SE537367C2 - Katalysator för behandling av avgaser och ett avgassystem som innefattar en sådan katalysator - Google Patents

Abstract

Sammandrag FOreliggande uppfinning avser en katalysator for behandling av avgaser fran en forbranningsmotor (1). Katalysatorn (5) innefattar vaggelement (5b) som formar ett flertal langstrackta kanaler (5a) hos katalysatom for mottagning av avgaser, varvid vaggelementen (5b) innefattar ett forsta yttre skikt (5bi) som tillhandahaller en utvandig yta i de langstrackta kanalerna (5a) och ett andra inre skikt (5b2) som anordnat invandigt om det forsta skiktet (5b1), varvid det forsta skiktet (5bi) innefattar ett forsta aktivt katalysatormaterial som framjar en katalytisk reaktion mellan kvaveoxid och ammoniak, och varvid det andra skiktet (5b2) innefattar ett material som har formaga att lagra kvaveoxid och ett andra aktivt katalysatormaterial som har en hOgre fOrmaga att framja oxidation av kvavemonoxid till kvavedioxid an det fersta katalysatormaterialet. Det andra skiktet (5b2) innefattar ett kvaveoxidlagrande material som bestar av en oxid av en alkalisk jordartsmetall eller en kombination av Adana oxider.

Description

Katalysator for behandling av avgaser och ett avgassystem som innefattar en sadan katalysator UPPFINNINGENS BAKGRUND OCH KAND TEKNIK Foreliggande uppfinning avser en katalysator for behandling av avgaser enligt patentkravets 1 ingress och ett avgassystem som innefattar en sadan katalysator.

For att reducera utslappen av kvdveoxid NOx fran forbranningsmotorer anvands bl.a. en teknik som bendmns SCR (Selective Catalytic Reduction). Denna teknik innebar att en lOsning av urea tillfors i en bestamd dos till avgasema i en avgasledning. Urealosningen kan sprayas in i avgasledningen varefter den finfordelade urealosningen forangas i kontakt med de heta avgasema sâ att ammoniak bildas. Blandningen av ammoniak och avgaser leds darefter genom en SCR-katalysator. Kvavet hos kvdveoxiden i avgasema reagerar hdr med kvavet i ammoniaken sà att kvavgas bildas. Syret hos kvaveoxiden reagerar med vatet i ammoniaken sâ att vatten bildas. KvWeoxiden i avgasema reduceras saledes i katalysatom till kvavgas och vattenanga.

Med en korrekt dosering av urea kan forbrdnningsmotoms utslapp av kvWeoxid i en stor utstrackning reduceras.

En konventionell SCR- katalysators formaga att avlagsna kvaveoxid är relaterad till avgasemas temperatur. Den optimala temperaturen är beroende av vilken typ av aktivt katalysatormaterial som anviinds i SCR-katalysatom. Konventionella SCR- katalysatorers for-maga att avlagsna kvWeoxid frau avgaser är framfor alit ett problem vid lâga temperaturer. Kvaveoxid NOx i avgaser bestar av kvavemonoxid NO och kvavedioxid NO/. Konventionella SCR-katalysatorers formaga att avldgsna kvaveoxid fran avgaser är Wen beroende av forhallandet mellan kvavemonoxid NO och kvavedioxid NO/. En SCR-katalysators formaga att reducera mangden kvdveoxid i avgaser är optimal dâ avgasema innehaller lika mycket kvavemonoxid och 1 kvavedioxid. Avgaser fran i synnerhet dieselmotorer innehaller vanligtvis en betydligt mindre andel kvavedioxid an kvavemonoxid. Aven avgasflodet genom SCRkatalysatom är en faktor som paverkar SCR-katalysatoms kapacitet.

For att Oka andelen kvavedioxid i avgasema som leds till en SCR-katalysator är det kant att anordna en oxidationskatalysator DOC (Diesel Oxidation Catalyst) i avgasledningen uppstroms SCR-katalysatom. En oxidationskatalysator oxiderar kvavemonoxid NO till kvavedioxid NO2. Darmed kan andelen kvavedioxid NO2 i avgasema hojas. En oxidationskatalysators formaga att oxidera kvavemonoxid NO till kvavedioxid NO2 varierar emellertid med avgasemas temperatur och flode. Darmed kan en oxidationskatalysator inte alltid leverera den onskade fordelningen mellan kvavemonoxid och kvavedioxid. En oxidationskatalysator skapar aven mottryck i avgasledningen.

En SCR-katalysator ackumulerar i regel ammoniak som sedan reagerar med kvaveoxiden i avgasema. Vid laga temperaturer ackumuleras mer ammoniak i SCRkatalysatom an vid hoga temperaturer. Det innebar att ackumulerad ammoniak, vid snabba temperaturokningar hos avgaserna, kan frigOras och ledas ut fran SCRkatalysatom. For att eliminera sadana utslapp av ammoniaken kan en ammoniakslipkatalysator anordnas nedstroms SCR-katalysatom i avgasledningen. En ammoniakslipkatalysator innefattar i regel en belaggning av en adelmetall sasom platina som oxiderar ammoniak till kvavgas, kvaveoxid och lustgas. Lustgas är en stark vaxthusgas. En ammoniakslipkatalysator skapar aven ett mottryck i avgasledningen.

I ett konventionellt avgassystem med en oxidationskatalysator DOC, ett partikelfilter DPF, en SCR-katalysator och en ammoniakslipkatalysator ASC tar det en relativt Lang tid efter en kallstart innan en temperatur uppnas vid vilken urealosningen kan borja tillsattas. Under denna uppvarmningsperiod sker ingen eliminering av kvaveoxid fran avgasema.

US 7,431,895 visar ett avgassystem som innefattar en SCR-katalysator med aktiva katalysatormaterial som är anordnade i tva. skikt. En SCR-komponent kan vara anordnad i ett yttre skikt och en kvaveoxidlagrande komponent kan vara anordnad i ett inre skikt. Med hjalp av den kvaveoxidlagrande komponenten kan kvaveoxid lagras temporart i SCR-katalysatorn dâ avgaserna har en lag temperatur och frigoras dâ 2 avgaserna erhaller en hogre temperatur. En forutsattning for att denna SCR-katalysator ska fungera val är dock forekomsten av en oxidationskatalysator som forser SCRkatalysatorn med kvaveoxid med vasentligen lika stora andelar av kvavemonoxid och kvavedioxid. Om det Over tiden genomsnittligt fader ett overskott av kvavedioxid, kommer lagringsformagan inte att utnyttjas effektivt, eftersom den i regel kommer att vara fylld och inte ha formagan att lagra ytterligare.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det framsta syftet med foreliggande uppfinning är att tillhandahalla en katalysator som har kapacitet att lagra kvaveoxider reducera utslappen av kvaveoxid vid kallstarter. Andra syften är att tillhandahalla en god eliminering av kvaveoxid yid vasentligen alla driftstemperaturer samt att vasentligen forhindra utslapp av ammoniak, s.k. ammoniaks lip.

Dessa syften uppnas med katalysatorn av det inledningsvis namnda slaget, vilket kannetecknas av de sardrag som anges i patentkravets 1 kannetecknande del. Insprutningen av ett reduktionsmedel startar forst efter att en viss temperatur uppnatts i avgassystemet. Vid kallstarter strommar saledes avgasema inledningsvis genom katalysatorn utan flagon tillsats av ammoniak. Det andra inre skiktet innefattar saledes ett kvaveoxidlagrande material och ett katalysatormaterial som har en god formaga att oxidera kvavemonoxid till kvayedioxid. En sa.dan katalysator kan anvandas som en ammoniakslipkatalysator (ASC) i ett system med en uppstroms placerad oxidationskatalysator, ett efterfOljande partikelfilter och SCR-katalysator. Vid kallstart varms forst oxidationskatalysatorn upp varpa den borjar producera kvavedioxid. I detta skede är fortfarande partikelfiltret, SCR-katalysatorn och ammoniakslipkatalysatorn kalla. Kviivedioxid lagras da in i det kviiveoxidlagrande materialet. När partikelfiltret blivit varmt och SCR-katalysatorn borjat bli varm kan urea borja doseras och kvaveoxiderna kan borja reduceras. Nar varmen nar ammoniakslipkatalysatorn kan inlagrad kviiveoxid reduceras. Denna katalysator kan Liven anyandas som SCR- katalysator i motsvarande system. I detta fall uppnas en stone kapacitet att lagra kvaveoxider vid kallstart. Med en sadan kvaveoxidlagrande funktion kan utslappen av kvaveoxid reduceras under en kallstart innan en temperatur uppn'atts vid vilken det är mojligt att tillfora ett reduktionsmedel. 3 Sâ snart en lagsta erforderlig driftstemperatur uppnatts sà startar insprutningen av reduktionsmedlet sâ att ammoniak bildas i avgaserna. Reduktionsmedlet är med fordel en urealosning. Avgaser och ammoniaken som nar katalysatorn kommer inledningsvis i kontakt med det yttre forsta skiktet. Ammoniaken diffunderar in i det forsta skiktet och adsorberas pa s.k. aktiva saten. Kvaveoxiden i avgaserna diffunderar Wen in i det forsta skiktet dar den reagerar med ammoniak pa namnda aktiva saten sa att vatten och kvavgas bildas. Koncentrationen av ammoniak och kvaveoxid avtar med avstandet fran det fcirsta skiktets yta. Koncentrationen av ammoniak avtar dock snabbare med avstandet fran ytan an koncentrationen av kvWeoxid eftersom ammoniaken adsorberas pa namnda saten medan kvaveoxiden kan diffundera vasentligen fritt i det ffirsta skiktet sâ lange som den inte reagerar med ammoniak. En del av kvaveoxiden tranger Wen in i det andra skiktet.

Vid driftstillfallen da ammoniak tillsatts i avgaserna vid en relativt lag temperatur är kvaveoxidens och ammoniakens benagenhet att reagera lag. Kvaveoxiden i det ffirsta skiktet reagerar damned i betydligt mindre utstrackning med ammoniak som adsorberats pa namnda saten. Relativt mycket kvaveoxid diffunderar darmed in i det andra skiktet dar en del av kvavemonoxiden oxideras till kvavedioxid av det aktiva katalysatormaterial som framjar oxidation av kvavemonoxid till kvavedioxid i det andra skiktet. Kvavedioxiden i det andra skiktet diffunderar tillbaka till det forsta skiktet vilket resulterar i ett kraftigt okat antal reaktioner mellan ammoniak och kvaveoxid pa ett relativt stort djup i det forsta skiktet. Vid tillfallen da avgaserna har en lag temperatur bidrar det andra skiktet till aft Oka katalysatorns formaga markant och att eliminera kvaveoxid fran avgaserna. Da avgaserna har en lag temperatur är detta mycket onskvart och det resulterar i att katalysatorn kan ha en hog kapacitet att eliminera kvaveoxid Wen vid laga driftstemperaturer.

Vid driftstillfallen da reduktionsmedlet sprutas in avgaserna och det raider en hog temperatur är kvaveoxidens och ammoniakens benagenhet att reagera hog.

Kvaveoxiden som diffunderar in i det ffirsta skiktet reagerar &armed niistan omedelbart med den ammoniak som adsorberats i det forsta skiktet. Reaktionerna sker har huvudsakligen nara det forsta skiktets yta. Endast en mindre del av kvaveoxiden nar det andra skiktet. Det andra skiktet mottar i detta fall endast en relativt liten mangd kvaveoxid. I detta fall bidrar forekomsten av det andra skiktet endast i en utstrackning till att Oka katalysatorns formaga aft eliminera kvaveoxid fran avgaserna.

Eftersom en katalysator normalt redan har en hog kapacitet att eliminera kvaveoxid ur 4 avgaserna vid en hog temperatur är detta inte nodvandigt. Katalysatorn har saledes en god kapacitet att eliminera kvaveoxid fran avgaserna vid bade laga och hoga avgastemperaturer.

Vid driftstillfallen da ett reduktionsmedel sprutas in och det rader en lag temperatur i katalysatorn kan relativt stora mangder ammoniak lagras i det fOrsta skiktet. Eftersom katalysatorn innefattar ett andra skikt med ett kvaveoxidlagrande material och ett katalysatormaterial som har formagan att framja oxidation av kvavemonoxid till kvavedioxid kan det andra skiktet samtidigt innehalla en stor mangd lagrad kvavedioxid. Vid driftstillfallen som avgasernas temperatur hastigt hojs, pa grund av ett motorpadrag, minskar katalysatorns formaga aft adsorbera ammoniak. Ackumulerad ammoniak kommer darmed att frigOras fran satena i det forsta skiktet. En del av den frigjorda ammoniaken diffunderar i riktning mot det andra skiktet dar den reagerar med den lagrade kvaveoxiden som har en hog andel kvavedioxid. Det innebar att en vasentlig del av den temporart frigjorda ammoniaken kan elimineras och clamed utslappet av ammoniak nedstroms katalysatorn. Att forhindra ammoniakslip med hjalp av lagrad kvaveoxid har fordelen att ammoniak elimineras utan att lustgas skapas.

Enligt en foredragen utforingsform av uppfinningen innefattar det andra skiktet en adelmetall. Adelmetaller har i regel en god formaga att fungera som katalysator vid oxidering av kvavemonoxid till kvavedioxid. Det andra skiktet innefattar med fordel platina. Platina är en mycket god katalysator for detta andamal Andra alternativa adelmetaller är palladium och rodium. De har dock an klart samre formaga att oxidera kvaveoxid an platina. Adelmetaller anvands i konventionella ammoniakslipkatalysatorer for att oxidera ammoniak till kvavgas, lustgas och kviivemonoxid. I de fall da den lagrade kviiveoxid inte racker till for att eliminera ett temporart overskott pa ammoniak kan adelmetallen hjalpa till med detta.

Enligt en foredragen utforingsform av uppfinningen innefattar det andra skiktet ett kvaveoxidlagrande material som bestar av en eller en kombination av oxider av alkaliska jordartsmetaller. Oxider av alkaliska jordartsmetaller har i regel en mycket god formaga att lagra kvaveoxid. Lampliga sidana oxider är magnesiumoxid MgO, Kalciumoxid CaO, Strontiumoxid Sr0 och Barium Oxid BaO.

Enligt en utforingsform av uppfinningen innefattar det forsta skiktet ett aktivt katalysatormaterial som framjar den katalytiska reaktionen mellan ammoniak och kvaveoxid. Det forsta aktiva katalysatormaterialet bor aven ha fOrmagan att ackumulera ammoniak. Det forsta katalysatormaterialet innefattar med fordel Vanadinpentoxid V205. Vanadinpentoxid har till skillnad fran andra katalysatormaterial, sasom zeoliter, en relativt god formaga att framja den katalytiska reaktionen mellan ammoniak och kvaveoxid vid relativt laga temperaturer och dâ det rader ett underskott pa kvavedioxid. SCR-katalysatorer baserad jarn-zeolit har samre prestanda an en vanadinbaserad SCR-katalysator vid laga temperaturer. SCR- katalysatorer baserad pa koppar-zeolit har samre selektivitet an vanadinbaserad SCR- katalysatorer vid hoga temperaturer, da den i mycket hogre utstrackning oxiderar ammoniak. Bada typerna av zeloitkatalysator producerar mer lustgas, och i synnerhet den koppar-zeolitbaserade, an en vanadinbaserad SCR-katalysator. Det forsta aktiva katalysatormaterialet innefattar med fordel alien volframoxid. Darmed erhaller det forsta katalysatormaterialet ytterligare fOrbattrade egenskaper att katalysera reaktionen mellan ammoniak och kvaveoxid i det forsta skiktet.

Enligt en utforingsform av uppfinningen är namnda vaggelement formade av en barande kropp som bar upp de tva skikten. I regel är de tva skikten inte sjalva kapabla att forma katalysatoms struktur. En sadan barande kropp bestar med fordel av en monolitstruktur som formar ett stort antal langsgaende parallella kanaler i en sammanhallen struktur. Den barande kroppen kan bestâ av ett keramiskt material som kan vara kordierit (en blandoxid av magnesium, kisel och aluminium) eller av en metall. Altemativt sâ kan den barande kroppen innefattar atminstone ett av de tva skikten. Det kan ske genom att den barande kroppen är extruderad av det aktiva materialet i nagot av skikten eller att det aktiva materialet applicerats pa en korrugerad hoprullad glasfiberyily och ett bindemedel.

Enligt en utforingsform av uppfinningen innefattar det andra skiktet ett barmaterial i form av aluminiumoxid. Aluminiumoxid har Liven en viss fOrmaga att lagra kvaveoxid.

De forsta och andra skikten innefattar forutom en eller flera aktiva material aven ett porost barmaterial. Syftet med barmaterialet ar att tillhandahalla en stor total kontaktyta mellan det forsta skiktet och avgasema. F6r ett normalt barmaterial ar kontaktytan i storleksordningen 100 m2/g. Det aktiva materialet ar utspritt som ett tunt lager eller som manga sma partiklar i barmaterialets porer. Barmaterialet i det forsta skiktet kan utgoras av titandioxid eller anatas. 6 Enligt en annan utforingsform av uppfinningen är det forsta skiktet är dimensionerat sa att det har kapacitet att mottaga all ammoniak under normal drift sâ att ammoniak endast tranger in i det andra skiktet vid driftstillfallen da det uppstar ett temporart overskott pa ammoniak. I detta fall kommer alla reaktioner mellan ammoniak och kvaveoxid att ske i det forsta skiktet under normal drift. Da ett Overskott av ammoniak uppkommer, vid exempelvis en hastig hajning av avgasernas temperatur, kan frigjord ammoniak reagera med lagrad kvaveoxid. Frigjord ammoniak kan Wen oxideras i det andra skiktet av det andra aktiva katalysatormaterialet da det bestar av en adelmetall.

Katalysatorn kan utgora en SCR-katalysator i ett avgassystem. Materialet i det forsta skiktet sakerstaller att katalysatorn har en motsvarande funktion som en konventionell SCR-katalysator. Materialet i det andra skiktet som framjar oxidationen av kvavemonoxid till kvavedioxid gör att katalysatorns behov av en uppstroms anordnad oxidationskatalysator elimineras eller atminstone reduceras. Materialet i det andra skiktet som framjar lagring av kvaveoxid resulterar Wen i att katalysatorn erhaller en mycket god formaga att reducera temporara overskott av ammoniak. Darmed elimineras eller atminstone reduceras behovet av en nedstroms anordnad ammoniakslipkatalysator.

Enligt en annan utfOringsform utgor katalysatorn en ammoniakslipkatalysator. I och med att katalysatorn har sâ goda egenskaper att eliminera temporara overskott av ammoniak kan den anvandas som en ammoniakslipkatalysator och placeras nedstroms en konventionell SCR-katalysator. Katalysatorn har fordelen i forhallande till en konventionell ammoniakslipkatalysator att den kan utnyttja lagrad kvaveoxid for att eliminera ett temporart overskott pa ammoniak utan att bilda lustgas.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det foljande beskrivs, sasom exempel, fOredragna utforingsformer av uppfinningen med hanvisning till bifogade ritningar, pa vilka: Fig. 1visar en del av en avgasledning som innefattar en katalysator enligt foreliggande uppfinningen i form av en SCR-katalysator, Fig. 2visar en langsgaende tvarsnittsvy av en del av katalysatorn i Fig. 1 och, 7 Fig. 3visar en del av en avgasledning som innefattar en katalysator enligt fcireliggande uppfinningen i form av en ammoniakslipkatalysator.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FOREDRAGNA UTFORINGSFORMER AV 5 UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en forbranningsmotor i form av en dies elmotor 1. Dieselmotorn 1 kan vara avsedd som drivmotor for ett tyngre fordon. Dieselmotorn 1 är forsedd med en avgasledning 2 som innehaller en behallare 3 for avgasbehandlande komponenter.

Behallaren 3 kan vara en ljuddampare. Behallaren 3 innehaller i detta fall en forsta avgasbehandlande komponenter i form av ett partikelfilter 4 som kan benamnas DPF (Diesel Particulate Filter). Ett partikelfilter 4 innefattar langstrackta parallella kanaler med stoppytor anordnade pa lampliga stallen. Stoppytorna tvingar avgaserna att ledas in i angransande langstrackta kanaler i partikelfiltret 4. Kanalernas vaggar är 1tillverkade av ett porost material med fina kanaler som tinker passage av avgaser men inte av sotpartiklar. Sotpartiklarna fastnar darvid inuti partikelfiltret 4. Partikelfiltret 4 regenereras kontinuerligt utan aktiva atgarder genom att sotpartiklarna oxideras med NO2 ochleller aktivt genom varmehojande &Order som paskyndar oxidationen med antingen NO2 eller syre. Behallaren 3 innehaller en andra avgasrenande komponent i form av en katalysator 5 enligt foreliggande uppfinning. Katalysatorn utgor har en SCR-katalysator for katalytisk avgasrening enligt den metod som benamns SCR (Selective Catalytic Reduction). Denna metod innebar att ett reduktionsmedel i form av en urealosning sprutas in i avgaserna. I detta fall lagras urealosning i en tank 6 och leds, via en ledning 7, till ett insprutningsorgan 8 som sprutar in urealosningen i ett utrymme 3a i behallaren. En styrenhet 9 styr tillforseln av urealosningen med information avseende specifika motorparametrar 10. En pump 11 transporterar ureakisningen till insprutningsorganet 8.

Fig. 2 visar ett langsgaende snitt av tva. kanaler 5a hos SCR-katalysatorn 5. Kanalerna 5a definieras av vaggelement 5b. Vaggelementen 5b innefattar av ett fOrsta yttre skikt 5bi som definierar en yta hos kanalen 5a, ett andra inre skikt 5b2 och en barande kropp 51); som bar upp det forsta skiktet 5b1 och det andra skiktet 5b2. Det forsta skiktet 5bi innefattar ett forsta aktivt katalysatormaterial som har formagan att ackumulera ammoniak och att framja en katalytisk reaktion mellan kvaveoxid och ammoniak. Det forsta skiktet bestar med fordel av vanadinpentoxid och av volframtrioxid pa ett barmaterial besfaende av titandioxid. Det andra skiktet 5b2bestar av ett material som 8 har kvaveoxidlagrande egenskaper och ett aktivt katalysatormaterial som framjar oxidation av kvavemonoxid till kvavedioxid. Det andra siktet kan innehalla en blandning av en eller flera oxider av alkaliska jordartsmetaller som har kvaveoxidlagrande egenskaper och en adelmetall sasom platina som framjar oxidation av kvavemonoxid till kvavedioxid pa ett bararmaterial bestaende av aluminiumoxid.

Aven aluminiumoxid har en viss egenskap att lagra kvaveoxid. Den barande kroppen 51); bestar av kordierit eller annat lampligt keramiskt material.

Under drift av fOrbranningsmotorn 1 beraknar styrenheten 9 med hjalp av information avseende motorparametrar 10 som belastning och varvtal den mangd av urealosningen som behover tillsattas for att kvaveoxiden i avgasema ska reduceras pa ett optimalt sat. Styrenheten 9 aktiverar pumpen 11 som transporterar urealosningen i den beralmade mangden till insprutningsorganet 8 som sprutar in urealosningen i avgasema. Den tillforda urealosningen upphettas av avgasema i behallaren 3 sa att den forangas och omvandlas till ammoniak. Blandningen av ammoniak och avgasema leds in katalysator 5. I katalysatom 5 reagerar kvavet hos kvaveoxiden i avgasema med kvavet i ammoniaken sâ att kvavgas bildas. Syret hos kvaveoxiden reagerar med vatet i ammoniaken sâ att vatten bildas. Kvaveoxiden i avgasema reduceras saledes i katalysatom 5 till kvavgas och vattenanga.

UrealOsningen borjar dock fOrst sprutas in i avgasema efter att en lagsta acceptabel driftstemperatur uppnatts. Vid, exempelvis, en kallstart dâ en lagre temperatur rader i avgassystemet leds saledes avgaser till katalysatom 5 utan nagon tillsats av ammoniak. Kvaveoxiden i avgasema diffunderar har in det forsta skiktet 5bi och det andra skiktet 5b2 hos SCR-katalysatom 5. Eftersom det andra skiktet 5b2 innefattar ett material med kvaveoxidlagrande egenskaper blir aiminstone en del av avgasema som nar SCRkatalysatom 5 kvar i det andra skiktet 5b2.

Nar en driftstemperatur uppnas startar insprutningen av urealosningen sâ att ammoniak bildas i avgasema. Avgaser och ammoniak kommer inledningsvis i katalysatom 5 i kontakt med det forsta skiktet Sbi som innehaller det forsta aktiva katalysatormaterialet. Ammoniaken diffunderar in i det forsta skiktet 5b1 och adsorberar pa aktiva saten. Kvaveoxid diffunderar aven in i det forsta skiktet 5bi. Kvaveoxiden reagerar dar med ammoniak pa namnda aktiva saten sa att vatten och kvavgas bildas. Koncentrationen av ammoniak och kvaveoxid avtar med avstandet fran det forsta skiktets 5bi yta. Koncentrationen av ammoniak avtar snabbare med avstandet 9 fran ytan an koncentrationen av kvaveoxid eftersom ammoniaken adsorberas pa namnda saten medan kvWeoxiden kan diffundera fritt i det forsta skiktet sâ lange som den inte reagerat med ammoniak. Kvaveoxid tranger Wen in i det andra skiktet 5130.

Vid driftstillfallen da urealosningen sprutas in och det fader en relativt lag temperatur i katalysatom är kvaveoxidens och ammoniakens benagenhet att reagera lag. Kvaveoxiden som tranger in i det forsta skiktet 5bi reagerar darmed i betydligt mindre utstrackning med den ammoniak som adsorberats i det forsta skiktet 5b1. Eftersom det andra skiktet 5b2 innefattar ett katalysatormaterial som framjar oxidation av kvavemonoxid till kvavedioxid sâ skapas en relativt stor mangd kvavedioxid i det andra skiktet 5b2. Efter en kallstart kan det Wen finnas en relativt stor mangd lagrad kvavedioxid i det andra skiktet 5b2. KvWedioxiden i det andra skiktet 5b2 diffunderar sâ smaningom tillbaka till det forsta skiktet 5b1 vilket resulterar i ett kraftigt okat antal reaktioner mellan ammoniak och kvaveoxid pa ett relativt stort avstand fran ytan hos det forsta skiktet 5bi. I de fall da avgasema har en lag temperatur bidrar det andra skiktet 5b2 till att markant Oka katalysatorns5 formaga att eliminera kvWeoxid frail avgasema. Det resulterar i att katalysatom 5 kan ha en hog kapacitet att eliminera kvaveoxid vid 18ga driftstemperaturer.

Vid driftstillfallen da reduktionsmedlet sprutas in avgasema och det fader en relativt hog temperatur i katalysatom 5 är kvaveoxidens och ammoniakens benagenhet att reagera hog. KvWeoxiden som diffunderar in i det forsta skiktet 5bi reagerar armed nastan omedelbart med den ammoniak som adsorberats i det forsta skiktet 5b1. Reaktionema sker har huvudsakligen nara ytan hos det forsta skiktet 5bi. Endast en mindre del av kvaveoxiden nar det andra skiktet 5b2. Det andra skiktet 5b2 mottar i detta fall endast en liten mangd kvavemonoxid som kan oxideras till kvWedioxid. I detta fall bidrar fOrekomsten av det andra skiktet 5b2 endast i en liten utstrackning till att Oka katalysatoms 5 formaga att eliminera kvaveoxid fran avgasema. Eftersom katalysator 5 redan har en hog kapacitet att eliminera kvaveoxid ur avgasema da en hEig temperatur rader är detta heller inte nOdvandigt.

Vid driftstillfallen dâ urealosningen sprutas in och det fader en lag temperatur i katalysatom 5 kan relativt stora mangder ammoniak lagras i det forsta skiktet 5bi.

Eftersom katalysatom 5 innefattar ett andra skikt 5b2 med ett kvWeoxidlagrande material och eft katalysatormaterial som har formagan att framja oxidation av kvavemonoxid till kvWedioxid kan det andra skiktet 5b2 innehalla en stor mangd lagrad kvavedioxid. Vid driftstillfallen som avgasemas temperatur hastigt hojs, pa grund av exempelvis ett motorpadrag, minskar katalysatoms 5 formaga att adsorbera ammoniak. Ackumulerad ammoniak i det fOrsta skiktet 5bikommer darmed att frigoras och diffundera i olika riktningar. Ammoniak som diffunderar i riktning mot det andra skiktet 5b2reagerar med kvaveoxiden i det andra skiktet 5b2 som har en lampligt hog andel kvavedioxid. Det innebar att en vasentlig del av den temporart frigjorda mangden ammoniak kan reduceras med hjalp av lagrad kvaveoxid vilket eliminerar utslapp av ammoniak nedstroms katalysatom 5. I detta fall da. katalysatom 5 utgOrs av en SCR-katalysator behOys ingen ammoniakslipkatalysator anordnas nedstroms katalysatom 5.

Fig. 3 visar en altemativ utforingsform av katalysatom 5. I detta fall är avgasledningen 3 forsedd med en konventionell oxidationskatalysator 12, ett partikelfilter 4, en konventionell SCR-katalysator 13 och en ammoniakslipkatalysator i form av den uppfinningsenliga katalysatom 5. Katalysatorn 5 är har placerad nedstrOms SCR- katalysator som pa konventionellt satt är utformad med ett skikt av ett aktivt katalysatormaterial. Katalysatom 5 är aven har utformad med kanaler 5a som definieras av vaggelement 5b som innefattar ett fOrsta yttre skikt 5bi, ett andra inre skikt 5b3 och en barande kropp 5b3 pa samma satt som i Fig. 2.

Eftersom katalysatom 5 kan har lagra kvaveoxid kan den reducera utslappen av kvaveoxid vid kallstarter innan urealosning har(5b1) borjat sprutas in i avgasema. Vid driftstillfallen dâ urealosning sprutas in och dâ avgasema har en lag temperatur har den en betydligt hogre kapacitet att eliminera kvaveoxid an den konventionella SCR- katalysatom 13 och den utgor damned ett mycket gott komplement till den konventionella SCR-katalysator 13. Eftersom SCR-katalysatom 13 har en konventionell utformning shipper den igenom ammoniak vid hastiga temperaturokningar hos avgasema. Katalysatom 5 eliminerar har det temporara overskott pa ammoniak med hjalp av lagrad kvaveoxid i det andra skiktet. Eftersom det andra aktiva katalysatormaterialet innehaller en adelmetall kan den Liven reducera overskottet pa ammoniak som tranger in i det andra skiktet.

Vid design av katalysatom 5 da den utgors av en ammoniakslipkatalysator med kvaveoxidlagringsfunktion behover nagra avvagningar goras. Formagan att lagra NOx ska avta och vara liten Over temperaturer dâ kvaveoxidreduktionen uppnas i SCR- katalysatorn och ammoniakslipkatalysator. Detta uppnas genom val av material eller 11 kombination av material for kvaveoxidlagring (den termiska stabiliteten for nitrater av alkaliska jordartsmetaller avtar uppat i periodiska systemet). Efter ett tags varm drift är den kvaveoxidlagrande komponenten tOmd och den kan ater lagra kvaveoxid vid nasta kallstart. Vid design av katalysatom 5 da den utgor en SCR-katalysator med kvaveoxidlagringsfunktion behover ytterligare avvagningar goras. Forhallandet mellan skiktens tjocklek och adelmetallhalten i det inre skiktet bOr vara valda sa att reaktionen mellan ammoniak och NOx i det yttre skiktet vid de fiesta driftfall forbrukar all ammoniak. Det inre skiktets tjocklek kan ligga i intervallet 5-50% av summan av bada skiktens tjocklek. Adelmetallhalten kan ligga i intervallet 0.25-10 g/ft3.

Uppfinningen är inte begransad till den ovan beskrivna utforingsformen utan den kan varieras fritt Mom patentkravens ramar. 12

Claims (12)

Patentkrav

1. Katalysator fcir behandling av avgaser frau en forbranningsmotor (1), varvid katalysatorn (5) innefattar vaggelement (5b) som formar ett flertal langstrackta kanaler (5a) hos katalysatorn fcir mottagning av avgaser, varvid vaggelementen (5b) innefattar ett forsta yttre skikt (5b1) som tillhandahaller en utvandig yta i de langstrackta kanalerna (5a) och ett andra inre skikt (5b2) som anordnat invandigt om det forsta skiktet (5b1), varvid det forsta skiktet (5b1) innefattar ett forsta aktivt katalysatormaterial som framjar en katalytisk reaktion mellan kvaveoxid och ammoniak, och varvid det andra skiktet (5b2) innefattar ett material som har formaga att lagra kvaveoxid och ett andra aktivt katalysatormaterial som har en hogre formaga att framja oxidation av kvavemonoxid till kvavedioxid an det fOrsta katalysatormaterialet, kannetecknad av att det andra skiktet (5b2) innefattar ett kvaveoxidlagrande material som bestar av en oxid av en alkalisk jordartsmetall eller en kombination av sadana oxider.

2. Katalysator for rening av avgaser enligt krav 1, kannetecknad av att det andra skiktet (5b2) innefattar ett aktivt katalysatormaterial i form av en adelmetall.

3. Katalysator enligt krav 2, kannetecknad av att det andra skiktet (5b2) innefattar ett aktivt katalysatormaterial i form platina.

4. Katalysator enligt dagot av foregaende krav, kannetecknad av att det forsta katalysatormaterialet i det fcirsta skiktet (5b1) innefattar vanadinpentoxid.

5. S. Katalysator enligt krav 4, kannetecknad av att det forsta katalysatormaterialet i det forsta skiktet (5b1) Liven innefattar volframoxid.

6. Katalysator enligt nagot av foregaende krav, kannetecknad av aft namnda vaggelement (5b) är formade av en barande kropp (5b3) som bar upp de tvii skikten (5bi, 5b2).

7. Katalysator enligt nagot av foregaende krav, kannetecknad av att materialet i atminstone ett av skikten innefattas i en barande kropp (5b3). 13

8. Katalysator enligt nagot av foregaende krav, kannetecknad av att det andra skiktet (5b2) innefattar ett bdrmaterial i form av aluminiumoxid.

9. Katalysator enligt nagot av foregaende krav, kannetecknad av att det forsta skiktet (5b1) är dimensionerat sa att det har kapacitet att mottaga all ammoniak under normal drift sa att ammoniak endast tranger in i det andra skiktet (5b2) vid driftstillfallen da det uppstar ett temporart overskott pa ammoniak.

10. Avgas system for en fOrbranningsmotor, kannetecknad av att det innefattar en katalysator (5) enligt nagot av kraven 1-10.

11. Avgas system for en fOrbranningsmotor enligt kravet 10, kannetecknad av att katalysatorn (5) utgor en SCR-katalysator i avgassystemet.

12. Avgassystem for en fOrbranningsmotor enligt kravet 10, kannetecknad av att katalysatorn (5) utgor en ammoniakslipkatalysator i avgassystemet. 14 1 4 8 A... '4 33a zak'Stak'S,MM'aa::,> A U L., 13 6 7 9 ............ 11