.5 g NH 3 per liter catalyst volume and more preferably between 1.2 and 2.0 g NH 3 / liter of catalyst volume, and most preferably between 1.5 and 1.8 g NH 3 / liter of catalyst volume. The ammonia storage capacity will be determined by means of a synthesis gas plant. For this purpose, the catalyst is first conditioned at 600 ° C with NO-containing synthesis gas to completely remove ammonia residues in the core. After the gas has been cooled to 200 ° C., ammonia is then metered into the synthesis gas at a space velocity of, for example, 30000 h -1 until the ammonia storage of the drill core is completely filled and the measured ammonia concentration after the drill core corresponds to the initial concentration. The ammonia storage capacity results from the difference between the total metered and the downstream measured ammonia amount based on the catalyst volume. The synthesis gas is typically composed of 450 ppm NH 3 , 5% oxygen, 5% water and the remainder nitrogen.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem besteht wie oben ausführlich beschrieben mindestens aus einem ersten und einem zweiten Katalysator. Die Katalysatoren können nach Maßgabe des Fachmanns unter dem Auto verbaut werden. Eine bevorzugte Ausführungsform geht davon aus, dass der erste Katalysator in einer motornahen (cc) Position verbaut wird, während der zweite und gegebenenfalls weitere Katalysator(en) im Unterboden des Fahrzeugs befindlich ist (sind) (uf-Bereich).The exhaust aftertreatment system according to the invention consists, as described in detail above, at least of a first and a second catalyst. The catalysts can be installed under the car according to the expert. A preferred embodiment assumes that the first catalyst is installed in a near-engine (cc) position, while the second and optionally further catalyst (s) is located in the underbody of the vehicle (uf area).
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zur Reinigung des Abgases mager verbrennender Automotoren. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man das vom Motor emittierte Abgas über ein wie eben beschriebenes System zur Abgasnachbehandlung leitet, bevor es in die Umgebungsluft abgegeben wird. Bei dem Verfahren kann externer Ammoniak oder eine Ammoniakvorläuferverbindung zwischen dem ersten Katalysator und dem zweiten Katalysator zugegeben werden. Es ist jedoch auch möglich, sofern der erste Katalysator ein Stickoxidspeicher-und Reduktionskatalysator ist (NSC, NSR), den Ammoniak in situ durch Überreduktion der im Stickoxidspeicherkatalysator befindlichen Stickoxide zu generieren und im zweiten Katalysator für die weitere Reduktion von Stickoxiden zu speichern. Derartige Verfahren sind dem Fachmann wohl bekannt (H. Noack, F. Welsch, J. Kreuz, Baron, Bremm; NSC and SCR as components in a modular system for sustainable solutions of passenger car exhaust aftertreatment; 24th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology, 2015).In a further aspect, the present invention also relates to a method for purifying the exhaust gas of lean-burn car engines. The method is characterized by passing the exhaust gas emitted from the engine via an exhaust aftertreatment system as just described before it is released into the ambient air. In the process, external ammonia or an ammonia precursor compound may be added between the first catalyst and the second catalyst. However, if the first catalyst is a nitrogen oxide storage and reduction catalyst (NSC, NSR), it is also possible to generate the ammonia in situ by over-reduction of the nitrogen oxides present in the nitrogen oxide storage catalyst and to store it in the second catalyst for the further reduction of nitrogen oxides. Such methods are well known to those skilled in the art (H.Noack, F. Welsch, J. Cross, Baron, Bremm; NSC and SCR as components in a modular system for sustainable solutions of passenger car exhaust aftertreatment; 24th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology, 2015).
Flow-Through-Monolithe sind im Stand der Technik übliche Katalysatorträger, die wie im Fall der oben genannten Filtermaterialien aus Metall oder keramischen Materialien bestehen können. Bevorzugt werden feuerfeste Keramiken wie zum Beispiel Cordierit eingesetzt. Die Flow-Through-Monolithe aus Keramik besitzen meist eine wabenförmige Struktur von rechteckiger, quadratischer, dreieckiger oder sechseckiger Geometrie, die aus durchgehenden Kanälen bestehen, weshalb Flow-Through-Monolithe auch als Kanal-Fluss-Monolithe bezeichnet werden. Das Abgas kann durch die Kanäle strömen und kommt dabei mit den Kanalwänden in Kontakt, welche mit einer katalytisch aktiven Substanz und evtl. einem Speichermaterial beschichtet sind. Die Anzahl der Kanäle pro Fläche wird durch die Zelldichte charakterisiert, welche üblicher Weise zwischen 300 und 900 Zellen pro Quadrat inch (cells per square inch, cpsi) liegt. Die Wanddicke der Kanalwände beträgt bei Keramiken zwischen 0,5 - 0,05 mm.Flow-through monoliths are conventional catalyst carriers in the art which, as in the case of the abovementioned filter materials, can consist of metal or ceramic materials. Preference is given to refractory ceramics such Example cordierite used. The ceramic flow-through monoliths usually have a honeycomb structure of rectangular, square, triangular or hexagonal geometry consisting of continuous channels, which is why flow-through monoliths are also referred to as channel flow monoliths. The exhaust gas can flow through the channels and comes into contact with the channel walls, which are coated with a catalytically active substance and possibly a storage material. The number of channels per area is characterized by the cell density, which is usually between 300 and 900 cells per square inch (cpsi). The wall thickness of the channel walls is between 0.5 and 0.05 mm for ceramics.
