DE60125530T2

DE60125530T2 - DIESELAUSPUFFSYSTEM MIT NOx-FALLE

Info

Publication number: DE60125530T2
Application number: DE60125530T
Authority: DE
Inventors: Martyn Vincent Twigg; Anthony John Joseph Saffron Walden Wilkins
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: JP2003536011A; GB0013607D0; US20030177763A1; EP1287240A1; ATE349606T1; DE60125530D1; US6857265B2; WO2001094759A1; EP1287240B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regeneration, nämlich einer Entfernung von absorbiertem NO_X aus einer NO_x Falle in einem Dieselabgassystem.
Die Emission eines Motors an Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NO_x) ist abhängig vom Luft-zu-Brennstoff-Verhältnis (A/F), das durch die folgende Gleichung (1) definiert ist A/F = Masse an durch den Motor verbrauchter Luft/Masse an durch den Motor verbrauchtem Treibstoff (1).
Der A/F Wert, bei welchem es gerade genügend Luft gibt, um die Verbrennung aller Kohlenwasserstoffe im Treibstoff zu komplettieren, ist als Stöchiometrie bekannt und liegt bei 14,7 in Benzinmotoren – Gasolinmotoren. Liegt der A/F Wert unter diesem Wert, dann arbeitet der Motor unter Bedingungen eines Treibstoffüberschusses, was zu einer unvollständigen Treibstoffverbrennung führt. Das Abgas enthält dann mehr reduzierende Reaktanten (CO, HC) als oxidierende Reaktanten (O₂, NO_x) und wird als reich bezeichnet. Geht der A/F Wert über 14,7 hinaus, dann arbeitet der Motor unter Bedingungen eines Luftüberschusses, was ein Abgas ergibt, das mehr oxidierende Reaktanten als reduzierende Reaktanten enthält, wobei dieses Abgas als mager bezeichnet wird.
Ein üblicher Weg zur Klassifizierung der Zusammensetzung des aus dem Motor kommenden Abgases ist der Wert Lambda (λ), der durch die folgende Gleichung (2) definiert ist: λ = aktueller A/F Wert des Motors/stöchiometrischer A/F Wert des Motors (2)
Der Gleichung (2) ist zu entnehmen, dass λ ≥ 1 ist, wenn die Zusammensetzung des Abgases mager ist, und dass 1 ≥ λ ist, wenn die Zusammensetzung des Abgases reich ist.
Zur Steuerung von NO_x in Abgasen aus Benzinmotoren mit einer Magerverbrennung wurde ein NO_x-Absorber/Katalysator entwickelt, der NO_x speichert, nämlich als Nitrat, wenn ein Motor mager läuft. In einer stöchiometrischen oder reichen Umgebung werden die Nitratkomponenten als thermodynamisch instabil verstanden und das gespeicherte NO_x freigesetzt und durch die reduzierenden Komponenten im Abgas reduziert. Dieser NO_x-Absorber/Katalysator wird gewöhnlich als eine NO_x Falle bezeichnet. Durch periodische Steuerung des Motors für einen stöchiometrischen oder reichen Lauf wird das gespeicherte NO_x reduziert und die NO_x Falle regeneriert.
Eine typische Formulierung für eine NO_x Falle beinhaltet eine katalytische Oxidationskomponente, wie Platin, eine NO_x speichernde Komponenten, wie Barium, und einen Reduktionskatalysator, wie Rhodium. Ein Mechanismus, der gewöhnlich für eine Speicherung von NO_x während eines Magermotorbetriebs für diese Formulierung angegeben wird, ist wie folgt: NO + ½ O₂ → NO₂ (i)und BaO + NO₂ + ½ O₂ → Ba(NO₃)₂ (ii).
In der ersten Stufe reagiert das Stickoxid mit Sauerstoff an aktiven Oxidationsstellen des Platins unter Bildung von NO₂. Die zweite Stufe beinhaltet eine Adsorption des NO₂ durch das Speichermaterial in Form eines anorganischen Nitrats.
Läuft der Motor unter reichen Bedingungen oder bei erhöhten Temperaturen, dann wird das Nitrat thermodynamisch instabil und zersetzt sich unter Bildung von NO oder NO₂ gemäß folgender Gleichung (iii). Unter reichen Bedingungen werden diese Stickoxide anschließend durch Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe zu N₂ reduziert, was über den Reduktionskatalysator stattfinden kann. Ba(NO₃)₂ → BaO + 2 NO + 3/2 O₂ oder Ba(NO₃)₂ → BaO + 2 NO₂ + ½ O₂ (iii) und NO + CO → ½ N₂ + CO₂ (iv)(und andere Reaktionen). In den obigen Reaktionen (i) bis (iv) ist die reaktive Bariumspezies als das Oxid angegeben. Es versteht sich aber von selbst, dass in der Gegenwart von Luft der Großteil des Bariums in der Form des Carbonats oder möglicherweise des Hydroxids vorliegt. Die obigen Reaktionsschemata können für eine Spezies von Barium, bei der es sich um etwas anderes als das Oxid handelt, entsprechend angepasst werden.
Durch Anwendung sophistischer Techniken für den Betrieb eines Motors und bekannten Treibstoffeinspritzkomponenten, wie als herkömmlicher Eisenbahntreibstoff, wird nun eine Übernahme der Technologie einer NO_x Falle in die Abgasbehandlungssysteme für Dieselmotoren möglich, wozu beispielsweise auf die Ausführungen verwiesen wird, wie sie später im Zusammenhang mit EP 0 758 713 A beschrieben werden.
Die EP 0 341 832 A (siehe auch US 4 902 487 A ) beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Ruß aus NO_x enthaltendem Dieselabgas, in dem das Gas unfiltriert über einen Oxidationskatalysator unter Umwandlung von NO in NO₂ geleitet wird, der Ruß auf einem Filter gesammelt wird und das mit NO₂ angereicherte Gas zur Verbrennung des gesammelten Rußes verwendet wird, wobei dafür gesorgt wird, dass die Menge an zu NO₂ umgewandeltem NO so hoch ist, dass die Verbrennung bei einer Temperatur von weniger als 400 °C stattfinden kann.
Das in EP 0 758 713 A beschriebene Verfahren übernimmt das in EP 0 341 832 A offenbarte Verfahren und beinhaltet ferner die Stufe einer Entfernung von NO_x aus dem Auslass des Verbrennungsgases mittels eines festen Absorbens und Regeneration des Absorbens durch dessen intermittierender Kontaktierung mit einer reichen Abgaszusammensetzung.
Es wurde bereits eine Entfernung von NO_x aus einem Dieselabgas vorgeschlagen, durch dessen katalytische Umsetzung mit eingespritztem Ammoniak. Dieses Verfahren wird allgemein als selektive katalytische Reduktion (SCR) unter Verwendung von Ammoniak bezeichnet, wozu beispielsweise auf WO 99 039 809 A verwiesen wird. Die SCR mit Ammoniak erfordert nicht unbedingt, dass die Abgaszusammensetzung reich oder äquivalent gemacht werden muss, macht aber den Zusatz eines Reduktanten zum Abgas notwendig.
Es wurde nun gefunden, dass CO wirksam ist zur Regeneration eines Absorbens für NO_x in einem Dieselabgassystem. Insbesondere wurde dabei erkannt, dass die Bedingungen für eine durch CO promovierte Regeneration etwa gleich sind wie bei einer SCR mit Ammoniak und eine nettomagere Dieselabgaszusammensetzung bevorzugt ist.
Dies wird erreicht durch ein Verfahren zur Behandlung von NO_x in einem Dieselabgas, das CO, NO_x, Ruß, HC und O₂ umfasst, umfassend eine Katalysierung der Oxidation des NO zu NO₂, Sammlung des Ru ßes auf einem Filter, Verbrennung dieses Rußes durch Umsetzung mit dem NO₂, Absorption des in dem den Filter verlassenden Gas vorhandenen NO_x auf einem festen regenerierbaren Absorbens und intermittierende Regeneration des Absorbens, gekennzeichnet durch eine Regeneration des Absorbens durch Erhöhung des Gehalts an CO des Abgases und eine Kontaktierung dieses Absorbens mit dem Abgas, worin das an CO angereicherte Gas CO in einem 20- bis 100fachen Überschuss gegenüber der Gesamtzahl an Sauerstoffatomen enthält, die in dem das Absorbens verlassenden NO_x während der Regeneration vorhanden sind.
