DE69309049T2

DE69309049T2 - Vorrichtung zur reinigung von abgasen

Info

Publication number: DE69309049T2
Application number: DE69309049T
Authority: DE
Inventors: Soeren Andersson; Magali Kizling
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2013-04-07
Also published as: AU3964293A; DE69309049D1; EP0636052A1; ES2098736T3; SE503030C2; DK0636052T3; WO1993020937A1; SE9201158D0; US6342192B1; GR3023504T3; JPH08501485A; EP0636052B1; ATE150336T1; SE9201158L

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren. Der Katalysator umfaßt einen monolithischen Körper mit sich der Länge nach erstreckenden, offenen Durchgangskanälen, die mit einem die Oberfläche vergrößernden Oberflächenfilm überzogen sind, auf Basis von Siliciumcarbid und einem oder mehreren katalytisch aktiven Edelmetallen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des Katalysators, die Verwendung des Katalysators ebenso wie ein Reinigungssystem für Abgase und ein Motorfahrzeug, das mit dem Katalysator ausgestattet ist.
Abgase aus Dieselmotoren enthalten große Mengen an Rußteilchen, die großteils aus Kohlenwasserstoffen, Schwefelsäure und Wasser in variierenden Anteilen sowie aus Resten von Schmieröl und Motorabrieb bestehen. Gewöhnlich enthalten die Abgase auch Schwefeldioxid. Viele Systeme zur Reinigung von Dieselabgasen haben einen Teilchenfilter, was den Druckabfall in dem Abgassystem erhöht. Außerdem sind ziemlich komplizierte Techniken erforderlich, um ein Verstopfen des Filters zu vermeiden.
Reinigungssysteme für Abgase ohne Teilchenfilter erfordern die Gegenwart eines Katalysators, der die Kohlenwasserstoffverbindungen in den Teilchen zu Kohlendioxid oxidieren kann. Es ist wohlbekannt, daß ein Katalysator in Form eines monolithischen Körpers mit durchgehenden Kanälen hergestellt werden kann mit einem die Oberfläche vergrößernden Oberflächenfilm, der aus Aluminiumoxid gebildet wird oder auf Aluminiumoxid basiert und mit Edelmetallen, zum Beispiel Platin und/oder Palladium, getränkt ist. Ein solcher Katalysator oxidiert jedoch auch eine wesentliche Menge des Schwefeldioxids zu Schwefeltrioxid, das viel korrosiver und schädlicher für die Umwelt ist. Bei niedrigen Temperaturen können außerdem Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid von dem Katalysator absorbiert werden und später, wenn die Temperatur der Abgase ansteigt, desorbiert werden. Wenn die Temperatur des Katalysators schnell ansteigt, kann die Menge an Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid, die desorbiert wird, beträchtlich sein. Dies zeigt sich unter anderem als Anstieg der Teilchenemission von dem Katalysator. Ein weiteres Problem tritt auf, wenn anorganische Reste von Schmieröladditiven, zum Beispiel Phosphor-, Zink-, Calcium-, Magnesium- und Schwefelverbindungen, in dem Abgas vorhanden sind und in dem Katalysator angereichert werden, wodurch die katalytische Aktivität im Verlauf der Zeit beträchtlich vermindert wird.
EP-B 0 432 534 offenbart einen monolithischen Katalysator zur Reinigung von Dieselabgasen. Dieser Katalysator hat eine die Oberfläche vergrößernde Schicht aus Aluminiumoxid, Titandioxid und Siliciumdioxid. Als katalytisch aktive Substanz werden nicht nur Edelmetalle verwendet, sondern auch eine Vanadiumverbindung, die die Oxidationsneigung von SO&sub2; und NO vermindern soll.
Die PCT-Schrift WO-A 90/05 579 lehrt einen Oxidationskatalysator, der Edelmetalle auf einem Träger aus Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid oder Zeolith enthält, der die Empfindlichkeit des Katalysators gegenüber Schwefelverunreinigungen in den Abgasen aus fossilen Brennstoffen vermindern soll.
Weiterhin ist es bekannt, poröse Katalysatorkörper herzustellen, indem Siliciumcarbid zu Monolithen gesintert wird. Diese Technik wird zum Beispiel in Derwent Abstracts, WPI Acc. Nr. 90257450/34, JP Kokai 2-180641, beschrieben. Dies soll den Anstieg der Katalysatortemperatur bis zur Betriebstemperatur beschleunigen. Es wird angegeben, daß eine Oberflächenschicht aus Siliciumdioxid mit bleibender Festigkeit durch Behandlung unter oxidierenden Bedingungen hergestellt werden kann. Dieser Katalysator hat keinen die Oberfläche vergrößernden Oberflächenfilm.
