DE2221793A1 - Verfahren zur verminderung der luftverschmutzung durch abgase - Google Patents

Description

Hamburg, den 2. Mai 1972

Neuanmeldung

Anmelder: QUESTOR corporation Anwaltsakte: 23 569

Verfahren zur Verminderung der Luftverschmutzung durch

Abgase

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung der Emission von schädlichen Substanzen durch Abgase« die bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen entstehen, in die Atmosphäre abgeleitet werden und zur Luftverschmutzung führen· Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ein Weg gewiesen, die Luftverschmutzung dadurch geringer zu halten, dass das Abgas, bevor es in die Atmosphäre abgelassen wird, so behandelt wird, dass der Anteil an luftverschmutzenden Bestandteilen darin verringert wird· Insbesondere werden beim erfindungsgemässen Verfahren durch bestimmte konbinierte stufenweise Behandlung in dem Abgas der Anteil an Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, Stickoxyden und anderen Oasen durch Umwandlung in die nicht verschmutzend wirkenden Stoffe Kohlendioxyd, Stickstoff, Wasserdampf und sonstige Gase verringert oder vollständig eliminiert.

Man erkannte, dass eine Quelle der Luftverschmutzung das Ausblasen von bei der Verbrennung von Kohlenstoff-Wasserstoff-Brennstoffen anfallenden Abgasen in die Atmosphäre ist. Es ist bekannt, dass Verbrennungskraftraaschinen Abgase in die Atmosphäre abgeben, die erhebliche Mengen an unerwünschten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd und Stiokoxyden enthalten. Wenn diese unerwünschten Materialien in die Atmosphäre gelangen, führt dies zur Luftverschmutzung. Es sind viele Bemühungen bekannt, dieses Problem der Luftverschmutzung dadurch zu beheben, dass man die Menge an in die Atmosphäre

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gelangenden Abgasen, die unerwünschte Bestandteile enthalten« möglichst niedrig hält oder die Abgabe solcher Abgase an die Atmosphäre gänzlich vermeidet,,

Theoretisch Hesse sich dieses Problem der Luftverschmutzung ausschalten oder wenigstens verringern dadurch, dass nur solche Abgase in die Atmosphäre abgeleitet werden, die nach der vollständigen Verbrennung der Kohlenwasserstoff-Brennstoffe verbleibenj dann wäre das abgeblasene Abgas relativ frei von von Kohlendioxyd, Wasser und Stickstoff verschiedenen Produkten· Jedoch sind die in den Kraftfahrzeugen vorhandenen Verbrennungskraftmaschinen bisher ihrer Konstruktion nach nicht in der Lage, eine so kontinuierlich gleichmässige und relativ vollständige Verbrennung zu ermöglichen, wie sie bei kontinuierlich brennenden Flammen oder ähnlichen Verbrennungsvonlichtungen stattfindet. In einem Kraftfahrzeug, das mit einem Benzinmotor angetrieben wird, laufen innerhalb einer kurzen Zeit eine grosse Anzahl von einzelnen Verbrennungen ab, und zwar wiederholt« um die gewünschte mechanische Energieleistung zu erzielen. Für die Bedienung des Fahrzeugs 1st auch erforderlich, dass der Motor stets startbereit ist, und zwar sowohl im kalten Zustand als im warmem Zustand, dass er im Leerlauf arbeitet, über weite Bereiche einen ruhigen Ausstoss gibt, rasche Beschleunigung und rasche Verzögerung erlaubt, bei mehreren Geschwindigkeiten einen möglichst glelchmässigen Kraftstoffverbrauch hat, und dergleichen mehr. Zu bestimmten Zeiten müssen mehrere dieser Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein, und dies führt zu dem Ergebnis, dass die Motorabgase hinsichtlich ihrer Zusammensetzung in Abhängigkeit von diesen speziellen Anforderungen an den Motor variieren.