Als Partikelfilter können alle im Stand der Technik üblichen Filterkörper aus bevorzugt keramischen Substraten vom Wandflusstyp eingesetzt werden. Bevorzugt werden poröse Wandflussfiltersubstrate aus Cordierit, Siliziumcarbid oder Aluminiumtitanat eingesetzt. Diese Wandflussfiltersubstrate weisen An- und Abströmkanäle auf, wobei jeweils die abströmseitigen Enden der Anströmkanäle und die anströmseitigen Enden der Abströmkanäle gegeneinander versetzt mit gasdichten „Stopfen“ verschlossen sind. Hierbei wird das zu reinigende Abgas, das das Filtersubstrat durchströmt, zum Durchtritt durch die poröse Wand zwischen An- und Abströmkanal gezwungen, was eine exzellente Partikelfilterwirkung bedingt. Durch die Porosität, Poren-/Radienverteilung, und Dicke der Wand kann die Filtrationseigenschaft für Partikel ausgelegt werden. Das Katalysatormaterial kann in Form von Beschichtungen in und/ oder auf den porösen Wänden zwischen An- und Abströmkanälen vorliegen. Es können vorliegend auch Filter zum Einsatz kommen, die direkt oder mithilfe von Bindern aus den entsprechenden Katalysatormaterialien extrudiert wurden, das heißt, dass die porösen Wände direkt aus dem Katalysatormaterial bestehen, wie es beispielsweise im Falle von SCR-Katalysatoren auf Zeolith- oder Vanadiumbasis der Fall sein kann. Diese ausführungsform ist vorliegend mitumfasst. Auch derartige extrudierte SCR-Filter können zusätzlich eine wie oben beschriebene SCR-Beschichtung in und/oder auf den porösen Wänden aufweisen. Bevorzugt einzusetzende Filtersubstrate können der
Unter dem Begriff des Beschichtens wird das Aufbringen von katalytisch aktiven Materialien und/oder Speicherkomponenten auf einen weitgehend inerten Tragkörper verstanden, welcher wie ein zuvor beschriebener Wall-Flow-Filter (Wandflussfilter) bzw. Flow-Through-Monolith (Durchflussmonolith) aufgebaut sein kann. Die Beschichtung übernimmt die eigentliche katalytische Funktion und enthält Speichermaterialien und/oder katalytisch aktive Metalle, die meist in hoch disperser Form auf temperaturstabilen, hochoberflächigen Metalloxiden abgeschieden sind. Die Beschichtung erfolgt meist durch das Aufbringen einer wässrigen Suspension der Speichermaterialien und katalytisch aktiven Komponenten - auch Washcoat genannt - auf oder in die Wand des inerten Tragkörpers. Nach dem Aufbringen der Suspension wird der Träger getrocknet und gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur kalziniert. Die Beschichtung kann aus einer Schicht bestehen oder aus mehreren Schichten aufgebaut sein, die übereinander (mehrschichtig) und/ oder versetzt zueinander (gezont) auf einen Tragkörper aufgebracht werden.The term coating is understood to mean the application of catalytically active materials and / or storage components to a largely inert support body, which can be constructed like a previously described wall-flow filter or flow-through monolith. The coating takes on the actual catalytic function and contains storage materials and / or catalytically active metals, which are usually deposited in highly disperse form on temperature-stable, high-surface area metal oxides. The coating is usually carried out by applying an aqueous suspension of the storage materials and catalytically active components - also called washcoat - on or in the wall of the inert support body. After application of the suspension, the support is dried and optionally calcined at elevated temperature. The coating may consist of a layer or be composed of several layers, which are applied one above the other (multi-layered) and / or staggered (zoned) to a support body.
Zusätzlich zu der eigentlichen katalytisch aktiven Beschichtung kann der Washcoat zusätzlich weitere Materialien enthalten, welche die katalytische Funktion des katalytisch aktiven Materials und/oder der Speicherkomponenten unterstützt jedoch nicht aktiv in die Reaktion eingreifen. Hier zum Einsatz kommende Materialien sind weitere dem Fachmann bekannte Additive, insbesondere sogenannte Binder. Letztere sorgen unter anderem dafür, dass die an der Reaktion beteiligten Materialien und Komponenten ausreichend fest auf dem entsprechenden Substrat haften können. Als solche Materialien kommen vorliegend vorzugsweise ggf. dotierte hochoberflächige Aluminiumoxide zum Einsatz. Der Binder wird in einer bestimmten Menge von bis zu 20 Gew.-% im jeweiligen katalytisch aktiven Material verwendet.In addition to the actual catalytically active coating, the washcoat can additionally contain other materials which support the catalytic function of the catalytically active material and / or the storage components but do not actively intervene in the reaction. Materials used here are further additives known to the person skilled in the art, in particular so-called binders. Among other things, the latter ensure that the materials and components involved in the reaction can adhere sufficiently firmly to the corresponding substrate. In the present case, preferably optionally doped high surface area aluminas are used as such materials. The binder is used in a specific amount of up to 20 wt .-% in the respective catalytically active material.
Sofern von Unterboden (uf) die Rede ist, so bezieht sich dies im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auf einen Bereich im Fahrzeug, bei dem der Katalysator im Abstand von 0,2 - 3,5 m, mehr bevorzugt 0,5 - 2 m und ganz besonders bevorzugt 0,7 - 1,5 m nach Ende des ersten motornahen Katalysators der wenigstens zwei Katalysatoren, vorzugsweise unter der Fahrerkabine angebracht ist.If subsoil (uf) is mentioned, this refers in the context of the present invention to an area in the vehicle in which the catalyst is at a distance of 0.2-3.5 m, more preferably 0.5-2 m and most preferably 0.7 to 1.5 m after the end of the first close-coupled catalyst of at least two catalysts, preferably mounted under the driver's cab.
