EP3496853A1 - Particle filter having scr-active coating - Google Patents

Particle filter having scr-active coating

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EP3496853A1
EP3496853A1 EP17748810.3A EP17748810A EP3496853A1 EP 3496853 A1 EP3496853 A1 EP 3496853A1 EP 17748810 A EP17748810 A EP 17748810A EP 3496853 A1 EP3496853 A1 EP 3496853A1
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EP
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scr
coating
zeolite
layer
exchanged
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Withdrawn
Application number
EP17748810.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Anke Schuler
Katja Adelmann
Franz Dornhaus
Michael Schiffer
Stephan Eckhoff
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Umicore AG and Co KG
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Umicore AG and Co KG
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Publication date
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a particulate filter with SCR active
  • Exhaust gases from motor vehicles with a predominantly lean-burn internal combustion engine contain, in addition to particulate emissions, in particular the primary emissions carbon monoxide CO, hydrocarbons HC and
  • Nitrogen oxides NOx Due to the relatively high oxygen content of up to 15 vol.%, Carbon monoxide and hydrocarbons can be made relatively harmless by oxidation, but the reduction of nitrogen oxides to nitrogen is much more difficult.
  • One known method for removing nitrogen oxides from exhaust gases in the presence of oxygen is the Selective Catalytic Reduction (SCR) process using ammonia on a suitable catalyst, the SCR catalyst. In this method, the nitrogen oxides to be removed from the exhaust gas are reacted with ammonia to nitrogen and water.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • ammonia used as the reducing agent can be made available by metering in an ammonia-decomposable compound such as urea, ammonium carbamate or ammonium formate into the exhaust gas line and subsequent hydrolysis.
  • an ammonia-decomposable compound such as urea, ammonium carbamate or ammonium formate
  • Wall flow filters made of ceramic materials have proven particularly useful. These are composed of a plurality of parallel channels formed by porous walls. The channels are mutually sealed gas-tight at one of the two ends of the filter to form channels A which are open on the first side of the filter and closed on the second side of the filter, and channels B located on the first side of the filter closed and on the second side of the filter are open.
  • the exhaust gas flowing, for example, into the channels A can leave the filter only via the channels B, and must flow through the porous walls between the channels A and B for this purpose. As the exhaust passes through the wall, the particles are retained.
  • JPH01-151706 and WO2005 / 016497 suggest coating a wall-flow filter with an SCR catalyst in such a way that the latter penetrates the porous walls.
  • the porous walls of the wall flow filter are intended for this purpose
  • a wall flow filter is known, which is coated with SCR catalyst.
  • the SCR catalyst is located on the surfaces of the pores in the filter wall.
  • JP 2013-139035 A discloses a wall-flow filter coated with two washcoats, each containing iron-exchanged ⁇ -zeolites.
  • US 2010/077737 describes a system for the reduction of nitrogen oxides which comprises two different zeolite-based catalysts which differ in their reaction properties of nitrogen oxides.
  • a copper-exchanged zeolite is direct coated on the carrier substrate. This layer serves as a support for a second layer comprising an iron-exchanged zeolite.
  • the carrier substrate may be a diesel particulate filter.
  • the known SCR catalysts coated wall-flow filters have the disadvantage that their selectivity in the SCR reaction against the undesired oxidation of ammonia, especially at high
  • the object of the present invention is thus to provide wall-flow filters coated with SCR-active material which have an improved selectivity in the SCR reaction, in particular in the case of
  • the present invention relates to a particulate filter comprising a wall-flow filter and SCR-active material, wherein
  • the wall flow filter comprises channels extending in parallel between a first and a second end of the wall flow filter which are alternately gas-tightly sealed at either the first or second end and which are separated by porous walls whose pores have internal surfaces,
  • the SCR-active material is in the form of a coating on the inner surfaces of the pores of the porous walls
  • the coating has a gradient, so that the side of the coating facing the exhaust gas has a higher selectivity in the SCR reaction than the side of the coating facing the inner surfaces of the pores.
  • Wall-flow filters which can be used in accordance with the present invention are known and available on the market. They consist for example of silicon carbide, aluminum titanate or cordierite. They have uncoated state, for example, porosities of 30 to 80, especially 50 to 75%. Their average pore size when uncoated, for example, 5 to 30 microns.
  • the pores of the wall-flow filter are so-called open pores, that is to say they have a connection to the channels. Furthermore, the pores are usually interconnected. This allows, on the one hand, the slight coating of the inner pore surfaces and, on the other hand, an easy passage of the exhaust gas through the porous walls of the wall-flow filter.
  • SCR-active material is understood as meaning a material which effects the SCR reaction, ie the conversion of
  • Nitrogen oxides can catalyze with ammonia to nitrogen and water in the exhaust lean-burned combustion engines.
  • a suitable SCR active material thus has to implement nitrogen oxides effectively under the conditions prevailing in the exhaust gas, including, for example, temperatures of 200 to 750 °.
  • all known SCR catalytically active materials can be used according to the invention as the SCR-active material.
  • Examples are, for example, vanadium-containing or vanadium-free mixed oxides, as described, for example, in WO2008 / 049491 A1, WO2011 / 116907 A2 and US Pat
  • the SCR active material comprises a small pore zeolite exchanged with copper and / or iron.
  • Small-pore zeolites have a maximum ring size of eight tetrahedral atoms.
  • Well-known zeolites of this type can be used. These include naturally occurring, but preferably synthetically produced small-pore zeolites. Examples of synthetically produced small-pore zeolites include the structure types ABW, ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATN, ATT, ATV, AWO, AWW, BIK, BRE, CAS, CDO CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, ESV, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, JBW, KFI, LEV, LTA, LTJ, MER, MON, MTF, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, SAS, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI
  • Preferred small-pore zeolites are those which belong to the structure types AEI, CHA (chabazite), ERI (erionite), LEV (Levyne), AFX, DDR and KFI.
  • CHA CHA
  • AEI AEI
  • ERI AEI
  • LEV LEV
  • zeolite is intended to include not only aluminosilicates, but also silicoaluminophosphates and aluminophosphates, sometimes referred to as zeolite-like compounds.
  • the small pore aluminosilicate-type zeolites have a SAR of from 5 to 50, preferably from 14 to 40, more preferably between 20 and 35.
  • Suitable silicoaluminophosphates or aluminophosphates in particular also belong to the structure types AEI, CHA (chabazite), ERI
  • the zeolites mentioned are exchanged with iron and / or copper, in particular with copper.
  • the amounts of iron or copper are in particular 0.2 to 6 wt .-%, calculated as Fe 2 03 or CuO and based on the total weight of the exchanged zeolite.
  • the coating of the inner surfaces of the pores of the porous walls with SCR-active material has a gradient. This can be continuous, i. the selectivity of the SCR active material continuously decreases from the exhaust side of the coating to the side of the coating facing the interior surfaces of the pores.
  • the gradient is discontinuous.
  • the coating consists, for example, of two or more layers which differ with regard to the selectivity of the SCR-active material.
  • the outermost layer that is to say the layer facing the exhaust gas, has the highest selectivity and the innermost layer has the lowest selectivity.
  • the coating consists of two layers, wherein the layer facing the exhaust gas has a higher selectivity in the SCR reaction than the layer facing the inner surface of the pores.
  • selectivity is defined as the quotient of the conversion of NO x and the conversion of
  • the quotient X (NOX) / X (NH3) is calculated.
  • the coating with the highest quotient is inventively arranged so that it faces the exhaust gas, while the coating with the
  • the amount of coating with SCR catalytically active material is 70 to 150, in particular 90 to 130 g / L, based on the volume of the wall-flow filter. If the coating with SCR catalytically active material consists of two layers, the amount of one layer is, for example, 40 to 100 g / L and that of the other 30 to 50 g / L.
  • the small-pore zeolite of the layer facing the exhaust gas contains less than 3, preferably 0.3-2.5, particularly preferably 0.5-1.5 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolite of this layer, while the small pore zeolite of the inner pore surface facing layer Ibis 6, preferably 2-5, more preferably 3-4.5 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolite of this layer contains.
  • the amounts of copper in both layers are to be coordinated so that the coating facing the exhaust gas has the higher selectivity (determined as described above).
  • the layer facing the exhaust gas may also contain a small-pore zeolite which has not been exchanged with copper but is in the form of an H or NhU.
  • the layer facing the exhaust gas contains less copper calculated as CuO per unit weight washcoat than the layer facing the inner pore surface. It should be noted that the preferred amount of copper in the
  • the ratio of exchanged copper to aluminum (Cu / Al) in the zeolite the ratio of exchanged copper to aluminum (Cu / Al) in the zeolite
  • the layer facing the exhaust gas contains a small pore zeolite having a lower SiO 2 / Al 2 O 3 ratio (SAR) than the small pore zeolite contained in the layer facing the inner pore surface.
  • SAR SiO 2 / Al 2 O 3 ratio
  • the amount of coating of the layer facing the exhaust gas at 20-70g / L, preferably at 30-60g / L and the amount of coating of the inner pore surface facing layer at 50-120g / L, is preferred 70-100g / L.
  • the mass of the coating of the layer facing the exhaust gas is less than the mass of the inner pore surface
  • the chabazite of the layer facing the exhaust gas contains 1% by weight of Cu, calculated as CuO and based on the exchanged chabazite this layer, while the chabazite of the inner pore surface facing layer 3 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged chabazite of this layer contains.
  • Coatings are preferably present in amounts of 50% of the total coating amount.
  • the coating of SCR active material consists of two layers, each containing a copper-exchanged zeolite of the LEV type.
  • the levyne of the layer facing the exhaust gas contains 1% by weight of Cu, calculated as CuO and based on the exchanged Levyne of this layer, while the Levyne of the layer facing the inner pore surface contains 3% by weight of Cu, calculated as CuO and based on the
  • Both coatings are preferably present in amounts of 50% of the total coating amount.
  • the particle filter according to the invention achieves the stated object.
  • the contact times of the nitrogen oxides and ammonia to be reacted with the catalytically active material are particularly low in the particle filter according to the invention, at least lower than conventionally coated flow and wall flow filter substrates.
  • the reactants diffuse into the catalytically active layer and the resulting reaction products diffuse from the catalytically active layer back into the exhaust gas stream. This mechanism can take place over the entire length of the substrate.
  • Coatings are on the filter walls, the flow is turbulent, but the mechanism described above can also for Wear come. In addition, the reactants flow through the
  • catalytically active layer and the flow through the filter wall is a particularly intense contact. See, for example, EP 1 300 193 AI.
  • the exhaust gas does not flow through the catalytically active coating, nor is contact possible over the entire filter length. Rather, there is only a short contact time during the passage of the exhaust gas through the filter wall, during which the reactants and the catalytically active layer can touch. It was therefore not foreseeable that the
  • the preparation of the particulate filter according to the invention can be carried out by methods familiar to the person skilled in the art, for example by the customary dip coating method or pump and suction coating method with subsequent thermal aftertreatment (calcination and optionally reduction with forming gas or hydrogen).
  • the average particle size of the SCR catalytically active materials must be small enough to penetrate the pores of the wallflow filter.
  • the particulate filter according to the invention can be used with advantage for purifying exhaust gas from lean-burn internal combustion engines, in particular diesel engines. It removes particles from the exhaust gas and converts nitrogen oxides contained in the exhaust gas into the innocuous compounds nitrogen and water.
  • the present invention accordingly also relates to a method for
  • the reducing agent used in the process according to the invention is preferably ammonia.
  • the required ammonia can be any suitable reducing agent.
  • a particle filter for example, be formed in the exhaust system upstream of the particle filter according to the invention, for example by means of an upstream nitrogen oxide storage catalytic converter (Jean NOx trap - LNT), especially during operation under rich (rieh) exhaust conditions.
  • This method is known as "passive SCR”.
  • ammonia can also be carried in the form of aqueous urea solution in the "active SCR process", which is metered in as required via an injector upstream of the particle filter according to the invention.
  • the present invention thus also relates to an apparatus for purifying exhaust gas of lean-burn internal combustion engines, which is characterized in that it comprises a particulate filter according to the invention, and a means for providing a reducing agent.
  • the means for providing a reducing agent is thus an injector for aqueous urea solution.
  • the injector is usually fed with aqueous urea solution, which comes from an entrained reservoir, so for example a tank container.
  • the means for providing a reducing agent is usually fed with aqueous urea solution, which comes from an entrained reservoir, so for example a tank container.
  • nitrogen oxide storage catalyst which is able to form ammonia from nitrogen oxide.
  • nitrogen oxide storage catalysts are known to the person skilled in the art and comprehensively described in the literature. For example, from SAE-2001-01-3625 it is known that the SCR reaction with ammonia is faster if the nitrogen oxides are present in a 1: 1 mixture of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide or at least approximate this ratio. Because the exhaust gas is operated by lean
  • the device according to the invention thus also comprises an oxidation catalyst.
  • an oxidation catalyst platinum on a support material is used as the oxidation catalyst.
  • Suitable carrier material for the platinum are all those skilled in the art for this purpose materials into consideration. They have a BET surface area of from 30 to 250 m 2 / g, preferably from 100 to 200 m 2 / g (determined to ISO 9277) and are in particular aluminum oxide, silicon oxide,
  • the device according to the invention is, for example, constructed so that in the flow direction of the exhaust gas first the oxidation catalyst, then the injector for aqueous urea solution and then the particle filter according to the invention are arranged.
  • a nitrogen oxide storage catalyst and then the particle filter according to the invention are arranged in the flow direction of the exhaust gas.
  • ammonia can be formed under reductive exhaust gas conditions.
  • Oxidation catalyst and injector for aqueous urea solution are dispensable in this case.
  • the invention is explained in more detail in the following examples and figures. shows a cross section through the porous wall of a particulate filter according to the invention, comprising two layers with SCR catalytically active material, wherein
  • VK2 shows the NOx conversion of K2 and VK3 (Example 2 and Comparative Examples 1 and 2) shows the NOx conversion of K2 and VK3 (Example 2 and Comparative Examples 1 and 2) shows the NOx conversion of K2 and VK3 (Example 2 and Comparative Examples 1 and 2) shows the NOx conversion of K2 and VK3 (Example 2 and Comparative Examples 1 and 2) shows the NOx conversion of K2 and VK3 (Example 2 and
  • Porosity of 65% and an average pore size of 23 pm was coated by a conventional dipping method with 60 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite, with a
  • SAR copper-exchanged chabazite
  • the catalyst is referred to below as Kl.
  • Copper amount of 2 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged chabazite) contained.
  • the mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.06 pm.
  • the coated wall-flow filter was dried and calcined.
  • the catalyst is hereinafter called VK1. Comparative Example 2
  • the mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.05 ⁇ . ⁇ .
  • the coated wall-flow filter was dried and calcined, b) in a second step, that coated according to a)
  • Wandschfilter also provided on the uncoated part of its length (50%) on the outlet side with a second coating.
  • the mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.16 pm. Subsequently, the coated
  • Wall flow filter dried and calcined.
  • the catalyst is hereinafter called VK2.
  • the NOx turnover test consists of a test procedure, which is a
  • the maximum rate for the test procedure area 2c is determined.
  • the application of the maximum NOx rate for the various temperature points results in a job as shown in Figure 2.
  • Kl shows a significantly better NOx conversion compared to VK1 and VK2.
  • the mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.43 pm.
  • the coated wall flow filter was dried, calcined at 350 ° C and annealed at 550 ° C.
  • the catalyst is hereinafter called VKB.
  • VKB A commercial wall-flow filter made of silicon carbide with a
  • the mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.93 pm.
  • the coated wall flow filter was dried, calcined at 350 ° C and annealed at 550 ° C.
  • the catalyst is hereinafter called VKC. c)
  • VKB and VKC were at 800 ° C for 16 hours
  • VKC has a higher ratio of NOx and NH3 conversions than VKB.
  • VKC is to be coated on the side facing the gas and VKB on the side facing the wall flow filter.
  • the mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.43 pm. Subsequently, the coated
  • the wall flow filter coated according to a) was provided with a second coating.
  • the mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.93 pm.
  • the coated wall flow filter was dried, calcined at 350 ° C and annealed at 550 ° C.
  • Copper amount of 3.8 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged chabazite) contained.
  • the mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.61pm.
  • the catalyst is hereinafter called VK3.
  • the determination of the NOx conversion of K2 and VK3 (and of VKB and VKC) was carried out as described in Example 1. The result is shown in FIG. 3.

Abstract

The invention relates to a particle filter, which comprises a wall flow filter and SCR-active material, wherein the wall flow filter comprises ducts which extend in parallel between the first and the second end of the wall flow filter and which are alternately closed in a gas-tight manner either at the first or the second end and which are separated by porous walls, the pores of which have inner surfaces, and the SCR-active material is located in the form of a coating on the inner surfaces of the pores of the porous walls, characterized in that the coating has a gradient, such that the side of the coating facing the exhaust gas has a higher selectivity in the SCR reaction than the side of the coating that faces the inner surfaces of the pores. The SCR-active material is preferably a small-pored zeolite, which has a maximum ring size of eight tetrahedral atoms and is exchanged with copper and/or iron.

Description

Partikelfilter mit SCR-aktiver Beschichtung  Particulate filter with SCR active coating
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelfilter mit SCR-aktiver The present invention relates to a particulate filter with SCR active
Beschichtung zur gleichzeitigen Verminderung von Partikeln und Stickoxiden im Abgas von Verbrennungsmotoren. Coating for the simultaneous reduction of particles and nitrogen oxides in the exhaust gas of internal combustion engines.
Abgase von Kraftfahrzeugen mit einem überwiegend mager betriebenen Verbrennungsmotor enthalten neben Partikelemissionen insbesondere die Primäremissionen Kohlenmonoxid CO, Kohlenwasserstoffe HC und Exhaust gases from motor vehicles with a predominantly lean-burn internal combustion engine contain, in addition to particulate emissions, in particular the primary emissions carbon monoxide CO, hydrocarbons HC and
Stickoxide NOx. Aufgrund des relativ hohen Sauerstoffgehaltes von bis zu 15 Vol.-% können Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe durch Oxidation relativ leicht unschädlich gemacht werden, die Reduktion der Stickoxide zu Stickstoff gestaltet sich jedoch wesentlich schwieriger. Ein bekanntes Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen in Gegenwart von Sauerstoff ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Verfahren) mittels Ammoniak an einem geeigneten Katalysator, dem SCR-Katalysator. Bei diesem Verfahren werden die aus dem Abgas zu entfernenden Stickoxide mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Nitrogen oxides NOx. Due to the relatively high oxygen content of up to 15 vol.%, Carbon monoxide and hydrocarbons can be made relatively harmless by oxidation, but the reduction of nitrogen oxides to nitrogen is much more difficult. One known method for removing nitrogen oxides from exhaust gases in the presence of oxygen is the Selective Catalytic Reduction (SCR) process using ammonia on a suitable catalyst, the SCR catalyst. In this method, the nitrogen oxides to be removed from the exhaust gas are reacted with ammonia to nitrogen and water.
Das als Reduktionsmittel verwendete Ammoniak kann durch Eindosierung einer zu Ammoniak zersetzlichen Verbindung, wie beispielsweise Harnstoff, Ammoniumcarbamat oder Ammoniumformiat, in den Abgasstrang und anschließende Hydrolyse verfügbar gemacht werden.  The ammonia used as the reducing agent can be made available by metering in an ammonia-decomposable compound such as urea, ammonium carbamate or ammonium formate into the exhaust gas line and subsequent hydrolysis.
Partikel können sehr effektiv mit Hilfe von Partikelfiltern aus dem Abgas entfernt werden. Besonders bewährt haben sich Wandflussfilter aus keramischen Materialien. Diese sind aus einer Vielzahl von parallelen Kanälen aufgebaut, die durch poröse Wände gebildet werden. Die Kanäle sind wechselseitig an einem der beiden Enden des Filters gasdicht verschlossen, so dass Kanäle A gebildet werden, die an der ersten Seite des Filters offen und auf der zweiten Seite des Filters verschlossen sind, sowie Kanäle B, die an der ersten Seite des Filters verschlossen und auf der zweiten Seite des Filters offen sind . Das beispielsweise in die Kanäle A einströmende Abgas kann den Filter nur über die Kanäle B wieder verlassen, und muss zu diesem Zweck durch die porösen Wände zwischen den Kanälen A und B durchfließen. Beim Durchtritt des Abgases durch die Wand werden die Partikel zurückgehalten. Particles can be removed very effectively with the help of particle filters from the exhaust gas. Wall flow filters made of ceramic materials have proven particularly useful. These are composed of a plurality of parallel channels formed by porous walls. The channels are mutually sealed gas-tight at one of the two ends of the filter to form channels A which are open on the first side of the filter and closed on the second side of the filter, and channels B located on the first side of the filter closed and on the second side of the filter are open. The exhaust gas flowing, for example, into the channels A can leave the filter only via the channels B, and must flow through the porous walls between the channels A and B for this purpose. As the exhaust passes through the wall, the particles are retained.
Es ist auch bereits bekannt, Wandflussfilter mit SCR-aktivem Material zu beschichten und so Partikel und Stickoxide gleichzeitig aus dem Abgas zu entfernen. It is also already known to coat wall-flow filters with SCR-active material and at the same time to remove particles and nitrogen oxides from the exhaust gas.
Sofern die erforderliche Menge an SCR-aktivem Material auf die porösen Wände zwischen den Kanälen aufgebracht wird, kann dies allerdings zu einer inakzeptablen Erhöhung des Gegendrucks des Filters führen. However, if the required amount of SCR active material is applied to the porous walls between the channels, this can result in an unacceptable increase in the back pressure of the filter.
Vor diesem Hintergrund schlagen beispielsweise die JPH01-151706 und die WO2005/016497 vor, einen Wandflussfilter dergestalt mit einem SCR- Katalysator zu beschichten, dass letzterer die porösen Wände durchdringt. Die porösen Wände des Wandflussfilters sollen zu diesem Zweck eine Against this background, for example, JPH01-151706 and WO2005 / 016497 suggest coating a wall-flow filter with an SCR catalyst in such a way that the latter penetrates the porous walls. The porous walls of the wall flow filter are intended for this purpose
Porosität von mindestens 50% und eine durchschnittliche Porengröße von mindestens 5 Micron aufweisen. Have a porosity of at least 50% and an average pore size of at least 5 microns.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, siehe US 2011/274601, einen ersten SCR-Katalysator in die poröse Wand einzubringen, d.h. die inneren Oberflächen der Poren zu beschichten und einen zweiten SCR-Katalysator auf der Oberfläche der porösen Wand zu platzieren. Dabei ist die mittlere Partikelgröße des ersten SCR-Katalysators kleiner als die des zweiten SCR- Katalysators.  It has also been proposed, see US 2011/274601, to introduce a first SCR catalyst into the porous wall, i. coat the inner surfaces of the pores and place a second SCR catalyst on the surface of the porous wall. The average particle size of the first SCR catalyst is smaller than that of the second SCR catalyst.
Aus der US 2012/186229 ist ein Wandflussfilter bekannt, der mit SCR- Katalysator beschichtet ist. Bevorzugt befindet sich der SCR-Katalysator auf den Oberflächen der Poren in der Filterwand. From US 2012/186229 a wall flow filter is known, which is coated with SCR catalyst. Preferably, the SCR catalyst is located on the surfaces of the pores in the filter wall.
Die JP 2013-139035 A offenbart ein Wandflussfilter, das mit zwei Washcoats beschichtet ist, die jeweils mit Eisen ausgetauschten ß-Zeolithen enthalten. Die US 2010/077737 beschreibt ein System zur Reduktion von Stickoxiden, das zwei verschiedene Katalysatoren auf Zeolith-Basis umfasst, die sich hinsichtlich ihrer Umsetzungseigenschaften von Stickoxiden unterscheiden. In einer Ausführungsform ist ein mit Kupfer ausgetauschter Zeolith direkt auf das Trägersubstrat beschichtet. Diese Schicht dient als Träger für eine zweite Schicht, die einen mit Eisen ausgetauschten Zeolithen umfasst. Das Trägersubstrat kann ein Dieselpartikelfilter sein. Die bekannten mit SCR-Katalysatoren beschichteten Wandflussfilter haben den Nachteil, dass ihre Selektivität in der SCR-Reaktion gegenüber der unerwünschten Oxidation von Ammoniak insbesondere bei hohen JP 2013-139035 A discloses a wall-flow filter coated with two washcoats, each containing iron-exchanged β-zeolites. US 2010/077737 describes a system for the reduction of nitrogen oxides which comprises two different zeolite-based catalysts which differ in their reaction properties of nitrogen oxides. In one embodiment, a copper-exchanged zeolite is direct coated on the carrier substrate. This layer serves as a support for a second layer comprising an iron-exchanged zeolite. The carrier substrate may be a diesel particulate filter. The known SCR catalysts coated wall-flow filters have the disadvantage that their selectivity in the SCR reaction against the undesired oxidation of ammonia, especially at high
Temperaturen zu gering ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, mit SCR- aktivem Material beschichtete Wandflussfilter zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Selektivität in der SCR-Reaktion, insbesondere bei Temperatures is too low. The object of the present invention is thus to provide wall-flow filters coated with SCR-active material which have an improved selectivity in the SCR reaction, in particular in the case of
Temperaturen von über 600°C, aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelfilter, das einen Wandflussfilter und SCR-aktives Material umfasst, wobei Temperatures of over 600 ° C, have. The present invention relates to a particulate filter comprising a wall-flow filter and SCR-active material, wherein
das Wandflussfilter Kanäle umfasst, die sich parallel zwischen einem ersten und einem zweiten Ende des Wandflussfilters erstrecken, die abwechselnd entweder am ersten oder am zweiten Ende gasdicht verschlossen sind und die durch poröse Wände getrennt sind, deren Poren innere Oberflächen aufweisen, the wall flow filter comprises channels extending in parallel between a first and a second end of the wall flow filter which are alternately gas-tightly sealed at either the first or second end and which are separated by porous walls whose pores have internal surfaces,
und das SCR-aktive Material sich in Form einer Beschichtung auf den inneren Oberflächen der Poren der porösen Wände befindet, and the SCR-active material is in the form of a coating on the inner surfaces of the pores of the porous walls,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung einen Gradienten aufweist, so dass die dem Abgas zugewandte Seite der Beschichtung eine höhere Selektivität in der SCR-Reaktion aufweist, als die den inneren Oberflächen der Poren zugewandte Seite der Beschichtung. characterized in that the coating has a gradient, so that the side of the coating facing the exhaust gas has a higher selectivity in the SCR reaction than the side of the coating facing the inner surfaces of the pores.
Wandflussfilter, die gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden können, sind bekannt und am Markt erhältlich. Sie bestehen beispielsweise aus Silicium-Carbid, Aluminium-Titanat oder Cordierit. Sie weisen in unbeschichtetem Zustand beispielsweise Porositäten von 30 bis 80, insbesondere 50 bis 75% auf. Ihre durchschnittliche Porengröße beträgt in unbeschichtetem Zustand beispielsweise 5 bis 30 Mikrometer. Wall-flow filters which can be used in accordance with the present invention are known and available on the market. They consist for example of silicon carbide, aluminum titanate or cordierite. They have uncoated state, for example, porosities of 30 to 80, especially 50 to 75%. Their average pore size when uncoated, for example, 5 to 30 microns.
In der Regel sind die Poren des Wandflussfilters sogenannte offene Poren, das heißt sie haben eine Verbindung zu den Kanälen. Des Weiteren sind die Poren in der Regel untereinander verbunden. Dies ermöglicht einerseits die leichte Beschichtung der inneren Porenoberflächen und andererseits eine leichte Passage des Abgases durch die porösen Wände des Wandflussfilters. As a rule, the pores of the wall-flow filter are so-called open pores, that is to say they have a connection to the channels. Furthermore, the pores are usually interconnected. This allows, on the one hand, the slight coating of the inner pore surfaces and, on the other hand, an easy passage of the exhaust gas through the porous walls of the wall-flow filter.
Als SCR-aktives Material wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Material verstanden, das die SCR-Reaktion, also die Umsetzung von Within the scope of the present invention, SCR-active material is understood as meaning a material which effects the SCR reaction, ie the conversion of
Stickoxiden mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser, im Abgas mager betriebener Verbrennungsmotoren katalysieren kann. Ein geeignetes SCR- aktives Material muss somit bei den im Abgas herrschenden Bedingungen, dazu gehören beispielsweise Temperaturen von 200 bis 750°, Stickoxide effektive umsetzen. Als SCR-aktives Material können erfindungsgemäß prinzipiell alle bekannten SCR-katalytisch aktiven Materialien verwendet werden. Nitrogen oxides can catalyze with ammonia to nitrogen and water in the exhaust lean-burned combustion engines. A suitable SCR active material thus has to implement nitrogen oxides effectively under the conditions prevailing in the exhaust gas, including, for example, temperatures of 200 to 750 °. In principle, all known SCR catalytically active materials can be used according to the invention as the SCR-active material.
Beispiele sind etwa Vanadium-haltige oder Vanadium-freie Mischoxide, wie sie beispielsweise aus WO2008/049491 AI, WO2011/116907 A2 undExamples are, for example, vanadium-containing or vanadium-free mixed oxides, as described, for example, in WO2008 / 049491 A1, WO2011 / 116907 A2 and US Pat
WO2011/131324 AI bekannt sind, sowie Mischungen von Mischoxiden mit SCR-Katalysatoren auf Zeolith-Basis, wie sie zum Beispiel aus WO2011 / 131324 AI known, and mixtures of mixed oxides with SCR catalysts based on zeolite, as for example
WO2009/124643 AI, EP 2 335 810 AI und WO2012/168277 AI bekannt sind . WO2009 / 124643 AI, EP 2 335 810 AI and WO2012 / 168277 AI are known.
In besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das SCR-aktive Material einen kleinporigen Zeolithen, der mit Kupfer und/oder Eisen ausgetauscht ist. In particular embodiments of the present invention, the SCR active material comprises a small pore zeolite exchanged with copper and / or iron.
Kleinporige Zeolithe weisen eine maximale Ringgröße von acht tetra- edrischen Atomen auf. Fachmann bekannten Zeolithe dieser Art können verwendet werden. Dazu gehören natürlich vorkommende, bevorzugt aber synthetisch hergestellte kleinporige Zeolithe. Beispiele für synthetisch hergestellte kleinporige Zeolithe gehören den Strukturtypen ABW, ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATN, ATT, ATV, AWO, AWW, BIK, BRE, CAS, CDO CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, ESV, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, JBW, KFI, LEV, LTA, LTJ, MER, MON, MTF, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, SAS, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG und ZON an. Small-pore zeolites have a maximum ring size of eight tetrahedral atoms. Well-known zeolites of this type can be used. These include naturally occurring, but preferably synthetically produced small-pore zeolites. Examples of synthetically produced small-pore zeolites include the structure types ABW, ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATN, ATT, ATV, AWO, AWW, BIK, BRE, CAS, CDO CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, ESV, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, JBW, KFI, LEV, LTA, LTJ, MER, MON, MTF, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, SAS, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG and ZON.
Bevorzugte kleinporige Zeolithe sind solche, die den Strukturtypen AEI, CHA (Chabazit), ERI (Erionit), LEV (Levyne), AFX, DDR und KFI angehören.  Preferred small-pore zeolites are those which belong to the structure types AEI, CHA (chabazite), ERI (erionite), LEV (Levyne), AFX, DDR and KFI.
Besonders bevorzugt sind die Strukturtypen CHA, AEI, ERI und LEV, ganz besonders bevorzugt CHA und LEV. Particularly preferred are the structure types CHA, AEI, ERI and LEV, most preferably CHA and LEV.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen unter den Begriff Zeolith nicht nur Aluminosilikate fallen, sondern auch Silicoaluminophosphate und Aluminophosphate, die gelegentlich auch als Zeolith-ähnliche Verbindungen bezeichnet werden. In the context of the present invention, the term zeolite is intended to include not only aluminosilicates, but also silicoaluminophosphates and aluminophosphates, sometimes referred to as zeolite-like compounds.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen die kleinporigen Zeolithe vom Aluminosilikat-Typ einen SAR-Wert von 5 bis 50 auf, bevorzugt von 14 bis 40, besonders bevorzugt zwischen 20 und 35. In embodiments of the present invention, the small pore aluminosilicate-type zeolites have a SAR of from 5 to 50, preferably from 14 to 40, more preferably between 20 and 35.
Geeignete Silicoaluminophosphate bzw. Aluminophosphate gehören insbesondere ebenfalls den Strukturtypen AEI, CHA (Chabazit), ERI Suitable silicoaluminophosphates or aluminophosphates in particular also belong to the structure types AEI, CHA (chabazite), ERI
(Erionit), LEV (Levyne), AFX, DDR und KFI an. Solche Materialien können unter dem entsprechenden Three- Letter-Code der Structure Database der International Zeolite Association unter Related Materials entnommen werden (http://www.iza-structure.org/databases/). (Erionite), LEV (Levyne), AFX, DDR and KFI. Such materials can be found under the related three-letter code of the Structure Database of the International Zeolite Association under Related Materials (http://www.iza-structure.org/databases/).
Beispiele sind SAPO-17, SAPO-18, SAPO-34, SAPO-35, SAPO-39, SAPO-43, SAPO-47 und SAPO-56 bzw. AIPO-17, AIPO- 18, AIPO-34 und AIPO-35. Für diese Materialien sind die oben erwähnten bevorzugten SAR Werte von Aluminosilikaten nicht zutreffend.  Examples are SAPO-17, SAPO-18, SAPO-34, SAPO-35, SAPO-39, SAPO-43, SAPO-47 and SAPO-56 and AIPO-17, AIPO-18, AIPO-34 and AIPO-35 , For these materials, the above-mentioned preferred SAR values of aluminosilicates are not applicable.
Die genannten Zeolithe sind mit Eisen und/oder Kupfer, insbesondere mit Kupfer ausgetauscht. Die Eisen- bzw. Kupfermengen betragen insbesondere 0,2 bis 6 Gew.-%, berechnet als Fe203 bzw. CuO und bezogen auf das Gesamtgewicht des ausgetauschten Zeolithen. The zeolites mentioned are exchanged with iron and / or copper, in particular with copper. The amounts of iron or copper are in particular 0.2 to 6 wt .-%, calculated as Fe 2 03 or CuO and based on the total weight of the exchanged zeolite.
Erfindungsgemäß weist die Beschichtung der inneren Oberflächen der Poren der porösen Wände mit SCR-aktivem Material einen Gradienten auf. Dieser kann kontinuierlich sein, d.h. die Selektivität des SCR-aktiven Materials verringert sich kontinuierlich von der dem Abgas zugewandten Seite der Beschichtung zu den den inneren Oberflächen der Poren zugewandten Seite der Beschichtung . According to the invention, the coating of the inner surfaces of the pores of the porous walls with SCR-active material has a gradient. This can be continuous, i. the selectivity of the SCR active material continuously decreases from the exhaust side of the coating to the side of the coating facing the interior surfaces of the pores.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Gradient aber diskontinuierlich. Dabei besteht die Beschichtung beispielsweise aus zwei oder mehr Schichten, die sich hinsichtlich der Selektivität des SCR-aktiven Materials unterscheiden. Dabei weist die äußerste, d .h dem Abgas zugewandte Schicht die höchste Selektivität und die innerste Schicht die niedrigste Selektivität auf. In embodiments of the present invention, however, the gradient is discontinuous. The coating consists, for example, of two or more layers which differ with regard to the selectivity of the SCR-active material. In this case, the outermost layer, that is to say the layer facing the exhaust gas, has the highest selectivity and the innermost layer has the lowest selectivity.
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Beschichtung aus zwei Schichten, wobei die dem Abgas zugewandte Schicht eine höhere Selektivität in der SCR-Reaktion aufweist als die der inneren Oberfläche der Poren zugewandte Schicht.  In a particular embodiment of the present invention, the coating consists of two layers, wherein the layer facing the exhaust gas has a higher selectivity in the SCR reaction than the layer facing the inner surface of the pores.
Im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung ist der Begriff Selektivität definiert als der Quotient aus dem Umsatz von NOx und dem Umsatz von In the context of the present patent application, the term selectivity is defined as the quotient of the conversion of NO x and the conversion of
S = X (NOx) / X (NH3)  S = X (NOx) / X (NH3)
wobei S die Selektiviät, X (NOX) den Umsatz von NOx in % und X (NH3) den Umsatz von N H3 in % bedeuten. where S is the selectivity, X (NOX) the conversion of NOx in% and X (NH3) the conversion of N H3 in%.
Je größer der Quotient ist, desto selektiver ist das SCR-aktive Material bzw. die SCR-aktive Beschichtung bezüglich der erwünschten selektiven katalytischen Reaktion von NOx und N H3 zu Stickstoff und Wasser gegenüber der unerwünschten Oxidation von N H3 mit Sauerstoff zu  The larger the quotient, the more selective the SCR-active material or SCR-active coating is with respect to the desired selective catalytic reaction of NOx and N H3 with nitrogen and water over the undesirable oxidation of N H3 with oxygen
Stickstoff oder sogar NOx. Zur Bestimmung von X (NOX) und X (NH3) Wird mit dem SCR-aktiven Material jeder Beschichtung ein Wandflussfilter beschichtet, sodann 16 Stunden bei 800°C hydrothermal gealtert und dann der Umsatz von NOx bzw. N H3 bei 500°C in einem Testgas der folgenden Zusammensetzung bestimmt: Nitrogen or even NOx. For the Determination of X (NOX) and X (NH3) A wall-flow filter is coated with the SCR-active material of each coating, then hydrothermally aged for 16 hours at 800 ° C and then the conversion of NOx or N H3 at 500 ° C in a Test gas of the following composition determines:
Anschließend wird der Quotient X (NOX) / X (NH3) berechnet. Die Beschichtung mit dem höchsten Quotienten wird erfindungsgemäß so angeordnet, dass sie dem Abgas zugewandt ist, während die Beschichtung mit dem Subsequently, the quotient X (NOX) / X (NH3) is calculated. The coating with the highest quotient is inventively arranged so that it faces the exhaust gas, while the coating with the
niedrigsten Quotienten so angeordnet wird, dass sie dem Wandflussfilter zugewandt ist. lowest quotient is arranged so that it faces the wall flow filter.
Es ist außerdem darauf zu achten, dass neben den oben genannten Testbedingungen auch alle anderen Testbedingungen gleich sind. Insbesondere sollen identische Wandflussfilter und identische Beschichtungsverfahren verwendet werden. It is also important to ensure that, in addition to the above test conditions, all other test conditions are the same. In particular, identical wall flow filters and identical coating methods should be used.
Ein konkretes Beispiel für die Bestimmung des Quotienten S = X (NOX) / X (NH3) ist in Beispiel 2 beschrieben. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge der Beschichtung mit SCR-katalytisch aktivem Material 70 bis 150, insbesondere 90 bis 130 g/L, bezogen auf das Volumen des Wandflussfilters. Sofern die Beschichtung mit SCR-katalytisch aktivem Material aus zwei Schichten besteht, so beträgt die Menge einer Schicht beispielsweise 40 bis 100 g/L und die der anderen 30 bis 50 g/L. A concrete example for the determination of the quotient S = X (NOX) / X (NH3) is described in Example 2. In a further embodiment of the present invention, the amount of coating with SCR catalytically active material is 70 to 150, in particular 90 to 130 g / L, based on the volume of the wall-flow filter. If the coating with SCR catalytically active material consists of two layers, the amount of one layer is, for example, 40 to 100 g / L and that of the other 30 to 50 g / L.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die In one embodiment of the present invention, the
Beschichtung mit SCR-aktivem Material aus zwei Schichten, die jeweils einen mit Kupfer ausgetauschten kleinporigen Zeolithen enthalten. Coating with SCR-active material of two layers, each containing a copper-exchanged small-pore zeolite.
Dabei enthält der kleinporige Zeolith der dem Abgas zugewandten Schicht weniger als 3, bevorzugt 0,3-2,5, besonders bevorzugt 0,5-1,5 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Zeolithen dieser Schicht, während der kleinporige Zeolith der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht Ibis 6, bevorzugt 2-5, besonders bevorzugt 3-4,5 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Zeolithen dieser Schicht, enthält. Dabei sind die Mengen an Kupfer in beiden Schichten so aufeinander abzustimmen, dass die dem Abgas zugewandte Beschichtung die höhere Selektivität (wie oben beschrieben bestimmt) aufweist.  In this case, the small-pore zeolite of the layer facing the exhaust gas contains less than 3, preferably 0.3-2.5, particularly preferably 0.5-1.5 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolite of this layer, while the small pore zeolite of the inner pore surface facing layer Ibis 6, preferably 2-5, more preferably 3-4.5 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolite of this layer contains. In this case, the amounts of copper in both layers are to be coordinated so that the coating facing the exhaust gas has the higher selectivity (determined as described above).
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann die dem Abgas zugewandte Schicht auch einem kleinporigen Zeolithen enthalten, welcher nicht mit Kupfer ausgetauscht wurde sondern als H-Form bzw. als NhU-Form vorliegt.  In a particular embodiment of the invention, the layer facing the exhaust gas may also contain a small-pore zeolite which has not been exchanged with copper but is in the form of an H or NhU.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die dem Abgas zugewandte Schicht weniger Kupfer berechnet als CuO pro Gewichtseinheit Washcoat als die der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht. Es ist zu berücksichtigen, dass die bevorzugte Menge an Kupfer im In a preferred embodiment of the invention, the layer facing the exhaust gas contains less copper calculated as CuO per unit weight washcoat than the layer facing the inner pore surface. It should be noted that the preferred amount of copper in the
Verhältnis zum Zeolithen abhängig ist vom Si02/Al203-Verhältnis des Relationship to the zeolite depends on the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of the
Zeolithen. Im Allgemeinen gilt, dass mit zunehmenden Si02/Al203-Verhältnis des Zeolithen die Menge an austauschbarem Kupfer abnimmt. Das bevorzugte Atomverhältnis von im Zeolithen eingetauschten Kupfer zu Gerüst-Aluminium im Zeolithen, nachfolgend als Cu/Al-Verhältnis Zeolites. In general, as the Si0 2 / Al 2 O 3 ratio of the zeolite increases, the amount of exchangeable copper decreases. The preferred atomic ratio of zeolite exchanged copper to framework aluminum in the zeolite, hereinafter Cu / Al ratio
bezeichnet, liegt erfindungsgemäß insbesondere bei 0,1 bis 0,6. denotes according to the invention, in particular at 0.1 to 0.6.
