DE2119897A1 - Verfahren zur Reinigung von Verbrennungsgasen - Google Patents

Verfahren zur Reinigung von Verbrennungsgasen

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Description

Verfahren zur Reinigung von Verbrennungsgasen
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Reinigen von Verbrennungsgasen, die von Brennkraftmaschinen oder Wärmekraftwerken ausgestoßen werden, und insbesondere ein Verfahren zum gleichzeitigen Entfernen von Stickstoffoxyd und Schwefeldioxyd, die beide in den Verbrennungsgasen enthalten sind, unter Verwendung einer einzigen Katalysatorsubstanz.
Es wurden viele Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, um Verbrennungsgase, die von Brennkraftmaschinen, Wärmekraf twerken und ähnlichem ausgestoßen werden, zu reinigen,, da diese Gase im allgemeinen Stickstoffoxyd NO (χ ist im allgemeinen 1,2, ...) und Schwefeldioxyd S0? enthalten,
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welche die sogenannte Umv/eltverseuchung der Atmosphäre erzeugen. Die herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen erfordern jedoch hohe Kosten und sind für die erforderlichen Kosten nicht sehr wirkungsvoll. Andererseits verwenden die meisten der herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen einige Arten von Katalysatoren, um den oxydierten Stickstoff zu desoxydieren und die gasförmige schwefelige Säure in Schv/efelsäure zu oxydieren, aber keiner der herkömmlichen Katalysatoren scheint allein diese zwei Zwecke gleichzeitig erfüllen zu können. Weiter muß der Katalysator selbst eine ausreichende und andauernde Wirksamkeit haben, aber auch gegen die Schv/ef el säure widerstandsfähig sein, die als Ergebnis der den Katalysator verwendenden Reaktion erzeugt wird. Die meisten der herkömmlichen Katalysatoren, die zum Oxydieren von SOp, das in Verbrennungsgasen enthalten ist, in H„SO. verwendet werden, können durch die erzeugte Schwefelsäure zerstört werden.
Ziel der Erfindung ist es, ein Reinigungsverfahren für Verbrennungsgase zu schaffen, bei welchem Stickstoffoxyd und Schwefeldioxyd unter Verwendung einer einzigen Katalysator— substanz entfernt wird. Insbesondere soll erfindungsgemäß ein Reinigungsverfahren für Verbrennungsgase geschaffen werden, um sowohl Stickstoffoxyd als auch Schwefeldioxyd von den Verbrennungsgasen unter Verwendung eines einzigen säurebeständigen Katalysators zu entfernen.
Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise in bevorzugten Ausführungsforrnen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Auspuffleitung eines Kraftfahrzeugs, die mit einem metallischen Katalysator versehen ist.
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Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Kamin zum Beispiel eines Wärmekraftwerks, der mit einem metallischen Katalysator versehen ist.
Eine Substanz, die durch Zusammenbacken von pulverisiertem Kupfer gemischt mit Aluminiumoxyd oder Aktivkohle hergestellt wird, hat die Eigenschaft, oxydierten Stickstoff zu absorbieren, ihm den Sauerstoff zu entziehen und den Sauerstoff der gasförmigen schwefeligen Säure zuzufügen, wenn sie bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur den Verbrennungsgasen ausgesetzt wird. In diesem Pail ist die Absorption des oxydierten Stickstoffs, Vielehe es für das NO leicht macht, durch Kupfer desoxydiert zu v.'Grden, dem Aluminiumoxyd oder der Aktivkohle zuzuschreiben, und die Übertragung des Sauerstoffs vom oxydierten Stickstoff auf die gasförmige schwefelige Säure ist dem Kupfer zuzuschreiben. Daher wirkt dieses Kupfer als ein oxydierender und desoxydierender Katalysator in der Anwesenheit von Aluminiumoxyd oder Aktivkohle. Jedoch ist diese Substanz, die nur eine Art von Metall enthält, nicht immer ausreichend in ihrer Wirksamkeit als ein Katalysator ins besondere für eine Langzeitverwendung, welche außerdem nicht durch die Schwefelsäure angegriffen wird, welche erzeugt wird, wenn das in den Verbrennungsgasen enthaltene SO in Anwesenheit des Katalysators zu SO_ oxydiert v/ird. Erfindungsgemäß wurde experimentell festgestellt, daß eine Substanz der Spinellform R1O-R1L 0_, welche durch Zusammenbacken der Mischung aus Kupferdichlorid, Kobaltdichlorid, Chromdichlorid, Mangandichlorid und Aluminiumoxyd oder Aktivkohle hergestellt ist, ein säurebeständiger Katalysator ist, welcher eine starke Neigung hat, dem oxydierten Stickstoff den Sauerstoff zu entziehen und ihn an die gasförmige schwefelige Säure abzugeben. Diese Substanz wird zum Beispiel folgendermaßen hergestellt. Eine Lösung, welche
109847/12:7 BAD OWGlNAL
l,555g CuCl2. 2 H3O,
0,722g MnCl2* 4 H3O,
1,302g CoCl2* 6 H3O und
9,730g CrCl2-* 6 H3O
enthält, wird mit 100 g Aluminiumoxyd oder Aktivkohle gemischt. Dieses Gemisch v/ird in einem Quarzofen, der mit einem inerten' Gas, wie zum Beispiel Stickstoff N2 gefüllt ist, für etwa 2 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 1000 C bis 11000C, bei welcher die Aktivkohle oder das Aluminiumoxyd nicht verbrannt wird, zusammengebacken. Das zusammengebackene Gemisch hat die Form eines Spinels R1O-R1' O3 und ist ein äußerst säurebständiger Katalysator.
Die so hergestellte Katalysatorsubstanz wird verwendet, um Verbrennungsgase, die in die Atmosphäre ausgestoßen v/erden, zu reinigen. In Fig. 1 bezeichnet 10 einen Auspuffstutzen einer Brennkraftmaschine. In diesem Stutzen 10 ist ein Düsenteil 11 ge eignet eingesetzt. An dem verengten Teil 11' des Düsenteils 11 mündet ein Kanal 12 in diesen Auspuffstutzen Dieser Kanal 12 steht mit einem Wärmetauscherkanal 13 in Verbindung, der stromauf von dem Düsenteil 11 in dem Auspuffstutzen 10 angeordnet ist. Der Wärmetauscherkanal 13 steht wiederum mit einem Wassertank 14 in Verbindung, welcher in einer Lage niedriger als das höchste Teil des Kanals 12 angeordnet ist, um das natürliche Ausfließen des V/assers in dem Tank 14 zu verhindern. Ein Satz von ringförmigen Teilen 17a bis 17d aus der oben beschriebenen Kätalysatorsubstanz ist stromab von dem ,Düsenteil 11 in dem Auspuffstutzen 10 und koaxial zu diesem angeordnet. Die Seitenflächen dieser ringförmigen Teile sind leicht konisch zulaufend und der Radius der ringförmigen Teile nimmt mit zunehmender Entfernung von äem Düsenteil 11 ab. Auspuffgas, welches Wasser in dem Wärmetauscherkanal 13 verdampft hat, strömt durch das Düsenteil und dann zwischen die angrenzenden ringförmigen Teile. Als
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BAD ORIGINAL
erstes wird NO , das in dem Auspuffgas enthalten ist, durch das Aluminiumoxyd oder die Aktivkohle dieses Katalysators absorbiert und dann durch die metallischen Komponenten des Katalysators desoxydiert, um Stickstoff N~ zu werden. Als zweites wird S0?, das in dem Auspuffgas enthalten ist, durch diese oxydierte metallische Komponente oxydiert, um SO3 zu werden, welches in zufällig in dem Auspuffgas enthaltenem Wasser als Schwefelsäure gelöst wird. Daher wird die schließliche Reaktion folgendermaßen geschrieben
Ν0χ + XSO2 + XH2O -*»x/2N2 + XH3SO4.
Durch diese Reaktion wird NO und S0o, die in dem Auspuffgas enthalten sind, gleichzeitig entfernt. Ein Teil des NO ,
x (hydro, c gas,
wird jedoch direkt durch Wasserstoff gas oder Wassergas ■/cFesoxydiert, welches ais dem Dampf in dem Wärmetauscherkanal 13 durch Zersetzung entsteht. Dieses Wasserstoff- oder Wassergas, welches aus dem Dampf in dem Kanal JL3 durch die Hitze des Auspuffgases durch Zersetzung entsteht, wird automatisch von dem Kanal 12 eingeleitet, da der statische Druck in dem Auspuffstutzen 10 niedriger als in dem Kanal 12 ist wegen des dynamischen Drucks in dem Düsenteil 11 und dem Dampfdruck in dem Kanal 12.
In Fig. 2 ist ein zylindrischer Katalysator 15, der aus der oben beschriebenen Substanz hergestellt ist, in einem Kamin eines Wärmekraftwerks angebracht und ist mit einer Zahl von dünnen Längsschlitzen 15' für den Durchgang des Verbrennungsgases versehen. Unter diesem zylindrischen Katalysator 15 mündet eine Leitung 18 in den Kamin 16, die mit einem Vorrat in Verbindung steht, welcher mit Wasserstoff-oder Wassergas, gefüllt ist. Während Verbrennungsgas durch die dünnen Schlitze 15' durchtritt, wird S0_ und NO in derselben Weise wie in dem Fall der vorhergehenden Ausführungsform entfernt.
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BAD ORIGINAL
Wie aus dem vorhergehenden deutlich wird, liefert die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Verbrennungsgasen, bei welchem sowohl NO als auch S0„ gleichzeitig unter Verwendung
Λ C-
eines einzigen Katalysators entfernt werden, welcher mit mäßigen Kosten hergestellt wird und äußerst säurebeständig ist,-und welcher eine starke und lang anhaltende Wirksamkeit besitzt. Erfindungsgemäß ist es möglich, in weitem Maße und zuverlässig die Umweltverseuchung zu beseitigen oder zu verringern, welche durch Verbrennungsgase verursacht wird, indem NO und SO0 als unschädlicher Stickstoff bzw. lösliche Schwefelsäure aus den Verbrennungsgasen entfernt werden.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reinigen von Verbrennungsgasen, welche oxydierten Stickstoff und gasförmige schwefelige Säure enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator in der Form eines Spineis verwendet wird, welcher durch Zusammenbacken eines Gemischs von Kupferdichlorid, Mangandichlorid, Kobaltdichlorid, Chromdichlorid und Aluminiumoxyd oder Aktivkohle in einem Ofen, der mit einem inerten Gas wie z.B. Stickstoff gefüllt ist, hergestellt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich als ein enthaltenes Mittel zum Desoxydieren des NO , welches im Auspuffgas enthalten ist, Wasserstoff oder Wassergas verwendet wird, welches durch die Hitze des Verbrennungsgases durch Ze.rsetzung von Wasser erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Katalysator in einer Anzahl von ringförmigen Teilen mit verschiedenen Radien ausgebildet ist, welche koaxial mit der Achse eines Durchgangs für das Verbrennungsgas angeordnet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator als ein zylindrisches Teil ausgebildet ist, welches mit einer Anzahl von dünnen Schlitzen für den Durchtritt des Verbrennungsgases versehen ist.
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5. Katalysatorsubstanz in Form eines Spineis, welche durch Zusammenbacken eines Gemisches von Kupferdichlorid, Mangandichlorid, Kobaltdichlorid, Chromdichiorid und Aluminiumoxyd oder Aktivkohle in einem Ofen, welcher mit einem inerten Gas wie z.B. Stickstoff gefüllt ist, hergestellt ist.
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EP0033424B1 (de) * 1980-01-02 1988-05-11 Exxon Research And Engineering Company Entfernung von Schwefel und/oder Schwefelverbindungen aus Industrieprozessströme durch metallische Alumina-Spinelle

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