Als motornah (cc) wird im Rahmen dieser Erfindung eine Anordnung des Katalysators in einem Abstand vom Abgasauslass der Zylinder des Motors von weniger als 120 cm, bevorzugt weniger als 100 cm und ganz besonders bevorzugt weniger als 50 cm bezeichnet. Bevorzugt ist der motornahe Katalysator direkt nach der Zusammenführung der Abgaskrümmer in die Abgasleitung angeordnet.As close to the engine (cc) is referred to in the context of this invention, an arrangement of the catalyst at a distance from the exhaust outlet of the cylinder of the engine of less than 120 cm, preferably less than 100 cm and most preferably less than 50 cm. Preference is given to the close-coupled catalyst arranged directly after the merger of the exhaust manifold in the exhaust pipe.
Das Verbrennungsluftverhältnis (A/F-Verhältnis; Luft/Kraftstoffverhältnis) setzt die tatsächlich für eine Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmasse mL,tats ins Verhältnis zur mindestens notwendigen stöchiometrischen Luftmasse mL,st, die für eine vollständige Verbrennung benötigt wird:
Ist λ = 1, so gilt das Verhältnis als stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis mit mL,tats = mL,st; das ist der Fall, wenn alle Brennstoff-Moleküle theoretisch vollständig mit dem Luftsauerstoff reagieren können, ohne dass Sauerstoff fehlt oder unverbrannter Sauerstoff übrig bleibt.If λ = 1, then the ratio is considered to be a stoichiometric combustion air ratio with m L, tats = m L, st ; this is the case if theoretically all fuel molecules can completely react with atmospheric oxygen without any oxygen missing or unburned oxygen left over.
Für Verbrennungsmotoren gilt:
- λ < 1 (z. B. 0,9) bedeutet „Luftmangel“: fettes oder auch reiches Abgasgemisch
- λ > 1 (z. B. 1,1) bedeutet „Luftüberschuss“: mageres oder auch armes Abgasgemisch
- λ <1 (eg 0.9) means "lack of air": rich or rich exhaust gas mixture
- λ> 1 (eg 1.1) means "excess air": lean or poor exhaust gas mixture
Aussage: λ = 1,1 bedeutet, dass 10% mehr Luft vorhanden ist, als zur stöchiometrischen Reaktion notwendig wäre. Dies wird gleichzeitig als Luftüberschuss bezeichnet. Vorzugsweise wird während der Regeneration jedoch ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aufrechterhalten, welches einem Lambda-Wert von 0,8 bis 1 entspricht. Besonders bevorzugt liegt dieser Wert zwischen 0,85 und 0,99, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,95 und 0,99.Statement: λ = 1.1 means that 10% more air is present than would be necessary for the stoichiometric reaction. This is also called excess air. Preferably, however, an air-fuel mixture is maintained during the regeneration, which corresponds to a lambda value of 0.8 to 1. This value is particularly preferably between 0.85 and 0.99, very particularly preferably between 0.95 and 0.99.
Sofern im vorliegenden Text von mager verbrennenden Automotoren die Rede ist, so wird hiermit hauptsächlich auf Dieselmotoren und überwiegend im Mittel mager verbrennende Ottomotoren Bezug genommen. Letztere sind überwiegend im Mittel mit magerem A/F-Verhältnis (Luft/Kraftstoff-Verhältnis) betriebene Benzinmotoren. Der Ausdruck „überwiegend im Mittel“ nimmt dabei Rücksicht auf die Tatsache, dass moderne Benzinmotoren nicht statisch bei einem festen Luft/Kraftstoffverhältnis (A/F-Verhältnis; λ-Wert) betrieben werden. Z.B. werden Dreiwegkatalysatoren, die Sauerstoffspeichermaterial enthalten, durch Ottomotoren mit Abgas mit einem diskontinuierlichen Verlauf der Luftzahl λ beaufschlagt. Sie unterlaufen in definierter Weise einem periodischen Wechsel der Luftzahl λ und somit einem periodischen Wechsel von oxidierenden und reduzierenden Abgasbedingungen. Dieser Wechsel der Luftzahl λ ist in beiden Fällen wesentlich für das Abgasreinigungsergebnis. Hierzu wird der λ-Wert des Abgases mit sehr kurzer Zyklenzeit (ca. 0,5 bis 5 Hertz) und einer Amplitude Δλ von 0,005 ≤ Δλ ≤ 0,07 um den Wert λ = 1 (reduzierende und oxidierende Abgasbestandteile liegen in stöchiometrischem Verhältnis zueinander vor) geregelt. Im Durchschnitt ist in solchen Betriebszuständen daher das Abgas als „im Mittel“ stöchiometrisch zu bezeichnen. Damit sich diese Abweichungen nicht nachteilig auf das Abgasreinigungsergebnis bei Überleiten des Abgases über den Dreiwegkatalysator auswirken, gleichen die im Katalysator enthaltenen Sauerstoffspeichermaterialien diese Abweichungen bis zu einem gewissen Grad aus, indem sie Sauerstoff nach Bedarf aus dem Abgas aufnehmen oder ins Abgas abgeben (Catalytic Air Pollution Control, Commercial Technology, R. Heck et al., 1995, S. 90). Aufgrund der dynamischen Betriebsweise des Motors im Fahrzeug treten zeitweise jedoch auch weitere Abweichungen von diesem Zustand auf. Zum Beispiel bei extremen Beschleunigungen oder beim Abbremsen im Schubbetrieb können Betriebszustände des Motors und damit des Abgases eingestellt werden, die im Mittel über- oder unterstöchiometrisch sein können. Allerdings weisen die gemäß dieser Erfindung eingesetzten Ottomotoren ein Abgas auf, welches überwiegend, d.h. in der überwiegenden Zeit des Verbrennungsbetriebs ein im Mittel mageres Luft/Kraftstoffverhältnis verbrennt.If in the present text of lean-burn car engines is mentioned, it is hereby referred mainly to diesel engines and mainly on average lean-burn gasoline engines. The