Dies entspricht einem theoretischen Austauschgrad des Kupfers mit dem Zeolithen von 20% bis 120%, ausgehend von einem vollständigen This corresponds to a theoretical degree of exchange of the copper with the zeolite of 20% to 120%, starting from a complete one
Ladungsausgleich im Zeolithen durch zweiwertige Cu-Ionen bei einem Eintauschgrad von 100%. Charge compensation in the zeolite by divalent Cu ions at a degree of exchange of 100%.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis von eingetauschtem Kupfer zu Aluminium (Cu/Al) im Zeolithen, der  In a preferred embodiment of the invention, the ratio of exchanged copper to aluminum (Cu / Al) in the zeolite, the
in der dem Abgas zugewandte Schicht enthalten ist, bei Werten von 0,1 bis 0,3, bevorzugt bei 0,15 bis 0,25 und das Cu/Al-Verhältnis des Zeolithen, welcher in der Schicht enthalten ist, die der inneren Porenoberfläche zugewandt ist bei Werten von 0,3 bis 0,6, bevorzugt bei Werten von 0,35 bis 0,5. in the exhaust gas facing layer, at values of 0.1 to 0.3, preferably 0.15 to 0.25, and the Cu / Al ratio of the zeolite contained in the layer, that of the inner pore surface is at values of 0.3 to 0.6, preferably at values of 0.35 to 0.5.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die dem Abgas zugewandte Schicht einen kleinporigen Zeolithen, der ein niedrigeres Si02/AI203-Verhältnis (SAR) aufweist als der kleinporige Zeolith, der in der der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht enthalten ist. In another embodiment of the invention, the layer facing the exhaust gas contains a small pore zeolite having a lower SiO 2 / Al 2 O 3 ratio (SAR) than the small pore zeolite contained in the layer facing the inner pore surface.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt die Menge der Beschichtung der dem Abgas zugewandten Schicht bei 20-70g/L, bevorzugt bei 30-60g/L und die Menge der Beschichtung der der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht bei 50-120g/L, bevorzugt 70-100g/L. Bevorzugt ist die Masse der Beschichtung der dem Abgas zugewandten Schicht geringer als die Masse der der inneren Porenoberfläche In a further preferred embodiment of the invention, the amount of coating of the layer facing the exhaust gas at 20-70g / L, preferably at 30-60g / L and the amount of coating of the inner pore surface facing layer at 50-120g / L, is preferred 70-100g / L. Preferably, the mass of the coating of the layer facing the exhaust gas is less than the mass of the inner pore surface
zugewandten Schicht. facing layer.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die In one embodiment of the present invention, the
Beschichtung mit SCR-aktivem Material aus zwei Schichten, die jeweils einen mit Kupfer ausgetauschten Zeolithen vom Strukturtyp CHA enthalten. Dabei enthält der Chabazit der dem Abgas zugewandten Schicht 1 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten dieser Schicht, während der Chabazit der der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht 3 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten dieser Schicht, enthält. Beide Coating with two-layer SCR-active material, each containing a copper-exchanged CHA-type zeolite. The chabazite of the layer facing the exhaust gas contains 1% by weight of Cu, calculated as CuO and based on the exchanged chabazite this layer, while the chabazite of the inner pore surface facing layer 3 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged chabazite of this layer contains. Both
Beschichtungen liegen bevorzugt in Mengen von jeweils 50% der gesamten Beschichtungsmenge vor. Coatings are preferably present in amounts of 50% of the total coating amount.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Beschichtung mit SCR-aktivem Material aus zwei Schichten, die jeweils einen mit Kupfer ausgetauschten Zeolithen vom Strukturtyp LEV enthalten. Dabei enthält der Levyne der dem Abgas zugewandten Schicht 1 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Levyne dieser Schicht, während der Levyne der der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht 3 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den  In another embodiment of the present invention, the coating of SCR active material consists of two layers, each containing a copper-exchanged zeolite of the LEV type. The levyne of the layer facing the exhaust gas contains 1% by weight of Cu, calculated as CuO and based on the exchanged Levyne of this layer, while the Levyne of the layer facing the inner pore surface contains 3% by weight of Cu, calculated as CuO and based on the
ausgetauschten Levyne dieser Schicht, enthält. Beide Beschichtungen liegen bevorzugt in Mengen von jeweils 50% der gesamten Beschichtungsmenge vor. Levyne exchanged this layer containing. Both coatings are preferably present in amounts of 50% of the total coating amount.
Es ist für den Fachmann in besonderem Maße überraschend, dass das erfindungsgemäße Partikelfilter die gestellte Aufgabe löst. Die Kontaktzeiten der umzusetzenden Stickoxide und Ammoniak mit dem katalytisch aktiven Material sind im erfindungsgemäßen Partikelfilter nämlich besonders gering, jedenfalls geringer als bei herkömmlich beschichteten Durchfluss- und Wandflussfiltersubstraten. It is particularly surprising for a person skilled in the art that the particle filter according to the invention achieves the stated object. In fact, the contact times of the nitrogen oxides and ammonia to be reacted with the catalytically active material are particularly low in the particle filter according to the invention, at least lower than conventionally coated flow and wall flow filter substrates.
Durchflusssubstrate werden von Abgas laminar durchströmt, wobei die umzusetzenden Moleküle über die gesamte Länge des Substrats Kontakt zu den sich auf den Substratwänden befindlichen katalytisch aktiven  Throughflow of laminar flow through the exhaust gas, wherein the molecules to be reacted over the entire length of the substrate in contact with the located on the substrate walls catalytically active
Beschichtungen haben . Zur Umsetzung diffundieren die Reaktanten in die katalytisch aktive Schicht und die resultierenden Umsetzungsprodukte diffundieren aus der katalytisch aktiven Schicht zurück in den Abgasstrom. Dieser Mechanismus kann über die ganze Länge des Substrats vonstatten- gehen.  Have coatings. For reaction, the reactants diffuse into the catalytically active layer and the resulting reaction products diffuse from the catalytically active layer back into the exhaust gas stream. This mechanism can take place over the entire length of the substrate.
Bei Wandflussfiltersubstraten, bei denen sich die katalytisch aktiven  In Wandflussfiltersubstraten, in which the catalytically active
Beschichtungen auf den Filterwänden befinden, ist die Strömung zwar turbulent, der oben beschriebene Mechanismus kann aber ebenfalls zum Tragen kommen. Darüber hinaus durchfließen die Reaktanten die Coatings are on the filter walls, the flow is turbulent, but the mechanism described above can also for Wear come. In addition, the reactants flow through the
katalytisch aktive Schicht und beim Durchfluss durch die Filterwand besteht ein besonders intensiver Kontakt. Siehe dazu zum Beispiel die EP 1 300 193 AI . catalytically active layer and the flow through the filter wall is a particularly intense contact. See, for example, EP 1 300 193 AI.
Beim erfindungsgemäßen Partikelfilter, bei dem sich die katalytisch aktive Beschichtung auf den Porenoberflächen in der Filterwand befinden, durchströmt das Abgas weder die katalytisch aktive Beschichtung, noch ist ein Kontakt über die gesamte Filterlänge möglich. Vielmehr besteht nur beim Durchtritt des Abgases durch die Filterwand eine kurze Kontaktzeit, während der sich die Reaktanten und die katalytisch aktive Schicht berühren können. Es war deshalb nicht vorauszusehen, dass der In the particulate filter according to the invention, in which the catalytically active coating is located on the pore surfaces in the filter wall, the exhaust gas does not flow through the catalytically active coating, nor is contact possible over the entire filter length. Rather, there is only a short contact time during the passage of the exhaust gas through the filter wall, during which the reactants and the catalytically active layer can touch. It was therefore not foreseeable that the
erfindungsgemäß vorgesehene Gradient der Beschichtung überhaupt zum Tragen kommt und das erfindungsgemäße Partikelfilter damit die Aufgabe löst. According to the invention provided gradient of the coating comes into play at all and the particulate filter according to the invention thus solves the problem.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Partikelfilters kann nach dem Fachmann geläufigen Methoden erfolgen, so etwa nach den üblichen Tauchbeschichtungsverfahren bzw. Pump- und Saug-Beschichtungs- verfahren mit sich anschließender thermischer Nachbehandlung (Kalzination und gegebenenfalls Reduktion mit Formiergas oder Wasserstoff). The preparation of the particulate filter according to the invention can be carried out by methods familiar to the person skilled in the art, for example by the customary dip coating method or pump and suction coating method with subsequent thermal aftertreatment (calcination and optionally reduction with forming gas or hydrogen).
Dem Fachmann ist bekannt, dass die durchschnittliche Porengröße des Wandflussfilters und die mittlere Teilchengröße der SCR-katalytisch aktiven Materialien so aufeinander abgestimmt werden müssen, dass eine  It is known to the person skilled in the art that the average pore size of the wall-flow filter and the average particle size of the SCR-catalytically active materials must be coordinated with one another such that a
Beschichtung der inneren Porenoberflächen erfolgt. Insbesondere muss die mittlere Teilchengröße der SCR-katalytisch aktiven Materialien klein genug sein, um in die Poren des Wandflussfilters einzudringen. Coating of the inner pore surfaces takes place. In particular, the average particle size of the SCR catalytically active materials must be small enough to penetrate the pores of the wallflow filter.
Der erfindungsgemäße Partikelfilter kann mit Vorteil zur Reinigung von Abgas von mager betriebenen Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, verwendet werden. Er entfernt Partikel aus dem Abgas und setzt im Abgas enthaltene Stickoxide in die unschädlichen Verbindungen Stickstoff und Wasser um. Die vorliegende Erfindung betrifft demnach auch ein Verfahren zur The particulate filter according to the invention can be used with advantage for purifying exhaust gas from lean-burn internal combustion engines, in particular diesel engines. It removes particles from the exhaust gas and converts nitrogen oxides contained in the exhaust gas into the innocuous compounds nitrogen and water. The present invention accordingly also relates to a method for
Reinigung von Abgas von mager betriebenen Verbrennungsmotoren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Abgas über ein erfindungsgemäßes Partikelfilter geleitet wird . Purification of exhaust gas from lean-burn internal combustion engines, which is characterized in that the exhaust gas is passed through a particulate filter according to the invention.
