DE2219425A1 - Process for reducing the amount of undesirable constituents in gases - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTE
DR.- IN Q. H. FINCKE DIPL.-INQ. H. BOHR DIPL-ING. S. STAEGER PATENT LAWYERS
DR.- IN QH FINCKE DIPL.-INQ. H. BOHR DIPL-ING. S. STAEGER
Fe r η r u fi *26 60 60Fe r η r u fi * 26 60 60
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8 MÜNCHEN 5, MüllerstraBe 318 MUNICH 5, Müllerstrasse 31
2 0. APR 19722 APR 0, 1972
Imperial Chemical Industries Ltd. London, GroßtoritannienImperial Chemical Industries Ltd. London, UK
Verfahren zur Verringerung der Menge von unerwünschten Bestandteilen in Gasen Process for reducing the amount of undesired constituents in gases
Priorität: 20. 4. 1971 - GroßbritannienPriority: April 20, 1971 - Great Britain
Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Gasen, um die Menge der darin vorhandenen Gase, welche die Luft verschmutzen, zu verhindern. The invention relates to the treatment of gases in order to to prevent the amount of gases in it that pollute the air.
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— P ο.- P ο.
Abgase enthalten öfter verschiedene Mengen gasförmiger Komponenten, welche Verschmutzungsprobleme aufwerfen, wenn sie in die Atmosphäre entlassen werden. Beispielsweise enthalten Gase, die bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen * Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide. Die Verschmutzungsprobleme sind besonders ernsthaft bei den Abgasen von Verbrennungsmotoren. Abgase aus Salpetersäureanlagen enthalten ebenfalls Stickoxide. Es besteht deshalb ein beträchtlicher Bedarf für die Verringerung des Gehalts an Verunreinigungsgasen in ä.en Abgasen.Exhaust gases often contain varying amounts of gaseous components which pose pollution problems when released into the atmosphere. For example, gases produced by the combustion of hydrocarbons * contain carbon monoxide, unburned hydrocarbons and nitrogen oxides. The pollution problems are particularly serious with the exhaust gases from internal combustion engines. Exhaust gases from nitric acid plants also contain nitrogen oxides. There is therefore a considerable need for reducing the content of pollutant gases in similar exhaust gases.
Die Gesetzgebung in den Ü3A hat obere Grenzwerte für die
zulässigen Gehalte an Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden in Autoabgasen vorgeschrieben. Die katalytische
Behandlung von Abgasen wird seit vielen Jahren
in Betracht gezogen. Die bisherigen Verfahren ergaben jedoch keine katalytische Behandlung, welche während einer
ausreichend langen Zeit alle Verunreinigungen gleichzeitig auf die erwünschten niedrigen Werte verringerte.The legislation in the Ü3A has stipulated upper limit values for the permissible levels of hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides in car exhaust gases. The catalytic treatment of exhaust gases has been around for many years
taken into consideration. However, the previous methods did not result in a catalytic treatment which reduced all impurities simultaneously to the desired low levels for a sufficiently long time.
Bei den meisten bisherigen Verfahren für die katalytische Behandlung von Autoabgasen wird diesen Gasen Luft zugesetzt. Es gibt Verfahren (siehe die US-Patentschriften 3370914·, 34-93325, 3228746 und 354426$ bei denen die Abgase in Abwesenheit von Sekundärluft behandelt werden, aber diese Verfahren haben offensichtlich keine allgemeine Anwendung gefunden.In most previous processes for catalytic Treatment of automobile exhaust fumes, air is added to these gases. There are methods (see U.S. Patents 3370914, $ 34-93325, $ 3228746 and $ 354426 in which the exhaust fumes in absence secondary air, but these methods obviously have no general application found.
Die Katalysatoren werden üblicherweise auf feuerfesten
Trägern verwendet. Bei Abgasbehandlungsverfahren, bei
denen eine heiße Nachverbrennung (d.h. Oxidation) stattfindet, wurden bisher Asbest und Metallfasern (siehe US-Patentschriften
1875024 und 3495950) verwendet.The catalysts are usually on refractories
Straps used. For exhaust gas treatment processes, at
where hot post-combustion (ie, oxidation) takes place, asbestos and metal fibers (see US Pat. Nos. 1875024 and 3495950) have been used.
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Gegenstand der Erfindung ist nunmehr ein Verfahren zur Verringerung der Menge von Kolilenmonoscid; Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden in Gasen, welches dadurch ausgeführt wir&s daß man die Gase unter im wesentlichen n±cb,t-oxidie:?ead6& Bedingungen mit einem faserigen Katalysator kontaktlert, d©r aus einer synthetischen feuerfesten Faser und einem k&ta™ lytischen Mittel besteht» welches ein oder mehrere Reaktionen , fördert, durch welche mindestens eine der genannten Komponenten, vollständig oder teilweise zerstört wird.The invention now relates to a method for reducing the amount of colil monoscid; Hydrocarbons and nitrogen oxides in gases, which are carried out by contacting the gases under essentially n ± cb, t-oxide:? Ead6 & conditions with a fibrous catalyst consisting of a synthetic refractory fiber and a k & ta ™ lytic agent » which promotes one or more reactions by which at least one of the components mentioned is completely or partially destroyed.
Mit dem Ausdruck "im wesentlichen nicht »oxidierende Bedingungen" ist gemeint, daß der Gehalt an Sauerstoff in d@n Gasen geringer ist als das Äquivalent der oxidierbaren Materialien,- die in den Gasen vorhanden sind* Es wird bevorzugt, daß der Sauerstoffgehalt weniger als die Hälfte dieses Äquivalents ist.The expression "essentially non-oxidizing conditions" means that the oxygen content in d @ n Gases is less than the equivalent of oxidizable materials - present in the gases * It is preferred that the oxygen content be less than half this equivalent is.
Vorzugsweise ist das katalytisehe Mittel ein solches, mehr als eine (und möglicherweise alle) der genaimten tionen fördert. In seiner einfachsten Form besteht das erfiiidungsgemäße Verfahren darin, daß man die Gase mit ©inem einzigen faserigen Katalysator kontaktiert. Gewünechtenfalla können die Gase aber auch, in sswei oder Mehr Stufen oder, auch mit einem gemischten faserigen Katalysator kontaktiert werden« Eine mehrfache Kontaktierung kann beispielsweise dadurch ausgeführt werdent daß man die Gase wiederholt mit dem gleichen faserigen Katalysator in Berührung talagt oder daß man die Gase aufeinanderfolgend mit vwscnieaenta faserigen Katalysatoren in Berührung "bringt oder daß mas. die Kontaktierung, unter verschiedenen Bedingungen (beispielsweise- verschiedene Temperaturen oder Kontakt g®£t<8&) durchführt. Es können auch Kombinationen dieser Varf weisen verwendet werden.Preferably the catalytic agent is one which promotes more than one (and possibly all) of the sewn functions. In its simplest form, the process according to the invention consists in contacting the gases with a single fibrous catalyst. Gewünechtenfalla but can gases also in sswei or more steps or even contacted with a mixed fibrous catalyst "A multiple contact can for example be carried out by t that is repeated with the same fibrous catalyst in contact talagt the gases or in that the gases consecutively with vwscnieaenta fibrous catalysts in contact or that the contact is carried out under different conditions (for example different temperatures or contact g® £ t <8 &). Combinations of these methods can also be used.
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Die Gase werden mit dem Katalysator bei einer Temperatur kontaktiert, die ausreicht, daß eine wirksame Katalysatorfunktion sichergestellt wird. Für die Zersetzung von Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden liegt die Temperatur vorzugsweise über 40O0C, insbesondere über 6000O und bis zu ungefähr 10000O. Es wird bevorzugt, daß Maßnahmen ergriffen werden sicherzustellen, daß der faserige Katalysator beim Gebrauch seine aktive Temperatur so bald wie möglich erreicht und während des Gebrauchs auf dieser Temperatur gehalten wird. Es ist gewöhnlich sehr zweckmäßig, die gewünschte Temperatur dadurch aufrechtzuerhalten, daß man den Katalyetorbehälter thermisch isoliert oder daß man die fühlbare Wärme von Abgasen, insbesondere solche, die durch einen Verbrennungsprozeß entstehen, ausnutzt. Gewünschtenfalls kann diese Wärme aber dadurch modifiziert werden, daß man den Katalysator in seinem Behälter ergänzend erhitzt oder kühlt. Es ist deshalb besonders zweckmäßig, den Katalysator so nahe wie möglich an der Verbrennungszone, in der die Gase erzeugt werden, anzuordnen, vorzugsweise möglichst nahe am Abgasauslaß eines Verbrennungsmotors. Alternativ kann der Katalysator durch Verbrennung erhitzt werden, indem man eine Hilfeluftzuführung verwendet, die beim Aufwärmen angewendet werden kann, d.h., wenn der Motor und der Katalysator unter der Arbeitetemperatur liegen. Diese HiIfs.luftzufuhr wird darauf abgeschaltet, beispielsweise durch einen bekannten Mechanismus, der den Vergaser automatisch auf Kaltstart, einstellt, oder durch einen äquivalenten Mechanismus.The gases are contacted with the catalyst at a temperature sufficient to ensure effective catalyst function. For the decomposition of hydrocarbons and nitrogen oxides, the temperature is preferably above 40O 0 C, especially above 600 0 and up to about 1000 0 O. It is preferred that measures be taken to ensure that the fibrous catalyst reaches its active temperature as soon as it is in use as possible and maintained at this temperature during use. It is usually very useful to maintain the desired temperature by thermally isolating the catalyst container or by utilizing the sensible heat of exhaust gases, especially those produced by a combustion process. If desired, however, this heat can be modified by additionally heating or cooling the catalyst in its container. It is therefore particularly expedient to arrange the catalyst as close as possible to the combustion zone in which the gases are generated, preferably as close as possible to the exhaust gas outlet of an internal combustion engine. Alternatively, the catalyst can be heated by combustion using an auxiliary air supply which can be used when warming up, that is, when the engine and catalyst are below operating temperature. This auxiliary air supply is then switched off, for example by a known mechanism which automatically sets the carburettor to cold start, or by an equivalent mechanism.
So kann diese Ausführungsform der Erfindung definiert werden als Verfahren zur Behandlung der Abgase von Verbrennungsmotoren, welche eine Kaltstartphase und eine Betriebsphase besitzen, wobei die Kaltstartphase unter oxidierenden Bedingungen mit zugesetzter Luft in GegenwartThus, this embodiment of the invention can be defined as a method for treating exhaust gases from internal combustion engines, which have a cold start phase and an operating phase, the cold start phase under oxidizing conditions with added air in the presence
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des faserigem Katalysators ausgeführt wird, "bis die normale .Betriebstemperatur des Katalyse.tors erreicht worden ist, worauf dann die Betriebsphaae unter nicht oxidierenden Bedingungen ablaufen gelassen wird. Wenn sich an di© nichtoxidierende Heaktion über dem Faserkatalysator eine Oxidationsstufe anschließt, wie es weiter unten beschrieben ist? dann kann diese Ausführungsform der Erfindung in der Weise betrieben werden, daß man während der Startphase stromaufwärts des Faserkatalysators Luft zuführt und daß man dann während der Betriebsphase »wischen dem Faserkatalysator und dem Oxidationskatalysator Luft auführt. Die Startphase kann solange ausgedehnt werden» bis der Katalysator der nachfolgenden Stufe oder nachfolgenden Stufen auf seine Betriebstemperatur erhitzt worden ist.of the fibrous catalyst is carried out until the normal operating temperature of the catalytic converter has been reached, whereupon the operating phase is allowed to run off under non-oxidizing conditions is described, then this embodiment can be operated to the invention in such a manner that the upstream feeding of the fiber catalyst air during the starting phase and in that then wipe during the operating phase "auführt the fibrous catalyst and the oxidation catalyst air. the starting phase may be as long as to extend" until the catalyst of the subsequent stage or stages has been heated to its operating temperature.