latter are mainly on average with lean A / F ratio (air / fuel ratio) powered gasoline engines. The term "predominantly on average" takes account of the fact that modern gasoline engines are not operated statically at a fixed air / fuel ratio (A / F ratio, λ value). For example, Are three-way catalysts containing oxygen storage material acted upon by gasoline engines with exhaust gas with a discontinuous course of the air ratio λ. They undergo a periodic change in the air ratio λ and thus a periodic change of oxidizing and reducing exhaust conditions in a defined manner. This change in the air ratio λ is essential for the exhaust gas purification result in both cases. For this purpose, the λ value of the exhaust gas with a very short cycle time (about 0.5 to 5 hertz) and an amplitude Δλ of 0.005 ≤ Δλ ≤ 0.07 to the value λ = 1 (reducing and oxidizing exhaust gas constituents are in stoichiometric relationship before). On average, therefore, in such operating conditions, the exhaust gas is to be described as "on average" stoichiometric. So that these deviations do not adversely affect the exhaust gas purification result when passing the exhaust gas over the three-way catalyst, the oxygen storage materials contained in the catalyst compensate for these deviations to a certain extent by absorbing oxygen from the exhaust gas as required or releasing it into the exhaust gas (Catalytic Air Pollution Control, Commercial Technology, R. Heck et al., 1995, p. 90). Due to the dynamic operation of the engine in the vehicle, however, other deviations from this condition occur at times. For example, during extreme accelerations or when braking in overrun operating states of the engine and thus the exhaust gas can be adjusted, which may be over-or substoichiometric on average. However, the gasoline engines used in accordance with this invention have an exhaust gas which predominantly, i. burns in the majority of the combustion operation, an average lean air / fuel ratio.
Figurenlistelist of figures
-
1 : Umsatz an NOx über eine CuCHA-Katalysator in Abhängigkeit des NO:NOx-Verhältnisses für verschiedene Temperaturen; Feed: 500ppm NOx, 500ppm NH3, 5% O2, 2% H2O; gezeigt ist die N2-Konzeentration nach dem Katalysator (Metkar et al., Chemical Engineering Science 87, (2013), 51 - 66 1 : Conversion of NOx via a CuCHA catalyst as a function of the NO: NO x ratio for different temperatures; Feed: 500 ppm NOx, 500 ppm NH 3 , 5% O 2 , 2% H 2 O; the N 2 -concentration after the catalyst is shown (Metkar et al., Chemical Engineering Science 87, (2013), 51-66 -
2 : Schematischer Testaufbau zur Bestimmung der NOx Umsätze im WLTC. mit Dieseloxidationskatalysator (DOC), Dieselpartikelfilter mit SCR-Funktionalität (SDPF), Abgasentnahmestellen und Dosiereinheit für die wässrige Urealösung.2 : Schematic test setup for the determination of NOX sales in the WLTC. with diesel oxidation catalyst (DOC), diesel particulate filter with SCR functionality (SDPF), exhaust gas sampling points and dosing unit for the aqueous urea solution. -
3 : Geschwindigkeitsprofil des WLTC des zur Validierung der Katalysatoren verwendeten WLTC (unten), zeitlicher Verlauf der Eingangstemperatur der vermessen SDPFs (Mitte) und NO2:NOx-Molverhältnisse (niedrig und hoch) im Verlauf des WLTC.3 : Velocity profile of the WLTC of the WLTC used to validate the catalysts (bottom), time history of the inlet temperature of the measured SDPFs (center) and NO 2 : NOx molar ratios (low and high) over the course of the WLTC. -
4 : NOx Umsatz im WLTC des Beispielkatalysator SDPF1 und des erfindungsgemäßen Katalysator SDPF2 nach hydrothermaler Alterung bei 800°C bzw. 900°C für jeweils 16h bei einem niedrigen mittleren NO2:NOx-Molverhältnis (16%) und hohen mittleren NO2:NOx-Molverhältnis (36%) im WLTC.4 : NOx conversion in the WLTC of theexample catalyst SDPF 1 and the catalyst SDPF according to theinvention 2 after hydrothermal aging at 800 ° C and 900 ° C respectively for 16h at a low mean NO 2 : NOx molar ratio (16%) and high mean NO 2 : NO x molar ratio (36%) in the WLTC.
Beispiele: Examples:
Herstellung der KatalysatorenPreparation of the catalysts
Beispiel 1: Präparation eines CHA-basierten Katalysators (SDPF 1) auf einem FiltersubstratExample 1: Preparation of a CHA-based catalyst (SDPF 1) on a filter substrate
Es wird eine wässrige Suspension eines Pulvers bestehende aus 92,6% kupferausgetauschtem kommerziellen Chabasit und 7,4 % Al2O3 hergestellt. Dabei besitzt der Zeolith vom Chabasit-Typ ein SiO2/Al2O3-Verhältnis von 30. Der Cu-Gehalt bezogen auf den Zeolith gerechnet als CuO beträgt 4,0 Gew.-%. Die Suspension wird so auf ein handelsübliches Filtersubstrat aufgebracht, dass dessen Beladung nach Trocknung bei 90°C und Kalzinierung bei 550°C mit getrocknetem Material 120 g/L Substratvolumen beträgt.An aqueous suspension of a powder consisting of 92.6% copper exchanged commercial chabazite and 7.4% Al 2 O 3 is prepared. In this case, the chalcazite-type zeolite has an SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 30. The Cu content, based on the zeolite, calculated as CuO is 4.0% by weight. The suspension is applied to a commercial filter substrate such that its loading after drying at 90 ° C and calcination at 550 ° C with dried material is 120 g / L substrate volume.
