BE573509A

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Description

"Catalyseur pour la combustion des gaz d'échappement d'un moteur à explosion".

La présente invention a pour objet un catalyseur pour la combustion des gaz d'échappement d'un moteur à explosion.

La combustion du carburant dans un moteur à explosion n'étant pas complète, les gaz d'échappement contiennent encore de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures. L'oxyde de carbone est un toxique et il n'est pas nécessaire d'insister sur le danger que constitue sa présence dans l'air. Mais les hydrocarbures eux

aussi peuvent présenter de grands inconvénients. En effet, par une réaction photochimique avec les oxydes d'azote, ils peuvent donner lieu, dans certaines régions, à la formation de couches de brume qui diminuent grandement la visibilité et même irritent les yeux. On connait bien la formation du "smog" dans la région de Los Angeles (U.S.A.)
C'est la raison pour laquelle il y a intérêt à éliminer par combustion les composants des gaz d'échappement dont la présen- ce dans l'atmosphère est nocive.

Cette combustion peut se faire au moyen de catalyseurs en présence d'une quantité nécessaire d'air.

Divers catalyseurs ont été proposés, notamment ceux con- tenant du platine ou de l'oxyde de vanadium. Toutefois, aussi, bien les premiers que les seconds présentent de grands inconvénients.

Ainsi par exemple, les catalyseurs contenant du platine, tout en donnant d'excellents résultats lorsqu'il s'agit de carburants exempts de plomb, sont inutilisables pour les carburants courants contenant du plomb tétraéthyle. En effet, par une réaction avec les composés du plomb, ils deviennent inactifs dans un temps très court.

Quant aux catalyseurs contenant de l'oxyde de vanadium, les expériences nous ont démontré que leur mise en action demande des températures assez élevées, leur durée de vie étant, d'autre part, très courte.

Les conditions principales qu'un catalyseur pour la com- bustion des gaz d'échappement doit remplir sont les suivantes : - Etre capable de transformer au moins 90% de l'oxyde de carbone et des substances organiques en anhydride carbonique et en eau, - Agir à des températures relativement basses, - Etre insensible aux composés du plomb, - Avoir une durée de vie suffisamment longue.

L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients préci-

-tés des catalyseurs connus en proposant un catalyseur se distin- guent de ces derniers par le fait qu'il est constitué par un oxyde de cobalt.

Les oxydes de cobalt sont des semi-conducteurs dont les propriétés, aussi bien catalytiques qu'électroniques, peuvent être largement modifiées par l'addition d'autres substances. Ainsi, il a été démontré qu'une introduction de l'oxyde de lithium dans le réseau cristallin de l'oxyde cobalteux (CoO) diminue sensiblement l'énergie d'activation nécessaire pour obtenir l'oxydation de l'o- xyde de carbone (J. Block und H. Chon, Z. Electrochem 60,912; 1956).

Nos expériences sur la combustion catalytique des gaz d'échappement, donc d'un mélange contenant non seulement de l'oxyde de carbone mais encore, entre autres, des hydrocarbures, nous ont montré qu'il est possible d'améliorer un catalyseur à base d'oxyde de cobalt, et notamment d'oxyde cobalteux, en y ajoutant des quan- tités convenables d'oxyde d'un métal dont les cations sont mono- valents. L'amélioration constatée consiste en une augmentation sen- sible de la durée de vie du catalyseur et en une diminution de la température nénessaire pour la mise en action. Ainsi, de bons ré- sultats ont été obtenus avec des catalyseurs à l'oxyde cobalteux additionné d'oxyde de lithium. La teneur en ce dernier doit être comprise entre 1 et 20% molaire.

Les catalyseurs à l'oxyde de cobalt, aussi bien au Co 0 qu'au Co3 O4, additionné ou non d'un autre oxyde, peuvent être prévus sans support, le catalyseur ayant dans ce cas la forme d'un corps fritté poreux, ou encore avec un support convenable tel que, par exemple, l'alumine. Ils peuvent être fabriqués, par exemple, de la manière suivante : a) Catalyseur au coo avec 4% molaire de Li2 O, sans support :
Le mélange comprenant du nitrate de cobalt, la quantité correspondante de carbonate de lithium et un peu d'acide

nitrique, est chauffé au rouge sombre de manière à obte- nir des oxydes. La poudre ainsi obtenue, à laquelle on ajou- te un liant, par exemple du oamphre, est comprimée de maniè- re à obtenir des corps de forme désirée.

Ces corps sont en- suite frittés dans un courant d'azote à une température de
1000 à 1100 C et cela pendant plusieurs heures, de manière à obtenir des catalyseurs en forme de corps solides, durs @ et poreux. b) Catalyseur au CO3 O4, aveo support :
Des corps en alumine, de forme désirée, sont imbibés par du nitrate de cobalt en fusion auquel on a ajouté un peu d'aci- de nitrique. Ces corps sont ohauffés au rouge sombre de ma- nière à obtenir des oxydes et ensuite chauffés encore à l'air pendant quelques heures à une température de 600 à
700 c
Ces catalyseurs peuvent être utilisés pour la combustion des gaz d'échappement au moyen d'installations connues. Un tel catalyseur sera placé dans une chambre de combustion dans laquelle sont conduits des gaz d'échappement mélangés avec de l'air.

La température nécessaire pour sa mise en action est d'environ 300 C.

Au cas où la température des gaz d'échappement ne suffit pas pour réchauffer le catalyseur à 300 on pourrait prévoir un chauffa- ge éleotrique supplémentaire, lequel serait supprimé dès que la température nécessaire serait atteinte. En effet, la quantité de chaleur développée pendant la oombustion suffit amplement à main- tenir une température d'au moins 300 C.

Les résultats obtenus avec un catalyseur selon l'inven- tion et indiqués ci-après à titre d'exemple, démontrent les avan- tages qu'il présente.

Le catalyseur utilisé était constitué par des éléments de forme cylindrique ayant chacun un diamètre d'environ 5 mm. et une longueur de 5 à 10 mm. Les gaz d'échappement étaient ceux d'un

moteur à 4 temps, refroidi par air, climenté avec de l'essence ordinaire ayant une teneur en plomb tétraéthyle de 0.38 cm3/1.

Une analyse de ces gaz (après la condensation de l'eau) a donné :
CO2 4%
C0 @ 5% Hydrocarbures (rapporté à l'hexane) : 0,7 %
La combustion catalytique de ces gaz a été faite aveo une addition d'air allant de 30 à 50% en volume. Le rapport entre chauds le volume des gaz/traversant par heure la chambre de combustion oatalytique et le volume du catalyseur, était d'environ 20.000.

Une analyse des gaz sortant de la chambre de combustion a donné :
002 : lotit
CO : 0% Hydrocarbures (reporté à l'hexrne) - 0.03%
Comme on le voit pur ce qui précède, le catalyseur suivant l'invention remplit parfaitement les conditions énumérées plus haut nécessaires pour obtenir de bons résultéts lors de 1 com- bustion catalytique des gaz déohappement.

REVENDICATIONS
1. Catalyseur pour la combustion des gaz d'échappement d'un moteur à explosion caractérisé par le fait qu'il est consti- tué per un oxyde de cobalt.

Claims

2. Catalyseur selon la revendication 1, caractérisé pur le fait que le dit oxyde de cobalt est l'oxyde cobalteux.

3. Catalyseur selon l'une ou l'autre des revendications est 1 et 2. caractérisé par le fait que le dit oxyde de cobalt/r.ddition- né d'un oxyde d'un métal dont les cations sont monovalents.

4. Catalyseur selon la revendication 3, caractérisé par le <Desc/Clms Page number 6> fait que l'oxyde addtionné est l'oxyde de lithium.

5. Catalyseur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la teneur en oxyde de lithium est de 1à 20% molaire.

6. Catalyseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est prévu sur un sup- port, 7. Catalyseur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le dit support est en alumine.

8. Catalyseur pour la combustion des gaz d'échappement d'un moteur à explosion, tel que décrit ci-avant.