US-A 4 812 434 offenbart einen homogenen Katalysator, der aus 50 bis 95 Gewichtsprozent SiC und 5 bis 50 Gewichtsprozent einer Legierung aus Silicium und einem oder mehreren der folgenden Metalle besteht: Cu, Fe, Co, Ni, Zr, V, Mo, Mn, Zn, Ag, Pt und Pd. Die Legierung dient als katalytisch aktives Material und wird durch Oxidation oder chemische Behandlung aktiviert. Dieser Monolith wurde aus dem angegebenen Material hergestellt wegen einer besseren Wärmestabilität und erhöhten chemischen Beständigkeit und mechanischen Festigkeit. Auch wird die Tatsache, daß das katalytische Material gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Katalysators verteilt ist, als Vorteil angesehen. Somit betrifft die US-Schrift einen Katalysator mit verbesserten mechanischen und thermischen Eigenschaften, der im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit besser verfügbar ist und/oder eine verbesserte Langzeitfestigkeit im Betrieb hat.
Es besteht ein Bedarf für einen wirksamen Oxidationskatalysator, der Dieselabgase reinigen kann und im Hinblick auf die Oxidation und Akkumulation (Absorption) von Schwefeldioxid vergleichsweise passiv ist und der gegenüber einer Ansammlung von anorganischen Resten von Schmieröladditiven, zum Beispiel solchen Verunreinigungen von Phosphor, Zink, Calcium, Magnesium und Schwefel, insbesondere gegenüber einer Anreicherung von Phosphor, beständig ist. Auch sollte die Absorption von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid in dem Katalysator minimiert werden.
Wie vorher erwähnt, weist die Reinigung von Abgasen ein erhebliches Problem auf, das in der Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid bei Katalysatoren des Standes der Technik besteht. Es gibt auch ein Problem mit den anorganischen Resten von Schmieröladditiven, die sich in den Katalysatoren ansammeln. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Probleme zu vermeiden im Zusammenhang mit einem Katalysator, dessen Träger ein monolithischer Körper mit sich der Länge nach erstreckenden, offenen Durchgangskanälen ist, der einen die Oberfläche vergrößernden Oberflächenfilm bzw. eine Oberflächenschicht aufweist, der/die mit dem aktiven Katalysatormaterial getränkt ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem der flüssige Oberflächenfilm aus einer im wesentlichen von Aluminiumoxid freien Schicht aus feinverteiltem Siliciumcarbid gebildet wird und mit einer wirksamen Menge eines oder mehrerer katalytisch aktiver Edelmetalle getränkt wird. Bevorzugt ist der Siliciumcarbidgehalt in dem Oberflächenfilm mindestens 90 Gewichtsprozent.
Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung sind in dem beigefügten Anspruch 1 angegeben, und besonders bevorzugte Ausführungsformen sind in den beigefügten Unteransprüchen definiert.
Üblicherweise ist der Gehalt an Siliciumcarbid in der Oberflächenschicht höher als etwa 90 Gewichtsprozent und kann bis zu 100 Gewichtsprozent sein. Das Siliciumcarbid ist geeigneterweise in Form von Teilchen vorhanden, die bevorzugt einen Durchmesser von etwa 0,02 µm bis etwa 20 µm haben, wobei der Durchmesser besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,05 µm bis etwa 5 µm liegt. Bevorzugt haben diese Teilchen so geringe Kontaktpunkte miteinander, daß die wirksame Teiichenoberfläche im wesentlichen gleich ist der Oberfläche der freien Teilchen. Der Katalysator enthält geeigneterweise etwa 15 g bis etwa 300 g Oberflächenfilm pro Liter, bevorzugt etwa 50 g bis etwa 200 g. Geeigneterweise ist die wirksame Oberfläche des Katalysators etwa 15 m²/l bis etwa 30 000 m²/l, bevorzugt etwa 250 m²/l bis etwa 10 000 m²/l. Das Volumen ist das gesamte äußere Volumen des Katalysators.
