DE69127377T3 - Adsorbtionsmittel zur Reinigung von Automobil-Abgasen und Verfahren zur Kontrolle von unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus Brennkraftmaschinen - Google Patents

Adsorbtionsmittel zur Reinigung von Automobil-Abgasen und Verfahren zur Kontrolle von unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus Brennkraftmaschinen Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Adsorbens zur Reinigung von Automobilabgasen, umfassend einen Zeolith, eine Adsorbensstruktur mit einer Wabenstruktur und dem darauf befindlichen Adsorbens, ein Verfahren zur Reduktion der Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus einem Verbrennungsmotor und eine Vorrichtung zur Reinigung von Automobilabgasen.
  • Beschreibung des Stands der Technik:
  • In der Folge als katalytische Konverter bezeichnete Katalysatoren, die zur Reinigung von Autoabgasen oder dergleichen eingesetzt werden, müssen auf eine bestimmte Temperatur oder darüber erhitzt sein, um ihre katalytische Wirkung zu entfalten. Wenn sie demnach nicht ausreichend heiß sind, wie z.B. beim Starten eines Autos, ist es erforderlich, sie zu beheizen.
  • Als Verfahren zum Erhitzen eines katalytischen Konverters ist z.B. ein Verfahren bekannt, das in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67609/1988 vorgeschlagen ist. Diese Veröffentlichung offenbart einen katalytischen Konverter umfassend (a) einen keramischen monolithischen Katalysator und (b) einen elektrisch beheizbaren monolithischen Metallkatalysator, der stromaufwärts des keramischen monolithischen Katalysators (a) in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist, bestehend aus einem Metallträger und darauf beschichteter Tonerde.
  • Von den schädlichen Verbindungen (HC's, CO und NOx), die in Autoabgasen vorhanden sind, erzeugen besonders HC's (Kohlenwasserstoffe) photochemischen Smog (Oxidans); daher wurden die Vorschriften diesbezüglich verschärft und Vorschläge gemacht, die in großen Mengen beim Starten des Motors ausgestoßenen HC's durch Ausnützung des Adsorptionsvermögens von Zeolithen zu reinigen. Es wurden beispielsweise Vorrichtungen zur Reinigung von Autoabgasen vorgeschlagen, die im Abgassystem von Autos angeordnet sind und (a) einen Reinigungskatalysator und (b) ein Adsorbens (z.B. Zeolith) oder ein katalysator-tragendes Adsorbens umfassen, das sich stromaufwärts des Reinigungskatalysators (a) befindet [es wird z.B. auf die offengelegten japanischen Patentanmeldungen 75327/1990, 173312/1990 und 135126/1990 verwiesen].
  • Außerdem ist ein einen Metallträger und darauf beschichteten Zeolith umfassendes Adsorbens in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 126937/1990 geoffenbart.
  • Die obigen Vorschläge weisen jedoch jeweils ein Problem auf. Der in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67609/1988 geoffenbarte katalytische Konverter besteht aus einem monolithischen Metallkatalysator als Vorheizgerät und einem monolithischen Hauptkatalysator; bei diesem katalytischen Konverter ist es schwierig, beim Starten des Motors eine Reinigung des Abgases hinsichtlich Kohlenwasserstoffe durchzuführen.
  • Bei der Vorrichtung zur Reinigung von Autoabgasen, die im Abgassystem des Autos angeordnet ist (geoffenbart in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 75327/1990), umfassend einen Reinigungskatalysator und ein Adsorbens (z.B. Zeolith), das sich stromaufwärts des Reinigungskatalysators befindet, werden die HC's beim Warmlaufen des Motors aus dem Adsorbens desorbiert, selbst wenn die HC's vom stromaufwärts des Reinigungskatalysators angeordneten Adsorbens adsorbiert worden waren; als Ergebnis passiert eine erhebliche Menge HC's den Reinigungskatalysator, der noch nicht ausreichend heiß ist, ohne verbrannt zu werden.
  • Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr.173312/1990 offenbart ein Verfahren umfassend eine Abgas-Hauptleitung, die einen Katalysator enthält, und eine Bypassleitung, die ein Adsorbens enthält, bei welchem Verfahren ein Abgas während des Startens des Motors unter Verwendung einer Umschaltvorrichtung durch die Bypassleitung geleitet wird und das Abgas, sobald es die Betriebstemperatur des in der Hauptleitung angeordneten Katalysators erreicht hat, unter Verwendung der Umschaltvorrichtung durch den Katalysator in der Hauptleitung geführt wird. Bei diesem Verfahren ist ein komplizierter Mechanismus erforderlich, um das Umschalten zwischen Bypassleitung und Hauptleitung zu ermöglichen, wenn der Katalysator in der Hauptleitung ausreichend heiß ist; außerdem passiert, bevor der Katalysator ausreichend heiß ist, eine nicht unwesentliche Abgasmenge den Katalysator der Hauptleitung, ohne gereinigt zu werden.
  • In der Vorrichtung zur Reinigung von Autoabgasen, die im Abgassystem eines Autos angeordnet ist (geoffenbart in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 135126/1990), umfassend einen Reinigungskatalysator und ein Adsorbens, das einen darauf getragenen Katalysator enthält und stromaufwärts des Reinigungskatalysators angeordnet ist, verzögert sich das Anspringen des Reinigungskatalysators aufgrund der Wärmekapazität des Adsorbens; die Menge des zum Adsorbens hinzugefügten Katalysators ist beschränkt; daher ist keine ausreichende Reinigung möglich.
  • Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr.126937/1990 offenbart nur ein Adsorbens und erwähnt weder ein Heizgerät noch einen katalytischen Konverter für Abgase, die CO, HC's und NOx enthalten.
  • EP-A-2.791 beschreibt die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid im Gemisch mit Sauerstoff und Wasserdampf, um Kohlendioxid zu erzeugen, wobei dabei ein Katalysator auf der Grundlage eines Zeoliths mit einem Si/Al-Verhältnis von z.B. 20 oder 40 zur Anwendung kommt.
  • Weiters ist der in diesen Publikationen als Adsorbens verwendete Zeolith ein Zeolith vom Y-Typ oder Mordenit. Der Zeolith weist eine schlechte Hitzebeständigkeit auf und adsorbiert regelmäßig das im Abgas enthaltene Wasser, wodurch sein Adsorptionsvermögen verringert wird.
