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DE202013011730U1 - Katalysatorsystem zur Behandlung von NOx- und partikelhaltigem Dieselabgas - Google Patents

Katalysatorsystem zur Behandlung von NOx- und partikelhaltigem Dieselabgas Download PDF

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DE202013011730U1
DE202013011730U1 DE202013011730.3U DE202013011730U DE202013011730U1 DE 202013011730 U1 DE202013011730 U1 DE 202013011730U1 DE 202013011730 U DE202013011730 U DE 202013011730U DE 202013011730 U1 DE202013011730 U1 DE 202013011730U1
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Abstract

Katalysatorsystem zur Behandlung von Dieselabgas, das in Strömungsrichtung des Abgases – einen Stickoxid-Speicherkatalysator, der eine Stickoxid-Speicherkomponente, sowie Edelmetall enthält und – einen Dieselpartikelfilter, der Edelmetall ausgewählt aus der Reihe Platin, Palladium und Platin und Palladium enthält, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 100 bis 180 g/ft3 (3,53 bis 6,36 g/l) und die Edelmetallbeladung des Dieselpartikelfilters 5 bis 35 g/ft3 (0,18 bis 1,24 g/l) beträgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Katalysatorsystem zur Behandlung von Dieselabgas, das in Strömungsrichtung des Abgases einen Stickoxid-Speicherkatalysator und einen Dieselpartikelfilter umfasst, wobei beide Bestandteile katalytisch wirksame Edelmetalle aufweisen.
  • Das Abgas von mit Dieselmotoren betriebenen Kraftfahrzeugen enthält neben Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx) auch Bestandteile, die aus der unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum des Zylinders herrühren. Dazu gehören neben Rest-Kohlenwasserstoffen (HC), die meist ebenfalls überwiegend gasförmig vorliegen, Partikelemissionen, auch als „Dieselruß” oder „Russpartikel” bezeichnet. Dabei handelt es sich um komplexe Agglomerate aus überwiegend Kohlenstoff-haltigen Feststoff-Teilchen und einer anhaftenden Flüssigphase, die meist mehrheitlich aus längerkettigen Kohlenwasserstoff-Kondensaten besteht. Die auf den festen Bestandteilen anhaftende Flüssigphase wird auch als „Soluble Organic Fraction SOF” oder „Volatile Organic Fraction VOF” bezeichnet.
  • Zur Reinigung dieser Abgase müssen die genannten Bestandteile möglichst vollständig in unschädliche Verbindungen umgewandelt werden, was nur unter Einsatz geeigneter Katalysatoren möglich ist.
  • So können Kohlenmonoxid (CO), gasförmige Kohlenwasserstoffe (HC) und gegebenenfalls den Russpartikeln anhaftende organische Agglomerate (sog. „Volatile Organic Fraction” VOF) mit Hilfe von Oxidationskatalysatoren oxidativ entfernt werden.
  • Zur Entfernung von Partikelemissionen aus dem Abgas von Dieselfahrzeugen werden Partikelfilter eingesetzt. Partikelfilter sind in der Regel Wandflussfiltersubstrate, also Wabenkörper mit wechselseitig gasdicht verschlossenen An- und Abströmkanälen, die durch poröse Wände begrenzt und voneinander abgetrennt sind. Das in die Anströmkanäle einströmende partikelhaltige Abgas wird durch einen auf der Austrittsseite befindlichen gasdichten Verschlussstopfen zum Durchtritt durch die poröse Wand gezwungen und tritt aus den auf der Anströmseite verschlossenen Abströmkanälen aus dem Wandflussfiltersubstrat wieder aus. Dabei wird Dieselruß aus dem Abgas herausgefiltert.
  • Mit steigender Menge an gefilterten Russpartikeln steigt der Gegendruck des Abgassystems an, so dass das Filter in regelmäßigen Abständen durch Abbrennen des Rußes regeneriert werden muss. Da die zum Zünden und Verbrennen des Rußes mit Sauerstoff erforderlichen Temperaturen von mehr als 550°C in modernen PKW Dieselmotoren üblicherweise nur im Volllastbetrieb erreicht werden können, sind zusätzliche Maßnahmen zur Oxidation der gefilterten Russpartikel zwingend erforderlich, um ein Verstopfen des Filters durch Ruß zu verhindern. Zu diesem Zweck kann das Filter mit einer Katalysatorschicht beschichtet werden, die in der Lage ist, die Russzündtemperatur herabzusetzen. Mit einer Katalysatorschicht versehene Partikelfilter werden auch als cDPF bezeichnet (catalyzed diesel particulate filter) und sind beispielsweise in der SAE-Schrift SAE 2005-01-1756 beschrieben.
  • Eine Möglichkeit zur Entfernung der Stickoxide bietet der Einsatz von Stickoxid-Speicherkatalysatoren, für die auch der Begriff „Lean NOx Trap” oder LNT üblich geworden ist. Deren Reinigungswirkung beruht darauf, dass in einer mageren Betriebsphase des Motors die Stickoxide vom Speichermaterial des Speicherkatalysators vorwiegend in Form von Nitraten gespeichert werden und diese in einer darauf folgenden fetten Betriebsphase des Motors wieder zersetzt und die so freiwerdenden Stickoxide mit den reduzierenden Abgasanteilen am Speicherkatalysator zu Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser umgesetzt werden. Diese Arbeitsweise ist beispielsweise in der SAE-Schrift SAE 950809 beschrieben.
  • Als Speichermaterialien kommen insbesondere Oxide, Carbonate oder Hydroxide von Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, der Alkalimetalle, der Seltenerdmetalle oder Mischungen davon in Frage. Diese Verbindungen sind aufgrund ihrer basischen Eigenschaften in der Lage, mit den sauren Stickoxiden des Abgases Nitrate zu bilden und sie auf diese Weise abzuspeichern. Sie sind zur Erzeugung einer großen Wechselwirkungsfläche mit dem Abgas in möglichst hoher Dispersion auf geeigneten Trägermaterialien abgeschieden. Stickoxid-Speicherkatalysatoren enthalten darüber hinaus in der Regel Edelmetalle wie Platin, Palladium und/oder Rhodium als katalytisch aktive Komponenten. Deren Aufgabe ist es einerseits, unter mageren Bedingungen NO zu NO2, sowie CO und HC zu CO2 zu oxidieren und andererseits während der fetten Betriebsphasen, in denen der Stickoxid-Speicherkatalysator regeneriert wird, freigesetztes NO2 zu Stickstoff zu reduzieren.
  • Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen in Gegenwart von Sauerstoff ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Verfahren; Selective Catalytic Reduction) 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. Das als Reduktionsmittel verwendete Ammoniak kann als Sekundäremission in der Abgasanlage erzeugt werden oder es wird durch Eindosierung einer Vorläuferverbindung, aus der Ammoniak gebildet werden kann, wie beispielsweise Harnstoff, Ammoniumcarbamat oder Ammoniumformiat, in den Abgasstrang und anschließende Hydrolyse verfügbar gemacht.
  • Zur Durchführung der letztgenannten Variante des SCR-Verfahrens sind eine Quelle zur Bereitstellung des Reduktionsmittels, eine Einspritzvorrichtung zur bedarfsgerechten Eindosierung des Reduktionsmittels in das Abgas und ein im Strömungsweg des Abgases angeordneter SCR-Katalysator notwendig.
  • Damit die angesprochenen schädlichen Abgaskomponenten im erforderlichen Ausmaß entfernt werden können, müssen die genannten Katalysatoren bzw. Filter in geeigneter Weise zu einem Abgasbehandlungssystem miteinander kombiniert werden. Dies gilt insbesondere für Fahrzeuge, die den Euro 6-Standard oder sogar nachfolgende Standards erfüllen sollen.
  • So beschreibt die US 2006/248874 ein System, das in Strömungsrichtung des Abgases einen Stickoxid-Speicherkatalysator, einen Partikelfilter und wiederum einen Stickoxid-Speicherkatalysator umfasst. Der erste Stickoxid-Speicherkatalysator ist so ausgelegt, dass er bei relativ niedrigen Temperaturen Stickoxid einspeichert und bei Temperaturen ab 300°C selbst bei mageren Bedingungen wieder freigibt. Im letztgenannten Fall kann das Stickoxid zur Oxidation von Partikeln auf dem nachfolgen Partikelfilter genutzt werden. Sofern das Stickoxid aber unter fetten Bedingungen freigesetzt wird, kann es mittels Reduktionskatalysatoren, etwa Rhodium, zu N2 reduziert werden. Der zweite Stickoxid-Speicherkatalysator ist so ausgelegt, dass er Stickoxid unter mageren Bedingungen bei Temperaturen von 300°C bis 550°C einspeichert. Nachteilig an diesem System ist der mit der Verwendung von zwei Stickoxid-Speicherkatalysatoren verbundene Platzbedarf, der in vielen Fällen nicht zur Verfügung steht. Im Übrigen ist die Verwendung von zwei Stickoxid-Speicherkatalysatoren auch aus wirtschaftlichen Gründen nicht optimal.
  • Die US 2010/236224 beschreibt ein System, das in Strömungsrichtung des Abgases einen Stickoxid-Speicherkatalysator und einen Partikelfilter umfassen kann. Das System ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass es abströmseitig zum Stickoxid-Speicherkatalysator eine Vorrichtung zum Eindosieren von Luft in den Abgasstrom zur Reduktion von Kohlenwasserstoffen aufweist.
  • Es besteht somit Bedarf nach einem System, das die genannten Schadstoffe effektiv entfernt, mit dem zur Verfügung stehenden Raum auskommt und in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden kann.
  • Es wurde nun gefunden, dass ein System aus einem Stickoxid-Speicherkatalysator und einem abströmseitig dazu angeordneten Dieselpartikelfilter diese Bedingungen erfüllt und insbesondere die CO- und NOx-Emissionen sehr effektiv aus dem Abgas entfernt, wenn katalytisch aktives Edelmetall in optimaler Weise auf beide Bestandteile verteilt ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Katalysatorsystem zur Behandlung von Dieselabgas, das in Strömungsrichtung des Abgases
    • – einen Stickoxid-Speicherkatalysator, der eine Stickoxid-Speicherkomponete, sowie Edelmetall enthält und
    • – einen Dieselpartikelfilter, der Edelmetall ausgewählt aus der Reihe Platin, Palladium und Platin und Palladium enthält,
    umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 100 bis 180 g/ft336 g (3,53 bis 6,/l) und die Edelmetallbeladung des Dieselpartikelfilters 5 bis 35 g/ft3 (0,18 bis 1,24 g/l) beträgt.
  • Somit ist die Edelmetallbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators höher als die Edelmetallbeladung des Dieselpartikelfilters.
  • Die Angaben g/ft3 bzw. g/l bezeichnen jeweils die Menge der jeweiligen Komponente in g pro Volumen des Trägersubstrates in ft3 bzw. l.
  • Stickoxid-Speicherkomponenten, die in den Stickoxid-Speicherkatalysatoren zum Einsatz kommen können, sind beispielsweise Oxide, Hydroxide, Oxidhydroxide, Carbonate und Hydrogencarbonate der Alkalimetalle, der Erdalkalimetalle, des Lanthans und der Lanthanoide (Ce bis Lu). Bevorzugt sind Oxide, Hydroxide, Oxidhydroxide, Carbonate und Hydrogencarbonate des Natriums, Kaliums, Strontiums, Bariums und Lanthans. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Oxiden, Hydroxiden, Oxidhydroxiden und Carbonaten des Strontiums und des Bariums, sowie Mischungen davon.
  • In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden als Stickoxid-Speicherkomponenten Oxide, Hydroxide, Oxidhydroxide, Carbonate und/oder Hydrogencarbonate der Alkalimetalle oder der Erdalkalimetalle in Mengen von 15 bis 20 g/l, bezogen auf das jeweilige Oxid verwendet. In anderen Ausführungsformen werden zusätzliche Komponenten, beispielsweise Ceroxid, eingesetzt. In diesen Fällen liegt die Menge an Stickoxid-Speicherkomponenten bei 150 bis 250 g/l, bezogen auf die jeweiligen Oxide.
  • Als Edelmetall kommen für den Stickoxid-Speicherkatalysator beispielsweise Platin, Palladium und/oder Rhodium in Betracht. Insbesondere ist es möglich, Platin oder Palladium als alleiniges Edelmetall oder auch in Mischung untereinander zu verwenden. Sofern Platin und Palladium verwendet wird liegt das Gewichtsverhältnis Pt:Pd insbesondere bei 2:1 bis 10:1.
  • In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die Edelmetallbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators bei 150 bis 180 g/ft3 (5,30 bis 6,36 g/l).
  • Stickoxid-Speicherkomponente und Edelmetall liegen üblicherweise auf geeigneten Trägermaterialien vor. Als solche werden insbesondere hochoberflächige, hochschmelzende Oxide verwendet, beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, aber auch Cer-Zirkon-Mischoxide und Magnesium-Aluminium-Mischoxide. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Stickoxid-Speicherkomponente und Edelmetall gemeinsam auf einem Trägermaterial oder auch auf verschiedenen Trägermaterialien vorliegen.
  • Der Stickoxid-Speicherkatalysator liegt in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als keramisches oder metallisches Durchflusssubstrat als Tragkörper vor, auf den die katalytisch aktiven Bestandteile in Form einer Beschichtung aufgebracht sind. Geeignete Durchflusssubstrate sind bekannt und am Markt erhältlich.
  • Die Gesamtwashcoatbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators liegt in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei 250 bis 400 g/l.
  • Der Dieselpartikelfilter enthält als Edelmetall Platin, Palladium oder Platin und Palladium. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält er nur Platin oder nur Palladium.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält er Platin und Palladium mit einem Gewichtsverhältnis Pt:Pd von 1:2 bis 12:1, beispielsweise 1:1, 6:1, 10:1 und 12:1.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Edelmetallbeladung des Dieselpartikelfilters bei 10 bis 25 g/ft3 (0,35 bis 0,88 g/l).
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Dieselpartikelfilter eine Zeolithverbindung, insbesondere in einer Menge von 5 bis 25 g/l, wobei insbesondere 10 bis 20 g/l in Betracht kommen. Geeignete Zeolithverbindungen sind thermisch stabile, groß- oder mittelporige Zeolith-Strukturtypen, insbesondere β-Zeolith, Zeolith Y, Mordenit und ZSM-5.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Dieselpartikelfilter Komponenten, die in einer H2S-Sperrfunktion resultieren. Geeignete Komponenten sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben. Beispielsweise beschreibt die EP 2 275 194 A1 eine H2S-Sperrfunktion, die durch eine eine Kupferverbindung, beispielsweise Kupferoxid, sowie ein feuerfestes Trägermaterial, beispielsweise ein γ-Aluminiumoxid, enthaltende Beschichtung erreicht wird.
  • Auch im Dieselpartikelfilter liegen die katalytisch aktiven Bestandteile, also insbesondere Edelmetall und gegebenenfalls die Zeolithverbindung auf einem Trägermaterial vor. Es kommen dafür die bereits oben im Zusammenhang mit dem Stickoxid-Speicherkatalysator genannten Materialien in Frage.
  • Der Dieselpartikelfilter liegt in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als keramisches oder metallisches Wandflussfiltersubstrat als Tragkörper vor, auf den die katalytisch aktiven Bestandteile in Form einer oder mehrerer Beschichtungen aufgebracht sind. In besonderen Ausführungsformen liegen die katalytisch aktiven Bestandteile in den porösen Wänden zwischen den Anström- und den Abströmkanälen vor. Geeignete Wandflussfiltersubstrate sind bekannt und am Markt erhältlich.
  • Die katalytisch aktiven Bestandteile liegen in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung homogen auf die gesamte Länge des Wandflussfiltersubstrates verteilt vor.
  • In einer anderen Ausführungsform können sie aber auch in zonierter Form vorliegen. Dies bedeutet, dass ein Wandflussfiltersubstrat der Länge L, die sich zwischen einer Eintrittsstirnfläche und Austrittsstirnfläche erstreckt, eine erste katalytisch aktive Zone, die sich ausgehend von der Eintrittsstirnfläche auf einer Länge E erstreckt und eine zweite katalytisch aktive Zone, die sich in ihrer Zusammensetzung von der ersten unterscheidet und die sich ausgehend von der Austrittsstirnfläche auf einer Länge Z erstreckt, trägt, wobei E + Z ≤ L ist. Die Länge der anströmseitigen Zone liegt beispielsweise zwischen 20 und 50% der Gesamtlänge des Filtersubstrates.
  • Der Gehalt an Zeolith kann in den beiden Zonen gleich oder ähnlich sein. In der Regel weist die anströmseitige Zone eine signifikant höhere Edelmetallbeladung auf, insbesondere 60 bis 90% des gesamten Edelmetallgehaltes der Filterbeschichtung.
  • Sofern der Filter eine H2S-Sperrfunktion gemäß EP 2 275 194 A1 aufweist, ist eine zonierte Ausführungsform vorteilhaft. Dazu wird die Kupferverbindung in einer Zone, die 20 bis 80%, bevorzugt 40 bis 60% der Substratlänge einnimmt und die die einlass- oder auslassseitige Zone bilden kann, aufgebracht. Die verbleibende Länge des Filtersubstrates wird dann im Wesentlichen mit der oben beschriebenen edelmetallhaltigen Beschichtung versehen.
  • Die Washcoatbeladung des Dieselpartikelfilters liegt in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei 8 bis 40 g/l.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Katalysatorsystem zur Behandlung von Dieselabgas einen SCR-Katalysator, der in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Dieselpartikelfilter angeordnet ist.
  • Als SCR-Katalysatoren kommen insbesondere solche auf Mischoxid- und solche auf Zeolith-Basis in Frage.
  • Geeignete Mischoxide sind beispielsweise Vanadium-haltige oder Vanadium-freie Mischoxide, beispielsweise Cer- und Lanthanoid-haltige Mischoxide.
  • SCR-Katalysatoren auf Zeolith-Basis sind insbesondere Kupfer- oder Eisen-ausgetauschte Zeolithe, beispielsweise der Typen CHA, SAPO, ZSM-5 und Zeolith β.
  • In einer einen SCR-Katalysator umfassenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysatorsystems enthält der Partikelfilter bevorzugt eine platinreiche Beschichtung. Dies bedeutet, dass sie entweder nur Platin oder Platin und Palladium in einem Verhältnis von mindestens 4:1 in einer Beladung von 20 bis 50 g/cft, enthält.
  • Das erfindungsgemäße Katalysatorsystem umfasst bevorzugt keine Vorrichtung zum Eindosieren von Luft in den Abgasstrom.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einer weiteren Ausführungsform ein Katalysatorsystem zur Behandlung von Dieselabgas, das in Strömungsrichtung des Abgases
    • – einen Stickoxid-Speicherkatalysator, der eine Stickoxid-Speicherkomponete, sowie Edelmetall in einer Menge von 150 bis 180 g/ft3 (5,30 bis 6,36 g/l) enthält und
    • – einen Dieselpartikelfilter, der Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis Pt:Pd von 1:1 und in einer Menge von 10 bis 25 g/ft3 (0,35 bis 0,88 g/l), sowie eine Zeolithverbindung in einer Menge von 10 bis 25 g/l, enthält, umfasst.
  • Das erfindungsgemäße Katalysatorsystem eignet sich in hervorragender Weise zur Behandlung von Dieselabgasen und vermag hinsichtlich der Behandlung von NOx, HC, CO und Partikeln die Vorgaben der Euro 6-Gesetzgebung zu erfüllen.
  • Vergleichsbeispiel
    • a) Zur Herstellung eines Stickoxid-Speicherkatalysators wurde ein handelsübliches Durchflusssubstrat mit einer Katalysatorformulierung in einer Gesamtmenge von 347 g/l in herkömmlicher Weise beschichtet. Dabei enthielt der Washcoat 100 g/ft3 Platin, 22 g/ft3 Palladium und 5 g/ft3 Rhodium geträgert auf einem üblichen Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid, sowie 17 g/l BaO und 220 g/l Ceroxid. Die Gesamt-Edelmetallbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators beträgt 127 g/ft3.
    • b) Zur Herstellung eines Dieselpartikelfilters wurde ein handelsübliches Wandflussfiltersubstrat in folgender Weise beschichtet: Einlassseitige Zone: 100 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 2:1 auf einem Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid und 9 g/l eines kommerziell erhältlichen beta-Zeolithen auf einem Drittel der Länge des Filtersubstrates. Abströmseitige Zone: 10 g/cft Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 2:1 auf einem Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid und 10 g/l eines kommerziell erhältlichen beta-Zeolithen auf den restlichen zwei Dritteln der Länge des Filtersubstrates. Es resultiert eine Gesamtbeladung von 40 g/cft Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 2:1.
    • c) Der Stickoxid-Speicherkatalyator gemäß a) und der Dieselpartikelfilter gemäß b) wurden zu einem Katalysatorsystem kombiniert (Dieselpartikelfilter abströmseitig).
  • Beispiel 1
    • a) Zur Herstellung eines Stickoxid-Speicherkatalysators wurde analog zu Punkt a) des Vergleichsbeispiels vorgegangen, mit dem Unterschied, dass die Platin-Beladung auf 126 g/ft337,8 g und die Palladium-Beladung auf /ft3, während die Rhodium-Beladung konstant bei 5 g erhöht/ft3 gehalten wurde. Damit ergibt sich eine Gesamtbeladung von 168,8 g/ft3 Edelmetall.
    • b) Zur Herstellung eines Dieselpartikelfilters wurde ein handelsübliches Wandflussfiltersubstrat in folgender Weise beschichtet: Einlassseitige Zone: 55 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 1:1 auf einem Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid und 9 g/l eines kommerziell erhältlichen beta-Zeolithen auf einem Drittel der Länge des 0 gFiltersubstrates. Abströmseitige Zone: 1/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 1:1 auf einem Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid und 10 g/l eines kommerziell erhältlichen beta-Zeolithen auf den restlichen zwei Dritteln der Länge des Filtersubstrates. Es resultiert eine Gesamtbeladung von 25 g/cft Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 1:1.
    • c) Der Stickoxid-Speicherkatalyator gemäß a) und der Dieselpartikelfilter gemäß b) wurden zu einem Katalysatorsystem kombiniert (Dieselpartikelfilter abströmseitig).
  • Bestimmung der Systemperformance
  • Die Systemperformance der Katalysatorsysteme gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel wurde an einem Motorenprüfstand gemäß NEDC (Neuer Europäischer Fahrzyklus) gemessen. Dazu wurden die emittierten Mengen an CO, HC und NOx in mg/km bestimmt. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen Tabelle 1
    Edelmetallbeladung Emission [mg/km]
    des Stickoxid-Speicherkatalysators/des DPF [g/ft3] CO HC NOx
    Beispiel 168,8/25 89 57 72
    Vergleichsbeispiel 127/40 135 59 82
  • Demnach ist das Katalysatorsystem gemäß Beispiel 1 dem gemäß Vergleichsbeispiel sowohl in der CO-Konversion, als auch um NOx-Umsatz deutlich überlegen.
  • Beispiel 2
  • Der Stickoxid-Speicherkatalysator gemäß Beispiel 1 a) wurde mit einem Dieselpartikelfilter gemäß Beispiel 1 c) zu einem Katalysatorsystem kombiniert, der wie folgt hergestellt worden war:
    Ein handelsübliches Wandflussfiltersubstrat wurde wie folgt beschichtet:
    Homogene Beschichtung über die gesamte Länge L des Wandflussfiltersubstrates: 10 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 1:1 auf einem Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid und 9 g/l eines kommerziell erhältlichen beta-Zeolithen
  • Es resultiert eine Gesamtbeladung von 10 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 1:1.
  • Das so erhaltene Katalysatorsystem zeichnet sich durch Eigenschaften aus, die denen des Katalysatorsystems des Beispiels 1 vergleichbar sind.
  • Beispiel 3
  • Der Stickoxid-Speicherkatalysator gemäß Beispiel 1 a) wurde mit einem Dieselpartikelfilter gemäß Beispiel 1 c) zu einem Katalysatorsystem kombiniert, der wie folgt hergestellt worden war:
    Ein handelsübliches Wandflussfiltersubstrat wurde wie folgt beschichtet:
    Einlassseitige Zone: 40 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 2:1 auf einem Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid und 9 g/l eines kommerziell erhältlichen beta-Zeolithen auf einem Drittel der Länge des Filtersubstrates. Abströmseitige Zone: 10 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 2:1 auf einem Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid und 10 g/l eines kommerziell erhältlichen beta-Zeolithen auf den restlichen zwei Dritteln der Länge des Filtersubstrates.
  • Es resultiert eine Gesamtbeladung von 20 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 2:1.
  • Das so erhaltene Katalysatorsystem zeichnet sich durch Eigenschaften aus, die denen des Katalysatorsystems des Beispiels 1 vergleichbar sind.
  • Beispiel 4
    • a) Der Stickoxid-Speicherkatalysator gemäß Beispiel 1 a) wurde mit einem Dieselpartikelfilter und einem SCR-Katalysator zu einem Katalysatorsystem kombiniert, wobei in Strömungsrichtung des Abgases die Reihenfolge Stickoxid-Speicherkatalysator, Dieselpartikelfilter, SCR-Katalysator war.
    • b) Zur Herstellung des Dieselpartikelfilters wurde ein handelsübliches Wandflussfiltersubstrat in folgender Weise beschichtet: Homogene Beschichtung über die gesamte Länge L des Wandflussfiltersubstrates: 50 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 6:1 auf einem Lanthan-stabilisierten Aluminiumoxid und 33 g/l eines kommerziell erhältlichen beta-Zeolithen Es resultiert eine Gesamtbeladung von 50 g/ft3 Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis 6:1.
    • c) Zur Herstellung des SCR-Katalysators wurde ein handelsübliches Durchflusssubstrat mit einem Kupfer-haltigen Zeolith-Washcoat in einer Gesamtmenge von 200 g/l in herkömmlicher Weise beschichtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • US 2010/236224 [0013]
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • SAE 2005-01-1756 [0006]
    • SAE 950809 [0007]
    • Euro 6-Standard [0011]
    • Euro 6-Gesetzgebung [0045]

Claims (13)

  1. Katalysatorsystem zur Behandlung von Dieselabgas, das in Strömungsrichtung des Abgases – einen Stickoxid-Speicherkatalysator, der eine Stickoxid-Speicherkomponente, sowie Edelmetall enthält und – einen Dieselpartikelfilter, der Edelmetall ausgewählt aus der Reihe Platin, Palladium und Platin und Palladium enthält, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 100 bis 180 g/ft3 (3,53 bis 6,36 g/l) und die Edelmetallbeladung des Dieselpartikelfilters 5 bis 35 g/ft3 (0,18 bis 1,24 g/l) beträgt.
  2. Katalysatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Stickoxidspeicherkomponente Oxide, Hydroxide, Oxidhydroxide, Carbonate und Hydrogencarbonate der Alkalimetalle, der Erdalkalimetalle, des Lanthans und der Lanthanoide (Ce bis Lu) verwendet werden.
  3. Katalysatorsystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Stickoxidspeicherkomponente Oxide, Hydroxide, Oxidhydroxide oder Carbonate des Strontiums und des Bariums verwendet werden.
  4. Katalysatorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallbeladung des Stickoxid-Speicherkatalysators 150 bis 180 g/ft3 (5,30 bis 6,36 g/l) beträgt.
  5. Katalysatorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallbeladung des Dieselpartikelfilters 10 bis 25 g/ft3 (0,35 bis 0,88 g/l) beträgt.
  6. Katalysatorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dieselpartikelfilter eine Zeolithverbindung enthält.
  7. Katalysatorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Zeolithverbindungen β-Zeolith, Zeolith Y, Mordenit oder ZSM-5 verwendet wird.
  8. Katalysatorsystem nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeolithverbindung in einer Menge von 5 bis 25 g/l verwendet wird.
  9. Katalysatorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dieselpartikelfilter eine H2S-Sperrfunktion aufweist.
  10. Katalysatorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es einen SCR-Katalysator umfasst, der in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Dieselpartikelfilter angeordnet ist.
  11. Katalysatorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als SCR-Katalysator Mischoxide aus der Reihe Vanadium-haltiger und Vanadium-freier Mischoxide verwendet werden.
  12. Katalysatorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als SCR-Katalysator Kupfer- oder Eisen-ausgetauschte Zeolithe der Typen CHA, SAPO, ZSM-5 oder Zeolith β verwendet werden.
  13. Katalysatorsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es in Strömungsrichtung des Abgases – einen Stickoxid-Speicherkatalysator, der eine Stickoxid-Speicherkomponete, sowie Edelmetall in einer Menge von 160 bis 180 g/ft3 (5,65 bis 6,36 g/l) enthält und – einen Dieselpartikelfilter, der Platin und Palladium im Gewichtsverhältnis Pt:Pd von 1:1 und in einer Menge von 10 bis 25 g/ft3 (0,35 bis 0,88 g/l), sowie eine Zeolithverbindung in einer Menge von 10 bis 25 g/l, enthält, umfasst.
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