Die Dicke der Oberflächenschicht kann in weiten Grenzen variieren, zum Beispiel von etwa 0,5 µm bis etwa 100 µm, auch in ein und demselben Kanal. Außer dem Siliciumcarbid kann die Oberflächenschicht Metallverbindungen enthalten, zum Beispiel Oxide von Erdalkalimetallen (zum Beispiel Magnesium oder Calcium), Oxide von Seltenerdmetallen (zum Beispiel Cer, Lanthan oder Thorium), Oxide von Übergangsmetallen (zum Beispiel Eisen, Nickel, Zink, Chrom, Wolfram, Cobalt, Niob oder Molybdän), Oxide von Metallen der Gruppe IV B (zum Beispiel Titan oder Zirconium) und Oxide von Halbmetallen (zum Beispiel Zinn oder Germanium). Jedoch sollte die Oberflächenschicht im wesentlichen frei von Aluminiumoxid sein oder in keinem Fall mehr als etwa 10% davon enthalten, da die Tendenz zu einer Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid umso höher ist, je höher der Gehalt an Aluminiumoxid ist.
Geeigneterweise enthält der Katalysator etwa 0,1 g bis etwa 5 g katalytisch aktive Edelmetalle pro Liter, bevorzugt etwa 0,3 g bis etwa 2 g. Zum Beispiel können die Edelmetalle ein oder mehrere Elemente aus Platin, Palladium, Rhodium und Iridium einschließen. Bevorzugt besteht der Anteil an Edelmetallen im wesentlichen aus Platin, Palladium oder Mischungen davon.
Mit Techniken des Standes der Technik kann der monolithische Körper aus einem geeigneten metallischen oder keramischen Material hergestellt werden, zum Beispiel rostfreiem Stahl oder Cordierit.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Katalysators. Bei dem Verfahren wird ein monolithischer Körper zuerst mit einer Oberflächenschicht beschichtet, und katalytisch aktive Edelmetalle werden dann auf die Oberflächenschicht aufgetragen. Erfindungsgemäß sollte die Oberflächenschicht aus Siliciumcarbid in einer Menge von mindestens etwa 90 Gewichtsprozent, bezogen auf die Oberflächenschicht, gebildet werden, wobei katalytisch aktive Edelmetalle nicht eingeschlossen sind.
Der monolithische Körper kann mit der Oberflächenschicht in bekannter Weise beschichtet werden, zum Beispiel durch Tränken mit einer Aufschlämmung der Oberflächenschicht, Trocknen und Brennen, wobei in diesem Fall die Aufschlämmung der Oberflächenschicht der Erfindung im wesentlichen aus Siliciumcarbidteilchen gebildet wird. Die Edelmetalle können auch in bekannter Weise aufgetragen werden, zum Beispiel durch Tränken des beschichteten Monolithen mit einer Lösung, die eine oder mehrere Verbindungen eines katalytisch aktiven Edelmetalls enthält, zum Beispiel Pt(NH&sub3;)&sub4;(OH)&sub2;, RhCl&sub3;pt(NH&sub3;)&sub2;(NO&sub2;)&sub2;, Pt(NH&sub3;)&sub4;(NO&sub3;)&sub2;, H&sub2;PtCl&sub6;, PdCl&sub2;, Pd(NO&sub3;)&sub2;, Pd(NH&sub3;)&sub2;(NO&sub2;)&sub2;, Pd(NH&sub3;)&sub4;(OH)&sub2;, H&sub3;RhCl&sub6;, Rh(NO&sub3;)&sub3; und H&sub3;IrCl&sub6;. Dann wird der beschichtete Monolith bei einer Temperatur gebrannt, die bevorzugt in einem Bereich von etwa 300ºC bis etwa 800ºC, insbesondere etwa 400ºC bis etwa 700ºC, liegt. Im Hinblick auf bevorzugte Gehalte und andere unterscheidende Merkmale wird auf das Bezug genommen, was im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Katalysator ausgeführt wurde.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators zur Reinigung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor. Die Reinigung wird hauptsächlich durchgeführt, indem Kohlenoxid und Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid oxidiert werden, wobei der erforderliche Sauerstoff allgemein bereits in den Abgasen vorhanden ist, da der Motor mit überschüssiger Luft betrieben wird. Wenn es keinen solchen Überschuß gibt, kann zusätzlich Luft zugeführt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, wobei das Abgasreinigungssystem einen erfindungsgemäßen Katalysator enthält.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Motorfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, bevorzugt einem Dieselmotor, der mit einem Abgasreinigungssystem verbunden ist, das einen erfindungsgemäßen Katalysator enthält.
Im folgenden wird die Erfindung durch wenige Beispiel erläutert unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Die Erfindung wird jedoch durch diese Beispiele in keiner Weise beschränkt, sondern umfaßt auch andere Ausführungsformen, die im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen. Alle Gehaltsangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent, wenn nicht anders angegeben.