Theoretisch benötigt man für die vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen ein stöchiometrisches Verhältnis von Luft und Brennstoff. Es besteht der Wunsch, die Möglichkeit für eine vollständigere Verbrennung innerhalb des

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Motors ausfindig zu machen, so dass ein Abgas resultiert, das nur harmlose Produkte enthält. Die in dieser Richtung angestellten Versuche leiden jedoch unter dem weiteren Problem, dass für die Verbrennung Üblicherwelse Luft benutzt wird und Luft Stickstoff enthält. Unter den verschiedenen Arbeitsbedingungen eines Motors wird dieser Stickstoff zum Teil zu Stickoxyden umgewandelt, die dann mit dem Abgas abgestossen werden und zur Luftverschmutzung beitragen,. Infolgedessen bestehen die Abgase, die von den heute in den Fahrzeugen vorhandenen Motoren, die weitgehend unter unvollständiger Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Brennstoff-Luft-Gemisches arbeiten, abgegeben werden, in unterschiedlichem prozentualen Anteil aus Kohlenmonxyd, unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoff, Stickoxyden und anderen Gasen und enthalten im allgemeinen auch noch verschiedene gasförmige Verbindungen von Schwefel, Blei, Brom, Chlor, Phosphor und andere (diese verschiedenen gasförmigen Verbindungen entstehen, wenn Verunreinigungen vorhanden oder verschiedene Additive in dem verbrannten Brennstoff enthalten sind). Demzufolge wird ein Behandlungsverfahren benötigt, mit dem der Anteil an Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxyd und Stickoxyden in Abgasen aus Verbrennungsmotoren entweder entfernt oder wenigstens auf annehmbare Werte erniedrigt werden kann.

Zu diesem Zweck sind zahlreiche Versuche und Anstrenungen bereits unternommen worden. Einer dieser Versuche besteht darin, von den gebräuchlichen Verbrennungsmotoren zum Antreiben von Fahrzeugen verschiedene Verbrennungs-Vorrichtungen zu schaffen. Eine weitere Versuchsrichtung befasst sich damit, die heute auf dem Markt befindlichen Verbrennungsmotoren so abzuändern, dass darin eine vollständigere Verbrennung erfolgt und so den Anteil an luftverschmutzenden Bestandteilen in den Abgasen zu erniedrigen» Weiterhin hat man versuch, das Abgas wenigstens teilweise im Kreis zu führen und zusammen mit dem Luft/Brennstoff-Gemisch wieder einzuspeisen. Dadurch lassen ^ sich die Verbrennungstemperatüren wirksam vermindern, und

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dies führt zur Abnahme der Bildung von Stickoxyden. Andere Versuche laufen in der Richtung, dass Nachverbrennungs-Vorrichtungen, z.B. thermische Reaktoren oder katalytische Konverter eingesetzt werden, um die in dem Abgas vorhandenen oxydierbaren Bestandteile weiter zu oxydieren, oder die darin vorhandenen reduzierbaren Komponenten chemisch zu reduzieren, bevor das Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird. Weitere Versuche laufen auf verschiedene Kombinationen der zuvor genannten Möglichkeiten hinaus. Jedoch ist es bisher nicht gelungen, die anstehenden Probleme in einer technisch verwertbaren Weise zu lösen und die von der Industrie gewünschten und der Regierung angestrebten Standardwerte für die Emission zu erreichen.