Die Luftmenge, die bei der Startphase zuführt wird, muß nicht so groß sein, daß sie dem gesamten Oxidationsbedarf entspricht, es muß lediglich ausreichend Luft vorhanden sein, damit eine exotherme Reaktion stattfindet« Es kann nützlich sein, diese Luft vorzuerhitzen, und zwar insbesondere während der Startphase*The amount of air that is supplied during the start-up phase must not be so large that it corresponds to the total oxidation requirement, only sufficient air must be available in order for an exothermic reaction to take place «It can be useful to preheat this air, in particular during the start phase *
Der faserige Katalysator kann ^edes katalytisch^ MIttel •enthaltenj welches bei der betreffenden Reaktion aktiv ist. Dieses aktive Mittel kann außerdem in der gesamten feuerfesten Faser verteilt sein oder es kann lokal darin konzentriert sein« beispielsweise als Oberflächenbelag oder in den Oberflächensonen der Faser. Die feuerfeste Faser kann inert sein oder kann auch eine gewisse katalytiache Aktivität für die genannten Reaktionen besitzen« Sie kann auch die katalytisch« Aktivität des katalytlechen Mittels verbessern.The fibrous catalyst can be any catalytic agent • containj which is active for the respective reaction is. This active agent can also be distributed throughout the refractory fiber or it can be localized therein be concentrated «, for example, as a surface covering or in the surface zones of the fiber. The refractory Fiber can be inert or can also have some catalytic properties Have activity for the mentioned reactions «You can also have the catalytic« activity of the katalytlechen Improve by means of.
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Üe:c faserige Katalysator könn mit einer anorganischen Paser assoziiert sein, die beispielsweise als inertes Verdünnungsmittel oder als Träger oder als Verstärkungsmaterial verwendet werden kann. Geeignete Fasern für diesen Zweck sind alle die feuerfesten Fasern, die zur Herstellung von faserigen Katalysatoren verwendet werden. Sie können natürliche oder künstliche Pasern sein, wie z.B. Asbest, Mineralwolle und dergleichen. Üe: c Fibrous catalysts can be associated with an inorganic fiber which can be used, for example, as an inert diluent or as a carrier or as a reinforcing material. Suitable fibers for this purpose are any of the refractory fibers used to make fibrous catalysts. They can be natural or artificial fibers such as asbestos, mineral wool and the like.
Besonders geeignete faserige Katalysatoren sind solche, die sich von Aluminiumphosphatfasern ableiten, wie sie näher in der britischen Patentanmeldung 29862/69 beschrieben sind, ,Kohlenstoffasern oder Fasern aus den Carbiden von beispielsweise Titan, Silicium, Bor oder Zircon« Besonders geeignet sind faserige Katalysatoren, die sich von feuerfesten anorganischen faserigen Oxiden ableiten, wie z.B. Fasern von Aluminiumoxid, ZirconoxicL Titandioxid oder Siliciumdioxid. Fasern, welche die genannten Oxide physikalisch oder chemisch in Kombination enthalten, können ebenfalls verwendet werden.Particularly suitable fibrous catalysts are those which are derived from aluminum phosphate fibers, as described in more detail in British patent application 29862/69, carbon fibers or fibers made from the carbides of, for example Titanium, silicon, boron or zircon «Particularly suitable are fibrous catalysts, which are different from refractory inorganic derive fibrous oxides, such as fibers from Alumina, ZirconoxicL Titanium Dioxide or Silicon Dioxide. Fibers which contain the oxides mentioned physically or chemically in combination can also be used.
Es wird besonders bevorzugt, faserige Katalysatoren asu verwenden, die sich von feuerfesten Fasern ableiten, die gemäß den britischen Patentanmeldungen 22909/70, 4369/71 und 18259/71 hergestellt worden sind. Der Inhalt dieser Patentanmeldungen soll als in die vorliegende Beschreibung einbezogen gelten.It is particularly preferred to use fibrous catalysts asu derived from refractory fibers made in accordance with British patent applications 22909/70, 4369/71 and 18259/71. The content of this Patent applications are intended to be included in the present description.
Wie es in den obigen Patentanmeldungen dargelegt ist, bestehen besonders wertvolle faserige Katalysatoren aus einem Katalysatormaterial und einer Aluminiumoxid- und/oder Zirconoxidfa§er, welche dadurch hergestellt wird,; daß man eine Zusammensetzung in Fasern verarbeitet,As set out in the above patent applications, particularly valuable fibrous catalysts consist of a catalyst material and an aluminum oxide and / or zirconium oxide fiber, which is produced by ; that a composition is processed into fibers,
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die eine Viskosität von mehr als 1 Poise aufweist und aus :einer wässrigen !Losung eines Salzes von Aluminium TO^/a&isr : Zircon (je nach dem betreffenden Fall) und eines wasserlöslichen organischen Polymers, vorzugsweise teilweise hydrolisiertem Polyvinylacetat, besteht, die hergestellt· Faser trocknet und die Faser erhitzt, um das organische Polymer und das Aluminium- od@r Zirconsalz au zersetzen, um eine Faser herzustellen, weiche aus den Oxiden der Metalle besteht. Die bevorzugten Salze von Aluminium oder Zircon sind die Acetate, Nitrate, Sulfate oder Oxychloride. Die Umwandlung der Zusammensetzung in Fasern wird in zweckmäßigerweise durch ein Blasverfahren ausgeführtf insbesondere wenn Batten oder Filze von faserigen Katalysatoren gewünscht werden* which has a viscosity of more than 1 poise and consists of : an aqueous solution of a salt of aluminum TO ^ / a & isr : zircon (as the case may be) and a water-soluble organic polymer, preferably partially hydrolyzed polyvinyl acetate, the fiber made dries and heats the fiber to decompose the organic polymer and the aluminum or zirconium salt to make a fiber composed of the oxides of the metals. The preferred salts of aluminum or zircon are the acetates, nitrates, sulfates or oxychlorides. The conversion of the composition into fibers is performed in conveniently effected by a blowing method in particular if f Batten or felts of fibrous catalysts are desired *
Faserige Katalysatoren, die sich von Aluminiumoxid oder Zirconoxid ableiten, können in vorteilhafter Weise verschiedene Zusätze enthalten, welche zweckmäßigerweise dadurch in die Faser eingearbeitet werden, daß man sie in. die in Fasern zu verarbeitende Zusammensetzung einverleibt. Beispiele für Zusätze, die einverleibt werden können, sind: ;Fibrous catalysts which are derived from aluminum oxide or zirconium oxide can advantageously contain various additives, which expediently thereby are incorporated into the fiber that they are incorporated into the composition to be processed into fibers. Examples of additives that can be incorporated are: ;
(a) Kornwachstumsinhibitoren, wie z.B. Sale©(a) Grain growth inhibitors such as Sale ©
von Magnesium oder Calcium; Cb) Phasenänderungsstabilisatore^f wie z.B.of magnesium or calcium; Cb) phase change stabilizers ^ f such as e.g.
Salze von Yttrium oder den seltenen Erden;Salts of yttrium or the rare earths;
Calciumoxid für Zirconoxid;Calcium oxide for zirconium oxide;
(c) verstärkende Teilchen, wie z.B. kolloidales Siliciumdioxid; und(c) reinforcing particles such as colloidal silica; and
(d) Verbindungen, die die Feuerfestigkeitequalitäten der Faser verbessern, wie z.B. saure Oxide (beispielsweise SiO2, ^O^« ?2^5 oder ZrO2 im Falle von Aluminiumoxidfasern» (d) Compounds that improve the fire resistance qualities of the fiber, such as acidic oxides (for example SiO 2 , ^ O ^ «? 2 ^ 5 or ZrO 2 in the case of aluminum oxide fibers»
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Der durchschnittliche Faserdurchmesser, aus welchen die faserigen Katalysatoren für die Verwendung gemäß der Erfindung hergestellt werden, beträgt vorzugsweise weniger als 2OyCt · Beispielsweise liegt er im Bereich von 0,5 bis 5JU* Die thermische Leitfähigkeit des Materials der Faser ist vorzugsweise weniger als 0,02 und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,0001 bis 0,01 Kalorien Je sek de ·0 Je cm*. Die Oberfläche des faserigen Katalysators ist vorzugsweise größer als 0,5 m /g« Insbesondere liegt sie zwischen 5 und 150 m /g.The average fiber diameter from which the fibrous catalysts for use according to the invention are made is preferably less than 20yCt · For example it is in the range from 0.5 to 5JU * The thermal conductivity of the material of the fiber is preferably less than 0.02 and is preferably in the range from 0.0001 to 0.01 calories per sec de · 0 per cm *. The surface area of the fibrous catalyst is preferably greater than 0.5 m / g. In particular, it is between 5 and 150 m / g.
Die katalytischen Mittel, die verwendet werden können, sind beispielsweise, insbesondere wenn das Verfahren Über 40O0C ausgeführt wird, Metalle der Gruppe VIII des Periodensystems , oder Gemische daraus, und zwar ganz besonders Ruthenium, Iridium« Rhodium, Nickel oder Cobalt. Diese Metalle können in form von elementarem Metall (in welchem falle es vorzugsweise in einer fein verteilten Form vorliegt) oder als Verbindung mit geeigneter Aktivität, wie z.B. als Oxid, vorhanden sein. GewUnschtenfalls kann das Metall zunächst die Form eines Salzes oder eines anderen Derivats aufweisen, das durch «ine Behandlung vor dem Gebrauch (beispielsweise durch Erhitzen, Oxidation oder Reduktion) öder unter den Gebrauchebedingungen bei der Behandlung der Abgase in die katalytisch Jora überführt wird. Wenn das aktive Netall aus Cobalt besteht, dann eignet sich das erflndungagemäe· Verfahren besondere für die Behandlung der Abgase aus einem Verbrennungsmotor, der mit einem Brennstoff gespeist wird, welcher Schwefelverbindungen enthält. £s wurdt gefunden, daß «war Nickel sowohl bei Kohlenwasserstoff/Dampf-RefOrmierungsreaktionen als auch bei Stickstoffoxidentfernungsr*«ktionen durch Schwefel vergiftet wird, Cobalt aber bei Kohlenwasserstoff/Dampf-Reaktionen weniger und bei Stickstof fentfesnungsreaktionen viel weniger vergiftet wird. Wenn also der Schwefelgehalt des dem Motor zugeführten BenzineThe catalytic agents which can be used are, for example, especially if the process is carried out above 40O 0 C, metals of group VIII of the periodic table, or mixtures thereof, and in particular ruthenium, iridium, rhodium, nickel or cobalt. These metals can be in the form of elemental metal (in which case it is preferably in a finely divided form) or as a compound with suitable activity, such as an oxide. If desired, the metal can initially be in the form of a salt or another derivative, which is converted into the catalytic jora by treatment before use (for example by heating, oxidation or reduction) or under the conditions of use when treating the exhaust gases. If the active metal consists of cobalt, then the invention method is particularly suitable for the treatment of the exhaust gases from an internal combustion engine which is fed with a fuel which contains sulfur compounds. It has been found that while nickel is poisoned by sulfur in both hydrocarbon / vapor reforming reactions and nitrogen oxide removal reactions, cobalt is less poisoned in hydrocarbon / vapor reactions and much less poisoned in nitrogen removal reactions. So if the sulfur content of the gasoline fed to the engine
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beträchtlich iat, wie z.B. 200 bis 1000 Gew7~ppm Schwefel, dann ist das aktive Metall des Katalysetors der eraten Stufe vorzugsweise Cobalt» Da jedoch die erforderliche Hange Cobalt umso größer ist, $e größer der Schwefelgehalt iatι ist diese AuafÜhrungsform der Erfindung äußerst wirtschaftlich und wirksam bei niedrigen SuIfatkonasntrationen, beispielsweise bis zu 200 Gew.-ppm Schwefel. Ein solcher Wert kann von den Benzinherstellern ohne übermäßige Preiserhöhung geliefert werden«considerably iat, such as 200 to 1000 Gew7 ~ ppm sulfur, the active metal is the Katalysetors the eraten stage preferably cobalt "However, since the required slope cobalt is greater, $ e is greater iatι the sulfur content of these AuafÜhrungsform the invention is extremely economical and effective at low concentrations of sulfate, for example up to 200 ppm by weight sulfur. Such a value can be supplied by the gasoline manufacturers without excessive price increase «
Wenn ein Cobaltkatalysator verwendet wird, dann besteht er in zweckmäßigerweiae im wesentlichen (über 70%) aus Cobaltoxid Co,0/+η da Cobalt katalytisch weniger aktiv ist als Nickel.If a cobalt catalyst is used, then it advantageously consists essentially (over 70%) of cobalt oxide Co, 0 / + η since cobalt is less catalytically active than nickel.