Das an CO angereicherte Gas kann hergestellt werden durch intermittierende Erhöhung des Gehalts an CO des Abgases, beispielsweise durch Injektion in eine dieses Abgas enthaltende Leitung.
Das den Absorber kontaktierende Gas enthält typisch 1 bis 20 % V/V CO, da dies gewöhnlich ausreicht, um für einen 20- bis 100-fachen Überschuss über der gesamten Anzahl an im NO_x enthaltenden Sauerstoffatomen zu sorgen, das das Absorbens während einer Regeneration verlässt. Zweckmäßig liegt das Gas im Bereich vom 0,7 bis 1,5 Lambda, insbesondere von 1,0 bis 1,2 Lambda. Vorzugsweise enthält es wenigstens so viel O₂, insbesondere das 1,5- bis 3-fache, der Konzentration an O₂, um das gesamte CO und sonst vorhandene brennbare Bestandteile zu oxidieren. Eine intermittierende Erhöhung des Gehalts an CO muss dabei keine nettoreiche Gaszusammensetzung erreichen.
In der Praxis kann ein Abgassystem zur Durchführung der Erfindung stromaufwärts eines NO_x Absorbers einen Katalysator umfassen, der für eine wirksame Promotion einer Oxidation von wenigstens NO zu NO₂ ausreicht und ferner einen Filter umfassen, der ausreicht, um den Dieselruß aus dem Abgas zu sammeln und diesen für eine Verbrennungsreaktion mit dem NO₂ im Gas zu haften. Diesbezüglich ergänzt die vorliegende Erfindung die Technologie der kontinuierlichen Regenerationsfalle (Continuously Regenerating Trap – CRT^®) des Inhabers des vorliegenden Patents, welche in dessen EP 0 341 832 A beschrieben wird.
Vorzugsweise umfasst das NO_x Absorbens ein oder mehr der folgenden Komponenten: (a) Verbindungen von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Seltenerdmetallen und Übergangsmetallen, die zur Bildung von Nitraten und/oder Nitriten ausreichender Stabilität unter Absorptionsbedingungen und zur Involvierung von Stickoxiden und/oder Stickstoff unter Regenerationsbedingungen befähigt sind, oder (b) adsorptive Materialien, wie Zeolithe, Kohlen und Oxide mit hoher Oberfläche, oder Gemische aus zwei oder mehr Komponenten hiervon.
Vorzugsweise umfasst das NO_x Absorbens ein katalysiertes Absorbens, wobei darunter zu verstehen ist, dass das Absorbens innig assoziiert ist mit katalytischem Material, das die Reaktion von CO mit NO_x bewirken kann. Ein solches Material kann beispielsweise co-präzipitiert oder co-imprägniert oder co-abgeschieden sein mit einem NO_x Absorbens oder Sandwich Schichten oder Serienzonen oder als Feinpartikel, beispielsweise mit einer Korngröße von 10 bis 500 μm, auf oder in einer Schicht des Absorbens oder unter Teilen des Absorbens. Ob katalysiert oder nicht kann das Absorbens in einer Einheit oder einer Folge getrennter Einheiten vorliegen. Es liegt typischerweise auf einem Honigwabensubstrat vor, wie einer einzigen Wabe oder multipler Waben.
Die Verbindungen (a) können vor einer NO_x Absorption vorhanden sein als Kompositoxide, beispielsweise eines Erdalkalimetalls oder von Kupfer, wie Ba-Cu-O oder MnO₂-Ba-CuO₂, möglicherweise mit zugesetztem Ceroxid oder Y-Ba-Cu-O und Y-Sr-Co-O. Der Einfachheit halber werden diese Oxide so angegeben, wobei aber in situ Hydroxide, Carbonate und Nitrate in Abhängigkeit von der Temperatur und der Gaszusammensetzung vorhanden sind. Unabhängig davon, welche Verbindungen verwendet werden, können auch ein oder mehr katalytische Reagenzien anwesend sein, wie Edelmetalle, insbesondere PGM's, die wirksam sind zur Promotion von Redoxreaktionen zwischen Stickoxiden und CO.
Umfasst das NO_x Absorbens ein katalysiertes Absorbens, dann kann der Oxidationskatalysator oder der Katalysator der mit dem Absorbens assoziiert ist oder diesem folgt, irgendein Katalysator sein, der aktiv und stabil ist. Typische derartige Katalysatoren umfassen ein oder mehr PGM's, insbesondere Pt, Rh, Pd und Kombinationen hiervon, oder einen Waschüberzug mit hoher Oberfläche auf einer Honigwabenstruktur.
Die Auswahl einer detaillierten Katalysatorformulierung erfolgt entsprechend der Aufgabe und Leistung in dem System, die der Katalysator zu erfüllen hat. Geeignete Katalysatoren sind im Stand der Technik beschrieben und dem Fachmann zugänglich.
Die Katalysatoren und das Absorbens werden zweckmäßigerweise auf einem keramischen oder metallischen Honigwabensubstrat getragen, wobei die Keramik ein oder mehr der Oxide Siliciumdioxid, Titandioxid, Cordierit, Ceroxid, Zirkoniumoxid, Siliciumcarbid oder sonstige im Allgemeinen oxidische Materialien umfassen kann. Die Honigwabe trägt einen Waschüberzug und in einer oder mehrerer darauf befindlicher Schichten das aktive katalytische und/oder absorptive Material. Die Honigwabe hat typischerweise wenigstens etwa 8 Zellen/cm² (50 Zellen pro inch², cpsi), und möglicherweise sogar mehr, beispielsweise bis zu etwa 155 Zellen/cm² (1000 cpsi) oder bis zu etwa 186 Zellen/cm² (1200 cpsi), falls sie strukturell aus Metall zusammengesetzt ist. Im Allgemeinen wird der Bereich von etwa 16 bis 140 Zellen/cm² (100 bis 900 cpsi) für die Katalysatoren und das Absorbens bevorzugt.
Der Filter ist wünschenswert zur Einfangung des Rußes ohne Verursachung eines übermäßigen Rückdrucks im System und stromaufwärts des Motors angeordnet. Im Allgemeinen lassen sich keramische, sintermetallische oder geflochtene oder nicht geflochtene Drahtfilter verwenden, wobei auch Wandstromhonigwabenstrukturen besonders geeignet sind. Das Strukturmaterial des Filters ist vorzugsweise ein poröses keramisches Oxid, Siliciumcarbid oder Sintermetall. Es kann auch ein Überzug vorhanden sein, wie Aluminiumoxid und/oder ein Katalysator, wie La/Cs/V₂O₅. Beim Ruß handelt es sich im Allgemeinen um Kohlenstoff und/oder schwere Kohlenwasserstoffe, wobei diese Materialien zu Kohlenoxiden und H₂O umgewandelt werden. Bestimmte Ausführungsformen dieses Prinzips sind im Handel im Gebrauch in der bereits erwähnten Technologie Continuously Regenerating Trap (CRT^® (kontinuierliche Regenerationsfalle)) und werden in der oben erwähnten EP 0 341 832 A – siehe auch US 4 902 487 A , beschrieben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das vorliegende Verfahren ferner die Stufe katalysierender Reaktionen von HC und CO mit O₂ zu H₂O und CO₂ und vorzugsweise mit NO_x zu N₂ stromabwärts vom Absorbens.
Ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner auch Sensoren, Indikatoren, Computer und Aktuatoren umfassen, die wirksam sind zur Aufrechterhaltung des Betriebs innerhalb gewünschter Bedingungen. Vorzugsweise kann ein Mittel zur Steuerung einer Anreicherung von CO im Abgas einen Computer einschließen, die Teil des Motormanagements sein können, falls dies gewünscht ist. Eine Kontrolle des Systems kann mit einem offenen oder geschlossenen Feedback unter Verwendung einer Information gesteuert werden, die von den Sensoren, Indikatoren und dergleichen geliefert wird, wie dies im Folgenden näher erläutert wird.
Zur Regeneration des NO_x Absorbers kann das CO als solches eingespeist werden, sofern wirksame Vorsichtsmaßnahmen gegen Undichtigkeiten getroffen werden, oder in Form einer oder mehrerer Verbindungen, die unter den Bedingungen des Systems zu CO zersetzbar sind, wie beispielsweise Ameisensäure. Als Verbindungen zur Einführung eines Reduktanten können beispielsweise Ameisensäureester, wie Methylformiat, vorhanden sein. Ist ein Reduktant, wie Dieseltreibstoff oder ein davon derivierter HC vorhanden, dann beträgt dessen Konzentration an Kohlenstoffatomen weniger als die des CO, insbesondere weniger als 10 % des CO. Das CO wird vorzugsweise durch eine Einstellung des Einlasses des Motors eingeführt, so dass der C₁-CO Gehalt des Regenerationsgases im Überschuss gegenüber allen sonst vorhandenen Kohlenstoff enthaltenden Reduktanten vorliegt.
Ein Mittel zur Steuerung der Regeneration des Absorbers bewerkstelligt vorzugsweise ein oder mehr der folgenden illustrativen Techniken.

(a) eine Injektion als Antwort auf eine schließliche Detektion eines Verlusts an NO_x aus dem NO_x Absorber oder einem Schlupf (Slip) danach,
(b) eine Injektion als Antwort auf eine Prädiktion auf Basis einer Dateneingabe auf eine bewusste oder ladungsresponsive Variation des Motormanagements und
(c) einen Spielraum für Variationen in der Gaszusammensetzung, beispielsweise für nicht-Gleichgewichtsbedingungen, wie eine unvollständige Aufwärmung oder Wetter – weather –. Gewöhnlich kann die Regenerationphase eine kleine Fraktion der Laufdauer des Motors sein, beispielsweise von 0,1 % bis 5 %, natürlich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen.

Das erforderliche an CO reiche Gas lässt sich beispielsweise durch Pilotinjektionstechniken erhalten.
Die Steuermittel können Sensoren für wenigstens eine der folgenden Situationen einschließen: Brennstoffzusammensetzung, Verhältnis von Luft zu Treibstoff, Zusammensetzung des Abgases (unter Einschluss des in dem Abgasrohr vorhandenen NO₂) und Temperatur an ein oder mehr Punkten längs des Abgassystems, durch welches das Dieselabgas strömt, und Abfall des Drucks, insbesondere über dem Filter. Ferner können diese Steuermittel auch Indikatormittel zur Information des Betreibers des Motors, Computermittel für eine wirksame Evaluierung der Daten aus dem Sensor oder den Sensoren und Steuerbrücken zur wirksamen Einstellung des Motors auf die gewünschten Arbeitsbedingungen unter Berücksichtigung beispielsweise von Fluktuationen beim Start, Fluktuationen bei einer variierenden Beladung und Zufallsfluktuationen.
Ferner kann das System, durch welches das Dieselabgas strömt, Routineelemente einschließen, wie beispielsweise eine Abgasrezirkulation (E.G.R.) und Mittel, wie eine Kühlung oder eine elektrische Heizung zur Einstellung der Temperatur des Gases auf eine Höhe, wie sie für einen näher am Optimum liegenden Betrieb von stromabwärts liegenden Komponenten bevorzugt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Verwendung eines Dieselmotors durchgeführt werden, vorzugsweise des Common-Rail-Typs mit einer direkten Einspritzung, insbesondere unter Anwendung von Einspritzdrücken im Bereich von 1000 bis 2000 bar und zweckmäßigerweise mit einer Turboladung.
Ein Dieselmotor, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren angewandt wird, kann die Antriebskraft für ein Fahrzeug sein, oder kann eine stationäre Antriebsquelle oder Hilfsantriebsquelle sein. Es kann sich dabei um Hochleistungsfahrzeuge, beispielsweise mit wenigstens 3500 kg handeln – gemäß der einschlägi gen Definition der Vorschriften der Europäischen Union oder der Vorschriften der Vereinigten Staaten von Amerika oder auch von Kalifornien, oder um ein Niederleistungsfahrzeug unter Einschluss insbesondere eines Personenwagens oder eines leichten Vans und dergleichen, wie sie dem urbanen Kreis entsprechend betrieben werden.
Wünschenswerterweise wird ein Dieselmotor, bei dem vom erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch gemacht wird, mit einem Treibstoff mit niedrigem Schwefelgehalt betrieben, beispielsweise einem Schwefelgehalt von unter 50 ppm, und insbesondere unter 10 ppm, bezogen auf das Gewicht an elementarem S. Für einen Betrieb mit Treibstoffen mit höherem Schwefelgehalt kann ein SO_x Absorbens verwendet werden.
Besonders bevorzugt wird ein Motor, der für die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, verwendet, der dem Europastandard IV entspricht.
Ein Abgassystem, das bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangen kann, kann in einem einzelnen Gehäuse – „Kanister" – strukturiert sein oder in separaten Gehäusen entsprechend des Aufbaus des Motors und in Abhängigkeit von Unterflurbetrachtungen oder sonstigen Raumbetrachtungen. So können beispielsweise bei einem V-Motor einige oder alle Elemente des Systems parallel angeordnet sein.
Zum weiteren und vollständigeren Verständnis der Erfindung wird nun lediglich zur Illustration auf das folgende Beispiel und die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, welche schematisch einen Dieselmotor zeigt, der mit einem Abgassystem ausgestattet ist, wie es sich zur Anwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren eignet. In der Zeichnung zeigen die durchgezogenen Linien einen Gasstrom und die gestrichelten Linien einen Informationsstrom oder eine Steuerkraft.
Die 1 zeigt ein Abgassystem 8 für einen Dieselmotor 10 mit einer Einspeisleitung für eine gemeinsame Treibstoffzuführung (common rail feed) unter Einschluss von Ventilen 14 und einer Hochdruckpumpe 16 zur Einspeisung von Dieseltreibstoff, beispielsweise mit einem Schwefelgehalt von unter 50 ppm. Das Abgassystem 8 umfasst eine Einspeisleitung 12 für Treibstoff, die von einem Computer 18 gesteuert wird, der unter anderem antwortet auf eine Gaszusammensetzung am Auslass des Katalysators 30 (wird später noch beschrieben) und auf einen Druckabfall durch den Filter 26 (wird später ebenfalls noch beschrieben) und so programmiert ist, dass die Ventile 14 zur Einspritzung von Treibstoff am normalen Einlasshub betätigt werden und auch die Einlassbedingungen zur intermittierenden Erzeugung von mit CO angereichertem Abgas variiert werden. Das Motorabgas strömt über die Leitung 20 zum Topf 22, an dessen Ende sich ein Katalysator 24 befindet, bei dem es sich um einen bei niedriger Temperatur arbeitenden Oxidationskatalysator handelt, der auf einer keramischen Honigwabe mit 400 Zellen/in² getragen wird. Der Katalysator 24 ist so ausgestaltet, dass wenigstens 70 % des NO im normalen Gas zu NO₂ umgewandelt werden.
Das den Katalysator 24 verlassende Gas strömt in den Rußfilter 26, bei dem es sich um einen Keramikwandstromfilter handelt, und sammelt Rußteilchen mit einer Größe von über 50 nm. Das NO₂ und der Überschuss an Sauerstoff im Gas oxidiert den Ruß bei Temperaturen von um 250 °C ohne Neigung zu einer Verstopfung.
Das den Filter 26 verlassende Gas tritt dann in den NO_x Absorber 28 ein, der auch ein PGM Katalysatormaterial enthält. Während eines normalen Magerbetriebs des Motors ohne eine Anreicherung von CO durch den Computer 18 wird vom Absorber 28 NO_x aus dem Abgas absorbiert, während dies die Fähigkeit dazu hat. Erreicht diesen aber mit CO angereichertes Gas, dann wird das NO_x freigesetzt und wenigstens teilweise zu N₂ umgewandelt, beispielsweise durch die Wirkung eines Reduktionskatalysators, wie von Rhodium. Das Gas, welches jetzt noch immer CO, O₂ und möglicherweise auch NO_x enthält, strömt in den Katalysator 30, worin diese Reaktanten im Wesentlichen auf ein chemisches Gleichgewicht gebracht werden, das weniger umweltschädliche Gase enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren dürfte somit die Emissionsvorschriften der Stufe IV der Europäischen Gemeinschaft erfüllen.
Beispiel
Auf einen NO_x Absorber, bei dem es sich um einen Monolith mit etwa 62 Zellen/cm² (400 cpsi) mit einer Wandstärke von etwa 24 μm (6/1000 inch), der eine Länge von etwa 2,5 cm (1 inch) und einen Durchmesser von etwa 7,5 cm (3 inch) hat, und der eine Beschichtung mit einem Gehalt von 62,8 % Gew./Gew. Aluminiumoxid, 23,8 % Gew./Gew. eines Mischoxid aus Ceroxid und Zirkoniumoxid, 9,9 % Gew./Gew. Magnesiumoxid, 1,7 % Gew./Gew. Platin, 1,67 % Gew./Gew. Palladium und 0,167 % Gew./Gew. Rhodium enthält, unterzieht man während 520 min bei 200 °C der Einwirkung eines Synthesegasstroms zwecks Imitation des Abgases eines Dieselmotors, der aber NO_x in einer Menge von 500 ppm enthält. Sodann erfolgt eine vollständige Regeneration durch Umschaltung der Gasbeschickung auf eine nettoreiche Beschickung während 180 s (nettoreiche Rampe) und arbeitet bei diesem Zyklus bei der gleichen Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit wie folgt weiter: 5 s Regenerationsphase in mit CO angereichertem Gas, 60 s Absorptionsphase in unbehandeltem mageren Gas.
Die Gaszusammensetzungen am Absorbereinlass und die NO_x Konzentrationen an relevanten Punkten werden in den folgenden Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 2 NO_x in ppm am Absorberauslass
Die obigen Ausführungen belegen, dass CO zu einer wesentlichen Regeneration des Absorbers befähigt ist und nach einer Optimierung das Potential für eine Vergleichbarkeit mit einer reichen Regeneration hat.

Claims

Verfahren zur Behandlung von NO_x in einem Dieselabgas, das CO, NO_x, Ruß, HC und O₂ umfasst, umfassend eine Katalysierung der Oxidation des NO zu NO₂, Sammlung des Rußes auf einem Filter (26), Verbrennung dieses Rußes durch Umsetzung mit dem NO₂, Absorption des in dem den Filter (26) verlassenden Gas vorhandenen NO_x auf einem festen regenerierbaren Absorbens und intermittierende Regeneration des Absorbens, gekennzeichnet durch eine Regeneration des Absorbens durch Erhöhung des Gehalts an CO des Abgases und eine Kontaktierung dieses Absorbens mit dem Abgas, worin das an CO angereicherte Gas CO in einem 20- bis 100fachen Überschuss gegenüber der Gesamtzahl an Sauerstoffatomen enthält, die in dem das Absorbens verlassenden NO_x während der Regeneration vorhanden sind.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Gehalt an CO des Abgases durch eine Einstellung des Motoreinlasses erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Gehalt an CO des Abgases durch eine Einspeisung von CO per se oder einer Vorläuferverbindung von CO in das Abgas erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, worin es sich bei der Vorläuferverbindung von CO um Ameisensäure oder Estern hiervon, vorzugsweise um Methylformiat, handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, worin der Gehalt an Kohlenstoffatomen des regenerierenden Gases in einem Überschuss gegenüber allen sonst vorhandenen Kohlenstoff enthaltenden Reduktionsmitteln anwesend ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Redoxzusammensetzung des an CO angereicherten Gases im Bereich von 0,7 bis 1,5 lambda, insbesondere von 1,0 bis 1,2 lambda, liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das an CO angereicherte Gas wenigstens so viel O₂ enthält, um das gesamte CO und andere vorhandene verbrennbare Bestandteile zu oxidieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Katalysierung der Reaktion von HC und CO unter Bildung von H₂O und CO₂ und vorzugsweise auch von NO_x zu N₂ stromabwärts vom NO_x Adsorber.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Gas das Produkt einer Verbrennung eines Treibstoffs ist, der weniger als 50 ppm Gew./Gew. Schwefel enthält.