  • EP-A-0427970, veröffentlicht am 22. Mai 1991, beschreibt ein Verfahren bei der Herstellung eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen, worin eine Zeolith-Schicht auf einer Wabenstruktur ausgebildet wird, indem der Zeolith mit Silicasol vermischt, getrocknet und kalziniert wird. In diesem Dokument wird auch erwähnt, dass das Si/Al-Verhältnis des verwendeten Zeoliths vorzugsweise im Bereich von 5 bis 150 liegt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen darin, die oben erwähnten Probleme des Stands der Technik zu lösen und ein Heizgerät und katalytische Konverter bzw. Katalysatoren bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen dargelegt.
  • Zur weiteren Beschreibung von in der Erfindung verwendeten Materialien sei auf die veröffentlichte Anmeldung EP-A-485.180 der Autoren verwiesen, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Die 1(a) bis 1(f) zeigen jeweils eine bevorzugte Anordnung und Ausführung des erfindungsgemäßen katalytischen Konverters zur Reinigung von Autoabgasen.
  • 2 zeigt ein Beispiel für das Heizgerät oder Wabenheizgerät der vorliegenden Erfindung.
  • In den meisten herkömmlichen Heizgeräten vom Elektroheizungstyp zur Reinigung von Autoabgasen, umfassend eine Wabenstruktur, die mit keinem Adsorbens oder keiner Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung beschichtet ist, wird zur Verringerung des Stromverbrauchs vor dem Starten des Motors mehrere 10 Sekunden lang Elektrizität durch das Heizgerät geführt, um es zu erwärmen; während des Betriebs des Zellmotors fließt kein elektrischer Strom; danach fließt wieder elektrischer Strom, um das Heizgerät zu erwärmen.
  • Da in den hieran beschriebenen Heizgeräten ein Adsorbens oder eine Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung auf einer Wabenstruktur aufgetragen ist oder ein Zeolith-Adsorbens gemeinsam mit einem Wabenheizgerät und zumindest einem monolithischen Hauptkatalysator verwendet wird, fließt vor dem Starten des Motors kein elektrischer Strom. Beim Starten des durch den Zellmotor angetriebenen Motors werden nicht-verbrannte HC's im Abgas niedriger Temperatur durch das Adsorptionsvermögen von Zeolith eingefangen; danach fließt elektrischer Strom durch das Heizgerät, um es zu erhitzen, und zur gleichen Zeit beginnen die durch den Zeolith eingefangenen HC's, desorbiert zu werden. Der monolithische Hauptkatalysator und/oder der auf dem Heizgerät getragene Katalysator, der im allgemeinen stromabwärts des Zeolith-Adsorbens angeordnet ist, wird sofort erhitzt, wodurch die HC's umgesetzt und gereinigt werden. Wenn ein Katalysator vom Zeolith-Adsorbens getragen wird, werden die eingefangenen HC's nicht nur desorbiert, sondern auch umgesetzt und gereinigt.
  • Während des Startens des Motors liegt das Abgas auf der kraftstoffreichen Seite (der luftarmen Seite). Es ist daher erforderlich, ein oxidierendes Gas (z.B. Zusatzluft) in das Abgas einzuleiten, um die HC's oder CO zu oxidieren.
  • Die 1(a) bis 1(f) zeigen bevorzugte Anordnungen und Ausführungen eines Wabenheizgeräts 2 (das einen darauf getragenen Katalysator enthalten kann), eines oder mehrerer monolithischer Hauptkatalysatoren 3 und eines Zeolith-Adsorbens 1 (das einen darauf getragenen Katalysator enthalten kann), aus denen der katalytische Konverter zur Reinigung von Autoabgasen besteht.
  • Von diesen Ausführungen wird die Ausführungsform aus 1(a), worin das Zeolith-Adsorbens 1 im Abgassystem eines Autos am weitesten stromaufwärts angeordnet ist, bevorzugt, da sie die Adsorption am leichtesten durchführen kann. In dieser Ausführungsform können das Wabenheizgerät 2 und das Zeolith-Adsorbens 1 einen darauf getragenen Katalysator enthalten oder nicht.
  • In der Ausführungsform aus 1(b), worin das Wabenheizgerät 2, das Zeolith-Adsorbens 1 und der monolithische Hauptkatalysator 3 in dieser Reihenfolge angeordnet sind (das Heizgerät 2 befindet sich am weitesten stromaufwärts), können HC's problemlos verringert werden, da die durch das Zeolith-Adsorbens 1 adsorbierten HC's durch das Anlegen von elektrischem Strom und Beheizung des Heizgeräts 2 desorbiert werden können. Auch in dieser Ausführungsform können das Wabenheizgerät 2 und das Zeolith-Adsorbens 1 einen darauf getragenen Katalysator enthalten oder nicht.
  • Die Ausführungsformen der 1(c) bis 1(f), worin der monolithische Hauptkatalysator 3 am weitesten stromaufwärts angeordnet ist, werden bevorzugt, da das Zeolith-Adsorbens 1 und der Katalysator auf dem Heizgerät 2 deaktivierungsbeständig sind und eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweisen. In den Ausführungsformen der 1(c) und 1(d) kann das Zeolith-Adsorbens 1 oder das Wabenheizgerät 2 (dazwischen angeordnet) einen darauf getragenen Katalysator enthalten oder nicht; das Wabenheizgerät 2 oder das Zeolith-Adsorbens 1, das am weitesten stromabwärts angeordnet ist, muss aber einen darauf getragenen Katalysator enthalten.
  • In den Ausführungsformen der 1(e) und 1(f), worin das Zeolith-Adsorbens 1 und das Wabenheizgerät 2 zwischen den monolithischen Hauptkatalysatoren 3 angeordnet sind, können das Zeolith-Adsorbens 1 und das Wabenheizgerät 2 einen davon getragenen Katalysator enthalten oder nicht.
  • Der in der vorliegenden Erfindung als Adsorbens verwendete Zeolith wird speziell ausgewählt.