Beispiel 1

Ein erfindungsgemäßer Katalysator A wurde wie folgt hergestellt:
Siliciumcarbidpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 25 m²/g wurde in Wasser aufgeschlämmt und in einer Kugelmühle naß vermahlen, um eine Aufschlämmung einer Oberflächenschicht zu bilden mit einem Trockengehalt von 40%. Der verwendete monolithische Körper wurde aus Cordierit hergestellt und enthielt 62 Kanäle pro cm², wobei die Kanäle einen quadratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge von 1 mm hatten. Der monolithische Körper wurde in die Aufschlämmung der Oberflächenschicht eingetaucht, und überschüssige Aufschlämmung in den Kanälen wurde mit komprimierter Luft ausgeblasen. Dann wurde der monolithische Körper getrocknet und mit heißer Luft bei 500ºC gebrannt. Der beschichtete und getrocknete Monolith wurde mit einer wäßrigen Lösung, die 27,8 g H&sub2;PtCl&sub6; pro Liter enthielt, getränkt und dann bei 500ºC in Luft zwei Stunden lang gebrannt. Der entstehende Katalysator hatte ein Volumen von 0,012 l und enthielt 150 g Siliciumcarbid und 1,41 g Platin pro Liter.
Zu Vergleichszwecken wurde ein Katalysator B wie folgt hergestellt:
Aktives Aluminiumoxid mit einer spezifischen Oberfläche von 140 cm²/g wurde mit einer wäßrigen Lösung, die Zirconiumnitrat enthielt, getränkt. Zweistündiges Trocknen und Brennen bei 600ºC in Luft führte zu einer Oberflächenschicht, die 6% ZrO&sub2; enthielt. Die Oberflächenschicht wurde in Wasser aufgeschlämmt, bis sie einen Trockengehalt von 45% hatte, und naß vermahlen. Ein monolithischer Körper, der identisch mit dem für Katalysator A verwendeten war, wurde in die Aufschlämmung der Oberflächenschicht eingetaucht, und überschussige Aufschlämmung in den Kanälen wurde mit komprimierter Luft ausgeblasen. Der monolithische Körper wurde dann getrocknet und mit heißer Luft bei 500ºC gebrannt. Der getrocknete und gebrannte Körper wurde mit einer wäßrigen Lösung, die 9,3 g H&sub2;PtCl&sub6; und 15,8 g PdCl&sub2; pro Liter enthielt, getränkt. Danach wurde zwei Stunden lang bei 500ºC in Luft gebrannt&sub4; Der entstehende Katalysator hatte ein Volumen von 0,012 l und enthielt 150 g Oberflächenschicht (Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;), 0,47 g Platin und 0,94 g Palladium pro Liter.
Die Katalysatorproben A und B wurden in einen Probenhalter eingesetzt, der Abgasen aus dem gleichen Dieselmotor ausgesetzt war. Um die Testzeit zu verkürzen, wurde das Additiv Zinkdialkyldithiophosphat (ZDDP), das für Schmieröle üblich ist, dem Dieselbrennstoff zugemischt. Die Katalysatoren wurden den Abgasen drei Stunden lang ausgesetzt, und der zugeftihrte Brennstoff enthielt 22,3 g Phosphor, 48,2 g Schwefel und 25,3 g Zink. Der Betriebsyklus ergibt sich aus Tabelle 1 unten. Tabelle 1
Die Katalysatorproben wurden, nachdem sie den Abgasen ausgesetzt waren, gewogen und mit Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) analysiert. Der Gewichtsanstieg, ausgedrückt als Gewichtsprozent der die Oberfläche vergrößernden Oberflächenschicht, war für Probe A 3% und für Probe B 23%. Nach der Röntgenfluoreszenzanalyse enthielten die Proben A und B die in Tabelle 2 angegebenen Mengen an P&sub2;O&sub5;, SO&sub3; und ZnO, bezogen auf das Gewicht der ganzen Probe. Tabelle 2
Tabelle 2 zeigt, daß sich in dem erfindungsgemäßen Katalysator (Probe A) viel weniger ZDDP-Rückstände aus den Abgasen ansammelten als in dem Vergleichskatalysator (Probe B). Die Tabelle zeigt auch klar, daß Probe A viel weniger Schwefeltrioxid absorbierte als Probe B.

Beispiel 2

Ein Katalysator B1 wurde auf gleiche Weise hergestellt wie Katalysator B in Beispiel 1. Außerdem wurde ein Katalysator B2 auf gleiche Weise hergestellt, außer daß die Tränkung mit Edelmetall nur mit H&sub2;PtCl&sub6; durchgeführt wurde und der entstehende Katalysator B2 dann 1,41 g Pt/l enthielt. Die Katalysatoren B1 und B2 wurden Abgasen aus einem Dieselmotor ausgesetzt wie in Beispiel 1. Nach 18 Stunden wurden die Katalysatorproben einer Röntgenfluoreszenzanalyse unterzogen, und es wurde gefunden, daß beide Proben die gleichen Mengen an P&sub2;O&sub5;, SO&sub3; und ZnO enthielten. Somit zeigt dieses Beispiel, daß die Edelmetallzusammensetzung keine Wirkung auf die Ansammlung von anorganischen Resten von ZDDP hat.

Beispiel 3

Ein erfindungsgemäßer Katalysator C und ein Katalysator D als Vergleich wurden auf gleiche Weise hergestellt, wie die Katalysatoren A und B in Beispiel 14 Durch Konditionierung wurden die Katalysatorproben den Abgasen auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 ausgesetzt, außer daß dem Brennstoff kein ZDDP zugegeben wurde. Dann wurden die Katalysatoren bezüglich der Oxidation von SO&sub2; in 503 analysiert, indem sie in einen Fließreaktor eingesetzt wurden, der mit synthetischen Abgasen beaufschlagt wurde, wobei die Katalysatorbelastung (Fließvolumen dividiert durch Katalysatorvolumen) 65 000 h&supmin;¹ war und die Temperatur 400 CC war. Die synthetischen Abgase bestanden aus 200 ppm CO, 90 ppm C&sub3;H&sub6;, 100 ppm SO&sub2;, 1200 ppm NO, 10% 021 7,5% CO&sub2; und 6,4% H&sub2;O, wobei der Rest N&sub2; war. Die Oxidation von SO&sub2; zu SO&sub3; in %, bezogen auf die SO&sub2;-Konzentration war 25% für Probe C (erfindungsgemäßer Katalysator) und 80% für Probe D (Vergleichskatalysator). Somit hat der erfindungsgemäße Katalysator eine viel geringere Tendenz, SO&sub2; in SO&sub3; zu oxidieren, als der Vergleichskatalysator.

Beispiel 4

Ein erfindungsgemäßer Katalysator E und ein Vergleichskatalysator F wurden auf gleiche Weise hergestellt wie die Katalysatoren A und B in Beispiel 1. Jeder Katalysator hatte ein Volumen von 4,9 l. Die Katalysatoren wurden in Blechgehäuse eingeschlossen und konditioniert, indem sie Dieselabgasen ausgesetzt wurden, wie in dem Betriebszyklus von Beispiel 1, wobei der Brennstoff 40 ppm Schwefel, aber kein ZDDP-Additiv enthielt. Nach der Konditionierung wurde die Geschwindigkeit des Motors auf 1500 UpM eingestellt, was einer Katalysatorbelastung von 45 000 h&supmin;¹ entspricht. Bei dieser Geschwindigkeit wurde die Temperatur gemessen, die erforderlich war, um ein 50%ige Oxidation von Kohlenoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC), bezogen auf die Konzentration, zu erreichen. Katalysator E erforderte eine Temperatur von 215ºC für CO und 230ºC für HC, während Katalysator F 175ºC für CO und 220ºC für HC erforderte. Somit hat der erfindungsgemäße Katalysator im wesentlichen die gleiche Aktivität im Hinblick auf die Oxidation von Kohlenoxid und Kohlenwasserstoffe, wie der Vergleichskatalysator.

Beispiel 5

Ein erfindungsgemäßer Katalysator G wurde auf gleiche Weise hergestellt wie Katalysator A in Beispiel 1. Ein Vergleichskatalysator H wurde auf gleiche Weise hergestellt wie Katalysator B in Beispiel 1, außer daß das Tränken mit Edelmetallen mit H&sub2;PtCl&sub5; und RhCl&sub3; erfolgte. Der entstehende Katalysator enthielt 1,47 g Pt und 0,29 g Rh. Die Katalysatoren hatten jeweils ein Volumen von 1,67 l und wurden in ein Blechgehäuse eingeschlossen, worin sie gealtert wurden, indem sie 500 Stunden lang Abgasen aus einem Dieselmotor ausgesetzt wurden. Im Betrieb wurde die Beanspruchung des Motors jede halbe Stunde verändert, so daß die Temperatur der Abgase am Katalysatoreinlaß zwischen etwa 500ºC, etwa 400ºC und etwa 300ºC in der angegebenen Reihenfolge wechselte. Proben vom Eintrittsbereich des Katalysators wurden einer Röntgenfluoreszenzanalyse unterzogen. Die Analyse zeigte, daß die Probe von Katalysator G 0,1% P&sub2;O&sub5;, 0,07% SO&sub3; und 0,02% ZnO enthielt und daß die Probe von Katalysator H 1% P&sub2;O&sub5;, 1% SO&sub3; und 0,03% ZnO enthielt. Somit reicherte der erfindungsgemäße Katalysator viel geringere Mengen der analysierten Verbindungen an als der Vergleichskatalysator H, wobei diese Verbindungen hauptsächlich aus dem im Betrieb verbrauchten Motoröl stammen.

Beispiel 6

Ein erfindungsgemäßer Katalysator I und ein Vergleichskatalysator J wurden auf gleiche Weise hergestellt wie die Katalysatoren F und G in Beispiel 5. Die Katalysatoren hatten jeweils ein Volumen von 4,9 l und waren von einem Blechgehäuse umschlossen, in dem sie vier Stunden lang Abgasen aus einem Dieselmotor ausgesetzt wurden. Die Temperatur der Abgase am Katalysatoreinlaß war etwa 300ºC. Der Brennstoffverbrauch war 6000 g/h, und der Brennstoff enthielt 0,05% Schwefel. Die Menge an Teilchen, die aus den Katalysatoren emittiert wurde, wurde kontinuierlich gemessen mit der "Tapered Element Oscillating Microbalance Method" (TEOM), und beide Katalysatoren emittierten weniger als 0,05 µg/s Teilchen bei 300ºC. Nach vier Betriebsstunden wurde die Beanspruchung des Motors erhöht, so daß die Temperatur der Abgase auf etwa 450ºC stieg und die Menge an Teilchen, die aus den Katalysatoren emittiert wurden, anstieg. Für Katalysator I stieg die emittierte Teilchenmenge auf etwa 25 µg/s an und stabilisierte sich dort sofort. Die Teilchenemission von Katalysator J war etwa 60 µg/s nach 2 Minuten und hatte sich nach 10 Minuten auf etwa 30 µg/s vermindert. Während der ersten 10 Minuten nach der Veränderung der Beanspruchung wurden die Teilchen der Abgase auch auf Filterpapier gesammelt. Analysen der gesammelten Teilchen zeigten, daß Katalysator I eine Sulfatemission von 6,3 g aufwies und Katalysator J eine Sulfatemission von 10,5 g. Somit zeigte der erfindungsgemäße Katalysator einen viel geringeren Anstieg der Teilchenemission bei einem Temperaturanstieg als der Vergleichskatalysator. Diese Verbesserung beruht wahrscheinlich auf einem geringeren Adsorptionsgrad von SO&sub2; und SO&sub3; bei geringen Temperaturen.

Beispiel 7

Erfindungsgemäße Katalysatoren K und L und Vergleichskatalysatoren M, N und 0 wurden hergestellt wie in Beispiel 1 und hatten die in Tabelle 3 unten angegebene Zusammensetzung. Die Katalysatoren enthielten kein ZrO&sub2;. Verschiedene Mengen an Siliciumcarbid und Aluminiumoxid in den angegebenen Prozentanteilen wurden in Wasser aufgeschlämmt und naß vermahlen. Fünf verschiedene Katalysatoren mit verschiedenem Siliciumcarbidgehalt wurden hergestellt. Alle Katalysatoren enthielten 1,41 g Pt/l. Der monolithische Körper bestand aus Cordierit und wurde hergestellt wie in Beispiel 1 angegeben.
Die Katalysatorproben K bis 0 wurden in einen Probenhalter eingesetzt, wo sie Abgasen aus dem gleichen Dieselmotor ausgesetzt waren. Die Katalysatorproben wurden konditioniert, indem sie Abgasen auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 ausgesetzt wurden, wobei dem Brennstoff ZDDP zugegeben wurde. Im Betrieb wurde die Beanspruchung des Motors alle halbe Stunde verändert, so daß die Temperatur der Abgase am Katalysatoreinlaß zwischen etwa 500ºC, etwa 400ºC und etwa 300ºC in der angegebenen Reihenfolge wechselte. Proben vom Einlaß des Katalysators wurden einer Röntgenfluoreszenzanalyse unterzogen. Die Ergebnisse im Hinblick auf P &sub2;Q und SO&sub3; sind in Tabelle 3 unten angegeben und graphisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Die Zeichnung und Tabelle 3 zeigen, daß die Tendenz der Katalysatoren, SO&sub3; und auch P 205 zu absorbieren, beträchtlich vermindert ist bei geringen Gehalten von Al&sub2;O&sub3;, und daß ein Katalysator, der weniger als 10% Al&sub2;O&sub3; enthält, eine beträchtliche Verbesserung gegenüber Katalysatoren des Standes der Technik zeigt, die gewöhnlich 40% oder mehr Al&sub2;O&sub3; in der Oberflächenschicht enthalten. Tabelle 3

Claims

1. Katalysator zur Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, wobei der Katalysator einen monolithischen Körper mit sich der Länge nach erstreckenden, offenen Kanälen umfaßt, die mit einer die Oberfläche vergrößernden Oberflächenschicht überzogen sind, die mit einer wirksamen Menge eines oder mehrerer katalytisch aktiver Edelmetalle getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht des Katalysators auf Siliciumcarbid basiert und im wesentlichen frei ist von Aluminiumoxid, um die Tendenz des Katalysators, Schwefeldioxid zu oxidieren und zu absorbieren (damit angereichert zu werden), zu vermindern

2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht mindestens 90 Gewichtsprozent Siliciumcarbid, bezogen auf die Oberflächenschicht, unter Ausschluß der katalytisch aktiven Edelmetalle, enthält.

3. Katalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht mindestens 98 Gewichtsprozent Siliciumcarbid, bezogen auf die Oberflächenschicht, unter Ausschluß der katalytisch aktiven Edelmetalle, enthält.

4. Katalysator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er etwa 15 g bis etwa 300 g Oberflächenschicht pro Liter enthält.

5. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei man

a) einen monolithischen Körper mit sich der Länge nach erstreckenden, offenen Durchgangskanälen mit einer Oberflächenschicht überzieht und

b) ein oder mehrere katalytisch aktive Edelmetalle auf den beschichteten monolithischen Körper aufträgt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenschicht aus Siliciumcarbid in einer Menge von mindestens 90 Gewichtsprozent, bezogen auf die Oberflächenschicht, unter Ausschluß der katalytisch aktiven Edelmetalle, bildet, um die Tendenz des Katalysators, Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid zu oxidieren und zu absorbieren (damit angereichert zu werden), zu vermindern.

6. Verwendung eines Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Reinigung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor.

7. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthält.

8. Motorfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, der mit einem Abgasreinigungssystem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasreinigungssystem einen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthält.