DE69731789T2

DE69731789T2 - Vorrichtung zur Reinigung der Abgasen eines Dieselmotors

Info

Publication number: DE69731789T2
Application number: DE1997631789
Authority: DE
Inventors: Osamu Toyota-shi Ogawa; Tetsuo Toyota-shi Nagami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: EP0815925B1; DE69731789D1; JPH1015350A; EP0815925A1; JP3289879B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Oxidieren und Reinigen wenigstens von Kohlenwasserstoffen (nachstehend als "HC" abgekürzt), die in einem Abgas, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, enthalten sind, und das ferner Vorstufen von Sulfaten (das heißt SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄ etc.) davon abhält, emittiert zu werden, und auf die Verwendung des Geräts. Es ist für ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, nicht nur die HC-Oxidationsleistung, sondern auch die Sulfatvorstufen-Emmissionssteuerungsleistung für eine lange Zeitdauer beizubehalten.
Betreffend Benzinmotoren sind die schädlichen Komponenten, die in den Abgasen, die davon ausgestoßen werden, enthalten sind, wegen der strengen Abgasnormen und wegen der Entwicklung von Technologien, um die Normen zu erfüllen, stetig verringert worden.
Andererseits sind die Abgase, die von Dieselmotoren ausgestoßen werden, weniger streng reguliert worden als diejenigen, die von Benzinmotoren ausgestoßen werden, und die Technologien zum Verarbeiten der Abgase, die aus Dieselmotoren ausgestoßen werden, haben sich so weit langsamer entwickelt als diejenigen für die Abgase, die von Benzinmotoren ausgestoßen werden, wegen der besonderen Umstände: Das heißt, Dieselmotoren emittieren die schädlichen Substanzen hauptsächlich als Teilchen. Daher bestand ein lange Zeit bestehendes Bedürfnis, einen Katalysator zu entwickeln, welcher die aus Dieselmotoren ausgestoßenen Abgase sicher reinigen kann.
Als herkömmliche Geräte, die soweit zum Reinigen von Abgasen, die von Dieselmotoren ausgestoßen werden, entwickelt wurden, sind ein Gerät, das ein Einfangelement verwendet, bekannt gewesen, und ein oxygener Katalysator vom offenen Typ. Das Gerät, das ein Einfangelement verwendet, kann in ein Gerät, das frei von einem Katalysator ist, und ein Gerät, das mit einem Katalysator ausgestattet ist, eingeteilt werden.
Das herkömmliche Gerät vom Einfangtyp fängt die Dieselteilchen ein, die in den Abgasen, die von Dieselmotoren ausgestoßen werden, eingeschlossen sind, um zu verhindern, dass diese nach draußen ausgestoßen werden, und ist insbesondere für Abgase mit hohem Trockenrußgehalt effektiv. Jedoch benötigt das Gerät vom herkömmlichen Einfangtyp ein Recyclegerät zum Verbrennen der eingefangenen Dieselteilchen. Dem gemäß bestehen angesichts der tatsächlichen Anwendung noch die folgenden Probleme, die mit dem herkömmlichen Gerät vom Einfangtyp verbunden sind: Das heißt, dessen DTF (das heißt Dieselteilchenfilter) bildete während dem Recyclebetrieb Risse; dessen DTF wird durch Aschen verstopft; und das herkömmliche Gerät vom Einfangtyp kompliziert selbst ein Abgassystem unvermeidlich.
Auf der anderen Seite ist einer der Oxidationskatalysatoren vom offenen Typ in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 1-171,626 zum Beispiel offenbart. Wie in der Veröffentlichung dargelegt, wird – ähnlich, wie Katalysatoren zum Reinigen von Abgasen, die von Benzinmotoren ausgestoßen werden – ein Katalysator verwendet, welcher eine Katalysatorträgerschicht, die aus aktiviertem Aluminiumoxid etc. gebildet ist, und einen Katalysatorinhaltsstoff, wie etwa einen Katalysatorinhaltsstoff der Platingruppe etc., der auf der Katalysatorträgerschicht geträgert ist, umfasst. Dieser Oxidationskatalysator vom offenen Typ besitzt den Nachteil, dass dieser den trockenen Ruß mit einer geringen Entfernungsrate entfernt. Jedoch kann die Menge an Trockenruß verringert werden, indem Dieselmotoren oder Treibstoffe selbst verbessert werden. Zudem haben Ingenieure den Oxidationskatalysator vom offenen Typ soweit intensiv untersucht, wegen dessen großen Vorteils: Das heißt, es wird kein Recyclinggerät für den Oxidationskatalysator vom offenen Typ benötigt. Daher besteht ein Bedürfnis nach Verbesserung des Oxidationskatalysators vom offenen Typ.
Obwohl der Oxidationskatalysator vom offenen Typ effektiv lösliche organische Fraktionen (nachstehend als "SOF" abgekürzt) bei erhöhten Temperaturen versetzen kann, leidet dieser an dem Nachteil, dass dessen Katalysatorinhaltsstoff eine schlechte katalytische Aktivität bei niedrigen Temperaturen zeigt, um eine verschlechterte SOF-Reinigungsleistung zu zeigen. Wenn ein Motor gestartet wird oder im Leerlauf betrieben wird, wo die Temperatur eines Abgases gering ist, werden SOF nicht zersetzt, sondern in Ruß umgewandelt. Folglich entsteht ein Phänomen, dass sich der resultierende Ruß in den honigwabenförmigen Fellpassagen des Katalysatorträgers des Oxidationskatalysators vom offenen Typ absetzt. Folglich entsteht ein Nachteil, dass der Oxidationskatalysator vom offenen Typ durch den abgeschiedenen Ruß verstopft wird, um an einer verschlechterten Katalysatorleistung zu leiden.