  • Bei silicareichen Zeolithen, z.B. beim wohlbekannten herkömmlichen Zeolith, ist die Grundeinheit der Kristallgitter ein kristallines Alumosilikat; Al2O3 und SiO2 sind durchgehend über ein Sauerstoffion verbunden. Diese silicareichen Zeolithe besitzen ein Si/Al-Verhältnis von etwa 10 oder mehr, herkömmlicher Zeolith hingegen ein Si/Al-Verhältnis von 1 bis 5. In der vorliegenden Erfindung wird – wie bereits erwähnt – ein silicareicher Zeolith mit einem Si/Al-Verhältnis von 48 oder mehr eingesetzt. Im Hin blick auf Hitzebeständigkeit wird ein Si/Al-Verhältnis von zumindest 50 besonders bevorzugt und ein Si/Al-Verhältnis von zumindest 60 am meisten bevorzugt. Beträgt das Si/Al-Verhältnis mehr als 1000, weist der Zeolith eine verringerte Adsorptionskapazität auf. Wenn eine Katalysatorkomponente hinzugefügt wird, kann nur eine kleine Menge eines oder mehrerer Edelmetalle durch Ionenaustausch in den Zeolith eingebracht werden, da der Zeolith eine geringe Anzahl an Ionenaustauschstellen besitzt; daher ist ein solcher Zeolith nicht bevorzugt. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete silicareiche Zeolith ist im Hinblick auf Hitzebeständigkeit ein Zeolith vom H-(Protonen)-Typ.
  • In der vorliegenden Erfindung enthält der Katalysator, der vom hauptsächlich aus Zeolith bestehenden Adsorbens getragen wird, vorzugsweise ein Edelmetall, wie z.B. Pt, Pd, Rh oder dergleichen. Es wird auch bevorzugt, dass aufgrund der hervorragenden Entzündungsleistung ein hitzebeständiges Oxid mit einer hohen spezifischen Oberfläche zum Katalysator hinzugefügt wird. Ein Edelmetall wie z.B. Pt, Pd, Rh o.dgl. wird auf dem Zeolith und/oder dem hitzebeständigen Oxid getragen. In diesem Fall wird das Edelmetall durch Ionenaustausch auf dem Zeolith im Hinblick auf seine Hitzebeständigkeit und selektiven NOx-Entfernleistung (die Bildung von NH3 als Nebenprodukt, wird unterdrückt) getragen.
  • Angesichts der oben erwähnten gewünschten Katalysator-Eigenschaften ist als Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung, die ein Adsorbens und einen darauf getragenen Katalysator umfasst und sich zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung am besten eignet, eine Zusammensetzung zu erwähnen, die folgendes umfasst: (a) einen silicareichen Zeolith vom H-(Protonen-)Typ mit einem Si/Al-Verhältnis von 48 oder mehr, der einem Ionenaustausch mit zumindest einem Edelmetall, ausgewählt aus Pt, Pd, Rh, Ir und Ru, unterzogen wurde, und (b) ein hitzebeständiges Oxid, das zumindest ein Edelmetall, ausgewählt aus Pt, Pd, Rh, Ir und Ru, enthält.
  • Die Komponente (a) kann erhalten werden, indem ein silicareicher Zeolith einem Ionenaustausch mit zumindest einem Edelmetall, ausgewählt aus Pt, Pd, Rh, Ir und Ru, in einer geeigneten wässrigen Lösung unterzogen wird. Der Prozentsatz des Ionenaustauschs des Edelmetalls beträgt vorzugsweise 10 – 85%, noch bevorzugter 30 – 85%, um die obigen erwähnten gewünschten Eigenschaften zu erzielen.
  • Das durch Ionenaustausch in den silicareichen Zeolith eingebrachte Edelmetall wird an den Austauschstellen des Zeoliths in hoher Dispersion fixiert und kann in wirkungsvoller Weise katalytische Aktivität entfalten, ist verdampfungsbeständig, bewirkt selbst bei hohen Temperaturen keine Agglomeration und kann über einen langen Zeitraum eine hohe Aktivität beibehalten.
  • Der einem Ionenaustausch mit einem Edelmetall unterzogene Zeolith kann z.B. wie folgt hergestellt werden:
    Ein silicareicher Zeolith wird in eine Lösung eingetaucht, die 10–4 bis 10–1 Mol/l eines kationischen Metallions enthält; das System wird stehengelassen, gerührt oder bei Raumtemperatur bis 100°C, vorzugsweise 80–90°C, etwa 2 Stunden lang oder mehr rückflusserhitzt, um den Zeolith einem Ionenaustausch mit Edelmetallionen zu unterziehen; im Bedarfsfall werden das Filtrieren und Auswaschen mit Wasser wiederholt, um andere Metalle als das ionnenausgetauschte Edelmetall zu entfernen. Nach dem Ionenaustausch wird der resultierende Zeolith üblicherweise bei 80–150°C getrocknet und in einer oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre bei 300–1000°C etwa 1-10 Stunden lang weiter gebrannt, um einen einem Ionenaustausch mit einem Edelmetall unterzogenen Zeolith zu erhalten.
  • Im Falle der Zugabe eines Seltenerdmetalloxids (z.B. CeO2, La2O3) und/oder eines Erdalkalimetalloxids zum Zeolithen besitzt der resultierende Zeolith aufgrund der Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Seltenerdmetalls eine umfassendere katalytische Dreiweg-Aktivität, kann in breiterem Rahmen eingesetzt werden und weist darüber hinaus aufgrund des Zusatzes des Erdalkalimetalls eine höhere Hitzebeständigkeit auf.
  • Als Komponente (b), die ein hitzebeständiges Oxid ist, können Al2O3, TiO2, ZrO2 oder SiO2 oder ein Verbundoxid davon verwendet werden. Die Zugabe eines Selten erdmetalloxids (z.B. CeO2, La2O3) und/oder eines Erdalkalimetalloxids zum obigen hitzebeständigen Oxid ist vorzuziehen, da das resultierende Oxid – wie oben erwähnt – eine umfassendere katalytische Dreiweg-Aktivität und eine höhere Hitzebeständigkeit aufweisen kann. Die Komponente (b) wird gebildet, indem man das obige hitzebeständige Oxid zumindest ein Edelmetall tragen lässt.
