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DE102008010330A1 - SCR catalytic converter with ammonia storage function - Google Patents

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DE102008010330A1
DE102008010330A1 DE102008010330A DE102008010330A DE102008010330A1 DE 102008010330 A1 DE102008010330 A1 DE 102008010330A1 DE 102008010330 A DE102008010330 A DE 102008010330A DE 102008010330 A DE102008010330 A DE 102008010330A DE 102008010330 A1 DE102008010330 A1 DE 102008010330A1
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Germany
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scr
zeolite
scr catalyst
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catalyst
Prior art date
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DE102008010330A
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German (de)
Inventor
Martin Dr. Paulus
Arno Dr. Tissler
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Sued Chemie IP GmbH and Co KG
Original Assignee
Sued Chemie AG
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Publication date
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen SCR-Katalysator, umfassend einen für Abgase durchströmbaren Träger sowie eine auf dem Träger bereichsweise aufgebrachte Schicht einer katalytisch aktiven Zusammensetzung, wobei die SCR-aktive Komponente und die NH3-Speicherkomponente voneinander verschieden sind. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen SCR-Katalysators zur Verringerung von Stickoxiden mobiler oder stationärer Verbrennungseinrichtungen.The present invention relates to an SCR catalytic converter, comprising a carrier permeable to exhaust gases and a layer of a catalytically active composition applied in regions on the carrier, wherein the SCR active component and the NH 3 storage component are different from one another. The invention further relates to the use of the inventive SCR catalyst for reducing nitrogen oxides of mobile or stationary combustion devices.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen SCR-Katalysator, welcher einer SCR-aktive Komponente und eine NH3-Speicherkomponente umfasst, wobei die NH3-Speicherkomponente bevorzugt ein Zeolith ist. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des SCR-Katalysators zur Verringerung von Stickoxiden mobiler oder stationärer Verbrennungseinrichtungen.The present invention relates to an SCR catalyst comprising an SCR active component and an NH 3 storage component, wherein the NH 3 storage component is preferably a zeolite. The invention further relates to the use of the SCR catalyst for reducing nitrogen oxides of mobile or stationary incinerators.

Mit SCR(selective catalytic reduction) wird die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen von Verbrennungsmotoren und auch Kraftwerken bezeichnet. Mit einem SCR-Katalysator werden nur die Stickoxide NO und NO2 (allgemein als NOx bezeichnet) selektiv reduziert, wobei für die Reaktion gewöhnlich NH3 (Ammoniak) zugemischt wird. Als Reaktionsprodukt entstehen daher nur die unbedenklichen Stoffe Wasser und Stickstoff. Für den Einsatz von Kraftfahrzeugen ist das Mitführen von Ammoniak in Druckgasflaschen ein Sicherheitsrisiko. Deshalb werden gewöhnlich Vorläuferverbindungen des Ammoniaks eingesetzt, die im Abgasstrang der Fahrzeuge unter Ammoniakbildung zersetzt werden. Bekannt in diesem Zusammenhang ist beispielsweise die Verwendung von AdBlue®, welches eine etwa 32,5 eutektische Lösung von Harnstoff in Wasser ist. Andere Ammoniakquellen sind beispielsweise Ammoniumcarbamat, Ammoniumformiat oder Harnstoffpellets.Selective catalytic reduction (SCR) refers to the selective catalytic reduction of nitrogen oxides from exhaust gases of combustion engines and also power plants. With an SCR catalyst, only the nitrogen oxides NO and NO 2 (commonly referred to as NO x ) are selectively reduced, with NH 3 (ammonia) usually added to the reaction. Therefore, only the harmless substances water and nitrogen are formed as reaction products. For the use of motor vehicles carrying ammonia in compressed gas cylinders is a security risk. Therefore, precursor compounds of ammonia are usually used, which are decomposed in the exhaust line of the vehicles with formation of ammonia. Known in this context is, for example, the use of AdBlue® , which is an approximately 32.5 eutectic solution of urea in water. Other sources of ammonia include ammonium carbamate, ammonium formate or urea pellets.

Vor der eigentlichen SCR-Reaktion muss aus Harnstoff zunächst Ammoniak gebildet werden. Dies geschieht in zwei Reaktionsschritten, die zusammengefasst als Hydrolysereaktion bezeich net werden. Zunächst werden in einer Thermolysereaktion NH3 und Isocyansäure gebildet. Anschließend wird in der eigentlichen Hydrolysereaktion Isocyansäure mit Wasser zu Ammoniak und Kohlendioxid umgesetzt.Before the actual SCR reaction, ammonia must first be formed from urea. This is done in two reaction steps, collectively referred to as hydrolysis reaction. First, NH 3 and isocyanic acid are formed in a thermolysis reaction. Isocyanic acid is then reacted with water to form ammonia and carbon dioxide in the actual hydrolysis reaction.

Zur Vermeidung von festen Ausscheidungen ist es erforderlich, dass die zweite Reaktion durch die Wahl geeigneter Katalysatoren und genügend hoher Temperaturen (ab 250°C) ausreichend schnell erfolgt. Moderne SCR-Reaktoren übernehmen gleichzeitig die Funktion des Hydrolysekatalysators.to Avoiding solid precipitates requires that the second reaction by choosing suitable catalysts and enough high temperatures (from 250 ° C) sufficiently fast. modern SCR reactors simultaneously assume the function of Hydrolysis catalyst.

Das durch die Thermohydrolyse entstandene Ammoniak reagiert am SCR-Katalysator nach den folgenden Gleichungen: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (1) NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (2) 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (3) The ammonia produced by the thermohydrolysis reacts on the SCR catalyst according to the following equations: 4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (1) NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O (2) 6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O (3)

Bei niedrigen Temperaturen (< 300°C) läuft der Umsatz überwiegend über Reaktion (2) ab. Für einen guten Niedertemperaturumsatz ist es deshalb erforderlich, ein NO2:NO-Verhältnis von etwa 1:1 einzustellen. Unter diesen Umständen kann die Reaktion (2) bereits bei Temperaturen ab 170–200°C erfolgen.At low temperatures (<300 ° C), the conversion proceeds predominantly via reaction (2). For a good low-temperature conversion, it is therefore necessary to set a NO 2 : NO ratio of about 1: 1. Under these circumstances, reaction (2) can take place at temperatures as low as 170-200 ° C.

Die Oxidation von NO zu NOx erfolgt in einem vorgelagerten Oxidationskatalysator der für einen optimalen Wirkungsgrad erforderlich ist.The oxidation of NO to NO x takes place in an upstream oxidation catalyst which is required for optimum efficiency.

Wird mehr Reduktionsmittel dosiert, als bei der Reduktion mit NOx umgesetzt wird, so kann es zu einem unerwünschten NH3-Schlupf kommen. Die Entfernung des NH3 kann durch einen zusätzlichen Oxidationskatalysator hinter dem SCR-Katalysator erzielt werden. Dieser Sperrkatalysator oxidiert das ggf. auf tretende Ammoniak zu N2 und H2O. Darüber hinaus ist eine sorgfältige Applikation der Harnstoffdosierung unerlässlich.If more reducing agent is metered than is reacted during the reduction with NO x , it can lead to an undesirable NH 3 slip. The removal of the NH 3 can be achieved by an additional oxidation catalyst downstream of the SCR catalyst. This barrier catalyst oxidizes the ammonia, if any, to N 2 and H 2 O. In addition, careful application of the urea dosing is essential.

Eine für die SCR-Katalyse wichtige Kenngröße ist das so genannte Feedverhältnis α, definiert als das molare Verhältnis von zudosiertem NH3 zu dem im Abgas vorhandenen NOx. Bei idealen Betriebsbedingungen (kein NH3-Schlupf, keine Nebenreaktionen, keine NH3-Oxidation) ist α direkt proportional zur NOx-Reduktionsrate:
Bei α = 1 wird theoretisch eine einprozentige NOx-Reduktion erreicht. Im praktischen Einsatz kann bei einem NH3-Schlupf von < 20 ppm eine NOx-Reduktion von 90% im stationären und instationären Betrieb erzielt werden.
An important parameter for SCR catalysis is the so-called feed ratio α, defined as the molar ratio of metered NH 3 to the NO x present in the exhaust gas. Under ideal operating conditions (no NH 3 slip, no side reactions, no NH 3 oxidation), α is directly proportional to the NO x reduction rate:
At α = 1 theoretically a one percent NO x reduction is achieved. In practical use, with NH 3 slip of <20 ppm, a NO x reduction of 90% in stationary and transient operation can be achieved.

Durch die vorgelagerte Hydrolysereaktion wird bei den heutigen SCR-Katalysatoren ein NOx-Umsatz > 50% erst bei Temperaturen oberhalb von ca. 250°C erreicht, optimale Umsatzraten werden im Temperaturfenster von 250–450°C erzielt.Due to the upstream hydrolysis reaction, in today's SCR catalysts an NO x conversion> 50% is achieved only at temperatures above about 250 ° C, optimum conversion rates are achieved in the temperature window of 250-450 ° C.

Die Dosierstrategie ist bei Katalysatoren mit hohem NH3-Speichervermögen von großer Wichtigkeit, da die NH3-Speicherfähigkeit von SCR-Katalysatoren des Standes der Technik typischerweise mit steigender Temperatur abnimmt.The dosing strategy is of great importance in high NH 3 storage capacity catalysts because the NH 3 storage capability of prior art SCR catalysts typically decreases with increasing temperature.

Derzeit werden sowohl im Kraftwerksbereich als auch im Automobilbereich überwiegend Katalysatoren auf Basis von Titandioxid, Vanadiumpentoxid und Wolframoxid eingesetzt. Auch ist die Verwendung von SCR-Katalysatoren auf Basis von Zeolithen im Stand der Technik bekannt.Currently become predominant both in the power station sector and in the automotive sector Catalysts based on titanium dioxide, vanadium pentoxide and tungsten oxide used. Also, the use of SCR catalysts is based of zeolites known in the art.

Nachteilig bei den im Stand der Technik verwendeten SCR-Katalysatoren, auch bei den auf Zeolithen basierenden SCR- Katalysatoren, ist die verhältnismäßig schlechte Umsetzung der Abgase im Kaltstartbetrieb. Das heißt, die beim Start des Motors auftretenden Abgase fließen über einen noch kalten Katalysator und werden daher nicht umgesetzt. Auch die Harnstoffdosierung erfolgt aus Gründen einer möglichen Kondensation in der Regel erst oberhalb von 250°C. Das bedeutet, dass in der Kaltstartphase nahezu keine Stickoxidemissionen reduziert werden.adversely in the SCR catalysts used in the prior art, also in the zeolite-based SCR catalysts, it is relatively poor conversion of the exhaust gases in cold start operation. This means, the exhaust gases that occur when starting the engine flow over a still cold catalyst and are therefore not implemented. The urea dosing is done for the sake of a possible Condensation usually only above 250 ° C. The means that in the cold start phase almost no nitrogen oxide emissions be reduced.

Weitere Probleme ergeben sich bei schnellen Lastwechseln. Mit einem Lastwechsel ist eine sprunghafte Änderung der Abgaskonzentration verbunden und die Harnstoffdosierung kann wegen der Trägheit des Dosiersystems erst zeitlich versetzt angepasst werden. Insbesondere weisen die Katalysatoren des Standes der Technik Probleme beim Auftreten von NH3-Schlupf auf. Dies führt zu einem unnötigen Ausstoß von NOx.Further problems arise with fast load changes. With a load change, a sudden change in the exhaust gas concentration is connected and the urea dosing can be adjusted only offset in time due to the inertia of the dosing system. In particular, the prior art catalysts have problems in the occurrence of NH 3 slip. This leads to unnecessary emission of NO x .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand somit darin, einen SCR-Katalysator mit verbesserten Kaltstarteigenschaften und verbessertem Verhalten bei Lastwechseln bereit zu stellen.The The object of the present invention was therefore an SCR catalyst with improved cold start properties and improved performance to provide during load changes.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen SCR-Katalysator, umfassend eine katalytisch aktive Zusammensetzung, enthaltend eine SCR-aktive Komponente und eine NH3-Speicherkomponente, wobei die SCR-aktive Komponente und die NH3-Speicherkomponente voneinander verschieden sind.The object is achieved by an SCR catalyst comprising a catalytically active composition comprising an SCR-active component and an NH 3 storage component, wherein the SCR-active component and the NH 3 storage component are different from one another.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch das Vorliegen der NH3-Speicherkomponente keine Imprägnierung mit einem Edelmetall wie beispielsweise Palladium, Platin, etc. auf dem SCR-Katalysator vonnöten ist. Ebenso hat sich gezeigt, dass durch das Vorliegen der Ammoniak-Speicherkomponente im SCR-Katalysator ein weiterer Oxydationskatalysator hinter dem SCR- Katalysator in einem Abgassystem unnötig ist. Dieser im Stand der Technik bisher benutzte Sperrkatalysator zur Entfernung des NH3 oxidiert das ggf. auftretende Ammoniak zu N2 und H2O. Aufgrund der Speicherung des überschüssigen NH3 kann somit überraschenderweise auf den Sperrkatalysator verzichtet werden.It has surprisingly been found that by the presence of the NH 3 storage component no impregnation with a noble metal such as palladium, platinum, etc. on the SCR catalyst is needed. It has also been found that the presence of the ammonia storage component in the SCR catalyst eliminates the need for another oxidation catalyst downstream of the SCR catalyst in an exhaust system. This blocking catalyst used hitherto in the prior art for the removal of NH 3 oxidizes the possibly occurring ammonia to N 2 and H 2 O. Due to the storage of the excess NH 3, it is therefore surprisingly possible to dispense with the blocking catalyst.

Somit umfasst der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ein Abgassystem enthaltend einen Oxidationskatalysator und einen SCR-Katalysator.Consequently The subject of the present invention also includes an exhaust system containing an oxidation catalyst and an SCR catalyst.

Der Begriff „SCR-aktive Komponente" bezeichnet ein Material, das die vorstehend erwähnte SCR-Reaktion katalysiert.Of the Term "SCR active component" refers to a material which catalyzes the above-mentioned SCR reaction.

Unter dem Begriff „NH3-Speicherkomponente" wird ein Material verstanden, das NH3 reversibel zu adsorbieren vermag. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein poröses bzw. besonders bevorzugt um ein mikroporöses Material.The term "NH 3 storage component" is understood as meaning a material which is capable of reversible adsorption of NH 3. It is preferably a porous or particularly preferably a microporous material.

Die Speicherkomponente ist bevorzugt ein Zeolith. Unter dem Begriff "Zeolith" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß der Definition der International Mineralogical Association ( D. S. Coombs et al., Can. Mineralogist, 35, 1997, 1571 ) eine kristalline Substanz aus der Gruppe der Aluminiumsilikate mit Raumnetzstruktur der allgemeinen Formel Mn+[(AlO2)x(SiO2)y]xH2O verstanden, die aus SiO4/AlO4 Tetraedern bestehen, die durch gemeinsame Sauerstoffatome zu einem regelmäßigen dreidimensionalen Netzwerk verknüpft sind. Das Verhältnis von Si/Al = y/x beträgt immer ≥ 1 gemäß der so genannten "Löwenstein-Regel", die das benachbarte Auftreten zweier benachbarter negativ ge ladener AlO4-Tetraeder verbietet. Dabei stehen bei einem geringen Si/Al-Verhältnis zwar mehr Austauschplätze für Metalle zur Verfügung, der Zeolith wird jedoch zunehmend thermisch instabiler.The storage component is preferably a zeolite. The term "zeolite" is used in the context of the present invention as defined by the International Mineralogical Association ( DS Coombs et al., Can. Mineralogist, 35, 1997, 1571 ) a crystalline substance from the group of aluminum silicates with spatial network structure of the general formula M n + [(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y] x H 2 O understood that consist of SiO 4 / AlO 4 tetrahedra, which are linked by common oxygen atoms to a regular three-dimensional network. The ratio of Si / Al = y / x is always ≥ 1 according to the so-called "Löwenstein rule", which prohibits the adjacent occurrence of two adjacent negatively charged AlO 4 tetrahedra. Although there are more exchange sites for metals available at a low Si / Al ratio, the zeolite is becoming increasingly thermally unstable.

Die Zeolithstruktur enthält Hohlräume und Kanäle, die für jeden Zeolithen charakteristisch sind. Die Zeolithe werden gemäß ihrer Topologie in verschiedene Strukturen (siehe oben) eingeteilt. Das Zeolithgerüst enthält offene Hohlräume in Form von Kanälen und Käfigen, die normalerweise von Wassermolekülen und extra Gerüstkationen, die ausgetauscht werden können, besetzt sind. Auf ein Aluminiumatom kommt eine überschüssige negative Ladung, die durch diese Kationen kompensiert wird. Das Innere des Porensystems stellt die katalytisch aktive Oberfläche dar. Je mehr Aluminium und je weniger Silizium ein Zeolith enthält, desto dichter ist die negative Ladung in seinem Gitter und desto polarer seine innere Oberfläche. Die Porengröße und Struktur wird neben den Parametern bei der Herstellung (Verwendung bzw. Art von Templaten, pH, Druck, Temperatur, Anwesenheit von Impfkristallen) durch das Si/Al-Verhältnis bestimmt, das den größten Teil des katalytischen Charakters eines Zeolithen bestimmen.The zeolite structure contains voids and channels characteristic of each zeolite. The zeolites are classified according to their topology into different structures (see above). The zeolite framework contains open cavities in the form of channels and cages that are normally occupied by water molecules and extra framework cations that can be exchanged. An aluminum atom has an excess negative charge which is compensated by these cations. The interior of the pore system represents the catalytically active surface. The more aluminum and the less silicon a zeolite contains, the denser the negative charge in its lattice and the more polar its internal surface. The pore size and structure are determined by the Si / Al ratio, which determines most of the catalytic character of a zeolite, in addition to the parameters of manufacture (use or type of template, pH, pressure, temperature, presence of seed crystals).

Durch die Anwesenheit von z. B. 3-wertigen Atomen (z. B. Al oder Ga) erhält der Zeolith eine negative Gitterladung in Form von so genannten Anionstellen, in deren Nachbarschaft sich die entsprechenden Kationenpositionen befinden. Die negative Ladung wird durch den Einbau von Kationen in die Poren des Zeolithmaterials kompensiert. Die Zeolithe unterscheidet man hauptsächlich nach der Geometrie der Hohlräume, die durch das starre Netzwerk der SiO4/AlO4-Tetraeder gebildet werden. Die Eingänge zu den Hohlräumen werden von 8, 10 oder 12 "Ringen" gebildet (eng-, mittel- und weitporige Zeolithe). Bestimmte Zeolithe zeigen einen gleichförmigen Strukturaufbau (z. B. ZSM-5 mit MFI-Topologie) mit linearen oder zickzackförmig verlaufenden Kanälen, bei anderen schließen sich hinter den Porenöffnungen größere Hohlräume an, z. B. bei den Y- und A-Zeolithen, mit den Topologien FAU und LTA.By the presence of z. B. 3-valent atoms (eg., Al or Ga) receives the zeolite has a negative lattice charge in the form of so-called Anion sites, in the vicinity of which the corresponding cation positions are located. The negative charge is due to the incorporation of cations compensated in the pores of the zeolite material. The zeolites are different mainly according to the geometry of the cavities, which are formed by the rigid network of SiO4 / AlO4 tetrahedra. The entrances to the cavities are from 8, 10 or 12 "rings" formed (narrow, medium and large pore zeolites). Certain zeolites show a uniform structure structure (eg ZSM-5 with MFI topology) with linear or zigzag shape running channels, in others close behind the pore openings larger cavities on, for. B. in the Y and A zeolites, with the topologies FAU and LTA.

Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeder beliebige Zeolith, insbesondere jeder 10 und 12 „Ring"-Zeolith verwendet werden. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Zeolithe mit den Topologien AEL, BEA, CHA, EUO, FAO, FAU, FER, KFI, LTA, LTL, MAZ, MOR, MEL, MTW, LEV, OFF, TON und MFI. Ganz besonders bevorzugt Zeolithe der topologischen Strukturen FAU, MOR, BEA, MFI und MEL.in principle In the context of the present invention, any zeolite, In particular, each 10 and 12 "ring" zeolite can be used. According to the invention, preference is given to zeolites with the Topologies AEL, BEA, CHA, EUO, FAO, FAU, FER, KFI, LTA, LTL, MAZ, MOR, MEL, MTW, LEV, OFF, TONE and MFI. Very particularly preferred zeolites the topological structures FAU, MOR, BEA, MFI and MEL.

Es gibt in Zeolithen üblicherweise drei verschiedene Zentren, die als so genannte α-, β- und γ-Positionen bezeichnet werden, die die Position der Austauschplätze (auch als "austauschbare Positionen bzw. Stellen" bezeichnet) definieren. Alle diese drei Positionen sind für Reaktanden während der NH3-SCR-Reaktion zugänglich, insbesondere beim Einsatz von MFI, BEA, FAU, MOR, MTW und MEL Zeolithen.There are usually three different centers in zeolites, referred to as α, β and γ positions, which define the position of exchange sites (also referred to as "interchangeable locations"). All of these three positions are accessible to reactants during the NH 3 -SCR reaction, particularly when using MFI, BEA, FAU, MOR, MTW, and MEL zeolites.

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die Verbesserung der Kaltstartemissionen von der NH3-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators abhängig ist. Die NH3-Speicherfähigkeit hängt jedoch von den (Brønstedt) sauren Oberflächenzentren des erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten Zeoliths ab. Verschiedene Zeolithtypen weisen unterschiedlich starke saure Zentren und damit ein unterschiedliches Adsorption- und Desorptionsverhalten auf. Stark saure Zentren bilden stärkere Bindungen zu den adsorbierten NH3-Molekülen aus, als schwach saure Zentren.Surprisingly, it has been found that the improvement in cold start emissions is dependent on the NH 3 storage capability of the SCR catalyst. However, the NH 3 storage capacity depends on the (Brønstedt) acidic surface centers of the zeolite preferably used according to the invention. Different types of zeolites have different strong acid sites and thus a different adsorption and desorption behavior. Strongly acidic centers form stronger bonds to the adsorbed NH 3 molecules than weakly acidic centers.

Es wurde gefunden, dass die Desorptionstemperatur bei einem Zeolithen mit überwiegend stark sauren Zentren wesentlich höher als bei schwach sauren Zentren ist. Somit kann erfindungsgemäß durch die geeignete Auswahl des Zeolithtypen die NH3-Speicherfunktion, d. h. die Menge des adsorbierenden NH3 bzw. des zu desorbierenden NH3 gezielt eingestellt werden. Da die Anzahl der sauren Zentren durch das Molverhältnis von SiO2 zu Al2O3 (das sogenannte „Modul") beeinflusst werden kann, ist somit durch Variation dieses Verhältnisses die NH3-Speicherkapazität eines SCR-Katalysators genau einstellbar.It has been found that the desorption temperature is significantly higher for a zeolite with predominantly strongly acidic centers than for weakly acidic centers. Thus, according to the invention, the NH 3 storage function, ie the amount of adsorbing NH 3 or the NH 3 to be desorbed, can be adjusted in a targeted manner by the appropriate selection of the zeolite type. Since the number of acidic centers can be influenced by the molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 (the so-called "module"), the NH 3 storage capacity of an SCR catalyst can thus be precisely adjusted by varying this ratio.

Das erfindungsgemäß bevorzugte SiO2/Al2O3-Modul (Molverhältnis) liegt im Bereich von 5:1 bis 150:1, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 50:1 und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 30:1.The inventively preferred SiO 2 / Al 2 O 3 modulus (molar ratio) is in the range of 5: 1 to 150: 1, more preferably in the range of 5: 1 to 50: 1 and most preferably in the range of 10: 1 to 30: 1st

Bevorzugt ist der NH3-Speicherzeolith in einer Menge von 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% in der katalytisch aktiven Zusammensetzung enthalten.The NH 3 storage zeolite is preferably present in an amount of from 2 to 30% by weight, more preferably in an amount of from 5 to 15% by weight, in the catalytically active composition.

Neben der Menge des Zeolithen kommt es wie vorstehend schon erläutert auch auf die Art des verwendeten Zeolithen an, da nicht alle Zeolithe eine optimale NH3-Speicherkapazität aufweisen. Bevorzugt ist der Zeolith deshalb ausgewählt aus der Gruppe umfassend FAU (Faujasit), MOR (Mordenit), BEA (Beta-Zeolith), MFI (Mobil Five, ZSM-5, Zeolite Secondary Mobile No. 5) und MEL, wobei auch Kombinationen der vorgenannten Zeolithe eingesetzt werden können. Vorzugsweise werden alle genannten Zeolithe in der H-Form eingesetzt. Die genannten Katalysatoren sowie Verfahren zu deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt.In addition to the amount of zeolite, as already explained above, the type of zeolite used is important since not all zeolites have an optimum NH 3 storage capacity. The zeolite is therefore preferably selected from the group comprising FAU (faujasite), MOR (mordenite), BEA (beta zeolite), MFI (Mobil Five, ZSM-5, Zeolite Secondary Mobile No. 5) and MEL, combinations of which The above zeolites can be used. Preferably, all said zeolites are used in the H form. The cited catalysts and processes for their preparation are known in the art.

In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung ist der NH3-Speicherzeolith ein metallausgetauschter Zeolith, beispielsweise ein Eisen, Kupfer oder Kobalt-ausgetauschter Zeolith. Bevorzugt ist der metallausgetauschte Zeolith ebenfalls ausgewählt aus der Gruppe umfassend FAU (Faujasit), MOR (Mordenit), BEA (Beta-Zeolith), MFI (Mobil Five, ZSM-5, Zeolite Secondary Mobile No. 5) und MEL, wobei auch Kombinationen der genannten Zeolithe eingesetzt werden können.In preferred developments of the invention, the NH 3 storage zeolite is a metal-exchanged zeolite, for example an iron, copper or cobalt-exchanged zeolite. Preferably, the metal-exchanged zeolite is also selected from the group comprising FAU (faujasite), MOR (mordenite), BEA (beta zeolite), MFI (Mobil Five, ZSM-5, Zeolite Secondary Mobile No. 5) and MEL, including combinations of the mentioned zeolites can be used.

Bei metallausgetauschten bzw. dotierten Zeolithen wird der Metallgehalt bzw. der Austauschgrad eines Zeolithen maßgeblich durch die im Zeolithen vorliegende Metallspezies bestimmt. Dadurch kann der Zeolith sowohl nur mit einem einzigen Metall oder mit verschiedenen Metallen dotiert sein. Die bevorzugten Metalle für den Austausch und die Dotierung sind katalytisch aktive Metalle wie Fe, Ce, Co, Ni, Ag, V, Rh, Pd, Pt, Ir. Erfindungsgemäß sind Zeolithe ganz besonders bevorzugt, die Eisen-, Kupfer oder Kobaltspezies enthalten. Die Herstellungsverfahren für metallausgetauschte Zeolithe, beispielsweise über Fest- oder Flüssigphasenaustausch, sind dem Fachmann bekannt.at Metal exchanged or doped zeolites becomes the metal content or the degree of exchange of a zeolite decisively determines the metal species present in the zeolite. This can the zeolite both with a single metal or with different ones Be doped metals. The preferred metals for the Exchange and doping are catalytically active metals such as Fe, Ce, Co, Ni, Ag, V, Rh, Pd, Pt, Ir. According to the invention Zeolites, most preferably the iron, copper or cobalt species contain. The production process for metal exchanged Zeolites, for example via solid or liquid phase exchange, are known in the art.

Zusätzlich zu der NH3-Speicherkomponente benötigt der SCR-Katalysator auch noch eine SCR-aktive Komponente. Dies kann beispielsweise eine herkömmliche auf Vanadium/Titan/Wolfram basierende Komponente sein. Typischerweise ist die auf Vanadium/Titan/Wolfram basierende Komponente eine oxidische Beschichtung, die im Wesentlichen TiO2 in der Anatas-Modifikation enthält. TiO2 wird dabei in der Regel durch WO3 stabilisiert, um eine Verbesserung seiner thermischen Haltbarkeit zu erreichen. Der Anteil an WO3 liegt dabei typischerweise bei ca. 10 Gew.-%. Die eigentlich aktive Komponente bildet das V2O5, das typischerweise als Monolage auf den TiO2 Partikeln vorliegt. Möglich ist ebenfalls die Zugabe noch einer weiteren NH3-Speicherkomponente wie es weiter unten vorgeschlagen wird.In addition to the NH 3 storage component, the SCR catalyst also requires an SCR active component. This may be, for example, a conventional vanadium / titanium / tungsten based component. Typically, the vanadium / titanium / tungsten based component is an oxide coating that substantially contains TiO 2 in the anatase modification. TiO 2 is usually stabilized by WO 3 in order to achieve an improvement in its thermal stability. The proportion of WO 3 is typically about 10 wt .-%. The actually active component forms the V 2 O 5 , which is typically present as a monolayer on the TiO 2 particles. It is also possible to add a further NH 3 storage component as proposed below.

Ein Vorteil einer z. B. auf Vanadium basierenden Komponente als SCR-aktive Komponente ist die hervorragende Tieftemperaturaktivität eines solchen Systems. Durch die erfindungsgemäße Kombination von auf Vanadium basierenden Katalysatoren mit Zeolithen kann man sich somit die Tieftemperaturaktivität dieser Katalysatoren und zugleich die NH3-Speicherfähigkeit der Zeolithe zunutze machen und damit einen SCR-Katalysator mit hervorragenden Kaltstarteigenschaften bereitzustellen.An advantage of a z. B. vanadium-based component as SCR-active component is the excellent low-temperature activity of such a system. The inventive combination of vanadium-based catalysts with zeolites can thus make use of the low-temperature activity of these catalysts and at the same time the NH 3 storage capacity of the zeolites and thus to provide an SCR catalyst with excellent cold-start properties.

Alternativ zu der auf Vanadium basierenden SCR-aktiven Komponente kann erfindungsgemäß auch ein SCR-aktiver Zeolith (z. B. ein metalldotierter bzw. -ausgetauschter Zeolith wie ein Cu-Zeolith oder Fe-Zeolith eingesetzt werden.alternative to the vanadium-based SCR-active component according to the invention also a SCR active zeolite (eg, a metal doped or exchanged Zeolite such as a Cu zeolite or Fe zeolite can be used.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung werden damit viele Kombinationsmöglichkeiten für einen SCR-Katalysator bereitgestellt. Beispielsweise kann erfindungsgemäß ein SCR-aktiver Zeolith, der bei tiefen Temperaturen aktiv ist, mit einem SCR-aktiven Zeolith, der bei höheren Temperaturen aktiv ist und einem NH3-Speicherzeolithen kombiniert werden. Ein entsprechendes Beispiel für eine derartige Kombination bildet beispielsweise eine Mischung aus einem kupferausgetauschten Zeolithen wie Cu-ZSM-5 mit einem Modul von 150, der eine tiefe Temperaturaktivität aufweist, einem eisenausgetauschten Zeolithen, wie z. B. Fe-BEA mit einem Modul von 35, der eine Hochtemperaturaktivität aufweist sowie einem nicht-metallausgetauschten Zeolithen wie H-BEA mit einem Modul von 20, der als NH3-Speicherzeolith dient.In further advantageous embodiments of the invention, this provides many possible combinations for an SCR catalyst. For example, according to the invention, an SCR-active zeolite which is active at low temperatures can be combined with an SCR-active zeolite which is active at higher temperatures and an NH 3 storage zeolite. A corresponding example of such a combination is, for example, a mixture of a copper-exchanged zeolite such as Cu-ZSM-5 with a modulus of 150, which has a low temperature activity, an iron-exchanged zeolite, such. B. Fe-BEA with a modulus of 35 exhibiting high temperature activity and a non-metal exchanged zeolite such as H-BEA with a modulus of 20 serving as the NH 3 storage zeolite.

Damit ist eine gute katalytische Umsetzung von tiefen bis hohen Temperaturen an einen Katalysator, der die erfindungsgemäße Kombination als katalytische Zusammensetzung erhält, gegeben.In order to is a good catalytic reaction from low to high temperatures to a catalyst comprising the inventive Combination as a catalytic composition is given.

Erfindungsgemäß hat es sich auch als Vorteil herausgestellt, wenn die katalytisch aktive Zusammensetzung des SCR-Katalysators in Form einer zumindest bereichsweisen Beschichtung auf einem bevorzugt monolithischen Träger vorliegt. Als monolithische Träger kommen beispielsweise metallische oder keramische Träger z. B. in Waben- oder Schaumform zum Einsatz.Has according to the invention it also turned out to be an advantage if the catalytically active Composition of the SCR catalyst in the form of an at least partially Coating on a preferably monolithic carrier is present. As monolithic carrier come for example metallic or ceramic carrier z. B. in honeycomb or Foam form used.

Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die NH3-Speicherkomponente nur an der Eintrittsseite und die SCR-aktive Komponente nur an der Austrittsseite eines solchen beschichteten monolithischen Trägers aufgebracht sind. Ebenso wäre es möglich, dass sämtliche Komponenten wie beispielsweise die NH3-Speicherkomponente und die SCR-aktive Komponente(n) als homogene Beschichtung auf die gesamte Oberfläche des Monolithen aufgebracht werden, was insgesamt die Herstellung derartiger Katalysatoren bedeutend vereinfacht.It has proved to be particularly advantageous if the NH 3 storage component is applied only at the inlet side and the SCR-active component only at the outlet side of such a coated monolithic carrier. It would also be possible for all of the components, such as the NH 3 storage component and the SCR active component (s), to be applied as a homogeneous coating to the entire surface of the monolith, thus greatly simplifying the preparation of such catalysts.

Die Aufbringung des SCR-Katalysators erfolgt dabei nach im Stand der Technik bekannten Methoden, beispielsweise durch Aufbringen eines Washcoats, durch Beschichtung im Tauchbad oder durch Sprühbeschichtung vorgenommen werden.The Application of the SCR catalyst takes place in the state of Technique known methods, for example by applying a Washcoats, by coating in an immersion bath or by spray coating be made.

Der erfindungsgemäße SCR-Katalysator eignet sich demgemäß hervorragend zur Verringerung von Stickoxidemission von mobilen oder stationären Verbrennungseinrichtungen.Of the Accordingly, SCR catalyst according to the invention is outstandingly suitable for reducing nitrogen oxide emissions from mobile or stationary Incinerators.

Mobile Verbrennungseinrichtungen im Sinne dieser Erfindung sind beispielsweise Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, insbesondere Dieselmotoren, Stromerzeugungsaggregate auf Basis von Verbrennungsmotoren, oder sonstige Aggregate auf Basis von Verbrennungsmotoren.mobile Combustion devices in the context of this invention are, for example Internal combustion engines of motor vehicles, in particular diesel engines, Generating sets based on internal combustion engines, or other units based on internal combustion engines.

Bei den stationären Verbrennungseinrichtungen handelt es sich gewöhnlich um Kraftwerksanlagen, Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen und auch um Heizungssysteme von Privathaushalten.at the stationary combustion devices are usually around power plants, combustion plants, waste incineration plants and also to heating systems of private households.

Somit ist auch Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Verringerung von Stickoxidemissionen in mobilen oder stationären Verbrennungseinrichtungen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Abgasstrom über einen erfindungsgemäßen SCR-Katalysator geleitet wird.Consequently is also the subject of the invention, a method for reducing nitrogen oxide emissions in mobile or stationary incinerators, the method being characterized in that an exhaust gas flow over passed an SCR catalyst according to the invention becomes.

Die Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Beispiele und Figuren, die jedoch nicht als beschränkend zu verstehen sind, näher erläutert.The Invention will now be described with reference to the following examples and figures, but not to be construed as limiting, closer explained.

Es zeigenIt demonstrate

1 die NH3-Speicherfähigkeit von Zeolithen in Abhängigkeit vom SiO2/Al2O3-Modul, 1 the NH 3 storage capacity of zeolites as a function of the SiO 2 / Al 2 O 3 modulus,

2 ein TPD Diagramm der NH3 Desorption bei einem Fe dotierten Zeolithen vom TYP MFI mit einem Modul von 25. 2 a TPD diagram of NH 3 desorption in a Fe doped zeolite of type MFI with a modulus of 25.

1 zeigt die NH3-Speicherfähigkeit von Zeolithen in Abhängigkeit vom SiO2/Al2O3-Modul. 1 shows the NH 3 storage capacity of zeolites as a function of the SiO 2 / Al 2 O 3 modulus.

Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt das optimale Modul im Bereich von 5 bis 50, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 30.How out 1 As can be seen, the optimum modulus is in the range of 5 to 50, most preferably in the range of 10 to 30.

Dies trifft insbesondere auf die im automobilen Bereich bevorzugt in Frage kommenden Zeolithtypen mit der Topologie FAU, MOR, BEA, MFI, MEL zu. Diese werden einzeln oder als Mischungen eingesetzt.This especially in the automotive sector Question coming zeolite types with the topology FAU, MOR, BEA, MFI, MEL too. These are used individually or as mixtures.

Jedoch wird die Auswahl des Moduls auch durch die Analyse des späteren Einsatzbereichs und der Bedingungen bestimmt. Der Einsatzbereich des Katalysators wird von mehreren Faktoren bestimmt. Beispielsweise unterscheidet sich der Temperaturbereich im Betrieb von Pkw zu Lkw erheblich. Typische Arbeitsbereiche von Verbrennungsmotoren im Lkw liegen dabei zwischen 180 bis 430°C, bei Pkw werden oft Temperaturen bis 600°C erreicht. Grundsätzlich gilt, dass, je kleiner die Motoren sind (in Bezug auf ihren Hubraum) desto verstärkt tritt ein Volllastbetrieb auf und damit steigen die Temperaturen an. Weiter spielt eine Rolle, ob im Abgassystem der SCR-Katalysator vor oder nach dem Dieselpartikelfilter (DPF) eingebaut wird, da sich während der Regenerierung des Dieselpartikelfilters durch Abbrennen des gesammelten Rußes im Filter oberhalb von ca. 600°C hohe Temperaturspitzen bilden können. Daraus ergibt sich, dass insbesondere bei längeren thermischen Belastungen des SCR-Katalysators hochtemperaturstabile Zeolithe mit möglichst hohem Modul verwendet werden, wofür als nicht einschränkende Beispiele Fe-BEA mit einem Modul von 50 oder Fe-ZSM-5 mit einem Modul von 150 genannt werden.however The selection of the module will also be through the analysis of the later Intended use and conditions. The application area of the catalyst is determined by several factors. For example The temperature range during operation varies from car to truck considerably. Typical work areas of internal combustion engines in trucks lie between 180 to 430 ° C, in cars are often Temperatures up to 600 ° C reached. in principle is true that the smaller the engines are (in terms of their cubic capacity) the more intensively a full load operation occurs and thus the temperatures rise. Next plays a role, whether in the exhaust system the SCR catalytic converter before or after the diesel particulate filter (DPF) is built in, as during the regeneration of the diesel particulate filter by burning off the collected soot in the filter above of about 600 ° C can form high temperature peaks. It follows that, especially at longer thermal Strains of the SCR catalyst high temperature stable zeolites be used with as high a module as possible as non-limiting examples Fe-BEA with a module of 50 or Fe-ZSM-5 with a modulus of 150.

Mit steigendem Modul steigt auch die hydrothermale Stabilität und damit die Hochtemperaturstabilität. Die NH3-Aufnahmefähigkeit verläuft wie der 1 zu entnehmen ist genau gegenläufig. Daraus ergibt sich der oben angegebene erfindungsgemäß bevorzugte Bereich.As the modulus increases, so does the hydrothermal stability and thus the high temperature stability. The NH 3 absorption capacity runs like the 1 it is exactly the opposite. This results in the above-mentioned preferred range according to the invention.

Allerdings sind nicht alle Bereiche des Moduls mit jedem erfindungsgemäß einsetzbaren Zeolithtyp zugänglich. Beispielsweise können mit einem BEA-Zeolithen nur SiO2:Al2O3-Verhältnisse von oberhalb 19 erreicht werden. Zur Erreichung einer bestimmten Speicherkapazität von NH3 muss daher im Falle einer Verwendung derartiger Zeolithe die Menge erhöht werden. Bei den erfindungsgemäß bevorzugten Zeolithen liegen die Unter- und Obergrenzen für die SiO2:Al2O3-Verhältnisse (Module) wie folgt:
FAU: 3–10, MOR: 10–400, BEA: 19–1000, MFI: 19-1000, MEL: 19–1000.
However, not all areas of the module are accessible with any type of zeolite which can be used according to the invention. For example, with a BEA zeolite only SiO 2 : Al 2 O 3 ratios of above 19 can be achieved. In order to achieve a certain storage capacity of NH 3 , therefore, in the case of using such zeolites, the amount must be increased. In the zeolites preferred according to the invention, the lower and upper limits for the SiO 2 : Al 2 O 3 ratios (modules) are as follows:
FAU: 3-10, MOR: 10-400, BEA: 19-1000, MFI: 19-1000, MEL: 19-1000.

2 zeigt das Ergebnis der temperaturprogrammierten Desorption (TPD) von NH3 bei einem eisenausgetauschten Zeolithen mit der Topologie MFI und einem SiO2/Al2O3-Modul von 25. 2 shows the result of the temperature programmed desorption (TPD) of NH 3 in an iron exchanged zeolite with topology MFI and a SiO 2 / Al 2 O 3 modulus of 25.

Aus 2 ist ersichtlich, dass die höchste Desorption im Bereich von 200–290°C gefolgt von einem weiteren Maximum zwischen 310–400°C stattfindet.Out 2 It can be seen that the highest desorption occurs in the range of 200-290 ° C followed by another maximum between 310-400 ° C.

Dabei wurde wie folgt vorgegangen:
Der Zeolith mit dem erfindungsgemäßen Modul wurde mit NH3 gesättigt. Das heißt, die maximal mögliche NH3-Konzentration wurde auf der Oberfläche adsorbiert und anschließend durch Temperaturerhöhung wieder desorbiert. Die Menge an NH3 wurde über ein Massenspektrometer detektiert und gleichzeitig mit der Abgabetemperatur korreliert. Damit konnte sowohl die Menge als auch die Temperatur bei der die Desorption erfolgte bestimmt werden, worauf Hinweise zur Stärke der Bindung zwischen NH3 und dem Zeolithen erhalten wurden.
The procedure was as follows:
The zeolite with the module according to the invention was saturated with NH 3 . That is, the maximum possible NH 3 concentration was adsorbed on the surface and then desorbed by increasing the temperature. The amount of NH 3 was detected via a mass spectrometer and correlated simultaneously with the dispensing temperature. Thus, both the amount and the temperature at which the desorption was carried out, whereupon indications of the strength of the bond between NH 3 and the zeolite were obtained.

Die Testbedingungen waren wie folgt: NH3-Beladung: Gas: 0,473% NH3 in He Beladungstemperatur [°C]: 110 NH3-Desorption: Gas: Helium Heizrate [°C/min]: 5 Endtemperatur [°C]: 750 Haltedauer [h]: 1 NH3-Detektion mit Massenspektrometer, Massezahl 16: Peakflächen-Kalibrierung (FE/μmol NH3]: 1,16E-08 Peakfläche-Desorption [FE]: 1,13E-06 The test conditions were as follows: NH 3 loading: Gas: 0.473% NH 3 in He Loading temperature [° C]: 110 NH 3 desorption: Gas: helium Heating rate [° C / min]: 5 Final temperature [° C]: 750 Holding period [h]: 1 NH3 detection with mass spectrometer, mass number 16: Peak area calibration (FE / μmol NH 3 ]: 1,16E-08 Peak area desorption [FE]: 1.13e-06

Ausführungsbeispieleembodiments

Beispiel 1:Example 1:

Herstellung des Katalysators 1Preparation of the catalyst 1

Als Trägerstruktur wurde ein keramischer Träger der Firma NGK mit einer Wabendichte von 400 cpsi verwendet. Zur Herstellung des Washcouts mit der katalytisch aktiven Zusammensetzung für den SCR-Katalysator wurden 90 g TiO2-Pulver, 10 g WO3, 20 g ZSM-5, 20 g SiO2-Sol, 15 g TiO2-Sol, 20 ml 10%ige wässrige Vanadyloxalat-Lösung und 80 g destilliertes Wasser miteinander vermischt. Der ZSM-5-Zeolith wies ein Modul von 25 auf.The carrier structure used was a ceramic carrier from NGK with a honeycomb density of 400 cpsi. To prepare the washcout with the catalytically active composition for the SCR catalyst, 90 g of TiO 2 powder, 10 g of WO 3 , 20 g of ZSM-5, 20 g of SiO 2 sol, 15 g of TiO 2 sol, 20 ml of 10 % aqueous Vanadyloxalat solution and 80 g of distilled water mixed together. The ZSM-5 zeolite had a modulus of 25.

Der so hergestellte Washcoat wurde auf den keramischen Monolithen unter Vibration aufgebracht, wobei das Volumen des Washcoats 50–120% des Trägervolumens entsprach. Mittels an sich bekannter Verfahren wurde der Monolith entleert. Die Washcoat-Reste an der Auslaufseite des Monolithen wurden abgesaugt. Der so erhaltene SCR-Katalysator wurde dann bei 80°C getrocknet und bei ca. 500°C für 5 Stunden kalziniert.Of the thus prepared washcoat was on the ceramic monoliths Vibration applied, the volume of the washcoat being 50-120% the carrier volume corresponded. By means of known per se Procedure, the monolith was emptied. The washcoat residues at the Outlet side of the monolith were sucked off. The SCR catalyst thus obtained was then dried at 80 ° C and at about 500 ° C. calcined for 5 hours.

Analoges gilt bei der Verwendung von beispielsweise metallischen Monolithen, die anstelle des in Beispiel 1 verwendeten keramischen Monolithen ebenso verwendet werden können.analog applies when using, for example, metallic monoliths, instead of the ceramic monoliths used in Example 1 can also be used.

Beispiel 2:Example 2:

Herstellung des Katalysators 2Preparation of the catalyst 2

Als Trägerstruktur wurde die gleiche Struktur wie in Beispiel 1 verwendet. Zur Herstellung des Washcoats wurden 90 g TiO2-Pulver, 10 g WO3, 10 g ZSM-5, 10 g BEA, 20 g SiO2-Sol, 15 g TiO2-Sol, 20 ml 10%ige wässrige Vanadyloxalat-Lösung und 80 g destilliertes Wasser miteinander vermischt. Der ZSM-5-Zeolith wies dabei ein Modul von 25 auf, der BEA-Zeolith ein Modul von 150.As the support structure, the same structure as in Example 1 was used. To prepare the washcoat, 90 g of TiO 2 powder, 10 g of WO 3 , 10 g of ZSM-5, 10 g of BEA, 20 g of SiO 2 sol, 15 g of TiO 2 sol, 20 ml of 10% aqueous vanadyl oxalate solution and 80 g of distilled water mixed together. The ZSM-5 zeolite had a modulus of 25, the BEA zeolite a modulus of 150.

Der so hergestellte Washcoat wurde wie in Beispiel 1 auf den Monolithen aufgebracht und anschließend kalziniert.Of the thus prepared washcoat was as in Example 1 on the monoliths applied and then calcined.

Beispiel 3:Example 3:

Herstellung des Vergleichskatalysators, Katalysator 3Preparation of the comparative catalyst, Catalyst 3

Als Trägerstruktur wurde die gleiche Struktur wie in Beispiel 1 verwendet.When Carrier structure was the same structure as in Example 1 used.

Zur Herstellung des Washcoats wurden 110 g TiO2-Pulver, 10 g WO3, 20 g SiO2-Sol, 15 g TiO2-Sol, 20 ml 10%ige wässrige Vanadyloxalat-Lösung und 80 g destilliertes Wasser miteinander vermischt.To prepare the washcoat, 110 g of TiO 2 powder, 10 g of WO 3 , 20 g of SiO 2 sol, 15 g of TiO 2 sol, 20 ml of 10% aqueous vanadyl oxalate solution and 80 g of distilled water were mixed together.

Der so hergestellte Washcoat wurde wie in Beispiel 1 auf den Monolithen aufgebracht und kalziniert.Of the thus prepared washcoat was as in Example 1 on the monoliths applied and calcined.

Mit den so erhaltenen Katalysatoren der Beispiele 1 bis 3 wurden Laborprüfstandsuntersuchungen mit simuliertem Kaltstart und simulierten Lastwechseln an einem dynamischen Prüfstand für schnelle Wechsel von Temperatur, Abgas und Durchsatz durchgeführt.With The catalysts of Examples 1 to 3 thus obtained were laboratory test bench investigations with simulated cold start and simulated load changes on one dynamic test bench for rapid change of temperature, Exhaust and throughput performed.

Die Auswertung wurde als Korrelation der erfindungsgemäßen Katalysatoren 1 und 2 in Bezug auf den Vergleichskatalysator aus Beispiel 3 durchgeführt. Kriterien waren insbesondere das Kaltstartverhalten und das Verhalten bei Lastwechsel.The Evaluation was as a correlation of the invention Catalysts 1 and 2 with respect to the comparative catalyst Example 3 performed. Criteria were in particular the Cold start behavior and behavior during load changes.

Der Kaltstart wurde durch eine Temperaturerhöhung von Raumtemperatur auf 400°C mit einer Aufheizrate von 50 K/min simuliert. Durch eine schnelle Änderung des Durchsatzes und der Temperatur wird ein Lastwechsel von Volllast zu Leerlauf und umgekehrt simuliert. Dabei wurden die Raumgeschwindigkeit von 100.000 h–1 und die Temperatur von 400°C (Volllast) auf eine Raumgeschwindigkeit von 30.000 h–1 und eine Temperatur von 180°C (Leerlauf) geändert.The cold start was simulated by a temperature increase from room temperature to 400 ° C with a heating rate of 50 K / min. Rapid change of throughput and temperature simulates a load change from full load to idle and vice versa. The space velocity of 100,000 h -1 and the temperature of 400 ° C (full load) were changed to a space velocity of 30,000 h -1 and a temperature of 180 ° C (idle).

Es zeigte sich, dass durch die Adsorption von NH3 durch eine erfindungsgemäße NH3-Speicherkomponente in der katalytischen Zusammensetzung schon in der Kaltstartphase nennenswerte Umsatzerhöhungen erreicht wurden (s. Tabelle 1). Der (vorkonditionierte) Katalysator verfügte über bereits adsorbiertes NH3 und zeigte daher diesen Effekt. Gleiches wurde bei plötzlicher Erhöhung der NOx-Konzentration erhalten (Wechsel Leerlauf nach Volllast), wobei auch hier auf das NH3-Reservoir zugegriffen werden konnte. Bei einer plötzlichen NOx-Verminderung (Wechsel Volllast nach Leerlauf) wird überdosiertes NH3 in der Speicher komponente eingespeichert und damit verringert sich der NH3-Schlupf (s. Tabelle 1).It was found that by the adsorption of NH 3 by an NH 3 storage component according to the invention in the catalytic composition already in the cold start phase significant increases in sales were achieved (see Table 1). The (preconditioned) catalyst had already adsorbed NH 3 and therefore exhibited this effect. The same was obtained with a sudden increase in the NO x concentration (change idle to full load), which also here on the NH 3 reservoir could be accessed. In the event of a sudden reduction in NO x (change from full load to idling), overdosed NH 3 is stored in the storage component, thus reducing NH 3 slip (see Table 1).

Die Abgaszusammensetzung entsprach einem typischen Diesel-PKW und es wurde ein Lastwechsel zwischen Volllast und Leerlauf simuliert.The Exhaust composition corresponded to a typical diesel car and it a load change between full load and idle was simulated.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Ergebnisse der erfindungsgemäßen Katalysatoren in Bezug auf den Vergleichskatalysator 3 Kaltstartphase frisch Kaltstartphase konditioniert Lastwechsel phase NOx-Umsatz NOx-Umsatz NOx-Umsatz NH3-Schlupf Kat 1 +/– 0% +31% +9% –32% Kat 2 +/– 0% +28% +14% –34% The results are shown in Table 1. Table 1: Results of the catalysts according to the invention in relation to the comparative catalyst 3 Cold start phase fresh Cold start phase conditioned Last change phase NO x conversion NO x conversion NO x conversion NH 3 slip Cat 1 +/- 0% + 31% + 9% -32% Cat 2 +/- 0% + 28% + 14% -34%

Beide erfindungsgemäßen Katalysatoren zeigten eine signifikante Verbesserung in Bezug auf den NOx-Umsatz und einen verminderten NH3-Schlupf am Katalysatoraustritt.Both catalysts according to the invention showed a significant improvement with respect to the NO x conversion and a reduced NH 3 slip at the catalyst outlet.

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Claims (12)

SCR-Katalysator umfassend eine katalytisch aktive Zusammensetzung, enthaltend eine SCR-aktive Komponente und eine NH3-Speicherkomponente, wobei die SCR-aktive Komponente und die NH3-Speicherkomponente voneinander verschieden sind.An SCR catalyst comprising a catalytically active composition containing an SCR active component and an NH 3 storage component, wherein the SCR active component and the NH 3 storage component are different from each other. SCR-Katalysator nach Anspruch 1, wobei die NH3-Speicherkomponente einen Zeolithen mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von 5:1 bis 150:1 umfasst.The SCR catalyst of claim 1, wherein the NH 3 storage component comprises a zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 5: 1 to 150: 1. SCR-Katalysator nach Anspruch 2, wobei der Zeolith in einer Menge von 2 bis 30 Gew.-% in der katalytisch aktiven Zusammensetzung enthalten ist.The SCR catalyst of claim 2, wherein the zeolite in an amount of 2 to 30% by weight in the catalytically active composition is included. SCR-Katalysator nach Anspruch 3, wobei der Zeolith ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Zeolithe der Topologie FAU, MOR, BEA, MFI und MEL, oder Kombinationen davon.The SCR catalyst of claim 3, wherein the zeolite is selected from the group comprising zeolites of topology FAU, MOR, BEA, MFI and MEL, or combinations thereof. SCR-Katalysator nach Anspruch 4, wobei der Zeolith ein metallausgetauschter Zeolith ist.The SCR catalyst of claim 4, wherein the zeolite is a metal-exchanged zeolite. SCR-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SCR-aktive Komponente eine auf Vanadium basierende Komponente und/oder ein SCR-aktiver Zeolith ist.SCR catalyst according to one of the preceding claims, characterized in that the SCR active component on Vanadium-based component and / or an SCR-active zeolite is. SCR-Katalysator nach Anspruch 6, wobei die SCR-aktive Komponente einen Tieftemperatur-SCR-aktiven und/oder einen Hochtemperatur-SCR-aktiven Zeolithen umfasst.The SCR catalyst of claim 6, wherein the SCR active Component of a low-temperature SCR-active and / or a high-temperature SCR-active Zeolites. SCR-Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der SCR-Katalysator als Be schichtung auf einem monolithischen Träger vorliegt, wobei der Träger ein Wabenkörper, ein Monolith oder ein Metall- oder Keramikschaum ist.SCR catalyst according to one of the preceding claims, characterized in that the SCR catalyst coating as Be is present on a monolithic carrier, wherein the carrier a honeycomb body, a monolith or a metal or ceramic foam is. SCR-Katalysator nach Anspruch 8, wobei sich die NH3-Speicherkomponente an der Eintrittsseite und die SCR-aktive Komponente an der Austrittsseite des Trägers befinden.The SCR catalyst of claim 8, wherein the NH 3 storage component is on the entrance side and the SCR active component is on the exit side of the support. Abgasreinigungssystem für die Reinigung von Dieselmotorabgasen enthaltend eine Gruppe von hintereinander angeordneten Katalysatoreinrichtungen, bestehend aus einem Oxidationskatalysator und einem SCR-Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Emission control system for cleaning of diesel engine exhaust containing a group of consecutively arranged catalyst devices consisting of an oxidation catalyst and an SCR catalyst according to any one of claims 1 to 9th Verwendung des SCR-Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Verringerung von Stickoxidemissionen mobiler oder stationärer Verbrennungseinrichtungen.Use of the SCR catalyst according to one of the claims 1 to 8 for the reduction of nitrogen oxide emissions mobile or stationary Incinerators. Verfahren zur Verringerung von Stickoxidemissionen in mobilen oder stationären Verbrennungseinrichtungen, wobei ein bei der Verbrennung entstehender Abgasstrom über einen SCR-Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geleitet wird.Method for reducing nitrogen oxide emissions in mobile or stationary incinerators, wherein an emerging during combustion exhaust gas flow over An SCR catalyst according to any one of claims 1 to 8 is directed.
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