WO2012034939A1 - Catalyst for use in selective nox reduction - Google Patents
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- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
Definitions
- the invention relates to a catalyst for use in a selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases while supplying hydrogen to the exhaust gases in the preamble of claim 1 in more detail defined. Furthermore, the invention relates to a method for producing a catalyst for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases according to the preamble of claim 5 and a device for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases and a method for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases.
- nitrogen oxides play a central role in the formation of ozone in layers close to the ground. Ozone can cause irritation and inflammation of the respiratory tract in humans and acts as a cytotoxin in plants. In the stratosphere, on the other hand, ozone is destroyed by nitrogen monoxide, which contributes to the formation of the ozone hole.
- the emission of nitrogen oxides can both natuer ⁇ union origin, for example from microbial processes and vegetation fires and anthropogenic origin, such as from power plants, industry, small furnaces in households and traffic, be.
- WO 2007/020035 A1 discloses a generic catalyst, a corresponding production method for the same and an apparatus and a method for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases.
- EP 1 475 149 A1 discloses a catalyst for the reduction of NO x to N 2 with hydrogen under O 2 -rich conditions.
- This known catalyst is based on platinum, which is distributed in an amount between 0.1 and 2 percent by weight on a carrier material consisting of magnesium or cerium oxide or a precursor thereof.
- a process for removing nitrogen oxides from an exhaust gas stream is described in EP 0 666 099 B1.
- the catalyst used to be adsorbed ⁇ -sensitive in the exhaust nitrogen oxides after which a gas is supplied with a specific content of a reducing substance at predetermined time intervals and for certain periods of time the catalyst.
- Such storage catalysts in which basic components, such as lithium oxide, potassium oxide, sodium, Bari ⁇ oxide or similar oxides are used, but ever ⁇ require a relatively complicated control and usually have a high regeneration needs.
- NO x storage catalysts the mainly emitted NO on a platinum-containing catalyst is oxidized to NO 2 , which is subsequently adsorbed to specific storage media, for example BaC0 3 .
- specific storage media for example BaC0 3 .
- Another disadvantage of the known N0 X storage catalysts is the risk of poisoning of the NO x sorbents by the sulfur oxides SO 2 and SO 3 contained in the exhaust gas. To circumvent this problem, usually complex engine management strategies are required.
- an exhaust gas purifying catalyst in which the materials used, cerium oxide and / or zirconium mixed oxides having that, the ⁇ NEN, saturated hydrocarbons to entfer ⁇ nen from the exhaust gas.
- ammonia As a reducing agent for the nitrogen oxides contained in the exhaust gas, ammonia is used.
- the active component V 2 O 5 which is frequently used in such SCR catalysts, however, is of toxicological concern and may also melt or vaporize at very high exhaust gas temperatures.
- EP 0 763 380 A1 describes shell catalysts which consist of a core and at least one outer shell or of a support, at least one inner and at least one outer shell, the outer shells containing oxides of specific elements. Furthermore, a method for the catalytic removal of nitrogen oxides, carbon monoxide and hydrocarbons from the exhaust gases of internal combustion engines is described. Here, the exhaust gas has a temperature of 50 to 800 ° C and a pressure of 0.01 to 200 bar and it is again ammonia as Reduktionsmit ⁇ tel used.
- a disadvantage of the known solutions for NO x removal from 0 2 -rich exhaust gases is in most cases also in that the nitrogen oxides are reacted we ⁇ kungsvoll only above 200 ° C.
- the temperature of the exhaust gases is continuously reduced, resulting in the known solutions a big problem in terms of effectiveness.
- the exhaust gas temperature in the relevant EU certification cycle is about 60% of the time below 150 ° C and about 75% of the time below 200 ° C.
- the catalyst used in this case has an aluminum silicate as a high surface area support material.
- the inventors have found that, surprisingly, a very good conversion of nitrogen oxides can be achieved to nitrogen with the inserted for the active component palladium, although a combination of the carrier layer of zirconium oxide with the on the carrier layer placed on ⁇ promoter of tungsten oxide per se for platinum as active component was tailored.
- This achievable with palladium as the active component high selective reaction in conjunction with a very high activity is all the more surprising ⁇ , as the activity of the active component is very much dependent on the material of the carrier layer and the promoter used and the literature for this no reference can be found ,
- a major advantage of the use of palladium as the active component of the catalyst according to the invention is that in contrast to a platinum as active component auf ⁇ pointing catalyst, the support layer of zirconium oxide does not have to be present in a particular crystal modification or crystal structure, but that any crystal modification used can be, which significantly reduces the manufacturing and cost compared to known solutions.
- the cost of the inventive ⁇ contemporary catalyst is thereby significantly reduced, that the raw material price of palladium is much lower than that of platinum.
- the inventive Ka ⁇ talysator already at very low temperatures shows a high activity so that it can be used without any problems even in future internal combustion engines in which much lower exhaust temperatures are expected.
- this property is also advantageous in the on ⁇ rate of the inventive catalyst in industrial investments, because there the air to be cleaned electricity it needs to be warmed ⁇ often in order to achieve NOx reduction.
- the zirconium oxide of the carrier layer has a monoclinic crystal modification.
- the zirconium oxide of the carrier layer exhibits a cubic crystal modification .
- Both of the mentioned crystal modification, monoclinic or cubic, are relatively easy to prepare and therefore bring considerable cost advantages over a tetragonal crystal modification, as required, for example, in WO 2007/020035 Al.
- a process for the preparation of the catalyst according to the invention results from the features of claim 5.
- the catalyst according to the invention can be produced particularly easily.
- Claim 8 results in a device for the selective reduction of NO x in NO x -containing exhaust gases with a catalyst arranged in an exhaust gas line according to the invention.
- the device according to the invention enables an optimal use of the catalyst for selective NO x reduction of exhaust gases, wherein the hydrogen can be introduced in a simple manner by means of egg ⁇ ner hydrogen supply into the exhaust pipe.
- the hydrogen can be introduced in a simple manner by means of egg ⁇ ner hydrogen supply into the exhaust pipe.
- tungsten oxide as Promo ⁇ ter, which increases both the activity of the active component of palladium and the selectivity in the reduction of NO x to N 2 , is particularly advantageous, since this is a toxicologically harmless substance that neither prepares in the production even with a possible later disposal problems.
- a method for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases with such a device is given in claim 9. Using this method, the above ⁇ he läuterten advantages of the device according to the invention are particularly well used, resulting in a very high conversion of NO x. Moreover, the process can be carried out with simple means and leads to a very high N 2 selectivity.
- the temperature of the exhaust gases is 120-200 ° C.
- FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the structure of the catalyst of the device according to the invention
- Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the structure of the catalyst of OF INVENTION ⁇ to the invention apparatus.
- Fig. 3 is a schematic representation of an imple mentation of the catalyst as a pellet
- Fig. 4 is a schematic representation of an imple mentation of the catalyst as a honeycomb body
- Figure 5 is a schematic representation of an imple mentation of the catalyst as an extrudate.
- Fig. 6 is a schematic representation of the invention
- Fig. 7 is a schematic representation of the invention
- Fig. 8 is a graph showing the conversion and the selectivity of a first composition of the catalyst according to the invention.
- FIG. 9 is a graph showing the conversion and selectivity of a second composition of the catalyst of the present invention.
- Fig. 1 shows in a very schematic, in particular not to scale, and greatly enlarged representation of a first embodiment of a catalyst 1, which for selective NO x reduction in the exhaust gases of a shown in Fig. 6, preferably operating on the diesel principle Internal combustion engine 2 is used.
- the catalyst 1 has a base body 3 which generates the same rigidity and which may be formed, for example, as a honeycomb body and may consist of a ceramic material.
- the main body 3 can also be designed as a soot filter to filter out any soot particles contained in the exhaust gases.
- the base body 3 may be formed, for example, from a metal substrate.
- a carrier layer 4 which consists of zirconium oxide (Zr0 2 ).
- the carrier layer 4 is preferably extremely porous, may consist of a hydrophilic material and has a surface area of at least 50 m 2 / g, preferably of at least 100 m 2 / g, of the carrier layer 4.
- the zirconium oxide may have a monoclinic or a cubic, but optionally also a tetragonal, crystal modification.
- a coating 5 which has a promoter 5a and an active component 5b on ⁇ .
- the active component 5b is palladium
- the promoter 5a is tungsten oxide.
- the coating 5 of the carrier layer 4 is constructed so that at the base ⁇ body 3 facing away, so on the outer surface of the la Catalyst 1 both palladium and tungsten oxide vorlie ⁇ conditions.
- the active component 5b and the promoter 5a are applied together to the carrier layer 4 for the production thereof, which results in a certain mixing of the active component 5b and the promoter 5a, ie Palladium is in the form of single particles in the tungsten oxide.
- the tungsten oxide and the palladium are present as tungsten salt or palladium salt in an aqueous solution, which is applied to the carrier layer 4 and is subsequently dried.
- a chemical or electrochemical deposition is also suitable for the preparation of the catalyst 1.
- the catalyst 1 shown in FIG. 2 the promoter 5a and then the active compo nent ⁇ 5b is initially applied to the carrier layer 4.
- the tungsten oxide is present as tungsten salt in an aqueous solution which is applied to the carrier layer 4.
- a solution consisting of 0.776 g of ammonium metatungstate (Fluka, W content: 67%) and 0.32 g of distilled water can be prepared and applied per gram of zirconium oxide forming the carrier layer 4. After impregnation of the carrier with the ammonium metatungstate solution, it is dried at 100.degree. C. for 5 hours.
- Ge ⁇ optionally followed by calcination and reduction in a reducing agent containing gas stream, which is also present in an aqueous solution of palladium salt is applied to the coated carrier with the tungsten oxide layer 4 and then dried again.
- the substance is heated, for example, at a heating rate of 100 K / h in a volume flow (500 ml / min consisting of 10 vol .-% hydrogen and 90 vol .-% nitrogen to 300 ° C and 30 min at this temperature maintained. in this case, the palladium salt is simply reacted with the metal. tungsten oxide and zirconium, however, are not reduced.
- the material is 5 calcined at 500 ° C in stati ⁇ shear atmosphere, wherein the heating rate in turn is 100 K / min.
- This final conditioning The purpose of the catalyst is to expose the catalytic converter to typical exhaust gas temperatures, which can be used to exclude temperature-dependent catalyst changes and associated artefacts in the subsequent activity studies.
- the nitrates used are completely converted into the corresponding oxides during NO x -leaching. 2 illustrated procedure therefore requires z white drying steps, whereas in the preparation of the catalyst 1 shown in FIG. 1, only one drying step is required.
- Fig. 3 shows an imple mentation of the catalyst 1 in the form of a pellet.
- pellets which can be formed as shown ku ⁇ gel, but also rod-shaped or in a similar form, can be advantageously used in a suitable number, especially in stationary applications, since there the inflow surface of the catalyst 1 annä- can be chosen freely.
- the size of the pellets may vary depending on the application.
- the carrier layer 4 can assume the function of the main body 3, ie it is possible to dispense with the actual main body 3, since this is formed by the carrier layer 4. This can make it possible to introduce a greater proportion of the active component 5b in a volumenmä ⁇ SSIG equal Catalyst 1, whereby higher nitrogen oxide conversions can be achieved.
- the catalyst 1 is shown in an already mentioned above form of a honeycomb body 17, which can be advantageously used in particular in exhaust gases with high flow rates, since they produce a very low exhaust back pressure.
- a so-called wash coat 18 is applied, may be resorted to the application in principle to most ⁇ te techniques.
- the washcoat 18 can only be the zirconium oxide and, in this case, tungsten oxide and palladium are applied to the washcoat 18.
- the washcoat 18 consists of zirconium oxide and tungsten oxide and palladium is applied to the washcoat 18.
- washcoat 18 consists of Zirkoni ⁇ oxide, tungsten oxide and palladium, which is then preferably applied as a powder before ⁇ .
- the washcoat 18 can therefore be constructed as shown in FIG. 1 or according to FIG. 2, or as a powder.
- binders can be used for applying the washcoat 18 in addition known binders.
- the catalyst 1 is represented as an extrudate 19, that is to say as a product produced by extrusion.
- the carrier layer 4 again assumes the function of the main body 3, ie it can be dispensed with as in the embodiment of Fig. 3 on the actual base body 3.
- the waiver is on the ground ⁇ body 3 even when all other forms of leadership from possible if it is possible that the supporting layer 4 assumes the radio ⁇ tion of the body.
- the extrudate consists fully ⁇ constantly of the "finished" catalyst material, the Grundkör ⁇ per 3 or the material of the support layer 4 is thus the Ka ⁇ talysatorpulver itself of the extrudate 19 may additionally be used per se known binders.
- Fig. 6 shows a device 6 for selective NO x reduction in the exhaust gases of the internal combustion engine 2, with which it is possible to perform a method for selective NO x reduction in the exhaust gases of the internal combustion engine 2, wherein the exhaust gases hydrogen is supplied as a reducing agent ,
- catalyst 1 x with H 2 to N 2 and H 2 O.
- the catalyst 1 is in an outgoing from the internal combustion engine 2 exhaust pipe 7 is arranged ⁇ .
- the device 6 further comprises a hydrogen supply device 8, which has a container 9, for example in the form of a printing cylinder, which is provided with a feed opening 10.
- a supply line 11 is connected, which leads to the exhaust pipe 7.
- the feed opening 10 is provided with a Provided closure 12, the opening state by means of a control device 13 can be changed.
- the control device 13 is in turn connected to a arranged in the exhaust pipe 7 NO x sensor 14 and a sensor 15, which is arranged in a leading to the internal combustion engine 2 on ⁇ suction line 16.
- the sensor 15 is formed in the present case as known per se air mass sensor and serves to measure the flowing to the internal combustion engine 2 air mass flow.
- the sensor 15 could also be arranged in the exhaust pipe 7.
- one of the two sensors 14 or 15 could be dispensed with.
- the control device 13 is thereby able to direct the hydrogen is present in the container 9 in dependence of the NO x concentration in the exhaust gas line 7, or a function of an air mass flow through the Ver ⁇ internal-combustion engine 2 in the exhaust pipe. 7
- a larger quantity of hydrogen in the exhaust gas line 7 into ⁇ passes may be, for example, at an acceleration ⁇ process in which a higher NO x emissions to be expected.
- the hydrogen can also be passed continuously into the exhaust pipe 7.
- Another possibility is a specific one To conduct basic amount of hydrogen in the 7Abgastechnisch 7 and the introduced amount of hydrogen to be raised stabili ⁇ hen in an established by one of the sensors 14 or 15 needed.
- the hydrogen supply device 8 may be connected to a device, not shown, for reforming hydrocarbon or derivatives to hydrogen from the fuel provided for the internal combustion engine 2, ie a reformer or the like.
- the necessary hydrogen may also be prepared by means of electrolysis ei ⁇ ner suitable substance, for example water.
- main body 3 is not simultaneously designed as a soot filter, as described briefly above, so in the flow direction of the exhaust gas in the 7Abgastechnisch 7 an unillustrated particulate filter upstream or downstream of the catalyst 1.
- the main body 3 thus serves only for holding the carrier layer 4.
- the device 6 in an industrial application, ie for selective NO x reduction in the exhaust gases of an only schematically indicated industrial plant 17, for example, a power plant shown.
- the device 6, with the exception of the omission of the sensor 15 and the suction line 16 at ⁇ similar to that shown in FIG. 6 trained det, works in contrast to the application in the internal combustion engine 2 in a stationary operation.
- the most important difference to the transient operation of the catalyst 1 in the internal combustion engine 2 is that in stationary operation a much faster equilibrium is established, resulting in very good working conditions for the catalyst 1.
- the palladium content between 0.1 - 1 Mas ⁇ transmitter%, especially between 0.35 - are 0.55% by mass, wherein a lower palladium content tends to require a higher exhaust gas temperature, the cost of the respective catalyst 1, however, depending on the size the same partially significantly reduced.
- a mass ratio of the active component 5b of palladium to the promoter 5a of tungsten oxide of 1: 150 to 1:10, in particular 1: 100 to 1:25 has proven to be particularly advantageous.
- the mass% data of tungsten and palladium is calculated to be 100% of the support material 4, ie it results with the carrier material 4 total more than 100%.
- the width ⁇ ren should be noted that the aforementioned 8.7% by mass of tungsten corresponds to approximately 11% by mass of tungsten oxide.
- the temperature-programmed reaction (TPR) method was used to determine the activity or selectivity behavior of the various catalyst materials.
- the catalyst mass was first pressed at 5 bar and then brought to a particle size of 125-250 ⁇ m. With the aid of two geeig ⁇ neter sieves particles, the ⁇ greater than 250 and less than 125 were ⁇ , sorted out. Subsequently, 500 mg of the material was baked for 15 minutes at 500 ° C in an argon stream (500 ml / min) to adsorb adsorbed species such. As water, hydrocarbons or carbon dioxide to remove.
- FIGS. 8 and 9 respective graphs are shown in FIGS. 8 and 9, in which the conversion and the selectivity are plotted against the exhaust gas temperature.
- FIG. 8 the NO x conversion X and the N 2 and N 2 O selectivity S in the temperature-programmed H 2 -deNO x reaction under standard reaction conditions are given in the table above and in FIG NO x conversion X and the N 2 - and N 2 0 selectivity S in the stationary H 2 -deNO x - reaction under standard reaction conditions as shown in the table above.
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Abstract
The invention relates to a catalyst for use in selective NOX reduction in exhaust gases containing NOX with hydrogen being supplied to the exhaust gases, wherein said catalyst comprises a basic body, a substrate made of zirconium oxide applied to the basic body, a promoter made of tungsten oxide applied to the substrate, and an active component applied to the substrate. The active component is made of palladium.
Description
Katalysator zur Verwendung bei einer selektiven NOx-Reduktion Catalyst for use in selective NO x reduction
Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Verwendung bei einer selektiven NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen unter Zuführung von Wasserstoff zu den Abgasen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators zur selektiven NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5 sowie eine Vorrichtung zur selektiven NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen und ein Verfahren zur selektiven NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen . The invention relates to a catalyst for use in a selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases while supplying hydrogen to the exhaust gases in the preamble of claim 1 in more detail defined. Furthermore, the invention relates to a method for producing a catalyst for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases according to the preamble of claim 5 and a device for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases and a method for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases.
Durch die immer schärfer werdenden Emissionsvorschriften wird es in Zukunft mit großer Wahrscheinlichkeit erforderlich sein, insbesondere bei von Dieselmotoren angetriebenen Kraftfahrzeugen, jedoch auch bei Industrieanlagen, in denen NOx- haltige Abgase entstehen, zur Entfernung von Stickstoffoxiden das Abgas nachzubehandeln . Unter dem Sammelbegriff der Stickstoffoxide werden verschiedene Oxidationsstufen des Stickstoffs, wie zum Beispiel Stickstoffmonoxid (NO) und Stick¬ stoffdioxid (NO2) , zusammengefasst . Die Gase sind für den Menschen sehr giftig. Neben Schwefeldioxid tragen die Stickstoffoxide zum Sauren Regen bei, da durch die Reaktion von Stickstoffdioxid mit Wasser Salpetersäure und Salpetrige Säu¬ re entstehen. Dieser Saure Regen ist mitverantwortlich für das durch das Auswaschen der Nährstoffe im Boden verursachte Waldsterben und für Schäden an Gebäuden mit säureempfindli-
chen Baustoffen. Des Weiteren spielen die Stickstoffoxide eine zentrale Rolle bei der Bildung von Ozon in bodennahen Schichten. Das Ozon kann beim Menschen zu Reizungen und Entzündungen der Atemwege führen und wirkt bei Pflanzen als Zellgift. In der Stratosphäre dagegen wird das Ozon durch Stickstoffmonoxid zerstört, was zur Entstehung des Ozonlochs beiträgt. Der Ausstoß der Stickstoffoxide kann sowohl natür¬ lichen Ursprungs, zum Beispiel aus mikrobiellen Vorgängen und Vegetationsbränden, als auch anthropogenen Ursprungs, wie zum Beispiel aus Kraftwerken, Industrie, Kleinfeuerungsanlagen im Haushalt und dem Verkehr, sein. Due to the increasingly stringent emissions regulations, it will be necessary in the future, in particular in the case of motor vehicles powered by diesel engines, but also in industrial plants, where NO x - containing exhaust gases are produced, to treat the exhaust gas to remove nitrogen oxides. Under the trade name of the nitrogen oxides are different oxidation states of nitrogen such as nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide ¬ (NO 2), summarized. The gases are very toxic to humans. In addition to sulfur dioxide, the nitrogen oxides contribute to acid rain, as formed by the reaction of nitrogen dioxide with water nitric acid and nitrous säu ¬ re. This acid rain is partly responsible for the forest dying caused by the washing out of nutrients in the soil and for damage to buildings with acid-sensitive chen building materials. Furthermore, nitrogen oxides play a central role in the formation of ozone in layers close to the ground. Ozone can cause irritation and inflammation of the respiratory tract in humans and acts as a cytotoxin in plants. In the stratosphere, on the other hand, ozone is destroyed by nitrogen monoxide, which contributes to the formation of the ozone hole. The emission of nitrogen oxides can both natuer ¬ union origin, for example from microbial processes and vegetation fires and anthropogenic origin, such as from power plants, industry, small furnaces in households and traffic, be.
Um eine Reduktion dieser Stickstoffoxide zu erreichen, sind aus der WO 2007/020035 AI ein gattungsgemäßer Katalysator, ein entsprechendes Herstellungsverfahren für denselben sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven NOx- Reduktion in NOx-haltigen Abgasen bekannt. In order to achieve a reduction of these nitrogen oxides, WO 2007/020035 A1 discloses a generic catalyst, a corresponding production method for the same and an apparatus and a method for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases.
Allerdings kann mit dem dort beschriebenen Katalysator noch keine für die Praxis ausreichende selektive Umsetzung der Stickstoffoxide erreicht werden. Insbesondere wird bei dem dort durchgeführten Verfahren ein relativ großer Anteil an Lachgas erzeugt, was sehr nachteilig ist, da Lachgas ca. 310-mal stärker zum Treibhauseffekt beiträgt als beispiels¬ weise CO2 · Ein weiterer Nachteil des dort beschriebenen Kata¬ lysators besteht darin, dass für das aus Zirkoniumoxid be¬ stehende Trägermaterial nur die tetragonale Kristallmodifi¬ kation verwendet werden kann, was einen sehr großen fertigungstechnischen Aufwand erfordert. Auch das für die aktive Komponente verwendete Platin stellt einen relativ großen
Kostenfaktor dar und verteuert den gesamten Katalysator erheblich . However, with the catalyst described there, it is still not possible to achieve any selective conversion of the nitrogen oxides which is sufficient for practice. In particular, a relatively large proportion of nitrous oxide, wherein the performed method therein is generated which is very disadvantageous as nitrous oxide approx more contributes 310 times to the greenhouse effect as Example ¬ as CO 2 · Another disadvantage of the described therein Kata ¬ lysators is that the zirconia be ¬ standing substrate only the tetragonal Kristallmodifi ¬ cation can be used, which requires a very large manufacturing effort. Also, the platinum used for the active component provides a relatively large Cost factor and increases the overall cost of the catalyst significantly.
Aus der EP 1 475 149 AI ist ein Katalysator für die Reduktion von NOx zu N2 mit Wasserstoff unter 02-reichen Bedingungen bekannt. Dieser bekannte Katalysator basiert auf Platin, welches in einer Menge zwischen 0,1 und 2 Gewichtsprozent auf einem aus Magnesium- oder Ceroxid oder einem Vorläufer davon bestehenden Trägermaterial verteilt ist. Zwar werden mit diesem Katalysator bereits recht gute Ergebnisse bei der NOx-Reduktion erzielt, bei zukünftigen Schadstoffgrenzwerten könnte jedoch auch dieser Katalysator an seine Grenzen stoßen . EP 1 475 149 A1 discloses a catalyst for the reduction of NO x to N 2 with hydrogen under O 2 -rich conditions. This known catalyst is based on platinum, which is distributed in an amount between 0.1 and 2 percent by weight on a carrier material consisting of magnesium or cerium oxide or a precursor thereof. Although quite good results in the NO x reduction are already achieved with this catalyst, with future pollutant limit values, however, this catalyst could also reach its limits.
Ein Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxiden aus einem Abgasstrom ist in der EP 0 666 099 Bl beschrieben. Der dabei eingesetzte Katalysator adsorbiert die sich in dem Abgas be¬ findlichen Stickoxide, woraufhin dem Katalysator ein Gas mit einem bestimmten Gehalt einer reduzierenden Substanz in vorgegebenen Zeitabständen und für gewisse Zeitdauern zugeführt wird. Derartige Speicherkatalysatoren, bei denen basische Komponenten, wie Lithiumoxid, Kaliumoxid, Natriumoxid, Bari¬ umoxid oder ähnliche Oxide eingesetzt werden, erfordern je¬ doch eine verhältnismäßig komplizierte Ansteuerung und haben meist einen hohen Regenerationsbedarf. A process for removing nitrogen oxides from an exhaust gas stream is described in EP 0 666 099 B1. The catalyst used to be adsorbed ¬-sensitive in the exhaust nitrogen oxides, after which a gas is supplied with a specific content of a reducing substance at predetermined time intervals and for certain periods of time the catalyst. Such storage catalysts, in which basic components, such as lithium oxide, potassium oxide, sodium, Bari ¬ oxide or similar oxides are used, but ever ¬ require a relatively complicated control and usually have a high regeneration needs.
Bei diesen NOx-Speicherkatalysatoren wird das hauptsächlich emittierte NO an einem Platin aufweisenden Katalysator zu NO2 oxidiert, welches nachfolgend an speziellen Speichermedien, beispielsweise BaC03, adsorbiert wird. Wenn die Speicherkapa¬ zität dieses Katalysators erschöpft ist, wird eine motorin-
duzierte Regeneration des Katalysators eingeleitet, bei wel¬ cher die eingeleiteten Stickstoffoxide in Stickstoff über¬ führt werden. Ein weiterer Nachteil der bekannten N0X- Speicherkatalysatoren besteht in der Gefahr der Vergiftung der NOx-Sorbenzien durch die im Abgas enthaltenen Schwefeloxide SO2 und SO3. Um diese Problematik zu umgehen, sind meist aufwändige Motormanagementstrategien erforderlich. In these NO x storage catalysts, the mainly emitted NO on a platinum-containing catalyst is oxidized to NO 2 , which is subsequently adsorbed to specific storage media, for example BaC0 3 . When the Speicherkapa ¬ capacity of this catalyst is exhausted, a motorin- initiated reduced regeneration of the catalyst at wel ¬ cher the nitrogen oxides are introduced into nitrogen over ¬ leads. Another disadvantage of the known N0 X storage catalysts is the risk of poisoning of the NO x sorbents by the sulfur oxides SO 2 and SO 3 contained in the exhaust gas. To circumvent this problem, usually complex engine management strategies are required.
Aus der EP 0 960 649 Bl ist ein Abgasreinigungskatalysator bekannt, bei welchem die verwendeten Materialien Ceroxid und/oder Zirkoniumdioxid Mischoxide aufweisen, die dazu die¬ nen, gesättigte Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas zu entfer¬ nen. Als Reduktionsmittel für die in dem Abgas enthaltenen Stickoxide wird Ammoniak eingesetzt. Die bei solchen SCR- Katalysatoren häufig eingesetzte aktive Komponente V2O5 ist jedoch toxikologisch bedenklich und kann außerdem bei sehr hohen Abgastemperaturen schmelzen bzw. verdampfen. From EP 0960649 Bl an exhaust gas purifying catalyst is known in which the materials used, cerium oxide and / or zirconium mixed oxides having that, the ¬ NEN, saturated hydrocarbons to entfer ¬ nen from the exhaust gas. As a reducing agent for the nitrogen oxides contained in the exhaust gas, ammonia is used. The active component V 2 O 5 which is frequently used in such SCR catalysts, however, is of toxicological concern and may also melt or vaporize at very high exhaust gas temperatures.
Die EP 0 763 380 AI beschreibt Schalenkatalysatoren, welche aus einem Kern und mindestens einer äußeren Schale oder aus einem Träger, mindestens einer inneren und mindestens einer äußeren Schale bestehen, wobei die äußeren Schalen Oxide bestimmter Elemente enthalten. Des Weiteren wird ein Verfahren zur katalytischen Entfernung von Stickstoffoxiden, Kohlenmo- noxid und Kohlenwasserstoffen aus den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen beschrieben. Hierbei weist das Abgas eine Temperatur von 50 bis 800°C und einen Druck von 0,01 bis 200 bar auf und es wird wiederum Ammoniak als Reduktionsmit¬ tel eingesetzt.
Ein Nachteil der bekannten Lösungen zur NOx-Entfernung aus 02-reichen Abgasen besteht in den meisten Fällen außerdem darin, dass die Stickstoffoxide erst oberhalb von 200°C wir¬ kungsvoll umgesetzt werden. Dadurch, dass aufgrund der kon¬ tinuierlichen Optimierung des Wirkungsgrads der Verbrennungskraftmaschinen die Temperatur der Abgase ständig reduziert wird, ergibt sich bei den bekannten Lösungen ein großes Problem hinsichtlich ihrer Wirksamkeit. Beispielsweise liegt bei modernen, nach dem Dieselprinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen für PKW die Abgastemperatur im relevanten Zertifizierungszyklus der EU zu rund 60 % der Zeit unterhalb von 150°C und zu ca. 75 % der Zeit unterhalb von 200°C. EP 0 763 380 A1 describes shell catalysts which consist of a core and at least one outer shell or of a support, at least one inner and at least one outer shell, the outer shells containing oxides of specific elements. Furthermore, a method for the catalytic removal of nitrogen oxides, carbon monoxide and hydrocarbons from the exhaust gases of internal combustion engines is described. Here, the exhaust gas has a temperature of 50 to 800 ° C and a pressure of 0.01 to 200 bar and it is again ammonia as Reduktionsmit ¬ tel used. A disadvantage of the known solutions for NO x removal from 0 2 -rich exhaust gases is in most cases also in that the nitrogen oxides are reacted we ¬ kungsvoll only above 200 ° C. Because due to the con ¬ tinuous optimization of the efficiency of internal combustion engines, the temperature of the exhaust gases is continuously reduced, resulting in the known solutions a big problem in terms of effectiveness. For example, in modern, diesel-powered internal combustion engines for passenger cars, the exhaust gas temperature in the relevant EU certification cycle is about 60% of the time below 150 ° C and about 75% of the time below 200 ° C.
Die DE 102 16 748 AI beschreibt modifizierte Katalysatoren für die selektive Hydrierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen mit sperrigen oder verzweigten Substituenten . Eine NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen ist mit diesen Katalysatoren jedoch nicht durchführbar. DE 102 16 748 A1 describes modified catalysts for the selective hydrogenation of aromatic hydrocarbons having bulky or branched substituents. A NO x reduction in NO x -containing exhaust gases is not feasible with these catalysts.
In der DE 44 36 890 AI ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Verminderung der im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide beschrieben. Der dabei eingesetzte Katalysator weist ein Aluminiumsilikat als hochoberflächiges Trägermaterial auf. In DE 44 36 890 AI a method for the simultaneous reduction of the contained in the exhaust gas of an internal combustion engine hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides is described. The catalyst used in this case has an aluminum silicate as a high surface area support material.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator zur Verwendung bei einer selektiven NOx-Reduktion in NOx- haltigen Abgasen unter Zuführung von Wasserstoff zu den Abgasen und ein Verfahren zur Herstellung desselben sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven NOx-Reduktion in
NOx-haltigen Abgasen zu schaffen, mit denen Stickstoffoxide bereits bei sehr niedrigen Temperaturen mit hohen Umsatzra- ten reduziert werden können. It is an object of the present invention to provide a catalyst for use in selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases while supplying hydrogen to the exhaust gases and a process for producing the same, as well as an apparatus and method for selective NO x reduction NO x -containing exhaust gases with which nitrogen oxides can be reduced even at very low temperatures with high sales rates.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für den Katalysator durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. According to the invention, this object is achieved for the catalyst by the features mentioned in claim 1.
Die Erfinder haben festgestellt, dass überraschenderweise mit dem für die aktive Komponente eingesetzten Palladium eine sehr gute Umwandlung von Stickstoffoxiden zu Stickstoff erzielt werden kann, obwohl eine Kombination der Trägerschicht aus Zirkoniumoxid mit dem auf der Trägerschicht auf¬ gebrachten Promoter aus Wolframoxid an sich für Platin als aktive Komponente zugeschnitten war. Diese mit Palladium als aktiver Komponente erreichbare hohe selektive Umsetzung in Verbindung mit einer sehr hohen Aktivität ist umso überra¬ schender, als die Aktivität der aktiven Komponente sehr stark von dem Material der Trägerschicht und dem verwendeten Promoter abhängt und der Literatur hierfür keinerlei Hinweise zu entnehmen sind. The inventors have found that, surprisingly, a very good conversion of nitrogen oxides can be achieved to nitrogen with the inserted for the active component palladium, although a combination of the carrier layer of zirconium oxide with the on the carrier layer placed on ¬ promoter of tungsten oxide per se for platinum as active component was tailored. This achievable with palladium as the active component high selective reaction in conjunction with a very high activity is all the more surprising ¬ , as the activity of the active component is very much dependent on the material of the carrier layer and the promoter used and the literature for this no reference can be found ,
Ein großer Vorteil des Einsatzes von Palladium als aktive Komponente des erfindungsgemäßen Katalysators besteht darin, dass im Gegensatz zu einem Platin als aktive Komponente auf¬ weisenden Katalysator die Trägerschicht aus Zirkoniumoxid nicht in einer bestimmten Kristallmodifikation bzw. Kristallstruktur vorliegen muss, sondern dass jede beliebige Kristallmodifikation eingesetzt werden kann, was den Her- stellungs- und Kostenaufwand gegenüber bekannten Lösungen erheblich verringert. Der Kostenaufwand für den erfindungs¬ gemäßen Katalysator wird noch dadurch erheblich verringert,
dass der Rohmaterialpreis von Palladium sehr viel niedriger ist als der von Platin. A major advantage of the use of palladium as the active component of the catalyst according to the invention is that in contrast to a platinum as active component auf¬ pointing catalyst, the support layer of zirconium oxide does not have to be present in a particular crystal modification or crystal structure, but that any crystal modification used can be, which significantly reduces the manufacturing and cost compared to known solutions. The cost of the inventive ¬ contemporary catalyst is thereby significantly reduced, that the raw material price of palladium is much lower than that of platinum.
Des Weiteren ist vorteilhaft, dass der erfindungsgemäße Ka¬ talysator bereits bei sehr niedrigen Temperaturen eine hohe Aktivität zeigt, sodass er auch bei zukünftigen Verbrennungskraftmaschinen, bei denen sehr viel niedrigere Abgastemperaturen zu erwarten sind, problemlos eingesetzt werden kann. Insbesondere ist diese Eigenschaft auch bei dem Ein¬ satz des erfindungsgemäßen Katalysators in Industrieanlegen vorteilhaft, da dort der zu reinigende Luftstrom häufig er¬ wärmt werden muss, um eine NOx-Reduktion erreichen zu können. Furthermore, it is advantageous that the inventive Ka ¬ talysator already at very low temperatures shows a high activity so that it can be used without any problems even in future internal combustion engines in which much lower exhaust temperatures are expected. In particular, this property is also advantageous in the on ¬ rate of the inventive catalyst in industrial investments, because there the air to be cleaned electricity it needs to be warmed ¬ often in order to achieve NOx reduction.
Zu der hohen Aktivität bei niedrigen Temperaturen trägt insbesondere auch die Verwendung von Wasserstoff als Redukti¬ onsmittel bei, wodurch an dem erfindungsgemäßen Katalysator NOx bereits bei Temperaturen ab 120°C wirkungsvoll umgesetzt wird. Durch die direkte Umsetzung von NOx mit H2 zu N2 und H2O werden die bei NOx-Speicherkatalysatoren auftretenden Nachteile vermieden. Die Verwendung von Wasserstoff als Redukti¬ onsmittel ist dabei toxikologisch vollkommen unbedenklich, da als Reaktionsprodukt Wasser, entsteht. To the high activity at low temperatures in particular, the use of hydrogen as Redukti ¬ onsmittel contributes, thereby effectively implemented in the inventive catalyst NOx at temperatures above 120 ° C. The direct conversion of NO x with H 2 to N 2 and H 2 O avoids the disadvantages associated with NO x storage catalysts. The use of hydrogen as Redukti ¬ onsmittel is toxicologically completely harmless, since the reaction product is water.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Zirkoniumoxid der Trägerschicht eine monokline Kristallmodifikation aufweist. In a very advantageous development of the invention it can be provided that the zirconium oxide of the carrier layer has a monoclinic crystal modification.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Zirkoniumoxid der Trägerschicht eine kubische Kristallmodifikation auf¬ weist.
Beide der genannten Kristallmodifikation, monoklin oder kubisch, sind verhältnismäßig einfach herzustellen und bringen daher gegenüber einer tetragonalen Kristallmodifikation, wie sie beispielsweise bei der WO 2007/020035 AI erforderlich ist, erhebliche Kostenvorteile mit sich. Alternatively, it can be provided that the zirconium oxide of the carrier layer exhibits a cubic crystal modification . Both of the mentioned crystal modification, monoclinic or cubic, are relatively easy to prepare and therefore bring considerable cost advantages over a tetragonal crystal modification, as required, for example, in WO 2007/020035 Al.
Eine besonders gute selektive Umsetzung und eine hohe Akti¬ vität des Katalysators konnten beobachtet werden, wenn das Massenverhältnis der aktiven Komponente aus Palladium zu dem Promoter aus Wolframoxid 1:150 bis 1:10, insbesondere 1:100 bis 1:25, beträgt. A particularly good selective reaction and a high Akti ¬ vity of the catalyst could be observed when the mass ratio of the active component from palladium to the promoter of tungsten oxide 1: 150 to 1:10, especially 1: 100 to 1:25, is.
Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 5. A process for the preparation of the catalyst according to the invention results from the features of claim 5.
Mit Hilfe dieses Verfahrens lässt sich der erfindungsgemäße Katalysator besonders einfach herstellen. With the aid of this process, the catalyst according to the invention can be produced particularly easily.
Aus Anspruch 8 ergibt sich eine Vorrichtung zur selektiven NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen mit einem in einer Ab- gasleitung angeordneten, erfindungsgemäßen Katalysator. Claim 8 results in a device for the selective reduction of NO x in NO x -containing exhaust gases with a catalyst arranged in an exhaust gas line according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einen optimalen Einsatz des Katalysators zur selektiven NOx-Reduktion von Abgasen, wobei der Wasserstoff in einfacher Weise mittels ei¬ ner Wasserstoffzuführeinrichtung in die Abgasleitung eingebracht werden kann. Durch die Kombination der Verwendung von Zirkoniumoxid für die Trägerschicht, Wolframoxid für den Promoter und Palladium für die aktive Komponente kann im Vergleich zu bekannten Lösungen eine sehr hohe DeNOx- Aktivität und eine sehr hohe ^-Selektivität erreicht werden,
wozu insbesondere auch die Zuführung von Wasserstoff zu den Abgasen beiträgt. Die Verwendung von Wolframoxid als Promo¬ ter, der sowohl die Aktivität der aktiven Komponente aus Palladium als auch die Selektivität bei der Reduktion von NOx zu N2 erhöht, ist besonders vorteilhaft, da es sich hierbei um einen toxikologisch unbedenklichen Stoff handelt, der weder in der Herstellung noch bei einer eventuell späteren Entsorgung Probleme bereitet. The device according to the invention enables an optimal use of the catalyst for selective NO x reduction of exhaust gases, wherein the hydrogen can be introduced in a simple manner by means of egg ¬ ner hydrogen supply into the exhaust pipe. By combining the use of zirconia for the carrier layer, tungsten oxide for the promoter and palladium for the active component, a very high DeNO x activity and a very high selectivity can be achieved in comparison to known solutions, to which especially the supply of hydrogen contributes to the exhaust gases. The use of tungsten oxide as Promo ¬ ter, which increases both the activity of the active component of palladium and the selectivity in the reduction of NO x to N 2 , is particularly advantageous, since this is a toxicologically harmless substance that neither prepares in the production even with a possible later disposal problems.
Ein Verfahren zur selektiven NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen mit einer derartigen Vorrichtung ist in Anspruch 9 angegeben. Mit Hilfe dieses Verfahrens werden die oben er¬ läuterten Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders gut genutzt, wodurch sich eine sehr hohe Umsetzung von NOx ergibt. Das Verfahren ist darüber hinaus mit einfachen Mitteln durchführbar und führt zu einer sehr hohen N2- Selektivität . A method for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases with such a device is given in claim 9. Using this method, the above ¬ he läuterten advantages of the device according to the invention are particularly well used, resulting in a very high conversion of NO x. Moreover, the process can be carried out with simple means and leads to a very high N 2 selectivity.
Besonders gut lässt sich dieses Verfahren einsetzen, die Temperatur der Abgase 120 - 200°C beträgt. This method can be used particularly well, the temperature of the exhaust gases is 120-200 ° C.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt. Further advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the remaining dependent claims. Embodiments of the invention are shown in principle with reference to the drawings.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh- rungsform des Aufbaus des Katalysators der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Aufbaus des Katalysators der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung; 1 is a schematic representation of a first embodiment of the structure of the catalyst of the device according to the invention; Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the structure of the catalyst of OF INVENTION ¬ to the invention apparatus.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Aus führungs form des Katalysators als Pellet; Fig. 3 is a schematic representation of an imple mentation of the catalyst as a pellet;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Aus führungs form des Katalysators als Wabenkörper; Fig. 4 is a schematic representation of an imple mentation of the catalyst as a honeycomb body;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Aus führungs form des Katalysators als Extrudat; Figure 5 is a schematic representation of an imple mentation of the catalyst as an extrudate.
Fig. 6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fig. 6 is a schematic representation of the invention
Vorrichtung zur selektiven NOx-Reduktion bei einer Verbrennungskraftmaschine ; Apparatus for selective NO x reduction in an internal combustion engine;
Fig. 7 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fig. 7 is a schematic representation of the invention
Vorrichtung zur selektiven NOx-Reduktion bei einer industriellen Anwendung; Apparatus for selective NO x reduction in an industrial application;
Fig. 8 ein Schaubild, das den Umsatz und die Selektivität einer ersten Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Katalysators zeigt; und Fig. 8 is a graph showing the conversion and the selectivity of a first composition of the catalyst according to the invention; and
Fig. 9 ein Schaubild, das den Umsatz und die Selektivität einer zweiten Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Katalysators zeigt.
Fig. 1 zeigt in einer sehr schematischen, insbesondere nicht maßstabsgetreuen, und erheblich vergrößerten Darstellung eine erste Aus führungs form eines Katalysators 1, welcher zur selektiven NOx-Reduktion in den Abgasen einer in Fig. 6 dargestellten, vorzugsweise nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine 2 dient. Der Katalysator 1 weist einen die Steifigkeit desselben erzeugenden Grundkörper 3 auf, der beispielsweise als Wabenkörper ausgebildet sein und aus einem keramischen Material bestehen kann. Der Grundkörper 3 kann auch als Rußfilter ausgeführt sein, um eventuell in den Abgasen enthaltene Rußpartikel herauszufiltern . Alternativ kann der Grundkörper 3 beispielsweise auch aus einem Metallsubstrat gebildet sein. 9 is a graph showing the conversion and selectivity of a second composition of the catalyst of the present invention. Fig. 1 shows in a very schematic, in particular not to scale, and greatly enlarged representation of a first embodiment of a catalyst 1, which for selective NO x reduction in the exhaust gases of a shown in Fig. 6, preferably operating on the diesel principle Internal combustion engine 2 is used. The catalyst 1 has a base body 3 which generates the same rigidity and which may be formed, for example, as a honeycomb body and may consist of a ceramic material. The main body 3 can also be designed as a soot filter to filter out any soot particles contained in the exhaust gases. Alternatively, the base body 3 may be formed, for example, from a metal substrate.
Auf dem Grundkörper 3 ist eine Trägerschicht 4 aufgebracht, welche aus Zirkoniumoxid (Zr02) besteht. Die Trägerschicht 4 ist vorzugsweise äußerst porös, kann aus einem hydrophilen Material bestehen und weist eine Oberfläche von mindestens 50 m2/g, vorzugsweise von mindestens 100 m2/g, der Trägerschicht 4 auf. Das Zirkoniumoxid kann dabei eine monokline oder eine kubische, gegebenenfalls jedoch auch eine tetrago- nale Kristallmodifikation aufweisen. On the base body 3, a carrier layer 4 is applied, which consists of zirconium oxide (Zr0 2 ). The carrier layer 4 is preferably extremely porous, may consist of a hydrophilic material and has a surface area of at least 50 m 2 / g, preferably of at least 100 m 2 / g, of the carrier layer 4. The zirconium oxide may have a monoclinic or a cubic, but optionally also a tetragonal, crystal modification.
Auf der dem Grundkörper 3 abgewandten Seite der Trägerschicht 4 ist dieselbe mit einer Beschichtung 5 versehen, die einen Promoter 5a und eine aktive Komponente 5b auf¬ weist. Die aktive Komponente 5b besteht aus Palladium und der Promoter 5a besteht aus Wolframoxid. Die Beschichtung 5 der Trägerschicht 4 ist so aufgebaut, dass an der dem Grund¬ körper 3 abgewandten, also an der äußeren Oberfläche la des
Katalysators 1 sowohl Palladium als auch Wolframoxid vorlie¬ gen . On the side facing away from the base body 3 of the carrier layer 4, the same is provided with a coating 5, which has a promoter 5a and an active component 5b on ¬ . The active component 5b is palladium, and the promoter 5a is tungsten oxide. The coating 5 of the carrier layer 4 is constructed so that at the base ¬ body 3 facing away, so on the outer surface of the la Catalyst 1 both palladium and tungsten oxide vorlie ¬ conditions.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Aus führungs form des Katalysators 1 werden zur Herstellung desselben die aktive Komponente 5b und der Promoter 5a gemeinsam auf die Trägerschicht 4 aufgebracht, wodurch es zu einer gewissen Vermischung der aktiven Komponente 5b und dem Promoter 5a kommt, d.h. das Palladium liegt in Form einzelner Partikel in dem Wolframoxid vor. Das Wolframoxid und das Palladium liegen dabei als Wolframsalz bzw. Palladiumsalz in einer wässrigen Lösung vor, welche auf die Trägerschicht 4 aufgebracht und an¬ schließend getrocknet wird. Zur Herstellung des Katalysators 1 eignen sich außerdem auch eine chemische oder elektrochemische Abscheidung. In the embodiment of the catalyst 1 illustrated in FIG. 1, the active component 5b and the promoter 5a are applied together to the carrier layer 4 for the production thereof, which results in a certain mixing of the active component 5b and the promoter 5a, ie Palladium is in the form of single particles in the tungsten oxide. The tungsten oxide and the palladium are present as tungsten salt or palladium salt in an aqueous solution, which is applied to the carrier layer 4 and is subsequently dried. In addition, a chemical or electrochemical deposition is also suitable for the preparation of the catalyst 1.
Bei der Aus führungs form des Katalysators 1 gemäß Fig. 2 wird zunächst der Promoter 5a und anschließend die aktive Kompo¬ nente 5b auf die Trägerschicht 4 aufgebracht. Das Wolframoxid liegt dabei als Wolframsalz in einer wässrigen Lösung vor, welche auf die Trägerschicht 4 aufgebracht wird. Konkret kann pro Gramm des die Trägerschicht 4 bildenden Zirkoniumoxids eine Lösung bestehend aus 0,776 g Ammoniummetawolframat (Flu- ka, W-Gehalt: 67%) und 0,32 g destilliertem Wasser hergestellt und aufgebracht werden. Nach der Imprägnierung des Trägers mit der Ammoniummetawolframatlösung wird 5 h bei 100°C getrocknet. Nach dem Trocknen der Trägerschicht 4, ge¬ gebenenfalls gefolgt von einem Kalzinieren und Reduzieren in einem reduktionsmittelhaltigen Gasstrom, wird das ebenfalls in einer wässrigen Lösung vorliegende Palladiumsalz auf die mit dem Wolframoxid beschichtete Trägerschicht 4 aufgebracht
und anschließend nochmals getrocknet. Zur Aktivierung der Palladiumkomponente wird die Substanz zum Beispiel mit einer Heizrate von 100 K/h in einem Volumenstrom (500ml/min bestehend aus 10 Vol.-% Wasserstoff und 90 Vol.-% Stickstoff auf 300°C aufgeheizt und 30 min bei dieser Temperatur gehalten. Dabei wird lediglich das Palladiumsalz zum Metall umgesetzt. Wolframoxid und Zirkondioxid dagegen werden nicht reduziert. Anschließend wird das Material 5 h lang bei 500°C in stati¬ scher Atmosphäre kalziniert, wobei die Aufheizrate wiederum 100 K/min beträgt. Diese abschließende Konditionierung dient dem Zweck, den Katalysator typischen Abgastemperaturen auszusetzen. Dadurch können bei den nachfolgenden Aktivitätsuntersuchungen temperaturabhängige Veränderungen des Katalysators und damit verbundene Artefakte ausgeschlossen werden. Die eingesetzten Nitrate werden bei der Konditionierung vollständig unter NOx-Abgabe in die entsprechenden Oxide überführt. Die in Fig. 2 dargestellte Vorgehensweise erfordert demnach zwei Trocknungsschritte, wohingegen bei der Herstellung des Katalysators 1 gemäß Fig. 1 lediglich ein Trocknungsschritt erforderlich ist. In the disclosed embodiment the catalyst 1 shown in FIG. 2, the promoter 5a and then the active compo nent ¬ 5b is initially applied to the carrier layer 4. The tungsten oxide is present as tungsten salt in an aqueous solution which is applied to the carrier layer 4. Specifically, a solution consisting of 0.776 g of ammonium metatungstate (Fluka, W content: 67%) and 0.32 g of distilled water can be prepared and applied per gram of zirconium oxide forming the carrier layer 4. After impregnation of the carrier with the ammonium metatungstate solution, it is dried at 100.degree. C. for 5 hours. After drying of the support layer 4, Ge ¬ optionally followed by calcination and reduction in a reducing agent containing gas stream, which is also present in an aqueous solution of palladium salt is applied to the coated carrier with the tungsten oxide layer 4 and then dried again. To activate the palladium component, the substance is heated, for example, at a heating rate of 100 K / h in a volume flow (500 ml / min consisting of 10 vol .-% hydrogen and 90 vol .-% nitrogen to 300 ° C and 30 min at this temperature maintained. in this case, the palladium salt is simply reacted with the metal. tungsten oxide and zirconium, however, are not reduced. Subsequently, the material is 5 calcined at 500 ° C in stati ¬ shear atmosphere, wherein the heating rate in turn is 100 K / min. This final conditioning The purpose of the catalyst is to expose the catalytic converter to typical exhaust gas temperatures, which can be used to exclude temperature-dependent catalyst changes and associated artefacts in the subsequent activity studies.The nitrates used are completely converted into the corresponding oxides during NO x -leaching. 2 illustrated procedure therefore requires z white drying steps, whereas in the preparation of the catalyst 1 shown in FIG. 1, only one drying step is required.
In den Figuren 3, 4 und 5 sind verschiedene Ausformungen des Katalysators 1 dargestellt, neben denen jedoch noch andere Aus führungs formen denkbar sind. In Figures 3, 4 and 5, various forms of the catalyst 1 are shown, in addition to which, however, other forms from management forms are conceivable.
So zeigt Fig. 3 eine Aus führungs form des Katalysators 1 in Form eines Pellets. Solche Pellets, die wie dargestellt ku¬ gelförmig, jedoch auch stabförmig oder in ähnlicher Form ausgebildet sein können, können in einer geeigneten Anzahl insbesondere bei stationären Anwendungen vorteilhaft eingesetzt werden, da dort die Anströmfläche des Katalysators 1 annä-
hernd frei gewählt werden kann. Die Größe der Pellets kann dabei in Abhängigkeit von der Anwendung variieren. In dieser Aus führungs form kann die Trägerschicht 4 die Funktion des Grundkörpers 3 übernehmen, d.h. es kann auf den eigentlichen Grundkörper 3 verzichtet werden, da dieser durch die Trägerschicht 4 gebildet wird. Dadurch kann es möglich sein, einen größeren Anteil der aktiven Komponente 5b in einem volumenmä¬ ßig gleich großen Katalysator 1 einzubringen, wodurch höhere Stickstoffoxid-Umsätze erzielt werden können. Thus, Fig. 3 shows an imple mentation of the catalyst 1 in the form of a pellet. Such pellets, which can be formed as shown ku ¬ gel, but also rod-shaped or in a similar form, can be advantageously used in a suitable number, especially in stationary applications, since there the inflow surface of the catalyst 1 annä- can be chosen freely. The size of the pellets may vary depending on the application. In this embodiment, the carrier layer 4 can assume the function of the main body 3, ie it is possible to dispense with the actual main body 3, since this is formed by the carrier layer 4. This can make it possible to introduce a greater proportion of the active component 5b in a volumenmä ¬ SSIG equal Catalyst 1, whereby higher nitrogen oxide conversions can be achieved.
In Fig. 4 ist der Katalysator 1 in einer bereits oben erwähnten Form eines Wabenkörpers 17 dargestellt, die insbesondere bei Abgasen mit hohen Volumenströmen vorteilhaft eingesetzt werden können, da sie einen sehr geringen Abgasgegendruck erzeugen. Auf dem Wabenkörpers 17 ist ein sogenannter Washcoat 18 aufgebracht, zu dessen Aufbringung prinzipiell auf bekann¬ te Techniken zurückgegriffen werden kann. Der Washcoat 18 kann in einer ersten Ausgestaltung nur das Zirkoniumoxid sein und es wird in diesem Fall Wolframoxid und Palladium auf den Washcoat 18 aufgetragen. Des Weiteren ist es möglich, dass der Washcoat 18 aus Zirkoniumoxid und Wolframoxid besteht und Palladium auf den Washcoat 18 aufgetragen wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der Washcoat 18 aus Zirkoni¬ umoxid, Wolframoxid und Palladium besteht, welches dann vor¬ zugsweise als Pulver aufgetragen wird. Der Washcoat 18 kann demnach wie gemäß Fig. 1 oder gemäß Fig. 2 aufgebaut sein, oder als Pulver. Zum Aufbringen des Washcoats 18 können zusätzlich an sich bekannte Bindemittel verwendet werden. In Fig. 4, the catalyst 1 is shown in an already mentioned above form of a honeycomb body 17, which can be advantageously used in particular in exhaust gases with high flow rates, since they produce a very low exhaust back pressure. In the honeycomb body 17 is a so-called wash coat 18 is applied, may be resorted to the application in principle to most ¬ te techniques. In a first embodiment, the washcoat 18 can only be the zirconium oxide and, in this case, tungsten oxide and palladium are applied to the washcoat 18. Furthermore, it is possible that the washcoat 18 consists of zirconium oxide and tungsten oxide and palladium is applied to the washcoat 18. A further possibility is that the washcoat 18 consists of Zirkoni ¬ oxide, tungsten oxide and palladium, which is then preferably applied as a powder before ¬. The washcoat 18 can therefore be constructed as shown in FIG. 1 or according to FIG. 2, or as a powder. For applying the washcoat 18 in addition known binders can be used.
Schließlich ist in Fig. 5 der Katalysator 1 als Extrudat 19, also als ein durch Extrudieren hergestelltes Produkt, darge-
stellt. Dabei übernimmt die Trägerschicht 4 wiederum die Funktion des Grundkörpers 3, d.h. es kann wie bei der Ausführungsform von Fig. 3 auf den eigentlichen Grundkörper 3 verzichtet werden. Prinzipiell ist der Verzicht auf den Grund¬ körper 3 auch bei sämtlichen anderen Aus führungs formen denkbar, wenn es möglich ist, dass die Trägerschicht 4 die Funk¬ tion des Grundkörpers 3 übernimmt. Das Extrudat besteht voll¬ ständig aus dem „fertigen" Katalysatormaterial, der Grundkör¬ per 3 bzw. das Material der Trägerschicht 4 ist also das Ka¬ talysatorpulver selbst. Aus dem Katalysatorpulver wird demnach der keramische Körper, z.B. ein Wabenkörper, hergestellt. Zum Herstellen des Extrudats 19 können zusätzlich an sich bekannte Bindemittel verwendet werden. Finally, in FIG. 5, the catalyst 1 is represented as an extrudate 19, that is to say as a product produced by extrusion. provides. In this case, the carrier layer 4 again assumes the function of the main body 3, ie it can be dispensed with as in the embodiment of Fig. 3 on the actual base body 3. In principle, the waiver is on the ground ¬ body 3 even when all other forms of leadership from possible if it is possible that the supporting layer 4 assumes the radio ¬ tion of the body. 3 The extrudate consists fully ¬ constantly of the "finished" catalyst material, the Grundkör ¬ per 3 or the material of the support layer 4 is thus the Ka ¬ talysatorpulver itself of the extrudate 19 may additionally be used per se known binders.
Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung 6 zur selektiven NOx-Reduktion in den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine 2, mit der es möglich ist, ein Verfahren zur selektiven NOx-Reduktion in den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine 2 durchzuführen, wobei den Abgasen Wasserstoff als Reduktionsmittel zugeführt wird. Durch die Zufuhr von Wasserstoff zu den Abgasen ergibt sich an dem in den Figuren 1 bis 5 in verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Katalysator 1 eine unmittelbare Umsetzung von NOx mit H2 zu N2 und H2O. Um die Abgase direkt re¬ duzieren zu können, ist der Katalysator 1 in einer von der Verbrennungskraftmaschine 2 ausgehenden Abgasleitung 7 ange¬ ordnet. Die Vorrichtung 6 weist des Weiteren eine Wasserstoffzuführeinrichtung 8 auf, welche einen beispielsweise in Form eines Druckzylinders ausgebildeten Behälter 9 aufweist, der mit einer Zuführöffnung 10 versehen ist. An die Zuführöffnung 10 ist eine Zuführleitung 11 angeschlossen, welche zu der Abgasleitung 7 führt. Die Zuführöffnung 10 ist mit einem
Verschluss 12 versehen, dessen Öffnungszustand mittels einer Steuereinrichtung 13 verändert werden kann. Die Steuereinrichtung 13 ist wiederum mit einem in der Abgasleitung 7 angeordneten NOx-Sensor 14 sowie mit einem Sensor 15 verbunden, der in einer zu der Verbrennungskraftmaschine 2 führenden An¬ saugleitung 16 angeordnet ist. Der Sensor 15 ist im vorliegenden Fall als an sich bekannter Luftmassensensor ausgebildet und dient dazu, den zu der Verbrennungskraftmaschine 2 strömenden Luftmassenstrom zu messen. Alternativ könnte der Sensor 15 auch in der Abgasleitung 7 angeordnet sein. Des Weiteren wäre es möglich, einen Temperatursensor in der Abgasleitung 7 vorzusehen. Gegebenenfalls könnte auch auf einen der beiden Sensoren 14 oder 15 verzichtet werden. Fig. 6 shows a device 6 for selective NO x reduction in the exhaust gases of the internal combustion engine 2, with which it is possible to perform a method for selective NO x reduction in the exhaust gases of the internal combustion engine 2, wherein the exhaust gases hydrogen is supplied as a reducing agent , By supplying hydrogen to the exhaust gases of a direct conversion of NO results at the process described in Figures 1 to 5 in various embodiments, catalyst 1 x with H 2 to N 2 and H 2 O. In order to be able to exhaust directly re ¬ duce , the catalyst 1 is in an outgoing from the internal combustion engine 2 exhaust pipe 7 is arranged ¬ . The device 6 further comprises a hydrogen supply device 8, which has a container 9, for example in the form of a printing cylinder, which is provided with a feed opening 10. To the feed opening 10, a supply line 11 is connected, which leads to the exhaust pipe 7. The feed opening 10 is provided with a Provided closure 12, the opening state by means of a control device 13 can be changed. The control device 13 is in turn connected to a arranged in the exhaust pipe 7 NO x sensor 14 and a sensor 15, which is arranged in a leading to the internal combustion engine 2 on ¬ suction line 16. The sensor 15 is formed in the present case as known per se air mass sensor and serves to measure the flowing to the internal combustion engine 2 air mass flow. Alternatively, the sensor 15 could also be arranged in the exhaust pipe 7. Furthermore, it would be possible to provide a temperature sensor in the exhaust pipe 7. Optionally, one of the two sensors 14 or 15 could be dispensed with.
Durch die beiden Sensoren 14 und 15 ist es möglich, einen bestimmten Zustand in der Abgasleitung 7 oder in der Ansaugleitung 16 festzustellen und an die Steuereinrichtung 13 weiterzuleiten. Die Steuereinrichtung 13 ist dadurch in der Lage, den sich in dem Behälter 9 befindlichen Wasserstoff in Abhängigkeit der NOx-Konzentration innerhalb der Abgasleitung 7 oder in Abhängigkeit eines Luftmassenstroms durch die Ver¬ brennungskraftmaschine 2 in die Abgasleitung 7 zu leiten. Auf diese Weise kann zum Beispiel bei einem Beschleunigungs¬ vorgang, bei dem ein höherer NOx-Ausstoß zu erwarten ist, eine größere Menge an Wasserstoff in die Abgasleitung 7 einge¬ leitet werden. Es ist auch möglich, die erforderlichen Daten in einem Kennfeld in der Steuereinrichtung 13 zu hinterlegen, um zu bestimmten Zeiten eine erhöhte Menge an Wasserstoff zuzuführen. Selbstverständlich kann der Wasserstoff auch kontinuierlich in die Abgasleitung 7 geleitet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine bestimmte
Grundmenge an Wasserstoff in die 7Abgasleitung 7 zu leiten und bei einem durch einen der Sensoren 14 oder 15 festgestellten Bedarf die eingeleitete Wasserstoffmenge zu erhö¬ hen . By the two sensors 14 and 15, it is possible to determine a certain state in the exhaust pipe 7 or in the intake pipe 16 and forward it to the control device 13. The control device 13 is thereby able to direct the hydrogen is present in the container 9 in dependence of the NO x concentration in the exhaust gas line 7, or a function of an air mass flow through the Ver ¬ internal-combustion engine 2 in the exhaust pipe. 7 In this way a larger quantity of hydrogen in the exhaust gas line 7 into ¬ passes may be, for example, at an acceleration ¬ process in which a higher NO x emissions to be expected. It is also possible to deposit the required data in a map in the control device 13 in order to supply an increased amount of hydrogen at certain times. Of course, the hydrogen can also be passed continuously into the exhaust pipe 7. Another possibility is a specific one To conduct basic amount of hydrogen in the 7Abgasleitung 7 and the introduced amount of hydrogen to be raised stabili ¬ hen in an established by one of the sensors 14 or 15 needed.
Um ein zusätzliches Tanken von Wasserstoff überflüssig zu machen, kann die Wasserstoffzuführeinrichtung 8 mit einer nicht dargestellten Einrichtung zur Reformierung von Kohlenwasserstoff oder -derivaten zu Wasserstoff aus dem für die Verbrennungskraftmaschine 2 vorgesehenem Kraftstoff, also einem Reformer oder dergleichen, verbunden sein. Der benötigte Wasserstoff könnte auch mittels einer Elektrolyse ei¬ ner geeigneten Substanz, z.B. Wasser, hergestellt werden. Diese beiden Möglichkeiten werden hierin unter dem Begriff „H2-Generator" zusammengefasst . Der Behälter 9 kann in einem solchen Fall entweder weggelassen oder durch einen kleineren Zwischenspeicher ersetzt werden. In order to make an additional refueling of hydrogen superfluous, the hydrogen supply device 8 may be connected to a device, not shown, for reforming hydrocarbon or derivatives to hydrogen from the fuel provided for the internal combustion engine 2, ie a reformer or the like. The necessary hydrogen may also be prepared by means of electrolysis ei ¬ ner suitable substance, for example water. These two possibilities are summarized herein by the term "H2 generator." In such a case, the container 9 can either be omitted or replaced by a smaller intermediate storage.
Wenn der Grundkörper 3 nicht gleichzeitig als Rußfilter ausgebildet ist, wie dies oben kurz beschrieben wird, so kann in Strömungsrichtung des Abgases in der 7Abgasleitung 7 ein nicht dargestellter Partikelfilter dem Katalysator 1 vor- oder nachgeschaltet werden. Der Grundkörper 3 dient somit lediglich zum Halten der Trägerschicht 4. If the main body 3 is not simultaneously designed as a soot filter, as described briefly above, so in the flow direction of the exhaust gas in the 7Abgasleitung 7 an unillustrated particulate filter upstream or downstream of the catalyst 1. The main body 3 thus serves only for holding the carrier layer 4.
In Fig. 7 ist die Vorrichtung 6 bei einer industriellen Anwendung, also zur selektiven NOx-Reduktion in den Abgasen einer nur schematisch angedeuteten Industrieanlage 17, beispielsweise einem Kraftwerk, dargestellt. Die Vorrichtung 6, die mit Ausnahme des Verzichts auf den Sensor 15 und die An¬ saugleitung 16 ähnlich zu derjenigen gemäß Fig. 6 ausgebil-
det ist, arbeitet dabei im Gegensatz zur Anwendung bei der Verbrennungskraftmaschine 2 in einem stationären Betrieb. Der wichtigste Unterschied zu dem instationären Betrieb des Katalysators 1 bei der Verbrennungskraftmaschine 2 besteht dabei darin, dass sich im stationären Betrieb sehr viel schneller ein Gleichgewicht einstellt, wodurch sich sehr gute Arbeitsbedingungen für den Katalysator 1 ergeben. In Fig. 7, the device 6 in an industrial application, ie for selective NO x reduction in the exhaust gases of an only schematically indicated industrial plant 17, for example, a power plant shown. The device 6, with the exception of the omission of the sensor 15 and the suction line 16 at ¬ similar to that shown in FIG. 6 trained det, works in contrast to the application in the internal combustion engine 2 in a stationary operation. The most important difference to the transient operation of the catalyst 1 in the internal combustion engine 2 is that in stationary operation a much faster equilibrium is established, resulting in very good working conditions for the catalyst 1.
In der nachfolgenden Tabelle sind einige beispielhafte Zu¬ sammensetzungen des Katalysators 1 angegeben: In the following table some exemplary are ¬ indicated sammensetzungen of catalyst 1:
Prinzipiell kann der Palladiumgehalt zwischen 0,1 - 1 Mas¬ sen-%, insbesondere zwischen 0,35 - 0,55 Massen-% liegen, wobei ein geringerer Palladiumgehalt tendenziell eine höhere Abgastemperatur erfordert, die Kosten des jeweiligen Katalysators 1 jedoch je nach Größe desselben teilweise deutlich reduziert. Des Weiteren hat sich ein Massenverhältnis der aktive Komponente 5b aus Palladium zu dem Promoter 5a aus Wolframoxid von 1:150 bis 1:10, insbesondere 1:100 bis 1:25 als besonders vorteilhaft herausgestellt. Im vorliegenden Fall sind die Massen-%-Angaben von Wolfram und Palladium auf 100% des Trägermaterials 4 gerechnet, d.h. es ergeben sich
mit dem Trägermaterial 4 insgesamt mehr als 100%. Des Weite¬ ren ist zu beachten, dass die genannten 8,7 Massen-% Wolfram ca. 11 Massen-% Wolframoxid entsprechen. In principle, the palladium content between 0.1 - 1 Mas ¬ transmitter%, especially between 0.35 - are 0.55% by mass, wherein a lower palladium content tends to require a higher exhaust gas temperature, the cost of the respective catalyst 1, however, depending on the size the same partially significantly reduced. Furthermore, a mass ratio of the active component 5b of palladium to the promoter 5a of tungsten oxide of 1: 150 to 1:10, in particular 1: 100 to 1:25 has proven to be particularly advantageous. In the present case, the mass% data of tungsten and palladium is calculated to be 100% of the support material 4, ie it results with the carrier material 4 total more than 100%. The width ¬ ren should be noted that the aforementioned 8.7% by mass of tungsten corresponds to approximately 11% by mass of tungsten oxide.
Für die Bestimmung des Aktivitäts- bzw. Selektivitätsverhal¬ tens der verschiedenen Katalysatormaterialien wurde das Verfahren der temperaturprogrammierten Reaktion (TPR) angewendet. Zur Durchführung der Messungen wurde zunächst die Katalysatormasse bei 5 bar gepresst und anschließend auf eine Korngröße von 125 - 250 μπι gebracht. Mit Hilfe zweier geeig¬ neter Siebe wurden Teilchen, die größer als 250 μπι und kleiner als 125 μπι waren, aussortiert. Anschließend wurden 500 mg des Materials 15 min lang bei 500°C im Argonstrom (500 ml/min) ausgeheizt, um adsorbierte Spezies, wie z. B. Wasser, Kohlenwasserstoffe oder Kohlenstoffdioxid zu entfernen. The temperature-programmed reaction (TPR) method was used to determine the activity or selectivity behavior of the various catalyst materials. To carry out the measurements, the catalyst mass was first pressed at 5 bar and then brought to a particle size of 125-250 μm. With the aid of two geeig ¬ neter sieves particles, the μπι greater than 250 and less than 125 were μπι, sorted out. Subsequently, 500 mg of the material was baked for 15 minutes at 500 ° C in an argon stream (500 ml / min) to adsorb adsorbed species such. As water, hydrocarbons or carbon dioxide to remove.
Dadurch wurden reproduzierbare Versuchsbedingungen sichergestellt. Anschließend wurde synthetisches Diesel-Modellabgas, dessen Zusammensetzung sich an typischen Werten eines realen Abgases orientierte, und Wasserstoff zudosiert. Um einen li¬ nearen Temperaturverlauf zu gewährleisten, wurde die Messung mit einer abkühlenden Rampe von 2 K/min im Bereich zwischen 50°C und 500°C durchgeführt. Die Messbedingungen, die in ge¬ wissen, in Klammern angegebenen Bereichen variieren können, sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt: This ensured reproducible experimental conditions. Subsequently, synthetic diesel model exhaust gas, the composition of which was based on typical values of a real exhaust gas, and hydrogen were added. To ensure li ¬-linear temperature variation, the measurement with a cooling ramp of 2 K / min in the range between 50 ° C and 500 ° C was performed. The measurement conditions, which can vary in ge ¬ know, indicated in brackets, are listed in the following table:
Temperaturbereich 50 - 500°C Temperature range 50 - 500 ° C
Die Versuche mit den oben angegebenen Katalysatorzusammensetzungen führte zu folgendem Ergebnis: The experiments with the catalyst compositions given above led to the following result:
Bei der Erhöhung der Pd-Beladung von 0,14 auf 0,27 Massen-% am Katalysatorsystem Pd/8, 7W/Zr02 nimmt die integrale N2- Selektivität sprunghaft zu. Bei weiterer Erhöhung der Pd- Beladung auf 0,82 Massen-% ist jedoch keine wesentliche Veränderung der StickstoffSelektivität bei der H2-deNOx-Reaktion mehr festzustellen. Während bei einer Pd-Beladung von 0,55 Massen-% Palladium der maximal mögliche NOx-Umsatz (62%) erreicht wird, nimmt der integrale NOx-Umsatz mit zunehmender Pd-Beladung ab. Dabei wird bei 0,41 Massen-% Palladium das Maximum des integralen NOx-Umsatzes erzielt. In Anbetracht der Reproduzierbarkeit der Messungen weisen die Katalysato¬ ren mit Pd-Beladungen von 0,27; 0,41; 0,55; und 0,68 sehr ähnliche X(NOx)int sowie S(N2)int auf. In der nachfolgenden Ta¬ belle sind die wichtigsten Kriterien zur Beurteilung der einzelnen Katalysatoren im Hinblick auf ihr Aktivitäts- bzw. Selektivitätsverhalten zusammengefasst . Optimale Bedingungen liegen vor, wenn der integrale NOx-Umsatz und die integrale N2-Selektivität möglichst hoch sind. When increasing the Pd loading from 0.14 to 0.27 mass% on the catalyst system Pd / 8, 7W / Zr02 the integral N 2 - selectivity increases dramatically. However, as the Pd loading is further increased to 0.82 mass%, there is no longer any significant change in nitrogen selectivity in the H 2 -deNO x reaction. While at a Pd loading of 0.55% by mass of palladium, the maximum possible NO (62%) is achieved x conversion, the integral NO x takes -Sales with increasing Pd loading. At 0.41 mass% palladium, the maximum of the integral NO x conversion is achieved. In view of the reproducibility of the measurements indicate the Katalysato ¬ ren with Pd loadings of 0.27; 0.41; 0.55; and 0.68 very similar X (NO x ) i n t and S (N 2 ) i n t. In the following table , the most important criteria for assessing the individual catalysts are summarized with regard to their activity or selectivity behavior. Optimal conditions exist when the integral NO x conversion and the integral N 2 selectivity are as high as possible.
Katalysator- Beladung Txmax X (NOx)max X(NOx)int S (N2)intCatalyst loading Txmax X (NO x ) max X (NO x ) int S (N 2 ) int
Kurzbezeichnung [Pd-eq] [_C] [%] [%] [%]Short name [Pd-eq] [_C] [%] [%] [%]
0, 14Pd/8, 7W/Zr02 1 180 59 40 86
0, 27Pd/8, 7W/Zr02 2 155 53 36 950, 14Pd / 8, 7W / Zr0 2 1 180 59 40 86 0, 27Pd / 8, 7W / Zr0 2 2 155 53 36 95
0, 41Pd/8, 7W/Zr02 3 160 55 38 950, 41Pd / 8, 7W / Zr0 2 3 160 55 38 95
0, 55Pd/8, 7W/Zr02 4 150 62 34 970, 55Pd / 8, 7W / Zr0 2 4 150 62 34 97
0, 68Pd/8, 7W/Zr02 5 150 56 34 950, 68Pd / 8, 7W / Zr0 2 5 150 56 34 95
0, 82Pd/8, 7W/Zr02 6 150 43 30 94 0, 82Pd / 8, 7W / Zr0 2 6 150 43 30 94
Für die Katalysatorzusammensetzung mit der Katalysator- Kurzbezeichnung 0, 41Pd/8, 7W/Zr02 sind in den Figuren 8 und 9 jeweilige Schaubilder angegeben, in denen der Umsatz und die Selektivität über der Abgastemperatur aufgetragen ist. Dabei sind in Fig. 8 der NOx-Umsatz X sowie die N2- und N20- Selektivität S bei der temperaturprogrammierten H2-deNOx- Reaktion unter Standard-Reaktionsbedingungen wie in der obigen Tabelle angegeben und in Fig. 9 der NOx-Umsatz X sowie die N2- und N20-Selektivität S bei der stationären H2-deNOx- Reaktion unter Standard-Reaktionsbedingungen wie in der obigen Tabelle angegeben dargestellt. For the catalyst composition with the catalyst abbreviation 0, 41Pd / 8, 7W / Zr0 2 , respective graphs are shown in FIGS. 8 and 9, in which the conversion and the selectivity are plotted against the exhaust gas temperature. In FIG. 8, the NO x conversion X and the N 2 and N 2 O selectivity S in the temperature-programmed H 2 -deNO x reaction under standard reaction conditions are given in the table above and in FIG NO x conversion X and the N 2 - and N 2 0 selectivity S in the stationary H 2 -deNO x - reaction under standard reaction conditions as shown in the table above.
Bei Vergleich der TPR-Untersuchung gemäß Fig. 8 mit der stationären Messung gemäß Fig. 9 ist erkennbar, dass der NOx- Umsatz und der integrale NOx-Umsatz bei stationärer Reaktionsführung deutlich höher sind. Im Rahmen der Messgenauigkeit sind die Abweichungen in Bezug auf die integrale N2- Selektivität sowie die N2-Selektivität im NOx-Umsatzmaximum aber nur marginal. Dieses Ergebnis zeigt, dass die tempera¬ turprogrammierte Reaktion mit einer Rampe von 2 K/min zu schnell abläuft, so dass die stationären Bedingungen nicht vollständig gegeben sind.
Comparing the TPR examination according to FIG. 8 with the stationary measurement according to FIG. 9, it can be seen that the NO x conversion and the integral NO x conversion are significantly higher for stationary reaction control. In terms of measurement accuracy, however, the deviations in terms of integral N 2 selectivity and N 2 selectivity in the NO x conversion maximum are only marginal. This result shows that the tempera ¬ turprogrammierte reaction with a ramp of 2 K / min is too fast so that the stationary conditions are not given in full.
Claims
1. Katalysator zur Verwendung bei einer selektiven NOx- Reduktion in NOx-haltigen Abgasen unter Zuführung von Wasserstoff zu den Abgasen, mit einem Grundkörper, einer auf dem Grundkörper aufgebrachten Trägerschicht aus Zirkoniumoxid, einem auf der Trägerschicht aufgebrachten Promoter aus Wolframoxid und einer auf der Trägerschicht aufgebrachten aktiven Komponente, 1. A catalyst for use in a selective NO x - reduction in NO x -containing exhaust gases while supplying hydrogen to the exhaust gases, comprising a base body, a carrier applied to the base body of zirconium oxide, an applied on the support layer promoter of tungsten oxide and on the carrier layer applied active component,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
die aktive Komponente (5b) aus Palladium besteht. the active component (5b) consists of palladium.
2. Katalysator nach Anspruch 1, 2. Catalyst according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
das Zirkoniumoxid der Trägerschicht (4) eine monokline the zirconium oxide of the carrier layer (4) is a monoclinic
Kristallmodifikation aufweist. Having crystal modification.
3. Katalysator nach Anspruch 1, 3. Catalyst according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
das Zirkoniumoxid der Trägerschicht (4) eine kubische the zirconia of the carrier layer (4) is cubic
Kristallmodifikation aufweist. Having crystal modification.
4. Katalysator nach Anspruch 1, 2 oder 3, 4. Catalyst according to claim 1, 2 or 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
das Massenverhältnis der aktive Komponente (5b) aus Pal¬ ladium zu dem Promoter (5a) aus Wolframoxid 1:150 bis 1:10, insbesondere 1:100 bis 1:25, beträgt. the mass ratio of the active component (5b) of Pal ¬ ladium to the promoter (5a) of tungsten oxide 1: 150 to 1:10, especially 1: 100 to 1:25, is.
5. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators zur selektiven NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei auf einen Grundkörper eine5. A process for preparing a catalyst for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases after a of claims 1 to 4, wherein on a base body a
Trägerschicht aus Zirkoniumoxid aufgebracht wird, wobei auf die Trägerschicht ein Promoter aus Wolframoxid und eine aktive Komponente aufgebracht wird, Carrier layer of zirconium oxide is applied, wherein a promoter of tungsten oxide and an active component is applied to the carrier layer,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
als die aktive Komponente (5b) Palladium verwendet wird. as the active component (5b) palladium is used.
6. Verfahren nach Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
für die Trägerschicht (4) Zirkoniumoxid mit einer mono- klinen Kristallmodifikation verwendet wird. for the carrier layer (4) zirconium oxide having a monoclonal crystal modification is used.
7. Verfahren nach Anspruch 5, 7. The method according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
für die Trägerschicht (4) Zirkoniumoxid mit einer kubi¬ schen Kristallmodifikation verwendet wird. for the support layer (4), zirconium oxide is used with a kubi ¬ rule crystal modification.
8. Vorrichtung (6) zur selektiven NOx-Reduktion in NOx- haltigen Abgasen, mit einem in einer Abgasleitung (7) angeordneten Katalysator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und mit einer Wasserstoffzuführeinrichtung (8) zur Einbringung von Wasserstoff in die Abgasleitung (7) . 8. Device (6) for the selective reduction of NO x in NO x -containing exhaust gases, with a in an exhaust line (7) arranged catalyst (1) according to one of claims 1 to 4, and with a hydrogen supply means (8) for introducing Hydrogen in the exhaust pipe (7).
9. Verfahren zur selektiven NOx-Reduktion in NOx-haltigen Abgasen mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei in die Abgasleitung (7), welche von den Abgasen durchströmt wird, Wasserstoff eingeleitet wird. 9. A method for selective NO x reduction in NO x -containing exhaust gases by means of a device according to claim 8, wherein in the exhaust gas line (7), which is traversed by the exhaust gases, hydrogen is introduced.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
die Temperatur der Abgase 120 - 200°C beträgt. the temperature of the exhaust gases is 120-200 ° C.
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