  • Das Gewichtsverhältnis der Komponente (a) und der Komponente (b) in der Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise: Komponente (a) : Komponente (b) = 10 : 90 bis 85 : 15. Wenn der Anteil der Komponente (a) weniger als 10 Gew.-% beträgt, besitzt die resultierende Zusammensetzung keine selektive NOx-Entfernbarkeit (die Bildung von NH3, einem Nebenprodukt, wird nicht unterdrückt). Wenn der Anteil der Komponente (a) mehr als 85 Gew.-% ist, weist die resultierende Zusammensetzung eine schlechte Entzündungsleistung auf.
  • In der Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung beträgt die Gesamtmenge der eingebrachten Edelmetalle vorzugsweise 10 – 35 g/ft3, noch bevorzugter 15 – 30 g/ft3. Wenn die Gesamtmenge der eingebrachten Edelmetalle weniger als 10 g/ft3 beträgt, gibt es Probleme hinsichtlich der Entzündungsleistung und der Haltbarkeit. Beträgt die Menge mehr als 35 g/ft3, entstehen hohe Kosten. Bei den herkömmlichen Katalysatoren zur Abgasreinigung war es notwendig, Rh in einer Menge von zumindest 5 g/ft3 einzubringen. Im erfindungsgemäßen Katalysator unter Verwendung eines silicareichen Zeoliths mit einem Si/Al-Verhältnis von 40 oder mehr kann das Einbringen von Rh in einer Menge von weniger als 5 g/ft3 indes eine ausreichende selektive Reduktion von NOx zu N2 bewirken; selbst das Einbringen in einer Menge von 0 – 2 g/ft3 kann eine praktisch ausreichende Selektivität aufweisen, wenn der resultierende Katalysator unter relativ milden Bedingungen verwendet wird (z.B. bei niedriger Gebrauchstemperatur und niedrigem Anteil an vergiftendem Material im Abgas).
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendete, im folgenden Wabenstruktur genannte Wabenstruktur wird vorzugsweise durch Formen des Rohmaterialpulvers zu einer Wabenform und anschließendes Sintern hergestellt. In diesem Fall kommen auf grund des einfachen Verfahrens und der niedrigen Kosten vorzugsweise die sogenannte Pulvermetallurgie und das Extrusionsformen zur Anwendung.
  • Das Heizgerät des in der vorliegenden Erfindung verwendeten katalytischen Konverters wird vorzugsweise in Form einer Wabenstruktur (einer einstückigen Struktur) unter Verwendung eines Rohmaterialpulvers erzeugt, da eine solche Struktur kein Teleskop-Phänomen verursacht und ein einheitliches Erhitzen ermöglicht.
  • Im Heizgerät oder Wabenheizgerät, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es vorzuziehen, eine metallische Wabenstruktur zu verwenden, deren Oberflächen von Trennwänden und Poren mit einem hitzebeständigen Metalloxid wie z.B. Al2O3, Cr2O3 o.dgl. beschichtet wurden, da die Verwendung einer solchen Wabenstruktur die Hitze-, Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit erhöht.
  • Die Wabenstruktur kann aus jedem beliebigen Material bestehen, sofern das Material Hitze erzeugen kann, wenn es elektrifiziert bzw. elektrischer Strom angelegt wird; sie kann aus einem Metall oder einem Keramikmaterial bestehen. Ein Metall ist jedoch aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit als Material für die Wabenstruktur vorzuziehen. Beispiele für ein solches Metall sind rostfreier Stahl und solche mit den Zusammensetzungen Fe-Cr-Al, Fe-Cr, Fe-Al, Fe-Ni, W-Co und Ni-Cr. Unter den obigen Materialien sind Fe-Cr-Al, Fe-Cr und Fe-Al aufgrund der niedrigen Kosten und der hohen Hitze-, Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit vorzuziehen. Eine metallische Wabenstruktur des Folientyps kann auch verwendet werden.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Wabenstruktur kann porös oder nichtporös sein. Wenn sich jedoch auf der Wabenstruktur ein Katalysator, ein hauptsächlich aus Zeolith bestehendes Adsorbens oder eine Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung aus dem Adsorbens und einem darauf getragenen Katalysator befinden, ist eine poröse Wabenstruktur vorzuziehen, da sie eine hohe Haftung am Katalysator, am Adsorbens oder an der Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung aufweist und im wesentlichen zu keinem Abschälen des Katalysators, des Adsorbens oder der Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung führt, das durch einen Unter schied in der Wärmeausdehnung zwischen der Wabenstruktur und dem Katalysator, dem Adsorbens oder der Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung verursacht wird.
  • Als nächstes wird ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wabenstruktur, insbesondere einer metallischen Wabenstruktur, beschrieben.
  • Als erstes werden beispielsweise ein Fe-Pulver, ein Al-Pulver und ein Cr-Pulver oder alternativ dazu Pulver von Legierungen dieser Metalle vermischt, um ein Rohmaterial-Metallpulvergemisch mit einer erwünschten Zusammensetzung herzustellen. Anschließend wird das Rohmaterial-Metallpulvergemisch mit einem organischen Bindemittel (z.B. Methylzellulose, Polyvinylalkohol) und Wasser vermischt und das resultierende Gemisch extrusionsgeformt, um eine erwünschte Wabenform zu erhalten.
  • Wenn das Rohmaterial-Metallpulvergemisch mit einem organischen Bindemittel und Wasser vermischt wird, wird vorzugsweise ein Antioxidans (z.B. Ölsäure) zum Rohmaterial-Metallpulvergemisch vor der Zugabe von Wasser hinzugefügt. Alternativ dazu werden Pulver von Metallen vorzugsweise verwendet, die einem Antioxidations-Verfahren unterworfen wurden.
  • Als nächstes wird der geformte Wabenkörper in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1000 und 1400°C gebrannt. Das Brennen erfolgt in einer nichtoxidierenden, Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre, da das organische Bindemittel zersetzt und daher mit Hilfe von Fe o.dgl. entfernt wird, das als Katalysator dient; als Ergebnis kann man einen zufriedenstellenden Sinterkörper erhalten.
  • Das Brennen bei einer Temperatur von weniger als 1000°C erzielt kein Sintern. Das Sintern bei einer Temperatur von mehr als 1400°C ergibt einen verformten Sinterkörper.
  • Vorzugsweise werden die Oberflächen der Trennwände und Poren des so erhaltenen Sinterkörpers durch ein beliebiges der folgenden Verfahren mit einem hitzebeständigen Metalloxid beschichtet.