Beispiel 2: Präparation eines erfindungsgemäß eingesetzten LEV-basierten Katalysators (SDPF 2) auf einem FiltersubstratExample 2: Preparation of a LEV-based catalyst (SDPF 2) used according to the invention on a filter substrate
Es wird eine wässrige Suspension von kupferausgetauschtem kommerziellen Levyne (Cu-LEV, 2h bei 850°C kalziniert) mit einem SiO2/Al2O3-Verhältnis von 31 und einem Cu-Gehalt von 3,5 Gew.-% gerechnet als CuO bezogen auf den Zeolith und eines Boehmit-Sols mit einem Gehalt von 20 Gewichtsprozent Al2O3 hergestellt, so dass der Gewichtsprozentanteil des kupferausgetauschten Levyne (LEV) 88 % und der Gewichtsprozentanteil des Al2O3 12 % im getrockneten Material beträgt. Das im Material vorliegende Verhältnis von im LEV ionenausgetauschten zu nicht-ionenausgetauschten Cu liegt bei ca. 80:20. Die Suspension wird so in ein handelsübliches Filtersubstrat aufgebracht, dass dessen Beladung in den Poren nach Trocknung bei 90°C und Kalzinierung bei 550°C mit getrocknetem Material 120 g/L Substratvolumen beträgt.It is an aqueous suspension of copper-exchanged commercial Levyne (Cu-LEV, 2h calcined at 850 ° C for 2h) with a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 31 and a Cu content of 3.5 wt .-% calculated as CuO based on the zeolite and a boehmite sol having a content of 20 weight percent Al 2 O 3 prepared so that the weight percentage of the copper-exchanged Levyne (LEV) 88% and the weight percentage of Al 2 O 3 12% in the dried material. The ratio of LEV ion-exchanged to non-ion-exchanged Cu is approximately 80:20. The suspension is applied in a commercial filter substrate so that its loading in the pores after drying at 90 ° C and calcination at 550 ° C with dried material 120 g / L substrate volume.
Definition der hydrothermalen AlterungDefinition of hydrothermal aging
Die Alterung der oben genannten Katalysatoren wurde in einem handelsüblichen Ofen in hydrothermaler Atmosphäre (10% H2O, 10% O2, Rest N2) für eine Haltezeit von 16h bei einer Temperatur von 800°C bzw. 900°C durchgeführt.The aging of the above catalysts was carried out in a commercial furnace in a hydrothermal atmosphere (10% H 2 O, 10% O 2 , balance N 2 ) for a holding time of 16 h at a temperature of 800 ° C and 900 ° C, respectively.
Testverfahrentest method
Die Testung wurde an einem Dieselmotorprüfstand mit einem handelsüblichen 3.0 L Dieselmotor durchgeführt.
Die unterschiedlichen NO2:NOx-Molverhältnisse im WLTC wurden durch Verwendung unterschiedlich gealterter Dieseloxidationskatalysatoren eingestellt.The test was carried out on a diesel engine test bench with a standard 3.0 L diesel engine.
The different NO 2 : NOx molar ratios in the WLTC were adjusted by using different aged diesel oxidation catalysts.
Resultateresults
Nach einer hydrothermalen Alterung bei 800°C für 16 h unterscheiden sich die NOx Umsätze des erfindungsgemäß eingesetzten Katalysators SDPF
Nach einer hydrothermalen Alterung bei 900°C für 16 h liegen die NOx Umsätze des handelsüblichen Katalysators SDPF
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2005016497 A1 [0006]WO 2005016497 A1 [0006]
- US 2011274601 A1 [0006]US 2011274601 A1 [0006]
- US 4867954 [0009]US 4867954 [0009]
- WO 2008132452 A2 [0009]WO 2008132452 A2 [0009]
- WO 2008118434 [0009]WO 2008118434 [0009]
- WO 2016024193 A1 [0009]WO 2016024193 A1 [0009]
- EP 1054722 B1 [0009, 0013]EP 1054722 B1 [0009, 0013]
- JP 8103636 A [0009]JP 8103636 A [0009]
- DE 2832002 A1 [0009, 0013]DE 2832002 A1 [0009, 0013]
- JP 8042329 [0009]JP 8042329 [0009]
- US 7005116 [0009]US 7005116 [0009]
- EP 1147801 B1 [0013]EP 1147801 B1 [0013]
- WO 2017093720 A1 [0016]WO 2017093720 A1 [0016]
- WO 201603253 A1 [0016]WO 201603253 A1 [0016]
- US 2016341091 AA [0016]US 2016341091 AA [0016]
- DE 202015004981 [0016]DE 202015004981 [0016]
- WO 2015150805 A1 [0016]WO 2015150805 A1 [0016]
- WO 2015110817 A1 [0016]WO 2015110817 A1 [0016]
- WO 14164876 A1 [0017]WO 14164876 A1 [0017]
- WO 16141140 A1 [0017]WO 16141140 A1 [0017]
- WO 20150853030 A1 [0017]WO 20150853030 A1 [0017]
- WO 2015143225 A1 [0017]WO 2015143225 A1 [0017]
- WO 2017001828 A1 [0017]WO 2017001828 A1 [0017]
- US 2016341091 [0017]US 2016341091 [0017]
- WO 2016151296 A1 [0017]WO 2016151296 A1 [0017]
- WO 2016135465 [0017]WO 2016135465 [0017]
- GB 2538877 A1 [0017]GB 2538877 A1 [0017]
- WO 2016079507 [0017]WO 2016079507 [0017]
- EP 2985068 A1 [0018]EP 2985068 A1
- EP 2982434 A1 [0018]EP 2982434 A1 [0018]
- WO 10114873 A2 [0018]WO 10114873 A2 [0018]
- WO 08106518 A2 [0019]WO 08106518 A2 [0019]
- EP 324082 A1 [0020, 0029]EP 324082 A1 [0020, 0029]
- WO 1309270711 A1 [0020, 0029]WO 1309270711 A1 [0020, 0029]
- WO 2008/132452 A2 [0026]WO 2008/132452 A2 [0026]
- EP 2117707 A1 [0028]EP 2117707 A1 [0028]
- WO 201603249 A1 [0028]WO 201603249 A1 [0028]
- WO 2011140251 A2 [0028]WO 2011140251 A2 [0028]
- WO 2012132095 A1 [0028]WO 2012132095 A1 [0028]
