DD150491A6 - METHOD AND DEVICE FOR THE CATALYTIC TREATMENT OF GASES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Behandlung von Gasen, insbesondere von Abgasen aus Verbrennungskraftmaschinen von beispielsweise Motorraedern, Kettensaegen, kleinen elektrischen Generatoren u.a., in Oxydationssystemen zum Zwecke der Entfernung von beispielsweise Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid aus den Abgasen. Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren, bei dem Schaedigungen des Katalysatorsystems infolge zu hoher Temperaturen oder Verstopfung durch Feststoffteilchen vermieden werden. Erfindungsgemaesz wird fuer die Behandlung von Abgasen eine Vorrichtung verwendet, bei der das katalytische System besteht aus einem ersten Katalysatorkoerper mit einer Vielzahl von Stroemungskanaelen mit Einlasz- und Auslaszoeffnungen und einem nachgeordneten Katalysatorkoerper gleicher Ausbildung, wobei aber die offene Querschnittsflaeche der einzelnen Stroemungskanaele des ersten Katalysatorkoerpers wesentlich groeszer ist als die des nachgeordneten zweiten Katalysatorkoerpers. Nach dem erfindungsgemaeszen Verfahren werden die Feststoffteilchen bei Eintritt in den ersten Katalysatorkoerper verkleinert. Die in d. Katalysatorkoerpern erzeugten Temperaturen sind nicht so hoch, dasz sie fuer die Katalysatoren schaedlich sind.The invention relates to a method and apparatus for the catalytic treatment of gases, in particular exhaust gases from internal combustion engines, for example, motorcycles, chain saws, small electric generators u.a., In oxidation systems for the purpose of removing, for example, hydrocarbons and carbon monoxide from the exhaust gases. The aim of the invention is an improved process in which damage to the catalyst system due to excessive temperatures or clogging by solid particles are avoided. According to the invention, a device is used for the treatment of exhaust gases, in which the catalytic system consists of a first catalyst body having a plurality of flow channels with Einlasz- and Auslaszoeffnungen and a downstream catalyst body of the same education, but the open cross-sectional area of the individual flow channels of the first Katalysatorerkoerpers essential is greater than that of the downstream second catalyst body. According to the inventive method, the solid particles are reduced upon entry into the first catalyst body. The in d. Catalyst bodies generated temperatures are not so high that they are harmful to the catalysts.
Description
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Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Behandlung von GasenProcess and apparatus for the catalytic treatment of gases
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Behandlung von Gasen, beispielsweise von Auspuffgasen von Verbrennungskraftmaschinen nach Patent 133 058 (AP F 02 B/201 374).The invention relates to a method and a device for the catalytic treatment of gases, for example, exhaust gases from internal combustion engines according to patent 133 058 (AP F 02 B / 201 374).
Das erfindungsgemäße System eignet sich zur katalytischen Oxydation von festen bzw. teilchenfö'rmige Stoffe enthaltenden Gasen, die oxydierbare Bestandteile, wie einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe oder ihre Oxydationszwischenprodukte enthalten, wie beispielsweise Kohlenmonoxid oder Sauerstoff enthaltende organische Materialien . Die verwendeten Ausdrücke "teilchenförmige Stoffe" und "Teilchen" sollen neben festen Teilchen auch flüssige Tropfen oder Aerosole sowie Mischungen von flüssigen und festen Teilchen umfassen. In den Auspuffgasen von Verbrennungskraftmaschinen können flüssige Teilchen aus nicht verbranntem oder teilweise verbranntem flüssigem Kraftstoff und/oder Schmieröl, welches in die Auspuffgase gelangt, gebildet werden. Feste Teilchen können von dem Verbrennungsverfahren herrühren und sich innerhalb der Verbrennungsmaschine und/oder dem Auspuffsystem bilden. Festes Material kann sich infolge der Verkohlung von flüssigen Teilchen, die auf den Katalysator auf treffen, auch auf dem Katalysator ausbilden. Wenn daher von Feststoffen oder festen Teilchen die Rede ist, sollen auch flüssige Teilchen mit umfaßt sein, sofern es sich aus dem Zusammenhang nicht anders ergibt.The system according to the invention is suitable for the catalytic oxidation of solid or particulate gases containing oxidizable constituents, such as one or more hydrocarbons or their oxidation intermediates, such as carbon monoxide or oxygen-containing organic materials. The terms "particulate matter" and "particles" are intended to include, in addition to solid particles, liquid droplets or aerosols as well as mixtures of liquid and solid particles. In the exhaust gases of internal combustion engines, liquid particles of unburned or partially burned liquid fuel and / or lubricating oil that enters the exhaust gases may be formed. Solid particles may result from the combustion process and form within the internal combustion engine and / or the exhaust system. Solid material can also form on the catalyst due to carbonization of liquid particles encountered by the catalyst. Therefore, if solids or solid particles are mentioned, liquid particles should also be included, unless otherwise stated in the context.
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Die zu behandelnden Gase können eine ausreichende Menge an oxydierbaren Bestandteilen enthalten, so daß das katalytische System als Primärenergiequelle verwendet werden kann, oder die oxydierbaren Bestandteile können in den Gasen in geringeren Mengen vorhanden sein, wie beispielsweise in Abgasenf die die Atmosphäre verunreinigen könnten, so daß das katalytische System als eine Gasreinigungvorrichtung verwendet werden kann» Im letzteren Pail können die Zuführungsgase beispielsweise Abgase sein, die eine relativ hohe Konzentration an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen aufweisenj und diese G^se können katalytisch gereinigt wer™ den, um die Verunreinigung der Atmosphäre zu verringern»The to be treated G a s a sufficient amount may include of oxidizable components, so that the catalytic system can be used as a primary energy source, or the oxidizable components can be present in the gases in smaller amounts, such as in A bgasen f which contaminate the atmosphere For example, in the latter case, the feed gases may be exhaust gases having a relatively high concentration of carbon monoxide and hydrocarbons, and these gases may be catalytically purified to reduce the contamination of the gas To reduce the atmosphere »
In einer Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung katalytische Verfahren und Vorrichtungen, die zur Keinigung von Gasen geeignet sind, wie beispielsweise Abgase oder Auspuffgase von Verbrennungsvorgängen oder aus anderen Quellen, um die Verunreinigung der Atmosphäre zu verringern» In einer besonderen -A-usführungsform werden durch die vorliegende Erfindung Probleme gelöst, die bei der Reinigung von Gasen auftreten, insbesondere von Auspuffgasen der Zweitakt-Verbrennungskraftmaschinen, die relativ hohe Konzentrationen an Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid aufweisen»In one aspect, the present invention relates to catalytic processes and apparatus suitable for venting gases, such as exhaust gases or exhaust gases from combustion processes or other sources, to reduce atmospheric pollution The present invention solves problems encountered in the purification of gases, particularly exhaust gases of two-stroke internal combustion engines having relatively high concentrations of hydrocarbon and carbon monoxide. "
Es ist bekannt j daß Verbrennungskraftmaschinen verschiedenartige Gase ausstöß..en,und .häufig enthalten diese Gase unerwünschte Bestandteile, die, wenn sie in die Atmosphäre gelangen, Luftverunreinigungen darstellen* Das Problem, dieIt is known that internal combustion engines emit various gases, and. Often these gases contain undesirable components which, when released into the atmosphere, constitute air pollutants
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Abgabe solcher Verunreinigungen an die Atmosphäre auf ein Minimum zu beschränken, wird bereits seit vielen Jahren bearbeitet, und es wird immer wichtiger, Mittel zur Beseitigung der Emission von Luftverunreinigungen aufzufinden, ^ewisse Arten des Betriebs von Motoren, bei denen verhältnismäßig große Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid aus der Verbrennungskraftmaschine abgegeben v/erden, sind besonders störend für die v/irksame Bekämpfung der Emission von Luftverunreinigungen. Beispiele für Quellen, die für die ^bgabe so großer Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid typisch sind, sind Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Verbrennungskraftmaschinen, die häufig zum Antrieb von Motorrädern, Außenbord-Motorbooten, Motorschlitten, Kettensägen und kleinen elektrischen Generatoren verwendet werden.Minimizing the release of such pollutants to the atmosphere has been in the art for many years, and it is becoming more and more important to find means of eliminating the emission of air pollutants, such as the operation of engines employing relatively large quantities of hydrocarbons and hydrocarbons Carbon monoxide emitted from the internal combustion engine are particularly troublesome for the effective control of the emission of air pollutants. Examples of sources that are typical for the delivery of such large amounts of hydrocarbons and carbon monoxide are internal combustion engines, especially two-stroke internal combustion engines, which are often used to drive motorcycles, outboard motor boats, snowmobiles, chainsaws and small electric generators.
Es ist bekannt, derartige Abgase zu beseitigen, indem sie in einem katalytischen Oxydationssystem behandelt werden, das aus einem einstückigen Katalysatorkörper mit Strömungskanälen besteht und als oxydationsfördernden Bestandteil ein Metall der Platingruppe enthält.It is known to eliminate such exhaust gases by treating them in a catalytic oxidation system consisting of a one-piece catalyst body with flow channels and containing a platinum group metal as the oxidation-promoting constituent.
Derartige Gase können aber auch feste und/oder flüssige teilchen enthalten, die zur Verstopfung der Strömungskanäle der einstückigen Katalysatorkörper führen können, was in gleichem Maße für die Abgase bzw. AUSpUffgase von Benzin-' oder ^ieselkraftmaschinen gilt.·But such gases may also contain solid and / or liquid particles, which may lead to blockage of the flow channels of the one-piece catalyst body, which applies to the same extent for the exhaust gases or A US p U ffg a se of gasoline or ^ ieselkraftmaschinen.
Es wird geschätzt, daß die Kohlenwasserstoffemission von Motorrädern sich auf etwa 0,9 % und die Kohlenmonoxidemission von Motorrädern auf 0,6 % der gesamten Emission vonMotorcycle hydrocarbon emissions are estimated to be about 0.9 % and carbon monoxide emissions from motorcycles to 0.6 % of the total emissions of motorcycles
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Kraftfahrzeugen in den bereinigten Staaten von Amerika, .beläuft* In Anbetracht der jahreszeitbedingten Verwendung von Motorrädern und der höheren Konzentration von Motorrädern in großen Städten kann die Wirkung der Emission von Motorrädern auf die Luftbeschaffenheit in gewissen hegenden zu gewissen Jahreszeiten noch wesentlich bedeutender sein« Die •^ohemission von Zweitaktmotoren von Motorrädern kann Z0 Be häufig im Bereich von etwa 6,25 bis 11,25 g Kohlenwasserstoffen je lan und von etwa 7,.5 bis 17,5 g Kohlenmonoxid je lon liegen, und die auf diese Motorräder zurückführende Emission.von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid kann sogar so groß sein wie diejenige von 10 bis 20 Personenkraftwagen, die mit Anlagen zur katalytischen Behandlung der uspuffgase versehen sind» E-in typisches Auspuffgas eines Zweitaktmotors eines Motorrades f der mit einem Luft-Brennstoff verhältnis von 12,8 arbeitet, kann auf Volumenbasis etwa 5 ^Kohlenmonoxid, 1,7 % Wasserstoff (geschätzt als 1/3 der Menge des Kohlenmonoxids in den Auspuffgasen), 3 % Sauerstoff und 2000 ppm Kohlenwasserstoffe enthalten und eine temperatur von mehr als 540 0C aufweisen*In the United States of America, the consumption of seasonal motorcycles and the higher concentration of motorcycles in large cities may make the effect of the emission of motorcycles on the air quality more significant at certain times of the year " ^ ohemission of two-stroke engines of motorcycles may B 0 e frequently be in the range of about 6.25 to 11.25 g hydrocarbons per lan and from about 7 .5 to 17.5 g of carbon monoxide per lon Z, and the leading back to this motorcycles Emission of hydrocarbons and carbon monoxide may even be as high as that of 10 to 20 passenger cars equipped with catalytic converters for the exhaust gases "E-in typical exhaust gas of a two-stroke engine of a motorcycle f with an air-fuel ratio of 12, 8 works, on a volume basis about 5 ^ carbon monoxide, 1.7 % hydrogen (geschä less than 1/3 of the amount of carbon monoxide in the exhaust gases), 3 % oxygen and 2,000 ppm hydrocarbons, and have a temperature greater than 540 0 C *
Kohlenstoffe, wie beispielsweise natürliches Gas und oxydier» bare bgase von gewöhnlichen fahrzeugen,1-sind im allgemeinen relativ frei von teilchenförmigen Stoffen, wenigstens von solchen beträchtlicher Größe, und sie-weisen oxydierbare Bestandteile auf. Brenn- oder Kraftstoffe können jedoch auch aus anderen Quellen kommen, und sie könnnen verschiedene Mengen an störenden teilchenförmigen ^toffen enthalten, die in den Gasen dispergiert sind« k-ine' ausreichende Abtrennung dieser teilchenförmigen 'Hoffe von der Oxydation der Gase kann aus ökonomischen oder technischen Gründen nicht auge-Carbons, such as natural gas and oxydier "bare bgase of ordinary vehicles, 1 -are generally relatively free of particulates, at least of such considerable size, and they have-oxidizable constituents. However, fuels may also come from other sources, and they may contain various amounts of interfering particulate matter dispersed in the gases. "K-ine" Sufficient separation of these particulates from the oxidation of the gases may be from economic or technical reasons are not
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bracht sein, jedoch können sich diese teilchenförmigen ο toffe in erheblichem Maße nachteilig auf das katälj^tischeHowever, these particulate materials can be significantly detrimental to the catalyst
Öxydationssystem auswirken, ^iese katalytischen Oxydationssysteme haben insbesondere dann, wenn sie ein Metall der Platingruppe als oxydationsfördernden Bestandteil enthalten, eine lange Lebensdauer und eine hohe katalytisch^ Aktivität, und sie werden geeigneterweise in eine im wesentlichen fest angeordnete Stellung im Hinblick auf die Gase, die durch die berührung mit dem Katalysator oxydiert werden sollen, gebracht, Derartige Katalysatoren werden häufig über lange Zeiträume hinweg verwendet, ohne daß sie ersetzt oder einer Regenerierungsbehandlung unterzogen oder auf andere eise behandelt v/erden müssen, um der Verkürzung einer langen Lebensdauer entgegenzutreten, besonders geeignete Katalysatoren haben die Form von einstückigen Strukturen mit einer großen Anzahl von relativ schmalen GasStrömungskanälen, die sich durch den Katalysatorkörper hindurchziehen, Diese Konfiguration bietet bei einem gegebenen Volumen eine relativ große geometrische Oberfläche und sorgt somit für ausgedehnte Oberflächen, auf denen eine aktive katalytisch^ Zusammensetzung verteilt werden kann, um die Fähigkeit des Katalysators, erhöhte Mengen von Gasen in einer vorgegebenen Zeitspanne zu verarbeiten bzw. zu bewältigen, zu steigern. Verglichen beispielsweise mit einem -^ett von Katalysatorteilchen zeigen sich bei den Gasströmungskanälen auch relativ niedrige D'ruckabfall-Charakteristika»These catalytic oxidation systems, especially when containing a platinum group metal oxidation promoting component, have a long life and a high catalytic activity, and suitably become in a substantially fixed position with respect to the gases Such catalysts are often used for long periods of time without replacement or regeneration treatment, or needing to be otherwise treated to counteract the shortening of a long life Catalysts are in the form of one-piece structures having a large number of relatively narrow gas flow passages that pass through the catalyst body. This configuration provides a relatively large geometric surface area for a given volume and thus provides t for extended surfaces on which an active catalytic composition can be distributed to enhance the ability of the catalyst to handle increased amounts of gases in a given period of time. Compared with, for example, one particle of catalyst particles, the gas flow channels also show relatively low vapor decay characteristics »
Im Hinblick auf diese einstückigen Katalysatorkörper ist offensichtlich, daß, je kleiner die Strömungskanäle im Querschnitt sind, und je größer die -^nzahl der Kanäle bei einem gegebenen Querschnitt ist, desto größer ist der Oberflächen-With respect to these one-piece catalyst bodies, it is apparent that the smaller the flow channels are in cross-section, and the greater the number of channels in a given cross-section, the greater the surface area of the channels.
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kontaktbereich, und desto effektiver wird dadurch das 0xy~ dationssystem» Y/enn die Strömungskanäle jedoch kleiner sind, werden sie anflälliger gegenüber nachteiligen Effekten,-wie beispielsweise Verstopfung durch in dem zugeführten Gas enthaltene Bestandteile oder Oxydationsprodukte· Diese Schwierigkeiten werden grüßer, wenn in dem zugeführten Gas Bestandteile vorliegen, die zu größeren Verstopfungsproblemen der einstückigen Katalysatorkörper führen, Gase dieser Art, die besondere Schwierigkeiten mit sich bringen, sind solche, die suspendierte teilchenförmige Stoffe, einschließlich fester Teilchen, enthalten, die obgleich sie relativ klein und leicht genug sind,, um von den Gasen mitgerissen zu werden, einer Abtrennung nicht zugänglich sind, ohne technologische Schwierigkeiten oder ökonomische Härten in Kauf zu nehmen« ^iese Teilchen können so groß sein, daß sie die Strömungskanäle der zur förderung der Oxydation der Gase verwendeten einstückigen Katalysatoren verstopfen und dabei zu einem zunehmenden druckabfall der zu behandelnden Gase und zu einer Verringerung der geometrischen Oberfläche, die für die Berührung mit den Gasen zur Verfügung steht, führen. Diese Auswirkungen sind äußerst unvorteilhaft, da einer der Gründe, die für die Verwendung eines einstückigen Katalysators sprechen, in dem Vorteil liegt, daß er eine höhere geometrische Oberfläche aufweist und geringere Druckabfall-Charakteristika zeigtecontact area, and the more effective this is because of the oxidation system, but if the flow channels are smaller, they become more susceptible to adverse effects such as clogging by components or oxidation products contained in the gas fed in. These difficulties become greater when gases of this type, which present particular difficulties, are those which contain suspended particulate matter, including solid particles, which, although relatively small and light enough, have been found to produce more clogging problems of the unitary catalyst bodies. to be carried away by the gases are not susceptible to separation without being subject to technological difficulties or economic hardships. These particles may be so large as to affect the flow channels of the integral catalyst used to promote the oxidation of the gases clogging and thereby lead to an increasing pressure drop of the gases to be treated and to a reduction of the geometric surface, which is available for the contact with the gases. These effects are extremely disadvantageous because one of the reasons for using a one-piece catalyst is in the advantage of having a higher geometric surface area and exhibiting lower pressure drop characteristics
Is gibt zwar eine allgemeine Technik'zur behandlung von unerwünschten bestandteilen in Auspuffgasen; die Anwendung dieser allgemeinen Technik auf die Behandlung von Emissionen, die relativ große Mengen an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid aufweisen, begegnet jedoch bedeutenden Hindernissen«Although there is a general technique for treating undesirable components in exhaust gases; However, the application of this general technique to the treatment of emissions containing relatively large amounts of hydrocarbons and carbon monoxide faces significant obstacles. "
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Perner enthalten die Auspuffgase von beispielsweise Zweitaktmotoren und anderen Motoren, wie zum eispiel Dieselmotoren, im allgemeinen Rauch, der schwarze Rußteilchen, weißes Aerosol und Ölasche enthalten kann, da zusammen mit dem Treibstoff'auch Schmieröl verbraucht wird. Das weiße Aerosol (weißer Rauch) kann den Katalysator überziehen und zusammen mit den schwarzen Rußteilchen den Katalysator verstopfen. Auch Ölasche kann den Katalysator verstopfen sowie zur Vergiftung des Katalysators beitragen» Die Neigung von Zweitaktmotoren, Ablagerungen zu hinterlassen, läßt sich oft beobachten, wenn man die Auspuffrohre nach einer gewissen 3?ahrdauer untersucht« -^ine Verstopfung desP e rn containing exhaust gases from, for example, two-cycle engines and other engines, such as for EXAMPLE diesel engines may generally contain smoke, the black carbon black particles, white aerosol and oil ash, as is consumed together with the Treibstoff'auch lubricating oil. The white aerosol (white smoke) can coat the catalyst and block the catalyst along with the black soot particles. Also oil ash can clog the catalyst and contribute to the poisoning of the catalyst. "The propensity of two-stroke engines to leave deposits can often be observed by examining the exhaust pipes after a certain period of time
uspuffsystems beeinträchtigt nicht nur die Leistung des Motors und des Katalysators, sondern der dadurch entstehende Gegendruck begünstigt auch eine -^rhöung der bildung von Verunreinigungen«,Not only does exhaust system affect the performance of the engine and the catalytic converter, but the counterpressure that results from it also promotes an increase in the formation of impurities.