Bei Verwendung einiger Katalysatoren, insbesondere Nickel, Cobalt, Kupfer oder Eisen, und bei Anwendung von Temporatüren über 6000C werden Kohlenwasserstoffe weitgehend durch Umsetzung mit Dampf und restlichem Sauerstoff entfernt, während Stickoxide durch Reduktion beseitigt, und der durch eine solch· Reduktion entstanden· Ammoniak in Stickstoff und Wasserstoff gecraokt wird. Die Bedingungen der Temperatur» der katalytischen Aktivität und der Raumgeschwindigkeit werden vorzugsweise ao gewählt, daß mindestens 7056 der Stickoxide zerstört werden, daß aber höchstens 20% derselben in Ammoniak Überführt werden. Ohne die Verwendung einer übermäßigen Temperatur oder eines großen Katalysatorvolumens ist ein« über 90$ige Zerstörung bei weniger als 10$ Auaonlakbildung möglich. Diese Reaktionen verlaufen umso wirksamer, je höher die Temperatur let. Der Abetrom aus di·«·· Verfahren kann gegebenenfalls durch Oxidation unter Verwendung von bekannten Verfahren odtr durch weiter· Reaktion über «in·* Kohlenmonoxid Verschiebung·- oder itethaniei«rung·-In use of some catalysts, especially nickel, cobalt, copper or iron, and with the use of Temporatüren about 600 0 C hydrocarbons are substantially removed by reaction with steam and residual oxygen, while nitrogen oxides eliminated by reduction, and · by such a reduction caused · Ammonia is cracked into nitrogen and hydrogen. The conditions of the temperature, the catalytic activity and the space velocity are preferably chosen so that at least 7056 of the nitrogen oxides are destroyed, but that at most 20% of them are converted into ammonia. Without the use of excessive temperature or a large volume of catalyst, more than 90% destruction is possible with less than 10% paint formation. The higher the temperature, the more effective these reactions are. The abetrom from the process can, if necessary, by oxidation using known processes or by further reaction via shifting into carbon monoxide or itethanation.
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katalystor unschädlich gemacht werden. Ein Kohlenmonoxidverschiebungskatalysacor ist ein Katalysator, der die Reaktion von Kohlenmonoxid und Dampf fördert, βο daß Kohlendioxid und Wasserstoff entsteht. Ein Höthanisierungs« katalysator ist ein Katalysator, der die Reduktion von Kohlenmonoxid durch Wasserstoff unter Bildung von Methan fördert. Für die Kohlenwasserstoffentfernung und die Ver~ sohiebungsreaktlon ist es nötig sicherzustellen) daß eine ausreichende Menge Dampf in den Gasen vorhanden ist. *catalyst can be rendered harmless. A carbon monoxide shift catalyst is a catalyst that promotes the reaction of carbon monoxide and steam, βο that carbon dioxide and hydrogen are formed. A Höthanization " katalysator is a catalyst that allows the reduction of carbon monoxide by hydrogen with the formation of methane promotes. For hydrocarbon removal and disposal It is necessary to ensure that a there is sufficient steam in the gases. *
Alternativ kann das Verfahren bei einer !temperatur im Bereich von 400 bis 6000C ausgeführt werden, bei welchen Temperaturen eine ausgedehnte Reaktion von Kohlenmonoxid mit Dampf stattfindet, Stickoxide weltgehend in nicht zersetztes Ammoniak überführt werden und eine teilweise Reaktion von Kohlenwasserstoffen mit Dampf stattfindet» Jedoch wird bei Verwendung von gewissen Katalysatoren, insbesondere Ruthenium, Iridium oder Rhodium, bei diesen Temperaturen wenig Ammoniak gebildet. Der Abstrom aus solchen Prozessen kann durch Oxidation unschädlich gemacht werden, beispielsweise durch Kontaktierung mit einem geeigneten Katalysator, wie s.B· ftiokelaalybdat«Alternatively, the method can at a! Be executed temperature in the range of 400 to 600 0 C, held the temperature at which an extended reaction of carbon monoxide with steam, nitrogen oxides are world continuously transferred in undecomposed ammonia and a partial reaction of hydrocarbons with steam takes place "However, If certain catalysts are used, in particular ruthenium, iridium or rhodium, little ammonia is formed at these temperatures. The effluent from such processes can be made harmless by oxidation, for example by contacting with a suitable catalyst, such as sB · ftiokelaalybdat «
in Der faserig« Katalysator kannIder Verschiebungsreaktionin The fibrous catalyst can cause the shift reaction oder JKftthanisierungsreaktion verwendet werden· Für die Verschiebungsreaktion kann die Temperatur über eine* Katalysator der "Hochtemperaturtype" (beispielsweise Nickel Zinkoxid/Chromoxid, Cobaltmolybdat oder Eisenoxid/ Chromoxid) 350 bis 55O°C oder über einem Katalysator der "litderteaperrtairtype" (be±spielaw»ige Kupfer mit einem Oxid von ZiUt und/oder Kangan, Ohroe, MaepieeiUB oder Aluminium) 150 bie ?0Q°0 betragen. Für dieor JKftthanization reaction can be used · For the Shift reaction can change the temperature via a * "High temperature type" catalyst (for example Nickel zinc oxide / chromium oxide, cobalt molybdate or iron oxide / chromium oxide) 350 to 550 ° C or over a catalyst of the "litderteaperrairtype" (example of copper with a Oxide from ZiUt and / or Kangan, Ohroe, MaepieeiUB or Aluminum) 150 bend? 0Q ° 0. For the
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reaktion (Temperatur 200 bis 3500C) ist ein Nickel- oder Oobaltkatalyeator besondere geeignet. Die Verschietetiafs«» . und Kethanleierungskatalyaatoren können in der gleichen ,Weise wie die Katalysatoren für die Verwendung bei höheren . Temperaturen hergestellt werden*reaction (temperature 200 to 350 0 C) is a nickel or Oobaltkatalyeator particular suitable. The Verschieteniafs «». and Kethanelierungskatalyaatoren can be used in the same way as the catalysts for higher. Temperatures are produced *
Wenn ein ffiedertemperaturvers^Mebungskatalysator verwendet wird, dann kann er voa Schwefel durch ein Wächterbett geschützt werdenv das in geeigneter Weise aus Zinkoxid, Eisenoxid oder Cobaltoxld besteht· Wenn es wahrscheinlich ist« daß Halogen in den Abgasen vorhanden ist« dann wird ein Wächterbett bevorsugt, das ein Material enthält, welches stärker basisch als Zinkoxid ist. Ein Katalysator, der aus einer Kombination oder einer Mischung aus Hochtemperatur« und ITiedertemperaturverechiebungekatalysatoren besteht, 1st ebenfalls sehr wirksam. Welche Verschlebungsstuft angewendet wird, hingt von der erforderlichen Zusaamensetsung der Austrittsgase und auch vom Schwefelgehalt des Gases ab. Die Hochtemperaturtype wird bevoriugt, wum. der verwendete Brennstoff Schwefel in einer Menge von mehr als 50 Gew.-ppm enthält.When a ffiedertemperaturvers ^ Mebungskatalysator is used, it can be voa sulfur protected by a guard bed v consisting appropriately selected from zinc oxide, iron oxide or Cobaltoxld · If it is likely "that halogen in the exhaust gases exists," then a guard bed is bevorsugt, that contains a material that is more basic than zinc oxide. A catalyst consisting of a combination or mixture of high temperature and low temperature displacement catalysts is also very effective. Which shift level is used depends on the required composition of the outlet gases and also on the sulfur content of the gas. The high temperature type is preferred, why. the fuel used contains sulfur in an amount of more than 50 ppm by weight.
Für die Oxidation von Pahrseugabgasen nach der Behandlung durch das erfindungsgeaäBe Verfahren sind Eintrittstemperaturon von 200 bis 600°C geeignet, aber es können auch Temperaturen Ober 600*0 verwendet weihten, in welchem Fall, wenn überhaupt, nur ein· seringa Kühlung erforder*- lich ist· Beim stetigen Betrieb sollte die Luft wischen dem faserigen Katalysator und der Oxidatlonsatufe in einer !Senge, eingespritzt werden, eo daS sie auereicht, das Kohlenmonoxid und die Kohlenwasserstoffe zu oxidieren und daß auch «ta, siSiger überschuss von beispielsweise bis Jiu 2 Volv-% Torfaanden 1st· Bei stetigen .Betriebsbedingungen werden in geeigneter Weise 2 bis 3 Vol.-% Sauer-For the oxidation of Pahrseug exhaust gases after treatment By the process according to the invention, inlet temperatures of 200 to 600 ° C are suitable, but it can also Temperatures above 600 * 0 consecrated in which If only one seringa cooling is required, if at all * - Lich is · With continuous operation, the air should wipe the fibrous catalyst and the Oxidatlonsatufe in one ! Senge, be injected, eo that it is enough, that Oxidize carbon monoxide and the hydrocarbons and that also «ta, siSiger excess of, for example up to Jiu 2 vol% Torfaanden 1st With steady operating conditions, 2 to 3 vol% acidic
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Stoff zugegeben. Jedoch wird beim Kaltstart oder beim Übergang entsprechend mehr zugesetzt,, da mehr Kohlenwaseer·* stoffe und Kohlenmonoxid anwesend sind.Added substance. However, correspondingly more is added during a cold start or during transition, since more hydrocarbons · * substances and carbon monoxide are present.
Venn sich an die Entfernung von Kohlenwasserstoffen oder Stickoxiden eine Oxidation anschließt, dann ist der Oxi~ dationakatalysator vorzugsweise ein Edelmetall aus der Gruppe VIII des Periodensystems (entsprechend Sidgwick "The Chemical Elemente and their Compounds, Oxford 1950); er weist dabei entweder eine Teilchenform auf oder ist auf einem mechanischen Träger, wie z.B. auf stückigem feuerfesten Material, niedergeschlagen« Er kann auch die Form von Fasern oder eines gewebten Metallnetzes besitzen» Zweckmäßigerweise ist der Oxidationskatalysator ein Oobaltkatalysator 'socher Art, wie er für die Entfernung von Kohlenwasserstoffen oder Stick oxiden verwendet wird, oder ein in geeigneter Weise geförderter Trägercobaltkatalyeator, wie z.B. ein Kupfer/Cobalt-Katalysator· Andere Materialien, die verwendet werden können, sind Kupferchromit und auch Platingruppenmetalle, insbesondere Palladium, alleine oder zusammen mit ein oder mehreren basischen Metallförderern, wie z.B. Kupfer oder Kupferoxide, vorzugsweise auf einem feuerfesten Träger, wie z.B. wasserfreies Aluminiumoxid. Die Konzentration des Platingruppenmetalls liegt in geeigneter Weise im Bereich von 0,002 bis 1,0%, gerechnet als Metall·Venn is concerned with the removal of hydrocarbons or Nitrogen oxides is followed by an oxidation, then the oxidation catalyst is preferably a noble metal from the group VIII of the periodic table (according to Sidgwick "The Chemical Elements and their Compounds, Oxford 1950); he points thereby either in particulate form or on a mechanical support such as lump refractory Material, deposited "It can also be in the form of fibers or a woven metal net" Appropriately the oxidation catalyst is an Oobalt catalyst of the kind used for the removal of hydrocarbons or nitrogen oxides, or an in appropriately funded cobalt catalyst, such as a copper / cobalt catalyst other materials, which can be used are copper chromite and also platinum group metals, especially palladium, alone or together with one or more basic metal promoters such as copper or copper oxides, preferably on a refractory support such as anhydrous alumina. The concentration of the platinum group metal is suitably in the range from 0.002 to 1.0%, calculated as metal
Ein sehr geeigneter Oxidationskatalysator enthält das Oxid von ein oder mehreren basischen Metallen der Gruppe VIII des Periodensystems und ein Oxid von Chrom oder Wolfram, vorzugsweise in inniger Mischung. Dieser Katalysator enthält die beiden Oxide vorzugsweise in einer Menge zwischen der halben und der doppelten Menge, wie sie in den OhromatenA very suitable oxidation catalyst contains the oxide of one or more basic Group VIII metals of the periodic table and an oxide of chromium or tungsten, preferably in an intimate mixture. This catalyst contains the two oxides preferably in an amount between half and twice as much as they are in the Ohromat
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oder Wolframaten existiert, zweckmäßig in ungefähr äqui-,atomaren Verhältnissen bezüglich der Metalle.or tungstates exist, expediently in approximately equi, atomic Relationships with regard to the metals.
Die Oxide werden vorzugsweise durch gemeinsame Auefällung zusammengebracht (Insbesondere das Metallkation der Gruppe VIII ait einem Chromat oder Wolframat) worauf sich eine Erhitzung anschließt/ um das Chromat oder Wolframat in ein niedrigeres Oxid zu zersetzen. Der Katalysator kann Trägermaterial!en, wie z.B. Aluminiumoxid/ Siliciumdioxid oder Magnesiumoxid enthalten«The oxides are preferably formed by co-precipitation brought together (in particular the metal cation of the group VIII ait a chromate or tungstate) whereupon a Heating follows / around the chromate or tungstate in to decompose a lower oxide. The catalyst can Carrier materials, such as aluminum oxide / silicon dioxide or contain magnesium oxide «
Die Menge des katalytisch aktiven Materials im faserigen Katalysator hängt davon ab, welche Reaktion katalysiert werden soll und welches aktive Material verwendet werden soll» Sie liegt aber im allgemeinen im Bereich von 0*001 bis 10 Gew*-#. Beispielsweise zeigen Platingruppenmetalle eine ausreichende Aktivität für die Kohlenwasserstoff/ Dämpf»Reaktion bei niedrigeren Konzentrationen (beispielsweise 0,01 bis 1 Gew.~% als Metall) als andere Metalle der Gruppe VIII des Periodensystems , wie z.B. . , Nickel, von welchem ungefähr 2 bis 10$ (gerechnet als Mo) not ig sind, um die glelohe Aktivität zu erzielen♦ Bevorzugte Konzentrationen an Platingruppenmetallen, wie ,z.B. Ruthenium, Iridium oder Rhodium«sind 0,001 bis ; 1 Gew.-%, gerechnet als Metall« Bevorzugte Konzentrationen von Cobalt oder Nickel sind 1 bis 10 Gew.-%9 gerechnet als äquivalentes NiO. Der Anteil des katalytisch aktiven Hatexilals sollte natürlich so niedrig sein, daß die mechanischen Eigenschaften der Faser nicht verschlechtert werden*The amount of catalytically active material in the fibrous catalyst depends on which reaction is to be catalyzed and which active material is to be used. However, it is generally in the range from 0 * 001 to 10% by weight. For example, platinum group metals show sufficient activity for the hydrocarbon / vapor reaction at lower concentrations (for example 0.01 to 1 wt.% As metal) than other metals of group VIII of the periodic table, such as. Nickel, of which about $ 2 to $ 10 (calculated as Mo) are necessary to achieve smooth activity. ♦ Preferred concentrations of platinum group metals, such as, for example, ruthenium, iridium or rhodium, are 0.001 to; 1 wt .-%, calculated as metal "Preferred concentrations of cobalt or nickel are expected 1 to 10 wt .-% 9 as equivalent NiO. The proportion of the catalytically active Hatexal should of course be so low that the mechanical properties of the fiber are not impaired *
Katalyaatorförderer können bei einigen Ausführungeformen in den faserigen Katalysator einverleibt werden, wie z.B. Alkali- oder Erdalkalimetalloxide (insbesondere BariumoxidKatalyaatorförderer can with some designs incorporated into the fibrous catalyst, such as alkali or alkaline earth metal oxides (especially barium oxide
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für Nickel), 30ltene Srdoxide oder ÜbergangsmetalXoxide.for nickel), mineral oxides or transition metal oxides.
Das katalytische Mittel kann in die feuerfeste Faser durch Beschichtungö- oder Imprägnierungstechniken oder durch Einverleibung in das Vorprodukt, aus welcher die Faser hergestellt ist, eingearbeitet werden, wie es beispielsweise in den britischen Patentanmeldungen 22909/70 und .4369/7*1 beschrieben ist*The catalytic agent can pass into the refractory fiber Coating or impregnation techniques or by Incorporation into the preliminary product from which the fiber is made, can be incorporated, as for example in British patent applications 22909/70 and .4369 / 7 * 1 is described *
Ss ist zweckmäßig, und zwar insbesondere im Falle von faserigen Katalysatoren, die sich von Aluminiumoxid oder •Zirconoxid ableiten, das gemäß der britischen Patent- : anmeldung 4369/71 oder 18259/71 hergestellt worden ist, das katalytische Mittel in der Zusammensetzung zu dispergieren, die in Fasern verarbeitet wird. Es ist besondere zweckmäßig, wenn das katalytische Mittei oder sein Vorprodukt in der genannten Zusammensetzung aufgelöst werden kann* Beispielsweise können wasserlösliche Salze in wässrigen Lösungen von Aluminium- odor Zirconverbindungen aufgelöst werden, die sich für die Verarbeitung in Fasern eignen·Ss is useful, especially in the case of fibrous catalysts derived from alumina or • Derive zirconium oxide, which according to the British patent : registration 4369/71 or 18259/71 has been made, to disperse the catalytic agent in the composition which is processed into fibers. It's special expedient if the catalytic agent or its precursor are dissolved in the composition mentioned can * For example, water-soluble salts can be found in aqueous solutions of aluminum or zirconium compounds which are suitable for processing into fibers
Die Dispergierung des katalytischen Mittels in der Zusammensetzung, die in Fasern verarbeitet wird, kann auch in zweckmäßiger Weise dadurch ausgeführt werden, daß man ein unlösliches oder teilweise lösliches teilchenförmiges katalytisches Mittel mit der in Fasern zu verarbeitenden Zusammensetzung mischt* Vorzugsweise sollte die mittlere Teilchengröße von auf diese Weise dispergieren Teilchen kleiner sein als der mittlere Durchmesser der hergestellten Faser. Insbesondere sollten die Teilchen eine kolloidale Größe aufweisen.The dispersion of the catalytic agent in the composition which is processed into fibers can also be carried out in are advantageously carried out in that one insoluble or partially soluble particulate catalytic agent mixes with the composition to be processed into fibers * Preferably the middle Particle size of particles dispersed in this way must be smaller than the mean diameter of the fiber produced. In particular, the particles should have a colloidal in size.
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Es kann jeöe gewünschte Menge katalytisches Mittel in der in Fasern zu verarbeitenden Zusamme Setzung dispergi^?·* werden, vorausgesetzt, daß die hergestellte Faser laser noch ausreichend fest und zusammenhaltend ist, daß sie als faseriger Katalysator verwendet werden kann. Es wurde gefunden, daß bis zu ungefähr 5 Gew.-% und in einigen Fällen bis zu ungefähr 10 Gew«-# katalytisches Mittel mit einer geeigneten Größe in die Faser einverleibt werden können, ohne daß die Eigenschaften der Faser ernstlich beeinträchtigt werden·There may be any desired amount of catalytic agent in the Composition to be processed in fibers dispergi ^? · * provided that the fiber produced is laser is still sufficiently firm and cohesive that it is can be used as a fibrous catalyst. It was found that up to about 5 wt% and in some Precipitates up to about 10 wt% catalytic agent appropriately sized can be incorporated into the fiber without seriously affecting the properties of the fiber be impaired
Es wird bevorzugt, daß das katalytisch« Mittel mit den Bestandteilen der in Fasern zu verarbeitenden Zusammensetzung chemisch verträglich ist« Venn die Faser erhitzt wird, um beispielsweise ein feuerfestes Metalloxid herzustellen, dann wird es bevorzugt, daß das kat&lytische Mittel bei der Erhitzungstemperatur stabil ist« Im Falle eines Vorprodukts für ein katalytisches Mittel ist es häufig zweckmäßig, daß d#? Katalysator aus dem genannten Vorprodukt während der Erhitzung der Faser gebildet wird«It is preferred that the catalytic agent with the Components of the composition to be processed into fibers are chemically compatible when the fiber is heated is, for example, to make a refractory metal oxide, then it is preferred that the cat & lytic Means at the heating temperature is stable «In the event of a precursor for a catalytic agent, it is often useful that d #? Catalyst from the above Pre-product is formed during the heating of the fiber «
Das katalytische Mittel kann in die Faser auch durch Einweichen der Faser in einer Lösung des katalytisehen Mittels oder seines Vorprodukts in einem geeigneten Lösungsmittel und durch anschließende Entfernung des genannten Lösungsmittels von der Faser einverleibt werden. Wasser ist ein geeignetes Lösungsmittel für viele katalytisch* Mittel oder deren Vorprodukte, wie z.B. für Metallsalze* Eine Faser kann vor oder nach der Erhitzung , die zur Bildung einer Faser mit einer anderen Zusammensetzung erhitzt wird, eingeweicht werden.The catalytic agent can also be incorporated into the fiber by soaking the fiber in a solution of the catalytic agent By means of or its precursor in a suitable solvent and by subsequent removal of said Solvent may be incorporated into the fiber. Water is a suitable solvent for many catalytic * Agents or their preliminary products, e.g. for metal salts * A fiber can be used before or after heating, which is heated to form a fiber with a different composition.
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Das katalytische Mittel kann auch in zweckmäßiger Weise einer geeigneten Form auf mindestens einem. Teil der Faseroberfläche abgelagert werden» FUr diesen Zweck kann es gegebenenfalls mit Hilfe eines Bindemittels, wie z.B. Aluminiumphoephat oder Aluminiumoxid, mit der genannten Faseroberfläche verbunden werden· Das Verbinden kann auch dadurch bewirkt werden« daß man eine in Fasern zu verarbeitende Zusammensetzung auf. die genannte Oberfläche oder auf das katalytische Mittel oder auf beide aufbringt und das Lösungsmittel aus der genannten Zusammensetzung entfernt.The catalytic agent can also be used in a convenient manner a suitable shape on at least one. Part of the fiber surface can be deposited be effected «that you have a composition to be processed into fibers. the said surface or on the applying catalytic agents or both and removing the solvent from said composition.
Bei Ausführungsformen, bei denen kein Binder verwendet wird, um die Haftung des katalytischer! Kittels auf der Faβeroberlache zu unterstützen, ist es oftmals möglich, eine gewisse chemische Reaktion zwischen dem katalytischen Mittel und der Faser zustandezubringen, damit eine/Bindung entsteht· Bei vielen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist es jedoch zweckmäßig, lediglich das katalytische Mittel auf der Faseroberfläche in einer ausreichend feinen Form ■abzuscheiden, so daß die normalen physikalischen Anziehunge-• kräfte in Wirkung treten. So ist es zweckmäßig, das ka-■talytische Mittel aus einem Nebel oder einem Dampf abzuscheiden, der das katalytische Mittel oder ein Tor-.. produkt desselben enthält. In sehr zweckmäßiger Weise wird das katalytieche Mittel oder sein Vorprodukt auf der Faseroberflache dadurch abgeschieden, daß die genannte Oberfläche mit einer Dispersion behandelt wird, die das kataIytische Mittel oder sein Vorprodukt in einer geeigneten Flüssigkeit enthält. Eine Lösung des katalytischen Kittels oder seines Vorprodukts in einem flüchtigen Lösungsmittel ist besondere brauchbar. In Fällen, in denen das katalytische Kittel in einer Flüssigkeit dispergiert 1st, die es nicht auflöst, wird es bevorzugt,In the case of embodiments in which no binder is used to ensure the adhesion of the catalytic! Smock on the To support the barrel surface, it is often possible to to bring about some chemical reaction between the catalytic agent and the fiber, thereby forming a bond arises in many embodiments of the invention however, it is desirable to have only the catalytic agent on the fiber surface in a sufficiently fine form ■ to be deposited so that the normal physical forces of attraction • come into effect. So it is expedient to separate the catalytic agent from a mist or a vapor, which the catalytic agent or a gate .. product contains the same. In a very useful manner, the catalytic agent or its precursor is on the Fiber surface deposited in that said Surface is treated with a dispersion which contains the catalytic agent or its precursor in a suitable liquid. A solution of the catalytic Kittels or its precursor in a volatile solvent is particularly useful. In cases in where the catalytic gown is dispersed in a liquid that does not dissolve it, it is preferred
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daß das katalytische MIttel in einer feinen form vorliegt und daß es insbesondere eine mittlere Größe von veniger als 0,5/t aufweist·that the catalytic agent is in a fine form and that it is in particular a medium size of veniger than 0.5 / t
Der faserige Katalysator kann behandelt werden, um beispielsweise gewünechte Änderungen im katalytischen Mittel zustande" zubringen. Beispielsweise wird es in fällen, in denen ein Torprodukt eines katalytischen Mittels in die Faser einve.r-'leibt oder auf die Faser aufgebracht worden ist, nötig sein, das aktive katalytisch* Mittel durch einen geeignetes Prozeß zu entwickeln« Die normalerweise hierfür verwendeten Prozesse sind chemische Reaktionen zur Herstellung einer anderen Verbindung, Reduktion und Erhitzung« Alle diese Prozesse, insbesondere die Erhitzung« können mit anderen gewünschten Erhitzungsstufen kombiniert werden, um beispielsweise Metallverbindungen oder die organischen Polymere in der in Fasern zu verarbeitenden Zusammensetzung zu zersetzen. Es können auch Behandlungen des faserigen Katalysators durchgeführt werden, um gewünschte physikalische Änderungen im katalytisches. Mittel au erzielen; Beispielsweise können änderungen in der Oberfläche oder der Kristallstruktur trwünscht sein, um spezielle katalytische Effekte zu erzielen. Die Behandlung des faserigen Katalysators zur Beseitigung von unerwünschten Substanzen, wie z.B. Katalysatorglften, kann bei einigen Ausführungeformen nützlich sein. .The fibrous catalyst can be treated, for example, to bring about desired changes in the catalytic agent " bring to. For example, it will be used in cases where a The product of a catalytic agent incorporated into the fiber or applied to the fiber may be necessary, the active catalytic agent by an appropriate one Process to develop «The processes normally used for this are chemical reactions to produce a other connection, reduction and heating «All these processes, especially heating« can be related to others desired heating stages can be combined, for example metal compounds or organic polymers in the composition to be processed into fibers. Treatments of the fibrous catalyst can also be carried out to give desired physical properties Changes in the catalytic. Achieve funds au; For example, changes in the surface or the crystal structure may be desired in order to achieve special catalytic effects to achieve. The treatment of the fibrous catalyst to remove undesirable substances such as e.g. Catalysts can be used in some designs to be useful. .