Wenn darüber hinaus der Oxidationskatalysator vom offenen Typ in Bezug auf die Oxidationsleistung verbessert wird, so dass die HC- und SOF-Reinigungsleistung bei niedrigen Temperaturen verstärkt werden kann, leidet dieser an einem anderen Problem, dass die Emission von Teilchen vergrößert werden kann: Das heißt, SO₂ wird oxidiert, um SO₃, SO₃ etc. in einem Hochtemperaturbereich herzustellen, und die resultierenden SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. vermehren in schädlicher Weise die Emission von Teilchen. Dieser Nachteil resultiert aus der Tatsache, dass SO₂ nicht als Teilchen gemessen wird, sondern SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. als Teilchen gemessen werden. Insbesondere in den Abgasen, die aus Dieselmotoren ausgestoßen werden, existiert gasförmiger Sauerstoff in einer ausreichenden Menge, so dass die Oxidation von SO₂ wahrscheinlich stattfindet.
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, die mit den herkömmlichen Geräten zum Reinigen der Abgase, die aus Dieselmotoren ausgestoßen werden, verbunden sind, offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 4-171,215 ein neues Abgasreinigungsgerät, in welchem eine SO₂ Falle zum Einfangen SO₂ auf einer stromaufwärtigen Seite im Hinblick auf einen Oxidationskatalysator in einem Abgassystem angeordnet ist. In dem neuen Abgasreinigungsgerät beinhaltet die SO₂-Falle aktives Aluminiumoxid und ein Basismetall. In Übereinstimmung mit dem neuen Abgasreinigungsgerät wird SO₂, das in einem Abgas enthalten ist, mit dem Basismetall umgesetzt und wird durch die SO₂-Falle gefangen. Folglich wird das Abgas, das frei von der SO₂-Komponente ist, dem Oxidationskatalysator zugeführt. Folglich wird die Erzeugung von SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄ inhibiert.
Jedoch akkumuliert sich in dem neuen Abgasreinigungsgerät, das in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 4-171,215 offenbart ist, das SO2, das in der SO2-Falle gefangen ist, und die Akkumulierung erreicht schließlich den gesättigten Zustand. Wenn die Akkumulierung gesättigt ist, ist es für die SO₂-Falle schwierig, SO₂ mehr als die gesättigte Akkumulierung einzufangen. Dem gemäß strömt SO₂, das nicht durch die SO₂-Falle eingefangen wurde, zu der stromabwärtigen Seite, und wird durch den Oxidationskatalysator oxidiert, um unvermeidlicher Weise SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. zu erzeugen. Folglich ist es für das neue Abgasreinigungsgerät schwierig, die Teilchenerzeugung, die die Funktion für eine lange Zeitdauer inhibiert, zu halten.
JP-A-59134312 offenbart ein Gerät zum Reinigen eines Abgases, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, das umfasst: Einen Oxidationskatalysator, der auf der stromaufwärtigen Seite am Abgassystem eines Dieselmotors angeordnet ist, und der wenigstens HC (das heißt Kohlenwasserstoffe), die in einem aus einem Dieselmotor ausgestoßenen Abgas enthalten sind, oxidieren und reinigen kann; und eine Sulfatspeicherungseinheit (B), die Vorstufen von Sulfaten, die bei dem Oxidationskatalysator erzeugt werden, als Sulfate einfangen kann.
EP-A-0 773 056, welche eine nachveröffentlichte Druckschrift gemäß Art. 54(3) EPC ist, offenbart ein Verfahren zum Reinigen eines Abgases, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, das umfasst: Oxidieren von Schwefeldioxid, das in einem Abgas umfasst ist, in Vorstufen von Sulfaten unter Verwendung eines Oxidationskatalysators, der auf einer stromaufwärtigen Seite in einem Abgassystem eines Dieselmotors angeordnet ist, und der wenigstens Kohlenwasserstoffe, die aus dem Dieselmotor ausgestoßenen Abgas enthalten sind, oxidieren und reinigen kann; Einfangen der Vorstufe von Sulfaten als Sulfate unter Verwendung eines Katalysators, wobei das Verfahren ferner Reduzieren der eingefangenen Sulfate zu Schwefeldioxid umfasst.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehenden Umstände entwickelt worden. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zum Reinigen von Abgasen bereitzustellen, die aus einem Dieselmotor emittiert werden, ein Gerät, welches eine gute HC- und SOF-Reinigungsleistung besitzt, und welches die Emission von Vorstufen von Sulfaten (das heißt SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc.) für eine lange Zeitdauer inhibieren kann.
Ein Gerät zum Reinigen eines Abgases, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, kann die vorstehend erwähnte Aufgabe ausführen und umfasst:
Einen Oxidationskatalysator, der auf der stromaufwärtigen Seite in einem Abgassystem eines Dieselmotors angeordnet ist, und der wenigstens HC, das in einem Abgas, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, enthalten ist, oxidieren und reinigen kann; und
einen Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator, der nicht nur Vorstufen von Sulfaten, die bei dem Oxidationskatalysator erzeugt werden, als Sulfate einfangen kann, sondern auch die eingefangenen Sulfate zu Schwefeldioxid (SO₂) reduzieren kann, und der auf einer stromabwärtigen Seite im Hinblick auf den Oxidationskatalysator in dem Abgassystem angeordnet ist.
In dem vorliegenden Abgasreinigungskatalysator wird das aus einem Dieselmotor ausgestoßene Abgas zunächst in Kontakt mit dem Oxidationskatalysator gebracht. Dem gemäß werden HC, CO und SOF, die in dem Abgas enthalten sind, durch den Oxidationskatalysator oxidiert und zu H₂O, CO₂ etc. gereinigt. Darüber hinaus wird zudem SO₂, das in dem Abgas enthalten ist, durch den Oxidationskatalysator oxidiert, um die Vorstufen von Sulfat (das heißt SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc.) zu erzeugen.
Jedoch ist der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator auf einer stromabwärtigen Seite im Hinblick auf den Oxidationskatalysator in dem Abgassystem angeordnet. Die resultierende Vorstufe von Sulfaten (das heißt SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc.) werden als Sulfate auf dem Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator gespeichert. So wird die Emission von SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. nach außen verhindert. Zudem werden die Sulfate, welche aus SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. resultieren, durch den Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator zu SO2 bei relativ niedrigen Temperaturen versetzt und das resultierende SO₂ wird anschließend zur Außenseite emittiert. So wird eine Akkumulierung der Sulfate auf dem Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator inhibiert. Somit kann die Sulfatspeicherungs- und -reduktionswirkung des Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators für eine lange Zeitdauer beibehalten werden. Folglich kann das vorliegende Abgasreinigungsgerät eine Emission von SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. nach draußen für eine lange Zeitdauer verhindern.
Wie vorstehend beschrieben, kann das vorliegende Abgasreinigungsgerät nicht nur HC, CO und SOF auf die gleiche Weise wie die herkömmlichen Abgasreinigungsgeräte oxidieren und reinigen, sondern kann auch die Sulfate einfangen, welche von SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. abgeleitet sind, um eine Emission nach draußen abzuhalten. Zudem werden die eingefangenen Sulfate zu SO₂ reduziert, und werden als SO₂ nach draußen emittiert. Somit kann die Sulfateinfangfunktion des Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators wiederhergestellt werden. Insgesamt kann die Sulfateinfangfunktion des vorliegenden Abgasreinigungsgeräts und dessen Reduktionsfunktion für eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten werden.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch Bereitstellen eines Geräts gemäß einem der Ansprüche 1 und 5 und durch die Verwendung eines Geräts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständigere Würdigung der vorliegenden Erfindung und viele ihrer Vorteile werden unter Bezugnahme der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung, welche alle einen Teil der Offenbarung bilden, weiter erläutert werden.
1 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Veranschaulichung einer Anordnung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Abgasreinigungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Veranschaulichung einer Anordnung einer modifizierten Version der bevorzugten Ausführungsformen des vorhandenen Abgasreinigungsgeräts.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachdem die vorliegende Erfindung allgemein beschrieben wurde, kann ein weiteres Verständnis anhand der spezifischen bevorzugten Ausführungsformen erhalten werden, welche hierin nur zum Zweck der Veranschaulichung dienen und den Umfang der angefügten Ansprüche nicht begrenzen.
In dem vorliegenden Abgasreinigungsgerät oxidiert der Oxidationskatalysator HC, CO und SOF, die in einem Abgas, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, enthalten sind, um diese in H₂O und CO₂ umzuwandeln, wodurch das Abgas gereinigt wird. Als Oxidationskatalysator ist es möglich, die gleichen Oxidationskatalysatoren, wie die herkömmlichen Oxidationskatalysatoren vom offenen Typ, zu verwenden. Zum Beispiel kann der Oxidationskatalysator durch einen exemplifiziert werden, welcher einen porösen Katalysatorträger und einen auf dem porösen Katalysatorträger geträgerten Katalysatorinhaltsstoff einschließt. Der poröse Katalysatorträger kann aus Aluminiumoxid (AL₂O₃), Siliciumdioxid (SiO₂), Siliciumdioxid-Aluminiumoxid (oder ein Kompositoxid aus Siliciumdioxid und Aliminiumoxid), Zircondioxid (ZrO₂), Titandioxid (TiO₂) oder Zeolith gebildet sein. Der Katalysatorinhaltsstoff kann wenigstens ein Element sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin (Pt), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), etc. besteht.
In dem Oxidationskatalysator kann der Katalysatorinhaltsstoff vorzugsweise auf dem porösen Katalysatorträger in einer Menge von 0,1 bis 20 g, weiter bevorzugt von 1 bis 5 g, in Bezug auf 1 l des resultierenden Oxidationskatalysators, geträgert werden. Wenn die Trägermenge weniger als 0,1 g in Bezug auf 1 l des resultierenden Oxidationskatalysators beträgt, ist die Oxidatiosaktivität, die dem resultierenden Oxidationskatalysator verliehen wird, gering, und dem gemäß werden HC, CO und SOF, wie sie sind, emittiert. Wenn die Trägermenge mehr als 20 g in Bezug auf 1 l des resultierenden Oxyidationskatalysators beträgt, ist nicht nur die katalytische Wirkung des resultierenden Oxidationskatalysators gesättigt, sondern auch dessen Herstellungskosten werden erhöht.
In dem vorliegenden Abgasreinigungsgerät beinhaltet der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator einen porösen Katalysatorträger, und einen Sulfatspeicherungs- und -reduktionsinhaltsstoff. Der so angeordnete Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator speichert die Vorstufen von Sulfaten (SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc.), welche durch die Oxidationswirkung des Oxidationskatalysators hergestellt werden, als Sulfate auf dem Sulfatspeicherungs- und -reduktionsinhaltsstoff. Die gespeicherten Sulfate werden dann zu SO2 bei relativ niedrigen Temperaturen zersetzt und werden emittiert, um den Sulfatspeicherungs- und -reduktionsinhaltsstoff wiederherzustellen. Dem gemäß kann das vorliegende Abgasreinigungsgerät effektiv die Emission von SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. nach draußen inhibieren und kann gleichzeitig die Sulfatspeicherugns- und -reduktionsaktivität für eine lange Zeitdauer beibehalten.
Als Sulfatspeicherungs- und -reduktionsinhaltsstoff ist es möglich, wenigstens ein Element zu verwenden, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkalimetallelementen, Erdalkalielementen und Übergangselementen besteht. Unter den Übergangselementen ist es bevorzugt, wenigstens ein Element aus der Gruppe auszuwählen, die aus Molybdän (Mo) und Wolfrang (W) besteht, da diese Elemente mit den Vorstufen von Sulfaten (das heißt SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. ) reagieren, um die Sulfate herzustellen, welche in einem mäßigen Temperaturbereich, z. B. 500°C oder weniger, zersetzt werden können. So können diese Übergangselemente insbesondere zum Verarbeiten eines Abgases bei niedrigen Temperaturen, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, sein. Es ist ferner bevorzugt, dass die resultierende Sulfate, in einem niedrigen Temperaturbereich von 300 bis 500°C zersetzt werden. Wenn das Abgas auf oberhalb 500°C erhitzt wird, kann der Sulfatspeicherungs- und -reduktionsinhaltsstoff nicht nur aus den zuvor erwähnten Übergangselementen bestehen, sondern auch aus Barium (Ba) oder Kobalt (Co), dessen Sulfate sich weniger leicht bei 500°C oder weniger zersetzen. Man bemerke, dass der Sulfatspeicherungs- und -reduktionsinhaltsstoff vorzugsweise auf einem porösen Katalysatorträger geträgert werden kann, welcher aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Titandioxid (TiO₂), einer Mischung aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid (SiO₂), einer Mischung aus Aluminiumoxid und Titandioxid, gebildet ist.
Das Aluminiumoxid und Titandioxid sind insbesondere als der poröse Träger des Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators bevorzugt, da diese saure bzw. acide Stellen besitzen, so dass die Sulfate leicht zersetzt werden. Während das Silicumdioxid nicht so bevorzugt wie das Aluminiumoxid und Titandioxid ist, da dieses so acide ist, dass SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. darauf weniger leicht adsorbieren. Wenn jedoch das Siliciumdioxid mit dem Aluminiumoxid und Titandioxid vermischt ist, kann dieses auch als der poröse Träger des Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators verwendet werden.
In dem Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator kann der Sulfatspeicherungs- und -reduktionsinhaltsstoff vorzugsweise auf einem porösen Katalysatorträger in einer Menge von 0,05 bis 2 mol, weiter bevorzugt von 0,1 bis 0,5 mol in Bezug auf 1 l des resultierenden Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators geträgert werden. Wenn die Trägermenge weniger als 0,05 mol in Bezug auf 1 l des resultierenden Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators beträgt, werden die Sulfate, die von SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. abgeleitet sind, in einer geringeren Menge reduziert. Dem gemäß ist die Adsorption der Sulfate leicht gesättigt und wird anschließend die Emission von SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. erhöht. Wenn die Trägermenge mehr als 2 mol in Bezug auf 1 l des resultierenden Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators beträgt, wird die Reduktionsaktivität des resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators gesättigt, so dass der Sulfatspeicherungs- und -reduktionsinhaltsstoff ohne Verwendung geträgert wird.
Die Wirkungen des so angeordneten Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators wird nachstehend im Detail erläutert. Wenn zum Beispiel der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator einen Katalysatorträger aus Aluminimoxid und Eisenoxide, die auf dem Katalysatorträger geträgert sind, einschließt, wird angenommen, dass die Vorstufen von Sulfaten (das heißt SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc.) auf dem Aluminiumoxid adsorbiert werden, und mit den Eisenoxiden umgesetzt werden, um in Eisensulfate umgewandelt zu werden. Dann werden die resultierenden Eisensulfate in SO₂ in einem niedrigen Temperaturbereich, z. B. 500°C oder weniger, zersetzt und danach als SO₂ zur Außenseite emittiert. Folglich kann das vorliegende Abgasreinigungsgerät die Emission von SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc. nach draußen inhibieren.
Nachdem der Oxidationskatalysator und der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator wie vorstehend beschrieben hergestellt wurden, werden diese derart positioniert, dass sie auf die folgende Weise angeordnet sind: Der Oxidationskatalysator ist auf einer stromaufwärtigen Seite in einem Abgassystem eines Dieselmotors, z. B. so nahe wie möglich zu einem Dieselmotor benachbart (oder sofort unterhalb eines Abgasverteilers eines Dieselmotors) angeordnet; und der Sofortspeicherungs- und -reduktionskatalysator ist auf einer stromabwärtigen Seite in Bezug auf den Oxidationskatalysator in dem Abgassystem angeordnet. In diesem Fall ist das Intervall zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator nicht besonders spezifiziert. Zum Beispiel können der Oxidationskatalysator und der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator benachbart zueinander angeordnet werden, sie können einander kontaktieren oder sie können voneinander durch ein bestimmtes Intervall, das dazwischen angeordnet ist, entfernt angeordnet werden. Es sei jedoch bemerkt, dass die Temperatur des Abgases sich verringert, wenn diese weiter stromabwärts in dem Abgassystem gemessen wird. Somit kann der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator vorzugsweise innerhalb eines Bereichs stromabwärts positioniert werden, wo die Temperatur des Abgases in einem derartigen Bereich gehalten wird, dass der Sofortspeicherungs- und -reduktionskatalysator seine katalytische Wirkung am effektivsten ausführen kann.
Alternativ kann das vorliegende Abgasreinigungsgerät als eine einstückige Einheit konstruiert werden: Das heißt, ein Oxidationskatalysator kann auf einem einheitlichen Honigwabenträgersubstrat auf einer stromaufwärtigen Seite davon in der Richtung eines Abgasstroms gebildet werden; und ein Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator kann auf dem einheitliche honigwabenförmigen Trägersubstrat auf einer stromwärtigen Seite im Hinblick auf den Oxidationskatalysator ausgebildet werden.
Das vorliegende katalytische Gerät wird nachstehend im Detail im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele beschrieben.