- WO 2010062730 A2 [0028]WO 2010062730 A2 [0028]
- EP 1309775 A1 [0034]EP 1309775 A1 [0034]
- EP 2042225 A1 [0034]EP 2042225 A1 [0034]
- EP 1663458 A1 [0034]EP 1663458 A1 [0034]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Tünter et al., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1985, 25, 633 - 636 [0013]Tünter et al., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1985, 25, 633-636 [0013]
- Kato et al., J. Phys. Chem. 1981, 85, 4099 - 4102 [0013]Kato et al., J. Phys. Chem. 1981, 85, 4099 - 4102 [0013]
- Kasaoka et al., Nippon Kagaku Kaishi, 6 (1978), p. 874 - 881 [0013]Kasaoka et al., Nippon Kagaku Kaishi, 6 (1978), p. 874-881 [0013]
- Metkar et al., Chemical Engineering Science 87, (2013), 51 - 66 [0043]Metkar et al., Chemical Engineering Science 87, (2013), 51-66. [0043]
Claims (14)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017120395 | 2017-09-05 | ||
DE102017120395.8 | 2017-09-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018121503A1 true DE102018121503A1 (en) | 2019-03-07 |
Family
ID=65364247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018121503.7A Pending DE102018121503A1 (en) | 2017-09-05 | 2018-09-04 | Exhaust gas purification with NO oxidation catalyst and SCR-active particle filter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018121503A1 (en) |
Citations (38)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2832002A1 (en) | 1977-07-20 | 1979-01-25 | Babcock Hitachi Kk | PROCESS FOR THE REDUCTION AND REMOVAL OF NITROGEN OXIDES FROM GASES |
EP0324082A1 (en) | 1987-11-25 | 1989-07-19 | Uop | Synthesis process of non-zeolitic molecular sieves |
US4867954A (en) | 1988-04-07 | 1989-09-19 | Uop | Catalytic reduction of nitrogen oxides |
JPH0842329A (en) | 1994-07-29 | 1996-02-13 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | Exhaust emission control device for engine |
JPH08103636A (en) | 1994-10-06 | 1996-04-23 | Babcock Hitachi Kk | Low-temperature denitrator |
EP1054722B1 (en) | 1998-02-06 | 2001-12-05 | Johnson Matthey Public Limited Company | System for nox reduction in exhaust gases |
EP1309775A1 (en) | 2000-08-15 | 2003-05-14 | Engelhard Corporation | Exhaust system for enhanced reduction of nitrogen oxides and particulates from diesel engines |
EP1147801B1 (en) | 2000-04-22 | 2004-09-15 | Umicore AG & Co. KG | Process for the selective reduction of nitrogen oxides |
WO2005016497A1 (en) | 2003-08-05 | 2005-02-24 | Engelhard Corporation | Emission treatment system and method using a scr filter |
WO2008106518A2 (en) | 2007-02-27 | 2008-09-04 | Basf Catalysts Llc | Scr on low thermal mass filter substrates |
WO2008118434A1 (en) | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Pq Corporation | Novel microporous crystalline material comprising a molecular sieve or zeolite having an 8-ring pore opening structure and methods of making and using same |
WO2008132452A2 (en) | 2007-04-26 | 2008-11-06 | Johnson Matthey Public Limited Company | Transition metal/zeolite scr catalysts |
EP2042225A1 (en) | 2007-09-28 | 2009-04-01 | Umicore AG & Co. KG | Removal of particles from exhaust gas from combustion engines run on a primarily stoichiometric air/fuel mixture |
EP2117707A1 (en) | 2007-02-27 | 2009-11-18 | Basf Catalysts Llc | Copper cha zeolite catalysts |
WO2010062730A2 (en) | 2008-11-03 | 2010-06-03 | Basf Catalysts Llc | Integrated scr and amox catalyst systems |
WO2010114873A2 (en) | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Basf Catalysts Llc | Emissions treatment system with ammonia-generating and scr catalysts |
US20110274601A1 (en) | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Basf Corporation | Catalyzed Soot Filter And Emissions Treatment Systems and Methods |
WO2011140251A2 (en) | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Basf Corporation | Integrated scr and amox catalyst systems |
WO2012132095A1 (en) | 2011-03-31 | 2012-10-04 | エヌ・イー ケムキャット株式会社 | Ammonia oxidation catalyst, exhaust gas purification device using same, and exhaust gas purification method |
WO2014164876A1 (en) | 2013-03-13 | 2014-10-09 | Basf Corporation | Nox storage catalyst with improved hydrothermal stability and nox conversion |
WO2015085303A1 (en) | 2013-12-06 | 2015-06-11 | Johnson Matthey Public Limited Company | Passive nox adsorber comprising noble metal and small pore molecular sieve |
WO2015110817A1 (en) | 2014-01-23 | 2015-07-30 | Johnson Matthey Public Limited Company | Diesel oxidation catalyst and exhaust system |
WO2015143225A1 (en) | 2014-03-21 | 2015-09-24 | SDCmaterials, Inc. | Compositions for passive nox adsorption (pna) systems |
WO2015150805A1 (en) | 2014-04-01 | 2015-10-08 | Johnson Matthey Public Limited Company | DIESEL OXIDATION CATALYST WITH NOx ADSORBER ACTIVITY |
WO2016003253A1 (en) | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for image capturing and simultaneous depth extraction |