Im Hinblick auf das erfindungsgemässe Verfahren sind diejenigen bekannten Versuche von besonderem Interesse, bei denen für Verbrennungsmotoren eine Behandlung der Abgase durch Oxydation und/oder chemische Reduktion in Vorschlag gebracht worden ist. Dafür seien folgende Beispiele angeführtt Amerikanische Patentschrift 3,220,179, Bloomfield, in der eine kataly tische Nachverbrennungsvorrichtung zur Reinigung von aus Verbrennungskraftmaschinen stammenden Abgasen beschrieben ist. Die Vorrichtung arbeitet so, dass, ausgenommen während des Dauerbetriebs, atmosphärische Luft dem Abgas beigegeben wird, bevor dieses über einen Katalysator geführt wird. Die Luftzuführung 1st so gesteuert, dass eine Nachverbrennungswirkung erreicht wird, mit der die Verbrennung von unverbrannten Substanzen in dem Abgas gefördert wird. Der Katalysator dient dazu, die Verbrennung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und anderen schädlichen Fraktionen zu beschleunigen. Der Katalysator arbeitet, wenn während des Dauerbetriebs keine Luft beigegeben wird, in einer für den Oxydations-Reduktions-Vorgang günstigen Umgebung mit niedrigem Sauerstoffgehalt, und dabei reagiert das Kohlenmonoxyd mit Stickoxyden, und es entstdt Kohlendioxyd und Stickstoff. Unter den Betriebsbedingungen,

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unter denen luft zugeführt wird« wirkt derselbe Katalysator in Anwesenheit dieser zusätzlichen Luft als Katalysator für die Verbindung von Sauerstoff mit Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen.

Die amerikanische Patentschrift Nr. 3*581,490, Morris, be» trifft ein Behandlungsverfahren für Abgas, bei dem die Stickoxyde in de* Abgas in Anwesenheit eines Katalysators durch Kohlenmonoxyd reduziert werden, und das so behandelte Abgas einer Oxydation, unter Zugabe von Luft, unterworfen wird, bei der Kohlenaonoxyd und Kohlenwasserstoffe oxydiert wird, und die hohen Temperaturen dieses oxydierten Abgases werden eingesetzt, ua dasjenige Abgas vorzuwärmen, das in die für die Stickoxyde vorgesehene katalytische Beduktionszone eingeführt wird.

In der amerikanischen Patentschrift Mr. 3*544,264, Hardison, ist ein zweistufiges katalytisches Behandlungsverfahren für Abgase von Kraftmaschinen beschrieben, bei dem der helsse Abgase trom ohne Abkühlung und ohne Zusatz von luft durch ein® erste katalytische Abteilung geführt wird, in der die Stickoxyde reduziert werden, und dann dem daraus resultierenden Strom Luft zugemischt wird, und dieser durch eine zweite Katalysators tufe geführt wird, in der eine vollständigere Oxydation von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen bewirkt wird.

In der amerikanischen Patentschrift Nr. 3,406,515, Behrens, ist ein einem katalytlschen Reaktor vorgeschaltetes Nachverbrennungssystem für ein Abgas beschrieben. Eine stromabwärts benachbart zu den Auspuffventilen vorgesehene regulierte Luftzuführung In wenigstens stöehiometrlsehem Verhältnis bewirkt eine wenigstens 3Q£ige Umwandlung der anfSnglloh in den Abgasen vorhandenen Kohlenwasserstoff-Anteilen, bevor diese in den katalytischen Reaktor gelangen, In d«m durch eine katalytische Nachverbrennung der Anteil an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen noch weiter vermindert ΐ-jird· Es ist eine

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tung vorgesehen, durch die, wenn die Temperatur an dem Katalysator 870⁰C übersteigt, das Gas durch eine Nebenleitung zu den Katalysatorbett geleitet werden kann, damit dessen Temperatur wieder niedriger wird.