In der Regel geschieht diese Überleitung in Gegenwart eines Reduktionsmittels. Als Reduktionsmittel wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt Ammoniak verwendet. Der benötigte Ammoniak kann As a rule, this transition takes place in the presence of a reducing agent. The reducing agent used in the process according to the invention is preferably ammonia. The required ammonia can
beispielsweise im Abgassystem anströmseitig zum erfindungsgemäßen Partikelfilter etwa mittels eines anströmseitigen Stickoxidspeicher- katalysators (Jean NOx trap - LNT) gebildet werden, insbesondere im Betrieb unter fetten (rieh) Abgasbedingungen. Dieses Verfahren ist als „passiv SCR" bekannt. For example, be formed in the exhaust system upstream of the particle filter according to the invention, for example by means of an upstream nitrogen oxide storage catalytic converter (Jean NOx trap - LNT), especially during operation under rich (rieh) exhaust conditions. This method is known as "passive SCR".
Ammoniak kann aber auch im„aktiven SCR-Verfahren" in Form wässriger Harnstofflösung mitgeführt werden, die bedarfsgerecht über einen Injektor anströmseitig zum erfindungsgemäßen Partikelfilter eindosiert wird .  However, ammonia can also be carried in the form of aqueous urea solution in the "active SCR process", which is metered in as required via an injector upstream of the particle filter according to the invention.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgas von mager betriebenen Verbrennungsmotoren, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein erfindungsgemäßes Partikelfilter, sowie ein Mittel zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels umfasst. The present invention thus also relates to an apparatus for purifying exhaust gas of lean-burn internal combustion engines, which is characterized in that it comprises a particulate filter according to the invention, and a means for providing a reducing agent.
In der Regel wird als Reduktionsmittel Ammoniak verwendet. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Mittel zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels somit ein Injektor für wässrige Harnstofflösung . Der Injektor wird in der Regel mit wässriger Harnstofflösung gespeist, die aus einem mitgeführten Reservoir, also zum Beispiel einem Tankbehälter stammt. In einer anderen Ausführungsform ist das Mittel zur Bereitstellung einesAs a rule, ammonia is used as the reducing agent. In one embodiment of the device according to the invention, the means for providing a reducing agent is thus an injector for aqueous urea solution. The injector is usually fed with aqueous urea solution, which comes from an entrained reservoir, so for example a tank container. In another embodiment, the means for providing a
Reduktionsmittels ein Stickoxidspeicher-Katalysator, der in der Lage ist, aus Stickoxid Ammoniak zu bilden. Solche Stickoxidspeicher-Katalysatoren sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur umfassend beschrieben. Beispielsweise aus SAE-2001-01-3625 ist bekannt, dass die SCR-Reaktion mit Ammoniak schneller verläuft, wenn die Stickoxide in einer 1 : 1 Mischung aus Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid vorliegen oder jedenfalls diesem Verhältnis nahekommen. Da das Abgas von mager betriebenen Reducing agent, a nitrogen oxide storage catalyst, which is able to form ammonia from nitrogen oxide. Such nitrogen oxide storage catalysts are known to the person skilled in the art and comprehensively described in the literature. For example, from SAE-2001-01-3625 it is known that the SCR reaction with ammonia is faster if the nitrogen oxides are present in a 1: 1 mixture of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide or at least approximate this ratio. Because the exhaust gas is operated by lean
Verbrennungsmotoren in der Regel einen Überschuss von Stickstoffmonoxid gegenüber Stickstoffdioxid aufweist, schlägt das Dokument vor, den Anteil an Stickstoffdioxid mit Hilfe eines Oxidationskatalysators zu erhöhen. Internal combustion engines usually has an excess of nitrogen monoxide over nitrogen dioxide, the document proposes to increase the proportion of nitrogen dioxide with the aid of an oxidation catalyst.
In einer Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung somit auch einen Oxidationskatalysator. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird als Oxidationskatalysator Platin auf einem Trägermaterial verwendet. In one embodiment, the device according to the invention thus also comprises an oxidation catalyst. In embodiments of the present invention, platinum on a support material is used as the oxidation catalyst.
Als Trägermaterial für das Platin kommen alle dem Fachmann für diesen Zweck geläufigen Materialien in Betracht. Sie weisen eine BET-Oberfläche von 30 bis 250 m2/g, bevorzugt von 100 bis 200 m2/g auf (bestimmt nach ISO 9277) und sind insbesondere Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Suitable carrier material for the platinum are all those skilled in the art for this purpose materials into consideration. They have a BET surface area of from 30 to 250 m 2 / g, preferably from 100 to 200 m 2 / g (determined to ISO 9277) and are in particular aluminum oxide, silicon oxide,
Magnesiumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Ceroxid sowie Mischungen oder Mischoxide aus mindestens zwei dieser Oxide. Magnesium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, cerium oxide and mixtures or mixed oxides of at least two of these oxides.
Bevorzugt sind Aluminiumoxid und Aluminium/Silizium-Mischoxide. Sofern Aluminiumoxid verwendet wird, so ist es besonders bevorzugt stabilisiert, beispielsweise mit Lanthanoxid.  Preference is given to aluminum oxide and aluminum / silicon mixed oxides. If alumina is used, it is particularly preferably stabilized, for example with lanthanum oxide.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise so aufgebaut, dass in Strömungsrichtung des Abgases zuerst der Oxidationskatalysator, dann der Injektor für wässrige Harnstofflösung und dann der erfindungsgemäße Partikelfilter angeordnet sind .  The device according to the invention is, for example, constructed so that in the flow direction of the exhaust gas first the oxidation catalyst, then the injector for aqueous urea solution and then the particle filter according to the invention are arranged.
Alternativ sind in Strömungsrichtung des Abgases zuerst ein Stickoxidspeicher-Katalysator und dann der erfindungsgemäße Partikelfilter angeordnet. Bei der Regeneration des Stickoxidspeicher-Katalysators kann unter reduktiven Abgasbedingungen Ammoniak gebildet werden.  Alternatively, in the flow direction of the exhaust gas, first a nitrogen oxide storage catalyst and then the particle filter according to the invention are arranged. In the regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst, ammonia can be formed under reductive exhaust gas conditions.
Oxidationskatalysator und Injektor für wässrige Harnstofflösung sind in diesem Fall entbehrlich. Die Erfindung wird in den nachstehenden Beispielen und Figuren näher erläutert. zeigt einen Querschnitt durch die poröse Wand eines erfindungsgemäßen Partikelfilters, der zwei Schichten mit SCR- katalytisch aktivem Material umfasst, wobei Oxidation catalyst and injector for aqueous urea solution are dispensable in this case. The invention is explained in more detail in the following examples and figures. shows a cross section through the porous wall of a particulate filter according to the invention, comprising two layers with SCR catalytically active material, wherein
(1) die Poren der porösen Wand  (1) the pores of the porous wall
(2) die poröse Wand  (2) the porous wall
(3) die Schicht mit SCR-katalytisch aktivem Material, die die niedrigere Selektivität aufweist und  (3) the layer of SCR catalytically active material which has the lower selectivity and
(4) die Schicht mit SCR-katalytisch aktivem Material, die die höhere Selektivität aufweist und  (4) the layer of SCR catalytically active material which has the higher selectivity and
Die Pfeile zeigen die Richtung des Abgases  The arrows show the direction of the exhaust gas
zeigt die NOx-Konvertierung der Katalysatoren Kl, VK1 und shows the NOx conversion of the catalysts Kl, VK1 and
VK2 (Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 und 2) zeigt den NOx-Umsatz von K2 und VK3 (Beispiel 2 und VK2 (Example 1 and Comparative Examples 1 and 2) shows the NOx conversion of K2 and VK3 (Example 2 and
Vergleichsbeispiel 3), sowie der Katalysatoren VKB und VKC aus Beispiel 2. Beispiel 1  Comparative Example 3), and the catalysts VKB and VKC from Example 2. Example 1
a) Ein handelsüblicher Wandflussfilter aus Silicium-Carbid mit einer a) A commercial wall-flow filter made of silicon carbide with a
Porosität von 65 % und einer durchschnittlichen Porengröße von 23 pm wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 60 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer-ausgetauschten Chabaziten, mit einem Porosity of 65% and an average pore size of 23 pm was coated by a conventional dipping method with 60 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite, with a
Si02/Al203-Verhältnis (SAR) von 30, mit einer Kupfermenge von 3 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer-ausgetauschten Chabaziten betrug 1,16 pm. Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter getrocknet und kalziniert. b) In einem zweiten Schritt wurde das gemäß a) beschichtete SiO 2 / Al 2 O 3 ratio (SAR) of 30, with a copper content of 3% by weight (calculated as CuO and based on the exchanged chabazite). The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.16 pm. Subsequently, the coated wall-flow filter was dried and calcined. b) In a second step, the according to a) was coated
Wandflussfilter mit einer zweiten Beschichtung versehen. Dazu wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 60 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer-ausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer Kupfermenge von 1 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupferausgetauschten Chabaziten betrug 1,05 pm. Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter getrocknet und kalziniert. Wall flow filter provided with a second coating. This was done by means of a conventional dipping process with 60 g / L of a washcoat coated containing a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a copper amount of 1 wt.% (calculated as CuO and based on the exchanged chabazite). The average particle size of the copper exchanged chabazite was 1.05 pm. Subsequently, the coated wall-flow filter was dried and calcined.
Über den gesamten Wandflussfilter berechnet betrug die Kupfermenge 2 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten  Calculated over the entire wall flow filter, the amount of copper was 2 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged
Chabaziten). Chabaziten).
Der Katalysator wird nachfolgend Kl genannt.  The catalyst is referred to below as Kl.
Vergleichsbeispiel 1 Comparative Example 1
Ein handelsüblicher Wandflussfilter aus Silicium-Carbid mit einer Porosität von 65 % und einer durchschnittlichen Porengröße von 23 pm wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 120 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer-ausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer  A commercially available silicon carbide wall flow filter having a porosity of 65% and an average pore size of 23 μm was coated by a conventional dipping method with 120 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a
Kupfermenge von 2 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer- ausgetauschten Chabaziten betrug 1,06 pm. Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter getrocknet und kalziniert.  Copper amount of 2 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged chabazite) contained. The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.06 pm. Subsequently, the coated wall-flow filter was dried and calcined.
Über den gesamten Wandflussfilter berechnet betrug die Kupfermenge 2 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Calculated over the entire wall flow filter, the amount of copper was 2 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged
Chabaziten) Chabaziten)
Der Katalysator wird nachfolgend VK1 genannt. Vergleichsbeispiel 2  The catalyst is hereinafter called VK1. Comparative Example 2
a) Ein handelsüblicher Wandflussfilter aus Silicium-Carbid mit einer a) A commercial wall-flow filter made of silicon carbide with a
Porosität von 65 % und einer durchschnittlichen Porengröße von 23 pm wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens auf 50% seiner Länge einlassseitig mit 60 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer- ausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer Kupfermenge von 1 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer-ausgetauschten Chabaziten betrug 1,05 μη"ΐ. Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter getrocknet und kalziniert. b) In einem zweiten Schritt wurde das gemäß a) beschichtete Porosity of 65% and an average pore size of 23 pm was coated on the inlet side with 60 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a copper amount of 1% by weight by a conventional dipping process to 50% of its length. (calculated as CuO and based on the exchanged chabazite). The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.05 μη.ΐ. Subsequently, the coated wall-flow filter was dried and calcined, b) in a second step, that coated according to a)
Wandflussfilter auch auf dem noch unbeschichteten Teil seiner Länge (50%) auslassseitig mit einer zweiten Beschichtung versehen. Dazu wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 60 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer-ausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer Kupfermenge von 3 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer-ausgetauschten Chabaziten betrug 1,16 pm. Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter also provided on the uncoated part of its length (50%) on the outlet side with a second coating. For this purpose, 60 g / L of a washcoat was coated by means of a conventional dipping process, which contained a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a copper amount of 3 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged chabazite). The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.16 pm. Subsequently, the coated
Wandflussfilter getrocknet und kalziniert. Wall flow filter dried and calcined.
Über den gesamten Wandflussfilter berechnet betrug die Kupfermenge 2 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten  Calculated over the entire wall flow filter, the amount of copper was 2 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged
Chabaziten) Chabaziten)
Der Katalysator wird nachfolgend VK2 genannt.  The catalyst is hereinafter called VK2.
Bestimmung der NOx-Konvertierung von Kl, VK1 und VK2 Determination of NOx conversion of Kl, VK1 and VK2
a) Zunächst wurden Kl, VK1 und VK2 16h bei 800°C in hydrothermaler Atmosphäre (10% Wasser, 10% Sauerstoff, Rest Stickstoff) gealtert. b) Die NOx-Konvertierung des erfindungsgemäßen Partikelfilters Kl und der Vergleichspartikelfilter VK1 und VK1 in Abhängigkeit von der Temperatur vor dem Katalysator wurde in einem Modellgasreaktor im sog. NOx- Umsatztest bestimmt. a) First, Kl, VK1 and VK2 were aged for 16 h at 800 ° C in a hydrothermal atmosphere (10% water, 10% oxygen, balance nitrogen). b) The NOx conversion of the particle filter Kl according to the invention and the comparison particle filter VK1 and VK1 as a function of the temperature upstream of the catalyst was determined in a model gas reactor in the so-called NOx conversion test.
Der NOx- Umsatztest besteht aus einer Testprozedur, die eine The NOx turnover test consists of a test procedure, which is a
Vorbehandlung und einem Testzyklus umfasst, der für verschiedene Pretreatment and a test cycle covers that for different
Zieltemperaturen durchlaufen wird. Die applizierten Gasmischungen sind in Tabelle 1 vermerkt. Go through target temperatures. The applied gas mixtures are noted in Table 1.
Testprozedur: Test procedure:
1. Vorkonditionierung bei 600°C unter Stickstoff für 10min 2. Testzyklus, der für die Zieltemperaturen wiederholt wird 1. Preconditioning at 600 ° C under nitrogen for 10 min 2. Test cycle repeated for the target temperatures
a . Anfahren der Zieltemperatur unter Gasmischung 1  a. Approaching the target temperature under gas mixture 1
b . Zuschalten von NOx (Gasmischung 2) b. Switching on NO x (gas mixture 2)
c. Zuschalten von N hb (Gasmischung 3), warten bis N hb- Durchbruch > 20ppm, bzw. maximal 30min Dauer d . Temperatur- Programmierte Desorption bis 500°C  c. Switch on N hb (gas mixture 3), wait until N hb breakthrough> 20ppm, or a maximum of 30min d. Temperature programmed desorption up to 500 ° C
(Gasmischung 3)  (Gas mixture 3)
Für jeden Temperaturpunkt wird der maximal-U msatz für den Testprozedur- Bereich 2c bestimmt. Aus der Auftrag ung des Maximalen NOx-U msatzes für d ie verschiedenen Temperaturpunkte ergibt sich eine Auftrag ung wie in Abbildung 2 gezeigt. For each temperature point, the maximum rate for the test procedure area 2c is determined. The application of the maximum NOx rate for the various temperature points results in a job as shown in Figure 2.
Wie aus Figur 2 ersichtl ich, zeigt Kl im Vergleich zu VK1 und VK2 eine deutlich bessere NOx- Konvertierung . Beispiel 2 As can be seen from FIG. 2, Kl shows a significantly better NOx conversion compared to VK1 and VK2. Example 2
I) Bestimmung der Selektivität in der SCR-Reaktion  I) Determination of the selectivity in the SCR reaction
a) Ein handelsüblicher Wandflussfilter aus Silicium-Carbid mit einer a) A commercial wall-flow filter made of silicon carbide with a
Porosität von 63 % und einer durchschnittlichen Porengröße von 20 pm wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 80 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer-ausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer Kupfermenge von 4,5 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer-ausgetauschten Chabaziten betrug 1,43 pm. Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter getrocknet, bei 350°C kalziniert und bei 550°C getempert. Porosity of 63% and an average pore size of 20 microns was coated by a conventional dipping method with 80 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a copper content of 4.5 wt.% (Calculated as CuO and related to the exchanged chabazite). The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.43 pm. Subsequently, the coated wall flow filter was dried, calcined at 350 ° C and annealed at 550 ° C.
Der Katalysator wird nachfolgend VKB genannt. b) Ein handelsüblicher Wandflussfilter aus Silicium-Carbid mit einer  The catalyst is hereinafter called VKB. b) A commercial wall-flow filter made of silicon carbide with a
Porosität von 63 % und einer durchschnittlichen Porengröße von 20 pm wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 30 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer-ausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer Kupfermenge von 2 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer- ausgetauschten Chabaziten betrug 1,93 pm. Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter getrocknet, bei 350°C kalziniert und bei 550°C getempert. Porosity of 63% and an average pore size of 20 microns was coated by a conventional immersion method with 30 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a copper amount of 2 wt.% (Calculated as CuO and on the exchanged Chabazites). The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.93 pm. Subsequently, the coated wall flow filter was dried, calcined at 350 ° C and annealed at 550 ° C.
Der Katalysator wird nachfolgend VKC genannt. c) Die Katalysatoren VKB und VKC wurden 16 Stunden bei 800°C  The catalyst is hereinafter called VKC. c) The catalysts VKB and VKC were at 800 ° C for 16 hours
hydrothermal gealtert und dann deren Umsätze von NOx und N H3 unter den in der nachfolgenden Tabelle spezifizierten Versuchsbedingungen bestimmt. hydrothermal and then their NO x and N H 3 conversions are determined under the experimental conditions specified in the table below.
Temperatur 500 °C Temperature 500 ° C
N2 Balance N 2 balance
O2 10 Vol.-% O2 10 vol.%
Hiernach wurde für VKB und VKC der Quotient aus dem Umsatz von NOx und dem Umsatz von NH3 bestimmt. Folgende Ergebnisse wurden erhalten : Hereinafter, the quotient of the conversion of NOx and the conversion of NH3 was determined for VKB and VKC. The following results were obtained:
VKB VKC VKB VKC
X(NOx) / % 66,20 24,74  X (NOx) /% 66.20 24.74
X(NH3) / % 96,18 30,06 X (NH 3 ) /% 96.18 30.06
X(NOx)/x(NH3) 0,69 0,82 Es zeigte sich, dass VKC einen höheren Quotienten aus den Umsätzen von NOx und NH3 aufweist als VKB. Somit ist VKC auf die dem Gas zugewandte Seite zu beschichten und VKB auf die dem Wandflussfilter zugewandte Seite. II) Entsprechend den Ergebnissen gemäß vorstehendem Absatz Ic) wurde ein erfindungsgemäßes Partikelfilter wie folgt erhalten :  X (NOx) / x (NH3) 0.69 0.82 It was found that VKC has a higher ratio of NOx and NH3 conversions than VKB. Thus, VKC is to be coated on the side facing the gas and VKB on the side facing the wall flow filter. II) According to the results according to paragraph Ic) above, a particle filter according to the invention was obtained as follows:
Ein handelsüblicher Wandflussfilter aus Silicium-Carbid mit einer Porosität von 63 % und einer durchschnittlichen Porengröße von 20 pm wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 80 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer-ausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer Kupfermenge von 4,5 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer-ausgetauschten Chabaziten betrug 1,43 pm. Anschließend wurde der beschichtete A commercially available silicon carbide wall-flow filter having a porosity of 63% and an average pore size of 20 microns was coated by conventional immersion with 80 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a copper amount of 4 , 5% by weight (calculated as CuO and based on the exchanged Chabaziten) contained. The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.43 pm. Subsequently, the coated
Wandflussfilter getrocknet und bei 350°C kalziniert. In einem zweiten Schritt wurde das gemäß a) beschichtete Wandflussfilter mit einer zweiten Beschichtung versehen. Dazu wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 30 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupferausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer Kupfermenge von 2 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer-ausgetauschten Chabaziten betrug 1,93 pm. Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter getrocknet, bei 350°C kalziniert und bei 550°C getempert. Dried wall flow filter and calcined at 350 ° C. In a second step, the wall flow filter coated according to a) was provided with a second coating. For this purpose, it was coated by means of a customary dipping process with 30 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a copper amount of 2% by weight (calculated as CuO and based on the exchanged chabazite). The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.93 pm. Subsequently, the coated wall flow filter was dried, calcined at 350 ° C and annealed at 550 ° C.
Über den gesamten Wandflussfilter berechnet betrug die Kupfermenge 3,8 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Calculated over the entire wall flow filter, the amount of copper was 3.8 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged
Chabaziten). Chabaziten).
Der Katalysator wird nachfolgend K2 genannt. Vergleichsbeispiel 3  The catalyst is referred to below as K2. Comparative Example 3
Ein handelsüblicher Wandflussfilter aus Silicium-Carbid mit einer Porosität von 63 % und einer durchschnittlichen Porengröße von 20 pm wurde mittels eines üblichen Tauchverfahrens mit 110 g/L eines Washcoats beschichtet, der einen Kupfer-ausgetauschten Chabaziten (SAR=30) mit einer A commercially available silicon carbide wall-flow filter having a porosity of 63% and an average pore size of 20 microns was coated by a conventional dipping method with 110 g / L of a washcoat containing a copper-exchanged chabazite (SAR = 30) with a
Kupfermenge von 3,8 Gew.% (berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Chabaziten) enthielt. Die mittlere Teilchengröße des Kupfer- ausgetauschten Chabaziten betrug l,61pm.) Anschließend wurde der beschichtete Wandflussfilter getrocknet und kalziniert. Copper amount of 3.8 wt.% (Calculated as CuO and based on the exchanged chabazite) contained. The mean particle size of the copper-exchanged chabazite was 1.61pm.) Subsequently, the coated wall-flow filter was dried and calcined.
Der Katalysator wird nachfolgend VK3 genannt. Die Bestimmung der NOx-Konvertierung von K2 und VK3 (und von VKB und VKC) wurde wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Das Ergebnis zeigt Figur 3. The catalyst is hereinafter called VK3. The determination of the NOx conversion of K2 and VK3 (and of VKB and VKC) was carried out as described in Example 1. The result is shown in FIG. 3.

Claims

Patentansprüche claims
1. Partikelfilter, das einen Wandflussfilter und SCR-aktives Material umfasst, wobei A particulate filter comprising a wall-flow filter and SCR-active material, wherein
das Wandflussfilter Kanäle umfasst, die sich parallel zwischen einem ersten und einem zweiten Ende des Wandflussfilters erstrecken, die abwechselnd entweder am ersten oder am zweiten Ende gasdicht verschlossen sind und die durch poröse Wände getrennt sind, deren Poren innere Oberflächen aufweisen, und the wall-flow filter comprises channels extending in parallel between first and second ends of the wall-flow filter, which are alternately gas-tightly sealed at either the first or second end and which are separated by porous walls whose pores have internal surfaces, and
das SCR-aktive Material sich in Form einer Beschichtung auf den inneren Oberflächen der Poren der porösen Wände befindet, the SCR-active material is in the form of a coating on the inner surfaces of the pores of the porous walls,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung einen Gradienten aufweist, so dass die dem Abgas zugewandte Seite der Beschichtung eine höhere Selektivität in der SCR-Reaktion aufweist, als die der inneren Oberfläche der Poren zugewandte Seite der Beschichtung. characterized in that the coating has a gradient, so that the side of the coating facing the exhaust gas has a higher selectivity in the SCR reaction than the side of the coating facing the inner surface of the pores.
2. Partikelfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandflussfilter aus Silicium-Carbid, Aluminium-Titanat oder Cordierit besteht. 2. Particle filter according to claim 1, characterized in that the wall-flow filter consists of silicon carbide, aluminum titanate or cordierite.
3. Partikelfilter gemäß Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandflussfilter in unbeschichtetem Zustand eine Porosität von 30 bis 80 % aufweist. 3. Particle filter according to claim 1 and / or 2, characterized in that the wall flow filter in the uncoated state has a porosity of 30 to 80%.
4. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandflussfilter eine durchschnittliche Porengröße in unbeschichtetem Zustand von 5 bis 30 Mikrometer aufweist. 4. Particle filter according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the wall-flow filter has an average pore size in the uncoated state of 5 to 30 microns.
5. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das SCR-aktive Material einen kleinporigen Zeolithen umfasst, der mit Kupfer und/oder Eisen ausgetauscht ist. 5. Particle filter according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the SCR-active material comprises a small-pore zeolite, which is exchanged with copper and / or iron.
6. Partikelfilter gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinporige Zeolith dem Strukturtyp AEI, CHA (Chabazit), ERI (Erionit), LEV (Levyne), AFX, DDR oder KFI angehört. 6. Particle filter according to claim 5, characterized in that the small-pore zeolite of the structure type AEI, CHA (chabazite), ERI (erionite), LEV (Levyne), AFX, DDR or KFI belongs.
7. Partikelfilter gemäß Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinporige Zeolith ein Aluminosilikat, Silicoaluminophosphate oder Aluminophosphat ist. 7. Particle filter according to claim 5 and / or 6, characterized in that the small-pore zeolite is an aluminosilicate, Silicoaluminophosphate or aluminophosphate.
8. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisen- bzw. Kupfermengen 0,2 bis 6 Gew.-%, berechnet als Fe203 bzw. CuO und bezogen auf das Gesamtgewicht des ausgetauschten kleinporigen Zeolithen, betragen. 8. Particle filter according to one or more of claims 5 to 7, characterized in that the iron or copper amounts 0.2 to 6 wt .-%, calculated as Fe 2 03 or CuO and based on the total weight of the exchanged small-pore zeolite , amount.
9. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus zwei oder mehr Schichten besteht, die sich hinsichtlich der Selektivität des SCR-aktiven Materials unterscheiden, wobei die äußerste, dem Abgas zugewandte Schicht die höchste Selektivität und die innerste Schicht die niedrigste Selektivität aufweist. Particulate filter according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the coating consists of two or more layers differing in the selectivity of the SCR active material, the outermost layer facing the exhaust gas having the highest selectivity and the innermost layer has the lowest selectivity.
10. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus zwei Schichten besteht, wobei die dem Abgas zugewandte Schicht eine höhere Selektivität in der SCR-Reaktion aufweist als die der inneren Oberfläche der Poren zugewandte Schicht. 10. Particle filter according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the coating consists of two layers, wherein the exhaust gas facing layer has a higher selectivity in the SCR reaction than the inner surface of the pores facing layer.
11. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Begriff Selektivität definiert als der Quotient aus dem Umsatz von NOx und dem Umsatz von Nhb, also 11. Particle filter according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that term selectivity defined as the quotient of the conversion of NO x and the conversion of Nhb, ie
S = X (NOx) / X (NH3)  S = X (NOx) / X (NH3)
gilt, wobei S die Selektivität, X (NOX) den Umsatz von NOx in % und X (NH3) den Umsatz von N H3 in % bedeuten. where S is the selectivity, X (NOX) the conversion of NOx in% and X (NH3) the conversion of N H3 in%.
12. Partikelfilter gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung von X (NOX) und X (NH3) mit dem SCR-aktiven Material jeder Beschichtung ein Wandflussfilter beschichtet, sodann 16 Stunden bei 800°C hydrothermal gealtert, dann der Umsatz von NOx bzw. Nhb bei 500°C in einem Testgas der folgenden Zusammensetzung bestimmt 12. A particulate filter according to claim 11, characterized in that for the determination of X (NOX) and X (NH3) coated with the SCR-active material of each coating, a wall flow filter, then hydrothermally aged for 16 hours at 800 ° C, then the conversion of NO x or Nhb at 500 ° C in a test gas of the following composition
und anschließend der Quotient X (NOX) / X (NH3) berechnet wird . and then the quotient X (NOX) / X (NH3) is calculated.
13. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Beschichtung mit SCR- katalytisch aktivem Material 70 bis 150 g/L, bezogen auf das Volumen des Wandflussfilters beträgt. 13. Particle filter according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the amount of coating with SCR catalytically active material is 70 to 150 g / L, based on the volume of the wall flow filter.
14. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit SCR-aktivem Material aus zwei Schichten besteht, die jeweils einen mit Kupfer ausgetauschten kleinporigen Zeolithen enthalten, wobei der kleinporige Zeolith der dem Abgas zugewandten Schicht 0,3 bis 3 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Zeolithen dieser Schicht und der kleinporige Zeolith der der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht 0,5 bis 5 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den Particulate filter according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the coating with SCR-active material consists of two layers, each containing a copper-exchanged small-pore zeolites, wherein the small-pore zeolite of the exhaust-facing layer 0, 3 to 3 wt .-% Cu, calculated as CuO and Based on the exchanged zeolite of this layer and the small pore zeolite of the inner pore surface facing layer 0.5 to 5 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the
ausgetauschten Zeolithen dieser Schicht, enthält. exchanged zeolites of this layer containing.
15. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit SCR-aktivem Material aus zwei Schichten besteht, die jeweils einen mit Kupfer ausgetauschten Zeolithen enthalten, wobei der Zeolith, der in der Schicht enthalten ist, die dem Abgas zugewandt ist, weniger Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Zeolithen dieser Schicht enthält als der Zeolith, der in der Schicht enthalten ist, die der inneren Porenoberfläche zugewandten ist. Particulate filter according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that the coating with SCR active material consists of two layers, each containing a copper-exchanged zeolite, wherein the zeolite contained in the layer, the to the exhaust gas, less Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolite, contains this layer as the zeolite contained in the layer facing the inner pore surface.
16. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit SCR-aktivem Material aus zwei Schichten besteht, die jeweils einen mit Kupfer ausgetauschten Zeolithen vom Strukturtyp Chabazit (CHA) enthalten, wobei der Zeolith der dem Abgas zugewandten Schicht weniger als 3 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Zeolithen dieser Schicht und der Zeolith der der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht mehr als 3 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Zeolithe dieser Schicht, enthält. 16. Particle filter according to one or more of claims 1 to 15, characterized in that the coating with SCR-active material consists of two layers, each containing a copper-exchanged zeolites of the structure type chabazite (CHA), wherein the zeolite of the exhaust gas facing layer less than 3 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolite of this layer and the zeolite of the inner pore surface facing layer more than 3 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolites of these Layer containing.
17. Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit SCR-aktivem Material aus zwei Schichten besteht, die jeweils einen mit Kupfer ausgetauschten Zeolithen vom Strukturtyp Levyne (LEV) enthalten, wobei der Zeolith der dem Abgas zugewandten Schicht weniger als 3 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Zeolithen dieser Schicht und der Zeolith der der inneren Porenoberfläche zugewandten Schicht mehr als 3 Gew.-% Cu, berechnet als CuO und bezogen auf den ausgetauschten Zeolithe dieser Schicht, enthält. 17. Particle filter according to one or more of claims 1 to 15, characterized in that the coating with SCR-active material consists of two layers, each containing a copper-exchanged zeolites of the structure type Levyne (LEV), wherein the zeolite of the exhaust gas facing layer less than 3 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolite of this layer and the zeolite of the inner pore surface facing layer more than 3 wt .-% Cu, calculated as CuO and based on the exchanged zeolites of these Layer containing.
18. Verfahren zur Reinigung von Abgas von mager betriebenen 18. A process for purifying exhaust gas from lean operated
Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas über ein Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 geleitet wird . Internal combustion engines, characterized in that the exhaust gas is passed through a particulate filter according to one or more of claims 1 to 17.
19. Vorrichtung zur Reinigung von Abgas von mager betriebenen 19. Apparatus for purifying exhaust gas from lean operated
Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Internal combustion engines, characterized in that they include
Partikelfilter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, sowie ein Mittel zur Bereitstellung eines Reduktionsmittel umfasst. Particulate filter according to one or more of claims 1 to 17, as well as a means for providing a reducing agent.
20. Vorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels ein Injektor für wässrige Harnstofflösung ist. 20. The device according to claim 19, characterized in that the means for providing a reducing agent is an injector for aqueous urea solution.
21. Vorrichtung gemäß einem der Anspruch 19 und/oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Oxidationskatalysator umfasst. 21. Device according to one of claim 19 and / or 20, characterized in that it comprises an oxidation catalyst.
22. Vorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Bereitstellung eines Reduktionsmittels ein Stickoxid- Speicherkatalysator ist. 22. The device according to claim 19, characterized in that the means for providing a reducing agent is a nitrogen oxide storage catalyst.
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