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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    EineVorrichtung (3) zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine(1) weist einen Partikelfilter (4) auf, der mit einer katalytischaktiven Beschichtung (8) versehen ist. Die katalytisch aktive Beschichtung(8) weist ein Trägermaterial(9) und ein mit dem Trägermaterial(9) verbundenes, zumindest an der Oberfläche desselben vorliegendes,eisenhaltiges Material (10) auf.
    公开号:DE102004028276A1
    申请号:DE200410028276
    申请日:2004-06-11
    公开日:2006-01-05
    发明作者:Henning Prof. Dr. Bockhorn；Sven Dr. Kureti；Thomas Schröder
    申请人:Universitaet Karlsruhe (TH)；
    IPC主号:B01J23-745
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen einerVerbrennungskraftmaschine. Des weiteren betrifft die Erfindung eineAbgasanlage füreine Verbrennungskraftmaschine.
    [0002] Ausder DE 37 16 446 A1 istein katalytischer Dieselrußfilterbekannt, welcher eine katalytisch aktive Beschichtung aus metalldotiertemZeolith aufweist. Vorzugsweise ist der Zeolith mit einem Metall derGruppe IB, IIB, VB, VIB oder VIIB des Periodensystems oder einerKombination derselben beladen, wobei vorzugswei se Nickel, Kupfer,Mangan, Vanadium, Silber oder eine Kombination derselben verwendetwird.
    [0003] Problematischbei diesem bekannten Filter ist jedoch, dass die gewünschte Wirkungerst dann einsetzt, wenn ein Reduktionsmittel zugegeben wird, wasjedoch einen verhältnismäßig großen Aufwand darstellt.Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Partikelfilters ist die Tatsache,dass in dem Abgas enthaltene NO-Moleküle erst oberhalb einer Temperatur von400°C zuN2 umgesetzt werden, was entweder eine sehrmotornahe Anordnung dieses Partikelfilters oder die Erzeugung vonhohen Temperaturen in der Abgasleitung notwendig macht.
    [0004] Beiaus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungenzur Abgasreinigung ist häufigein zusätzlichesReduktionsmittel, wie z.B. Harnstoff oder ein Kohlenwasserstoff,erforderlich, um die Umsetzung von NOx zuerzielen, was jedoch mit zusätzlichemAufwand und höheren Kostenverbunden ist.
    [0005] Esist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zurReinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen,welche auch bei verhältnismäßig niedrigenTemperaturen eine sehr gute Reinigungswirkung zeigt und bei welcherauf ein zusätzlichesReduktionsmittel verzichtet werden kann.
    [0006] Erfindungsgemäß wird dieseAufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
    [0007] Eswurde überraschenderweisefestgestellt, dass ein mit dem Trägermaterial verbundenes, an derOberflächedesselben vorliegendes, eisenhaltiges Material als katalytisch aktiveSubstanz eine bezüglichder Umsetzung der Abgase sehr gute Wirkung besitzt. So konnte festgestelltwerden, dass durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung der katalytischaktiven Beschichtung Stickstoffoxide zur Reaktion mit den im Abgasvorhandenen Rußpartikelnangeregt werden; wobei bereits bei Temperaturen von ca. 220°C eine Reduzierungvon NOx zu N2, alsoeine Stickstoffbildung, festgestellt wurde und in dem die Vorrichtungverlassenden Abgas annä hernd keineschädlichenNO-Molekülemehr enthalten sind, wobei auf ein zusätzliches Reduktionsmittel verzichtetwerden kann.
    [0008] Dabeiwerden die in dem Abgas enthaltenen Rußpartikel in an sich bekannterWeise an dem Partikelfilter festgehalten und so daran gehindert,die Abgasleitung, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweiseeingebaut ist, zu verlassen. Gleichzeitig dienen die an den Porendes Partikelfilters festgehaltenen Rußpartikel zu der oben beschriebenenReduktion der Stickstoffoxide, sodass sich die Rußmenge weitausweniger stark erhöhtals bei bekannten Partikelfiltern und dementsprechend erheblichseltener eine Regeneration desselben erforderlich ist. Vorteilhafterweisebewirkt die katalytische Beschichtung mit dem eisenhaltigen Materialzusätzlichzu der Auslösungdieser Reaktionen auch eine Verringerung der Zündtemperatur des Rußes.
    [0009] Esergaben sich hierbei folgende Reaktionsgleichungen: 2NO + C -> N2 + CO2 bzw. 2NO2 + 2C -> N2 +2CO2
    [0010] Besondershervorzuheben ist der Effekt der simultanen Stickstoffoxid-Reduktionund der Ruß-Oxidationim Abgas der Verbrennungskraftmaschine, der eine besonders guteReinigung des Abgases zur Folge hat und somit die Einhaltung verschärfter Abgasgrenzwerteerlaubt.
    [0011] Alsbezüglichder katalytischen Reaktionen besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenndas eisenhaltige Material Eisenoxid aufweist. Eisenoxid ist einsehr guter Oxidationskatalysator für Ruß und ist vorteilhafterweisenicht toxisch.
    [0012] Hierbeikann es besonders vorteilhaft sein, wenn das eisenhaltige Materialzu 100 % aus Eisenoxid besteht.
    [0013] Alternativist auch eine gute Reinigungswirkung zu erwarten, wenn das eisenhaltigeMaterial Reineisen aufweist.
    [0014] Analogist auch hier denkbar, dass das eisenhaltige Material zu 100 % ausReineisen besteht.
    [0015] Eineverbesserte Reaktion der Abgasbestandteile und somit eine besondersgute Reinigungswirkung konnte beobachtet werden, wenn die katalytischaktive Beschichtung ein Edelmetall aufweist.
    [0016] Wennin einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dasTrägermaterialein Zeolith ist, so führtdies zusammen mit dem oben beschriebenen eisenhaltigen Materialder katalytisch aktiven Beschichtung zu besonders zu bevorzugendenReaktionen.
    [0017] EineAbgasanlage füreine Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtungzur Reinigung von Abgasen ist in Anspruch 21 angegeben.
    [0018] Weiterevorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergebensich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel derErfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
    [0019] Eszeigt:
    [0020] 1 eineVerbrennungskraftmaschine mit einer Abgasleitung, in der eine erfindungsgemäße Vorrichtungzur Reinigung der Abgas der Verbrennungskraftmaschine angeordnetist; und
    [0021] 2 eineschematische Darstellung des Schichtaufbaus einer bevorzugten Ausführungsform derErfindung.
    [0022] EineVerbrennungskraftmaschine 1 ist mit einer Abgasanlage 2 versehen,die eine Abgasleitung 2a aufweist, durch die in der Verbrennungskraftmaschine 1 inan sich bekannter Weise produzierte Abgase abgeführt werden. In der Abgasleitung 2a ist eineVorrichtung 3 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet,welche nachfolgend ausführlicherbeschrieben wird. Bei der Verbrennungskraftmaschine 1 handelt essich vorzugsweise um eine nach dem Dieselprinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine,in. deren Abgas neben anderen Schadstoffen Rußpartikel enthalten sind.
    [0023] DieVorrichtung 3 weist einen stark schematisiert dargestelltenPartikelfilter 4 auf, der vorzugsweise aus Keramik, wiez.B. Siliziumkarbid, besteht, der jedoch auch aus Aluminiumoxidoder einem anderen geeigneten Material bestehen kann. Der Partikelfilter 4 seinerseitsweist mehrere Einlasskanäle 5 undAuslasskanäle 6 auf,die wechselseitig verschlossen sind. Die Einlasskanäle 5 unddie Auslasskanäle 6 sinddurch jeweilige, mittels gestrichelter Linien angedeutete Wandungen 7 voneinandergetrennt, sodass die Abgase die Wandungen 7 durchströmen müssen, umvon den Einlasskanälen 5 indie Auslasskanäle 6 zugelangen und auf diese Weise den Partikelfilter 4 zu verlassen.Hierzu ist das Material der Wandungen 7 des Partikelfilters 4 inan sich bekannter Weise porösausgebildet, so dass die gasförmigenAbgasbestandteile die Wandungen 7 durchströmen können, dieRußpartikeljedoch an denselben verbleiben bzw. abgeschieden werden.
    [0024] Wiein der schematischen Darstellung gemäß 2 erkennbarist, ist der Partikelfilter 4 bzw. die denselben bildendenWandungen 7 mit einer katalytisch aktiven Beschichtung 8 versehen,welche ein Trägermaterial 9 undein mit dem Trägermaterial 9 verbundenes,an der Oberflächedesselben vorliegendes, eisenhaltiges Material 10 aufweist.Das Trägermaterial 9 derkatalytisch aktiven Beschichtung 8 ist mittels eines Bindemittels 11,vorzugsweise Siliziumoxid, mit dem Partikelfilter 4 verbunden.Als Bindemittel 11, das sich einerseits mit dem Materialdes Partikelfilters 4 verbindet und andererseits der katalytischaktiven Beschichtung 8 ausreichend Halt gibt, kann zumBeispiel auch Aluminiumoxid (Al2O3), Titanoxid (TiO2)oder ein anderes geeignetes Material eingesetzt werden. Zur Verbindungder katalytisch aktiven Beschichtung 8 mit dem Partikelfilter 4 über dasBindemittel 11 könnenan sich bekannte und daher nachfolgend nicht näher erläuterte Verfahren zur Anwendungkommen. Die in 2 dargestellten Schichtdickensind selbstverständlichals rein beispielhaft anzusehen.
    [0025] Daseisenhaltige Material 10 kann in einer Ausführungsformder Vorrichtung 3 Eisenoxid aufweisen, es ist in diesemZusammenhang auch möglich,dass das eisenhaltige Material 10 zu 100 % aus Eisenoxidbesteht. Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass das eisenhaltigeMaterial 10 Reineisen aufweist bzw. zu 100 aus Reineisenbesteht. Des weiteren ist auch eine Mischung aus Eisenoxid und Reineisenzur Bildung des eisenhaltigen Materials 10 möglich. Zusätzlich können Titan,Vanadium, Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Zirkonium,Niob, Wolfram und/oder Rhenium in dem eisenhaltigen Material 10 enthaltensein, wobei Eisenoxid oder Reineisen stets den größten Bestandteildes eisenhaltigen Materials 10 stellen.
    [0026] ZurVerbindung des eisenhaltigen Materials 7 mit dem Trägermaterial 9 kanndas an sich bekannte Ionenaustauschverfahren eingesetzt werden,es ist jedoch auch möglich,das Trägermaterial 9 mit demeisenhaltigen Material 10 mittels eines Beschichtungsverfahrenszu verbinden.
    [0027] Imvorliegenden Fall weist die katalytisch aktive Beschichtung 8 zusätzlich zudem Trägermaterial 9 unddem eisenhaltigen Material 10 ein Edelmetall 12 auf,welches im dargestellten Fall als zusätzliche Schicht auf die katalytischaktive Beschichtung 8 aufgebracht ist. In nicht dargestellterWeise ist es auch möglich,das Edelmetall 12 in der katalytisch aktiven Beschichtung 8 zuverteilen. Als Edelmetall 12 wird vorzugsweise Platin verwendet,es könntejedoch auch die Verwendung von Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber,Osmium, Iridium oder Gold vorgesehen sein. Das Edelmetall 12 kannals Oxid oder als reines Element vorhanden sein.
    [0028] DasTrägermaterial 9 bestehtvorzugsweise aus einem amorphen oder kristallinen Alumosilikat, beispielsweiseaus einem β-Zeolith,einem Zeolith des Typs Y oder einem Zeolith des Typs ZSM5. Diesesporöse,eine sehr großeOberflächeaufweisende Trägermaterial 9 istmit dem eisenhaltigen Material 10 modifiziert. In der Praxishat sich ein kristalliner β-Zeolithals besonders geeignet erweisen, insbesondere weil er sich auchnach längererZeit, in der er dem Abgas ausgesetzt ist, nicht zersetzt und gerademit dem eisenhaltigen Material 10 eine äußerst gute Wirkung der katalytischaktiven Beschichtung 8 hervorruft. Alternativ wäre es auchmöglich,für das Trägermaterial 9 amorphesSiliziumoxid (SiO2) zu verwenden, wobeidessen Gerüststrukturbeispielsweise vom Typ MCM41 sein kann.
    [0029] DieWirkungsweise der Vorrichtung 3 ist folgendermaßen: Andem Partikelfilter 4 setzen sich die in dem Abgas enthaltenenRußpartikelab und reduzieren durch die Einwirkung der katalytisch aktiven Beschichtung 8 diein dem Abgas enthaltenen NO2- und NO-Moleküle zu N2-Molekülen,wobei zugleich der die Rußpartikelim wesentlichen bildende Kohlenstoff zu CO2 oxidiert.Es gelten dabei nachfolgende Reaktionsgleichungen bzw. zumindesteine derselben: 2NO + C -> N2 +CO2 bzw. 2NO2 + 2C -> N2 +2CO2
    [0030] Diesbedeutet, dass in dem die Vorrichtung 3 verlassenden Abgasnur noch eine erheblich verringerte Menge an NOx-Molekülen undim wesentlichen nur N2-Moleküle enthaltensind, und dass gleichzeitig die Rußpartikel an dem Partikelfilter 4 abgeschieden unddanach durch NO und NO2 oxidiert werden. Durchdie Einwirkung des eisenhaltigen Materials 7 in der katalytischaktiven Beschichtung 8 laufen die beschriebenen Reaktionenbereits bei Temperaturen von ca. 220°C ab, so dass es nicht erforderlichist, die Vorrichtung 3 besonders nah an der Verbrennungskraftmaschine 1 anzuordnenoder zusätzlicheReduktionsmittel in die Abgasleitung 2a einzuleiten. Es istsomit möglich,mittels einer einzigen Vorrichtung 3 die beiden SchadstoffeNOx und Ruß aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 zuentfernen.
    [0031] In 1 istaußerdemdargestellt, dass der Vorrichtung 3 ein zusätzlicher,kommerziell erhältlicherOxidationskatalysator 13, beispielsweise auf Basis von Platin,vorgeschaltet sein kann, um aus dem in dem Abgas vorhandenen NOdas reaktivere NO2 zu erzeugen.
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] Vorrichtung (3) zur Reinigung von Abgaseneiner Verbrennungskraftmaschine (1), mit einem Partikelfilter(4), der mit einer katalytisch aktiven Beschichtung (8)versehen ist, wobei die katalytisch aktive Beschichtung (8)ein Trägermaterial(9) und ein mit dem Trägermaterial(9) verbundenes, zumindest an der Oberfläche desselbenvorliegendes, eisenhaltiges Material (10) aufweist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das eisenhaltige Material (10) Eisenoxid aufweist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass das eisenhaltige Material (10) zu 100 Eisenoxid ist.
    [4] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das eisenhaltige Material (10) Reineisen aufweist.
    [5] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass das eisenhaltige Material (10) zu 100 Reineisen ist.
    [6] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass das eisenhaltige Material (10) mittels Beschichtungmit dem Trägermaterial(9) verbunden ist.
    [7] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass das eisenhaltige Material (10) durch Ionenaustauschmit dem Trägermaterial(9) verbunden ist.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet,dass die katalytisch aktive Beschichtung (8) ein Edelmetall(12) aufweist.
    [9] Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass das Edelmetall (12) als zusätzliche Schicht auf die katalytischaktive Beschichtung (8) aufgebracht ist.
    [10] Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet,dass das Edelmetall (12) in der katalytisch aktiven Beschichtung(8) verteilt ist.
    [11] Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurchge kennzeichnet, dass das Edelmetall (12) Platin ist.
    [12] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass das Trägermaterial(9) ein Zeolith ist.
    [13] Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass der Zeolith (9) ein β-Zeolith ist.
    [14] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass das Trägermaterial(9) Siliziumoxid ist.
    [15] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass das Trägermaterial(9) mittels eines Bindemittels (11) mit dem Partikelfilter(4) verbunden ist.
    [16] Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Bindemittel (11) Siliziumoxid ist.
    [17] Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Bindemittel (11) Aluminiumoxid ist.
    [18] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass der Partikelfilter (4) wechselseitig verschlosseneEinlasskanäle(5) und Auslasskanäle(6) aufweist.
    [19] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet,dass der Partikelfilter (4) aus Keramik besteht.
    [20] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge kennzeichnet,dass der Partikelfilter (4) aus Aluminiumoxid besteht.
    [21] Abgasanlage (2) für eine Verbrennungskraftmaschine(1) mit einer Abgasleitung (2a) und einer in derAbgasleitung (2a) angeordneten Vorrichtung (3) zurReinigung von Abgasen nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
    [22] Abgasanlage nach Anspruch 21, dadurch ge kennzeichnet,dass der Vorrichtung (3) ein Oxidationskatalysator (13)vorgeschaltet ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-01-05| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2009-02-26| 8364| No opposition during term of opposition|
    2010-05-06| 8327| Change in the person/name/address of the patent owner|Owner name: KARLSRUHER INSTITUT FUER TECHNOLOGIE, 76131 KA, DE |
    2015-01-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    2015-04-02| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20150101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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