DE19821056A1

DE19821056A1 - Katalysator zur Reinigung dieselmotorischen Abgases und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19821056A1
Application number: DE19821056A
Authority: DE
Inventors: Ronald Neufert; Wieland Mathes; Juergen Zuerbig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-08-26

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Reinigung die selmotorischen Abgases sowie ein Verfahren zu seiner Herstel lung. Bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff entstehen be kanntlich eine Vielzahl unterschiedlicher Schadstoffe sowie mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Rußpartikel (im fol genden kurz Partikel genannt), die durch geeignete Katalysa toren mit spezifisch wirkenden Aktivmassen bzw. mit separaten Partikelfiltern entfernt oder zumindest reduziert werden. Bei Verwendung, beispielsweise von SCR-Katalysatoren, ist weiter hin eine Vorrichtung notwendig, mit der dem Abgasstrom ein Reduktionsmittel zudosiert wird.

In EP 0 341 832 beispiels weise ist ein Reinigungsverfahren für dieselmotorische Abgase beschrieben, bei dem eine Vorrichtung mit einem platinhalti gen Katalysator mit einer Vorrichtung zum Herausfiltern von Partikeln kombiniert ist. Weiterhin werden häufig Adsorber eingesetzt, die Schadstoffe im unteren Temperaturbereich ad sorbieren und bei erhöhten Temperaturen wieder desorbieren. Vielfach weisen nämlich die Aktivmassen von herkömmlichen Ka talysatoren gerade im Niedertemperaturbereich eine geringe Reinigungsfähigkeit auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator vorzuschlagen, bei dem die Reinigung dieselmotorischen Abga ses verbessert und der gerätetechnische Aufwand verringert ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Herstellungsver fahren für einen solchen Abgaskatalysator vorzuschlagen.

Bezüglich des Katalysators wird diese Aufgabe durch die Merk male des Anspruches 1 gelöst. Bezüglich des Herstellungsver fahrens wird die genannte Aufgabe durch die Merkmale des An spruches 5 gelöst.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit einem Kata lysator mit einer Aktivmasse, die 70-95% TiO₂, 2-10% WO₃ und/oder MoO₃, 0,1-10% V₂O₅, 0,1 - 5% CaO, 0,5-5% Al₂O₃ und 0,5-10% SiO₂ (Angaben in Gew.-%) enthält, simultan Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Partikel auf die gesetz lich vorgeschriebenen Emissionswerte reduziert werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Abgasreinigungssystemen müssen zur Entfernung von Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Par tikel nicht unterschiedliche Vorrichtungen bzw. eigene Kata lysator und Filter eingesetzt werden. Gemäß der Erfindung reicht dafür ein einstückiger Katalysator aus, der dement sprechend in einem einstufigen katalytischen Verfahren einge setzt wird. Auf ein separates Partikelfiltersystem bzw. auf primärseitige Maßnahmen zur Reduzierung der Partikelmenge kann verzichtet werden. Der Vorteil eines solchen Verfahrens hinsichtlich des gerätetechnischen Aufwandes und hinsichtlich des erforderlichen Einbauraumes liegen auf der Hand. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß der vorgeschlagene Katalysator eine hohe Reinigungsaktivität in einem sehr breiten Tempera turbereich aufweist, nämlich in einem Temperaturbereich von 100-700°C. Nebenreaktionen, wie z. B. die Oxidation von Schwefeldioxid, Ammoniak oder Aminen, treten nicht in untole rierbarem Maß auf. Durch die hohe Reinigungsaktivität auch im niederen Temperaturbereich, beispielsweise in den Kaltstart phasen eines Dieselmotors kann auf zusätzliche Adsorber ver zichtet werden.

Bei der Herstellung von Abgaskatalysatoren werden die Aktiv massen auf inerte Trägerkörper auf unterschiedliche Weise aufgebracht. In EP 0 472 014 B1 ist beispielsweise ein Ver fahren beschrieben, bei dem sämtliche Aktivkomponenten mit tels einer Soltränkung auf einen Katalysatorkörper, etwa in Form von Wabenplatten, Pellets oder Strängen aufgebracht wer den. In EP 0 494 591 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Schlicker aus TiO₂ auf einen Katalysator aufgebracht wird. Nach dem Trocknen und Calcinieren wird die so erzeugte Schicht mit einer weiteren Aktivkomponente, nämlich mit einem Edelmetall, imprägniert. Bei einer alternativen Verfahrens weise wird das TiO₂ in wäßriger Lösung mit dem Edelmetall im prägniert und dann aus dem so imprägnierten TiO₂ ein Schlic ker zubereitet, der wie oben beschrieben auf einen Katalysa torkörper aufgebracht wird.