    • (1) Die metallische Wabenstruktur (der Sinterkörper) wird in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 700 und 1100°C einer Wärmebehandlung unterzogen.
    • (2) Al o.dgl. wird auf den Oberflächen der Trennwände und Poren des Sinterkörpers plattiert (z.B. dampfplattiert) und der resultierende Sinterkörper in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 700 und 1100°C einer Wärmebehandlung unterzogen.
    • (3) Der Sinterkörper wird in ein geschmolzenes Metall (z.B. geschmolzenes Al) eingetaucht und der resultierende Sinterkörper in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 700 und 1100°C einer Wärmebehandlung unterzogen.
    • (4) Die Oberflächen der Trennwände und Poren des Sinterkörpers werden mit einem Tonerde-Sol o.dgl. beschichtet, und der resultierende Sinterkörper wird in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen 700 und 1100°C einer Wärmebehandlung unterzogen.
    • Die obige Wärmebehandlung erfolgt angesichts der Wärme- und Oxidationsbeständigkeit der resultierenden Wabenstruktur vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100°C.
  • Danach wird die erhaltene metallische Wabenstruktur zwischen den weiter unten beschriebenen Elektroden mit einem Widerstandseinstellungsmittel einer beliebigen Form angeordnet.
  • Das zwischen den Elektroden der Wabenstruktur angeordnete Widerstandseinstellungsmittel kann vorzugsweise irgendeine der folgenden Formen aufweisen:
    • (1) einen oder mehrere Schlitze einer beliebigen Länge, die an einer beliebigen Position in einer beliebigen Richtung ausgebildet sind,
    • (2) eine Variation in der Länge der Trennwände in axialer Richtung der Durchgänge,
    • (3) eine Variation in der Dicke (Wandstärke) der Trennwände der Wabenstruktur oder eine Variation in der Zelldichte der Wabenstruktur, und
    • (4) einen oder mehrere in der Trennwand (der Rippe bzw. dem Steg) der Wabenstruktur gebildete Schlitze.
  • Die auf die oben beschriebene Weise erhaltene metallische Wabenstruktur wird üblicherweise auf der Außenperipherie oder der Innenseite mittels Hartlöten, Schweißen o.dgl. mit Elektroden versehen, wodurch ein Heizgerät oder ein Wabenheizgerät der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
  • Die hierin verwendeten Elektroden beziehen sich auf alle Typen von Anschlüssen, die eine Spannung an das Heizgerät anlegen können; sie enthalten einen Anschluss, der durch das direkte Verbinden der Außenperipherie eines Heizgeräts mit seinem Gehäuse, einer Erdung usw. gebildet wird.
  • Bei Verwendung als Heizgerät wird die metallische Wabenstruktur vorzugsweise hergestellt, um einen Gesamtwiderstand von 0,001 – 0,5 Ω aufzuweisen.
  • Während die in der vorliegenden Erfindung verwendete Wabenstruktur jede beliebige Form aufweisen kann, ist es wünschenswert, dass die Zelldichte beispielsweise im Bereich von 6 bis 1500 Zellen/Zoll2 (0,9–233 Zellen/cm2) liegt, wobei die Wandstärke im Bereich von 50 bis 2000 μm liegt.
  • Wie bereits erwähnt, kann die in der vorliegenden Erfindung verwendete Wabenstruktur porös oder nichtporös sein und jede beliebige Porosität aufweisen. Zur Erzielung ausreichender mechanischer Eigenschaften sowie einer Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit wird jedoch die Porosität der metallischen Wabenstruktur vorzugsweise zwischen 0 und 50 Vol.-% gehalten, wobei die bevorzugteste Porosität weniger als 25 Vol.-% beträgt. In einer Wabenstruktur mit einem Katalysator, Adsorbens. oder einer darauf getragenen Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung wird die Porosität vorzugsweise bei zumindest 5 % gehalten, um eine starke Haftung zwischen der Wabenstruktur und dem Katalysator, dem Adsorbens oder der Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung sicherzustellen.
  • Der hierin verwendete Ausdruck "Wabenstruktur" bezieht sich auf einen einstückigen Körper mit einer großen Anzahl an durch Wände voneinander getrennten Durchgängen. Die Durchgänge können jede beliebige Querschnittsform (Zellenform) aufweisen, z.B. rund, polygonal oder gewellt.
  • Das erfindungsgemäße Heizgerät kann durch Auftragen des oben erwähnten, hauptsächlich aus Zeolith bestehenden Adsorbens oder der oben erwähnten Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung, umfassend das Adsorbens und eine darauf getragene Katalysatorkomponente, auf die Wabenstruktur hergestellt werden. Das Adsorbens oder die Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung wird in einer Filmdicke von vorzugsweise 10 – 100 μm auf die Wabenstruktur aufgetragen. Beträgt die Filmdicke weniger als 10 μm, weist das resultierende Heizgerät eine unzureichende Haltbarkeit auf. Wenn die Filmdicke mehr als 100 μm beträgt, verursacht das Heizgerät einen zu großen Druckverlust.
  • Das Aufbringen des Adsorbens oder der Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung auf der Wabenstruktur kann im allgemeinen beispielsweise durch Auftragen einer Aufschlämmung des Adsorbens oder der Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung auf der Wabenstruktur oder Eintauchen der Wabenstruktur in die Aufschlämmung erfolgen.
  • Als monolithischer Hauptkatalysator, der im erfindungsgemäßen katalytischen Konverter verwendet wird, kann ein herkömmlicher Typ verwendet werden, doch ein Dreiweg-Katalysator ist vorzuziehen.
  • Das Zeolith-Adsorbens kann jede beliebige Struktur vorsehen, beispielsweise Perlen, Pellets, eine Wabenstruktur o.dgl. Eine Wabenstruktur ist jedoch angesichts des Druckverlusts vorzuziehen. In diesem Fall kann eine Wabenstruktur selbst hauptsächlich aus Zeolith bestehen; es ist jedoch praktisch vorzuziehen, dass ein hauptsächlich aus Zeolith bestehendes Adsorbens auf ein Keramik- oder Metallsubstrat aufgebracht wird, das eine Wärme- und Wärmeschockbeständigkeit aufweist.
  • Es folgt eine ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung durch Beispiele, die jedoch die Erfindung in keiner Weise einschränken.