WO2016003249A1 (en) | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for preventing overlap between reception and transmission by user equipment in wireless communication system |
EP2982434A1 (en) | 2014-08-05 | 2016-02-10 | Umicore AG & Co. KG | Catalyst for reducing nitrogen oxides |
EP2985068A1 (en) | 2014-08-13 | 2016-02-17 | Umicore AG & Co. KG | Catalyst system for the reduction of nitrogen oxides |
WO2016024193A1 (en) | 2014-08-12 | 2016-02-18 | Johnson Matthey Public Limited Company | Exhaust system with a modified lean noxtrap |
DE202015004981U1 (en) | 2015-02-11 | 2016-05-12 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | internal combustion engine |
WO2016079507A1 (en) | 2014-11-19 | 2016-05-26 | Johnson Matthey Public Limited Company | Combining scr with pna for low temperature emission control |
WO2016135465A1 (en) | 2015-02-26 | 2016-09-01 | Johnson Matthey Public Limited Company | PASSIVE NOx ADSORBER |
WO2016141140A1 (en) | 2015-03-03 | 2016-09-09 | Basf Corporation | NOx ADSORBER CATALYST, METHODS AND SYSTEMS |
WO2016151296A1 (en) | 2015-03-25 | 2016-09-29 | Johnson Matthey Public Limited Company | Passive nox adsorber comprising a noble metal and a molecular sieve having an off framework type |
US20160341091A1 (en) | 2015-05-18 | 2016-11-24 | Ford Global Technologies, Llc | Emissions reduction system |
GB2538877A (en) | 2014-12-08 | 2016-11-30 | Johnson Matthey Plc | Passive NOx adsorber |
WO2017001828A1 (en) | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Johnson Matthey Public Limited Company | PASSIVE NOx ADSORBER |
WO2017093720A1 (en) | 2015-11-30 | 2017-06-08 | Johnson Matthey Public Limited Company | Diesel oxidation catalyst having a capture region for exhaust gas impurities |
-
2018
- 2018-09-04 DE DE102018121503.7A patent/DE102018121503A1/en active Pending
Patent Citations (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2832002A1 (en) | 1977-07-20 | 1979-01-25 | Babcock Hitachi Kk | PROCESS FOR THE REDUCTION AND REMOVAL OF NITROGEN OXIDES FROM GASES |
EP0324082A1 (en) | 1987-11-25 | 1989-07-19 | Uop | Synthesis process of non-zeolitic molecular sieves |
US4867954A (en) | 1988-04-07 | 1989-09-19 | Uop | Catalytic reduction of nitrogen oxides |
JPH0842329A (en) | 1994-07-29 | 1996-02-13 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | Exhaust emission control device for engine |
JPH08103636A (en) | 1994-10-06 | 1996-04-23 | Babcock Hitachi Kk | Low-temperature denitrator |
EP1054722B1 (en) | 1998-02-06 | 2001-12-05 | Johnson Matthey Public Limited Company | System for nox reduction in exhaust gases |
US7005116B2 (en) | 2000-04-22 | 2006-02-28 | Umicore Ag & Co. Kg | Process for reducing nitrogen oxides |
EP1147801B1 (en) | 2000-04-22 | 2004-09-15 | Umicore AG & Co. KG | Process for the selective reduction of nitrogen oxides |
EP1309775A1 (en) | 2000-08-15 | 2003-05-14 | Engelhard Corporation | Exhaust system for enhanced reduction of nitrogen oxides and particulates from diesel engines |
EP1663458A1 (en) | 2003-08-05 | 2006-06-07 | Engelhard Corporation | Emission treatment system and method using a scr filter |
WO2005016497A1 (en) | 2003-08-05 | 2005-02-24 | Engelhard Corporation | Emission treatment system and method using a scr filter |
WO2008106518A2 (en) | 2007-02-27 | 2008-09-04 | Basf Catalysts Llc | Scr on low thermal mass filter substrates |
EP2117707A1 (en) | 2007-02-27 | 2009-11-18 | Basf Catalysts Llc | Copper cha zeolite catalysts |
WO2008118434A1 (en) | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Pq Corporation | Novel microporous crystalline material comprising a molecular sieve or zeolite having an 8-ring pore opening structure and methods of making and using same |
WO2008132452A2 (en) | 2007-04-26 | 2008-11-06 | Johnson Matthey Public Limited Company | Transition metal/zeolite scr catalysts |
EP2042225A1 (en) | 2007-09-28 | 2009-04-01 | Umicore AG & Co. KG | Removal of particles from exhaust gas from combustion engines run on a primarily stoichiometric air/fuel mixture |
WO2010062730A2 (en) | 2008-11-03 | 2010-06-03 | Basf Catalysts Llc | Integrated scr and amox catalyst systems |
WO2010114873A2 (en) | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Basf Catalysts Llc | Emissions treatment system with ammonia-generating and scr catalysts |
US20110274601A1 (en) | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Basf Corporation | Catalyzed Soot Filter And Emissions Treatment Systems and Methods |
WO2011140251A2 (en) | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Basf Corporation | Integrated scr and amox catalyst systems |
WO2012132095A1 (en) | 2011-03-31 | 2012-10-04 | エヌ・イー ケムキャット株式会社 | Ammonia oxidation catalyst, exhaust gas purification device using same, and exhaust gas purification method |
WO2014164876A1 (en) | 2013-03-13 | 2014-10-09 | Basf Corporation | Nox storage catalyst with improved hydrothermal stability and nox conversion |
WO2015085303A1 (en) | 2013-12-06 | 2015-06-11 | Johnson Matthey Public Limited Company | Passive nox adsorber comprising noble metal and small pore molecular sieve |
WO2015110817A1 (en) | 2014-01-23 | 2015-07-30 | Johnson Matthey Public Limited Company | Diesel oxidation catalyst and exhaust system |
WO2015143225A1 (en) | 2014-03-21 | 2015-09-24 | SDCmaterials, Inc. | Compositions for passive nox adsorption (pna) systems |
WO2015150805A1 (en) | 2014-04-01 | 2015-10-08 | Johnson Matthey Public Limited Company | DIESEL OXIDATION CATALYST WITH NOx ADSORBER ACTIVITY |
WO2016003253A1 (en) | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for image capturing and simultaneous depth extraction |
WO2016003249A1 (en) | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for preventing overlap between reception and transmission by user equipment in wireless communication system |
EP2982434A1 (en) | 2014-08-05 | 2016-02-10 | Umicore AG & Co. KG | Catalyst for reducing nitrogen oxides |
WO2016024193A1 (en) | 2014-08-12 | 2016-02-18 | Johnson Matthey Public Limited Company | Exhaust system with a modified lean noxtrap |
EP2985068A1 (en) | 2014-08-13 | 2016-02-17 | Umicore AG & Co. KG | Catalyst system for the reduction of nitrogen oxides |
WO2016079507A1 (en) | 2014-11-19 | 2016-05-26 | Johnson Matthey Public Limited Company | Combining scr with pna for low temperature emission control |
GB2538877A (en) | 2014-12-08 | 2016-11-30 | Johnson Matthey Plc | Passive NOx adsorber |
DE202015004981U1 (en) | 2015-02-11 | 2016-05-12 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | internal combustion engine |
WO2016135465A1 (en) | 2015-02-26 | 2016-09-01 | Johnson Matthey Public Limited Company | PASSIVE NOx ADSORBER |
WO2016141140A1 (en) | 2015-03-03 | 2016-09-09 | Basf Corporation | NOx ADSORBER CATALYST, METHODS AND SYSTEMS |
WO2016151296A1 (en) | 2015-03-25 | 2016-09-29 | Johnson Matthey Public Limited Company | Passive nox adsorber comprising a noble metal and a molecular sieve having an off framework type |
US20160341091A1 (en) | 2015-05-18 | 2016-11-24 | Ford Global Technologies, Llc | Emissions reduction system |
WO2017001828A1 (en) | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Johnson Matthey Public Limited Company | PASSIVE NOx ADSORBER |
WO2017093720A1 (en) | 2015-11-30 | 2017-06-08 | Johnson Matthey Public Limited Company | Diesel oxidation catalyst having a capture region for exhaust gas impurities |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Kasaoka et al., Nippon Kagaku Kaishi, 6 (1978), p. 874 - 881 |
Kato et al., J. Phys. Chem. 1981, 85, 4099 - 4102 |
Metkar et al., Chemical Engineering Science 87, (2013), 51 - 66 |
Tünter et al., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1985, 25, 633 - 636 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1961933B1 (en) | Catalytically activated diesel particulate filter with ammoniac blocking action | |
EP3103979B1 (en) | Catalytic convertor for removing nitrogen oxides from the exhaust gas of diesel engines | |
EP3116630B1 (en) | Catalyst system for gasoline combustion engines, having three-way catalysts and scr catalyst | |
EP3576865B1 (en) | Catalyst for cleaning diesel engine exhaust gases | |
EP3774036A1 (en) | Coated wall-flow filter | |
DE102017129976A1 (en) | NOx adsorber catalyst | |
DE102012213639A1 (en) | Extruded honeycomb catalyst | |
DE102010002425A1 (en) | filter | |
WO2012117042A2 (en) | Catalytically active material and catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides | |
EP3442687A1 (en) | Particle filter having scr-active coating | |
DE102014107669A1 (en) | CATALYTED FILTER FOR TREATMENT OF EXHAUST GAS | |
WO2011057649A1 (en) | Improved diesel oxidation catalytic converter | |
DE102009015592A1 (en) | Aging-stable catalyst for the oxidation of NO to NO2 in exhaust gas streams | |
DE102018107376A1 (en) | Three-layer NOx adsorber catalyst | |
DE102011012799A1 (en) | Catalyst useful for removing nitrogen oxide from an exhaust gas of diesel engine comprises a carrier body of length (L) and a catalytically active coating made of at least one material zone | |
DE102008009672A1 (en) | SCR catalyst with hydrocarbon storage function and catalyst arrangement | |
DE102017100518A1 (en) | System and process for exhaust gas purification while avoiding nitrous oxide | |
DE102018107372A1 (en) | NOx ADSORBER CATALYST | |
DE102014201263A1 (en) | catalyst | |
WO2018069199A1 (en) | Catalytic converter arrangement | |
EP3442686A1 (en) | Catalyst having scr-active coating | |
WO2014128270A1 (en) | Scr catalytic converter having improved nox conversion | |
EP4221871A1 (en) | Bismut containing dieseloxidation catalyst | |
EP3843896B1 (en) | Nitrogen oxide storage catalyst | |
DE102018121503A1 (en) | Exhaust gas purification with NO oxidation catalyst and SCR-active particle filter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R084 | Declaration of willingness to licence |