ERSTES REFERENZBEISPIEL (außerhalb des Umfangs der Erfindung)
Herstellung eines Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators
Eine vorbestimmte Menge eines Aluminiumoxidpulvers wurde zu einer vorgeschriebenen Menge einer wässrigen Lösung aus Eisennitrat mit einer spezifischen Konzentration gegeben. Die resultierende Mischung wurde bei Raumtemperatur 1 Stunde gerührt. Danach wurde die Mischung bei 100°C 5 Stunden getrocknet und wurde anschließend bei 650°C 1 Stunde calciniert, um ein Aluminiumoxid-Eisenpulver (das heißt ein Aluminiumoxidpulver mit geträgerten Eisenoxiden) herzustellen.
Das so hergestellte Aluminiumoxid-Eisenpulver wurde zu destilliertem Wasser zusammen mit einem Aliminiumoxidsol gegeben, wodurch eine Aufschlämmung hergestellt wurde. Es sei angemerkt, dass das Aluminiumoxidsol Aluminiumoxid in einer Menge von 5 Gew.-% enthielt. Dann wurde ein honigwabenförmiges Trägersubstrat in die resultierende Aufschlämmung eingetaucht. Das honigwabenförmige Trägersubstrat besaß ein Volumen von 1,7 l und war aus Cordierit gebildet. Danach wurde das honigwabenförmige Trägersubstrat aus der Aufschlämmung genommen und wurde abgeblasen, um überschüssige Aufschlämmung zu entfernen. Schließlich wurde das honigwabenförmige Trägersubstrat bei 120°C 10 Stunden getrocknet und wurde anschließend bei 700°C 2 Stunden calciniert. So wurde eine Beschichtungsschicht auf dem honigwabenförmigen Trägersubstrat ausgebildet, wodurch ein Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator vervollständigt wurde.
Der so hergestellte Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und Eisenoxide, die auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Eisenoxide wurden auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Eisenoxide in eine Menge aus metallischem Eisen umgewandelt wurde.
Herstellung eines Oxidationskatalysators
Ein anderes Aluminiumoxidpulver wurde zu destilliertem Wasser zusammen mit einem anderen Aluminiumoxidsol zugegeben, wodurch eine andere Aufschlämmung hergestellt wurde. Es sei angemerkt, dass das Aluminiumoxidsol Aluminiumoxid in einer Menge von 5 Gew.-% enthielt. Dann wurde ein anderes honigwabenförmiges Trägersubstrat in die resultierende Aufschlämmung eingetaucht. Auf ähnliche Weise besaß das honigwabenförmige Trägersubstrat ein Volumen von 1,7 l und war aus Cordierit gebildet. Danach wurde das honigwabenförmige Trägersubstrat aus der Aufschlämmung genommen und wurde abgeblasen, um überschüssige Aufschlämmung zu entfernen. Dann wurde das honigwabenförmige Trägersubstrat bei 120°C 10 Stunden getrocknet und wurde anschießend bei 500°C 2 Stunden calciniert. So wurde eine Beschichtungsschicht auf dem honigwabenförmigen Trägersubstrat ausgebildet.
Während dessen wurde eine wässrige Lösung aus Dinitrodiaminplatinnitrat hergestellt, um eine vorbestimmte Konzentration aufzuweisen. Das honigwabenförmige Trägersubstrat mit der zuvor erwähnten Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, die darauf gebildet war, wurde in die wässrige Lösung eingetaucht. Danach wurde das honigwabenförmige Trägersubstrat aus der wässrigen Lösung genommen und wurde abgeblasen, um überschüssige Wassertröpfchen zu entfernen. Dann wurde das honigwabenförmige Trägersubstrat bei 120°C 10 Stunden getrocknet und wurde anschließend bei 250°C 1 Stunde calciniert. So wurde ein Oxidationskatalysator vervollständigt.
Der so hergestellte Oxidationskatalysator beinhaltete eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und metallisches Platin, das auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht geträgert war. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Das metallische Platin wurde auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 1 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert.
Anordnung des Abgasreinigungsgeräts
Dann wurde, wie in 1 veranschaulicht, der resultierende Oxidationskatalysator auf einer stromaufwärtigen Seite in einem Abgassystem 30 eines Dieselmotors 3 angeordnet, und der resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator wurde auf der stromabwärtigen Seite im Hinblick auf den Oxidationskatalysator in einem Abgassystem 30 angeordnet. In der Zeichnung ist der Oxidationskatalysator bei 1 bezeichnet, und der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator ist bei 2 bezeichnet. Der Dieselmotor 3 besaß einen Hubraum von 2,4 l.
Untersuchung und Bewertung
Der Dieselmotor 3 wurde in einem Temperaturbereich von 200 bis 500°C unter den gewöhnlich angegebenen Bedingungen betrieben. Es sei angemerkt, dass die Betriebstemperatur um 50°C jede Minute erhöht wurde. Das Abgas wurde auf eine SO₂-Konzentration (C1) an dem Auslass des Oxidationskatalysators untersucht und wurde ferner auf eine SO₂-Konzentration (C2) an dem Auslass des Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators untersucht. Eine Sulfatreduktionsrate wurde durch die folgende Gleichung berechnet: Sulfatreduktionsrate (%) = {(C2 – C1)/C1} × 100.