Bei der katalytischen behandlung von Abgasen aus verschiedenen Quellen, wie zum Beispiel Auspuffgasen von Verbrennungskraftmaschinen, treten dadurch Probleme auf, daß infolge der hohen temperatur der zu behandelnden Auspuffgase und infolge des Ablaufs von exothermen Reaktionen sehr hohe Katalysatortemperaturen erreicht werden können, die den Katalysator schädigen» Diese Probleme.werden noch verschärft, wenn die Auspuffgase verhältnismäßig hohe Konzentrationen an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen zusammen mit molekularem Sauerstoff enthalten„In the catalytic treatment of exhaust gases from various sources, such as exhaust gases from internal combustion engines, thereby causing problems that due to the high temperature of the exhaust gases to be treated and due to the expiration of exothermic reactions very high catalyst temperatures can be achieved, which damage the catalyst » These problems are aggravated when the exhaust gases contain relatively high concentrations of carbon monoxide and hydrocarbons together with molecular oxygen. "
Die Anwesenheit von verhältnismäßig.,großen Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in typischen -Auspuffgasen oder Abgasen kann zu einer bedeutenden thermischen Belastung des oxydativen ^eiiiiguogs syst ems führen. lJo beträgt zumThe presence of relatively large amounts of carbon monoxide and hydrocarbons in typical exhaust gases or exhaust gases can result in significant thermal stress on the oxidative oxygenation system. lJ o is to
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Beispiel der adibatische Temperaturanstieg bei der katalytischem. Verbrennung von 1 VoI·-% Kohlenmonoxid in Verbrennungsgasen oft etwa 85 bis -90. 0C, ^i e Kohl enmonoxidkonz ent rat ion in den Auspuffgasen von Motoren, wie zum Beispiel Zweitaktmotoren, kann sogar etwa 10 VoI·-% oder mehr betragen. Verbrennung^systeme werden oft unter brennstoffreichen bedingungen betrieben, und dann können ihre Abgase leicht größere Mengen von Kohlenwasserstoffen, zum Seispiel bis etwa 1 Vole«^ und mehr, enthalten* Ferner können Motoren fehlzünden, in welchem Falle erhebliche Mengen von Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff aus dem Motor abgegeben werden, und die Kohlenwasserstoffkonzentration.in den Auspuffgasen kann bei der Fehlzündung sogar 2 % oder mehr betragene Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff sind auch infolge des normalen Spülvorganges im Zylinder, bei dem ,ein Teil des Gemisches aus Luft, Treibstoff und "chmieröl ohne wesentliche Verbrennung vom ^inlaßkanal zur Aufρufföffnung gelangt, in den Auspuffgasen enthalten« Der adiabatische Temperaturanstieg bei der karalytischen Verbrennung von 1000 ppm Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen beträgt etwa 100 0C,, Peraer kann zu Zeiten hohen TreibstoffVerbrauchs, z„ B* beim Betrieb unter schwerer Belastung und/oder mit hohen Geschwindigkeiten, das Volumen der zu behandelnden Auspuffgase zu einem Ansteigen der Katalysatortemperatur, ε, Β, infolge des begrenzten ^igenkühlVermögens des Katalysators, führen» Daher kann die thermische Belastung, der Katalysatoren bei der Behandlung der Verbrennungsabga.se ausgesetzt sind, stark sein, besonders au leiten hohen TreibstoffVerbrauchs sowie bei der vollständigen-oder, teilweisen Fehlsündung, und kann theoretisch die obere Temperaturgrenae für ein wirksames Arbeiten des Katalysators überschreitenExample of adibatic temperature increase in the catalytic. Combustion of 1% by volume carbon monoxide in combustion gases often about 85 to -90. 0 C, the carbon monoxide concentration in the exhaust gases of engines, such as two-stroke engines, may even be about 10% by volume or more. Combustion systems are often operated under fuel-rich conditions, and then their exhaust gases may easily contain greater amounts of hydrocarbons, for example, up to about 1 vol. And more. In addition, engines may misfire, in which case substantial amounts of hydrocarbons and oxygen are emitted from the fuel The hydrocarbon concentration in the exhaust gases may even be 2 % or more in the case of misfire. Hydrocarbons and oxygen are also due to the normal flushing process in the cylinder, in which part of the mixture of air, fuel and combustion oil without substantial combustion passes from ^ inlaßkanal to Aufρufföffnung, uspuffgasen in the A contain "the adiabatic temperature rise in the karalytischen combustion of 1000 ppm hydrocarbons in the exhaust gases is about 100 0 C ,, P can raer e high at times fuel consumption, z" B * when operating under heavy load and / or with high G Thus, the thermal load to which catalysts are subjected in the treatment of combustion emissions may be strong, especially the rates of the volume of exhaust gases to be treated In addition, high fuel consumption, as well as total or partial misfire, may theoretically exceed the upper temperature range for effective catalyst operation
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und sogar z?um Schmelzen des Katalysatorträgers führen»and even lead to melting of the catalyst carrier »
Die iLuspuffgase aus dem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine pulsieren, da sie nur während der -^uspuffperiode emittert werden. Zweitaktmotoren sind gewöhnlich mit einem besonderen auspuffsystem für jeden Zylinder ausgestattet« Daher ist die pulsierende Strömung im allgemeinen ,stärker ausgesprochen als in kombinierten Äuspuffströmen von beispielsweise mehrzylindrigen Kraftfahrzeugen,, feiese pulsierende Strömung kann die Unterbringungsanordnung des Auspuff~ gaskatalysators beeinträchtigen sowie zu Spannungen in der KataJLysatorstruktur selbst führen. Ferner wurde gefunden, daß sich allgemein bei Zweitaktmotoren die Richtung der Auspuffströmung zeitweise umkehren kann. Auf diese Weise kann katalytisch verbranntes Auspuffabgas in den Katalysator zurückgesaugt v/erden, wodurch die Pulsierwirkung und die erhöhte thermische Belastung des Katalysators noch verschärft werden„The iL uspuffgase pulsate from the cylinder of an internal combustion engine, since it only during - are emittert ^ uspuffperiode. Two-stroke engines are usually equipped with a special exhaust system for each cylinder "Therefore, the pulsating flow is generally more pronounced in combined Äuspuffströmen for example, multi-cylinder motor vehicles ,, feiese pulsating flow can uspuff the placement order of A ~ gas catalyst affect as well as stress in the KataJLysatorstruktur lead yourself. It has also been found that, generally in two-stroke engines, the direction of the exhaust flow may temporarily reverse. In this way, catalytically burnt exhaust gas can be sucked back into the catalyst, which further aggravates the pulsation effect and the increased thermal load of the catalyst. "
Die US-PS 2 664 340 beschreibt eine katalytische Vorrichtung und ein katalytisches Verfahren zum Behandln von Augpuff«, gasen mit einer Mehrzahl von hintereinandergeschalteten ka» talytischen Elementen. Jede Gruppierung von nachgeschalteten katalytischen Elementen ist katalytisch stärker aktiv als die vorhergehende Gruppierung von kataiytischen Elementen, und zwischen allen Gruppierungen von katalytischen Elementen befinden sich Kühlzonen«, Die US-PS 3 440 817 beschreibt ein katalytisches Behandlungssystem für Auspuffgase, bei dem ein kleinerer Katalysator unmittelbar angrenzend an den Motor und ein größerer Katalysator hinter dem kleineren Katalysator angeordnet sind« ^Or dem kleineren Katalysator be»US Pat. No. 2,664,340 describes a catalytic device and a catalytic process for the treatment of waste gases which gas with a plurality of catalytic elements connected in series. Each grouping of downstream catalytic elements is catalytically more active than the previous grouping of catalytic elements, and cooling zones are located between all of the groups of catalytic elements. US Pat. No. 3,440,817 describes a catalytic treatment system for exhaust gases in which a smaller catalyst occurs immediately Adjacent to the engine and a larger catalyst are arranged behind the smaller catalyst «^ Or the smaller catalyst be»
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findet sich ein einstellbarer Umlenker, durch den ein so großer Teil der Auspuffgase um den kleineren Katalysator herum umgelenkt werden kann, daß die Ausbildung schädlicher hoher Temperaturen vermieden wird.There is an adjustable diverter, through which so much of the exhaust gases can be deflected around the smaller catalyst around, that the formation of harmful high temperatures is avoided.
In der US-PS 3 785 781 wird ein einstückiges Katalysatorsystem zur Behandlung von Auspuffgasen bzw„ Abgasen beschrieben^ bei welchem der erste Katalysator, mit dem die Gase in Berührung kommen, relativ kleine Strömungskanäle aufweist, und dem ein'einstückiger Katalysatorkörper nachgeordnet ist, der größere Strömungskanäle aufweist. Diese Anordnung wiederholt sich, und der Sinn der in den nachfolgend angeordneten einstückigen Katalysatorkörpern vorliegenden größeren Strömungskanälen liegt darin, daß sie günstige Pließeigenschaften der Gase, zum Beispiel durch Wirbelung, verursachen, um die behandlung in den einstückigen Katalysatorkörpern mit den kleineren trömungskanälen wirksamer zu gestalten«, Die Verwendung von Zuführungsgasen, die 'i'eilchen einer derartigen Größe enthalten, die die kleineren Strömungskanäle des ersten einstückigen Katalysatorkörpers verstopfen könnten, wird dort nicht erwähnt, noch wird dieses Problem in dieser Patentschrift überhaupt angesprocheneU.S. Patent 3,785,781 discloses a one-piece catalyst system for treating exhaust gases, wherein the first catalyst with which the gases come into contact has relatively small flow channels and is followed by a one-piece catalyst body has larger flow channels. This arrangement is repeated and the purpose of the larger flow channels present in the subsequently arranged one-piece catalyst bodies is that they cause favorable plumping properties of the gases, for example due to turbulence, in order to make the treatment in the one-piece catalyst bodies with the smaller flow channels more effective. " The use of feed gases containing particles of such a size as might clog the smaller flow channels of the first one-piece catalyst body is not mentioned there, nor is this problem ever addressed in this patent
In der US-PS 3 896 616 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Auspuffgasen beschrieben, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Oxide des Stickstoffs enthalten» Die Vorrichtung weist einen ersten und einen zweiten katalytischen Umwandler auf. Der erste katalytische Umwandler arbeitet beim Abfahren unter oxydierenden Bedingungen, um'den zweiten katalytischen Umwandler aufzuheizen* Dann läßt man den ersten katalytischen Umwandler durch . : Zusatz von Treibstoff zu den in den ersten katalytischenU.S. Patent 3,896,616 discloses a method and apparatus for treating exhaust gases containing carbon monoxide, hydrocarbons and oxides of nitrogen. The apparatus includes first and second catalytic converters. The first catalytic converter operates under oxidizing conditions to heat up the second catalytic converter. Then the first catalytic converter is allowed to pass through . : Addition of fuel to those in the first catalytic
% -11- 20.10*1980 % -11- 20.10 * 1980
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Umwandler eintretenden Auspuffgasen unter reduzierenden Bedingungen arbeiten, um die Oxide des Stickstoffs zu reduzieren, und der zweite katalytisch^ Umwandler oxydiert die in. d.en Auspuffgasen enthaltenen brennbaren Bestandteile» ^iese Patentschriften sind typische Beispiele für die kata-Iytische Behandlung.von Auspuffgasen in zwei oder innereren Katalysatorkörpern»Converting exhaust gases operate under reducing conditions to reduce the oxides of nitrogen, and the second catalytic converter oxidizes the combustible components contained in the exhaust gases. These patents are typical examples of the catalytic treatment of exhaust gases two or inner catalyst bodies »
Andere technische Lösungen des Probelins umfassen die Verwen dung von Katalysatorkörpern mit einer Vielfalt von Durchströmungskanälen, in denen die jeweiligen Kanäle die gleiche Größe aufweisen, oder worin Gasströmungskanäle geringer und großer Größenordnung vorhanden sind, wobei'das ursprüngliche Teil im wesentlichen Kanäle geringer Gpo*ße aufweist, wie beispielsweise in der US-PS 3 785 781 beschrieben* Die US-PS 3 928 961 beschreibt ein katalytisches Verbrennungssystem des gleichen allgemein 'J-'yps wie in der vorliegenden Anmeldung, zeigt jeoch nicht oder schlägt auch nicht die Verwendung von Gasdurchströmungskanälen von ursprünglich breitem Querschnitts'durchmesser, gefolgt von Gasdurchströmungskanälen mit geringerem Querschnitt, vor,Other technical solutions of the Probelins include USAGE dung of catalyst bodies with a variety of flow channels in which the respective channels are the same size, or wherein the gas flow channels less and large size are present, wobei'das original part substantially channels less Gp o * SSE U.S. Patent 3,928,961 discloses a catalytic combustion system of the same general type as in the present application, but does not show or suggest the use of gas flow channels of originally wide cross-section diameter, followed by gas flow channels of lesser cross section,
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur katalytischen Behandlung von Gasen, beispielsweise von Auspuffgasen von Verbrennungskraftmaschinen, bei dem Schädigungen·des Katalysatorsystems infolge zu hoher Temperaturen oder verstopfung durch Peststoffteilchen vermieden, werden,, .. · .The aim of the invention is to provide an improved process for the catalytic treatment of gases, such as exhaust gases of internal combustion engines, in which damage · of the catalyst system due to high temperatures or v erstopfung avoided by Peststoffteilchen be ,, .. ·.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstopfungsprobleme dadurch zu lösen, daß man eine -^e ine von einstückigen Katalysatorkörpern verwendet, von denen der erste relativ große Strömungskanäle aufweist, um eine Verstopfung zu vermeiden;, und um gleichzeitig die Größe der festen und/ oder flüssigen '-teilchen in dem Gas zu verringern, entweder durch, chemische Vernichtung, beispielsweise Oxydation, oder durch mechanische Verkleinerung, oder auch durch beides und dabei gleichzeitig die Vorteile einer hohen geometrischen Oberfläche der einstückigen Katalysatorkörper und damit eine größere katalytische Effektivität zu erhalten, indem der oder die nachfolgend angeordneten einstückigen Katalysatorkörper kleinere Strömungskanäle aufweisen.The invention has for its object to solve the constipation problems by using one - one of one-piece catalyst bodies, of which the first has relatively large flow channels to prevent clogging, and at the same time the size of the fixed and / or or liquid 'particles in the gas, either by chemical destruction, such as oxidation, or by mechanical reduction, or both, while maintaining the benefits of high geometric surface area of the unitary catalyst bodies, and thus greater catalytic efficiency, in that the one-piece catalyst body or bodies arranged subsequently have smaller flow channels.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein katalytisches . Systems zur Verfügung gestellt, das aus mindestens zwei einstückigen Bereichen bestehts wobei der erste Bereich bzw» Abschnitt GasStrömungskanäle aufweist, die einen wesentlich größeren Querschnitt haben als die Strömungskanäle in dem (oder den) nachfolgenden Bereich(en) bzw, Abschnitt(en)»By the present invention is a catalytic. Found system is provided, which consists of at least two integral areas s wherein the first region or "having section gas flow channels, which have a substantially larger cross section than the flow channels in the (or to) subsequent zone (s) or section (s)"
Die teilchenförmigen °toffe in dem zugeführten Gas können so groß sein» daß sie au einer Verstopfung der schmaleren Gasströmungskanäle in den später angeordneten Katalysatoren führen, sofern nicht der Kontakt mit dem ersten, größeren einstückigen Katalysator dazu dient, die Größe der in dem Gas enthaltenen teilchenförmigen Stoffe zu verkleinern«,The particulate matter in the feed gas may be so large as to obstruct the narrower gas flow channels in the laterally disposed catalysts unless the contact with the first, larger, one-piece catalyst serves to increase the size of the particulate matter contained in the gas Shrinking fabrics «,
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Der erste einstückige Katalysatorbereicli mit den größeren Strömungskanälen kann die. Feststoffe bzw* Gase, die teilchenförmige Stoffe enthalten, aufnehmen und verarbeiten, ohne daß nachteilige Effekte, wie ein Verstopfen der Kanäle, beobachtet werden kann*, Durch die Behandlung in diesem ersten einstückigen Katalysatorbereich können die teilchenförmigen ötoffe wenigstens teilweise vernichtet oder hinsichtlich ihrer Größe mechanisch verkleinert werden und liegen' dann ill einer geeigneteren ^orm für die weitere Behandlung vor, oder sie können wenigstens durch die später angeordneten einstückigen Katalysatoren passieren, ohne daß diese, schädlichen Einflüsse unterliegen« Wenn es darüber hinaus wünschenswert erscheint, den Verbrennungsgrad und damit den Temperaturanstieg im.Katalysatorsystem zu beschränken, verringert die größeren.Strömungskanäle die zur Verfugung stehende Oberfläche in dem ersten Katalysatorbereich, wodurch eine relativ geringe Verbrennung erfolgt und damit bei einer relativ niedrigen Temperatur gearbeitet werden kann. Es kann eine dazwischengeschaltete Kühlungsstufe vorgesehen werden, um die Temperatur in der zweiten Stufe zu verringern«,The first one-piece Katalysatorbereicli with the larger flow channels, the. Solids or * gases contain, absorb the particulate substances and process without adverse effects such as clogging of the channels, can be observed * By treating in this first integral catalyst zone, the particulate ö can toffe at least partially destroyed or with regard to their size are reduced mechanically and are then a more suitable orm for further treatment, or at least they can pass through the laterally arranged one-piece catalysts without their being subject to harmful influences. If, moreover, it appears desirable to determine the degree of combustion and thus the To limit the temperature rise in the catalyst system, the larger flow channels reduce the surface area available in the first catalyst region, allowing for relatively low combustion and thus operating at a relatively low temperature. An intervening cooling stage may be provided to reduce the temperature in the second stage.
Durch die vorliegende Erfindung werden katalytisch^ Verfahren und Vorrichtungen zur Oxydation von Gasen zur Verfügung gestellt, die, feste Teilchen enthalten, wie beispielsweise die oben beschriebenen Gase, insbesondere Gase, die zum Betreib von Primärenergiequellen dienen, und Abgase bzw» Auspuffgase von ^erbrennungskraftmaschinen* Die oxydierbaren. Gase werden zusammen, mit freiem oder mole-= kularem Sauerstoff katalytisch behandelt unter VerwendungThe present invention catalytically provides methods and apparatus for the oxidation of gases containing solid particles, such as the gases described above, particularly gases which are used to power primary energy sources, and exhaust gases or "exhaust gases from internal combustion engines". The oxidizable. Gases are catalytically treated together with free or molecular oxygen using
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eines geeigneten einstückigen .Oxydationskatalysatorsystems, bei welchem der erste Katalysatorbereich Gasströmungskanäle aufweist, die ausreichend groß sind, um das zugeführte Gas zu' behandeln, ohne daß eine unerwünschte Verstopfung der Strömungskanäle auftritt, und in welchem ein nachgeordneter einstückiger Katalysatorkörper kleinere Strömungskanäle aufweist 9 die durch die in dem. Gas enthaltenen Teilchen verstopft werden könnten, wenn der zuerst angeordnete einstückige Katalysabrkörper mit den größeren Strömungskanälen nicht vorhanden wäre. Der letztere dient offensichtlich dazu, die-Größe der Teilchen entweder durch chemische Umwandlung oder mechanische Verkleinerung so ausreichend zu verringern, daß die Teilchen die kleineren Strömungskanäle der nach- folgend angeordneten einstückigen Katalysatorkörper nicht verstopfen oder auf andere "eise nachteilig beeinflussen,, Die vorliegende Erfindung kann auch so durchgeführt bzw· angewandt werden, ohne daß über weite Bereiche von Durchsatzvolumina und Arbeitsbedingungen der Quelle des Gases, beispielsweise einer. Verbrennungskraftmaschine im Falle der Behandlung ihrer Auspuffgase, um die verunreinigung. der Atmosphäre zu verhindern, zu hohe Temperaturen erreicht werden, die den Katalysator beeinträchtigen» Bei dem katalytischen Verfahren gemäß der Erfindung werden nach dem Anfahren .schnell Temperaturen erreicht, die sich für die Aktivierung des Katalysators eignen, und es ist möglich, das Verfahren schnell an Änderungen in den Arbeitsbedingungen der Quelle, aus der das Gas herrührt, anzupassen« Ferner erzielt die Erfindung die Beseitigung von unerwünschten Bestandteilen solcher Gase ohne nachteilige Wirkung auf den Betrieb der Quelle, wie'beispielsweise, eine Verbrennungskraftmaschine, zum Beispiel ohne Ausbildung eines zu hohena suitable piece .Oxydationskatalysatorsystems, wherein the first catalytic region has gas flow channels that are sufficiently large to 'treat the supplied gas without undesired blockage of the flow channels occurs, and in which a downstream-piece catalytic body smaller flow channels having 9 by the in that. Gas contained particles could be clogged if the first arranged one-piece Katalysabrkörper would not be present with the larger flow channels. The latter obviously serves to reduce the size of the particles sufficiently, either by chemical conversion or mechanical reduction, so that the particles do not clog or otherwise adversely affect the smaller flow channels of the subsequently arranged unitary catalyst bodies. The present invention may be or also carried out as · applied without too high temperatures are achieved over a wide range of throughput volumes and working conditions of the source of the gas, for example a. the internal combustion engine in the case of treating their exhaust gases to prevent v erunreinigung. the atmosphere, affecting the catalyst "In the catalytic process according to the invention, after start-up, fast temperatures are reached which are suitable for activation of the catalyst, and it is possible to quickly adapt the process to changes in the working conditions of the source, from which the gas comes from. "Further, the invention achieves the elimination of undesired components of such gases without adversely affecting the operation of the source, such as, for example, an internal combustion engine without, for example, over-training
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Gegendruckes oder anderer Schwierigkeiten, ^ie Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung .eignen sich besonders zur Behandlung der Auspuffgase von Dieselmotoren oder Zweitaktmotoren mit pulsierender Strömung der Auspuffgase. Die Auspuffgase können ^ußteilchen,weißes Aerosol, Ölasche und dergleichen enthalten, und es können Fehlzündungen sowie Zylinderspülung auftreten, bei denen Auspuffgase entstehen, die große Mengen an unνerbranntem Treibstoff und.Sauerstoff enthalteneBack pressure or other difficulties, the methods and devices according to the invention are particularly suitable for the treatment of the exhaust gases of diesel engines or two-stroke engines with pulsating flow of the exhaust gases. The exhaust gases may include particulate matter, white aerosol, oil ash, and the like, and misfire and cylinder scavenging may occur resulting in exhaust gases containing large quantities of unburned fuel and oxygen
In jedem.der erfindungsgemäßen Systeme kann das Gaseinlaßende eines nachgeordneten einstückigen Ivatalysatorkörpers, .der wesentlich kleinere Strömungskanäle aufweist als der zuerst angeordnete Katalysatorkörper, nahe bei oder in Kontakt mit dem zuerst angeordneten Katalysatorkörper angeordnet sein. D.er erste Katalysatörkörper eines Systems zur Behandlung von Auspuffgasen eines Motors oder Abgasen oder Verbrennungsgasen, die aus einer anderen Quelle herrühren, kann so angeordnet sein, daß das Gas zwischen dem Austritt aus der Quelle und dem ersten erfindungsgemäßen Katalysatorkörper keiner katalytischem behandlung .unterzogen wird. Der daran anschließend angeordnete Katalysatorkörper liegt somit vorzugsweise in der gleichen kataljrtischen Behandlung saone wie der erste Katalysatorkörper. Alternativ hierzu kann der nachgeordnete Katalysatorkörper (derjenige mit den kleineren Strömungskanälen) in einer katalytischen Behandlungszone angeordnet sein, die von derjenigen des ersten Katalysator-körpers (derjenige mit den größeren .Strömungskanälen) getrennt ist. In den verschiedenen Fällen, in denen Sauerstoff bereits in den Gasen vorliegt, wird vorzugsweise keine ins Gewicht fallende Menge an freiem Sauerstoff,In any of the systems of this invention, the gas inlet end of a downstream one-piece catalyst body having substantially smaller flow passages than the first arranged catalyst body may be located near or in contact with the first arranged catalyst body. The first catalyst body of a system for treating exhaust gases of an engine or exhaust gases or combustion gases resulting from another source may be arranged so that the gas is not subjected to catalytic treatment between the exit from the source and the first catalyst body according to the invention , The catalyst body subsequently arranged thereon thus preferably lies in the same catalytic treatment as the first catalyst body. Alternatively, the downstream catalyst body (that with the smaller flow channels) may be located in a catalytic treatment zone that is separate from that of the first catalyst body (the one with the larger flow channels). In the various cases where oxygen is already present in the gases, preferably no significant amount of free oxygen is present,
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beispielsweise in Porm von Luft, zugefügts bevor die Gase mit dem einstückigen Katalysatorkörper in Berührung kommen, der die größeren Strömungskanäle aufweist,» Tatsächlich kann eine derartige Zugabe vermieden werden, bis die Gase beispielsweise aus der katalytischen Seha.ndlungszone austreten, die der Katalysatorkörper mit den größeren Strömungskanälen aufweist, und manchmal mag die Zugabe an irgend einer Stelle des Systems nicht einmal benötigt werden oder wünschenswert sein«»For example, in the form of air, added s before the gases come into contact with the one-piece catalyst body having the larger flow channels, "In fact, such an addition can be avoided until the gases exiting, for example, from the catalytic Seha .ndlungszone that the catalyst body with the larger flow channels, and sometimes the addition to any part of the system may not even be needed or desirable «»
Gemäß einer Abfuhr^g0form ^-er Erfindung zur Bekämpfung der Verunreinigung der Atmosphäre durch Bestandteile von Gasen, die teilchenförmige Stoffe enthalten und beispielsweise Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe und auch freien Sauerstoff aufweisen, werden die Gase vorzugsweise ohne wesentlichen Zusatz von weiterem freiem. Sauerstoff zu einer ersten Katalysatorzone geleitet, die einen einstückigen Oxydationskatalysator enthält, wobei eine Oxydation stattfindet, die ausreicht, um die O-emperatur der Auspuffgase zu erhöhen, aber nicht ausreicht, um iiin dem Katalysator Temperaturen zu erzeugen, die den Katalysator schädigen könnten«, ^ie aus dem ersten Katalysator austretenden Gase enthalten noch brennbare Wertstoffe, zum Beispiel Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe, und werden gekühlt und dann in mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorzone geleitet, die einen Oxydationskatalysator enthält und in der die hinterbleibenden brennbaren wertstoffe weiter oxydiert werden«According to a dissipation g ^ 0 ^ form - he included invention to control the pollution of the atmosphere by components of gases and particulates for example, comprise carbon monoxide and hydrocarbons and free oxygen, the gases are preferably without any substantial addition of further free. Passing oxygen to a first catalyst zone containing a one-piece oxidation catalyst which undergoes oxidation sufficient to increase the exhaust gas O-temperature but insufficient to produce temperatures in the catalyst which could damage the catalyst. ^ ie emerging from the first catalyst gases contain combustible valuable substances, such as carbon monoxide and hydrocarbons, and are cooled and then passed into at least one downstream catalyst zone comprising an oxidation catalyst and in which the leave-combustible w ertstoffe be further oxidized "
Häufig braucht man nur eine erste oder eine erste und eine zweite Katalysatorzone zu verwenden; jedoch können, besondersOften, one need only use a first or a first and a second catalyst zone; however, especially
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bei der Behandlung von Auspuffgasen mit höheren Gehalten an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen, weitere Katalysatorzonen, vorzugsweise,mit einstückigen Katalysatoren, verwendet werden, um die Notwendigkeit von im wesentlichen vollständig verlaufenden Oxydationsreaktionen und die Erzeugung zu hoher Temperaturen in der ersten Katal'ysatorzone zu vermeiden, während dennoch der Gehalt der ^ase an unerwünschten Bestandteilen insgesamt genügend vermindert wird* Zwischen den einzelnen nachgeschalteten Katalysatorzonen, falls mehl" als eine solche Zone verwendet wird, werden die Gase vorzugsweise gekühlt, bevor sie in die unmittelbar folgende Katalysatorzone geleitet werden» Beim Kühlen der aus einer vorhergehenden Katalysatorzone kommenden Auspuffgase verlieren die Gase so viel Vi'ärme, daß es bei der Verbrennung in der nächsten Katalysatorzone nicht zur Ausbildung von Temperaturen kommt, die dem Katalysator abträglich sind; die Temperaturabnahme bei der Kühlung soll jedoch nicht so groß seins daß Gase, die noch bedeutende Menge an brennbaren Wertstoffen enthalten, unter diejenige Temperatur gekühlt werden, die für die Aktivierung des Katalysators für die Oxydation der brennbaren Wertstoffe in den Gasen in der nächsten Katalysatorzone erforderlich ist0 in the treatment of exhaust gases having higher levels of carbon monoxide and hydrocarbons, further catalyst zones, preferably, with one-part catalysts, may be used to avoid the need for substantially complete oxidation reactions and generation at high temperatures in the first catalyst zone however, the total content of undesirable components in the catalyst is sufficiently reduced. Between the individual catalyst zones downstream, if flour is used as such a zone, the gases are preferably cooled before being passed to the immediately following catalyst zone a preceding catalyst zone coming exhaust gases lose the gases as much Vi 'Slee that does not occur during the combustion in the next catalyst zone for forming temperatures, which are detrimental to the catalyst, but the temperature decrease in the cooling should not be so great s that gases, which still contain significant amounts of combustible substances value, be cooled below that temperature which is required for the activation of the catalyst for the oxidation of combustible materials in the gases value in the next catalyst zone 0
Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden teilchenförmige Stoffe enthaltende, oxydierbare Gase, sum Beispiel ein Pri~ märkraftstoff oder Auspuffgase von Verbrennungskraftmaschine*!, ' katalytisch in einer Katalysatorzone behandelt, in der sich eizi geeigneter Oxydationskatalysator in i'Orrn von mindestens zwei hintereinandergeschalteten, aneinander angrenzenden einstückigen Körpern befindet« Jeder der einstückigen Körper weist eine Mehrzahl von Kanälen auf, die sichAccording to a feature of the invention, particulate matter-containing oxidizable gases, for example, a primary fuel or exhaust gases of internal combustion engine, are catalytically treated in a catalyst zone in which a suitable oxidation catalyst is in each of at least two cascaded, adjacent ones Each of the one-piece bodies has a plurality of channels extending to one another
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durch ein einziges Stück des Katalysator erstrecken und die für den Fluiddurchgang offen und daher gegen die Strömung von einem ^inlaß zu einem gesonderten Auslaß nicht verstopft oder versperrt sind* Der erste dieser. Katalysatorkörper in Pachtung der Strömung der Gase hat Kanäle mit einem hinreichend großen Querschnitt, um den Eintritt von vielen, wenn nicht allen teilchen in dem zugeführten Gas, beispielsweise schwarze Rußteilchen, weißes Rauch-Aerosol und dergleichen, in die Kanäle zu erleichtern. Die festen teilchen können, insbesondere wenn sie genügend brüchig bzw, spröde sind, durch Auftreffen auf die Stirnseite des ersten einstückigen Katalysatorkörpers verkleinert werden, wobei die ^nden der skelettartigen ^äiide die Strömungskanäle ausbilden. Die Verkleinerung kann den Eintritt von wenigstens einigen der festen •'•'eilchen in die relativ großen Kanäle des ersten einstückigen Katalysatorkörpers erleichtern. Die flüssigen und festen teilchen in dem zugeführten Gas treten in die Strömungskanäle des ersten einstückigen Katalysatorkörpers ein und passieren dieselben, während sie verkleinert werden, insbesondere die,festen, oxydierbaren bestandteile der Gase, und sie können dabei sogar vollständig vernichtet werden, ^ie feststoffe können durch die berührung mit den Wänden der Gasströmungskanäle in dem einstückigen Katalysatorkörper auch mechanisch verkleinert werden* Durch einen oder mehrere dieser Effekte können die Gase selbst die einstückigen Katalysatorkörper mit den kleineren Strömungskanälen passieren und aus ihnen austreten, ohne daß diese Materialien auf den Wänden des Katalysators niedergeschlagen oder abgesetzt werden, was.zu einer Einschränkung des Gasflusses und selbst zu einer Verstopfung der Kanäle führen könnte.extend through a single piece of catalyst and which are open to the fluid passage and therefore not plugged or obstructed against the flow from one inlet to a separate outlet. The first of these. Catalyst body pending the flow of gases has channels of a sufficiently large cross-section to facilitate the entry of many, if not all, particles in the supplied gas, for example, black carbon black particles, white smoke aerosol, and the like into the channels. The solid particles, especially if they are sufficiently brittle or brittle, can be reduced in size by hitting the end face of the first one-piece catalyst body, wherein the sides of the skeletal grains form the flow channels. The reduction may facilitate the entry of at least some of the solid particles into the relatively large channels of the first one-piece catalyst body. The liquid and solid particles in the feed gas enter and pass through the flow channels of the first unitary catalyst body as they are reduced in size, particularly the solid, oxidizable constituents of the gases, and may even be completely destroyed as solids can By one or more of these effects, the gases themselves can pass through and exit the one-piece catalyst bodies having the smaller flow channels without these materials being deposited on the walls of the catalyst or discontinued, which could lead to a restriction of the gas flow and even to a blockage of the channels.
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Durch Verbrennung in dem ersten Katalysatorkörper v/erden die durch ihn hindurchströmenden Gase erhitzt, und die Neigung von beispielsweise Kohlenstoff enthaltenden 'teilchen, weißem ^auch-Aerosol und dergleichen zur' Bildung von Ablagerungen auf den Katalysatoi-wänden wird vermindert. Die erhitzten Gase strömen von dem ersten Katalysatorkörper· in den nächsten, beispielsweise angrenzenden Katalysatorkörperf der den ersten Katalysatorkörper berühren kann oder von ihm beabstandet sein kann, beispielsweise in einem Abstand von nicht mehr als etwa 2,5 era, dieser nächste Katalysatorkörper hat je Querschnitt eine größere Anzahl von kleineren ^urchflußkanälen als der erste Katalysatorkörper, um eine zusätzliche aktive Oberfläche zur Verstärkung der katalytischer! Verbrennung der brennbaren wert~ stoffe in den au behandelnden Gasen zu schaffen, Weitere Katalysatorkörper können nach oder auch vor dem genannten nächsten Katalysatorkörper mit den kleineren ^trömungskanälen angeordnet sein, und diese können im wesentlichen die gleiche, eine größere oder ei'ne kleinere ^nzahl von Gasströmungskanälen pro Querschnittseinheit aufweisen als der genannte nächste Katalysatorkörper, ^iese zusätzlichen Katalysatoren können in der gleichen Gasbehandlungszone oder in einer anderen Gasbehandlungszone als diejenige angeordnet sein, in welcher sich der erste oder der genannte nächste Katalysatorkörper befindet,, ^ie größere aktive Oberfläche in dem genannten nächsten und in jedem, nachfolgenden Katalysatorkörper mit den relativ kleinen ^trömungskanälen erhöht den chemischen Umwandlungsgrad des zugeführten Gases je ^olumeneinheit« Daher kann man mit einem kleineren Katalysatorvolumen arbeiten, als es erforderlich wäre, wenn die DurchflußkanäleBy combustion in the first catalyst body, the gases passing therethrough are heated and the tendency of, for example, carbon-containing particles, white oil aerosol and the like to form deposits on the catalyst walls is reduced. The heated gases flow from the first catalyst body into the next, for example, adjacent catalyst body f which may touch or be spaced from the first catalyst body, for example at a distance of not more than about 2.5 ee, this next catalyst body has each cross-section a larger number of smaller flow channels than the first catalyst body to provide an additional active surface to enhance the catalytic! Combustion of the combustible w ert ~ materials in au treated gases to provide more catalyst bodies can be prepared by or arranged trömungskanälen with the smaller ^ even before the said next catalyst body to be, and this can be substantially the same, a larger or ei'ne smaller ^ These additional catalysts may be located in the same gas treatment zone or in a gas treatment zone other than the one in which the first or the next catalyst body is located, ie the larger active surface area in the catalyst the next and subsequent catalyst bodies with the relatively small flow channels increase the degree of chemical conversion of the gas fed per unit of volume. Therefore, one can work with a smaller catalyst volume than would be required if the flow rate were to be reduced ußkanäle
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in den nachgesch.alteten Katalysatorkörpern die gleiche Größe hätten wie in dem ersten Katalysatorkörper, und der durch den Katalysator bedingte Gegendruck kann herabgesetzt werden, da eine übermäßige ^ildung von Ablagerungen vermieden wird» Der erste Katalysatorkörper, der schnell auf katalytisch wirksame Temperaturen erhitzt werden kannf dient, zur Erhöhung der Temperaturen der Gase, die zu den nachfolgend angeordneten Katalysatorkörpern passieren, und er dient zur beschleunigten Erreichung der Temperaturen, bei denen die katalytische Oxydation in äen später angeordneten Katalysatorkörpern abläuft bzw. gefördert wird. Während des Betriebes ist der kühlste ^1 eil des Katalysatorkörpers im allgemeinen sein erster '-'-'eil, wo die zu behandelnden Gase zu Anfang mit dem Katalysator in Berührung kommen. Da der nächste Katalysatorkörper mit den schmaleren bzw. kleineren Gasströmungskanälen Je Volumeneinheit eine größere katalytisch aktive Oberfläche aufweist, sind die in ihm aufgrund von exothermen ^erbrennungsreaktionen erreichten Temperaturen ausreichend hoch, daß Wärme zu dem ersten Katalysatorkörper abgestrahlt und dadurch die katalytische Verbrennung in ihm beschleunigt werden kann. Das Katalysatorsystem mit den oben beschriebenen ersten und nachfolgend angeordneten Katalysatorkörpern mit unterschiedlicher Anzahl von Strömungskanälen in ihnen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, das mit mindestens zwei katalytischen Zonen arbeitet, oder bei beliebigen anderen katalytischen Verfahren zur Behandlung von Gasen der oben beschriebenen jftcin the downstream catalyst bodies would be the same size as in the first catalyst body, and the counterpressure due to the catalyst can be reduced, as excessive deposit formation is avoided. "The first catalyst body which can be rapidly heated to catalytically effective temperatures f is used to increase the temperatures of the gases that pass to the subsequently arranged catalyst bodies, and it serves to accelerate reaching the temperatures at which the catalytic oxidation takes place in äen later arranged catalyst bodies or promoted. During operation of the coolest ^ 1 eil of the catalyst body, in general, be the first '-'-' eil where the gases to be treated come to the top with the catalyst into contact. Since the next catalyst body with the narrower or smaller gas flow channels per volume unit has a larger catalytically active surface, the temperatures reached in it due to exothermic combustion reactions are sufficiently high that heat is radiated to the first catalyst body and thus the catalytic combustion in it is accelerated can. The catalyst system having the above-described first and subsequently arranged catalyst bodies with different number of flow channels in them can be used in the process according to the invention, which operates with at least two catalytic zones, or in any other catalytic process for the treatment of gases of the above-described jftc
Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung eignen sich besonders zum Behandeln von Gasen, die zum Beispiel minde-Process and apparatus according to the invention are particularly suitable for treating gases which, for example, are minimized.
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stens etwa 2 VoI,-v£ Kohlenmonoxid und mindestens etwa 0,05 Vol,~% Kohlenwasserstoffe (berechnet auf der Basis'von CV-Kohlenwasserstoffen) enthalten. Diese Gase enthalten außerdem freien auerstoff, und sie können'daneben auch andere Bestandteile enthalten, wie Wasserstoff und inerte Verdünnungsmittel , wie Stickstoff, sowie Endprodukte der Verbrennung, wie Kohlendioxid und Wasser« Freier Sauerstoff ist im allgemeinen in den Auspuffgasen von Verbrennungskraftraaschinen aufgrund von Fehlzündungen oder sonstiger unvollständiger Verbrennung des Treibstoffs in dem Motor, aufgrund des normalen Zylinderspülproaesses und der Ver- . wendung von brennstoffarmen brennbaren Gemischen oder auf Grund der Verwendung eines stöchiometrischen Luftüberschusses in dem zu verbrennenden Brennstoff-Luftgemisch enthalten» Oft enthalten die Auspuffgase von Zweitakt-Verbrennungskraftmaschinen unter normalen Arbeitsbedingungen im Durchschnitt etwa 2 bis 8 VoIe~% Kohlenmonoxid, etwa 1 bis 2,7 VoI·-% Wasserstoff, etwa 0,05 bis 0,8 Vol.-SS Kohlen» Wasserstoffe und etwa 0,5 bis 5 volo-$i freien Sauerstoff, Bei der Fehlzündung oder bu Zeiten des Anfahrens oder hoher Belastung kann der Gehalt der Auspuffgase an brennbaren Bestandteilen noch erheblich höher sein. Die Auspuffgase von •einer Fehlzündung können z* Be etwa 2 oder mehr VoI β-% Kohlenwasserstoffe enthaltene ·at least about 2 vol, carbon monoxide and at least about 0.05 vol% hydrocarbons (calculated on the basis of CV hydrocarbons). These gases also contain free oxygen, and may also contain other constituents, such as hydrogen and inert diluents, such as nitrogen, as well as end products of combustion, such as carbon dioxide and water. Free oxygen is generally present in the exhaust gases of internal combustion engines due to misfires or other incomplete combustion of the fuel in the engine, due to the normal Zylindgespülproaesses and the Ver. application of fuel-lean combustible mixtures, or due to the use of a stoichiometric excess air in the to be combusted fuel-air mixture containing "Often the exhaust gases of two-stroke internal combustion engines contain under normal working conditions, on average, about 2 to 8 VoI e ~% carbon monoxide, about 1 to 2, 7 VoI · -% hydrogen, about 0.05 to 0.8 vol SS coals "hydrogens and about 0.5 to 5 ol v o - $ i free oxygen In the misfire or bu times of the start-up or high loads can G ehalt still be significantly higher of the exhaust gases of combustible ingredients. The exhaust gases from • a misfire can z * B e about 2 or more VoI β - ·% hydrocarbons contained
Abgesehen davon, daß anhand der Erfindung die Umwelt verunreinigende Bestandteile von Abgasen umgewandelt werden können, können auch Gase, verschiedener ^Tt, sowohl anorganische als auch organische oxydierbare Materialien, die störende feste und/oder flüssige !Teilchen enthalten, wie oben beschrieben.Apart from the fact that by means of the invention the pollutants of the environment can be converted to exhaust gases, also gases of various types , both inorganic and organic oxidisable materials, can contain interfering solid and / or liquid particles, as described above.
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oxydiert werden« Diese Gase haben oft in erster Linie eine kohlenwassersto'ffhaltige Uatür, und· sie weisen eine größere Menge an oxydierbaren bestandteilen auf als Abgase öder Auspuffgases beispielsweise wenigstens etwa 5 oder 10 VoI,-% oder mehr und bis zu 100 % derartiger Bestandteile«, Unter diesen Materialien sind primäre Kraftstoffgase hauptsächlich aus beispielsweise Methan oder anderen Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt, die in gasförmigem Zustand vorliegen, zumindest wenn sie die erfindungsgemäßen Katalysatoren passieren«, Diese primären Kraftstoffe bzw» Brennstoffe können, wenigstens zum größeren 'J-1 eil, vorher keinem Verbrennungsprozeß unterzogen'worden sein und sind daher nicht-verbrannte Materialien«, ^le&e Systeme können beispielsweise als Wärmestrahlungsquellen verwendet werden oder zur Erzeugung von Bev/egungs energie bzw. Betriebskraft direkt oder indirekt .· in beispielsweise mehr oder weniger adiabatischen Systemen oder zur Aufheizung oder Erwärmung durch. Konvektion oder Übertragung, wie beispielsweise in vlärmeaus tauschern oder Boilern. Beispiele für einige Sy3-J,-eme dieser Art sind in den US-PS 3 846 979, 3 914 090, 3 928 961 und 3 982 879 beschrieben, deren gesamte Offenbarungliier mit umfaßt sein soll.are oxidized "These gases often have a kohlenwassersto'ffhaltige Uatür primarily, and · they have a greater amount of oxidizable constituents as waste gases barren exhaust gases s example, at least about 5 or 10 by volume, -% or more and up to 100% of such components "Among these materials, primary fuel gas mainly composed of, for example methane or other hydrocarbons present in the gaseous state, at least when they pass catalysts of the invention", respectively These primary fuels "fuels can, at least for the greater 'J- 1 eil, before any combustion process be unterzogen'worden and are therefore non-burnt materials, "^ le & s systems can be used for example as heat radiation sources or to generate Bev / egungs energy or operating power directly or indirectly. · in, for example, more or less adiabatic systems or for Heating ode r warming through. Convection or transmission, such as in heat exchangers or boilers. Examples of some Sy 3 -J - eme this type are described in US Patent No. 3,846,979, 3,914,090, 3,928,961 and described 3,982,879, the entire Offenbarungliier covered with should be.
Die im Nahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten oxydierbaren Gase enthalten störende feste teilchen, die in ihnen suspendiert sind oder auf andere eise mitgeschleppt werden» Mindestens ein beträchtlicher xeil dieser '.Teilchen ist so groß, daß sie zu Verstopfungsproblemen in den nachfolgend angeordneten einstückigen Katalysatorkörpern führen können, die kleinere ötrömungskahäle aufweisen«, Die teilchen haben zum. überwiegenden Anteil oder auch nahezu alle eine solcheThe oxidizable gases used in the names of the present invention contain interfering solid particles suspended in them, or are entrained to other else "At least a substantial x eil this' .Teilchen is so large that they lead to clogging problems in the subsequently arranged integral catalyst bodies may have the smaller ö trömungskahäle "the particles have to. overwhelming share or nearly all of them
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Größe, daß/sie in die ^trömungskanäle des ersten einstückigen Katalysatorkörpers mit den größeren utrömungskanälen eintreten können, oder die teilchen haben mindestens dann eine derartige Größe, wenn sie mit der skelettartigenSize that / she trömungskanäle in the ^ of the first catalyst body integral with the larger u trömungskanälen may occur, or the particles have at least such a size then when skeletal the
truktur des ersten einstückigen Katalysatorkörpers inStructure of the first one-piece catalyst body in
Berührung gekommen sind, da die xeilchen, insbesondere, wenn sie spröde oder brüchig sind, zu einer kleineren Größe aufgebrochen.werden können und somit in-die Strömungskanäle des ersten Katalysators eintreten können« Während die Teilchen in dem Gasstrom beispielsweise nur 1/10 /U groß sein können, können die Abgase auch eine beträchtliche Anzahl von teilchen enthalten, mit Größen von etwa 300 bis 1000 oder mehr Mioron„Contact are made, since the x eilchen, especially if they are brittle or fragile, can aufgebrochen.werden to a smaller size and therefore in-can enter the flow channels of the first catalyst "While the particles in the gas stream, for example, only 1/10 / U can be large, the exhaust gases can also contain a considerable number of particles, with sizes of about 300 to 1000 or more Mioron "
Einstückige Katalysatoren mit 400 einzelnen Strömungskanälen pro 6,45 cm werden derse.it für die Behandlung von Fahrzeug» abgasen eingeführt, und derartige Katalysatoren mit 600 Strömungskanälen pro 6,45 cm v/erden ins ^-uge gefaßt. Einstückige Katalysatoren, insbesondere einstückige Metallkatalysatoren mit 1200 oder mehr Kanälen pro 6,45 cm , können für eine gewerbliche Verwertung eventuell zugänglich werden. Derzeit v/erden zur. Behandlung von ^ahrzeugabgasen einstückige Katalysatoren mit wenigstens 260 Strömungskanäleirpro 6S45 cm verwendet«, &±ne einzelne Querschnittsöffnung eines einstückigen Katalysators mit 600 Strö-One-piece catalysts with 400 individual flow channels per 6.45 cm are introduced for the treatment of vehicle exhaust gases, and such catalysts are used with 600 flow channels per 6.45 cm / s. One-piece catalysts, particularly one-piece metal catalysts having 1200 or more channels per 6.45 cm, may eventually become available for commercial use. Currently v / erden to. Treating single-barreled catalysts with at least 260 flow channels per 6 S 45 cm, and a single cross-sectional opening of a one-piece catalyst with 600 flows.
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mungskanälen pro 6,45 cm beträgt etwa 0,0858 cm ,-wobei der Querschnitt des Kanals im wesentlichen quadratisch ist und seine °eiten jeweils Längsabmessungen von etwa 0,927 mm bzw» 927 /U aufweisen. Die entsprechende Länge einer Seite eines offenen einzelnen Strömunsskanals von einem ein-The channel widths per 6.45 cm is about 0.0858 cm, where the cross section of the channel is essentially square and its sides each have longitudinal dimensions of about 0.927 mm or »927 / U. The corresponding length of a side of an open single flow channel from a
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stückigen Katalysator mit 400 Kanälen pro 6,45 cm beträgt etwa 1135 /U, und diejenige eines einstückigen Katalyse- . tors mit etwa 260 Strömungskanälen pro' 6,45 cm 1400/U, Es ist daher offensichtlich, daß im Falle der Verwendung der oben beschriebenen einstückigen Katalysatoren für die Behandlung von Gasen, die teilchenförmige feststoffe enthalten, wenigstens ein 1J-'eil der teilchenförmigen Stoffe so groß sein wird, daß sie nicht in diese Strömungskanäle eintreten oder diese passieren können, und falls die teilchenförmigen Stoffe in großen Mengen in den Gasen anwesend sind, wird das zu Betriebsschwierigkeiten' führen. Durch die vorliegende Erfindung werden diese Probleme- gelöst»lumpy catalyst with 400 channels per 6.45 cm is about 1135 / U, and that of a one-piece catalytic. Thus, it is apparent that in the case of using the above-described one-piece catalysts for the treatment of gases containing particulate solids, at least a 1J- part of the particulate matter will be so large that they can not enter or pass through these flow channels, and if the particulate matter is present in large quantities in the gases, this will lead to operating difficulties'. The present invention solves these problems »
Die Teilchen können organischer oder anorganischer oder sowohl organischer als auch anorganischer Natur sein» Zu« mindest die organischen Anteile von einigen dieser festen teilchen unterliegen offensichtlich einer teilweisen oder vollständigen Oxydation in dem ersten einstückigen erfindungsgemäßen Katalysator mit den größeren Strömungskanälen,, Das Ausmaß einer derartigen Verbrennung und/oder mechanischen Verkleinerung, die auf die Berührung bzw. den Kontakt mit dem ersten Katalysator zurückzuführen ist, reicht aus, um die größeren teilchen so zu verkleinern, daß.ihr Passieren durch die kleineren Strömungskanäle, der nachfolgend angeordneten einstückigen Katalysatoren gewährleistet ist, ohne, daß unerwünschte Betriebsschwierigkeiten chemischer oder.physikalischer Natur auftreten*. Das Ausmaß einer der-. artigen 1J-'eilchenverkleinerung in Zahlenwerten anzugeben, ist schwierig, wenn nicht unmöglich, da die teilchen in den nachfolgend- angeordneten einstückigen 'KatalysatorkörpernThe particles may be of organic or inorganic or both organic and inorganic nature. At least the organic proportions of some of these solid particles are apparently subject to partial or complete oxidation in the first one-piece catalyst of the invention having the larger flow channels, the extent of such combustion and / or mechanical reduction due to contact with the first catalyst is sufficient to reduce the larger particles so that their passage through the smaller flow channels, which are arranged downstream of the one-piece catalysts, is without that unwanted operating difficulties of a chemical or physical nature occur *. The extent of one of. It is difficult, if not impossible, to give similar 1J particle reductions in numerical values because the particles in the subsequently arranged one-piece catalyst bodies
Z&öl/p -25- 20.10*1980Z & oil / p -25- 20.10 * 1980
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einer weiteren Verkleinerung unterliegen können« Demzufolge bieten die Größen irgendwelcher feststoffe, die in den zügeführten und austretenden Gasen verbleiben, nicht notwendigerweise einen Anhaltspunkt für das usmaß der Verkleinerungf die in dem ersten Katalysator erfolgt, -^ie Menge an größeren festen teilchen in dem Zuführungsgas, die Schwierigkeiten in dem nachfolgend angeordneten einstückigen Katalysatorkörper mit den kleineren Strömungskanälen verursachen können, kann relativ gering sein, und dennoch können dabei Verstopfungsund andere Probleme auftreten, zumindest über einen langen Zeitraum hinweg, sofern nicht das einstückige Katalysatorsystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Nahezu jede- Menge an festen Teilchen ausreichender Größe kannmay be subject to a further reduction "Accordingly provide the sizes of any solids remaining in the cables led and exiting gases, not necessarily an indication of the usmaß the reduction f that occurs in the first catalyst, - ^ ie amount of larger solid particles in the feed gas , which may cause difficulties in the subsequently arranged unitary catalyst body with the smaller flow channels, may be relatively small, and yet clogging and other problems may occur, at least over a long period of time, unless the one-piece catalyst system of the present invention is used. Almost any amount of solid particles of sufficient size can
I.I.
zu einem Problem, werden, wenn das Gas zuerst in einstückige Katalysatoren mit schmaleren Strömungskanälen eingeführt wird«become a problem when the gas is first introduced into one-piece catalysts with narrower flow channels. "
Gemäß der Erfindung reichen die Oxydationsreaktionen, die sich in einer gegebenen katalytischen Zone abspielen, gleich ob es sich um die erste oder eine folgende, nachgeschaltete katalytisch^' Zone handelt, nicht aus, um Temperaturen zu erzeugen, die den Katalysator'schädigen. Die in einer katalytischen Zone erreichten Temperaturen werden mindestens teilweise durch die temperatur der der Katalysatorzone zugeführten Gase und durch den auf die in der Zone stattfindenden verbrennungsreaktionen zurückführenden Temperaturanstieg bestimmt» Zu den Faktoren, die die Verbrennungsreaktionen und den sich daraus ergebenden Temperaturanstieg beeinflussen, gehören der üehalt der Gase an brennbaren Bestandteilen., die Menge des für die Verbrennung zur Verfügung stehenden freien Sauerstoffs, die Raums tr öntungsge«*According to the invention, the oxidation reactions that take place in a given catalytic zone, whether it is the first or a subsequent, downstream catalytic zone, are not sufficient to produce temperatures that damage the catalyst. The temperatures reached in a catalytic zone at least in part by the temperature of the catalyst zone gases supplied and by taking place in the in the zone v erbrennungsreaktionen recirculating temperature rise determined "Among the factors that influence the combustion reactions and the temperature increase resulting belong to the ü ehalt the gases of combustible ingredients., the amount of standing for combustion available free oxygen, the space tr öntungsge "*
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schv/indigkeit der Gase durch den Katalysator und die Höhe der katalytischem Aktivität.je Flächeneinheit des Katalysators. · 'the viscosity of the gases through the catalyst and the level of catalytic activity per unit area of the catalyst. · '
Als Beispiel werden hier die Faktoren, die das usmaß der Verbrennung in einer Katalysatorzone beeinflussen, unter Bezugnahme auf die erste Katalysatorzone erläutert; jedoch können erfindungsgemäß weitere nachgeschaltete Katalysator- zonen im wesentlichen in der gleichen V/eise arbeiten. Ein möglicher Betriebszustand des Motors ist z, B6 der Leerlauf$ bei dem ein verhältnismäßig kleines Volumen an -Auspuffgasen entsteht* Die verhältnismäßig geringe volumetrische •Strömungsgeschwindigkeit kann eine wesentliche Abkühlung der -Auspuffgase vor ihrem Auftreffen auf den Katalysator in der ersten Katalysatorzone ermöglichen. Diese Abkühlung reicht jedoch nicht aus, um die Katalysatortemperaturen unter diejenigen herabzusetzen, die den Katalysator für die Oxydationsreaktion aktivierten« Infolge der verminderten ^aumströmungsgeschwindigkeit durch den Katalysator kann ein großer Anteil der in den uspuffgasen enthaltenen brennbaren bestandteile umgesetzt werden; da aber die behandelte Gasmenge gering und der Wärme verlust' aus dein Katalysator bedeutend ist, reicht der 'l'emperat uranstieg nicht aus, um Temperaturen zu erzeugen, die den Katalysator schädigen könnten«, Wenn der Motor schnell läuft, ist die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit der Auspuffgase viel höher als beim Leerlauf, und die temperatur sinkt "zwischen dem Motor und der ersten Katalysatorzone im allgemeinen weniger stark ab. Die ^aumströnmngsgeschwindigkeit durch den Katalysator ist viel höher, und daher kann der Katalysator kein proportional größeres Ausmaß von Verbrennung herbeiführen, de h»,By way of example, the factors affecting the extent of combustion in a catalyst zone will be explained with reference to the first catalyst zone; however, further downstream catalyst zones may operate in substantially the same manner in accordance with the invention. A possible operating state of the engine is z, B 6 of the idle $ wherein the result is a relatively small volume of -Auspuffgasen * The relatively low volumetric • flow velocity can be a substantial cooling of the -Auspuffgase before its A uftreffen on the catalyst in the first catalyst zone allow. However, this cooling is insufficient to lower the catalyst temperatures below those which activated the catalyst for the oxidation reaction. As a result of the reduced flow rate through the catalyst, a large proportion of the combustible constituents contained in the uspuff gases can be reacted; however, since the amount of gas treated is small and the heat loss from the catalyst is significant, the increase in the temperature is not sufficient to produce temperatures that could damage the catalyst. When the engine is running fast, the volumetric flow velocity is exhaust gases much higher than at idle, and the temperature drops "between the motor and the first catalyst zone generally less sharply. the ^ aumströnmngsgeschwindigkeit through the catalyst is much higher, and therefore, the catalyst can bring about no proportional greater degree of combustion, e H",
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die verwendete Katalysatormenge reicht nicht aus j um eine vollständige Verbrennung ^-er tl111"0^ clen Katalysator hindurchströmenden brennbaren Stoffe herbeizuführen. Perner wirken die zusätzlichen Gase, die durch den Katalysator hinaurchströmen, ohne an den Verbrennungsreaktionen in der Katalysatorzone teilzunehmen, als Wärmereservoir für die durch die Oxydation in der Katalysatorzone erzeugten Wärme» dementsprechend bleibt die temperatur in der ersten Katalysatorzone unter denjenigen Temperaturen, die den Katalysator schädigen könnten, -^ei der Fehlzündung oder beim Spülen' des Zylinders gelangen höhere Konzentrationen an brennbaren Stoffen, besonders an Kohlenwasserstoffen, zusammen mit Sauerstoff in die Katalysatorzone; jedoch sind die in der Katalysatorzone erreichten Temperaturen in Anbetracht der niedrigen temperatur der durch die Katalysatorzone strömenden Gase und der für eine vollständige Umwandlung der brennbaren Stoffe unzureichenden Katalysatormenge nicht schädlich für den Katalysator,the amount of catalyst used is not enough j to complete combustion ^ - he 111 "bring tl 0 ^ clen catalyst flowing through combustible materials Perner act the additional gases hinaurchströmen by the catalyst, without participating in the combustion reactions in the catalyst zone, as a heat reservoir. the heat generated by the oxidation in the catalyst zone ", accordingly, the temperature in the first catalyst zone remains below those temperatures that could damage the catalyst, - the misfire or flushing of the cylinder will result in higher concentrations of combustibles, especially hydrocarbons. however, with the oxygen in the catalyst zone, the temperatures reached in the catalyst zone are in view of the low temperature of the gases flowing through the catalyst zone and the insufficient amount of catalyst for complete conversion of the combustibles not harmful to the catalyst,
Oft werden Zweitakt- Verbrennungskraftmaschinen mit stöchiometrischen Verhältnissen von Luft zu Treibstoff für die theoretisch vollständige Verbrennung des Treibstoffs zu Kohlendioxid und Wasser oder auf der brennstoffreichen Seite des stöchiometrischen Verhältnisses beschrieben« In diesem Falle kann der Mangel an für die vollständige Verbrennung der brennbaren °toffe in den uspuffgasen ausreichendem freiem Sauerstoff zusätzlich dazu beitragen, geeignete Temperatursteigerungen in der Katalysatorzone aufrechtzuerhalten« Um die Verbrennung von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen "in den Augpuffgasen oder anderen oxydierbaren Materialien, die erfindimgsgemäß verwendet v/erden können, zu verstärken, können sauerstoffhaltig Gase zum Beispiel hinter der erstenOften, two-stroke internal combustion engines with stoichiometric proportions of air, to fuel for theoretically complete combustion of the fuel to carbon dioxide and water or on the fuel-rich S g e of the stoichiometric ratio described "In this case, the lack of toffe for complete combustion of the combustible ° In the exhaust gases, sufficient free oxygen may additionally help to maintain adequate temperature increases in the catalyst zone. "To enhance the combustion of carbon monoxide and hydrocarbons" in the exhaust gases or other oxidizable materials which may be used in accordance with the invention, gases containing oxygen may be left behind, for example the first
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Katalysatorzone zu dem Oxydationssystem zugesetzt werden. Im allgemeinen steht bei der Behandlung von Gasen im inne der Erfindung genügend freier Sauerstoff für die nachfolgende vollständige Verbrennung der darin enthaltenen oxydierbaren Materialien auf stöchiometrischer Basis zu Kohlendioxid und Wasser zur Verfugung, und zweckmäßig wird ein Überschuß von mindestens etwa, 0,6 Vole-/», im allgemeinen etwa 0,6 bis 3 ^"o!e~$, an freiem Dauerstoff über diejenige Menge zur Verfügung gestelltt die auf stöchiometrischer Basis für die vollständige Verbrennung erforderlich ist« Iiach der erfindungsgemäßen behandlung der Gase enthalten diese oft weniger als etwa 0,02, vorzugsweise weniger als etwa, 0,005 Vole-% Kohlenmonoxid und weniger als etwa 0,010, vorzugsweise weniger als etwa 0,002 ^ol,-/a KohlenwasserstoffeCatalyst zone are added to the oxidation system. In general, in the treatment of gases in the invention, sufficient free oxygen is available for the subsequent complete combustion of the stoichiometric oxidizable materials contained therein into carbon dioxide and water, and an excess of at least about 0.6 vol. », generally about 0.6 to 3 ^" o! e ~ $, oxygen of free D provided over that amount t that is required on a stoichiometric basis for complete combustion "Iiach of treatment according to the invention of the gases often contain less as about 0.02, preferably less than about, 0.005 mole percent carbon monoxide and less than about 0.010, preferably less than about 0.002 mole percent hydrocarbons
Da es, besonders beim ^nfahren, wenn der Motor noch kalt ist, zu einer bedeutenden Kühlung der Auspuffgase der Verbrennungsquelle kommen kann, bevor die Gase das erfindungsgemäße Katalysator sys tem erreichen,'wird der erste Katalysator vorzugsweise verhältnismäßig nahe an der Verb'rennungsquelle angeordnet, damit die Auspuffgase, wenn-sie auf den ersten Katalysator auftreffen, so hohe Temperaturen aufweisen, daß der Katalysator, wenn er kalt ist, schnell auf Temperaturen erhitzt wird, bei denen er katalytisch aktiv ist. Im allgemeinen befindet sich die erste Katalysatorzone bei der Behandlung von Abgasen oder Auspuffgasen an einer solchen Stelle, daß die mit dem Katalysator in Berührung kommenden Gase sich unter den beim betrieb des Motors zu erwartenden Arbeitsbedingungen auf Temperaturen-über etwa 250 0C, vorzugsweise Temperaturen von etwa 300 bis GOO 0C, befinden« 'ManSince it, nfahren especially when ^ when the engine is still cold can lead to a significant cooling of the exhaust gases of the combustion source prior to the G a se catalyst according to the invention sys tem reach 'of the first catalyst is preferably relatively close to the verb' arranged so that the exhaust gases, when they hit the first catalyst, have such high temperatures that the catalyst, when it is cold, is heated rapidly to temperatures at which it is catalytically active. In general, the first catalyst zone is in the treatment of exhaust gases or exhaust gases in such a location that the coming into contact with the catalyst gases under the operating conditions expected during operation of the engine to temperatures above about 250 0 C, preferably temperatures of about 300 to GOO 0 C, are «'Man
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kann sich auch zusätzlicher Mittel bedienen, um in der ersten Zone für den Katalysator genügend hohe Temperaturen zu erreichen, um eine geeignete katalytisch^ Aktivität zu erzielen; ze Be kann man sich der elektrischen Heizung, der Zündung und der thermischen Verbrennung von zusätzlichem rennstoff vor der ersten Katalysatorzone und dergleichen bedienen. Im allgemeinen werden diese Mittel jedoch wegen der Kompliziertheit, die sie dem Behandlungssystem für die Auspuffgase erteilen, nicht angewandte Wenn Temperaturen erreicht worden sind, bei denen katalytisch^ Aktivität erzielt wird, bewirkt der Katalysator in der ersten Katalysatorzone eine Oxydation der brennbaren Bestandteile in den Gasen zu Wasser und Kohlenstoffoxiden, insbesondere Kohlendioxid,may also use additional means to achieve sufficiently high temperatures in the first zone for the catalyst to achieve suitable catalytic activity; z e B e can make use of the electric heater, the ignition and the combustion of additional thermal uel before the first catalyst zone and the like. In general, these agents are, however, because of the complexity that they grant the treatment system for the A uspuffgase not applied when temperatures have been reached, in which catalytically ^ activity achieved, the catalyst is effected in the first catalyst zone oxidation of the combustible components in the Gases to water and carbon oxides, especially carbon dioxide,
Das Ausmaß der Oxydation in der ersten erfindungsgemäßen Katalysatorzone reicht jedoch in dem weiten Bereich von Arbeitsbedingungen, die praktisch vorkommen können, nicht aus, um in dieser Zone Temperaturen zu erzeugen, die den Katalysator schädigen könnten« Im allgemeinen erzielt man, wenn mehr als eine Katalysatorzone verwendet wird, in der ersten Katalysatorzone eine Verbrennung von etwa 5 bis 7!?»?· vorzugsweise etwa 15 bis 50, VoI*-75 der brennbaren Stoffe, also Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe und dergleichen, in den Gasen» ^ine Katalysatorzone wird durch einen 'l'eil des Systems gebildet, in welcher ein Katalysator verwendet wird,' um die Oxydation von wenigstens einem Be~ standteil des zugeführten Gases zu beschleunigen. Diese Zone kann einen oder mehrere Katalysatorkörper aufweisen, und falls mehr als einer anwesend ist, können diese sich berühren oder in beabstandeter '^teilung vorliegen» Wenn ein Reaktionsteilnehmsr, sum Beispiel Sauerstoff, BrennstoffHowever, the extent of oxidation in the first catalyst zone of the present invention is insufficient in the wide range of operating conditions that can occur in practice to produce temperatures in this zone which could damage the catalyst. "Generally, if more than one catalyst zone is achieved In the first catalyst zone, a combustion of about 5 to 7%, preferably about 15 to 50%, of the combustible substances, ie carbon monoxide, hydrogen, hydrocarbons and the like, in the catalyst zone is used formed by one part of the system in which a catalyst is used to accelerate the oxidation of at least one component of the feed gas. This zone may have one or more catalyst bodies, and if more than one is present, they may be in contact or spaced apart. If a reactant, such as oxygen, is fuel
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oder andere reaktive Materialien, dem gasförmigen ^trom zwischen'den Katalysatoranordnungen zugeführt wird, bilden solche Zugabepunkte separate Katalysatorzorten, eine vor und eine nach dem Ort der Zugabe« uf ähnliche ^eise, wenn der Gasstrom einer wesentlichen Temperaturänderung unterliegt, beispielsweise wenigstens etwa 50 0C zwischen den Katalysatoranordnungen, werden, die Katalysatoren vor und nach dem Ort der Temperaturänderung als in zwei verschiedenen Katalysatorzonen angeordnet angesehen, gleichgültig, ob die Temperaturänderung, zum Beispiel Abkühlung, durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch erfolgt,or other reactive materials, the gaseous ^ trom zwischen'den catalyst structures is supplied, such addition points form separate Katalysatorzorten, one before and one after the place of addition "uf similar ^ else, if the gas flow a significant temperature change is subject to, for example, at least about 50 0 C between the catalyst assemblies, the catalysts are considered before and after the location of the temperature change as arranged in two different catalyst zones, regardless of whether the temperature change, for example cooling, takes place by direct or indirect heat exchange,
.Der Anstieg der '.Temperatur der Gase in der ersten Katalysatorzone aufgrund der darin stattfindenden Oxydation beträgt oft mindestens etwa 50 G, reicht jeoch nicht aus, um in der ersten Katalysatorzone Temperaturen zu erzeugen, die für den Katalysator schädlich sind* Häufig beträgt der Temperaturanstieg bei der Behandlung von Abgasen oder Auspuffgasen weniger als etwa 500 C, und oft liegt er im Bereich von beispielsweise etwa 50 bis 300 C Wenn mehr als eine Katalysatorzone verwendet wird, beträgt die höchste Temperatur der aus der ersten Katalysatorzone ausströmenden Auspuffgase weniger als etwa 800 C und liegt, z«, B, im Bereich-von" etwa 400 bis 800 0C, vorzugsweise von etwa 450 bis 650 0C, Die pitzentemperaturen in der ersten Katalysatorzone liegen unterhalb derjenigen Temperaturen, die dem Katalysator schädlich sein können,-weil in der ersten Kata- ,. lysatorzone nicht genügend Katalysator enthalten ist, um die vollständige Verbrennung der brennbaren Wertstoffe in den Auspuffgasen herbeizuführen, und gegebenenfalls weil nicht genug Sauerstoff für die vollständige Verbrennung der brennbaren Wert stoffe in den Auspuffgasen z-ur Verfügung gestelltThe increase in the temperature of the gases in the first catalyst zone due to the oxidation occurring therein is often at least about 50 G, but not enough to produce temperatures in the first catalyst zone which are detrimental to the catalyst in the treatment of exhaust gases or exhaust gases is less than about 500 C, and often in the range of, for example, about 50 to 300 C. If more than one catalyst zone is used, the highest temperature of the effluent from the first catalyst zone exhaust gases is less than about 800 C. and, z ', B, in the range of "about 400 to 800 0 C, preferably from about 450 to 650 0 C, the-peak temperature in the first catalyst zone lower than those temperatures that may be detrimental to the catalyst, -because in The first catalyst zone does not contain enough catalyst to ensure complete combustion of the flammable recyclables bring the exhaust gases, and possibly because not enough oxygen for the complete combustion of the combustible value substances in the exhaust gases z-ur made available
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wird« Vorteilhafterweise bat der Katalysator in der ersten Katalysatorzone ein verhältnismäßig kleines Volumen, wodurch· das Aufheizen auf Temperaturen der katalytischen Aktivität beim Anfahren erleichtert wird,,Advantageously, the catalyst in the first catalyst zone has a relatively small volume which facilitates heating to catalytic activity temperatures at start-up.
Katalytisch^ Systeme zur Verbrennung von geeigneten oxydierbaren Materialien, die als Primärenergiequellen dienen, sind bekannt und können der Praxis der vorliegenden Erfindung angepaßt werden. Beispielsweise sind Kirmestrahlungssysteme in den US-PS 3 441 359 und 3 191 659 offenbart» Katalytisch^ Verbrennungssysteme zu Zwecken des indirekten Wärmeaustausches sind in den US-PS 3 914 090 und 3 982 879 beschrieben, während in der US-PS 3 928 961 die Verwendung von einzelnen oder mehreren katalytischen Verbrennungszonen zur Oxydation von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen zur Erzeugung von Kraft beschrieben wird, ''''enn derartige Brennstoffe mit einer stöchiometrischen Menge an Luft bei der Verbrennungseingangstemperatur verbrannt werden, haben sie gewöhnlich eine adia~ batische ^lammtemperatur von wenigstens etwa 1816 0C, Die Betriebstemperaturen des Katalysators in den zuletzt genannten Systemen können typischerweise etwa 927 °C bis 1760 0C, vorzugsweise etwa 1093 0G bis etwa 1649 0C, betragen, Wenn erfindungsgemäß feste Teilchen enthaltende oxydierbare Materialien als ^peisegaö für die verschiedenen oben genannten erfindungsgeiiiäßen Systeme verwendet werden, wird der e'rste Katalysator, der mit dem Gas in der Katalysatorzone in· Berührung kommt, ein einstückiger Katalysator sein mit relativ großen Strömungskahälen, während ein nachfolgend angeordneter Katalysator in dieser oder in einer anderen Katalysatorζone eine größere Anzahl an kleinerenCatalytic systems for burning suitable oxidizable materials which serve as primary energy sources are known and can be adapted to the practice of the present invention. For example, fairlead radiation systems are disclosed in US Pat. Nos. 3,441,359 and 3,191,659. "Catalytic" combustion systems for indirect heat exchange purposes are described in US Pat. Nos. 3,914,090 and 3,982,879, while US Pat. No. 3,928,961 discloses The use of single or multiple catalytic combustion zones for the oxidation of carbonaceous fuels under essentially adiabatic conditions for generating power is described as having an adiabatic one when such fuels are burned with a stoichiometric amount of air at the combustion inlet temperature ^ lamb temperature of at least about 1816 0 C, the operating temperatures of the catalyst in the last-mentioned systems may employ typically about 927 ° C, amounted to 1760 0 C, preferably about 1093 0 G to about 1649 0 C, If according to the invention, solid particles containing oxidizable materials as ^ peisegaö for the various above e In the case of systems of the invention, the first catalyst which comes into contact with the gas in the catalyst zone will be a one-piece catalyst with relatively large flow channels, while a subsequently arranged catalyst in this or in another catalyst zone will have a larger number of smaller ones
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Strömungskanälen,. wie oben beschrieben, aufweist»Flow channels ,. as described above, »
^eim 3etrieb der verschiedenen -^usfUhrungsformen der Erfindung wird die Temperatur des Katalysators in der ersten Katalysatorzone vorzugsweise so hoch gehalten, daß die Bildung von Ablagerungen auf dem Katalysator, wenn es überhaupt dazu kommt, zu vernachlässigen ist. Bei der behandlung von Kohlenstoff.enthaltenden teilchen und weißes Aerosol enthaltenden Auspuffgasen, von zum Beispiel Zweitaktmotoren, soll die Katalysatortemperatur beim Setrieb oberhalb 300 C und vorzugsweise oberhalb etwa 500 C liegen, um die bildung von Ablagerungen auf ein Minimum zu!beschränken« Beim •^etrieb von Zweitaktmotoren können die Auspuffgase mit dem Katalysator in pulsierender Weise in Berührung kommen, und die heißen Abgase von der katalytischen Verbrennung können sogar in die erste Katalysatorzone zurückgesaugt werden. Die erwünschten Temperaturen können in der Katalysatorzone zwischen den intermittierenden Stoßen der Auspuffgase durch weitere katalytisch^ Verbrennung der^ eim 3 peration of the various - ^ usfUhrungsformen the invention, the temperature of the catalyst in the first catalyst zone is preferably maintained so high that the formation of deposits on the catalyst, if it ever comes to neglect. In the treatment of Kohlenstoff.enthaltenden particles and white aerosol containing A uspuffgasen, for example, two-stroke engines, the catalyst temperature should lie with the Setrieb above 300 C and preferably above about 500 C to limit the formation of deposits to a minimum, "When • In two-cycle engines, the exhaust gases may contact the catalyst in a pulsatile manner, and the hot exhaust gases from the catalytic combustion may even be sucked back into the first catalyst zone. The desired temperatures can be maintained in the catalyst zone between the intermittent collisions of the exhaust gases by further catalytic combustion of the exhaust gases
brennbaren ertstoffe innegehalten werden, die noch in den heißen Verbrennungsgasen,, die in den Katalysator zurückgesaugt werden können, verblieben sind»combustible materials still remain in the hot combustion gases ,, which can be sucked back into the catalyst
Bei Verwendung von Systemen mit mehr als einer Katalysatorzone enthalten die aus der ersten Katalysatorzone abströmenden Gase, mindestens unter den meisten Arbeitsbedingungen des Motors, brennbare Wertstoffe, nämlich unverbranntes Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Im allgemeinen hängt die relative Menge von unverbrannten Stoffen in dem Abgas aus der ersten. Katalysatorzone von der volume-When using systems with more than one catalyst zone, the gases flowing out of the first catalyst zone contain flammable recyclables, namely unburned carbon monoxide and unburned hydrocarbons, at least under most operating conditions of the engine. In general, the relative amount of unburned matter in the exhaust gas depends on the first one. Catalyst zone from the volume
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trischen Strömungsgeschwindigkeit der Gase ab. Innerhalb einas Bereichs von Arbeitsbedingungen enthalten a,- B, die ^•bgase von der ersten Katalysatorzone Kohlenmonoxid und gewöhnlich auch-Kohlenwasserstoffe in Mengen von beispielsweise mindestens etwa 0,1, oft etwa 1 bis 4, VOl„--/5 Kohlenmonoxid und mindestens etwa 0,02, oft etwa 0,02 bis 0,8, Vol.·-/?' Kohlenwasserstoffe» Die aus der ersten Katalysatorzone abströmenden Gase werden gekühlt, z. B0 indem sie durch sie durch eine· "Kühlzone geleitet werden, die die erste Katal5rsatorzone mit einer zweiten Katalysatorzone verbindete 11IXTOh die Kühlung wird die temperatur der Abgase so weit herabgesetzt,· daß in der zweiten Katalysatorzone eine Verbrennung stattfinden kann, ohne daß dabei zu hohe Temperaturen auftreten, die für den darin enthaltenen Katalysator schädlich sein könnten«trischen flow velocity of the gases. Within a range of operating conditions, α, β, β-gases from the first catalyst zone contain carbon monoxide and, usually, hydrocarbons in amounts of, for example, at least about 0.1, often about 1 to 4, VOl "- / 5 carbon monoxide, and at least about 0.02, often about 0.02 to 0.8, vol. · - /? ' Hydrocarbons »The gases flowing out of the first catalyst zone are cooled, eg. B 0 by passing them through it by a · "cooling zone the first Katal5 r sator zone with a second catalyst zone verbindete 11 IXTOh the cooling is so far reduced, the temperature of the exhaust gases, · that in the second catalyst zone, a combustion can take place without that too high temperatures occur that could be detrimental to the catalyst contained in them «
Die Kühlung der Abgase kann in erster Linie durch indirekten Wärmeaustausch mit der Umgebung oder durch °trahlung erfolgen e Die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Kühlung hängen daher von dem Gasdurchsatz durch die Kühlzone, den Temperaturen der Gase, der Temperatur der Umgebung und der Oberfläche der Kühlzone ab. Sine Kühlung der Abgase von der ersten Katalysatorzone kann durch heimischen kühler Gase, zum Beispiel Luft, erzielt werden* Der Zusatz von Luft kann auch dazu' dienen, urn zu gewährleisten, daß die Abgase genügend freien Sauerstoff für ,die vollständige Verbrennung der brennbaren ötoffe enthalten, vorteilhafterweise wird die Luft zwischen der ersten'und der zweiten Katalysatorzone zugesetzt» . The cooling of the exhaust gases can be done primarily by indirect heat exchange with the environment or by radiathe e The speed and extent of the cooling therefore depend on the gas flow through the cooling zone, the temperatures of the gases, the temperature of the environment and the surface of the cooling zone from. Sine cooling of the exhaust gases from the first catalyst zone, by local cooler gases, for example air, achieved * The addition of air may also be used 'to ensure urn that the exhaust gases sufficient free oxygen and, the complete combustion of the combustible ö toffe contain, v orteilhafterweise the air between the ersten'und the second catalyst zone is added ».
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Im allgemeinen ist der Temperaturabfall zwischen der ersten und der zweiten Katalysatorzone nicht so groß, daß der zweite Katalysator nicht auf oder nahe einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um die katalytis.che Verbrennung einzuleiten und aufrechtzuerhalten. Bei der Behandlung von Motorauspuffgasen beträgt der Temperaturabfall der Gase zwischen der ersten und der zweiten Katalysatorzone oft, besonders bei niedrigen Motorengeschwindigkeiten, mindestens etwa 50 0C, zum Beispiel etwa 50 bis 400 0C, oft etwa 150 bis 350 0C, und die durch die zweite Katalysatorzone strömenden Gase werden im allgemeinen auf 'Temperaturen im Bereich von etwa 300 bis 600 0C, vorzugsweise von etwa 350 bis 550 0C, gekühlt.In general, the temperature drop between the first and second catalyst zones is not so great that the second catalyst is not maintained at or near a temperature sufficient to initiate and maintain the catalytic combustion. In the treatment of engine exhaust gases, the temperature drop of the gases between the first and the second catalyst zone is often, especially at low engine speeds, at least about 50 0 C, for example about 50 to 400 0 C, often about 150 to 350 0 C, and by The gases flowing through the second catalyst zone are generally cooled to temperatures ranging from about 300 to 600 ° C, preferably from about 350 to 550 ° C.
Bei einer -^usführungsform der Erfindung, gemäß welcher die Gase hinter der zweiten Katalysatorzone aus dem System abgezogen werden, hat der zweite Katalysator vorteilhafterweise eine ausreichende Oberfläche und Aktivität, um das gewünechteIn one embodiment of the invention, according to which the gases are withdrawn from the system downstream of the second catalyst zone, the second catalyst advantageously has a sufficient surface area and activity as desired
usrnaß der Verminderung des Gehaltes an oxydierbaren Materialien in den Gasen innerhalb des größten ^eils des zu er~ wartenden Bereichs von -Arbeitsbedingungen herbeizuführen. Im allgemeinen kann in der ersten Katalysatorzone eine hinreichende Verbrennung stattfinden, und die aus dieser Zone austretenden Gase werden hinreichend gekühlt, so daß bei der in der zweiten Katalysatorζone stattfindenden Ver~ brennung keine Temperaturen erreicht werden, bei denen der Katalysator Schaden erleiden könnte, selbst wenn die Gase relativ große Mengen an brennbaren Materialien enthalten, beispielsweise wenn ein Motor die ^uelle der zugeführten Gase ist und dieser Fehlzündungen zeigt* Unter bedingungen von geringerem jjurchsatz kann in' dem Ablauf von der erstenTo bring about a reduction in the content of oxidisable materials in the gases within the largest part of the range of working conditions to be expected. In general, sufficient combustion may take place in the first catalyst zone and the gases exiting from this zone are sufficiently cooled so that no combustion takes place at the combustion taking place in the second catalyst zone where the catalyst could be damaged even if the gases contain relatively large quantities of flammable materials, for example, when an engine is the source of the supplied gases and misfires, under conditions of reduced fuel flow
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Katalysatorzone ein geringeres Volumen von "brennbaren Wertstoffen enthalten sein als unter Bedingungen hohen Durchsatzes der Auspuffgase. Daher kann der Temperaturanstieg der durch die zweite Katalysatorzone strömenden Gase unter verschiedenen Arbeitsbedingungen des Motors starken Schwankungen unterliegen. Im allgemeinen beträgt der .'.Temperaturanstieg der durch, die zweite Katalysatorzone strömenden ' Gase mindestens etwa 25 0C, vorzugsweise mindestens etwa . , 50 QCf und kann bei der behandlung von Abgasen oft etwa 25 bis 250 0Cj1 vorzugsweise etwa 50 bis 200 0C, betragen, %e Höchsttemperaturen der in der zweiten Katalysatorzone erhaltenen Gase liegen bei der Behandlung von Abgasen im allgemeinen, unter etwa 900 0 und oft im Bereich von etwa 400 bis 900 0C, Der Katalysator in der zweiten Katalysatorzone wird vorzugsweise auf Temperaturen von mindestens etwa 450 0Cj vorzugsweise von mindestens "etwa 550 0C, gehalten, um die Ablagerung unerwünschter Bestandteile auf der Katalysatoroberfläche auf ein Minimum zu beschränken, und um die katalytisch^ Verbrennung verlaufen zu lassen»Thus, the temperature rise of the gases flowing through the second catalyst zone may vary greatly under different operating conditions of the engine second catalyst zone flowing 'gases at least about 25 0 C, preferably at least about., 50 Q C f and in the treatment of exhaust gases often about 25 to 250 0 Cj 1, preferably about 50 to 200 0 C,% e maximum temperatures of in the second catalyst zone gases obtained, in the treatment of exhaust gases, in general, below about 900 0 and often in the range of about 400 to 900 0 C, the catalyst in the second catalyst zone is preferably heated to temperatures of at least about 450 0 Cj preferably of at least " about 550 0 C, held to the deposition of undesirable components on the To minimize the catalyst surface area and to let the catalytic combustion proceed »
Wenn mehrere nachgeschaltete Katalysatorzonen verwendet werden, die sich an eine erste Katalysatorzone anschließen, enthält die zweite Katalysatorzone im allgemeinen nicht genügend Katalysator, um ein so hohes Aumaß von Oxydation herbeizuführen, daß hohe Temperaturen erreicht werden, bei denen der Katalysator'Schaden erleiden könnte. In anderer Hinsicht, wie bezüglich der maximalen temperatur der Gase in der zweiten Katalysatorzone, ist die A-pfoeitsweise der Ka~ talysatorzonen nach der zweiten Katalysatorsone ähnlich derjenigen, bei der die Gase hinter der. zweiten Katalysatorzone aus dem System, abgezogen werden»'An diese zweite Kata-When multiple downstream catalyst zones are used which adjoin a first catalyst zone, the second catalyst zone generally does not contain enough catalyst to cause such high levels of oxidation to reach high temperatures at which the catalyst could suffer damage. In other respects, such as with respect to the maximum temperature of the gases in the second catalyst zone, the off-axis of the catalyst zones after the second catalyst zone is similar to that in which the gases are behind the catalyst. second catalyst zone from the system, to be deducted from this second cat
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lysatorzone schließt sich vorzugsweise eine Kühlzone an, in der die Gase gekühlt werden, bevor sie auf den Katalysator der nächsten Katalysatorzone, auftreffen. Die Kühlung kann im wesentlichen in der gleichen ^ ei se erfolgen wie diejenige zwischen der ersten und der zweiten Katalysatorzone. Das Ausmaß der Kühlung kann jedoch oft etwas geringer sein, zum Beispiel etwa 100 bis 300 0O betragen, um die Temperatur des nachgeschalteten Katalysators in dem weiten Bereich-.von Arbeitsbedingungen des Motors, mit denen gerechnet werden muß, leichter hinreichend hoch halten zu können, um die bildung von Ablagerungen auf der Katalysatoroberfläche auf ein Minimum zu beschränken und den Katalysator auf oder nahe den Temperaturen der katalytischen Wirksamkeit zu halten«Lysatorzone preferably joins a cooling zone in which the gases are cooled before they hit the catalyst of the next catalyst zone. The cooling may be carried out in substantially the same manner as that between the first and second catalyst zones. However, the extent of the cooling can often be somewhat less, for example be about 100 to 300 0 O, the temperature of the downstream catalyst in the broad range .of working conditions of the engine, must be expected that, to be able to hold more easily sufficiently high to minimize the formation of deposits on the catalyst surface and to keep the catalyst at or near the catalytic activity efficiencies «
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die katalytische behandlung der Gase der Verbrennungskraftmaschine auch dazu dienen, den Gehalt der Gase an Oxiden des Stickstoffs herabzusetzen. Wenn die Auspuffgase neben Oxiden des Stickstoffs eine .für die vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxids und der Kohlenwasserstoffe stöchiometrisch unzureichende Menge von Sauerstoff enthalten, kann in der ersten Katalysatorzone eine erhöhte Reduktion von Oxiden des Stickstoffs erfolgenc Der insbesondere in der ersten Katalysatorzone verwendete Katalysator kann katalytisch^ Aktivität sowohl für die Oxydation von brennbaren Stoffen als auch für die Reduktion von Oxiden des Stickstoffs aufweisen, ^ie Oxydationsreaktionen können die Wärme für die Reduktionsreaktionen zur Verfügung ^tellene Im allgemeinen entstehen beim betrieb von Zweitakt-Verbrennungskraftmaschinen unter brennstoffreichen oder nahezu stöchiometri-According to a further feature of the invention, the catalytic treatment of the gases of the internal combustion engine can also serve to reduce the content of the gases to oxides of nitrogen. When the exhaust gases contain a .for the complete combustion of carbon monoxide and hydrocarbons stoichiometrically insufficient amount of oxygen in addition to oxides of nitrogen, in the first catalyst zone an increased reduction of oxides of nitrogen can be carried c The catalyst used in particular in the first catalyst zone can catalytically ^ having activity both for the oxidation of combustible material, as well as for the reduction of oxides of nitrogen, ^ ie oxidation reactions, the heat for the reduction reactions ^ available tellen e In general, the working of two-cycle combustion engine under fuel-rich or nearly stoichiometric
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sehen Bedingungen des Verhältnisses von Brennstoff zu Luft nur verhältnismäßig geringe Mengen an Oxiden des Stickstoffs während der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine. °o können zum Beispiel die Auspuffgase von Zweitaktmotoren etwa 0,0 bis 0,08 g Oxide des Stickstoffs je gefahrenen Kilometer erzeugen»Conditions of the ratio of fuel to air see only relatively small amounts of oxides of nitrogen during combustion in the internal combustion engine. ° o may, for example the exhaust gases from two-stroke engines about 0.0 to 0.08 g of oxides of nitrogen j e generate kilometer "
Zu den für die erfindungsgemäße Behandlung von Gasen geeigneten Katalysatoren gehören einstückige Katalysatoren» -^ie Katalysatoren weisen eine oder mehrere Ivletallkomponent en, insbesondere eine Platinmeiallkomponente, als katalytischen Promotor in Kombination mit einem hitzebeständigen Oxidträger von hoher spezifischer Oberfläche, welcher die skelettartige Struktur1 des einstückigen Katalysators bildet oder auf dieser abgesetzt iste Je nach den katalytisch aktiven Metallkomponenten in dein Katalysator und den Bedingungen ihrer Verwendung können die Katalysatoren zum gleichzeitigen Katalysieren von Oxydations- und ^edulctionsreaktionen dienen» ο können die Katalysatoren verwendet werden, um die Oxydation von Kohlenwasserstoffen oder Kohlenmonoxid und gleichzeitig die Reduktion von Oxiden des Stickstoffs zu weniger schädlichen Stoffen, wie Kohlendioxid, S-[;j;c]C30tff und V/asser, zu begünstigen.The catalysts suitable for the gas treatment according to the invention include one-part catalysts. The catalysts comprise one or more individual components, in particular a platinum group component, as catalytic promoter in combination with a heat-resistant oxide carrier of high specific surface area, which forms the skeletal structure 1 of the one-piece catalyst forms or set down on this is e, depending on the catalytically active metal components in your catalyst and the conditions of their use, the catalysts can be used for simultaneously catalysing oxidation and ^ edulctionsreaktionen "ο the catalysts can be used to determine the oxidation of hydrocarbons or carbon monoxide and at the same time the reduction of oxides of nitrogen to less harmful substances such as carbon dioxide, S - [; j; c ) C30 tff and V / asser, to favor.
katalytisch aktive Metallkomponente der Katalysatoren kann aus einem oder mehreren Metallen in elementarer Form oder in Kombination, z* Bc in -^orm von Legierungen, Salzen, Oxiden und dergleichen, bestehen« pie Metalle sind im allgemeinen Schwermetaile oder Übergangsmetalle der Gruppen III bis VIII des Periodensystems mit -.Atomgewichten von mindestens etwa 45« Zu diesen Metallen gehören z, B6 die ^isenmetalle,catalytically active metal component of the catalysts may comprise one or more metals in elemental form or in combination, z * B c in - ^ orm of alloys, salts, oxides, and the like, there are "pie metals are generally Schwermetaile or transition metals of Groups III to VIII of the periodic table with atomic weights of at least about 45 °. These metals include z, B 6 the metallic metals,
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wie Nickel und Kobalt, die Metalle der Gruppen VB'und VIB, zum Beispiel Vanadium, Chrom, Molybdän und Wolfram, Kupfer, . Mangan, Rhenium und Kombinationen solcher Metalle, Vorzugsweise sind ein oder mehrere Metalle der Platingruppe anwesend. Zu den verwendbaren Platinmetallen gehören zum Beispiel Platin, Ruthenium, Palladium und Rhodium sowie .Gemische oder Legierungen solcher Metalle, ze B. Platin-Palladium und. Plat in-Rhodium, '· 'such as nickel and cobalt, the metals of groups VB 'and VIB, for example vanadium, chromium, molybdenum and tungsten, copper,. Manganese, Rhenium, and Combinations of Such Metals Preferably, one or more platinum group metals are present. Among the useful platinum group metals include, for example platinum, ruthenium, palladium and rhodium as well as .Gemische or alloys of such metals, such as platinum-palladium, and e. Plat in rhodium, '·'
Das als Promotor dienende Metall bildet mengenmäßig im allgemeinen einen geringeren l'eil des Verbundkatalysators, bezogen auf das Gesamtgewicht aus dem Promotormetall und dem hitzebeständigen Oxidträger von hoher spezifischer Oberfläche, und diese Menge genügt, um die gewünschte katalytische Wirkung bei der Verwendung des Katalysators herbeizuführen, ^iese Mengen können von der Wahl des Metalls und dem beabsichtigten verwendungszweck des Katalysators abhängen und betragen im allgemeinen mindestens etwa 0,01 Gew,-%, bezogen auf die Gesamtmenge aus Promotormetall und' Träger von hoher spezifischer Oberfläche, Diese Mengen können aber auch bis etwa 30 oder 40 % oder mehr betragen und liegen vorzugsweise im Bereich von etwa 1 bis 20 %. Im Falle von unedlen Metallen betragen die Mengen häufig mindestens etwa 2 %. Im i'alle von Metallen der Platingruppe überschreiten die Mengen nicht wesentlich etwa 5 Gew,~%, bezogen auf die Gesamtmenge an Promotormetall und iräger von hoher spezifischer Oberfläche, ^ie Menge kann in diesem Fall a« B, etwa 0,01 bis 4 % betragen und beträgt vorzugsweise etwa 0,05 "bis 2 %, Wenn der Katalysator mehrere Platinmetal-le enthält, so können diese zum Beispiel überwiegend aus Platin und zum geringeren Anteil aus einem oder'mehreren anderen Metallen der Platin-The metal promoter generally quantitatively forms a minor amount of the composite catalyst, based on the total weight of the promoter metal and the high surface area, heat resistant oxide support, and this amount is sufficient to provide the desired catalytic effect of using the catalyst. ^ hese amounts may depend on the choice of metal and the intended v iNTENDED USE of the catalyst and amount by weight is generally at least about 0.01, -%, based on the total amount of promoter metal and 'carrier of high specific surface area, but these amounts can also to about 30 or 40 % or more, and are preferably in the range of about 1 to 20%. In the case of base metals, amounts are often at least about 2%. In the case of all platinum group metals, the amounts do not substantially exceed about 5% by weight, based on the total amount of promoter metal and high specific surface area, in this case the amount can be a << B, about 0.01 to 4% %, respectively, and is preferably about 0.05 "to 2%, W e nn the catalyst contains more platinum metal-le, these can, for example, predominantly of platinum and a lower proportion of other metals of the platinum oder'mehreren
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gruppe, wie Palladium, Rhodium oder Ruthenium, bestehen»· So kann diese Komponente des Katalysators zum Beispiel zu etwa 55 "bis 95 Gew.-% aus Platin und zu etwa 5 "bis 45 Gew»-% aus Palladium oder Rhodium, bezogen auf das Gesamtgewicht der Platinmetalle, bestehen· Die Mengen der katalytischen Promotormetalle, gleich ob es sich um unedle Metalle oder um Edelmetalle handelt, sind hier auf der Basis der Metalle ungeachtet ihrer Form angegeben*For example, this component of the catalyst may comprise about 55% to 95% by weight of platinum and about 5% to 45% by weight of palladium or rhodium, based on the total weight of the platinum metals, the amounts of the catalytic promoter metals, whether they are base metals or precious metals, are given here on the basis of the metals, regardless of their form *
Katalysatoren, die sich besonders für Systeme eignen, in denen Oxydation und Reduktion gleichzeitig durchgeführt werden sollen, zum Beispiel um Oxide des Stickstoffs zu reduzieren und gleichzeitig Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe, die in dem System anwesend sein können, zu oxydieren, enthalten ein Metall der Platingruppe und ein oder mehrere unedle Metalle, die aus den oben genannten Metallen ausgewählt sein können, und können insbesondere ein Metall der Eisengruppe, wie Nickel, zum Beispiel in ^orm der Metalloxide, Y/ie Nickeloxid, enthalten« Die Menge des Platingruppenmetalls kann, wie oben angegeben, zum Beispiel etwa 0,01 bis 4 %t vorzugsweise etwa 0,05 bis 1,5 oder 2 %t betragen, während das unedle Metall oft in größeren Mengen als das Platinmetall, z» B. in Mengen von mindestens etwa 2 % bis etwa 20 %t anwesend ist« Auch diese Mengen beziehen sich auf die Gesamtgewichtsmenge aus Promotormetall und Träger von hoher spezifischer Oberfläche«Catalysts particularly suitable for systems in which oxidation and reduction are to be carried out simultaneously, for example to reduce oxides of nitrogen and at the same time to oxidize carbon monoxide and hydrocarbons which may be present in the system, comprise a platinum group metal and one or more base metals which may be selected from the above metals, and may in particular contain a metal of the iron group, such as nickel, for example in the metal oxides, Y / ie nickel oxide. The amount of platinum group metal may be as above for example, about 0.01 to 4 % t, preferably about 0.05 to 1.5 or 2 % t , while the base metal is often present in greater amounts than the platinum metal, eg in amounts of at least about 2 %. until about 20 % t is present "These quantities also refer to the total weight of promoter metal and carrier of high specific surface area"
Die einstückigen Katalysatoren können auf den Oberflächen ihrer Kanäle mit Aluminiumoxid beschichtet sein, um sie gegen die vergiftende Wirkimg verschiedener Stoffe, wie BIeI9 Zink, anderer Metalle, Schwefel,- Phosphor und derglei-The integral catalysts may be coated on the surfaces of its channels with alumina them against the poisoning Wirkimg of different substances, such as biei 9 zinc, other metals, sulfur, - phosphorus and derglei-
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chen, zu schützen« Oft beträgt die Menge des auf die 0ber~ fläche aufgetragenen Aluminiumoxids (auf Basis von AIpO^) einen geringen.Anteil, z» B, etwa 10 bis 100 %s des Gesamtgewichts aus katalytischem Promotormetall und Träger von hoher spezifischer Oberfläche, und vorzugsweise beträgt diese Menge etwa 20 bis 75 % und beeinträchtigt den Katalysator, vfewi überhaupt, nur unbedeutend. Das auf die Oberfläche aufgetragene Aluminiumoxid enthält katalytisch aktives Aluminiumoxid oder ein als Ausgangsstoff dafür dienendes hydratisiertes Aluminiumoxid als wesentlichen Bestandteile ^ieses aktivierte Aluminiumoxid hat eine hohe spezifische Oberfläche von beispielsweise mindestens -etwato Chen, protect "Often, the amount of the 0ber ~ area-coated alumina (based on AIPO ^) a geringen.Anteil, z" B, about 10 to 100% s of the total weight of catalytic promoter metal and support of high specific surface , and preferably this amount is about 20 to 75 % and affects the catalyst, if any at all, only insignificantly. The coated onto the surface of alumina contains catalytically active A luminiumoxid or as starting material for serving hydrated aluminum oxide as essential ingredients ^ ti activated alumina has a high specific surface area, for example, at least -about
25» vorzugsweise mindestens etwa 100 in /g, bestimmt nach der BET-Methode, und wird im allgemeinen als katalytisch aktiv bezeichnete Zu den aktiven Aluminiumoxiden gehören Vertreter der 1S -Aluminiumoxidgruppe, wie fr- und v^·-Aluminiumoxid, im "egensatz zu dem verhältnismäßig inaktiven ος-Aluminiumoxid von niedriger spezifischer Oberfläche«, Die auf die Oberfläche aufgetragenen Stoffe können calciniertes oder aktiviertes Aluminiumoxid oder hydratisiertes Aluminiumoxid sein, welches durch Calcinieren oder bei der Verwendung des Katalysators bei hohen Temperaturen in aktives Aluminiumoxid übergeht, wie ζ* Ββ amorphes hydratisiertes Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Monohydrat, Aluminiumoxid-Trihydrat oder Gemische derselben» Diese Aluminiumoxide können geringe Mengen an anderen Komponenten, wie seltene Erdme- talloxide, ze B0 Geroxid, Siliciumdioxid und dergleichen, enthalten» Vorzugsweise besteht das auf die Oberfläche aufzubringende Material zum überwiegenden Anteil aus Aluminiumoxid, bezogen auf Peststoffbasis. Insbesondere soll25 "preferably at least about 100 in / g, as determined by the BET method, and is generally referred to as catalytically active. The active aluminas include representatives of the 1 S -Aluminiumoxidgruppe, such as fr- and v ^ · alumina, in the egensatz The relatively inactive low surface area alpha alumina. The surface applied materials may be calcined or activated alumina or hydrated alumina, which is converted to active alumina by calcining or using the catalyst at high temperatures, such as ζ * Β β amorphous hydrated alumina, alumina monohydrate, alumina trihydrate, or mixtures thereof "These aluminas can-metal oxides, small amounts of other components such as rare Erdme-, z e B contain 0 Geroxid, silica and the like," Preferably, the surface to be applied to the nte material predominantly A Made of alumina, based on the basis of pesticides. In particular, should
' 9 ? C! 1 7 ζ "~^1~" 20.10,1980'9? C! 1 7 ζ "~ ^ 1 ~" 20.10.1980
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die Menge des Aluminiumoxids mindestens etwa 75 % des Gesamtgewichts der Peststoffe betragene Wenn nach dem auf die Oberfläche aufgetragenen Aluminiumoxid andere Bestandteile zu dem Katalysator zugesetzt werden, sollen sie vorzugsweise im wesentlichen frei von katalytisch aktiven Metallkomponenten, wie Metallen frei von katalytisch aktiven Metallkomponenten, wie Metallen der Platingruppe oder anderen Promotoren, sein, die eine v/es ent lieh höhere katalytisch^ Aktivität aufweisen als das auf die Oberfläche aufgebrachte Aluminiumoxid»the amount of the alumina betragene If other ingredients are added to the catalyst is at least about 75% of the total weight of the Peststoffe after coated on the surface of alumina, they are preferably substantially free of catalytically active metal components such as metals free of catalytically active metal components such as metals the platinum group or other promoters, which have a higher catalytic activity than the alumina applied to the surface »
Der Träger von hoher spezifischer Oberfläche,· mit dem das Promotormetall bei den Katalysatoren gemäß der Erfindung kombiniert v/erden kann, umfaßt ein oder mehrere hitzebeständige Oxide * Zu diesen Oxiden gehören z, B„ Siliciumdioxid und Metalloxide, wie Aluminiumoxid einschließlich der Mischoxide, wie ^iliciumdioxid-Aluminiumoxid, Aluminosilicate, die amorph oder kristallin sein können, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid , Aluminiumoxid~Chromoxid, Aluminiumoxid·» Ceroxid und dergleichen, vorzugsweise besteht der Träger zum überwiegenden Anteil aus Aluminiumoxid, wozu'die Vertreter der fir -Aluminiumoxidgruppe der aktivierten Aluminiumoxide, vd.e Qr «· Oder r^-Aluminiumoxid, gehören. Die Trägerstoffe, die bei den Katalysatoren gemäß der Erfindung im Gemisch mit katalytisch aktiven Metallkomponente vorliegen, werden oft als in katalytisch aktiver Perm befindlich bezeichnet, aber diese Aktivität ist von einer niedrigeren Größenordnung als diejenige der katalytisch aktiven Metallkornponenten» Die Träger von hoher spezifischer Oberfläche bilden den größeren Teil des Gesamtgewichts aus Träger und katalytisch aktivem Metall, und die spezifische Oberfläche des Trägers beträgtThe high surface area support with which the promoter metal can be combined in the catalysts according to the invention comprises one or more refractory oxides. These oxides include z, B "silica and metal oxides such as alumina including the mixed oxides such as ^ iliciumdioxid-alumina, aluminosilicates which may be amorphous or crystalline, like alumina-zirconia, alumina ~ chromium oxide, aluminum · »cerium oxide and, preferably, the carrier PROPORTION A predominantly of alumina, wozu'die representative of the fir -Aluminiumoxidgruppe the activated Aluminum oxides, vd.e Qr «· or r ^ -Aluminiumoxid belong. The carriers present in the catalysts of the invention in admixture with catalytically active metal component are often referred to as being in catalytically active permeant, but this activity is of a lower order than that of the catalytically active metal components the major part of the total weight of support and catalytically active metal, and the specific surface area of the support is
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gewöhnlich mindestens etwa 25 m /g, bestimmt nach der BET-usually at least about 25 m / g as determined by the BET
Methode, und vorzugsweise mindestens·etwa 100 m /g.Method, and preferably at least about 100 m / g.
^ie Katalysatorenkörper gemäß der Erfindung umfassen einen einstückigen Grundträger, der im Vergleich au dem darauf niedergeschlagenen Träger von hoher spezifischer Oberfläche» falls ein solcher vorhanden ist, verhältnismäßig katalytisch inert ist* In diesen Fallen hat der ^rundträger im allgemeinen eine beträchtlich geringere spezifische Gesamtoberflache als der Träger, der auf ihn aufgebracht wird. So kann der Grundträger eine gesamte spezifische Oberfläche von The catalyst bodies according to the invention comprise a one-piece base support which is relatively catalytically inert when compared to the support of high surface area deposited thereon, if any. In these cases, the circular support generally has a considerably lower specific surface area than the vehicle that is applied to him. Thus, the base support can have a total specific surface area of
weniger als etwa 5 oder 10 m /gt insbesondere weniger als etwa 1 m /g, bestimmt nach der BET-Methode, aufweisen©'Der Grundträger kann in grobstückiger '-Peilchenform vorliegen und befindet sich vorzugsweise in monolithischer (einstückiger) ^orm, z. B0 als Wabenkörperβ Das Trägermaterial von hoher spezifischer Oberfläche ist im allgemeinen als Überzug über die Oberfläche des Grundträgers oder den größten ^eil derselben verteilt, und gewöhnlich, liegt das Trägermaterial von hoher spezifischer Oberfläche in den Katalysatoren in einer geringeren Menge, bezogen auf das Gewicht des verhältnismäßig inerten Grundträgers, z. B6 in Mengen von etwa 5 bis 25 Gew.-?», vorzugsweise von etwa 10 bis 20 Gew.-^, vor«less than about 5 or 10 m / g t particularly less than about 1 m / g, as determined by the BET method, have © 'The base support may be in lumpy' present -Peilchenform and is preferably in monolithic (one-piece) ^ orm, z. B 0 as honeycomb body β The high specific surface area support material is generally distributed over the surface of the base support or most of it as a coating, and usually, the high specific surface area support material in the catalysts is less in amount Weight of the relatively inert base support, z. B 6 in amounts of about 5 to 25% by weight, preferably of about 10 to 20% by weight, in front of «
&ie verhältnismäßig inerten Grundträger der Katalysatoren gemäß der Erfindung können aus verschiedenen Stoffen hergestellt werden, bestehen aber vorzugsweise vorwiegend aus einem oder mehreren hitzebeständigen Oxiden oder anderen keramischen Stoffen oder Metallen» Die vevorzugten ^rundträger bestehen aus Cordierit, öordierit-^c-Aluminiumoxidf The relatively inert base supports of the catalysts according to the invention can be made of various materials, but are preferably predominantly composed of one or more refractory oxides or other ceramics or metals. The preferred circular supports are cordierite, orordierite c-alumina f
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Siliciumnitrid, Zirkon-Mullit, Spodumen, Aluminiumoxid«· ^iliciumdioxid~Magnej;siumoxid oder Zirkoniumsilicat» Beispiele für andere hitzebeständige keramische Werkstoffe, aie anstelle der "bevorzugten GrUndträgerwerkstoffe verwendet v/erden können? sind uilliraanitt Magnesiumsilicate, Zirkon, Petalit, QD-Aluminiumoxid und Aluminiumsilicate· Verwendbare Metalle sind im allgemeinen oxydations- und hitzebeständige Stähle« Beispielsweise v/erden verschiedene Metalles die unter der Handelsbezeichnung Kanthai und Fecralloy im Handel erhältlich sind, zur Herstellung der Metallträger aus Wellblechen des Metalls, das zu einer röhrenförmigen *'orm aufgerollt ist» verwendet» Der Grundträger kannSilicon nitride, zircon mullite, spodumene, alumina "· ^ iliciumdioxid ~ Magnej; siumoxid or zirconium silicate" Examples of other heat-resistant ceramic materials, aie instead of "preferred G rU ndträgerwerkstoffe used v / can ground include illiraanit t magnesium silicates, zirconium, Petalitos? , QD-alumina and aluminosilicates · Suitable metals are, in general, oxidation and heat-resistant steels "for example, v / ground various metals s available under the trade name Kanthal and Fecralloy commercially for the production of the metal carrier from corrugated sheets of the metal tubular to a * 'orm rolled up is used »The basic carrier can
zwar aus Glaskeramik bestehen, ist aber vorzugsweise unglasiert und kann im wesentlichen in vollständig kristalliner ^'orm vorliegen und durch das IJichtvorhandensein nennens™ werter Mengen von glasförmigen oder amorphen ^inbettungsmassen gekennzeichnet sein, wie z» B„ bei Porzellan* Ferner kann der Aufbau im Gegensatz zu dem unporösen Porzellan, das für elektrische Zwecke, Z0 Be für Zündkerzen..: verwendet wird und eine verhältnismäßig geringe1 zugängliche Porösität besitzt j eine erhebliche zugängliche Porösität aufweisen« Der Grundträger kann Z0 Be ein Wasserporenvolumen von mindestens etwa 10 G.ev/·-^ haben» ^olche Grundträger sind in der US-PS 3 565 830 beschrieben* Der einstückige Katalysatorkörper kann eine spezifische Gesamtoberfläche aufweisen, die über 10 m pro Gramm liegt, und insbesondere können die katalytischen Promotormetalle in diesen fällen darauf niedergeschlagen werden, ohne die Verwendung von -C rag em mit hoher spezifischer Oberfläche, obgleich letztere daneben auch, anwesend sein können«Although made of glass ceramic, but is preferably unglazed, and can be present in substantially entirely crystalline ^ orm and marked inbettungsmassen by the IJichtvorhandensein nennens ™ slipped amounts of glassy or amorphous ^, such as "B" in porcelain * Further, the A may TRUCTURE in contrast to the non-porous porcelain, the 0 B e for spark plugs .. for electrical purposes, Z: is used and a relatively low 1 accessible porosity has j considerable accessible porosity have "the base support may be Z 0 B e a water pore volume of at least about The one-part catalyst body may have a total specific surface area in excess of 10 m per gram, and in particular the catalytic promoter metals may be present in them be precipitated without the use of -C rag em with high specific upper although the latter may also be present "
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Die einstückigen Grundträger der Katalysatoren gemäß der Erfindung werden in jedem einzelnen ^tück des Grundträgers von einer Vielzahl von Kanälen durchsetzt. Die.Kanäle sind für die Fluidströmung offen und daher nicht gegen Strömung von einem Einlaß zu einem gesonderten Auslaß blockiert oder abgesperrt, und dementsprechend sind die Kanäle nicht nur Oberflächenporen, Die Kanäle sind im allgemeinen ziemlich groß im Vergleich zu der Greße der Oberflächenporen, so daß die durch sie hindurchströmenden ^'luide /keinen übermäßigen druckabfall' erleiden. "°ie einstückigen Katalysatorgrundträger haben eine einheitliche Gerüststruktur von Makrogröße mit einer minimalen Gesamtquerschnittsabmessung .im allgemeinen senkrecht zu der dichtung der Fluidströmung durch die Kanäle von beispielsweise mindestens etwa 2 cm, Zt B0 in Wabenform, und haben S-fcrömungsv/eglängen von mindestens etwa 10 mm, vorzugsv/eise von mindestens etwa 20 mm.The one-piece G round carriers of the catalysts according to the invention are penetrated in each individual piece of the base carrier by a plurality of channels. Die.Kanäle are open to fluid flow and therefore do not uslaß blocked or shut off against the flow from an inlet to a separate A, and accordingly, the channels not only surface pores The channels are, in general are rather large compared to the GRESSE of the surface pores, so that the fluids passing through them do not undergo excessive pressure drop. The integral catalyst backbones have a uniform macrostructure framework structure with a minimum overall cross-sectional dimension generally perpendicular to the seal of fluid flow through the channels of, for example, at least about 2 cm, Zt B 0 in honeycomb form, and have S-flow durations of at least about 10 mm, preferably at least about 20 mm.
Die Strömungskanäle der einstückigen Grundträger können dünnwandige Kanäle sein, die eine verhältnismäßig große Oberfläche zur Verfügung stellen. Die Kanäle können verschiedene Querschnittsformen und Größen aufweisen. Sie können im Querschnitt z.B. dreieckig, trapezoid, rechteckig, vieleckig (mit mehr als vier Seiten), quadratisch, sinusartig, oval oder kreisförmig ausgebildet sein, derart, daß Querschnitte durch den Grundträger ein wiederkehrendes Muster bilden, das als Wabenstruktur, geriffelte Struktur oder Gitterstruktur bezeichnet werden kann,' An den gegenüberliegenden -^nden der Struktur befinden sich die Einlasse und Auslässe der Strömungskanäle, die durch die Querschnitte der Kanäle gebildet werden·' Die Wände der zellenförmigen Kanäle haben gewöhnlich eine hinreichende ^icke, um einen einheitlichen Körper von. ausreichender Stärke zu erhalten=,The flow channels of the one-piece base beams may be thin-walled channels providing a relatively large surface area. The channels may have different cross-sectional shapes and sizes. They may be in cross section e.g. triangular, trapezoidal, rectangular, polygonal (with more than four sides), square, sinusoidal, oval or circular, such that cross-sections through the base support form a recurring pattern, which may be referred to as a honeycomb, corrugated or lattice structure; On the opposite sides of the structure are the inlets and outlets of the flow channels formed by the cross sections of the channels. The walls of the cellular channels are usually of sufficient thickness to form a unitary body. to obtain sufficient strength
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Gewöhnlich liegt die wanddicke im Bereich von etwa 0,05 "bis 0,64 nun. Bei dieser wanddicke können die Strukturen etwa 8 bis 186 oder mehr Gaseinlaßöffnungen für die Strömungskanäle je cm Querschnitt und eine entsprechende Anzahl von Gasströmungskanälen, vorzugsweise etwa 9,3 bis 93 Gaseinlasse und Strömungskanäle je cm , enthalten. Der Anteil der offenen Fläche am Querschnitt kann mehr als etwa 50 oder 60 % der Gesamtfläche betragen« Größe und Abmessungen des einheitlichen, hitzebeständigen Grundträgergerüstes gemäß der Erfindung können variieren." Der Grundträger ist ein~ stückig oder monolithisch in dem Sinne, daß ein wesnetlicher •'•eil, vorzugsweise der überwiegende '^eil oder praktisch die Gesamtheit seines Querschnitts, aus einer zusammenhängfinden Gerüst struktur oder Einheit besteht«. Im allgemeinen kann eine solche Einheit eine Querschnittsfläche von min-Usually, the w all thickness ranging from about 0.05 "to 0.64 now. In this w all thickness, the structures about 8 to 186 or more gas inlet openings for the flow channels per cm cross-section and a corresponding number of gas flow channels, preferably about 9, 3-93 gas inlets and flow channels per cm, included. the S hare of the open area at the cross section can be more than about 50 or 60% of the total amount «size and dimensions of the uniform heat-resistant base support stand according to the invention can vary." The basic support is monolithic or monolithic in the sense that a substantially continuous, preferably predominant, or virtually all, of its cross-section consists of a coherent framework or unit. " In general, such a unit can have a cross-sectional area of at least
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destens etwa 10 cm , vorzugsweise von mindestens etwa 13 cm , aufweisen.at least about 10 cm, preferably at least about 13 cm.
Gemäß der Erfindung hat der einstückige Katalysator in der ersten Katalysatorsone einen ersten einstückigen Katalysatorkörper mit relativ großen Strömungskanälen, das heißtAccording to the invention, the one-piece catalyst in the first catalyst zone has a first one-piece catalyst body with relatively large flow channels, that is
weniger Gasströmungskanälen pro cm Oberfläche der Stirnseite des Katalysators, verglichen mit deii/.'Strömungskanälen in einem danach angeordneten, einstückigeh Katalysatorkörper« Demzufolge besteht der Katalysator aus. einer Mehrzahl von Katalysatorkörpern, die in bezug auf die Richtung des Gasflusses nacheinander angeordnet sind« Der erste Katalysatorkörper kann-vorzugsweise weniger als etwa 150, häufigless gas flow channels per cm surface area of the face of the catalyst, compared with the flow channels in a one-piece catalyst body arranged thereafter. a plurality of catalyst bodies arranged one after the other with respect to the direction of gas flow. The first catalyst body may, preferably, be less than about 150, often
etwa 50 bis 100-Strönrungskanäle pro-6,54 cm aufweisen. Der nachfolgend angeordnete Katalysatorkörper kann wenigstens 150, oft wenigstens 200 Strömungskanäle pro 6,54 cm^ Quer-have about 50 to 100-Strönrungskanäle per-6,54 cm. The subsequently arranged catalyst body can have at least 150, often at least 200, flow passages per 6.54 cm 2 transverse flow.
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schnitt aufweisen, wobei der offene Querschnitt der einzelnen Strömungskanäle des ersten Katalysatorkörpers immer wesentlich größer ist als derjenige der Strömungskanäle eines nachgeordnet en Katalysatorkörpers,, Die Anzahl der Strömungskanäle in dem nachgeordneten Katalysatorkörper kann beispielsweise bis zu etwa 300 oder 400 oder mehrThe number of flow channels in the downstream catalyst body may, for example, be up to about 300 or 400 or more. The number of flow channels in the downstream catalyst body may be substantially greater than that of the flow channels of a downstream catalyst body
pro 6,54 cm Querschnitt betragen« Die einzelnen Strömungskanäle in dem nachgeordneten Katalysatorkörper haben vorzugsweise einen offenen Querschnitt, der nicht mehr als etvra, 70 %, vorzugsweise etwa·5 bis 60 % des offenen Querschnitts der einzelnen Strömungskanäle des ersten Körpers, beträgt β -^iese ersten und nachgeordneten Katalysatorkörper können in verschiedenen Kataiysatorzonen, vorzugsweise jedoch benachbart in der gleichen Katalysatorzone, angeordnet sein» Im letzteren Fall können diese Katalysatorkörper einen integralen Körper bilden oder miteinander in Kontakt stehen, oder sie können voneinander beabstandet sein, jebch nicht durch solche Abstände voneinander getrennt, daß eine beträchtliche Abkühlung der Gase dazwischen erfolgt, da sonst der nachgeordnete Katalysator als in einer getrennten Zone angeordnet betrachtet werden müßte« Die Katalysatoren sind so angeordnet, daß die Gase zunächst durch den vorgeschalteten Katalysatorkörper passieren, bevor sie durch den nachfolgend angeordneten Katalysatorkörper hindurchfließen. Das ' Volumenverhältnis von dem ersten Kataly~ satorkörper zu dem gesamten ersten Körper und dem genannten nachgeordneten Katalysatorkörper kann in weiten Grenzen variieren, wobei der erste Katalysatorkörper häufig etwa 10 bis 90 VoIo-^ des. gesamten Volumens ausmacht,, Wenn die nacheinander angeordneten und benachbarten Katalysatorkörper gemäß der Erfindung-zur Behandlung von Gasen, beispielsweise von Abgasen eines Motors, verwendet werden, wer-The individual flow channels in the downstream catalyst body preferably have an open cross-section which is not more than about 70 %, preferably about 5 to 60 %, of the open cross-section of the individual flow channels of the first body. These first and downstream catalyst bodies may be located in different catalyst zones, but preferably adjacent to the same catalyst zone. In the latter case these catalyst bodies may form an integral body or may be in contact with each other, or they may be spaced apart, but not by such distances separated, that a considerable cooling of the gases takes place in between, otherwise the downstream catalyst would have to be considered as arranged in a separate zone. The catalysts are arranged so that the gases pass first through the upstream catalyst body, bevo they pass through the subsequently arranged catalyst body. The volume ratio of the first catalyst body to the entire first body and said downstream catalyst body may vary within wide limits, with the first catalyst body often constituting about 10 to 90% by volume of the total volume Catalyst bodies according to the invention are used for the treatment of gases, for example of exhaust gases of an engine.
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den sie vorzugsweise wenigstens in der ersten Katalysatorzone eingesetzt«, .they are preferably used at least in the first catalyst zone «,.
Aus der obigen Diskussion ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen dem Öffnungsquerschnitt und der Anzahl der Strömungskanäle bei vorgegebenen Querschnitten der einstückigen Katalysatorkörperp Beispielsweise wenn ein ersterFrom the above discussion, the following relationship between the opening cross-section and the number of flow channels at predetermined cross-sections of the integral catalyst body p results, for example, when a first
Katalysatorkörper· einen Querschnitt von etwa 1259 cm aufweist, und der offene Querschnitt etwa 70.$ des Gesamtquer- schnittes beträgt, ergibt sich daraus ein offener QuerschnittCatalyst body · has a cross section of about 12 5 9 cm, and the open cross section is about 70. $ of the total cross section, it results in an open cross section
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von etwa 9 cm pro Einheit von 13 cm . Demzufolge kann der Strömungskanalquerschnitt in einem ersten Katalysatorkörper, in welchem die Anzahl von Strömungskanälen von etwa 50 bisof about 9 cm per unit of 13 cm. Accordingly, the flow channel cross-section in a first catalyst body, in which the number of flow channels from about 50 to
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100 pro 6,45 cm" reicht, etwa 0,09 bis etwa 0,045 cm* betragen* In ähnlicher Weise kann der.Strömungskanalquerschnitt in einem zweiten Katalysatorkörper, bei dem im allgemeinen wenigstens etwa 200 bis etwa 300 oder 400 Kanäle pro 6,45 cm" Querschnitt vorhanden sind, in einem Bereich vonSimilarly, the flow channel cross-section in a second catalyst body may generally be at least about 200 to about 300 or 400 channels per 6.45 cm "Cross section are present in a range of
etwa 0s0226 und O$O116 era liegen. Natürlich kann jede geeignete Konfiguration von Kanälen verwendet werden, solange der Katalysator die gewünschte offene Querschnittsfläche aufweist*about 0 s 0226 and 0 $ 0116 era lie. Of course, any suitable configuration of channels may be used as long as the catalyst has the desired open cross-sectional area.
Strömungskanäle dieser oder auch einer anderen Größe können verwendet werden, solange die Beziehung zwischen der offenen Querschnittsfläche der größeren Kanäle in dem ersten Katalysatorkörper und der offenen Querschnittsfläche derFlow channels of this or other size may be used as long as the relationship between the open cross-sectional area of the larger channels in the first catalyst body and the open cross-sectional area of the
kleineren '"trömungskanäle in dem nachgeorndeten Katalysatorkörper zusammenwirken, können, um ein Verstopfen der Kanäle zu verhindern, während gleichzeitig ein zufriedenstellender Umwandlungsgrad aufrechterhalten wird* Die Beständigkeit bzw«In order to prevent clogging of the channels while maintaining a satisfactory degree of conversion, the smaller and smaller channels in the post-catalyst body can co-operate.
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Dauerhaftigkeit des Katalysators kann, wenn er den zu behandelnden Gasen ausgesetzt wird, durch die Verstopfung der Kanäle eingeschränkt sein. Kohlenstoffhaltige Materialien können auf die Katalysatoreinlaß-Stirnseite auftreffen und zu einem größeren Volumen wachsen und dabei möglicherweise einige der Kanäle verstopfen« Um, wie oben erklärt, dieses Problem zu umgehen, ist ein einstückiger Katalysatorkörper mit großen Kanalöffnungen an der •Einlaß-Stirnseite vorgesehen, gefolgt, von einem einstückigen Katalysatorkörper mit .kleineren Strömungskanalöffnungen„ Bei dieser Struktur bzw· Konfiguration können Flocken von kohlenstoffhaltigem Material in den Abgasen aufgebrochen werden, wenn sie auf 'der Stirnseite des Katalysators auftreffen, wobei die dabei gebildeten kleineren teilchen dann durch die kleineren Katalysatorkanäle passieren können»Durability of the catalyst, when exposed to the gases to be treated, may be limited by the blockage of the channels. Carbonaceous materials may impinge on the catalyst inlet face and grow to a larger volume thereby potentially clogging some of the channels. "As explained above, to obviate this problem, a one-piece catalyst body having large channel openings at the inlet face is provided In this structure configuration, flakes of carbonaceous material in the exhaust gases may be broken when they impact the face of the catalyst, and the smaller particles formed thereby may pass through the smaller catalyst channels »
Ausführungsbeispi elExemplary embodiment
Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert» In der beiliegenden Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an example. In the appended drawing:
Pig, 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit zwei Katalysatorzonen;Figure 1 is a schematic representation of a device according to the invention with two catalyst zones;
^1Ig· 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit zwei Katalysatorzonen und einer Zuführung für Zusatzluft zwischen der ersten und der zweiten Katalysatorenzone;Fig. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention with two catalyst zones and an additional air supply between the first and second catalyst zones;
Pig» 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit zwei Katalysatorzonen, inPig is a schematic representation of a device according to the invention with two catalyst zones, in
2 20 I /$ . „49- 20.1 Q. 1,9802 20 I / $. "49- 20.1 Q. 1,980
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• welcher ,die erste Katalysatorzone einen ersten ein« stückigen Katalysator· und einen zweiten,, nachgeordnet en einstückigen Katalysator aufweist, wobei die Strömungskanäle in dem ersten einstückigen Katalysator einen größeren offenen Querschnitt haben als die Ströniungskanäle in dem nachgeordnet en einstückigen Katalysator»The first catalyst zone having a first one-piece catalyst and a second downstream one-piece catalyst, the flow channels in the first one-piece catalyst having a larger open cross section than the flow channels in the downstream one-piece catalyst
In den Zeichnungen ist die Richtung des Gasflusses durch die Vorrichtung durch Pfeile (nicht mumeriert) gekennzeichnet» Das Bezugszeichen 10 bezeichnet die Auspufföffnung der Auspuffleitung einer Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine. Die Auspuffgase der Verbrennungskraftmaschine strömen von der Auspufföffnung durch die Verbindungsleitung 12 zur. ersten Katalysatorzone 14« Die erste Katalysatorzone 14 enthält einen darin angeordneten Katalysator 16. Die Gase verlassen die erste Katalysatorzone 14 und strömen durch eine Kühlzone oder Leitung 18, wo sie gekühlt werden, zu einer zweiten Katalysatorzone 20, in der der·Katalysator 22 angeordnet ist* -ä-us der zweiten Katalysatorzone 20 ziehen die Gase durch Leitung 24 ab und können an die Atmosphäre abgelassen, einem Auspufftopf zugeführt werden oder dergleichen,In the drawings, the direction of gas flow through the device is indicated by arrows (not numbered). The reference numeral 10 denotes the exhaust port of the exhaust pipe of a two-stroke internal combustion engine. The exhaust gases of the internal combustion engine flow from the exhaust port through the connecting line 12 to. The first catalyst zone 14 includes a catalyst 16 disposed therein. The gases exit the first catalyst zone 14 and flow through a cooling zone or conduit 18 where they are cooled to a second catalyst zone 20 in which the catalyst 22 is disposed the second catalyst zone 20 withdraws the gases through line 24 and can be vented to the atmosphere, fed to a muffler or the like,
Gemäß ^ig* 2 ist eine Luftzufuhrungsleitung 26 vorgesehen, ura den Gasen in der Kühlzone 18 auf ihrem Weg zur zweiten Katalysatorζone 20 Luft zuzuführen« Die Luftströmungsgeschwindigkeit zur Kühlzone 18 wird durch das Steuerorgan 28, welches ein ^entil, eine.Pumpe mit einstellbarer volumetrische!' Strömungsgeschwindigkeit oder dergleichen sein kann, geregelt. Dieses Steuerorgan 28 seinerseits wird durchAccording to Fig. 2, an air supply line 26 is provided to supply air to the gases in the cooling zone 18 on their way to the second catalyst zone 20. The air flow rate to the cooling zone 18 is controlled by the control member 28, which is an adjustable volumetric pump ! ' Flow rate or the like may be regulated. This control element 28 in turn is by
5 -50- 20.10.19305 -50- 20.10.1930
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einen ^tihler 30 gesteuert, der mit ihm in Verbindung steht« Der Pühler 30 kann mit mindestens einem der Vergaser des Motors derart in Verbindung stehen, daß er auf brennstoffreiche oder brennstoffarme Bedingungen, auf das Zündsystem oder den Antriebsmechanismus des Motors und mithin auf die Motorgeschwindigkeit und die Strömungsgeschwindigkeit der Auspuffgase, auf einen vor oder hinter der ersten Katalysatorzone 14 angeordneten Temperaturfühler, auf einen vor oder* hinter der ersten Katalysatorzone 14 angeordneten Kohlenmonoxid- und/oder Kohlenwasserstofffühler oder auf einen vor oder hinter der ersten Katalysatorzone 14 angeordneten Säuerstoffühler anspricht« Auf diese weise kann die Zusatzluft zu den AUSpUffgasen in solchen Mengen zugesetzt werden, wie sie erforderlich sind, um die Aus„ puffgasbehandlung so durchzuführen, daß genügend Sauerstoff für die Verbrennung der· brennbaren Verunreinigungen in den Auspuffgasen zur Verfügung steht, und/oder daß die Gase vor der Weiterleitung in einer Katalysatorzone hinreichend gekühlt v/erden.The feeler 30 may be in communication with at least one of the carburettors of the engine to respond to fuel-rich or fuel-lean conditions, to the ignition system or drive mechanism of the engine, and thus to engine speed and the flow rate of the exhaust gases, to a temperature sensor arranged in front of or behind the first catalyst zone 14, to a carbon monoxide and / or hydrocarbon sensor arranged in front of or behind the first catalyst zone 14, or to an acid sensor arranged in front of or behind the first catalyst zone 14 this w ay, the additional air to the A US p U ffgasen be added in such amounts as are required to puffgasbehandlung the A us "so carried out that sufficient S Auer toff for the combustion of the · combustible contaminants in the exhaust gases available stands, and / or that the Gases are sufficiently cooled before being passed in a catalyst zone.
Gemäß Pig· 3 enthält die erste Katalysatorzone 14 zwei einstückige Katalysatoren 16A und 16B* Relativ zur Richtung des Gasflusses durch die Vorrichtung ist zunächst der erste einstückige Katalysator 16A angeorndet und unmittelbar benachbart daran der zweite oder nachfolgende einstückige Katalysator 16B, ^ie einzelnen Strömungskanäle in dem einstückigen Katalysator 16A haben einen wesentlich größeren offenen Querschnitt als die einzelnen ^tröraungskanäle des zweiten oder nachgeordneten einstückigen Katalysators 16B¥ Der Rest der Vorrichtung von Pig. 3 ist identisch mit &er- According to Pig * 3, the first catalyst zone 14 contains two integral catalysts 16A and 16B. Relative to the direction of gas flow through the apparatus, first the first unitary catalyst 16A is located and immediately adjacent thereto the second or subsequent one-piece catalyst 16B, ie individual flow channels in the first integral catalyst 16A have a substantially greater open cross-section than the individual ^ tröraungskanäle of the second or downstream integral catalyst 16B ¥ the remainder of the apparatus of Pig. 3 is identical to &
7BMI 5 -51- 20.10.19807BMI 5 -51- 20.10.1980
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'jenigen von Fig. 1, wobei sämtliche entsprechenden Teile mit gleichen -^ezugsz eichen versehen sind und daher keiner v/eiteren Erläuterung bedürfen«, Bei einer weiteren Anaführungsfοπή,.die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, kann der zuerst angeordnete einstückige Katalysator 16A geringfügig von dem nachgeordneten einstückigen Katalysator 16B beabstandet sein (jedoch nicht so weit, daß eine beträchtliche Abkühlung der Gase zwischen diesen Katalysatorkörpern eintritt), wobei beide in der ersten Katalysatorzone 14 enthalten sind» Zwei einstückige Katalysatoren, die den einstückigen Katalysatoren 16A und 16B ähnlich sind bzw» ihnen gleichen, können in der zweiten Katalysatorzone und ebensogut in der ersten Katalysatorzone 14 angeordnet sein ο'jenigen of Figure 1, wherein all corresponding parts with the same -. are provided ezugsz calibrate ^ and therefore require no v / Eiteren explanation, "In another A na führungsfοπή, .the in the drawings is not illustrated, the arranged first piece Catalyst 16A may be spaced slightly from downstream one-piece catalyst 16B (but not so much that substantial cooling of the gases occurs between these catalyst bodies) both contained in the first catalyst zone 14. Two integral catalysts comprising the one-piece catalysts 16A and 16B are similar or "same, can be arranged in the second catalyst zone and just as well in the first catalyst zone 14 o
Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele beschrieben, v/obei sich alle eile und Prosentwerte, falls nicht anders angegeben ist, auf das Volumen beziehen*Invention will now be described by way of example in which all parts and pros are used in terms of volume unless otherwise indicated *
Yamaha-Motorrad mit einem Zweizylinder-Zweitaktmotor von 350 ecm wird an einer seiner Auspuffleitungen mit einer Auspuffgas-Behandlungsvorrichtung versehen, die derjenigen von Fig..2 ähnlich ist, ausgenommen, daß beide Katalysatorzonen zwei einstückige Katalysatorkörper enthalten, wie dies in der ersten Katalysatorzone der Ausführungsform von Fig. 3 dargestellt ist· Um den Test in experimenteller Hinsicht zu vereinfachen, wird-das Abgas, aus dem zweiten Auspuffrohr bei dem. Test nicht berücksichtigt. Die nachfolgend angegebenen '«'erte sind verdoppelt worden, um annähernd die tyerte zu erhalten, die auftreten wurden, wenn die gesamten Auspuffgase aus dieser Maschine erfindungs·Yamaha motorcycle with a 350 ecm two-cylinder two-stroke engine is provided on one of its exhaust pipes with an exhaust gas treatment apparatus similar to that of Fig. 2, except that both catalyst zones contain two integral catalyst bodies as in the first catalyst zone Embodiment of Fig. 3. In order to simplify the test in an experimental sense, the exhaust gas from the second exhaust pipe at the. Test not considered. The values given below have been doubled to approximate the values which would occur when the total exhaust gases from this engine are used.
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gemäß behandelt würden« Die Luftzufuhr wird von Hand so gesteuert, daß bei Motorradgeschwindigkeiten von weniger als 48 km/h 4,2,5 1 Luft/min und bei Motorradgeschwindigkeiten von mehr als 48 km/h 113 1 Luft pro min zugeführt werden. "^Ie Luft wird in die Auspuffgase unmittelbar hinter der Hinterfläche des ersten Katalysators eingeführt. Der erste Katalysator liegt 38 cm hinter der Auslaßöffnung der Auspuffleitung und besteht aus zwei hintereinander angeordneten und aneinander anstoßenden einstückigen Katalysatorkörpern mit einem Gesamtkatalysatorvolumen von 181 cm und einer Querschnittsfläche von 17,8 cm . Der vordere Katalysatorkörper hat eine Länge von 2,54 cm. und weist 9,92The air supply is manually controlled so that at motorcycle speeds less than 48 km / h, 4,2.5 1 air / min and at motorcycle speeds in excess of 48 km / h 113 1 air / min are supplied. The air is introduced into the exhaust gases immediately downstream of the rear face of the first catalyst The first catalyst is located 38 cm behind the exit port of the exhaust line and consists of two consecutively arranged and abutting integral catalyst bodies with a total catalyst volume of 181 cm and a cross sectional area of 17 , 8 cm. The front catalyst body is 2.54 cm long and has 9.92
Offnungen oder Gasströniungskanäle je cm auf r während der angrenzende, dahinterliegende Katalysatorkörper eine Länge von 7 $62 cm hat und 40,3 Öffnungen je cm auf v/eist» Der Katalysator in der zweiten Katalysatorzone ist ebenso ausgebildet wie der in der ersten Katalysatorzone«, Der erste und der zweite Katalysator sind durch ein herkömmliches Metallauspuffrohr von 26,7 cm Länge miteinander verbunden. Die Abgase von der zweiten Katalysatorzone strömen in einen herkömmlichen Auspufftopf des Motorrades. Der in diesem Beispiel für das Motorrad verwendete Treibstoff ist eine übliche Kombination aus einem handelsüblichen Zweitakterschmieröl 'und· Benzin mit einer Research-Octanzahl von 91, einem Bleigehalt von etwa 0,0053 bis 0,0066 g/l, einem mittleren öchwefelgehalt von 300 ppm und einem Phosphor» gehalt von weniger als 1 ppm« . Openings or gas flow channels per cm on r while the adjacent, underlying catalyst body has a length of 7 $ 62 cm and 40.3 openings per cm on v / eist »The catalyst in the second catalyst zone is formed as well as that in the first catalyst zone«, The first and second catalytic converters are interconnected by a conventional 26.7 cm long metal exhaust pipe. The exhaust gases from the second catalyst zone flow into a conventional muffler of the motorcycle. The fuel used in this example for the motorcycle is a conventional combination of a commercially available Zweitakterschmieröl 'and · gasoline with a research octane number of 91, a B leigehalt of about 0.0053 to 0.0066 g / l, a mean ö chwefelgehalt of 300 ppm and a phosphorus "content of less than 1 ppm".
Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird an dem oben beschriebenen Zweitakt-Motorrad unter Verwendung eines Motorrad-Zweirollenfahrgestell-Dynamometers (ModellThe application of the method according to the invention is performed on the two-stroke motorcycle described above using a motorcycle two-wheel chassis dynamometer (Model
"J- -53- 20*10.1980 "J -53-20 * 10.1980
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Clayton) mit einem Trägheitsgewicht von. 218 kg aufgezeigt. Während des Versuchs wird das Motorrad mit zwei 73,7-cm-Ventilatoren gekühlt, .von denen je einer auf je einer Seite des Vorderreifens im Winkel zu dem Mofor angeordnet ist. Der Kühlluftstrom entspricht der Luftströmung bei Motorradgeschwindigkeiten von 40 km/h, 'Clayton) with an inertial weight of. 218 kg shown. During the test, the motorcycle is cooled by two 73.7 cm fans, one of which is arranged on each side of the front tire at an angle to the mofor. The cooling air flow corresponds to the air flow at motorcycle speeds of 40 km / h, '
'Die Abgase von dem Auf puff syst em v/erden im wesentlichen nach der Vorschrift "EPA Light Duty Vehicle Emission Test Procedure" (1975-I1TP) analysaiert«. Die Dauer der Prüfung beträgt 31 min, wobei das Motorrad 14 min unter Stadtfahrtbedingungen im Bereich von Leerlauf bis 56 km/h und 10 % der Prüfzeit mit einer Geschwindigkeit von etwa 80 km/h laufte Während der Emissionsprüfung werden Emissionen von 3,25 g Kohlenwasserstoffen je lan, 6,5 g Kohlenmonoxid je km und 0,02 g Stickstoffoxiden je km festgestellt* Ohne Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung betragen die Emissionen etwa 11,5 g Kohlenwasserstoffe je lon, 14 δ Kohlenmonoxid je km und'0,02 g Stickstoffoxide je lan« Die Maximaltemperaturprofile des Auspuffgasbehandlungssystems . v/erden für Fahrgeschwindigkeiten von 89»6 km/h sowie unter Standtfahrtbedingungen bei Geschwindigkeiten von weniger als 56 km/h bestimmt« Bei 89s6 km/h beträgt die Temperatur der auf den ersten Katalysator auftreffenden Auspuffgase 377 0C und diejenige der Abgase von dem ersten Katalysator 765 °0e ^ie Temperatur der auf den zweiten Katalysator auftreffenden Gase beträgt 743 0O und diejenige der Abgase des zweiten Katalysators 893 0C. Unter stadtfahrtbedingungen beträgt die Temperatur der auf den ersten Katalysator auftreffenden Auspuffgase 314f5 0C, diejenige der Abgase von dem ersten Katalysator 565 ^s diejenige der auf den zweitenThe exhaust gases from the exhaust system are analyzed essentially according to the "EPA Light Duty Vehicle Emission Test Procedure" (1975-I 1 TP) ". The duration of the test is 31 min, with the motorcycle running for 14 min under urban driving conditions ranging from idle to 56 km / h and 10% of the test time at a speed of approximately 80 km / h. During the emission test, emissions of 3.25 g of hydrocarbons per lane, 6.5 g of carbon monoxide per km and 0.02 g of nitrogen oxides per km determined * Without application of the method according to the invention, the emissions are about 11.5 g of hydrocarbons per ion, 14 δ carbon monoxide per km and'0.02 g Nitrogen oxides per lane «The maximum temperature profiles of the exhaust gas treatment system. v / ground for a travel speed of 89 "6 km / h and" determined Standtfahrtbedingungen at speeds less than 56 km / h with 89 s 6 km / h, the temperature of the light incident on the first catalyst exhaust gases 377 0 C and that of the exhaust gases of the first catalyst 765 ° 0 e ^ ie temperature of the light incident on the second catalyst gases is 743 0 O and that of the exhaust gases of the second catalyst 893 0 C. Under s tadtfahrtbedingungen the temperature of the light incident on the first catalytic converter exhaust gases is 314 f 5 0 C, that of the exhaust gases from the first catalyst 565 ^ s that of the second
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Katalysator auftreffenden Gase -363 0C und diejenige der ^bgase von dem zweiten Katalysator 588 0O,Catalyst impinging gases -363 0 C and that of the bbase of the second catalyst 588 0 O,
Die günstigen Eigenschaften von zwei nacheinander angeordneten und aneinanderstoßenden, einstückigen Katalysatorkörpern wurden durch weitere Versuchswerte "bestätigt. In diesem Beispiel hatten die eingesetzten einstückigen Katalysatoren jeweils einen Durchmesser von 5»476 cm und eine addierte Gesamtlänge von 10,2 cm. ^ieser Katalysator bestand aus zwei Bereichen, von denen der erste Bereich am ^inlaß ein Katalysator mit einer Länge von 2,54 cm war. Der einstückige Grundträger dieses Katalysatorkörpers bestand aus cluPont-Torvex mit Wabenform und mit 64 Strömungskanälen pro 6,45 cm Querschnitt. Die restliche Länge von 7$6 cm des Katalysators wies einen einstückigen NGK-Grundträger mit Strömungskanälen pro 6,45 cm Querschnitt auf. Das erste Katalysatorstück hatte einen offenen Gesamtquerschnitt von etwa 14,32 cm , wobei die einzelnen strömungskanäle jeweils einen offenen Querschnitt von 0,058 cm aufwiesen* Das zweite Katalysatorstück hatte einen offenen Geoamtquerschnitt von etwa 18,71 cm (bezogen auf den gesamten Frontseitendurchmesßer), wobei die einzelnen trömungskanäle einen offenen Querschnitt von etwa 0,019 cm aufwiesen« Das erste-und das zweite Katalysatorstück wurden in aneinandergrenzender Stellung angeordnet,, so daß der Auslaß aus dem ersten Stück in direktem Kontakt mit dem &inlaß des zweiten Stückes stands Nach einem Betrieb des Zweitakt-Motors von 28 620 km konnte unter Verwendung dieses Katalysators keine Verstopfung der Kanäle beobachtet werden.The favorable properties of two one-piece catalyst bodies arranged one after the other and adjoining one another were confirmed by further experimental values. In this example, the one-piece catalysts used had a diameter of 5 476 cm and a total added length of 10.2 cm two regions, the first region at the inlet being a 2.54 cm long catalyst The unitary backbone of this catalyst body consisted of honeycomb cluPont-Torvex with 64 flow channels per 6.45 cm cross-section 7 $ 6 cm of the catalyst had a one-piece NGK base support with flow channels per 6.45 cm cross-section. the first catalyst piece had an open total cross-section of about 14.32 cm, the individual s trömungskanäle each having an open cross section of 0.058 cm * the second catalyst piece had an open Geoamtque The first and second catalyst pieces were arranged in adjacent position, so that the outlet from the first piece in direct contact with the inlet of the second piece After operation of the two-stroke engine of 28,620 km, no clogging of the channels could be observed using this catalyst.
:U I /5 -55- 20.10.1980: U I / 5 -55- 20.10.1980
; AP P 02 B/220.175; AP P 02 B / 220.175
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Obgleich die oben beschriebenen Konfigurationen bzw» Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Katalysatoren im Hinblick . auf spezielle -Beispiele in Verbindung mit der Verwendung von Zweitakt-"Moto3?en beschrieben wurden» ist deren Verwendung nicht auf diese beschränkte Vielmehr können diese Katalysatoren auch in Verbindung mit Dieselkraftmaschinen oder anderen Maschinen oder auch anderen Quellen von Gasen verwendet v/erden, insbesondere in Verbindung mit solchen, · ' die Hocken v©n kohlenstoffhaltigen Abscheidungen oder anderen feststoffen ausstoßen, die einen einstückigen Katalysator leicht verstopfen können. Die Erfindung kann auch in anderen Verbrennungssystemen verwendet werden, wie beispielsweise bei der katalytischen Verbrennung von Brennstoffen, das heißt bei der Anwendung als Primärenergiequelle« Bei all diesen Anwendungen führen die erfindungsgemäßen Katalysatorsysteme zu einer Verriegelung der möglichen Verstopfung der einstückigen Katalysatoren«Although the above-described configurations or »embodiments of the catalysts of the invention in terms of. however, their use is not limited to these, rather, these catalysts can also be used in conjunction with diesel engines or other machinery or even other sources of gases, particularly, especially those described with reference to particular examples in connection with the use of two-stroke "engines" in conjunction with such ejections of carbonaceous deposits or other solids which can easily clog a one-piece catalyst The invention can also be used in other combustion systems, such as in the catalytic combustion of fuels, that is, in the Application as Primary Energy Source "In all these applications, the catalyst systems according to the invention lead to a blockage of the possible clogging of the one-piece catalysts."
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur katalytischen Behandlung von Gasen, die oxydierbare Bestandteile enthalten, umfassend ein katalytisches System mit mindestens zwei einstückigen Bereichen, in welchem der zuerst angeordnete Bereich Strömungskanäle-aufweist, die einen wesentlich größeren Querschnitt haben als tliie Kanüle in einem nachgeordneten Bereich»In summary, the invention relates to a device for the catalytic treatment of gases containing oxidizable constituents, comprising a catalytic system having at least two integral regions, in which the first region arranged flow channels, which have a substantially larger cross-section than tliie cannula in a downstream region »
Wenndie au behandelnden Gase teiclhenförmige Stoffe (flüssige Tropfen und/oder feststoffe) einer Größe enthaltens die die kleineren .Kanäle des nachgeordneten Katalysators verstopfen könnten, führen die größeren Strömungakanäle desWhen the au treated gases teiclhenförmige materials (liquid drops and / or solids) in size contain s that could clog the smaller .Kanäle of the downstream catalyst that lead to greater Strömungakanäle of
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suerst angeordneten einstückigen Katalysatorbereichs dazu, daß die Verstopfungsgefahr auf ein Minimum herabgesenkt oder ganz eliminiert wird. Der Kontakt der teilchenförmigen stoffe mit den größeren Strömungskanälen dient dazu, sie.zu verkleinern und sie dadurch in die Lage zu versetzen, durch die kleineren Strömungskanäle zu passieren. Darüber hinaus verringern die größeren.Strömungskanäle in dem zuerst angeordneten Bereich das Ausmaß der katalytischen Reaktion und verringern daher einen Temperaturanstieg in dem zuerst angeordneten einstückigen Katalysatorbereich.One-piece arranged catalyst area to ensure that the risk of clogging is lowered to a minimum or eliminated altogether. The contact of the particulate SUBSTANCES with the larger flow channels serves sie.zu collapse and to enable it thereby in a position to pass through the smaller flow channels. In addition, the größeren.Strömungskanäle in the first region arranged therefore reduce the A usmaß the catalytic reaction and reduce a temperature increase in the first catalyst zone arranged integral.
Dieses System kann zur 'katalytischer! Behandlung von Gasen eingesetzt werden, die eine ausreichende Menge an oxydierbaren Bestandteilen für das katalytisch^ System, das als Primärenergiequelle verwendet werden soll, enthalten. Es kann ebenfalls zur Behandlung von Gasen verwendet werden, in welchen die oxydierbaren Bestandteile in geringeren Mengen vorliegen, wie beispielsweise im Falle der Behandlung von Abgasen oder Auspuffgasen, um die Menge an die Atmosphäre verunreinigenden Stoffen zu verringern, beispielsweise zur Behandlung eines Auspuffgases, welches Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe enthält.This system can be used to 'catalytic! Treatment of gases are used which contain a sufficient amount of oxidizable components for the catalytic system to be used as the primary energy source. It may also be used to treat gases in which the oxidizable constituents are present in minor amounts, such as in the case of treating exhaust gases or exhaust gases, to reduce the amount of pollutants, for example, for treating an exhaust gas containing carbon monoxide and hydrocarbons.
Bei dem erfindungsgemäßen Behandlungsverfahren werden die Gase zunächst in eine erste Katalysatorzone geführt, die einen einstückigen Katalysator in einer solchen Menge enthält, die für eine vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxides und der Kohlenwasserstoffe in den Gasen unzureichend ist, wobei die erste Katalysatorzone nicht diejenigen Temperaturen erreicht, die für den Katalysator schädlich seinIn the treatment process of the present invention, the gases are first passed into a first catalyst zone containing an integral catalyst in an amount which is insufficient for complete combustion of the carbon monoxide and hydrocarbons in the gases, the first catalyst zone not reaching those temperatures be harmful to the catalyst
5 -57- 20.10.1980 .5 -57- 20.10.1980.
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könnten, ^ie aus der ersten Katalysatorzone austretenden Grase werden gekühlt und gelangen, dann in eine zweite einstückige Katalysatorzone, wobei die' Abkühlung ausreichend groß ist, um zu vermeiden, daß in der zweiten Katalysatorzone Temperaturen erreicht werden, die für den Katalysator schädlich sind* Der Katalysator hat zumindest in der ersten oder in der zweiten Katalysatorzone, vorzugsweise in der ersten Katalysatorzone, wenigstens zwei Bereiche, wobei der erste Bereich ®trömungskanäle aufweist, die einen größeren Querschnitt haben als die Kanäle in einem nachgeordneten Bereich des Katalysators in dieser Zone,may be cooled and passed into a second one-piece catalyst zone, the cooling being sufficiently great to avoid reaching temperatures in the second catalyst zone that are detrimental to the catalyst. The catalyst has at least two regions at least in the first or in the second catalyst zone, preferably in the first catalyst zone, the first region having flow channels which have a larger cross-section than the channels in a downstream region of the catalyst in this zone,
Claims (2)
100 Strömungskaniile pro 6,45 cm1" Querschnittsfläche und der dahinter angeordnete zweite Katalysatorkörper (22) wenigstens etwa 150 3trömungskanäle pro 6,45 cm Querschnittsfläche aufweiste ο
100 Strömungskaniile per 6.45 cm 1 "cross-sectional area and arranged behind the second catalyst body (22) has at least about 150 3 flow channels per 6.45 cm in cross-sectional area e
fläche aufweist20 ö method according to the points 15 or 18, characterized in that the first catalyst body not more than about 200 Ströniungskanäle per 6. 45 cm Querschnittsflä and arranged behind the second catalyst body about .200 to. 60
surface
kanäle pro 6,45 cm Querschnittsfläche aufweist, die2
channels per 6.45 cm cross-sectional area, the
Temperaturen in der zweiten Katalysatorzone zu erzeugen, die für den Katalysator schädlich sind0 open cross-sectional area of the flow channels in both the first and the subsequent catalyst body is at least about 50 % of Gesaratquerschnittsflache of the body and dre open cross-sectional area of the individual ° flow channels in said second Kalysatorkörper about 30 to 95 % lower than that of the flow channels in the first catalyst body cooling the combustion exhaust gases obtained from the first catalyst zone by at least 50 ° C. and then converting the combustion exhaust gases obtained from the first catalyst zone into a second catalyst zone containing an oxidation catalyst to produce a second catalyst zone combustion exhaust gas, the temperature of the second catalyst zone obtained combustion exhaust gas is at least about 25 0 C higher than the temperature of the obtained from the first catalyst zone, cooled combustion exhaust gases, but this temperature is not so high
To generate temperatures in the second catalyst zone, which are detrimental to the catalyst 0
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