DE1476503C

DE1476503C - Vorrichtung zur katalytischen Reim gung der Abgase von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1476503C
Authority: DE
Inventors: Eduard Dr 6454 Großau heim Koberstein Edgar Dr 8755 Alzenau Lakatos
Original assignee: Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Publication date: 1971-01-21

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei der in einem vorzugsweise rohrförmigen Behälter ein Katalysatorbett zwischen z. B. perforierten Gasverteilungsflächen angeordnet ist.

An derartige Vorrichtungen werden verschiedene Forderungen gestellt, von denen im folgenden die wesentlichsten aufgeführt sind: Eine solche Anlage sollte räumlich klein sein und in ihren Abmessungen etwa den üblichen Schalldämpferanlagen von Kraft- ,₀ fahrzeugen entsprechen. Der Durchströmwiderstand der gesamten Katälysatoreinheit sollte möglichst gering und eine gleichmäßige Beaufschlagung des Katalysatorbetts muß gewährleistet sein. Der Umsetzungsgrad der Anlage sollte möglichst hoch sein.

Es wurde nun gefunden, daß die Erfüllung dieser Forderungen optimal dadurch erreicht werden kann, . daß das Verhältnis des Druckverlustes an sämtlichen Gasverteilungsflächen zum Druckverlust im Katalysatorbett zwischen 0,5 und 2, insbesondere etwa bei 1, liegt. - _ - ."'■■■

Der Druckverlust Ap₁ an den Verteilungsflächen setzt sich aus dem Druckverlust A-p' an den Gaseintrittsflächen, z. B. an perforierten Rohren, in das Katalysatorbett und dem Druckverlust /Ip" an der Austrittsfläche, z. B. einem. perforierten Blech, zusammen. Hieraus ergibt sich der Druckverlust /Ip₁, der leeren Vorrichtung als Summe der Werte Ap' und /Ip". Der Druckverlust Ap₂ des Katalysatorbetts kann aus Differenzmessungen zwischen gefüllter Vorrichtung (Druckverlust Ap₃) und leerer Vorrichtung berechnet werden (Ap₂ = Ap₃ — /Ip₁).

Im beanspruchten Bereich führt das Verhältnis von Ap₁ zu Ap₂ zu einem Optimum in bezug auf den Strömungswiderstand der Gesamtanordnung und in bezug auf den Wirkungsgrad der Anlage. Der Strömungswiderstand und die Schalldämpfung einer derartigen Vorrichtung unterscheiden sich nicht wesentlich von den Werten, die bei den üblichen Schalldämpferanordnungen von Kraftfahrzeugen von etwa gleicher Größe erreicht werden.

Unterhalb des Wertes von 0,5 wird beispielsweise die Gesamtgasdurchtrittsfläche so groß, daß das Gerät nicht mehr wirtschaftlich ist und außerdem aus Raumgründen nicht in üblichen Kraftfahrzeugen untergebracht werden kann.

Oberhalb des Wertes von 2 wird die Katalysatormenge so gering,· daß keine ausreichende Umsetzung stattfindet, oder es treten, wenn große Katalysatormengen verwendet werden, Abmessungen auf, die ebenfalls aus räumlichen Gründen ausscheiden.

Es wurde weiterhin gefunden, daß dur»h unterschiedliche Dimensionierung der Perforation an der Eintritts^ und Apstrittsseite der Staudruck der Katalysatoranlage gesenkt werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Gesamtdurchtritts- ^y fläche auf der Eintrittsseite kleiner ist als auf der Austrittsseite, wobei das Verhältnis der Querschnitte zwischen 0,4 und 0,8, vorzugsweise bei 0,5, liegt. Hierbei vermindert offenbar die größere Querschnittsfläche auf der Austrittsseite den Druckverlust des durch die Reaktionswärme aufgeheizten, sich ausdehnenden heißeren Abgases.

In den Abbildungen sind beispielsweise Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Bei der in der A b b. 1 in zwei Schnitten dargestellten Vorrichtung dient zur Aufnahme des Katalysatorbetts ein langgestreckter Behälter 1 in Rohrform. Auf der Eintrittsseite strömen Abgase durch zwei perforierte Rohre 2 und 3 in das Katalysatorbett. Die Gesamtdurchtrittsfläche der Rohre beträgt 0,01 m² und besteht aus Rundlochungen von 1,5 mm Durchmesser in Abständen von 3 mm, wobei die Öffnungen 22,5% des Gesamtquerschnitts darstellen. Das Katalysatorbett besteht aus Preßlingen von etwa 2 bis 4 mm Durchmesser und 3 bis 10 mm Länge. Ein gleichfalls perforiertes Rohr 4 nimmt die Abgase im unteren Teil des Behälters auf, wobei die Gesamtdurchtrittsfläche etwa doppelt so groß ist wie auf der Eintrittsseite. Der Abstand zwischen den Rohren wurde entsprechend dem weiter oben angeführten Verhältnis gewählt. Bei der Durchmessung einer solchen Anlage ergaben sich folgende Druckverhältnisse:

Die Staudrücke wurden auf einem Rollenprüfstand im Vollastbereich bei 100 km im vierten Gang gemessen mit folgenden Resultaten:

Drucksprung des leeren

Katalysatortopfes .... , Ip₁ = 230 mm WS

Drucksprung des~ gefüllten Katalysatortopfes.. . I p₅ = 460 mm WS

Daraus errechnet sich

Λ Pi -Ί Pi

Ap₁

230

/Ip₃-ZIp₁

460 - 230

= 1,0.

DiemittlereRaumgeschwindigkeitbetrug4,8-10⁺NL Abgas/h · 1 Kontakt.

Der Strömungswiderstand einer serienmäßigen Schalldämpferanordnung entsprechenden Ausmaßes wurde bei gleichen Bedingungen zu Ap_gL,_smu = 460 mm WS gemessen.

Für die Reinigungswirkung ergeben sich folgende Werte für den Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidumsatz, wobei dieser Umsatz aus den »final values« für Eingangs- und Ausgangsemissionen, die gemäß den Richtlinien des MVBcB bestimmt wurden, berechnet wurde:

KW
CO

89%
84%

Die in der A b b. 2 dargestellte Anordnung besteht gleichfalls aus einem rohrförmigen Behälter 5, der durch zwei als Bleche ausgebildete Durchtrittsflächen 6 und 7 in drei Räume aufgeteilt ist. In den oberen Raum wurden von beiden Seiten die Abgase durch Rohre 8 und 9 eingeführt, während das Katalysatormaterial zwischen den Blechen 6 und 7 angeordnet wird. Der Austritt der gereinigten Abgase erfolgt aus dem unteren Raum 10 durch einen einzigen seitlichen Stutzen 11. Auch bei dieser Anordnung sind die Bleche mit entsprechenden Bohrungen versehen, so daß sich für das Verhältnis von Druckverlust in den Verteilungsflächen 6 und 7 und den Druckverlust im Katalysatorbett ein Wert von 0,97 ergibt. Der Staudruck des leeren Behälters betrug 340 mm Wassersäule und der Staudruck des gefüllten Behälters 690 mm Wassersäule. Auch bei dieser Ausführung wurde eine Schalldämpfung, ähnlich wie bei entsprechenden Ausführungen ohne Katalysatorbett, erreicht.

Weiterhin wurden mit entsprechenden Vorrichtungen Vergleichsversuche durchgeführt, um die Wirkung der Änderung des Verhältnisses der freien Querschnitte von Eintritts- und Austrittsseite festzulegen.

Bei einer sonst gleichen Vorrichtung wurde bei einem Verhältnis von 1:1 der freien Durchtrittsflächen auf der Eintritts- und Austrittsseite als Staudruck des gefüllten Behälters ein Wert von 460 mm Wassersäule gemessen, · während sich bei einem Verhältnis von 0,562 ein Staudruck von 395 mm Wassersäule ergab. Allein durch diese Veränderung wurde also eine Senkung des Staudrucks um etwa 15% erreicht.

Claims

. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei der in einem

vorzugsweise rohrförmigen Behälter ein Katalysatorbett zwischen z. B. perforierten Gasverteilungsflächen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Drückverlusts an sämtlichen Gasverteilungsfiächen zum Druckverlust im Katalysatorbett zwischen 0,5 und 2, insbesondere bei etwa 1, liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der freien Gasdurchtrittsfläche auf der Eingangsseite zu der auf der Austrittsseite zwischen 0,4 und 0,8, vorzugsweise bei etwa 0,5, liegt.

Hierzu .1 Blatt Zeichnungen