  • Beispiel 1
  • Ein Fe-Pulver, ein Fe-Al-Pulver (Al: 50 Gew.-%) und ein Fe-Cr-Pulver (Cr: 50 Gew.-%) mit durchschnittlichen Teilchengrößen von 10, 20 bzw. 22 μm wurden vermischt, um ein Gemisch mit einer Zusammensetzung von Fe-22Cr-5Al (in Gew.-%} zu erhalten. Dem Gemisch wurde ein organisches Bindemittel (Methylzellulose), ein Antioxidans (Ölsäure) und Wasser zugegeben, um einen leicht formbaren Körper zu bilden. Dieser wurde extrusionsgeformt, um eine Wabenstruktur zu erhalten, die aus quadratischen Zellen mit einer Rippendicke von 4 Millizoll und Durchgängen von 200 Zellen/Zoll2 (cpi2) bestand. Die Wabenstruktur wurde getrocknet und dann bei 1300°C in einer H2-Atmosphäre gebrannt. Anschließend wurde die Wabenstruktur einer Wärmebehandlung bei 1000°C in Luft unterworfen. Die resultierende Wabenstruktur wies eine Porosität von 22 Vol.-% und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 5 μm auf.
  • Auf die obige Wabenstruktur mit einem Außendurchmesser von 90 mm und einer Länge von 50 mm wurde in einer Dicke von 50 μm eine Aufschlämmung aufgebracht, die durch das Vermischen von 95 Gew.-% N-ZSM-5 mit einem Si/Al-Verhältnis von 48 mit 5 Gew.-% Böhmit als Bindemittel und durch anschließendes Hinzufü gen einer geeigneten Menge Salpetersäure gebildet wurde. Die resultierende Wabenstruktur wurde getrocknet und gebrannt, um eine Wabenstruktur zu erhalten, die mit einem hauptsächlich aus Zeolith bestehenden Adsorbens überzogen war. Dann wurden die beiden Elektroden 11, wie dies aus 2 ersichtlich ist, an der Außenwand 10 der Wabenstruktur angebracht. Sechs Schlitze 12 mit einer Länge von 70 mm wurden, wie dies auch aus 2 ersichtlich ist, in der Wabenstruktur in axialer Richtung der Durchgänge in Intervallen von sieben Zellen (etwa 10 mm) ausgebildet (die an den beiden Enden befindlichen Schlitze wiesen eine Länge von 50 mm auf). Ein wärmebeständiger anorganischer Klebstoff des Zirkonerdetyps wurde in den äußeren peripheren Abschnitt 13 jedes Schlitzes 12 gefüllt, um einen isolierenden Abschnitt zu bilden. Somit wurde ein Heizgerät des elektrischen Heiztyps hergestellt.
  • Das so erhaltene Heizgerät wurde vor bzw. stromaufwärts eines im Handel erhältlichen Dreiwegkatalysators als monolithischer Hauptkatalysator angeordnet, der von einer keramischen Wabenstruktur getragen wurde, die aus quadratischen Zellen mit einer Rippendicke von 6 Millizoll und Durchgängen von 400 Zellen/Zoll2 bestand, wodurch ein katalytischer Konverter hergestellt wurde.
  • Der katalytische Konverter wurde wie folgt bewertet.
  • Um die Leistung beim Starten des Motors zu untersuchen, wurde der katalytische Konverter einem Bag 1-Versuch durch U.S. FTP unter Verwendung eines Autos mit einem Hubraum von 2400 cm3 unterzogen.
  • Dem Heizgerät wurde bei 12 V elektrischer Strom zugeführt. Das Zuführen von elektrischem Strom begann 10 Sekunden nach dem Starten des Motors und hörte 40 Sekunden nach dem Starten auf. Während elektrischer Strom angelegt war, wurde dahingehend gesteuert, dass die Gastemperatur im Mittelpunkt des Heizgeräts den Wert von 400°C annahm. Zusatzluft wurde mit einer Rate von 200 l/min 50 Sekunden nach dem Starten des Motors in den katalytischen Konverter eingeleitet.
  • Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
  • Beispiel 2
  • Der gleiche katalytische Konverter wie in Beispiel 1 wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 bewertet, mit der Ausnahme, dass das Anlegen von elektrischem Strom an das Heizgerät gleich nach dem Starten des Motors begann. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Ein katalytischer Konverter, der nur aus dem gleichen im Handel erhältlichen Dreiwegkatalysator wie in Beispiel 1 bestand, wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 bewertet, mit der Ausnahme, dass keine Zusatzluft eingeleitet wurde. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Der gleiche katalytische Konverter wie in Beispiel 1 wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 bewertet, mit der Ausnahme, dass kein Anlegen von elektrischem Strom an das Heizgerät erfolgte. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
  • Beispiel 3
  • Das Zeolith-Adsorbens aus Beispiel 1 wurde durch eine Zeolith-Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung ersetzt.
  • Die Zeolith-Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung wurde wie folgt hergestellt.
  • H-ZSM-5 (ein Zeolith mit einem Si/Al-Verhältnis von 48) wurde in eine wässrige Lösung eingetaucht, die 10–2 Mol/l eines kationischen Platinkomplexes enthielt [(NH3)4PtCl2]. Das System wurde 24 Stunden lang bei 90°C am Rückfluss gehalten, um den Ionenaustausch durchzuführen. Der resultierende Zeolith wurde fünfmal unter Vakuumfiltration mit Wasser gewaschen, dann 16 Sunden lang bei 100°C getrocknet und 3 Stunden lang bei 550°C gebrannt, um einen mit Platin ionenausgetauschten Zeolithen zu erhalten.
  • Es wurden 40 Teile von im Handel erhältlichem γ-Al2O3 (spezifische BET-Oberfläche: 200 m2/g), 10 Teile (berechnet als CeO2) Ceriumacetat und eines CeO2-Pulvers, 50 Teile des oben erhaltenen ionenausgetauschten Zeoliths und eine geeignete Menge Essigsäure vermischt, um eine Aufschlämmung zu bilden. Diese Aufschlämmung wurde auf die gleiche Wabenstruktur wie in Beispiel 1 in einer Dicke von 50 μm aufgetragen und anschließend getrocknet und gebrannt. Auf das γ-Al2O3·CeO2 der resultierenden Wabenstruktur wurden Pt und Rh durch Imprägnierung aufgebracht; danach erfolgte das Brennen, um schließlich eine Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung zu erhalten, die hauptsächlich aus Zeolith bestand, und das Aufbringen von Pt und Rh in einem Verhältnis von 19/1 in einer Menge von 30 g/ft3.