Der faserige Katalysator kann sich in einem Behälter befinden, der jede zweckmäßige Geometrie und (jede zweckmäßige Abmessung aufweisen kann, außerdem kann <fer Behälter den faserigen Katalysator in ein oder mehreren Zonen enthalten* Die Packung des faserigen Katalysators im Behälter kann so eingestellt werden, daß der Wieder8tand gegenüber derThe fibrous catalyst can be in a container which has any convenient geometry and (any convenient Can have dimension, also can <fer container the fibrous catalyst contained in one or more zones * The packing of the fibrous catalyst in the container can be adjusted so that the resistance compared to the
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Gasströmung (der Druckabfall) so niedrig ist, wie es erwünscht ist* Sine Packungsdichte im Bereich von 0,1 bis 0»3 g/cnr wird bevorzugt* Es ist möglich, die verschiedensten Behältergeometrien zu verwenden« da der faserige Katalysator leicht in ,jede Behälterform eingebracht werden kann.Gas flow (the pressure drop) is as low as desired * Sine packing density is in the range from 0.1 to 0 »3 g / cnr is preferred * It is possible to use the most varied Use container geometries because the fibrous catalyst is easily incorporated into any container shape can be.
Die Erfindung betrifft somit zusätzlich einen Reaktor, der sich für das Verfahren eignet und der eine Kammer aufweist, die für die Aufnahme des faserigen Katalysators geeignet ist, und der weiterhin eine Einrichtung besitzt, mit welcher ein Gasstrom mit dem faserigen Katalysator in Berührung gebracht werden kann. Der Reaktor kann den Katalysator in Form von losen oder teilweise kompaktierten Fasern oder als leicht auswechselbare vorgeformte Formstücke enthalten. Xm letzteren Fall besitzt der Heaktor/minaestens einen Endverschluß mit einer solchen Größe, daß eine Katalysatoreinheit leicht eingesetzt und herausgenommen werden kann« Die geformten Einheiten sind zweckmäßig in Käfigen enthalten, die aus einem Ifetalldrahtnetz oder aus Streckmetall bestehen· The invention thus additionally relates to a reactor which is suitable for the process and has a chamber suitable for receiving the fibrous catalyst and which further has means by which a gas stream is in contact with the fibrous catalyst can be brought. The reactor can contain the catalyst in the form of loose or partially compacted fibers or included as easily interchangeable preformed fittings. In the latter case, the header / has at least one Termination of a size such that one catalyst unit can be easily inserted and removed «The shaped units are conveniently contained in cages made of a metal wire mesh or expanded metal.
Es wird darauf hingewiesen, daß der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Katalysator zumindest im teilweise reduzierten Zustand vorliegen kann, und daß dann die Gasbehandlungsbehälter zwecks Erzielung der besten Resultate luftdicht und gegenüber Luftzutritt verschlossen sein sollen, sobald als der GasfluS aufgehört hat. Insbesondere kann dies durch ein Rückschlagventil am Auetritt des Behandlungssystems bewirkt werden, welches den Austritt elastisch verschließt. Zur Erhöhung der diasbezüglichen Sicherheit kann ein zweites derartiges Ventil kurz stromabwärts des Katalysators, der geschützt werden soll, vorgesehen sein.It should be noted that the in the invention Process used catalyst can be present at least in the partially reduced state, and that then the gas treatment container be airtight and closed to air in order to achieve the best results should as soon as the gas flow has stopped. In particular this can be done through a check valve at the exit of the treatment system be effected, which closes the outlet elastically. To increase the slide-related To be sure, a second valve of this type can be provided just downstream of the catalytic converter which is to be protected be.
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Die Verwendung von faserigen Katalysatoren besitzt zahlreiche Vorteile. Wegen des kleinen Durchmessers der Faser sind die Massenübergangsgeschwindigkeiten sswisches, &©,# Hauptgasphase und der aktiven Oberfläche im Vergl©! ><& au teilchenförmigen Katalysatoren sehr hoch. Dies bedeutet, daß sehr hochaktive Katalysatoren sehr wirksam verwendet werden können, wodurch äie Verwendung von hohen Raumgeechwisdlgkelten möglich, ist« Dies bedeutet auch, daß das zur Erzielung einer gegebenen Umwandlung erforderliche Katalysatorgewicht kleiner ist, als es bei herkömmlichen teilchenförmigen Katalysatoren der Pail ist· Außerdem besitzen faserige Katalysatoren kürzere Aufwärmzeiten. Ein geeigneter Bereich für I&umgesohwindigkelt liegt zwischen 50.000 und 300«000 et * In gewissen Fällen wurde gefunden» daß ungefähr die Hälfte bis 1/5 des Gewichts eines herkömmlichen Katalysators für das gleiche Resultat erforderlich ist, wenn man einen faserigen Katalysator verwendet. Auf Grund der Festigkeit der Faser, die erhöht werden kann, wenn die gefilzt sind« insbesondere wenn ein Bindemittel 1st, widersteht der faserige Katalysator lange Seit Fibrationen. Dies ist wichtig, wenn die Gase von einem Ko Ibenverb rennung araotci» kommen, da diese Gase in Impulsen abgegeben werden« Der Katalysator kenn in zweckmäßiger Weise in einem Reaktor angeordnet sein (wie z.B« im Abgaskrümmer oder in einem Fortsatz desselben) d®r fest mit den Motoreylinderblock verbunden ist, trotz der Vlbration des Zylinderblocks·The use of fibrous catalysts has numerous Advantages. Because of the small diameter of the fiber, the mass transfer velocities are sswisches, & ©, # Main gas phase and the active surface in comparison! > <& au particulate catalysts very high. This means that very highly active catalysts are used very effectively can be used, which means the use of large amounts of space possible is «This also means that the necessary to achieve a given conversion Catalyst weight is less than it is in conventional particulate catalysts of the Pail · In addition Fibrous catalysts have shorter warm-up times. A suitable area for I & umgesohwindigkelt is between 50,000 and 300,000 et * in certain cases it has been found »that about half to 1/5 the weight of a conventional catalyst for the same result is required when getting one fibrous catalyst used. Due to the strength of the fiber, which can be increased if the are felted "especially when a binder is used, the fibrous catalyst withstands for a long time Fibrations. This is important when the gases from one Ko Ibenverb rburn araotci »come as these gases in pulses "The catalytic converter knows more appropriately Be arranged in a reactor (such as «im Exhaust manifold or in an extension of the same) d®r is firmly connected to the engine cylinder block, despite the Vlbration of the cylinder block
Die gemäß der Erfindung ablaufenden Prozesse sind im allgemeinen nicht stark exotherm· Infolgedessen findet eine Selbsterhitzung des Katalysators, welche für Reaktionen wie Oxidationen charakteristisch ist, nicht statt· Auf Grund seiner niedrigen Wärmekapazität und seinerThe processes running according to the invention are in generally not strongly exothermic · As a result, self-heating of the catalyst takes place, which for reactions as is characteristic of oxidations, not instead · Due to its low heat capacity and its
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niedrigen cliermi sehen Leitfälligkeit eignet sich der faserige Katalysator somit besonders für Prozesse, die unter im wesentlichen nicht-oxidlerenden Bedingungen ablaufen«low cliermi see conductivity, the fibrous catalyst is therefore particularly suitable for processes that under essentially non-oxidising conditions expire"
Die Gase., die durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfinduns3gemäßen Vorrichtungen behandelt werden, können irgendwelche Gase sein, die Kohlenmonoxid, Kohlen*·The gases. Which by the inventive method and the devices according to the invention are treated, can be any gases that contain carbon monoxide, carbon * 'wasserstoff© oder Stickoxide enthalten* Die Behandlung von Abgaeen} die durch Verbrennung erzeugt werden, und zv&T insbesondere durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, wie z«B* 01, Erdgas und verschiedene Erdölprodukte einschließlich Benzin, ist besonders zweckmäßig. Die Quelle für diese Gase kann, irgendein Brenner oder irgendeine Verbrennungsvorrichtung sein, die selbst kein ausreichend reines Verbrennungegae liefert« Jedoch 1st die Erfindung besonders für die Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren geeignet, und «war insbesondere'is hydrogen or nitrogen oxides contained be © * The treatment of Abgaeen} generated by combustion, and zv & T particular by combustion of hydrocarbons, such as "B * 01, natural gas and different petroleum products including gasoline, is particularly useful. The source of these gases can be any burner or any combustion device that does not itself provide a sufficiently pure combustion gas. However, the invention is particularly suitable for cleaning the exhaust gases of internal combustion engines, and was particularly zur Reinigung der Abgase von Motoren mit Funkenzündung.for cleaning the exhaust gases of engines with spark ignition.
Die Erfindung ist somit beispielsweise auf die Abgase von Kolbenmotoren, Rotationskolbenmotoren und Gasturbinen anwendbar·. Diese Motoren kennen beispielsweise mit Stadtgas, Erdgas, flüssigem Erdölgas oder flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie s*B* Berlin, Düsentreibstoff oder Dieselöl betrieben werden. Obwohl bei Aufrechterhaltung von Temperaturen im höheren Bereich für die primäre Stufe und durch überwachung oder Kichtverwendung eines Hiedertemperaturverschlebungekatalysators auf Kupferbasis Brennstoffe verwendet werden können, die Schwefeloder Halogenverunreinigungen enthalten, wird es bevorzugt, einen Brennstoff au verwenden, der weniger als 200 Gew.-ppm Schwefel und in veeentlichte kein Halogen enthält. TJm die aktive Lebensdauer des Katalysators maximal asu halte»The invention thus applies to exhaust gases, for example Applicable to piston engines, rotary piston engines and gas turbines ·. These engines know, for example, with town gas, natural gas, liquid petroleum gas or liquid hydrocarbons, such as s * B * Berlin, jet fuel or Diesel oil can be operated. Although maintaining temperatures in the higher range for the primary Level and by monitoring or refusing to use one If the copper-based low temperature shift catalyst can be used, fuels containing sulfur or halogen impurities are preferred, use a fuel that is less than 200 ppm by weight Contains sulfur and in veeentlierte no halogen. TJm keep the active life of the catalytic converter as long as possible »
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wird es gleichfalls bevorzugt. Benzin mit niedrigsm Bleigehalt, beispielsweise weniger als 094 gv vorzugsweise weniger als 0,01 g Fb je 398 1 zu verwenden, d*h*, daß : das Benzin weitgehend Bleifrei sein soll*it is also preferred. Use gasoline with a low lead content, for example less than 0 9 4 g v preferably less than 0.01 g Fb per 398 1, i.e. that : the gasoline should be largely unleaded *
Da für den Kontakt mit dem faserigen Katalysator nichtoxidierende Bedingungen erforderlich sind, wird es bevorzugt, die Motoren mit einem reichen Gemisch zu betreiben, um dadurch ein Abgas zu erzeugen, welches von Haus aus mindestens 1% Kohlenmonoxid enthält« Tür Benzinmotoren bedeutet das, daß das Luft jTreibstoff-Gewichtsverhältnis vorzugsweise nicht über 15»0 liegt und beispielsweise im Bereich von 13 bis 15 liegt»As for contact with the fibrous catalyst non-oxidizing Conditions are required, it is preferred to run the engines with a rich mixture, in order to generate an exhaust gas which inherently contains at least 1% carbon monoxide «door gasoline engines this means that the air / fuel weight ratio is preferably not more than 15 »0 and, for example, im Range from 13 to 15 is »
So wird gemäß der Erfindung weiterhin eine Vorrichtung für .die Behandlung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren durch das erfindungsgemäße Verfahren vorgeschlagen, welche folgende Teile aufweist: einen isolierten ersten Reaktor, der dicht am Verbrennungsmotor angebaut werden kann und vom Motoraustritt oder den Motoraustritten gespeist wird; einen zweiten Reaktor, der stromabwärts des ersten Reaktors angeordnet ist; und eine Luftzufuhreinrichtung, mit der alternativ vor dem isolierten Reaktor oder zwischen den Reaktoren Luft eingeführt werden kann.Thus, according to the invention, there is also a device for .the treatment of exhaust gases from internal combustion engines proposed the method according to the invention, which has the following parts: an insulated first reactor which can be built close to the internal combustion engine and is fed from the engine outlet or the engine outlets; a second reactor disposed downstream of the first reactor; and an air supply device with which alternatively, air can be introduced upstream of the isolated reactor or between the reactors.
Die Alternierung der Luftzuführung kann durch eine automatische Starteinrichtung, durch Katalysatortemperaturmessungen oder durch eine Schaltzeit geregelt werden· Die Kombinationen dieser Einrichtungen'mit der genannten Vorrichtung stellen weitere Gegenstände der ErfindungThe alternation of the air supply can be done by an automatic starter device, by measuring the temperature of the catalytic converter or can be controlled by a switching time · The combinations of these devices' with the above Devices represent further objects of the invention
dar.represent.
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Die Vorrichtung kann eine Zweigleitung aufweisen, mit welcher Abgas zum Motoreintritt zurückgeführt werden kann. Eine solche Zweigleitung stellt eine ausreichende Entfernung von Stickoxiden Im Pail einer ungewöhnlich hohen Emission oder im Fall von aus baulichen Gründen erzwungenen katalytischen Reaktoren mit niedrigem Volumen sicher.The device can have a branch line with which exhaust gas is returned to the engine inlet can. Such a branch provides a sufficient removal of nitrogen oxides in the pail an unusual high emission or in the case of structural reasons forced catalytic reactors with low Volume safe.
Gemäß der Erfindung wird auch ein Motor in Kombination mit der Vorrichtung, die insbesondere innerlich isolierte Austrittsöffnungen aufweist, und mit einem Reaktor vorgeschlagen, der vorzugsweise die Form eines modifizierten Auspuffkrümmere aufweist, der in die Vorrichtung eingesetzt werden kann und den faserigen Katalysator enthält.' Die Gase aus anderen Brennern, wie z.B. aus der Verbrennung von Heizöl, können ebenfalls in vorteilhafter Weise behandelt werden, ua ihren VerunreinlgungBgehalt zu verringern. Eine.weitere Anwendung der Erfindung liegt in der Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen von Salpeter' aäureanlagen. In diesem Fall ist der Zusatz eines brenn* baren Gases, wie s»B. eines Sohlenwasserstoffs, nötig« um nicht-Qxidlerte Bedingungen sicherzustellen· Im allgemeinen werden die Abgase alle Gase enthalten, die für die gewünschten Reaktionen nötig sind (wie z.B. Dampf) und die auch für die Aufrechterhaltung von nicht~ oxidierenden Bedingungen nötig sind, wenn aber zusätzliche Mengen derselben erforderlich sind, dann können sie in den Gasstrom oder in die Katalysatorzone oder vorzugsweise in den Gasstrom vor der Katalysetorzone eingespritzt werden· Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können dementsprechend angepaßt werden·According to the invention, a motor is also used in combination with the device, which in particular has internally insulated outlet openings, and proposed with a reactor, which preferably has the shape of a modified Has exhaust manifold which can be inserted into the device and contains the fibrous catalyst. ' The gases from other burners, e.g. from the combustion of heating oil, can also be used more advantageously Wise treated, among other things, to reduce their impurity content. Another application of the invention is in the removal of nitrogen oxides from waste gases from saltpeter ' acid systems. In this case the addition of a burn * gas, like s »B. of a hydrocarbon, necessary " to ensure non-oxidized conditions · Im In general, the exhaust gases will contain all gases that are necessary for the desired reactions (e.g. Steam) and which are also necessary to maintain non-oxidizing conditions, but additional ones if necessary Quantities thereof are required, then they can be injected into the gas stream or into the catalyst zone or, preferably, into the gas stream upstream of the catalyst zone The devices according to the invention can be adapted accordingly
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Dia Bedingungen des Eontakts der Gase mit dem Katalysator können durch einfachen Versuch ausgewählt werden, wob©i die jeweiligen Gase und die Jeweiligen Gebrauchsbedia: s©a in Betracht zu ziehen si*d. Es muß nicht nötig sein« die Verunreinigungen vollständig zu beseitigen, aber die Verwendung von ein oder mehreren der oben beschriebenen Vorrichtungen ermöglicht es, die Emissionen von beispielsweise Automobilabgasen beträchtlich zu verringern*The conditions of contact of the gases with the catalyst can be selected by a simple experiment, whereby © i the respective gases and the respective operating conditions: s © a to consider si * d. It doesn't have to be «the Eliminate contaminants completely, but the use of one or more of the devices described above makes it possible to reduce emissions from, for example Significantly reduce automobile emissions *
Die Erfindung wird duroh die folgenden Beispiele naher erläutert.The invention is illustrated in more detail by the following examples.
Eine Probe einer polykristallinen Zirconoxidfaser, die Yttriumoxid und 7% Nickeloxid enthielt, wurde aus einer wässrigen Vorproduktlöeung hergestellt, welche die gemischten Chloride und Acetate der Metalle enthielt. Dabei wurde das in der britischen Patentanmeldung 22909/70 beschriebene Verfahren verwendet. Die Fasern besaßen einen mittleren Durchmesser von 2/t, und waren bei. 1000°0 gebrannt worden. Die Fasern wurden in Form einer weichen Matte in einem Strom aus Hg/JITg feei 650°0 15 min lang reduziert, worauf !sie schwarz waren. Röntgenstrahleabtugung zeigte die Anwesenheit von tetragonalem Zirconoxid, Ifickelmetall und Spuren von Kickeloxid· Die Oberflä©fee» gemessen durch Stickstoff adsorption, war 7 m /g» Annähend 1 g der Hatte wurde In einen Reaktor eingepackt, wobei eine Schüttdichte von annähernd 0,2 g/car gewählt wurde· Ein Gas, welches das Abgas aus einem Verbrennungsmotor simulierte, wurde , bei 73O0O mit einer stündlichen Volumengeschwindigkeit von annähernd 100.000 st hindurchgeschickt. Die Eintritts-A sample of polycrystalline zirconia fiber containing yttria and 7% nickel oxide was prepared from an aqueous precursor solution containing the mixed chlorides and acetates of the metals. The method described in British patent application 22909/70 was used. The fibers had a mean diameter of 2 / t and were at. 1000 ° 0 has been burned. The fibers were reduced in the form of a soft mat in a stream of Hg / JITg feei 650 ° 0 for 15 minutes, whereupon ! they were black. X-ray diffraction showed the presence of tetragonal zirconium oxide, nickel metal and traces of nickel oxide. The surface measured by nitrogen adsorption was 7 m / g. Approximately 1 g of the material was packed in a reactor, with a bulk density of approximately 0.2 g / is selected car · a gas which simulated the exhaust gas from an internal combustion engine was passed therethrough at 73O 0 O with an hourly space velocity of approximately 100,000 st. The entry
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und Austrittsgase besaßen die folgenden ZusammensetzungenJand exit gases had the following compositions: J.
ppm Gew.-% ppm weight %
Trotz der hohen Raumgeschwindigkeit und des geringen Gewichte des Katalysators wurden etwa 70% dee Ν0χ entfernt· Bei höheren Temperaturen wäre die Umwandlung von Η0χ noch vollständiger, und außerdem würde dann auch noch weniger Ammoniak gebildet·Despite the high space velocity and the low weight of the catalyst, about 70% dee Ν0 χ were removed · At higher temperatures the conversion of Η0 χ would be even more complete, and also less ammonia would then be formed
Sine Probe von polykristallinen Zirconoxidf aeern in der kubischen Phase, welche 10% Aluminiumoxid und 3% Cobaltmetall in Form des -Oxide enthielten, wurde aus einer wässrigen Vorproduktlösung der gemischten Chloride und Acetate der »stalle gemäß dem Verfahren der britischen Patentanmeldung 22909/70 hergestellt. Die grünen oder ungebrannten Fasern wurden zunächst 15 min auf 2000C und dann 10 min auf 10000C erhitzt. Hierauf besaßen sie eine himmelblaue Farbe. Die Fasern wurden bei 6500C in einem Gemisch aus H2ZN2 reduziert, wobei eine schwarze weiche flexible Hatte erhalten wurde. Die Fasern besaßen Durchmesser im Bereich von 1 bisA sample of polycrystalline zirconium oxide fibers in the cubic phase, which contained 10% aluminum oxide and 3% cobalt metal in the form of the oxide, was prepared from an aqueous precursor solution of the mixed chlorides and acetates of the metals according to the method of British patent application 22909/70. The green or unfired fibers were first heated to 200 ° C. for 15 minutes and then to 1000 ° C. for 10 minutes. Then they had a sky-blue color. The fibers were reduced at 650 ° C. in a mixture of H 2 ZN 2 , a black, soft, flexible hat being obtained. The fibers ranged in diameter from 1 to
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Dia reduzierte Matte ward© trie eine Bisquittroll© aufgerollt, und 0,85 g der reduzierten Matte wurden in &sn Reaktor eingeführt * durch welchen ©in öimüiieriaö.. Attfcoabgas Mndur cage fährt werden konnte* Dann wurde ein simuliertes Äutoabg&a, welches 1830 ppm Kohlenwasserstoffe (ale C3), 2,5% CO4 2,5% H5, 0,9% O2 und 2$50 ppm Stickoxid enthielt, diareh das Katalysatorbett mit einer Geschwindigkeit von 300 l/st (Baumgesehwindigkeit ungefähr 70.000 st" ) hindurehgefiihrt· Die Eintrittskoaaentration an Stickoadden von 2350 ppm wurde auf 20 ppiä reduziert $ und es wurden nur 111 ppm lämoniak gebildet« Der Prozentsatz an Stickoxiden wurde Mm 99% verringert, obwohl die Raumgesckwindigkeit hoch war und das Gewicht der Faser klein war* Nach dem Versuch wurden die Fasern entnommen.The reduced mat was rolled up in a biscuit roll and 0.85 g of the reduced mat was introduced into the reactor * through which it was possible to drive in öimüiieriaö .. Attfcoabgas Mndur cage. all C 3 ), 2.5% CO 4, 2.5% H 5 , 0.9% O 2 and 50 ppm nitrogen oxide, which the catalyst bed passed through at a rate of 300 l / h (tree speed about 70,000 st ") · the Eintrittskoaaentration to Stickoadden of 2350 ppm was ppiä reduced to $ 20 and were formed only 111 ppm lämoniak "the percentage of nitrogen oxides was 99% reduced Mm, although the Raumgesckwindigkeit was high and the weight of the fiber was small * After trying were removed the fibers.
Ea wurde festgestellt, daß öle sich praktisch nicht verändert hätten.It was found that oils practically did not change would have.
Ein Faserkissen aus Ziroonoxidfasern in der kubischen Phase mit einem mittleren Durchmesser von 6/^vmrde in einer methanolischen Lösung von Cobaltnitrat (.5 Gev.~%) ein* gedeicht und sorgfältig ablaufen gelassen« Nach dem Brennen bei 5009C hatte das Faaerkieaen 6 Gew.-% zugenommen. Eine Probe dieser Fasern wurde in einem Teetreaktor einem ähnlichen Gasstrom wie In Beispiel 2 ausgesetzt, der Jedoch 3991 ppm Stickoxide enthielt. Die !Temperatur betrug 77öeÖ# 40% der Stickoxide waren im Abgas entfernt.A fiber pad of Ziroonoxidfasern in the cubic phase with an average diameter of 6 / ^ vmrde in a methanolic solution of cobalt nitrate (.5 Gev. ~%) A * gedeicht and carefully drained "After firing at 500 9 C had the Faaerkieaen 6 Weight% increased. A sample of these fibers was exposed in a tea reactor to a gas stream similar to that in Example 2, but containing 3991 ppm nitrogen oxides. Die! Temperature was 77ö e E # 40% of the nitrogen oxides in the exhaust gas were removed.
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100 g eines faserigen Katalysators» dei' aus stabilisierten ZirconoxLd bestand und JTic&al als Katalysator und Barium als Förderer (5% Nl und 1% Ba) enthielt* wurde in Form von langen gleichmäßigen Streifen mit statistisch orientierten Fasern hergestellt. Die Streifen besaßen eine Breite von 5 ob* ein® Dicke von annähernd 0,5 cm und eine Schüttdichte bis zu 0,05 g cm™*.100 g of a fibrous catalyst "dei" consisted of stabilized zirconium oxide and contained JTic & al as a catalyst and barium as a promoter (5% NI and 1% Ba) * was produced in the form of long, uniform strips with randomly oriented fibers. The strips had a width of 5 ob * a® thickness of approximately 0.5 cm and a bulk density of up to 0.05 g cm ™ *.
Die Faserstreifen wurden gleichmäßig auf einen zylindrischen Former aufgespult» der 10 cm dick und 20 cm lang war und aus einer 0,0? ca dicken blechförmigen wärmebeständigen Nickellegierung hergestellt worden war« Bar Former war siit kreisförmigen löchern von 0,2 cm Durchmesser perforiert, so daß die offene Fläche 40% betrug· Die Faserumwicklung wurde zusammengedrückt, so daß eine Schichtdicke von 0,5 cm erhalten wurde, durch ein weiteres perforiertes Blech bedeckt und eingeschweißt, so daß eine Torrichtung entstand, die aus zwei konzentrischen Zylindern aus einem perforierten Metall bestand, wobei eine 0,5 cm dicke Schicht aus zusammengedrückten Fasern dazwischen lag.The fiber strips were evenly wound onto a cylindrical former which was 10 cm thick and 20 cm long and from a 0.0? ca thick sheet-shaped heat-resistant Nickel alloy had been made «Bar Former was perforated with circular holes 0.2 cm in diameter, so that the open area was 40%. The fiber wrap was pressed together, so that a layer thickness of 0.5 cm was obtained, through another perforated sheet covered and welded in, so that a gate direction was created, which consisted of two concentric cylinders of a perforated metal, one 0.5 cm thick Layer of compressed fibers lay in between.
Die Vorrichtung wurde in einem thermisch isolierten Behälter in das Abgassystem eines 4~Zylinder-Benzinmotore mit 1600 cm·5 Hubraum eingebaut, welcher sich in einem Djfiiamometertestötandbefand. Die Vorrichtung war kurahinterhalb des Abgaskrümmers in solcher Weise angebracht, daß das Abgas vom Abgaskrümmer in den zentralen Bereich der Vorrichtung, durch den faserigen Katalysator im Behälter und durch das !Peatbettabgassystem strömt©. Das System war verschlossen, so daß keine Luft an irgendeinen PunktThe device was installed in a thermally insulated container in the exhaust system of a 4-cylinder gasoline engine with a capacity of 1600 cm x 5 , which was located in a diameter meter. The device was placed close behind the exhaust manifold in such a way that the exhaust gas flows from the exhaust manifold into the central area of the device, through the fibrous catalyst in the container and through the peat bed exhaust system. The system was locked, leaving no air at any point
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dsm Hot or und dem £&s«rige& Katalysator eiatret^n konnte, Hab^ecd d©r Motor lief« Dsr Motor wurde mit els praktisch ble-i£r$i©a Esnsia betrieben*dsm hot or eiatret ^ n the £ & s «rige & catalyst could, Hab ^ ecd the engine was running «The engine was with els practically ble-i £ r $ i © a Esnsia operated *
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209852/0579209852/0579
!Tabelle 1!Table 1
aufwärtsHO stroEi-
upwards
abwärtsHO current
down
keit U/minscütfinaig—
speed rpm
barBrake pressure
bar
Katalysator
bett mbarcase in
catalyst
bed mbar
aufwärtsCO electricity,
upwards
N)cn
N)
cnO
cn
65 S eines faserigen Katalysators auf der Baals von Aluminiumoxid,
welcher 0,1% Rutheniummetall enthielt« wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 angeordnet. Die
Vorrichtung wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 4 geprüft) wobei jedoch ein 2 !-Motor im Teatstanddynamometer
angeordnet war«65 S of a fibrous catalyst on the Baal of alumina containing 0.1% ruthenium metal "were arranged in the same manner as in Example 4. the
The device was tested in a manner similar to that in Example 4, but with a 2! Motor in the Teatstand dynamometer. "
Die Resultate sind In Tabelle 2 angegeben*The results are given in Table 2 *
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gabella 2gabella 2
scliwindig-
keit
TJ/minEngine
scliwindig-
speed
TJ / min
Brems encLruckBrake encLruck
barbar
bettemperaturbed temperature
°c° c
fall im 1case in the 1st
Katalysatorcatalyst
bett mbarbed mbar
aufwärts
Gew.-ppmHO current
upwards
Wt. Ppm
abwärts
Gew.-ppmHO current
down
Ppm by weight
aufwärtsupwards
300 I.
300
CO
00LJ
CO
00
NJ
^^cn
NJ
^^
6
Herstellung, eines faserigen ffatal^aatpra6th
Manufacture , e in it fibrous en ffatal ^ aatpra
Zireonoxi&~und Aluminiumoxidfasern wurden hergestellt, wie es in der "britischen Patentanmeldung 22909/70 beachrieben ist« Auf diese Weiae wurden verschiedene Lösungen von polymeren basischen Zircon- oder Ohromsalsen hergestellt» di® Stabilisatoren, Salze von katalytischen Metallen und kleinere Meng© organischer Polymere» wie z.B. hochmolekularen Polyvinylalkohol, Polyäthylenoxid oder Polyvinylpyrrolidon» enthielten* Die Lösungen wurden auf die Viskosität eingestellt," die zum Spinnen durch das Extruaions/LuftschwaGhungs-"Verfahren erforderlich ist, welche im allgemeinen im Bereich von 5bis 20 Poise liegt, und die ungebrannten fasern wurden auf einem Drahtnets oder auf laufenden Bandern gesammelt« Diese Fasern wurden bei 100 bis 150°C getrocknet und bei Temperaturen bis zu 10000C gebrannt, um im wesentlichen schußfreie Fasern mit Durchmessern im Bereich von 1 bis 4yit in Form von weichen flexiblen Decken herzustellen.Zireonoxi & ~ and aluminum oxide fibers were produced as described in the "British patent application 22909/70" In this way various solutions of polymeric basic zirconium or odoriferous salts were produced "stabilizers, salts of catalytic metals and smaller quantities of organic polymers" such as high molecular weight polyvinyl alcohol, polyethylene oxide or polyvinylpyrrolidone collected on a wire Nets or current RIBBONS "These fibers were fired at 100 dried to 150 ° C and at temperatures up to 1000 0 C to produce substantially shot free fibers with diameters in the range of 1 to 4yit in the form of soft flexible blankets.
Ein Faserkatalysator auf der Basis von Zirconoxid, wie.er in den Versuchen 1 bis 29 (Tabelle 4) verwendet wurde, wurde aus den folgenden Komponenten hergestellt:A fiber catalyst based on zirconium oxide, wie.er used in experiments 1 to 29 (Table 4) was made from the following components:
1. Lösung von basischem Zirconacetat1. Solution of basic zirconium acetate
Ex Magnesium Electron Limited 22 Gew«-%Ex Magnesium Electron Limited 22% by weight
2. Lösung von seltenen Erdchloriden Pulver aus seltenen Erdoxiden Lösung von seltenen Erdnitraten2. Solution of rare earth chlorides Powder made from rare earth oxides Solution of rare earth nitrates
wie in Tabelle 4 gezeigtas shown in Table 4
YttriumoxidYttria
Ex Thorium LimitedEx Thorium Limited
Polyäthylenoxidpulver MolekulargewichtPolyethylene oxide powder molecular weight
Ex Union Carbide Corporation 300.000Ex Union Carbide Corporation 300,000
2 0 9852/05792 0 9852/0579
4. tJbergangsaetallchloride analytisclier Reinheit Chloroplatinsäure Hutheniumchlorid Ex British Drug Houses limited4. Transitional metal chlorides of analytical purity Chloroplatinic acid huthenium chloride Ex British Drug Houses limited
Die seltenen Erdoxide und die daraus hergestellten Chloride enthielten 60% Tttriumoxid. Ausreichende seltene Erdsalse oder Tttriümsalze oder «-oxide wurden in eines kleinen Überschuß Salzsäure aufgelöst und mit der ZirconacetatlSsung gemischt, so daS der seltene Erdoxidgehalt 7 Gew.~%, bezogen auf den Zirconoxldgehalt, betrug, damit die fertigen gebrannten Fasern in der tetragonalen For* stabilisiert wurden· Die Lösungen wurden alt einer Lösung von Polyäthylenoxid gemischt, um einen Gehalt an organischem Polymer von 2 (Sew·-9»« bezogen auf den Zirconoxidgehalt, zu erzielen* vaaä die Lösungen wurden eingedampft, bis eine Viskosität von annähernd 10 Poise erhalten worden war* Die Salze der katalytlachen Elemente wurden in Porm von Chloriden oder litriden entweder vor oder nach der Verdampfung aufgelöst, so daß die gewünschte Xonsentration an latalyaator in dem fasern erhalten wurde, wie es in Tabelle 4 angegeben ist« JLLternatir wurden ähnliche lösungen dadurch hergestellt, daß Zirconcarbonat, ex Ifagnesium Electron Limited, direkt in ELeesslg aufgelöst wurde, wobei auch die anderen Komponenten als feststoffe zugegeben wurden* Sie lasern wurden bei 100 bis 1500C getrocknet, bei 35O°C gekohlt und 15 aia bis 1/2 st bei 9000C gebrannt. Einige Proben wurden direkt bei 800'C und dann bei 9000C gebrannt. !Faserige Katalysatoren, die Cobalt oder Slckel enthielten« wurden anschließend in einem 1:5 Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff bei TOO0O reduziert, um Bchwarse Fasern herzustellen, die etwas reduziertes Metall enthielten und von denen ein beträchtlicher Anteil des Schwefels (anwesend im ursprünglichen Zirconacetat als Sulfatverunreinigung) in SOm von Schwefelwasserstoff entThe rare earth oxides and the chlorides made from them contained 60% tttrium oxide. Sufficient rare earth salts or oxides were dissolved in a small excess of hydrochloric acid and mixed with the zirconium acetate solution so that the rare earth oxide content was 7% by weight, based on the zirconium oxide content, so that the finished fired fibers had a tetragonal shape. · The solutions were mixed with a solution of polyethylene oxide in order to achieve an organic polymer content of 2 (Sew · -9 »« based on the zirconium oxide content * vaaä the solutions were evaporated until a viscosity of approximately 10 poise was obtained The salts of the catalytic elements were dissolved in the form of chlorides or nitrides either before or after evaporation, so that the desired concentration of latalyaator in the fibers was obtained, as shown in Table 4. Similar solutions were thereby prepared that zirconium carbonate, ex Ifagnesium Electron Limited, was dissolved directly in ELeesslg, whereby also di e other components were added as solids * They were lase dried at 100 to 150 0 C, carbonated at 35O ° C and 15 aia to 1/2 st fired at 900 0 C. Some samples were fired directly at 800'C and then at 900 0 C. Fibrous catalysts containing cobalt or slckel were then reduced in a 1: 5 mixture of hydrogen and nitrogen at TOO 0 O to produce black fibers which contained some reduced metal and of which a considerable proportion of the sulfur (present in the original Zirconium acetate as sulphate impurity) in SOm of hydrogen sulphide ent
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worden war. Die Zirconoxldfasern besaßen eine Oberfläche imhad been. The zirconium oxide fibers had a surface in
Bereich von 0,5 bis 40 m /g vor dem Gebrauch. Sie fiel nach mehrwöchigem Gebrauch bei Temperaturen bis zu 90O0C in synthetischen Abgasen im allgemeinen auf 0,5 bis 20 m /g. Die Kristallitgröße des tetragonalen Zirconoxids, gemessen durch Röntgenstrahl enbeugung, lag im Bereich von 200 bis 600 £, wobei das Porenvolumen im Bereich von 0,01 bis 0,06 cm^/g lag*Range from 0.5 to 40 m / g before use. After several weeks of use at temperatures of up to 90O 0 C in synthetic exhaust gases, it generally fell to 0.5 to 20 m / g. The crystallite size of the tetragonal zirconium oxide, measured by X-ray diffraction, ranged from 200 to 600 pounds with the pore volume ranged from 0.01 to 0.06 cm ^ / g *
Faserkatalysatoren auf Aluminiumoxidbasis wurden aus Lösungen von Aluminiumoxychlorid mit einem AliCl-Verhältnis von annähernd 2:1 hergestellt· Die Oxyohloridlösung wurde durch Auflösung von Aluminiummetall in Salzsäure hergestellt« wobei sich Vaseerstoff entwickelte. Die erhaltene Lösung wurde mit katalytiechen Salzen gemischt, so daß die in Tabelle 4 angegebenen Zusammensetzungen erhalten wurden« und außerdem wurde ausreichend Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon aufgelöst, so daß eine Polymerkonzentration von 6 Gew>-%, bezogen auf den Aluminiumoxidgehalt, erzielt wurde· Die Lösungen wurden auf eine Viskosität von 20 Poise eingestellt und durch das Extrusions/Luftachwächunga-Verfahren gesponnen, um Fasern mit einem mittleren Durchmesser von 3/* herzustellen. Die Fasern wurden kurz getrocknet und ixt einen Ofen eingebracht, der eine Dampfatmosphäre mit 35O°C enthielt. Nach 15 min bei 35O°C wurden die Fasern in Luft 15 min lang bei 9000C gebrannt, wobei starke flexible Fasern erhalten wurden· Die Oberflächen der Aluminiumoxid«· fasern lagen im Bereich von 5 bis 150 m /g. Nach den Gebrauch lagen die Oberflächen im allgemeinen im Bereich von 40 bis 70 m /g. Die Porenvolumina betrugen 0,01 bis 0#Ö7 cer/g· RÖntgenstrahlenbeugung zeigte, daß die bei 8000C hergestellten Fasern weitgehend amorph waren, daß aber das Aluminiumoxiddiagramm sich »it Spuren von chi-Alueiniumoxid langsam mit der Zeit bei 600 bis SOO0C oder rasch bei 9000C entwickelte,Alumina-based fiber catalysts were made from solutions of aluminum oxychloride with an AlCl ratio of approximately 2: 1. The oxychloride solution was made by dissolving aluminum metal in hydrochloric acid, which developed vase cloth. The resulting solution was mixed with catalytic salts so that the compositions shown in Table 4 were obtained, and sufficient polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone was also dissolved so that a polymer concentration of 6% by weight based on the alumina content was obtained. The solutions were adjusted to a viscosity of 20 poise and spun by the extrusion / air wax method to produce fibers having an average diameter of 3 / *. The fibers were briefly dried and placed in an oven containing a steam atmosphere at 350.degree. After 15 minutes at 35O ° C, the fibers were fired in air for 15 minutes at 900 0 C, whereby strong flexible fibers were obtained · The surfaces of the alumina "· fibers were in the range of 5 to 150 m / g. After use, the surface areas ranged generally from 40 to 70 m / g. The pore volumes were 0.01 to 0 # OE7 cer / g · X-ray diffraction showed that the fibers produced at 800 0 C were largely amorphous, but that the alumina chart, "it traces of chi Alueiniumoxid slowly with time at 600 to SOO 0 C or rapidly developed at 900 ° C,
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so daß eine durchschnittliche Krist&llitgröße im Bereich von 50 bis 200 S entstand.so that an average crystal size in the range from 50 to 200 S.
Die faserigen Katalysatoren wurden unter Verwendung von synthetischen Abgasgemischen getestet, die Stickoxid, Kohlenmonoxidf Wasserstoff, Methan* Toluol» Sauerstoff, Stickstoff und Dampf enthielten. Die Katalysatoren wurden mit zwei Gaazusammensetzungen geprüft9 welche Luft/Brennstoff -Verhältnissen (L/B-Verhältnisse) von 13 und 14 entsprachen» Die beiden verwendeten L/B-Verhältnisse sind in Tabelle 4 definiert. Veränderungen in der Beschickungsgeschwindigkeit um den gewünschten Nominalwert wurden laufend während eines Versuche festgehalten; und die beobachteten Bereiche für die verschiedenen Gase in der Tabelle 3 angegeben· The fibrous catalysts were tested using synthetic exhaust gas mixtures, toluene * »oxygen, nitrogen and steam containing the nitrogen oxide, carbon monoxide f hydrogen, methane. The catalysts were tested with two gas compositions 9 which corresponded to air / fuel ratios (L / B ratios) of 13 and 14. The two L / B ratios used are defined in Table 4. Changes in the feed rate around the desired nominal value were recorded continuously during an experiment ; and the observed ranges for the various gases are given in Table 3
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2219Λ252219Λ25
β 13β 13
ÖOSO
ÖO
Or/?) nominal concentration
Or /?)
2,0-2,3% ,1800-240Qppm
2.0-2.3%,
0,25%200 ppm
0.25%
* la fliesen 2?ε1* la tiles 2? ε1
-2098S7/-Q579-2098S7 / -Q579
Die Testvorrichtung bestand aus üblichen integralen Durchflußreaktoren« Pie Analyse erfolgte in erster Linie durch Gaschromatographie. Die Stickoxidkonzentrationen wurden durch einen chemilumineszenz Analysator gemessen« außer in den Fällen, in denen ein nicht-dispersiver Infrarotanalysator verwendet wurde. Keines der Instrumente zeigte unter den Analysebedingungen eine wesentliche Empfindlichkeit für Ammoniak. Es gab also keinerlei Fehler auf Grund der Anwesenheit von Ammoniak ia Gasstrom.The test device consisted of conventional integral flow reactors «Pie analysis was carried out primarily through Gas chromatography. The nitric oxide concentrations were measured by a chemiluminescence analyzer «except in cases where a non-dispersive infrared analyzer has been used. None of the instruments showed substantial sensitivity to ammonia under the analytical conditions. So there were no errors whatsoever the presence of ammonia ia gas flow.
Die prozentuale NO-Umwandlung wird durch den folgenden Ausdruck definiert: prozentuale HO-Umwandlung * ( Πίθ] )|)eecjliokt"' ^* ausgetreten) χ 100The percent NO conversion is defined by the following expression: percent HO conversion * (Πίθ]) | ) eec j l iokt "'^ * stepped out) χ 100
beschickt worin |_NÖ]die Konzentration des NO im Gasstrom ist*charged where | _NÖ] is the concentration of NO in the gas stream *
Die Selektivität des Katalysators für die Erzeugung von Ammoniak ist angegeben, wenn die Resultate zur Verfügung standen* Sie ist wie folgt definiert}The selectivity of the catalyst for the production of ammonia is indicated when the results are available stood * It is defined as follows}
^^ausgetreten^^ resigned
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BettpackungBed pack
Die Fasern wurden entweder in die Reaktoren in Form eines stark komprimierten Kissens (in Täte.LIe 4 durch * angezeigt) eingepackt* oder sie wurden in Wasser aufgeschlämmtT wobei gegebenenfalle auch Verdünnungsfasern verwendet wurden. Im letzteren Fall wurden die Fasern mit Wasser in einem Veflüssiger zusammengemischt, der 60 bis 120 sek betrieben wurde» Die Aufschlämmung wurde dann dem Reaktor zugeführt, und das Wasser wurde abgesaugt, um das Kissen zu verdichten«The fibers were either packed into the reactors in the form of a highly compressed cushion (indicated by * in Tate.LIe 4) * or they were slurried in water T, where appropriate, diluent fibers were also used. In the latter case, the fibers were mixed together with water in a liquefier which was operated for 60 to 120 seconds "The slurry was then fed into the reactor and the water was sucked off to compact the cushion"
Die stündliche Gasraumgeschwindigkeit (SGRG) ist definiert als das Volumen des Gases, gemessen bei Standardtemparatur und Druckt welches durch ein Einheitsvolumen dea im Bett vorhandenen faserigen Katalysators in einer Stunde hindurch« geht* Dabei wird angenommen,#daß Verdünnungsfaeern und der Faaerkatalysator die gleiche Packungedichte aufweisen«The gas hourly space velocity (SGRG) is defined as the volume of gas, measured at Standardtemparatur and prints obtained by a unit volume dea in bed existing fibrous catalyst in one hour through "goes * It is assumed # that Verdünnungsfaeern and Faaerkatalysator have the same Packungedichte «
209ÖS2/0S79209ÖS2 / 0S79
6ASU/ZS86Q26ASU / ZS86Q2
CTkCTk
VJIVJI
VXVX
(vT α *;(vT α *;
χα ro αχα ro α
"ο"ο
(V) (V)(V) (V)
Zusammensetzung des faserigen Katalysators (Gew#-# katalytisches Mittel, bezogen auf die. zuletzt genannte KomponenteComposition of the fibrous catalyst (wt # - # catalytic agent, based on the. last named component
oberfläche nach Qe~surface according to Qe ~
A VM ©A VM ©
brauchneed
(■Ve)(■ Ve)
fV)fV)
8 I8 I. Gewicht der katalytiechen Paser (g)Weight of the catalytic fiber (g)
I I Gewicht der Verdünnungefaser (g) II Weight of the dilution fiber (g)
ο ο οο ο ο
VH Vp 1*VH Vp 1 *
O OO O
σ»σ »
SBBSBB
roro
ο1 ο 1 SGHG (et*"1)SGHG (et * " 1 )
« * IS«* IS
vnvn
VJIVJI
Kohlenwasserstoffumwandlung (%)Hydrocarbon conversion (%)
si c· ©si c ©
8 88 8
VjiVji
V*V *
_!k _i -i VJl VJ4 VjJ_! k _i -i VJl VJ4 PYY
I II I
I II I
ο*ο *
Amraoniakselektivität Ammonia selectivity
c tec te OOOO erhe SJSJ
<v<v
ißeat
ι 7th
ι
ZrO2 2 3 3% Μ / 1% BaZl 0 O x /
ZrO 2 2 3
ZrO2 3% ffi / 1% CuZEElJZ
ZrO 2
2% CuZ2% WiZRENZ
ZrO2 I.
2% CuZ2% WiZRENZ
ZrO 2
EuZEEOZZrO2 3% NiZi # CuZO, 1%
EuZEEOZZrO 2
I4.1
I.
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ro cnro cn
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UN UNU.N. U.N.
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KN KNKN KN
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V *· V * ·
KNKN
I ' II 'I
CVI CMCVI CM
VN OVN O
Cu Cu Ri —Π5Cu Cu Ri —Π5 coco
ZrO2 3% Ρβ / 1% ffo / HEC /
ZrO 2
ZrO2 2 *3% Pe / CaO / 5% AIpO- /
ZrO 2 2 *
ίΙ.50ίΙ.50
0,1% BuZ3% OVAl2O5 0.1% BuZ3% OVAl 2 O 5
34 ,
34
Al2O, 0.1% He / 3% HiZ
Al 2 O,
* « faser als Kissen gepackt* «Fiber packed as a pillow
REO β seltene SrdchlorideREO β rare earth chlorides
REBT * seltene ErdnitrateREBT * rare earth nitrates
REO * seltene ErdoxideREO * rare earth oxides
+ * HDIR-Aaalysator für die NO-Analyse verwendet+ * HDIR eel analyzer used for NO analysis
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