Bei dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren werden dagegen sämtliche Aktivkomponenten ohne irgendeinen vorhergehenden oder nachfolgenden Tränkungs- bzw. Imprägnierungsschritt in tegral auf einen Katalysatorkörper aufgebracht. Dabei werden die die Aktivmasse des Katalysators bildenden katalytisch wirksamen Oxide innig vermischt und mit einem polaren Suspen sionsmedium zu einem Schlicker cremiger oder pastöser Konsi stenz, verarbeitet. In diesen Schlicker wird ein inerter Ka talysatorkörper eingetaucht, dessen zu beschichtende Oberflä che eine Makroporosität, beispielsweise in Form von Poren, Vertiefungen oder Verschränkungen, aufweist. In einem an schließenden Verfahrensschritt wird das Suspensionsmedium, das vorzugsweise Wasser ist, entfernt. Zur Entfernung des Suspensionsmediums wird Wärme und/oder Vakuum angewendet. Um die Viskosität des Schlickers zu beeinflussen, sind gegebe nenfalls verflüssigend wirkende Hilfsstoffe zugesetzt. Ein Verfahren der oben beschriebenen Art kann sowohl auf kerami sche als auch auf sonstige, etwa metallische Katalysatorkör per angewendet werden.

Ausführungsbeispiel

Ein Metallgitter-Katalysator (Plattenkatalysator) wird mit einer Aktivmasse beschichtet, die (in Gew.-%) 77% TiO₂, 8% WO₃, 2% V₂0₅, 2% CaO, 3% Al₂O₃ und 9% SiO₂ enthält. Die Auslegung bzw. die Abmessungsverhältnisse werden so gewählt, daß ein 38l-Katalysator erhalten wird. Dieser Katalysator wird einem Volumenstrom von 200 Nm³/h ausgesetzt, wobei eine Temperatur von 3800 C eingehalten wird. Die geometrische Oberfläche des Katalysators beträgt 380 m²/m³. Das den Kata lysator verlassende Abgas weist einen Stickoxidgehalt von 2 ppm, einen SO₂-Gehalt von 500 ppm, 10 Gew.-% O₂ und 12 Gew.-% H₂O auf. Der NO_x-Umsatz beträgt 90%.

Claims

1. Katalysator zur Schadstoffreduzierung dieselmotorischer Abgase, mit einem inerten Trägerkörper sowie einer Aktiv masse, die folgende Zusammensetzung (Gew.-%) aufweist:
TiO₂ 70-95% WO₃ und/oder MoO₃ 2-10% V₂O₅ 0,1-10% CaO 0,1- 5% SiO₂ 0,5-10% Al₂O₃ 0,5- 5%

2. Katalysator nach Anspruch 1, gekennzeich net durch BET-Oberflächen der Aktivmasse von 40-150 m²/g.

3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, gekenn zeichnet durch ein Porenvolumen von 150-600 mm³/g, gemessen nach der HG-Penetrationsmethode, bei mono- oder multimodaler Porenradienverteilung.

4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1-3, da durch gekennzeichnet, daß die sämtliche Aktivkomponenten enthaltende Aktivmasse in Form eines pastö sen oder cremigen Schlickers mit Hilfe eines Tauchvorgangs auf den Trägerkörper aufgebracht ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators, insbeson dere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit folgenden Verfah rensschritten:

a) Die die Aktivmasse des Katalysators bildenden katalytisch wirksamen Oxide werden innig gemischt und mit einem polaren Suspensionsmedium zu einem Schlicker cremiger oder pastöser Konsistenz verarbeitet,
b) ein inerter Trägerkörper, dessen mit der Aktivmasse zu be schichtende Oberfläche eine Makroporosität, etwa in Form von Poren, Vertiefungen oder Verschränkungen aufweist, wird in den Schlicker eingetaucht,
c) das Suspensionsmedium wird aus der nach Verfahrensschritt b) erhaltenen, den Trägerkörper überziehenden Aktivmasse schicht entfernt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß als Suspensionsmedium Wasser verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekenn zeichnet durch eine Entfernung des Suspensions mediums unter Anwendung von Wärme und/oder Vakuum.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlicker verflüssigend wirkende Hilfsstoffe zugesetzt werden.

9. Verwendung eines Katalysators nach einem der Ansprüche 1- 8 zur Reinigung dieselmotorischen Abgases.