Das Ergebnis der Untersuchung wird in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
ZWEITES REFERENZBEISPIEL (außerhalb des Umfangs der Erfindung)
Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Kupfernitrat mit einer spezifischen Konzentration verwendet, um einen Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator eines zweiten Referenzbeispiels herzustellen. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der zweiten Referenzbeispiels auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und Kupferoxide, die auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Kupferoxide wurden auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Kupferoxide in einer Menge von metallischem Kupfer umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator des zweiten Referenzbeispiels auf identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Untersuchung ist auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
ERSTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Ammoniummolybdat mit einer spezifischen Konzentration verwendet, um einen Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator einer bevorzugten Ausführungsform herzustellen. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der bevorzugten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs -und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und Molybdänoxide, die auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Molybdänoxide wurden auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Molybdänoxide in einer Menge von metallischem Molybdän umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator der bevorzugten Ausführungsform auf die identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Untersuchung ist auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
ZWEITE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Ammoniumwolframat mit einer spezifischen Konzentration verwendet, um einen Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator einer zweiten bevorzugten Ausführungsform herzustellen. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der zweiten bevorzugten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und Wolframoxide, die auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Wolframoxide wurden auf der Alumiumoxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Wolframoxide in eine Menge von metallischem Wolfram umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator der zweiten bevorzugten Ausführungsform auf die identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um eine Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Bewertung ist auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
DRITTES REFERENZBEISPIEL (außerhalb des Umfangs der Erfindung)
Anstelle des Aluminiumoxidpulvers wurde ein Titandioxidpulver zur Herstellung eines Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators eines dritten Referenzbeispiels verwendet. Anstelle des Aluminiumoxidsols wurde ein Titandioxidsol dafür verwendet. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator des dritten Referenzbeispiels auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Titandioxid-Beschichtungsschicht und Eisenoxide, die auf der Titandioxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Titandioxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Eisenoxide wurden auf der Titandioxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Eisenoxide in einer Menge von metallischem Eisen umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator des dritten Referenzbeispiels auf identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Bewertung ist auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
VIERTES REFERENZBEISPIEL
Anstelle des Aluminiumoxidpulvers wurde ein Titandioxidpulver zur Herstellung eines Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators eines vierten Referenzbeispiels verwendet. Anstelle des Aluminiumoxidsols wurde ein Titandioxidsol hierfür verwendet. Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Kupfernitrat mit einer spezifischen Konzentration hierfür verwendet. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator des vierten Referenzbeispiels auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Titandioxid-Beschichtungsschicht und Kupferoxide, die auf der Titandioxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Titandioxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Kupferoxide wurden auf der Titandioxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Beschichtungsmenge der Kupferoxide in einer Menge von metallischem Kupfer umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator des vierten Referenzbeispiels auf die identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Bewertung ist auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
DRITTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Anstelle des Aluminiumoxidpulvers wurde ein Titandioxidpulver zur Herstellung eines Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators einer dritten bevorzugten Ausführungsform verwendet. Anstelle des Aluminiumoxidsols wurde ein Titandioxidsol hierfür verwendet. Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Ammoniummolybdat mit einer spezifischen Konzentration hierfür verwendet. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der dritten bevorzugten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Titandioxid-Beschichtungsschicht und Molybdänoxide, die auf der Titandioxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Titandioxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Molybdänoxide wurden auf der Titandioxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Molybdänoxide in einer Menge aus metallischem Molybdän umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator der dritten bevorzugten Ausführungsform auf die identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Untersuchung ist auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
VIERTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Anstelle des Aluminiumoxidpulvers wurde in Titandioxidpulver zur Herstellung eines Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators einer vierten bevorzugten Ausführungsform verwendet. Anstelle des Aluminiumsols wurde ein Titandioxidsol hierfür verwendet. Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Ammoniumwolframat mit einer spezifischen Konzentration hierfür verwendet. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der bevorzugten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs -und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Titandioxid-Beschichtungsschicht und Wolframoxide, die auf der Titandioxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Titandioxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Wolramoxide wurden auf der Titandioxid-Beschichtungsschicht in eine Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Wolframoxide in einer Menge aus metallischem Wolfram umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator der vierten bevorzugten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und Reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Untersuchung ist auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
VERGLEICHSBEISPIELE NR. 1 BIS 4
Anstelle des Aluminiumoxidpulvers wurde ein Siliciumdioxidpulver zur Herstellung eines Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators von Vergleichsbeispiel Nr. 1 bis 4 verwendet. Anstelle des Aluminiumoxidsols wurde ein Siliciumdioxidsol hierfür verwendet. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator von Vergleichsbeispiel Nr. 1 bis 4 auf die gleiche Weise wie diejenigen der ersten bis vierten Ausführungsformen jeweils vervollständigt.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator von Vergleichsbeispiel Nr. 1 bis 4 auf die identische Weise wie derjenige der ersten bevorzugten Ausführungsform hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige der ersten bevorzugten Ausführungsform zu konstruieren. Die resultierenden Abgasreinigungsgeräte wurden auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
VERGLEICHSBEISPIELE NR. 5 BIS 8
Anstelle des Aluminiumoxidpulvers wurde ein Zircondioxidpulver zur Herstellung eines Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysators von Vergleichsbeispiel Nr. 5 bis 8 verwendet.
Anstelle des Aluminiumoxidsols wurde ein Zircondioxidsol hierfür verwendet. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator des Vergleichsbeispiels Nr. 5 bis 8 auf die gleiche Weise wie diejenigen der fünften bis achten Ausführungsformen jeweils vervollständigt.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator des Vergleichsbeispiels Nr. 5 bis 8 auf die identische Weise wie derjenige der ersten bevorzugten Ausführungsform hergestellt. Dann wurde der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige der ersten bevorzugten Ausführungsform zu konstruieren. Die resultierenden Abgasreinigungsgeräte wurden auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Die Ergebnisse der Bewertungen sind auch in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
FÜNFTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Kobaltnitrat mit einer spezifischen Konzentration verwendet, um einen Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der fünften bevorzugte Ausführungsform herzustellen. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der fünften bevorzugten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und Kobaltoxide, die auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Kobaltoxide wurden auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Kobaltoxide in eine Menge aus metallischem Kobalt umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator der fünften bevorzugten Ausführungsform auf die identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Untersuchung ist auch in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefasst.
