Development of Ultra-Stable Cu-SCR Aftertreatment System for Advanced Lean NOx Control

SCR

論文掲載先

SAE Technical Paper : 2019-01-0743

 

著者

Hyundai Motor Company

 

https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2019-01-0743/

 

Abstract

The integration of SCR catalyst into diesel-particulate filter (SDPF) may be one of most viable ways to meet upcoming stringent emission regulations with new test protocols such as Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycles (WLTC) and Real Driving Emissions (RDE) requirements. The chabazite-structured SSZ-13-based catalysts enabled the wide implementation of urea-SCR technology for mobile applications due to their robust thermal stability up to 750℃ compared to the thermally unstable ZSM-5-based technologies. However, the thermally stable Cu-SSZ-13 catalyststarts collapsing its active unique structure at 850℃, where the SCR catalyst on SDPF can possibly be exposed during filter regeneration under a drop-to-idle (DTI) condition. Therefore, more durable SCR catalysts that survive under higher temperatures have been strongly desired in automotive industry. Recently, we found Cu-exchanged high silica LTA revealed an excellent hydrothermal stability. In this study, our work successfully demonstrated the hydrothermally ultra-stable Cu/LTA catalyst that can potentially become a good candidate for the next generation SDPF application that enables tighter real-world driving emission requirement. After hydrothermal aging at 900℃ for 12h, the NOx reduction over the Cu/LTA catalyst is superior to those of the state-of-the-art Cu/SSZ-13 based commercial catalyst in the entire reaction temperature. Furthermore, the Cu/LTA catalyst can maintain remarkable high-temperature NOx conversion after lean/rich cyclic aging at 620℃, due to the low oxidation of NH3 to NO. More stable NH3 storage capacity of Cu/LTA upon hydrothermal aging compared to the case for Cu/SSZ-13 will provide an additional benefit in integrating the on-board urea dosing control for the maximum system performance. Finally, the performance of the Cu/LTA catalyst under the simulated dynamic WLTC mode test will be presented. We believe that these enhanced features will help improving the future lean NOx aftertreatment systems under the real-world driving conditions.
 
SCR触媒をディーゼルパティキュレートフィルタに統合すること（SCRF）は、WLTEやRDEなどの今後の厳しい排出ガス規制を満たす最も現実的な方法の1つです。
チャバザイト構造のSSZ-13ベースの触媒は、熱的に不安定なZSM-5ベースの技術と比較して750℃までの耐熱性により、自動車用途に尿素-SCR技術を幅広く実装することを可能にしました。
しかしながら、熱的に安定なCu-SSZ-13触媒は850℃を超えると、その構造を崩壊し始め、ドロップトゥアイドル（DTI）条件下でのフィルター再生中にこの温度条件に到達する可能性がある。
それため、より高い温度下でも存続するより耐久性のあるＳＣＲ触媒が自動車産業において強く望まれている。
最近、Cu交換高シリカLTAが優れた水熱安定性を示すことを見出しました。この研究で、我々の研究は、より厳しい実世界の運転排出要件を可能にする次世代のＳＤＰＦ用途のための潜在的に良好な候補になり得る水熱的に超安定なＣｕ ／ ＬＴＡ触媒を実証した。
900℃で12時間の水熱エージング後、Cu / LTA触媒上のNOx還元は全反応温度において最先端のCu / SSZ ‐ 13ベースの市販触媒のものより優れている。
さらに、Cu / LTA触媒は、NH3のNOへの酸化が少ないために、620℃でリッチ/リーンサイクルエージング後に顕著な高温NOx効率を維持することができた。
水熱エージング時のCu / LTAのCu / SSZ-13の場合と比較してより安定したNH 3吸着容量は、最大のシステム性能のための、搭載尿素ドージング制御を統合することにおいてさらなる利点を提供するであろう。
最後に、模擬ＷＬＴＣモード試験の下でのＣｕ ／ ＬＴＡ触媒の性能を提示する。
これらの強化された機能は、実際の運転条件の下で将来のリーンNOx後処理システムを改善するのに役立つと信じています。
 
 

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