  • Unter Verwendung dieser Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung wurde ein katalytischer Konverter in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und bewertet. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
  • Beispiel 4
  • Der gleiche katalytische Konverter wie in Beispiel 3 wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 3 bewertet, mit der Ausnahme, dass das Anlegen von elektrischem Strom an das Heizgerät gleich nach dem Starten des Motors begann. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
  • Beispiel 5
  • Die Bewertung des katalytischen Konverters erfolgte in gleicher Weise wie in Beispiel 4, mit der Ausnahme, dass die gleiche Adsorbens-Katalysator-Zusammensetzung wie in Beispiel 4 stromabwärts vom gleichen im Handel erhältlichen Dreiweg-Katalysator wie in Beispiel 4 angeordnet wurde. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Der gleiche katalytische Konverter wie in Beispiel 3 wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 3 bewertet, mit der Ausnahme, dass kein Anlegen von elektrischem Strom an das Heizgerät erfolgte. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
  • Tabelle 1
    Figure 00200001
  • JedeZahl in Klammern zeigt einen relativen Wert jedes Abgases, wenn jeder Wert des Vergleichsbeispiels 1 als 100 angenommen wurde.
  • Beispiel 6 – 13 und Vergleichsbeispiele 4 – 5
  • (Herstellung des Wabenheizgeräts)
  • Ein Fe-Pulver, ein Fe-Al-Pulver (Al: 50 Gew.-%) und ein Fe-Cr-Pulver (Cr: 50 Gew.-%) mit durchschnittlichen Teilchengrößen von 10, 20 bzw. 22 μm wurden vermischt, um ein Gemisch mit einer Zusammensetzung von Fe-22Cr-5Al (in Gew.-%) zu bilden. Dem Gemisch wurde ein organissches Bindemittel (Methylzellulose), ein Antioxidans (Ölsäure) und Wasser zugegeben, um einen leicht formbaren Körper zu erhalten. Der Körper wurde extrusionsgeformt, um eine Wabenstruktur zu erhalten, die aus quadratischen Zellen mit einer Rippendicke von 4 Millizoll und Durchgängen von 400 Zellen/Zoll2 (cpi2) bestand. Die Wabenstruktur wurde getrocknet und dann bei 1300°C in einer H2-Atmosphäre gebrannt. Danach wurde die Wabenstruktur einer Wärmebehandlung bei 1000°C in Luft unterzogen. Die resultierende Wabenstruktur wies eine Porosität von 22 Vol.-% und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 5 μm auf.
  • Auf der Außenwand 10 der obigen Wabenstruktur mit einem Außendurchmesser von 90 mm und einer Länge von 50 mm wurden zwei Elektroden 11 angeordnet, wie dies aus 2 ersichtlich ist. Wie man ebenfalls in 2 sieht, wurden sechs Schlitze 12 mit einer Länge von 70 mm in axialer Richtung der Durchgänge in der Wabenstruktur in Intervallen von sieben Zellen (etwa 10 mm) ausgebildet (die an den beiden Enden angeordneten Schlitze wiesen eine Länge von 50 mm auf). Ein anorganischer wärmebeständiger Klebstoff des Zirkonerdetyps wurde in den äußeren peripheren Abschnitt 13 jedes Schlitzes 12 gefüllt, um einen isolierenden Abschnitt zu bilden. Auf diese Weise entstand ein Wabenheizgerät.
  • Aufbringen von Katalysator A auf das Heizgerät:
    Auf das Wabenheizgerät wurde γ-Al2O3·CeO2 (70:30 Gew.-%) aufgetragen. Danach wurden Pt und Rh in einer Gesamtmenge von 35 g/ft3 in einem Verhältnis von Pt/Rh = 5/1 aufgebracht. Anschließend erfolgte das Brennen, um einen Katalysator A auf das Heizgerät aufzubringen.
  • Aufbringen von Katalysator B auf das Heizgerät:
    Auf das gleiche Wabenheizgerät wurde ein Gemisch aus 50 Teilen mit Pt ionenausgetauschtem N-ZSM-5 (Si/Al-Verhältnis = 48) und 50 Teilen γ-Al2O·CeO2 (80:20 Gew.-%) aufgetragen. Weiters wurden auf γ-Al2O3·CeO2 Pt und Rh durch Imprägnierung aufgebracht, um schließlich Pt/Rh in einem Verhältnis von 19/1 in einer Gesamtmenge von 35 g/ft3 aufzutragen. Das resultierende Wabenheizgerät wurde bei 600°C gebrannt, um einen Katalysator B in einer Filmdicke von 50 μm auf das Wabenheizgerät aufzutragen.
  • Zeolith-Adsorbens:
    H-ZSM-5 (Si/Al-Verhältnis = 48) wurde in einer Filmdicke von 50 μm auf einen im Handel erhältlichen Cordierit-Wabenträger mit einer Länge von 25 mm aufgetragen (es handelte sich um eine Wabenstruktur aus quadratischen Zellen mit einer Rippendicke von 6 Millizoll und Durchgängen von 400 Zellen/Zoll2, ein Produkt von NGK INSULATORS, LTD.). Dann erfolgte das Brennen bei 600°C, um ein Zeolith-Adsorbens herzustellen.
  • Aufbringen von Katalysator B auf Zeolith-Adsorbens:
    Der Katalysator B wurde auf den oben erwähnten Cordierit-Wabenträger mit einer Länge von 25 mm in gleicher Weise wie beim obigen Aufbringen des Katalysators B auf das Heizgerät aufgetragen.
  • Aufbringen des Zeolith-Adsorbens auf das Heizgerät:
    Das Zeolith-Adsorbens wurde in der gleichen Weise wie beim obigen Herstellen des Zeolith-Adsorbens auf den Cordierit-Wabenträger auf das Wabenheizgerät aufgebracht.
  • Monolithischer Hauptkatalysator:
    Es wurde ein im Handel erhältlicher Dreiweg-Katalysator verwendet, dessen Träger eine keramische Wabenstruktur war, die aus quadratischen Zellen mit einer Rippendicke von 6 Millizoll und Durchgängen von 400 Zellen/Zoll2 bestand.
  • Die obigen Wabenheizgeräte, Zeolith-Adsorbentien und monolithischen Hauptkatalysatoren wurden in den in Tabelle 2 gezeigten Reihenfolgen angeordnet, um katalytische Konverter zusammenzusetzen. Die Konverter wurden wie folgt bewertet.
  • Um die Leistung beim Starten des Motors zu bewerten, wurde der katalytische Konverter einem Bag 1-Versuch durch U.S. FTP unter Verwendung eines Autos mit einem Hubraum von 2400 cm3 unterzogen. An das Heizgerät wurde bei 12 V elektrischer Strom angelegt. Das Anlegen von elektr. Strom begann 10 Sekunden nach dem Starten des Motors und hörte 40 Sekunden nach dem Starten auf. Während des Anlegens von elektr. Strom wurde dahingehend gesteuert, dass die Gastemperatur im Mittelpunkt des Heizgeräts 400°C erreichte. Es wurde außerdem 50 Sekunden lang nach dem Starten des Motors mit einer Rate von 200 l/min Zusatzluft in den katalytischen Konverter geleitet. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 2 ersichtlich.
  • Zum Vergleich wurde die gleiche Bewertung wie oben für den Fall, wo nur der monolithische Hauptkatalysator verwendet wurde (Vergleichsbeispiel 4), sowie für den Fall, wo das Zeolith-Adsorbens und der monolithische Hauptkatalysator, jedoch kein Wabenheizgerät verwendet wurde (Vergleichsbeispiel 5), vorgenommen. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 2 ersichtlich.
  • Wie dies aus Tabelle 2 hervorgeht, können die erfindungsgemäßen katalytischen Konverter jede Abgaskomponente wie z.B. HC's, CO, NO o.dgl. gut reinigen.
  • Figure 00240001
  • Wie bereits erwähnt, können in der vorliegenden Erfindung das Adsorptionsvermögen von Zeolith und die Fähigkeit der Wärmeerzeugung des Heizgeräts die Reinigung von Abgaskomponenten, insbesondere von HC's und CO, deutlich verbessern, wodurch die Mengen dieser in die Atmosphäre ausgestoßenen Komponenten beträchtlich verringert werden können.
  • Weiters können im Konverter unter Anwendung der vorliegenden Erfindung das Zeolith-Adsorbens, das Heizgerät und der oder die monolithischen Hauptkatalysatoren in der hinsichtlich der Art des Abgases, des Zwecks der Reinigung, der Katalysator-Lebensdauer usw. geeignetsten Reihenfolge angeordnet werden.

Claims (7)

  1. Adsorbensstruktur, umfassend: eine Wabenstruktur mit einem Randbereich und zwei Enden, einschließlich einer Vielzahl an Durchgängen, die durch Trennwände definiert sind und sich in Axialrichtung zwischen den Enden erstrecken; und ein auf den Trennwänden aufgebrachtes Adsorbens zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen und einen Zeolith umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith ein silicareicher Zeolith mit einem Si/Al-Verhältnis von nicht weniger als 48 und entweder ein Zeolith vom H- (Protonen-) Typ, ausschließlich solcher Zeolithe, die durch Vermischen von Zeolith mit Silicasol, Trocknen und Kalzinieren erhalten werden, oder ein Zeolith ist, der erhalten wird, indem ein Zeolith vom H- (Protonen-) Typ mit zumindest einem aus Pt, Pd, Rh, Ir und Ru ausgewählten Edelmetall einem Ionenaustausch unterzogen wird, wobei der Prozentsatz des Ionenaustauschs des Edelmetalls 30 bis 85 % beträgt.
  2. Adsorbensstruktur nach Anspruch 1, worin eine Katalysatorkomponente auf dem Adsorbens getragen wird.
  3. Verfahren zur Emissionskontrolle von unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus einem Verbrennungsmotor beim Start, umfassend die folgenden Schritte: (1) Bereitstellen eines Katalysators zur Kohlenwasserstoff-Umsetzung und eines Adsorbens, das Kohlenwasserstoffe im kalten Zustand adsorbieren kann, wobei das Adsorbens einen Zeolith umfasst, der ein Si/Al-Verhältnis von zumindest 48 aufweist und ein Zeolith vom H- (Protonen-) Typ oder ein Zeolith ist, der erhalten wird, indem ein Zeolith vom H- (Protonen-) Typ mit zumindest einem aus Pt, Pd, Rh, Ir und Ru ausgewählten Edelmetall einem Ionenaustausch unterzogen wird, wobei der Katalysator und das Adsorbens gemeinsam auf einem Träger oder auf jeweiligen Trägern getragen werden, wobei der Katalysator im Abgasfluss vom Motor relativ zum Adsorbens stromabwärts angeordnet ist, (2) Kaltstarten des Motors, wobei sich das Adsorbens und der Katalysator in kaltem Zustand befinden, und (3) Starten des Motors, elektrisches Erhitzen des Katalysators, wodurch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zuerst vom Adsorbens aus dem kalten Abgas adsorbiert und anschließend vom Adsorbens desorbiert und durch den elektrisch erhitzten Katalysatorumgesetzt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der Katalysator ein mit Edelmetall beladenes, hitzebeständiges Oxid umfasst.
  5. Vorrichtung zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen, einschließlich einer in Anspruch 1 oder 2 definierten Adsorbensstruktur, bei einer Anordnung in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs.
  6. Vorrichtung zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen, einschließlich eines Katalysators zur Kohlenwasserstoff-Umsetzung und einer in Anspruch 1 oder 2 definierten Adsorbensstruktur, bei einer Anordnung in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs.
  7. Adsorbens zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen, umfassend einen silicareichen Zeolith, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith ein Si/Al-Verhältnis von nicht weniger als 48 und entweder ein Zeolith vom H- (Protonen-) Typ oder ein Zeolith ist, der erhalten wird, indem ein Zeolith vom H- (Protonen-) Typ mit zumindest einem aus Pt, Pd, Rh, Ir und Ru ausgewählten Edelmetall einem Ionenaustausch unterzogen wird, bei einer Anordnung in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs.
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