SECHSTE BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Bariumacetat mit einer spezifischen Konzentration verwendet, um einen Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der sechsten bevorzugten Ausführungsform herzustellen. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator der sechsten bevorzugten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und Bariumoxide, die auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Bariumoxide wurden auf der Aluminiumxoxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Bariumoxide in eine Menge von metallischem Barium umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator der sechsten bevorzugten Ausführungsform auf die identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um eine Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Bewertung ist auch in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefasst.
FÜNFTES REFERENZBEISPIEL
Anstelle der wässrigen Lösung aus Eisennitrat wurde eine wässrige Lösung aus Natriumnitrat mit einer spezifischen Konzentration verwendet, um einen Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator des fünften Referenzbeispiels herzustellen. Wenn nicht anders angegeben, wurde der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator des fünften Referenzbeispiels auf die gleiche Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels vervollständigt. Der resultierende Speicherungs- und -reduktionskatalysator beinhaltete eine Aluminumioxid-Beschichtungsschicht und Natriumoxide, die auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht geträgert waren. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wurde in einer Menge von 120 g im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats ausgebildet. Die Natriumoxide wurden auf der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht in einer Menge von 0,3 mol im Hinblick auf 1 l des honigwabenförmigen Trägersubstrats geträgert. Es sei angemerkt, dass die Trägermenge der Natriumoxide in eine Menge aus metallischem Natrium umgerechnet wurde.
Während dessen wurde ein Oxidationskatalysator des fünften Referenzbeispiels auf die identische Weise wie derjenige des ersten Referenzbeispiels hergestellt. Dann wurden der Oxidationskatalysator genauso wie der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator angeordnet, um ein Abgasreinigungsgerät auf die gleiche Weise wie dasjenige des ersten Referenzbeispiels zu konstruieren. Das resultierende Abgasreinigungsgerät wurde auf die Sulfatreduktionsrate unter den zuvor erwähnten Bedingungen untersucht. Das Ergebnis der Untersuchung ist auch in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefasst.
TABELLE 1
TABELLE 2
Es ist aus Tabelle 1 ersichtlich, dass die Abgasreinigungsgeräte der ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsformen genauso wie erste bis vierte Referenzbeispiele effizient die Sulfate reduzieren konnten. Es wird angenommen, dass diese Vorteile aus der Wirkung der sauren Stellen auf dem Aluminiumoxid und Titandioxid resultieren: Das heißt, die sauren Stellen der Beschichtungsschicht zersetzten bereitwillig Sulfate, welche auf den Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysatoren gespeichert wurden.
Andererseits schienen die Abgasreinigungsgeräte von Vergleichsbeispiel Nr. 1 bis die Vorstufen von Sulfaten (das heißt SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc.) wenig adsorbiert zu haben und diese so, wie sie waren, ausgestoßen zu haben, da die Beschichtungsschichten aus Siliciumdioxid und Zircondioxid gebildet waren, welche saure Oxide waren.
Es sei angemerkt, dass die Abgasreinigungsgeräte der fünften und sechsten bevorzugten Ausführungsform genauso wie des fünften Referenzbeispiels die Sulfate trotz der Beschichtungsschichten, welche aus Aluminiumoxid gebildet waren, nicht reduzierten. Dieses Phänomen resultiert aus der Tatsache, dass die Sulfate von CO, Ba und Na eine hohe Zersetzungstemperatur besitzen und dass sie bei ungefähr 500°C, welches ein Abgas, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, höchstens zeigen kann, nicht zersetzt werden können. Dem gemäß können, indem ein Heizgerät zum Erhitzen der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysatoren verwendet wird, oder indem ein Heizgerät zum Erhitzen des Abgases, das in die Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysatoren eingeführt werden, verwendet wird, die Abgasreinigungsgeräte der fünften und sechsten bevorzugten Ausführungsformen dazu gebracht werden, die Sulfate auf die gleiche Weise wie in dien ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsformen zu reduzieren.
In den ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsformen waren die Oxidationskatalysatoren und die Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysatoren derart angeordnet, dass sie ein Tandemabgasreinigungsgerät konstruieren. Das heißt, die Oxidationskatalysatoren und die Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysatoren waren in Serie mit einem vorbestimmten Abstand, der dazwischen bereitgestellt wird, angeordnet. Während dessen kann, wie in 2 veranschaulicht, ein Oxidationskatalysator auf einem einheitlichen Katalysatorträger auf einer stromaufwärtigen Seite davon in der Richtung eines Abgasstromes ausgebildet werden, und ein Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator kann auf dem einheitlichen Katalysatorträger auf einer stromabwärtigen Seite im Hinblick auf den Oxidationskatalysator ausgebildet werden. Der so modifizierte Abgasreinigungskatalysator kann anscheinend auf die gleiche Weise wie die ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsformen betrieben werden und Vorteile gewährleisten.
Nachdem nun die vorliegende Erfindung vollständig beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass viele Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er sich aus den angefügten Ansprüchen ergibt.
Ein Gerät zum Reinigen eines Abgases, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, beinhaltet einen Oxidationskatalysator und einen Sulfatspeicherungs- und Reduktionskatalysator. Der Oxidationskatalysator ist auf einer stromaufwärtigen Seite in einem Abgassystem eines Dieselmotors angeordnet und kann wenigstens HC (d. h. Kohlenwasserstoffe), die in einem Abgas, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, oxidieren. Der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator kann nicht nur Vorstufen von Sulfaten (d. h. SO₃, SO₄ ^2–, H₂SO₄, etc.), die bei dem Oxidationskatalysator erzeugt werden, als Sulfate einfangen, sondern kann die eingefangenen Sulfate zu SO₂ reduzieren und ist auf einer stromabwärtigen Seite im Hinblick auf den Oxidationskatalysator in dem Abgassystem angeordnet. Der Sulfatspeicherungs- und -reduktionskatalysator wandelt die Vorstufen von Sulfaten in Sulfate um, speichert diese und reduziert diese zu SO₂. So emittiert das Gerät wenig Vorstufen von Sulfaten zur Außenseite und kann die Emission der Teilchen für eine lange Zeitdauer inhibieren.

Claims

Gerät zum Reinigen eines Abgases, das aus einem Dieselmotor (3) ausgestoßen wird, das umfasst einen oxidierenden Katalysator (1), der stromaufwärts in einem Abgassystem (30) eines Dieselmotors (3) angeordnet ist, und der wenigstens Kohlenwasserstoffe oxidieren und reinigen kann, die in einem Abgas eingeschlossen sind, das von dem Dieselmotor (3) ausgestoßen wird; und einen sulfatspeichernden und reduzierenden Katalysator (2), dadurch gekennzeichnet, dass der sulfatspeichernde und reduzierende Katalysator (2) nicht nur Vorstufen von Sulfaten einfangen kann, die bei dem oxidierenden Katalysator (1) als Sulfate erzeugt werden, sondern auch eingefangene Sulfate zu Schwefeldioxid reduzieren kann, und stromabwärts im Hinblick auf den oxidierenden Katalysator (1) in dem Abgassystem (30) angeordnet ist, wobei der sulfatspeichernde und reduzierende Katalysator (2) beinhaltet einen porösen Katalysatorträger, der aus wenigstens einem Element gebildet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Titandioxid, einer Mischung aus Aluminiumoxid und Titandioxid besteht, und wenigstens einen sulfatspeichernden und reduzierenden Inhaltsstoff, welcher aus Mo und W ausgewählt ist.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der oxidierende Katalysator (2) beinhaltet: einen porösen Katalysatorträger, der aus wenigstens einem Element gebildet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Silizumdioxid, einem Kompositoxid aus Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Titandioxid, und Zeolith besteht, und wenigstens ein Katalysatorinhaltsstoff, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Rhodium, Palladium, Ruthenium und Iridium besteht, und welcher auf den porösen Katalysatorträger geträgert ist.
Gerät gemäß Anspruch 2, wobei der Katalysatorinhaltsstoff auf dem porösen Katalysatorträger in einer Menge von 0,1 bis 20 Gramm in Hinblick auf 1 Liter des oxidierenden Katalysators (1) geträgert ist.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der sulfatspeichernde und reduzierende Inhaltsstoff auf dem porösen Katalysatorträger in einer Menge von 0,05 bis 2 Mol im Hinblick auf 1 Liter des sulfatspeichernden und reduzierenden Katalysators (2) geträgert ist.
Gerät zum Reinigen eines Abgases, das aus einem Dieselmotor (3) ausgestoßen wird, das umfasst: einen oxidierenden Katalysator (1), der stromaufwärts in einem Abgassystem (30) eines Dieselmotors (3) angeordnet ist, und der wenigstens Kohlenwasserstoffe, die in einem Abgas, das aus dem Dieselmotor (3) ausgestoßen wird, oxidieren und reinigen kann; und ein sulfatspeichernder und reduzierender Katalysator (2), dadurch gekennzeichnet, dass dieser ferner eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des Abgases oder des sulfatspeichernden und reduzierenden Katalysators umfasst, der sulfatspeichernde und reduzierende Katalysator (2) nicht nur Vorstufen von Sulfaten einfangen kann, die bei dem oxidierenden Katalysator (1) als Sulfate erzeugt werden, sondern auch die eingefangenen Sulfate zu Schwefeldioxid reduzieren kann, und stromabwärts im Hinblick auf den oxidierenden Katalysator (1) in dem Abgassystem (30) angeordnet ist, wobei der sulfatspeichernde und reduzierende Katalysator (2) beinhaltet: einen porösen Katalysatorträger, der aus wenigstens einem Element gebildet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Titandioxid, einer Mischung aus Aluminiumoxid und Siliziumdioxid, einer Mischung aus Aluminiumoxid und Titandioxid besteht, und wenigstens einen sulfatspeichernden und reduzierenden Inhaltsstoff, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ba und Co besteht.
Gerät gemäß Anspruch 5, wobei der oxidierende Katalysator (2) beinhaltet: einen porösen Katalysatorträger, der aus wenigstens einem Element gebildet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, einem Kompositoxid aus Siliziumdioxid und Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Titandioxid, und Zeolith besteht, und wenigstens einen Katalysatorinhaltsstoff, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Rhodium, Palladium, Ruthenium und Iridium, und welches auf dem porösen Katalysatorträger geträgert ist.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 5 und 6, wobei der Katalysatorinhaltsstoff auf dem porösen Katalysatorträger in einer Menge von 0,1 bis 20 Gramm im Hinblick auf 1 Liter des oxidierenden Katalysators (1) geträgert ist.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der sulfatspeichernde und reduzierende Inhaltsstoff auf dem porösen Katalysatorträger in einer Menge von 0,05 bis 2 Mol in Hinblick auf 1 Liter des sulfatspeichernden und reduzierenden Katalysators (2) geträgert ist.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der oxidierende Katalysator (1) auf einem einheitlichen Trägersubstrat auf der stromaufwärtigen Seite davon in Richtung eines Abgasstromes gebildet ist; und der sulfatspeichernde und reduzierende Katalysator (2) auf dem einzigen Trägersubstrat auf der stromabwärtigen Seite davon im Hinblick auf den oxidierenden Katalysator (1) gebildet ist.
Verwendung des Geräts gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9 zum Reinigen eines Abgases, der aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, wobei: die Sulfate zu Schwefeldioxid bei einer Temperatur oberhalb 500°C unter Verwendung der Heizvorrichtung reduziert werden.
Verwendung des Geräts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Reinigen eines Abgases, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird.