DE102016111148A1 - Ammoniak-Sperrkatalysator, ausgestaltet um der Erste in einem SCR-System zu sein - Google Patents

Ammoniak-Sperrkatalysator, ausgestaltet um der Erste in einem SCR-System zu sein Download PDF

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DE102016111148A1
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Mikael Larsson
David Micallef
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Johnson Matthey PLC
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Abstract

Beschrieben werden Katalysatorartikel, die einen Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC), der eine Mischung von Platin auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung und eines ersten SCR-Katalysators umfasst, und einen zweiten Katalysator, wie einen Diesel-Oxidationskatalysator, einen exothermen Diesel-Oxidationskatalysator (DEC), einen NOX-Absorber, einen selektiven katalytischen Reaktions(katalysator)/passiven NOX-Adsorber (SCR/PNA), einen Kaltstart-Katalysator (CSC) oder einen Drei-Wege-Katalysator (TWC), aufweisen. Die Katalysatorartikel können des Weiteren einen oder zwei weitere SCR-Katalysatoren enthalten. Die Katalysatoren können in einer von mehreren Konfigurationen vorliegen. Die katalytischen Artikel sind für eine selektive katalytische Reduktion (SCR) von NOX in Abgasen und zur Verringerung der Menge des Ammoniakschlupfs geeignet. Verfahren zur Verwendung der katalytischen Artikel in einem SCR-Verfahren, bei dem die Menge des Ammoniakschlupfs verringert ist, sind ebenfalls beschrieben.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Ammoniak-Sperrkatalysatoren (ASC), Artikel, die Ammoniak-Sperrkatalysatoren enthalten, und Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher Artikel zur Verringerung von Ammoniak-Schlupf.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in Dieselmotoren, stationären Gasturbinen und anderen Systemen erzeugt Abgas, das zur Entfernung von Stickstoffoxiden (NOX), die NO (Stickstoffmonoxid) und NO2 (Stickstoffdioxid) enthalten, behandelt werden muss, wobei NO den Hauptteil des gebildeten NOX ausmacht. Es ist bekannt, dass NOX eine Reihe von Gesundheitsproblemen bei Menschen verursacht und des Weiteren zu eine Reihe von schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt, einschließlich der Bildung von Smog und saurem Regen, führt. Zur Milderung der Auswirkungen von NOX im Abgas sowohl auf Menschen als auch auf die Umwelt ist es wünschenswert, diese unerwünschten Komponenten vorzugsweise durch ein Verfahren, das keine weiteren schädlichen oder toxischen Substanzen erzeugt, zu entfernen.
  • Abgas, das in Magergemisch- und Dieselmotoren erzeugt wird, ist allgemein oxidativ. NOX muss selektiv reduziert werden mit einem Katalysator und einem Reduktionsmittel in einem als selektive katalytische Reduktion (SCR) bekannten Verfahren, das NOX zu elementarem Stickstoff (N2) und Wasser umwandelt. Bei einem SCR-Verfahren wird ein gasförmiges Reduktionsmittel, typischerweise wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, zu einem Abgasstrom zugegeben, bevor das Abgas mit dem Katalysator in Kontakt gelangt. Das Reduktionsmittel wird auf dem Katalysator absorbiert und das NOX wird reduziert, während die Gase durch oder über das katalysierte Substrat strömen. Zur Maximierung der Umwandlung von NOX ist es häufig erforderlich, mehr als eine stöchiometrische Menge an Ammoniak zu dem Gasstrom zuzugeben. Die Freisetzung des überschüssigen Ammoniaks in die Atmosphäre wäre jedoch schädlich für die Gesundheit der Menschen und für die Umwelt. Darüber hinaus ist Ammoniak basisch, insbesondere in seiner wässrigen Form. Eine Kondensation von Ammoniak und Wasser in Bereichen der Abgasleitung stromab der Abgaskatalysatoren kann zu einem korrosiven Gemisch führen, das das Abgassystem beschädigen kann. Daher sollte die Freisetzung von Ammoniak im Abgas verhindert werden. Bei zahlreichen herkömmlichen Abgassystemen ist ein Ammoniak-Oxidationskatalysator (auch bekannt als Ammoniak-Slip-Katalysator bzw. Ammoniak-Sperrkatalysator oder "ASC") stromab des SCR-Katalysators eingebaut, um Ammoniak aus dem Abgas durch Umwandeln von diesem in Stickstoff zu entfernen. Die Verwendung von Ammoniak-Sperrkatalysatoren kann NOX-Umwandlungen von mehr als 90 % über einen typischen Dieselfahrzyklus hinweg ermöglichen.
  • Es wäre wünschenswert, über einen Katalysator zu verfügen, der sowohl für eine Entfernung von NOX mittels SCR als auch für eine selektive Ammoniakumwandlung zu Stickstoff sorgt, wobei die Ammoniakumwandlung über einen breiten Temperaturbereich in einem Fahrzyklus eines Fahrzeugs erfolgt und minimale Stickstoffoxid- und Distickstoffoxid-Nebenprodukte gebildet werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Katalysatorartikel, der ein ein Einlassende und ein Auslassende umfassendes Substrat, eine erste Zone und eine zweite Zone umfasst, wobei die erste Zone einen Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) umfasst, der ein Platingruppenmetall und einen ein Metallaustausch-Molekularsieb, Vanadium oder ein unedles Metall umfassenden ersten SCR-Katalysator umfasst, und die zweite Zone einen zweiten Katalysator umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC), einem exothermen Dieselkatalysator (DEC), einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem NOX-Absorber, einem selektiven katalytischen Reduktions(katalysator)/passiven NOX-Adsorber (SCR/PNA), einem Kaltstart-Katalysator (CSC) oder einem Drei-Wege-Katalysator (TWC) besteht, wobei die erste Zone relativ zu der zweiten Zone stromauf bezüglich der Gasströmung angeordnet ist.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Abgassysteme, die einen katalytischen Artikel des ersten Aspekts der Erfindung und ein Mittel zur Bildung von NH3 in dem Abgas umfassen.
  • In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verbrennungsquelle, die ein Abgassystem umfasst, das einen Artikel des ersten Aspekts der Erfindung und ein Mittel zur Bildung von NH3 in dem Abgas umfasst.
  • In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung einer Exotherme in einem Katalysator, wobei das Verfahren ein In-Kontakt-bringen eines Kohlenwasserstoffe umfassenden Abgases mit dem Katalysator des ersten Aspekts der Erfindung umfasst.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verringerung der N2O-Bildung aus NH3 in einem Abgas, wobei das Verfahren ein In-Kontakt-bringen eines Ammoniak umfassenden Abgases mit einem Katalysatorartikel des ersten Aspekts der Erfindung umfasst.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC in dem Abgasstrom vor einem DOC oder anderen Katalysator positioniert ist.
  • 2 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC eine Doppelschicht ist und in dem Abgasstrom vor einem DOC oder anderen Katalysator positioniert ist. Darstellungen der Doppelschichten sind ebenfalls gezeigt.
  • 3 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC eine Mischung ist und in dem Abgasstrom vor einem DOC oder anderen Katalysator positioniert ist.
  • 4 zeigt eine Konfiguration, in der ein ASC in dem Abgasstrom vor einem Filter positioniert ist und ein SCR hinter dem Filter platziert ist, wobei der ASC eine Doppelschicht oder eine Mischung sein kann und das Filter beschichtet oder unbeschichtet ist.
  • 5 zeigt eine Konfiguration, in der ein ASC in dem Abgasstrom vor und hinter einem Filter positioniert ist, wobei der vor dem Filter befindliche ASC eine Doppelschicht ist, worin der SCR sowohl die Einlassseite als auch die Oberseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt, und der nach bzw. hinter dem Filter befindliche ASC eine Doppelschicht ist, worin der SCR die Einlassseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt und das Filter beschichtet oder unbeschichtet ist.
  • 6 zeigt eine Konfiguration, in der ein ASC in dem Abgasstrom vor und nach einem Filter positioniert ist, wobei beide ASCs Doppelschichten sind, worin der SCR sowohl die Einlassseite als auch die Oberseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt und das Filter beschichtet oder unbeschichtet ist.
  • 7 zeigt eine Konfiguration in der der ASC in dem Abgasstrom vor einem DOC oder anderen Katalysator positioniert ist und der ASC eine Doppelschicht mit auf der Einlassseite des SCR befindlichem Ammoniak-Sperrkatalysator ist und der SCR zwischen dem DOC oder anderen Katalysator angeordnet ist.
  • 8 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC in dem Abgasstrom vor einem DOC oder anderen Katalysator positioniert ist und der ASC eine Doppelschicht ist, worin der Ammoniak-Sperrkatalysator auf der Einlassseite des SCR angeordnet ist und ein Bereich bzw. Teil des SCR die Oberseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt und der SCR sich zwischen dem DOC oder anderen Katalysator befindet.
  • 9 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC in dem Abgasstrom vor einem SCR-Katalysator, der stromauf eines DOC oder anderen Katalysators angeordnet ist, positioniert ist, wobei der ASC eine Doppelschicht ist, wobei der SCR vor dem Ammoniak-Oxidationskatalysator angeordnet ist. In weiteren, nicht gezeigten Konfigurationen kann ein Bereich entweder des SCR-Katalysators in dem ASC oder des SCR zwischen dem ASC und dem DOC oder anderen Katalysator die Oberseite der Ammoniak-Oxidationsschicht bedecken.
  • 10 ist eine grafische Darstellung, die die NH3-Umwandlung, N2O-Selektivität und NOX-Selektivität bei Verwendung von frischen Katalysatoren zeigt.
  • 11 ist eine grafische Darstellung, die die NH3-Umwandlung, N2O-Selektivität und NOX-Selektivität bei Verwendung von gealterten Katalysatoren zeigt.
  • 12 ist eine grafische Darstellung, die die NO-Umwandlung bei Verwendung von frischen Katalysatoren zeigt.
  • 13 ist eine grafische Darstellung, die die NO-Umwandlung bei Verwendung von gealterten Katalysatoren zeigt.
  • 14 ist eine grafische Darstellung, die die CO-Umwandlung bei Verwendung von frischen Katalysatoren zeigt.
  • 15 ist eine grafische Darstellung, die die CO-Umwandlung bei Verwendung von gealterten Katalysatoren zeigt.
  • 16 ist eine grafische Darstellung, die die Kohlenwasserstoff(HC)-Umwandlung bei Verwendung eines frischen Vergleichskatalysators zeigt.
  • 17 ist eine grafische Darstellung, die die Kohlenwasserstoff(HC)-Umwandlung bei Verwendung eines frischen Katalysators mit einem Pt:Pd-Verhältnis von 1:5 zeigt.
  • 18 ist eine grafische Darstellung, die die Kohlenwasserstoff(HC)-Umwandlung bei Verwendung eines frischen Katalysators mit einem Pt:Pd-Verhältnis von 2:1 zeigt.
  • 19 ist eine grafische Darstellung, die die Kohlenwasserstoff(HC)-Umwandlung bei Verwendung eines gealterten Vergleichskatalysators zeigt.
  • 20 ist eine grafische Darstellung, die die Kohlenwasserstoff(HC)-Umwandlung bei Verwendung eines gealterten Katalysators mit einem Pt:Pd-Verhältnis von 1:5 zeigt.
  • 21 ist eine grafische Darstellung, die die Kohlenwasserstoff(HC)-Umwandlung bei Verwendung eines gealterten Katalysators mit einem Pt:Pd-Verhältnis von 2:1 zeigt.
  • 22 ist eine grafische Darstellung, die die Temperatur an verschiedenen Punkten in einem Abgassystem, das einen Vergleichskatalysator mit Pt als dem alleinigen PGM enthält, zeigt.
  • 23 ist eine grafische Darstellung, die die Temperatur an verschiedenen Punkten in einem Abgassystem, das einen Vergleichskatalysator mit Pt und Pd in einer 1:5 Beladung enthält, zeigt.
  • 24 ist eine grafische Darstellung, die die Temperatur an verschiedenen Punkten in einem Abgassystem, das einen Vergleichskatalysator mit Pt und Pd in einer 2:1 Beladung enthält, zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Wie in der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Patentansprüchen verwendet, umfassen die Singularformen "ein", "eine", "einer" und "der", "die" bzw. "das" die entsprechenden Mehrzahlformen, wenn der Zusammenhang nicht klar etwas anderes angibt.
  • Somit umfasst beispielsweise eine Bezugnahme auf "einen Katalysator" ein Gemisch von zwei oder mehr Katalysatoren, und Ähnliches.
  • Der Begriff "Ammoniak-Schlupf" bedeutet die Menge an nicht umgesetztem Ammoniak, die durch den SCR-Katalysator hindurchtritt.
  • Der Begriff "Träger" bedeutet das Material, an dem der Katalysator fixiert ist.
  • Der Begriff "ein Träger mit geringer Ammoniakspeicherung" bedeutet einen Träger, der weniger als 0,001 mmol NH3 pro m3 des Trägers speichert. Der Träger mit geringer Ammoniakspeicherung ist vorzugsweise ein Molekularsieb oder Zeolith mit einem Gerüsttyp, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AEI, ANA, ATS, BEA, CDO, CFI, CHA, CON, DDR, ERI, FAU, FER, GON, IFR, IFW, IFY, IHW, IMF, IRN, IRY, ISV, ITE, ITG, ITN, ITR, ITW, IWR, IWS, IWV, IWW, JOZ, LTA, LTF, MEL, MEP, MFI, MRE, MSE, MTF, MTN, MTT, MTW, MVY, MWW, NON, NSI, RRO, RSN, RTE, RTH, RUT, RWR, SEW, SFE, SFF, SFG, SFH, SFN, SFS, SFV, SGT, SOD, SSF, SSO, SSY, STF, STO, STT, SVR, SVV, TON, TUN, UOS, UOV, UTL, UWY, VET, VNI besteht. Stärker bevorzugt besitzt das Molekularsieb oder der Zeolith einen Gerüsttyp, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus BEA, CDO, CON, FAU, MEL, MFI und MWW besteht, noch stärker bevorzugt ist der Gerüsttyp aus der Gruppe ausgewählt, die aus BEA und MFI besteht.
  • Der Begriff "calcinieren" oder "Calcinierung" bedeutet ein Erhitzen des Materials in Luft oder Sauerstoff. Diese Definition stimmt mit der IUPAC-Definition einer Calcinierung überein. (IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2. Ausgabe ("Gold Book"). Erstellt von A. D. McNaught und A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Korrigierte XML-Onlineversion: http://goldbook.iupac.org (2006-), erzeugt von M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; die Updates wurden erzeugt von A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. Doi:10.1351/goldbook.) Die Calcinierung wird durchgeführt, um ein Metallsalz zu zersetzen und den Austausch von Metallionen in dem Katalysator zu unterstützen und auch um den Katalysator an ein Substrat anzuheften. Die bei der Calcinierung verwendeten Temperaturen hängen von den Komponenten in dem zu calcinierenden Material ab und liegen im Allgemeinen zwischen etwa 400 °C bis etwa 900 °C während etwa 1 bis 8 Stunden. In einigen Fällen kann eine Calcinierung bis zu einer Temperatur von etwa 1200 °C durchgeführt werden. Bei Anwendungen, die die hier beschriebenen Verfahren einbeziehen, werden die Calcinierungen im Allgemeinen bei Temperaturen von etwa 400 °C bis etwa 700 °C während etwa 1 bis 8 Stunden, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 400 °C bis etwa 650 °C während etwa 1 bis 4 Stunden durchgeführt.
  • Der Begriff "etwa" bedeutet "näherungsweise" und bezieht sich auf einen Bereich, der optional ± 25 %, vorzugsweise ± 10 %, stärker bevorzugt ± 5 % oder am stärksten bevorzugt ± 1 % des Wertes ist, mit dem der Begriff verbunden ist.
  • Wenn ein Bereich oder Bereiche für verschiedene numerische Elemente bereitgestellt wird (werden), kann der Bereich bzw. können die Bereiche die Werte umfassen, wenn nicht anders angegeben.
  • Der Begriff "N2-Selektivität" bedeutet die prozentuale Umwandlung von Ammoniak in Stickstoff.
  • Die Begriffe "Diesel-Oxidationskatalysator" (DOC), "exothermer Dieselkatalysator" (DEC), "NOX-Absorber", "SCR-PNA" (selektiver katalytischer Reduktions(katalysator)/passiver NOX-Adsorber), "Kaltstart-Katalysator" (CSC) und "Drei-Wege-Katalysator" (TWC) sind auf dem einschlägigen Fachgebiet wohlbekannte Begriffe, die zur Beschreibung verschiedener, zur Behandlung von Abgasen aus Verbrennungsprozessen verwendeter Katalysatoren verwendet werden.
  • Der Begriff "Platingruppenmetall" oder "PGM" bezieht sich auf Platin, Palladium, Ruthenium, Rhodium, Osmium und Iridium. Die Platingruppenmetalle sind vorzugsweise Platin, Palladium, Ruthenium oder Rhodium.
  • Die Begriffe "stromab" und "stromauf" beschreiben die Orientierung eines Katalysators oder Substrats, wobei die Strömung des Abgases von dem Einlassende zu dem Auslass-ende des Substrats oder Artikels erfolgt.
  • In dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Katalysatorartikel ein ein Einlassende und ein Auslassende umfassendes Substrat, eine erste Zone und eine zweite Zone, wobei die erste Zone einen Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC), der ein Platingruppenmetall und einen ein Metallaustausch-Molekularsieb, Vanadium oder ein unedles Metall umfassenden ersten SCR-Katalysator umfasst, und wobei die zweite Zone einen zweiten Katalysator umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC), einem exothermen Dieselkatalysator (DEC), einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem NOX-Absorber, einem selektiven katalytischen Reduktions(katalysator)/passiven NOX-Adsorber (SCR/PNA), einem Kaltstart-Katalysator (CSC) oder einem Drei-Wege-Katalysator (TWC) besteht, wobei die erste Zone relativ zu der zweiten Zone stromaufseitig bezüglich der Gasströmung angeordnet ist.
  • Der Ammoniak-Sperrkatalysator umfasst einen ein Platingruppenmetall umfassenden Ammoniak-Oxidationskatalysator und einen ersten SCR-Katalysator, der ein Metallaustausch-Molekularsieb, Vanadium, ein unedles Metall, ein Oxid eines unedlen Metalls oder ein Mischoxid umfasst. Der PGM-Katalysator und der SCR-Katalysator können in einer von vier Konfigurationen vorliegen: in drei Typen von Doppelschichtkonfigurationen und einer Mischung. In der ersten Doppelschichtkonfiguration befindet sich der Ammoniak-Oxidationskatalysator in einer unteren Schicht und ein SCR-Katalysator in der oberen Schicht. Bei der zweiten Doppelschichtkonfiguration befindet sich der SCR-Katalysator in einer Schicht vor einer den Ammoniak-Oxidationskatalysator umfassenden Schicht. Bei der dritten Doppelschichtkonfiguration befindet sich der SCR-Katalysator in einer Schicht vor einer den Ammoniak-Oxidationskatalysator umfassenden Schicht und ein Bereich bzw. Teil des SCR-Katalysators ist auch in einer oberen Schicht über dem Ammoniak-Oxidationskatalysator vorhanden. Diese Doppelschichtkonfigurationen können dargestellt werden als:
    Figure DE102016111148A1_0002
  • In jeder dieser Konfigurationen kann die Schicht mit dem SCR-Katalysator des Weiteren ein Platingruppenmetall, vorzugsweise Platin oder Palladium, stärker bevorzugt Palladium, umfassen. Der Ammoniak-Sperrkatalysator kann eine ein Platingruppenmetall umfassende untere Schicht und eine den ersten SCR-Katalysator umfassende obere Schicht, die über der unteren Schicht angeordnet ist, umfassen.
  • In der vierten Konfiguration umfasst der Ammoniak-Sperrkatalysator eine Mischung eines Platingruppenmetalls (PGM) auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung und eines ersten SCR-Katalysators. Vorzugsweise umfasst das Platingruppenmetall Platin, Palladium oder ein Gemisch hiervon. Die Mischung kann des Weiteren Pd, Nb-Ce-Zr oder Nb auf MnO2 umfassen.
  • Wenn der Artikel zwei oder mehr ASCs umfasst, können der Ammoniak-Oxidationskatalysator und der SCR-Katalysator in den ASCs gleich oder verschieden sein.
  • Die erste Zone und die zweite Zone können auf dem gleichen Substrat angeordnet sein, wobei die erste Zone auf der Seite des Einlasses bzw. auf der Einlassseite des Substrats angeordnet ist und die zweite Zone auf der Seite des Auslasses bzw. auf der Auslassseite des Substrats angeordnet ist. Der Katalysatorartikel kann des Weiteren ein zweites Substrat umfassen, wobei die erste Zone auf einem ersten Substrat angeordnet ist und die zweite Zone auf dem zweiten Substrat angeordnet ist und das erste Substrat stromauf des zweiten Substrats angeordnet ist. Der Katalysatorartikel kann ein erstes Teil und ein zweites Teil umfassen, wobei die erste Zone in dem ersten Teil angeordnet ist und die zweite Zone in dem zweiten Teil angeordnet ist und das erste Teil stromauf des zweiten Teils angeordnet ist. Der Katalysatorartikel kann ein erstes Teil und ein zweites Teil umfassen, wobei ein Bereich der ersten Zone in dem ersten Teil angeordnet ist und der Rest der ersten Zone und die zweite Zone in dem zweiten Teil angeordnet sind und das erste Teil stromauf des zweiten Teils angeordnet ist. Der Katalysatorartikel kann ein erstes Teil und ein zweites Teil umfassen, wobei die erste Zone in dem ersten Teil angeordnet ist und der Rest der ersten Zone und die zweite Zone in dem zweiten Teil angeordnet sind und das erste Teil stromauf des zweiten Teils angeordnet ist. In jeder dieser Kombinationen von Teilen können zusätzliche Katalysatoren auch in dem zweiten Teil oder auf zusätzlichen Teilen nach dem zweiten Teil platziert sein.
  • Die Menge an PGM in dem ASC kann abhängend von der Zusammensetzung des Katalysatorartikels variieren. Beispielsweise kann das PGM bei Niveaus von etwa 0,1 g/ft3 bis etwa 5 g/ft3, vorzugsweise von etwa 0,1 g/ft3 bis etwa 1 g/ft3 vorhanden sein. In einigen Konfigurationen kann, wenn die Erzeugung einer Exotherme wünschenswert ist, das PGM bei Niveaus von etwa 1 g/ft3 bis etwa 20 g/ft3, vorzugsweise von etwa 5 g/ft3 bis etwa 10 g/ft3 vorhanden sein. In einigen Konfigurationen ist das PGM Pt, Pd oder eine Kombination von Platin und Palladium. Wenn sowohl Pt als auch Pd verwendet werden, kann das Verhältnis von Pt:Pd zwischen etwa 10:1 und 1:100, vorzugsweise von etwa 5:1 bis 1:10 betragen.
  • Der Ammoniak-Oxidationskatalysator kann Platin auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung umfassen. Der Träger mit geringer Ammoniakspeicherung kann ein silicatischer Träger sein. Der silicatische Träger kann ein Siliciumdioxid oder einen Zeolith mit einem Siliciumdioxid-zu-Aluminiumoxid-Verhältnis von mindestens einem der folgenden Werte umfassen: (a) mindestens 100, (b) mindestens 200, (c) mindestens 250, (d) mindestens 300, (e) mindestens 400, (f) mindestens 500, (g) mindestens 750 und (h) mindestens 1000. Der silicatische Träger kann ein Molekularsieb umfassen, das einen BEA-, CDO-, CON-, FAU-, MEL-, MFI-, oder MWW-Gerüsttyp aufweist. Das Verhältnis der Menge des SCR-Katalysators zu der Menge von Platin auf dem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung kann in dem Bereich von 0:1 bis 300:1, vorzugsweise 3:1 bis 300:1, stärker bevorzugt 7:1 bis 100:1 und am stärksten bevorzugt 10:1 bis 50:1, einschließlich eines jeden der Endpunkte in dem jeweiligen Verhältnis, bezogen auf das Gewicht dieser Komponenten, liegen.
  • Die zweite Zone kann eine Mischung eines Oxidationskatalysators und eines zweiten SCR-Katalysators umfassen.
  • Der katalytische Artikel kann des Weiteren einen zweiten SCR-Katalysator umfassen, wobei der zweite SCR-Katalysator entweder stromauf des Ammoniak-Sperrkatalysators oder zwischen dem Ammoniak-Sperrkatalysator und dem zweiten Katalysator angeordnet ist. Ein Bereich des zweiten SCR-Katalysators kann zumindest teilweise den Ammoniak-Sperrkatalysator überlappen.
  • Der katalytische Artikel kann einen zweiten SCR-Katalysator umfassen, wobei der zweite SCR-Katalysator zwischen dem Ammoniak-Oxidationskatalysator und dem zweiten Katalysator (z.B. stromab eines ASC und stromauf eines Diesel-Oxidationskatalysators (DOC), eines exothermen Dieselkatalysators (DEC), eines katalysierten Rußfilters (CSF), eines NOX-Absorbers, eines selektiven katalytischen Reduktions(katalysators)/passiven NOX-Adsorbers (SCR/PNA), eines Kaltstart-Katalysators (CSC) oder eines Drei-Wege-Katalysators (TWC)) angeordnet ist.
  • SCR-Katalysatoren
  • Der Katalysatorartikel kann einen oder mehrere SCR-Katalysator(en) umfassen. Der in jedem der Ammoniak-Sperrkatalysatoren vorhandene SCR-Katalysator wird als erster SCR-Katalysator bezeichnet. Dieser SCR-Katalysator ist in dem ASC als Teil einer Doppelschicht oder in einer Mischung mit Pt auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung vorhanden. Der erste SCR-Katalysator kann ein Metallaustausch-Molekularsieb, Vanadium oder ein unedles Metall sein. Der erste SCR-Katalysator ist vorzugsweise ein Cu-SCR-Katalysator, ein Fe-SCR-Katalysator oder ein Mischoxid, stärker bevorzugt ein Cu-SCR-Katalysator oder ein Mischoxid. Der Cu-SCR-Katalysator umfasst Kupfer und ein Molekularsieb. Der Fe-SCR-Katalysator umfasst Eisen und ein Molekularsieb. Die Molekularsiebe sind nachfolgend weiter beschrieben. Kupfer oder Eisen können sich in dem Gerüst des Molekularsiebs und/oder an (austauschbaren) extra-Gerüst-Stellen in dem Molekularsieb befinden. Der erste SCR-Katalysator ist vorzugsweise ein Cu-SCR-Katalysator, der Kupfer und ein kleinporiges Molekularsieb umfasst, oder ein Fe-SCR-Katalysator, der Eisen und ein kleinporiges Molekularsieb umfasst. Das kleinporige Molekularsieb kann ein Alumosilicat, ein Aluminophosphat (AlPO), ein Silico-Aluminophosphat (SAPO) oder Gemische hiervon sein. Das kleinporige Molekularsieb kann aus der Gruppe von Gerüsttypen ausgewählt sein, die aus ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG und ZON, sowie Gemischen und/oder Verwachsungen hiervon besteht. Vorzugsweise kann das kleinporige Molekularsieb aus der Gruppe von Gerüsttypen ausgewählt sein, die aus CHA, LEV, AEI, AFX, ERI, SFW, KFI, DDR und ITE besteht. Das Verhältnis der Menge des ersten SCR-Katalysators zu der Menge von Platin auf dem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung kann in mindestens einem der folgenden Bereiche liegen: (a) 0:1 bis einschließlich 300:1, (b) 3:1 bis einschließlich 300:1, (c) 7:1 bis einschließlich 100:1; und (d) 10:1 bis einschließlich 50:1, bezogen auf das Gewicht dieser Komponenten. Platin kann in mindestens einer Menge aus den folgenden Bereichen vorhanden sein: (a) 0,01 bis einschließlich 0,3 Gew.-%, (b) 0,03 bis einschließlich 0,2 Gew.-%, (c) 0,05 bis einschließlich 0,17 Gew.-% und (d) 0,07 bis einschließlich 0,15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Trägers von Platin + das Gewicht von Platin + das Gewicht des ersten SCR-Katalysators in der Mischung.
  • Ein zweiter SCR-Katalysator kann ein unedles Metall, ein Oxid eines unedlen Metalls, ein Molekularsieb, ein metallausgetauschtes Molekularsieb oder ein Gemisch hiervon sein. Das unedle Metall kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Vanadium (V), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Chrom (Cr), Cer (Ce), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu) und Zirconium (Zr) und Gemischen hiervon besteht. SCR-Zusammensetzungen, die aus Vanadium, geträgert auf einem hitzebeständigen Metalloxid, wie Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Zirconiumoxid, Titanoxid, Ceroxid und Kombinationen hiervon bestehen, sind gut bekannt und werden weithin kommerziell in mobilen Anwendungen verwendet. Typische Zusammensetzungen sind in den US-Patenten Nr. 4 010 238 und 4 085 193 beschrieben, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Zusammensetzungen, die kommerziell – insbesondere in mobilen Anwendungen – verwendet werden, umfassen TiO2, auf das WO3 und V2O5 in Konzentrationen in einem Bereich von 5 bis 20 Gew.-% bzw. 0,5 bis 6 Gew.-% verteilt bzw. dispergiert wurden. Der zweite SCR-Katalysator kann Nb-Ce-Zr oder Nb auf MnO2 umfassen. Diese Katalysatoren können weitere anorganische Materialien, wie SiO2 und ZrO2 enthalten, die als Bindemittel und Promotoren wirken.
  • Wenn der SCR-Katalysator ein unedles Metall ist, kann der Katalysatorartikel des Weiteren mindestens einen Promotor des unedlen Metalls umfassen. Wie hier verwendet, ist ein "Promotor" so zu verstehen, dass der Begriff eine Substanz bedeutet, die bei Hinzufügen zu einem Katalysator die Aktivität des Katalysators erhöht. Der Promotor des unedlen Metalls kann in Form eines Metalls, eines Oxids des Metalls oder eines Gemisches hiervon vorliegen. Der mindestens eine Katalysatorpromotor des unedlen Metalls kann aus Neodym (Nd), Barium (Ba), Cer (Ce), Lanthan (La), Praseodym (Pr), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Mangan (Mn), Zink (Zn), Niob (Nb), Zirconium (Zr), Molybdän (Mo), Zinn (Sn), Tantal (Ta), Strontium (Sr) und Oxiden hiervon ausgewählt sein. Der mindestens eine Katalysatorpromotor des unedlen Metalls kann vorzugsweise MnO2, Mn2O3, Fe2O3, SnO2, CuO, CoO, CeO2 und Gemische hiervon sein. Der mindestens eine Katalysatorpromotor des unedlen Metalls kann zu dem Katalysator in Form eines Salzes in einer wässrigen Lösung, wie in Form eines Nitrats oder eines Acetats, zugegeben werden. Der mindestens eine Katalysatorpromotor eines unedlen Metalls und der mindestens eine ein unedles Metall umfassende Katalysator, z.B. Kupfer, können aus einer wässrigen Lösung auf das bzw. die Oxidträgermaterial(ien) imprägniert werden, können in einen das bzw. die Oxidträgermaterial(ien) umfassenden Washcoat zugegeben werden oder können in einen Träger, der zuvor mit dem Washcoat beschichtet wurde, imprägniert werden.
  • Der SCR-Katalysator kann ein Molekularsieb oder ein metallausgetauschtes Molekularsieb umfassen. Wie hier verwendet, soll der Begriff "Molekularsieb" ein kleine Poren einer präzisen und gleichförmigen Größe enthaltendes metastabiles Material bedeuten, das als Adsorptionsmittel für Gase oder Flüssigkeiten verwendet werden kann. Die Moleküle, die klein genug sind, um durch die Poren hindurchzutreten, werden adsorbiert, wohingegen die größeren Moleküle nicht adsorbiert werden. Das Molekularsieb kann ein zeolithisches Molekularsieb, ein nicht-zeolithisches Molekularsieb oder ein Gemisch hiervon sein.
  • Ein zeolithisches Molekularsieb ist ein mikroporöses Alumosilicat, das eine beliebige der Gerüststrukturen aufweist, die in der von der Internationalen Zeolithvereinigung (IZA) veröffentlichten Datenbank von Zeolithstrukturen aufgelistet sind. Die Gerüststrukturen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, diejenigen der CHA-, FAU-, BEA-, MFI-, MOR-Typen. Nicht einschränkende Beispiele von Zeolithen mit diesen Strukturen umfassen Chabasit, Faujasit, Zeolith Y, ultrastabilen Zeolith Y, Beta-Zeolith, Mordenit, Silicalit, Zeolith X und ZSM-5. Alumosilicatzeolithe können ein Siliciumdioxid/Aluminiumoxid-Molverhältnis (SAR) (definiert als SiO2/Al2O3) von mindestens etwa 5, vorzugsweise mindestens etwa 20, mit geeigneten Bereichen von etwa 10 bis 200, aufweisen.
  • Jeder beliebige der SCR-Katalysatoren kann ein kleinporiges, mittelporiges oder großporiges Molekularsieb oder Kombinationen hiervon umfassen. Ein "kleinporiges Molekularsieb" ist ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 8 tetraedrischen Atomen enthält. Ein "mittelporiges Molekularsieb" ist ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 10 tetraedrischen Atomen enthält. Ein "großporiges Molekularsieb" ist ein Molekularsieb, das eine maximale Ringgröße von 12 tetraedrischen Atomen aufweist. Der zweite SCR-Katalysator kann ein kleinporiges Molekularsieb umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alumosilicat-Molekularsieben, metallsubstituierten Alumosilicat-Molekularsieben, Aluminophosphat(AlPO)-Molekularsieben, metallsubstituierten Aluminophosphat(MeAlPO)-Molekularsieben, Silicoaluminophosphat(SAPO)-Molekularsieben und metallsubstituierten Silicoaluminophosphat(MeAPSO)-Molekularsieben und Gemischen hiervon besteht.
  • Jeder beliebige der SCR-Katalysatoren kann ein kleinporiges Molekularsieb umfassen, das aus der Gruppe von Gerüsttypen ausgewählt ist, die aus ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SFW, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG und ZON sowie Gemischen und/oder Verwachsungen hiervon besteht. Vorzugsweise ist das kleinporige Molekularsieb aus der Gruppe von Gerüsttypen ausgewählt, die aus AEI, AFX, CHA, DDR, ERI, ITE, KFI, LEV und SFW besteht.
  • Jeder beliebige der SCR-Katalysatoren kann ein mittelporiges Molekularsieb umfassen, das aus der Gruppe von Gerüsttypen ausgewählt ist, die aus AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI und WEN sowie Gemischen und/oder Verwachsungen hiervon besteht. Vorzugsweise ist das mittelporige Molekularsieb aus der Gruppe von Gerüsttypen ausgewählt, die aus FER, MFI und STT besteht.
  • Jeder beliebige der SCR-Katalysatoren kann ein großporiges Molekularsieb umfassen, das aus der Gruppe von Gerüsttypen ausgewählt ist, die aus AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, IFR, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, OKO, OSI, RON, RWY, SAF, SAO, SBE, SBS, SBT, SEW, SFE, SFO, SFS, SFV, SOF, SOS, STO, SSF, SSY, USI, UWY und VET und Gemischen und/oder Verwachsungen hiervon besteht. Vorzugsweise ist das großporige Molekularsieb aus der Gruppe von Gerüsttypen ausgewählt, die aus BEA, MOR und OFF besteht.
  • Ein metallausgetauschtes Molekularsieb kann mindestens ein Metall aus einer der Gruppen VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB oder IIB des Periodensystems aufweisen, das auf extra-Gerüst-Stellen auf der äußeren Oberfläche oder innerhalb der Kanäle, Hohlräume oder Käfige der Molekularsiebe deponiert ist. Die Metalle können in einer von mehreren Formen vorliegen, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, als nullwertige Metallatome oder Cluster, isolierte Kationen, mononukleäre oder polynukleäre Oxykationen oder als verlängerte bzw. „extended“ Metalloxide. Vorzugsweise können die Metalle Eisen, Kupfer und Gemische oder Kombinationen hiervon sein.
  • Das Metall kann mit dem Zeolith unter Verwendung eines Gemischs oder einer Lösung des Metallvorläufers in einem geeigneten Lösemittel kombiniert werden. Der Begriff "Metallvorläufer" bedeutet eine beliebige Verbindung oder einen beliebigen Komplex, die bzw. der auf dem Zeolith zum Erhalten einer katalytisch aktiven Metallkomponente verteilt bzw. dispergiert werden kann. Vorzugsweise ist das Lösemittel Wasser aufgrund sowohl ökonomischer als auch umweltbedingter Aspekte bei der Verwendung anderer Lösemittel. Wenn Kupfer, ein bevorzugtes Metall, verwendet wird, umfassen geeignete Komplexe oder Verbindungen, ohne darauf beschränkt zu sein, wasserfreies und hydratisiertes Kupfersulfat, Kupfernitrat, Kupferacetat, Kupferacetylacetonat, Kupferoxid, Kupferhydroxid und Salze von Kupferamminen (z.B. [Cu(NH3)4]2+). Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Metallvorläufer eines speziellen Typs, einer speziellen Zusammensetzung oder Reinheit beschränkt. Das Molekularsieb kann zu der Lösung der Metallkomponente unter Bildung einer Suspension zugegeben werden, die anschließend reagieren gelassen wird, so dass die Metallkomponente auf dem Zeolith verteilt wird. Das Metall kann in den Porenkanälen sowie auf der äußeren Oberfläche des Molekularsiebs verteilt sein. Das Metall kann in ionischer Form oder in Form eines Metalloxids verteilt sein. Beispielsweise kann Kupfer in Form von Kupfer(II)-ionen, Kupfer(I)-ionen oder in Form von Kupferoxid verteilt sein. Das das Metall enthaltende Molekularsieb kann von der flüssigen Phase der Suspension getrennt, gewaschen und getrocknet werden. Das erhaltene Metall enthaltende Molekularsieb kann daraufhin calciniert werden, um das Metall in dem Molekularsieb zu fixieren. Vorzugsweise umfasst bzw. umfassen ein oder mehrere SCR-Katalysator(en) ein Cu-SCR, ein Fe-SCR, Vanadium, ein Mischoxid, unterstütztes (bzw. gefördertes) Ce-Zr oder unterstütztes (bzw. gefördertes) MnO2. Ein Cu-SCR-Katalysator umfasst Kupfer und ein Molekularsieb und ein Fe-SCR-Katalysator umfasst Eisen und ein Molekularsieb. Vorzugsweise ist das Molekularsieb ein Alumosilicat, ein Aluminophosphat (AlPO), ein Silico-Aluminophosphat (SAPO) oder Gemische hiervon. Wenn der zweite SCR-Katalysator zwischen dem Ammoniak-Sperrkatalysator und dem zweiten Katalysator angeordnet ist, umfasst der zweite SCR vorzugsweise unterstütztes Ce-Zr oder unterstütztes MnO2.
  • Ein metallausgetauschtes Molekularsieb kann ein Metall der Gruppe VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB oder IIB in dem Bereich von etwa 0,10 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, das sich auf extra-Gerüst-Stellen auf der äußeren Oberfläche oder in den Kanälen, Hohlräumen oder Käfigen des Molekularsiebs befindet, enthalten. Vorzugsweise kann das extra-Gerüst-Metall in einer Menge in dem Bereich von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% vorhanden sein.
  • Das metallausgetauschte Molekularsieb kann ein geträgertes Kupfer (Cu) oder Eisen (Fe) umfassendes Molekularsieb sein, das etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-% Kupfer oder Eisen bezüglich des Gesamtgewichts des Katalysators aufweist. Stärker bevorzugt ist Kupfer oder Eisen von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% des Gesamtgewichts des Katalysators vorhanden. Am stärksten bevorzugt ist Kupfer oder Eisen von etwa 1 Gew.-% bis etwa 9 Gew.-% des Gesamtgewichts des Katalysators vorhanden.
  • Die hier beschriebenen Katalysatoren können bei der SCR-Behandlung von Abgasen aus verschiedenen Motoren verwendet werden. Eine der Eigenschaften eines Katalysators, der eine Mischung von Platin auf einem silicatischen Träger mit einem ersten SCR-Katalysator umfasst, wobei der erste SCR-Katalysator ein Cu-SCR- oder ein Fe-SCR-Katalysator ist, besteht darin, dass er eine Verbesserung der N2-Ausbeute aus Ammoniak bei einer Temperatur von etwa 250 °C bis etwa 350 °C im Vergleich zu einem Katalysator liefern kann, der eine vergleichbare Formulierung umfasst, in der der erste SCR-Katalysator in Form einer ersten Schicht vorhanden ist und Platin, geträgert auf einer Schicht, die Ammoniak speichert, in einer zweiten Beschichtung vorhanden ist, und NH3 umfassendes Gas durch die erste Schicht hindurchtritt, bevor es durch die zweite Beschichtung hindurchtritt. Eine weitere Eigenschaft eines Katalysators, der eine Mischung von Platin auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung mit einem ersten SCR-Katalysator umfasst, wobei der erste SCR-Katalysator ein Cu-SCR-Katalysator oder ein Fe-SCR-Katalysator ist, besteht darin, dass er eine verringerte Bildung von N2O aus NH3 im Vergleich zu einem Katalysator liefern kann, der eine vergleichbare Formulierung umfasst, in der der erste SCR-Katalysator in Form einer ersten Schicht vorhanden ist und Platin, geträgert auf einem Träger der Ammoniak speichert, in einer zweiten Beschichtung vorhanden ist, und NH3 umfassendes Gas durch die erste Schicht hindurchtritt, bevor es durch die zweite Beschichtung hindurchtritt.
  • In einer ersten Konfiguration umfasst ein Katalysatorartikel ein Substrat einen Einlass und einen Auslass umfassendes Substrat, eine erste Zone, die einen Ammoniak-Sperrkatalysator umfasst, der (a) einen ein PGM umfassenden Ammoniak-Oxidationskatalysator und einen ersten SCR-Katalysator umfasst, und eine zweite Zone, die einen Diesel-Oxidationskataly-sator, einen exothermen Dieselkatalysator (DEC), einen NOX-Absorber, einen selektiven katalytischen Reduktions(kstslysator)/passiven NOX-Adsorber (SCR/PNA), einen Kaltstart-Katalysator (CSC) oder einen Drei-Wege-Katalysator (TWC) umfasst, wobei die erste Zone auf der Einlassseite des Substrats angeordnet ist und die zweite Zone auf der Auslassseite des Substrats angeordnet ist. 1 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC am Einlass des Artikels in der Abgasströmung positioniert ist und der DOC oder einer der anderen Katalysatoren am Auslass des Artikels positioniert ist. Der Ammoniak-Sperrkatalysator kann in einer von drei Doppelschichtkonfigurationen, wie sie in 2 gezeigt sind, vorliegen. Der Ammoniak-Sperrkatalysator kann, wie in 3 gezeigt, des Weiteren in Form einer Mischung eines Platingruppenmetalls (PGM) auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung und eines ersten SCR-Katalysators vorliegen, wobei das Platingruppenmetall vorzugsweise Platin, Palladium oder ein Gemisch hiervon umfasst.
  • In einer weiteren Konfiguration umfasst ein Katalysatorartikel ein einen Einlass und einen Auslass umfassendes Substrat, eine erste Zone, die einen Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) umfasst, der (a) einen ein PGM umfassenden Ammoniak-Oxidationskatalysator und einen ersten SCR-Katalysator umfasst, und eine zweite Zone, die einen beschichteten oder unbeschichteten Filter umfasst, gefolgt von einem SCR-Katalysator, wie in 4 dargestellt. Der ASC kann in Form einer Doppelschicht oder einer Mischung gemäß obiger Beschreibung vorliegen. 5 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC in der ersten Zone als eine Doppelschicht konfiguriert ist, in der der SCR-Katalysator die Einlassseite und die Oberseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt und der ASC an dem Auslass als eine Doppelschicht konfiguriert ist, in der der SCR-Katalysator die Einlassseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt. 6 zeigt eine Konfiguration, in der beide ASCs als eine Doppelschicht konfiguriert sind, bei der der SCR-Katalysator die Einlassseite und die Oberseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt und der ASC an dem Auslass als eine Doppelschicht konfiguriert ist, bei der der SCR-Katalysator die Einlassseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt.
  • 7 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC in dem Abgasstrom vor einem DOC oder anderen Katalysator positioniert ist und der ASC eine Doppelschicht ist, worin der Ammoniak-Oxidationskatalysator auf der Einlassseite des SCR angeordnet ist und der SCR zwischen dem DOC oder anderen Katalysator angeordnet ist.
  • 8 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC in dem Abgasstrom vor einem DOC oder anderen Katalysator positioniert ist und der ASC eine Doppelschicht ist, worin der Ammoniak-Sperrkatalysator auf der Einlassseite des SCR angeordnet ist und ein Bereich des SCR die Oberseite des Ammoniak-Oxidationskatalysators bedeckt und der SCR sich zwischen dem DOC oder anderen Katalysatoren befindet. Vorzugsweise bedeckt der zweite SCR-Katalysator vollständig die erste Schicht, die eine Mischung von Platin auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung mit dem ersten SCR-Katalysator umfasst.
  • 9 zeigt eine Konfiguration, in der der ASC in dem Abgasstrom vor einem zweiten SCR-Katalysator, der stromauf eines DOC oder anderen Katalysators angeordnet ist, positioniert ist, wobei der ASC eine Doppelschicht ist, worin der SCR-Katalysator vor dem Ammoniak-Oxidationskatalysator angeordnet ist. In anderen Konfigurationen, die hier nicht gezeigt sind, kann ein Bereich entweder des SCR-Katalysators in dem ASC oder dem SCR zwischen dem ASC die Oberseite der Ammoniakoxidationsschicht bedecken.
  • In einer weiteren Konfiguration umfasst der Katalysatorartikel lediglich einen Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) und entweder (a) umfasst die zweite Zone keinen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC), oder (b) ist der DOC nicht benachbart zu oder stromab von dem Ammoniak-Sperrkatalysator angeordnet.
  • In einer weiteren Konfiguration umfasst der Katalysatorartikel des Weiteren eine dritte Zone, die einen ASC-Katalysator umfasst, wobei die dritte Zone zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone angeordnet ist. Das PGM in der ersten Zone kann Palladium in einer zur Erzeugung einer Exotherme ausreichenden Menge umfassen.
  • In jeder der obigen Konfigurationen kann jede der Zonen auf dem gleichen Substrat angeordnet sein oder es können zwei oder mehr Substrate mit einer oder mehreren Zonen auf jedem Substrat vorhanden sein. In einem Abgassystem können – wenn zwei oder mehr Substrate verwendet werden – ein oder mehrere Substrate in einem einzelnen Gehäuse oder einer einzelnen Verkleidung oder in verschiedenen Gehäusen oder Verkleidungen angeordnet sein.
  • Das Substrat für den Katalysator kann ein beliebiges Material sein, das typischerweise zur Herstellung von Automobilkatalysatoren verwendet wird, das eine Durchfluss- oder Filterstruktur umfasst, wie eine Wabenstruktur, ein extrudierter Körper, ein metallisches Substrat oder ein SCRF. Vorzugsweise weist das Substrat eine Vielzahl von feinen parallelen Gasflussdurchgängen auf, die sich von einer Einlass- zu einer Auslassseite des Substrats erstrecken, so dass die Durchgänge für die Strömung des Fluidums offen sind. Solche monolithischen Träger können bis zu etwa 700 oder mehr Strömungsdurchgänge (oder "Zellen") pro Quadratzoll des Durchmessers enthalten, obwohl weit weniger verwendet werden können. Beispielsweise kann der Träger etwa 7 bis 600, stärker üblich etwa 100 bis 400 Zellen pro Quadratzoll ("cpsi") aufweisen. Die Durchgänge, die im Wesentlichen gerade Wege von ihrem Fluidumeinlass zu ihrem Fluidumauslass sind, sind durch Wände definiert, auf die der SCR-Katalysator in Form eines "Washcoats" aufgetragen ist, so dass die durch die Durchgänge strömenden Gase mit dem katalytischen Material in Kontakt gelangen. Die Strömungsdurchgänge des Monolithsubstrats sind dünnwandige Kanäle, die eine beliebige geeignete Querschnittsform, wie trapezoid, rechteckig, quadratisch, dreieckig, sinusförmig, hexagonal, oval, rund usw., aufweisen können. Die Erfindung ist nicht auf einen speziellen Substrattyp, ein spezielles Substratmaterial oder eine spezielle Geometrie eines Substrats beschränkt.
  • Keramische Substrate können aus einem beliebigen geeigneten hitzebeständigen Material, wie Cordierit, Cordierit-α-Aluminiumoxid, α-Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Zirconiumoxid, Mullit, Spodumen, Aluminiumoxid-Siliciumdioxid Magnesiumoxid, Zirconiumsilicat, Sillimanit, Magnesiumsilicaten, Zirkon, Petalit, Alumosilicaten und Gemischen hiervon hergestellt sein.
  • Wandstromsubstrate können ferner aus keramischen Faserverbundmaterialien gebildet sein, wie solche, die aus Cordierit und Siliciumcarbid gebildet sind. Solche Materialien sind in der Lage, den Umgebungsbedingungen, insbesondere den hohen Temperaturen, zu widerstehen, die bei einer Behandlung der Abgasströme auftreten.
  • Die Substrate können ein eine hohe Porosität aufweisendes Substrat bzw. ein hochporöses Substrat sein. Der Begriff "hochporöses Substrat" bezieht sich auf ein Substrat, das eine Porosität von zwischen etwa 40 % und etwa 80 % aufweist. Das hochporöse Substrat kann eine Porosität vorzugsweise von mindestens etwa 45 %, stärker bevorzugt von mindestens etwa 50 % aufweisen. Das hochporöse Substrat kann eine Porosität, vorzugsweise von weniger als etwa 75 %, stärker bevorzugt von weniger als etwa 70 % aufweisen. Der Begriff "Porosität", wie hier verwendet, bezieht sich auf die Gesamtporosität, vorzugsweise gemäß Messung mit Quecksilberporosimetrie.
  • Vorzugsweise kann das Substrat Cordierit, ein hochporöser Cordierit, ein metallisches Substrat, ein extrudierter SCR, ein Filter oder ein SCRF sein.
  • Ein Washcoat, der eine Mischung von Platin auf einem silicatischen Träger und eines ersten SCR-Katalysators umfasst, wobei der erste SCR-Katalysator vorzugsweise ein Cu-SCR-Katalysator oder ein Fe-SCR-Katalysator ist, kann auf die Einlassseite des Substrats unter Verwendung eines auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Verfahrens appliziert werden. Nach der Applikation des Washcoats kann die Zusammensetzung getrocknet und optional calciniert werden. Wenn die Zusammensetzung einen zweiten SCR umfasst, kann der zweite SCR in einem gesonderten Washcoat entweder auf einen getrockneten oder einen calcinierten Artikel appliziert werden, der die untere Schicht aufweist, wie es weiter oben beschrieben ist. Nach Applikation des zweiten Washcoats kann dieser getrocknet und calciniert werden.
  • Das Substrat mit der Platin enthaltenden Schicht kann getrocknet und bei einer Temperatur in den Bereich von 300 °C bis 1200 °C, vorzugsweise 400 °C bis 700 °C und stärker bevorzugt 450 °C bis 650 °C calciniert werden. Die Calcinierung erfolgt vorzugsweise unter trockenen Bedingungen, sie kann jedoch auch hydrothermal, d.h. in Gegenwart eines gewissen Feuchtigkeitsgehalts, durchgeführt werden. Die Calcinierung kann während eines Zeitraums von zwischen etwa 30 Minuten und etwa 4 Stunden, vorzugsweise zwischen etwa 30 Minuten und etwa 2 Stunden, stärker bevorzugt zwischen etwa 30 Minuten und etwa 1 Stunde durchgeführt werden.
  • Ein Abgassystem kann einen Katalysatorartikel des ersten Aspekts der Erfindung und ein Mittel zum Einführen von NH3 in das Abgas oder zur Bildung von NH3 in dem Abgas umfassen. Wenn zwei oder mehr Substrate verwendet werden, können in einem Abgassystem ein oder mehr Substrate in einem einzelnen Gehäuse oder einer einzelnen Verkleidung oder in verschiedenen Gehäusen oder Verkleidungen angeordnet sein. Das Abgassystem kann des Weiteren ein katalysiertes Rußfilter (CSF) umfassen. Das katalysierte Rußfilter umfasst eine hohe PGM-Beladung in der Vorderseite des Filters. Eine hohe PGM-Beladung bedeutet eine Beladung von etwa 5 g/ft3 bis etwa 20 g/ft3 (vorzugsweise mindestens etwa 5 g/ft3 bei Schwerlastdieselmotoren und von etwa 10 g/ft3 bis etwa 20 g/ft3 in Leichtlastdieselmotoren) in etwa den vorderen 5 bis 50 mm des Filters.
  • Ein Motor kann ein Abgassystem umfassen, das einen Katalysatorartikel des ersten Aspekts der Erfindung und ein Mittel zum Einführen von NH3 in das Abgas oder zur Bildung von NH3 in dem Abgas umfasst. Der Motor kann ein Dieselmotor in einem Fahrzeug, ein Dieselmotor an einer stationären Quelle oder ein Dieselmotor auf einem Wasserfahrzeug, wie einem Schiff, sein.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bereitstellung einer Exotherme in einem Katalysator ein In-Kontakt-bringen eines ein verbrennbares Gas, wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid (CO) oder Wasserstoff, umfassenden Abgases mit dem Katalysator des ersten Aspekts der Erfindung.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Verringerung der N2O-Bildung aus NH3 in einem Abgas ein In-Kontakt-bringen eines Ammoniak umfasssenden Abgases mit dem katalytischen Artikel des ersten Aspekts der Erfindung.
  • Die nachfolgenden Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der Erfindung; der Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet erkennt zahlreiche Abwandlungen, die unter den Geist der Erfindung und den Umfang der Patentansprüche fallen.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1
  • Katalysatorartikel wurden auf einem Cordieritsubstrat (400 cpsi) durch anfängliches Aufbringen eines ein PGM auf Aluminiumoxid umfassenden Washcoats auf dem Substrat zur Bildung einer unteren Schicht und anschließendes Trocknen des Washcoats hergestellt. Eine obere Schicht wurde auf die untere Schicht durch Applizieren eines Kupferchabasit (Cu-CHA) (120 g/ft3 Cu) umfassenden Washcoats und anschließendes Trocknen der oberen Schicht aufgebracht. Nach dem Trocknen der oberen Schicht wurde der Artikel calciniert.
  • Ein Vergleichsartikel wurde hergestellt, der lediglich Platin als PGM mit einer Beladung von 3 g/ft3 enthielt. Eine Pt und Pd als PGM umfassende Probe wurde mit einer PGM-Gesamtbeladung von 18 g/ft3 und mit einem Pt:Pd-Verhältnis von 1:5 hergestellt. Eine Pt und Pd als PGM umfassende Probe wurde mit einer PGM-Gesamtbeladung von 18 g/ft3 und mit einem Pt:Pd-Verhältnis von 2:1 hergestellt.
  • Die Proben wurden in frischem Zustand und nach 100-stündiger hydrothermaler Alterung bei 580 °C getestet. Zuerst wurde N2-Gas über 1"x1"-Kerne der Proben geführt, während die Temperatur von Raumtemperatur auf 150 °C anstieg. Anschließend befand sich Gas, das NH3 = 500 ppm, CO2 = 4,5 %, H2O = 5 %, CO = 200 ppm, O2 = 12 % und zum Rest N2 enthielt, bei SV = 150000 h–1 über den Proben, während die Temperatur von 150 °C auf 500 °C mit einer (Erwärmungs-)Rate von 10 °C/Minute anstieg. Die Konzentrationen von NH3, NOX, N2O, CO und CO2 wurden mittels FTIR an dem Auslass aus dem System gemessen.
  • Die 10 und 11 zeigen die NH3-Umwandlung, N2O-Selektivität und NOX-Selektivität von den drei Proben von 200 °C bis 500 °C bei frischen bzw. gealterten Proben. Der Katalysator mit Pt und Pd in einem Verhältnis von 2:1 lieferte eine bessere Niedrigtemperatur-NH3-Umwandlung als die Vergleichsprobe mit lediglich Pt, während der Katalysator mit Pt und Pd in einem Verhältnis von 1:5 eine geringere NH3-Umwandlung unterhalb etwa 350 °C lieferte. Der Katalysator mit Pt und Pd in einem Verhältnis von 2:1 lieferte eine höhere N2O-Selektivität als die Vergleichsprobe mit lediglich Pt oder der Katalysator mit Pt und Pd in einem Verhältnis von 1:5. Die drei Katalysatoren lieferten eine ähnliche NOX-Selektivität. Diese Ergebnisse treffen auf sowohl frische als auch gealterte Proben zu.
  • Die 12 und 13 zeigen die NO-Umwandlungen von den drei Proben von 150 °C bis 500 °C bei frischen und gealterten Proben. Wiederum lieferten die frischen und die gealterten Proben ähnliche Ergebnisse, wobei das 2:1-Gemisch von Pt:Pd eine Umwandlung lieferte, die gleich oder größer war als die der Vergleichsprobe mit lediglich Pt als dem PGM.
  • Die 14 und 15 zeigen die CO-Umwandlungen von den drei Proben von 150 °C bis 500 °C bei frischen und gealterten Proben. Abermals lieferten die frischen und die gealterten Proben ähnliche Ergebnisse, wobei das 2:1-Gemisch von Pt:Pd eine Umwandlung lieferte, die gleich oder größer war als die der Vergleichsprobe mit lediglich Pt als dem PGM, wobei das 2:1-Gemisch von Pt:Pd eine Umwandlung lieferte, die gleich oder größer war als die Vergleichsprobe mit lediglich Pt als dem PGM.
  • Die 16 bis 18 und 19 bis 21 zeigen die HC-Umwandlungen aus den drei Proben von 150 °C bis 500 °C bei frischen bzw. gealterten Proben. Abermals lieferten die frischen und gealterten Proben ähnliche Ergebnisse. Die Vergleichsproben, die lediglich Pt als das PGM enthalten, wiesen eine maximale HC-Umwandlung von etwa 70 % bei etwa 450 °C bis 500 °C auf. Dagegen lieferten die beiden Proben, die Gemische von Pt und Pd enthielten eine etwa 70-%ige HC-Umwandlung bei etwa 375 °C und eine 90-%ige oder höhere HC-Umwandlung bei 500 °C. Dies zeigt, dass ein Gemisch von Pt und Pd in einem ASC in der Lage ist, sehr viel mehr Kohlenwasserstoffe zu oxidieren als bei Verwendung von lediglich Pt.
  • Beispiel 2
  • Proben von Katalysatoren, die gemäß Beschreibung in Beispiel 1 hergestellt wurden, wurden in ein Abgassystem zusammen mit einem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) und einem katalysierten Rußfilter (CSF) platziert. Die Katalysatoren waren in dem Abgassystem in der Reihenfolge SCR:ASC:DOC:CSF angeordnet. Das Abgassystem wurde mit einem Motor verbunden und Harnstoff wurde in den Abgasstrom vor dem SCR-Katalysator injiziert bzw. eingespeist. Der Auslass des Kraftstoffinjektors befand sich in dem System ebenfalls vor dem SCR. Das System wurde durch einstündiges Laufenlassen des Motors bei 450 °C konditioniert und anschließend wurde die Geschwindigkeit des Motors verringert, um die Stabilisierung der Motortemperatur bei etwa 300 °C zu ermöglichen. Nachdem sich die Temperatur stabilisiert hatte, wurde Kraftstoff in das Abgassystem vor dem SCR-Katalysator injiziert, um die Temperatur hinter dem CSF auf etwa 450 °C zu erhöhen. Nachdem die Temperatur hinter dem CSF etwa 15 Minuten lang konstant gehalten wurde, wurde die Zugabe von Kraftstoff in das Abgassystem gestoppt und die Temperatur wurde auf etwa 300 °C zurückkehren gelassen.
  • Die Temperaturen an dem Einlass zu dem SCR und an den Auslässen aus dem ASC, DOC und CSF wurden gemessen. Diese Temperaturen sind in den 22 bis 24 für die lediglich Pt enthaltende Vergleichsprobe, für den Katalysator mit 18 g/ft3 an PGM mit einer Pt:Pd-Beladung von 1:5 bzw. für den Katalysator mit 18 g/ft3 an PGM mit einer Pt:Pd-Beladung von 2:1 gezeigt. 22 zeigt, dass die Verwendung eines lediglich Pt als PGM enthaltenden Katalysator dazu führte, dass die Auslasstemperatur an dem ASC ein Maximum von etwa 350 °C bei etwa 1250 Sekunden erreichte und anschließend bei etwa 1600 Sekunden auf etwa 300 °C abfiel. Dagegen erreichten in den beiden Systemen, die eine Kombination von Pt und Pd verwendeten, die Auslasstemperaturen an dem ASC ein Maximum von etwa 390 °C bei etwa 1250 Sekunden und die Temperatur verblieb bei etwa 390 °C bis etwa 2200 Sekunden, was anzeigt, dass jeder dieser beiden Katalysatoren eine Exotherme erzeugte. Diese stabile Exotherme wurde bei dem lediglich Pt als dem PGM enthaltenden Referenzkatalysator nicht beobachtet. Dies zeigt, dass bei Verwendung eines SCR vor einem ASC der SCR keine stabile Exotherme erzeugte. Diese Ergebnisse zeigen auch, dass die hier beschriebenen Katalysatorartikel in der Lage sind, bessere Exothermen zu liefern, als sie von dem Referenzsystem geliefert werden.
  • Die Erzeugung einer Exotherme kann den Katalysator auf eine Temperatur erwärmen, bei der ein Katalysator, wie ein Cu-SCR-Katalysator, eine Schwefelregeneration durchmachen kann oder bei der die Effizienz der SCR-Reaktion erhöht ist, was zu einer besseren Leistung bei Schwachlastbetrieb oder bei Kaltstartvorgängen führt. Wenn der ASC der Erste in dem System ist, kann die Erzeugung einer Exotherme ermöglichen, dass sich der Katalysator selbst regeneriert.
  • Die Anwesenheit eines PGM in dem Katalysator verringert das Risiko von in hohem Maße Wärme erzeugenden Reaktionen in dem katalytischen System, die durch die Oxidation von Kohlenwasserstoffen oder anderen reaktiven Spezies verursacht werden, die sich auf einem Katalysator ansammeln können und während Vorgängen, die zu erhöhten Abgastemperaturen führen, freigesetzt und verbrannt werden.
  • Beispiel 3: Erzeugung einer Exotherme an dem ASC
  • Ein oben beschriebener Ammoniak-Sperrkatalysator wird als Erster in einem Abgasnachbehandlungssystem platziert. In einem herkömmlichen System befände sich ein SCR-Katalysator an dieser Position, wie in Beispiel 2 gezeigt. Alternativ ist der Ammoniak-Sperrkatalysator an einer solchen Position platziert, dass keine Exotherme stromauf des Ammoniak-Sperrkatalysators erzeugt wird.
  • Die Erzeugung einer Exotherme kann den Katalysator auf eine Temperatur erwärmen, bei der ein Katalysator, wie ein Cu-SCR-Katalysator eine Schwefelregeneration durchmachen kann oder bei der die Effizienz der SCR-Reaktion erhöht ist, was zu einer besseren Leistung bei Schwachlastbetrieb oder bei Kaltstartvorgängen führt. Wenn der ASC als Erster in dem System (angeordnet) ist, kann die Erzeugung einer Exotherme ermöglichen, dass sich der Katalysator selbst regeneriert.
  • Die Anwesenheit eines PGM in dem Katalysator verringert das Risiko von in hohem Maße Wärme abgebenden Reaktionen in dem katalytischen System, die durch die Oxidation von Kohlenwasserstoffen oder anderen reaktiven Spezies verursacht werden, die sich auf einem Katalysator ansammeln können und während Vorgängen, die zu erhöhten Abgastemperaturen führen, freigesetzt und verbrannt werden. Durch Einbauen eines Platingruppenmetalls in den Katalysator kann eine Exotherme erzeugt werden, indem Kohlenwasserstoffe, die entweder direkt in die Abgasleitung injiziert werden oder aus dem Motor auf den ASC selbst gelangen, zur Reaktion gebracht werden. Die erzeugte Exotherme kann den Katalysator auf eine Temperatur erwärmen, bei der ein Katalysator, wie ein Cu-SCR-Katalysator, eine Schwefelregeneration durchmachen kann oder bei der die Effizienz der SCR-Reaktion erhöht ist, was zu einer besseren Leistung bei Schwachlastbetrieb oder bei Kaltstartvorgängen führt. Die Verwendung von Pd als PGM ist aufgrund seiner guten Leistungsfähigkeit bei der Erzeugung einer Exotherme und aufgrund der relativ geringen Ammoniak-Oxidationseigenschaften besonders zweckdienlich.
  • Beispiel 4: System, das weniger sensitiv gegenüber einer HC-Speicherung ist
  • Der Ammoniak-Sperrkatalysator wird in das Abgasnachbehandlungssystem entweder als Erster oder an einer Position, bei der große Mengen von Kohlenwasserstoffen den Ammoniak-Sperrkatalysator erreichen, platziert. Die vorliegende Erfindung wird mit einer herkömmlichen Systemgestaltung verglichen, bei der an der gleichen Position stattdessen ein SCR-Katalysator platziert wäre.
  • Die Speicherung großer Mengen von Kohlenwasserstoffen, kombiniert mit einer schnellen Freisetzung der Kohlenwasserstoffe beim Erwärmen des Systems, kann zu einer großen Exotherme führen, die zu sehr hohen Temperaturen in dem Katalysator führen kann. Diese sehr hohen (Temperaturen) können den Katalysator deaktivieren. In manchen Fällen kann die erzeugte große Exotherme sogar den Katalysator schmelzen. Die Anwesenheit eines PGM kann das Risiko der Bildung einer sehr großen Exotherme durch Abbrennen der Kohlenwasserstoffe, bevor diese ein Niveau erreichen können, bei dem sie eine sehr hohe Exotherme verursachen, verringern. Da der Katalysator ein eingebautes Platingruppenmetall aufweist, werden viele der den Katalysator erreichenden Kohlenwasserstoffe oxidiert, anstatt in einem SCR-Katalysatorgerüst eingefangen zu werden, wie dies üblicherweise erfolgt. Dies verringert das Risiko unkontrollierbarer exothermer Ereignisse, bei denen eingefangene Kohlenwasserstoffe eine Reaktion eingehen und plötzlich sehr hohe Temperaturen verursachen, die die Abgasnachbehandlungssysteme deaktivieren.
  • Beispiel 5: System mit sehr guter Schlupfkontrolle
  • Der Ammoniak-Sperrkatalysator wird hinter dem Injektionspunkt von Harnstoff (oder einer anderen NH3-Quelle) platziert. In einem herkömmlichen System wäre ein SCR-Katalysator an dieser Position platziert.
  • Durch Platzieren des ASC an einer sehr frühen Position in dem System wird die Steuerung der Ammoniakinjektion leichter aufgrund des verringerten Risikos bezüglich eines Ammoniak-Schlupfs. Dies ist besonders zweckdienlich, wenn die Größe des Katalysators sehr beschränkt ist, wie dies der Fall sein kann, wenn der Ammoniak-Sperrkatalysator stromauf eines herkömmlichen SCRT- oder CCRT-Systems platziert ist. Dieses System kann die N2O-Bildung verringern. Ammoniak kann an einem DOC oder CSF eine Reaktion eingehen, bei der N2O gebildet wird. Durch Minimieren des Ammoniak-Schlupfs wird die Menge an N2O, die durch die Reaktion von Ammoniak an einem DOC oder einem CSF gebildet wird, ebenfalls verringert.
  • Die Vorteile dieses Systems bestehen darin, dass: (1) eine Überdosierung von NH3 möglich ist, (2) eine weniger strikte Dosierungsstrategie erforderlich ist und (3) eine geringere Bildung von N2O an stromabseitigen Komponenten durch entschlüpfendes NH3 (an einem DOC oder CSF) erfolgt.
  • Beispiel 6: Einbau des PGM in den SCR-Katalysator
  • Bei jedem der obigen Beispiele ist der ASC ein Einzelschichtkatalysator, der ein Gemisch des PGM mit dem SCR-Katalysator ist, anstelle eines Doppelschichtkatalysators mit einer ein Platingruppenmetall umfassenden unteren Schicht und einer einen ersten SCR-Katalysator umfassenden oberen Schicht.
  • Die Verwendung des Gemisches der zwei Katalysatoren verringert den Rückdruck in dem System und verringert auch die Produktionskosten. Vorzugsweise umfasst der Ammoniak-Sperrkatalysator eine Mischung von Platin auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung und einem SCR-Katalysator.
  • Die hier beschriebenen Katalysatorartikel sind besonders während des Kaltstarts von Nutzen, wo die Temperatur geringer ist als diejenige, die im Allgemeinen für das PGM zur Oxidation von Ammoniak und zur Verringerung der SCR-Aktivität des Systems erforderlich ist. Eine Pd-Oxidation von Ammoniak wird beispielsweise im Allgemeinen bis zu einer Temperatur von etwa 400 °C nicht wichtig, welche oberhalb der typischen Kaltstart-Temperaturen liegt.
  • Die vorliegenden Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung, die nachfolgenden Patentansprüche definieren den Umfang der Erfindung.
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4010238 [0058]
    • US 4085193 [0058]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Erstellt von A. D. McNaught und A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997) [0039]
    • http://goldbook.iupac.org [0039]
    • M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; die Updates wurden erzeugt von A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. Doi:10.1351/goldbook. [0039]

Claims (15)

  1. Katalysatorartikel, der ein ein Einlassende und ein Auslassende umfassendes Substrat, eine erste Zone und eine zweite Zone umfasst, wobei die erste Zone einen Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) umfasst, der ein Platingruppenmetall und einen ein Metallaustausch-Molekularsieb, Vanadium oder ein unedles Metall umfassenden ersten SCR-Katalysator umfasst, und die zweite Zone einen zweiten Katalysator umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC), einem exothermen Dieselkatalysator (DEC), einem katalysierten Rußfilter (CSF), einem NOX-Absorber, einem selektiven katalytischen Reduktions(katalysator)/passiven NOX-Adsorber (SCR/PNA), einem Kaltstart-Katalysator (CSC) oder einem Drei-Wege-Katalysator (TWC) besteht, wobei die erste Zone relativ zu der zweiten Zone stromauf bezüglich der Gasströmung angeordnet ist.
  2. Katalysatorartikel nach Anspruch 1, wobei die erste Zone und die zweite Zone auf dem gleichen Substrat angeordnet sind und die erste Zone auf der Einlassseite des Substrats angeordnet ist und die zweite Zone auf der Auslassseite des Substrats angeordnet ist.
  3. Katalysatorartikel nach Anspruch 1, der des Weiteren ein zweites Substrat umfasst, wobei die erste Zone auf einem ersten Substrat angeordnet ist und die zweite Zone auf dem zweiten Substrat angeordnet ist und das erste Substrat stromauf des zweiten Substrats angeordnet ist.
  4. Katalytischer Artikel nach Anspruch 1, wobei der Ammoniak-Sperrkatalysator eine ein Platingruppenmetall umfassende untere Schicht und eine den ersten SCR-Katalysator umfassende obere Schicht, die über der unteren Schicht angeordnet ist, umfasst.
  5. Katalytischer Artikel nach Anspruch 1, wobei der Ammoniak-Sperrkatalysator eine Mischung eines Platingruppenmetalls auf einen Träger mit geringer Ammoniakspeicherung und eines ersten SCR-Katalysators umfasst.
  6. Katalysatorartikel nach Anspruch 1, wobei die zweite Zone eine Mischung eines Oxidationskatalysators und eines zweiten SCR-Katalysators umfasst.
  7. Katalytischer Artikel nach Anspruch 1, der des Weiteren einen zweiten SCR-Katalysator umfasst, wobei der zweite SCR-Katalysator zwischen dem Ammoniak-Oxidationskatalysator und dem zweiten Katalysator angeordnet ist.
  8. Katalytischer Artikel nach Anspruch 1, wobei das Platingruppenmetall Platin, Palladium oder eine Kombination von Platin und Palladium umfasst.
  9. Katalysatorartikel nach Anspruch 1, wobei das Platingruppenmetall auf einem Träger mit geringer Ammoniakspeicherung angeordnet ist.
  10. Katalysatorartikel nach Anspruch 1, wobei Platin in mindestens einer Menge aus den folgenden Bereichen vorhanden ist: (a) 0,01 bis einschließlich 0,3 Gew.-%, (b) 0,03 bis einschließlich 0,2 Gew.-%, (c) 0,05 bis einschließlich 0,17 Gew.-% und (d) 0,07 bis einschließlich 0,15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Trägers von Platin + das Gewicht von Platin + das Gewicht des ersten SCR-Katalysators in der Mischung.
  11. Katalysatorartikel nach Anspruch 7, wobei der zweite SCR-Katalysator ein unedles Metall, ein Oxid eines unedlen Metalls, ein Molekularsieb, ein metallausgetauschtes Molekularsieb oder ein Gemisch hiervon ist.
  12. Katalysatorartikel nach Anspruch 11, wobei das Molekularsieb oder das metallausgetauschte Molekularsieb kleinporig, mittelporig, großporig oder ein Gemisch hiervon ist.
  13. Katalysatorartikel nach Anspruch 1, wobei der Artikel lediglich einen Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC) umfasst und entweder (a) die zweite Zone keinen Dieseloxidationskatalysator (DOC) umfasst oder (b) der DOC nicht benachbart zu oder stromab des Ammoniak-Sperrkatalysators angeordnet ist.
  14. Katalysatorartikel nach Anspruch 1, der des Weiteren eine einen ASC-Katalysator umfassende dritte Zone umfasst, wobei die dritte Zone zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone angeordnet ist.
  15. Katalysatorartikel nach Anspruch 14, wobei das PGM in der ersten Zone Palladium in einer zur Erzeugung einer Exotherme ausreichenden Menge umfasst.
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