Es Interessieren hler auch Verfahren einer thermischen Nachverbrennung, bei denen Luft oder ein oxydierendes Medium an den Ventilöffnungen vor einem katalytischen Reaktor eingeleitet wird, wie sie beispielsweise beschrieben sind in den amerikanischen Patentschriften 3,247,666, 3,402,550 und 3,247,665 Behrens, und in der amerikanischen Patentschrift Nr.3,495950 Barber u.Mitarb· Weitere bekannte Verfahren der in Rede stehenden Art finden sich in zahlreichen verschiedenen Veröffentlichungen, beispielsweise in den Publikationen Nr. 710289, 710291, 710293 und 720209 "Society of Automotive Engineers". Der Stand der Technik auf diesem Gebiet ist sehr vielseitig, und es sind nur einige der bekannten Verfahren erwähnt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisherigen Verfuhren zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch eine Behandlungsmethode für Abgase aus einer unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, die dadurch gekennzeichnet 1st, dass sie aus den folgenden Verfahrens schi'it ten in der angegebenen Reihenfolge besteht: Oxydation eines Anteils der insgesamt vorhandenen oxydierbaren Bestandteile, Verminderung des Gehaltes an Stickoxyden in dem Abgas durch chemische Reduktion bei erhöhter Temperatur, und weitere Oxydation der verbliebenen oxydierbaren Bestandteile in dem Abgas bis auf einen annehmbaren Gehalt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders brauchbar zur Anwendung bei Motorfahrzeugen mit mittels Kohlenwasserstoff-Brennstoffen betriebenen Verbrennungskraftmaschinen und hat den Vorteil, dass die Emission von schädlichen Substanzen aus einem aus der unvollständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes stammenden Abgas verringert ist.

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Das erfindungsgemMsse Verfahren« bei dem die gasförmigen Auspuff produkte, die bei der unvollständigen Verbrennimg von Kohlenwasserstoff -Brennstoffen anfallen, behandelt werden, und das im wesentlichen aus einer Kombination einer Stufenhehandlung besteht, wird nachstehend im einzelnen näher erläutert, und dabei werden die Reihenfolge der nacheinander durchzuftüi·· renden Verfahrensstufen, die zahlereichen VerfaSarensparaaeter und die Verfahrenseinzeiheiten im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnung erläutert und in Beispielen illustriert,, In der Zeichnung zeigen:
Pig. 1 ein schematiseh.es Fließbild für dass erfimdungs» gemässe Verfahren,

Fig. 2 schematisch eine für die Durchführung des erfia» dungsgemässen Verfahrens brauchbar® Vorrichtung, Pig· 3 einen Schnitt nach 3-3 der Fig_e 2, Fig. 4 eine graphische Darstellung der am Äbgasrohr festgestellten Verminderung der in den Einlaß zu der PMR-Einriohtung eintretenden Stickstoffoxyden in Relation zu der in der ersten Verfahrensstufe zugeführten Luftmenge und der Gehalte an Sauerstoff und Kohlenmonoxyd in dem der FfSR-Einriehtung zugeführten Abgas, wie dies im nachstehenden Beispiel 2 beschrieben ist, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Luftzufluflgeschwindigkeit zu den Stufen 1 und 3 des erfindungsgemäs« sen Verfahrens, wie dies nachstehend in Beispiel 3 beschrieben ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich allgemein gesagt als ein Verfahren zur Behandlung von aus einer unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen abgehenden gasförmigen Produkten mittels aufeinander folgender Verfahrensstufen von limitierter Oxydation, chemischer Reduktion und Oxydation beschreiben. Es wird bfim erfindungsgeeässen Verfahren ein solches Abgas aus der unvollständigen Verbren-

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nung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen den folgenden Verfahrensstufen unterworfen: (1) Es wird zunächst ein Anteil der insgesamt in den Abgas vorhandenen oxydierbaren Bestandteile oxydiert, ohne dass dabei der Kohlenmonoxyd-Gehalt des Abgases vollständig verbraucht wird, und diese Oxydation erfolgt durch Zuführung einer entsprechend wirksamen Menge eines sauerstoff haltigen Gases zu dem Abgasj (2) danach wird das Abgas einer solchen Umgebung (die im einzelnen nachstehend beschrieben werden wird) ausgesetzt, dass die Stickoxyde in dem Abgas zu Stickstoff chemisch reduziert werden, und ein zusätzlicher Anteil des Kohlenmonoxyds und Wasserstoffs in dem Abgas zu Kohlendioxyd bzw. Wasser oxydiert; (^) anschliessend wird das Abgas der Einwirkung eines säuerstoffenthaltenden Gases in einer mindestens solchen effektiven Menge ausgesetzt, dass die restlichen in dem Gas verbliebenen oxydierbaren Bestandteile oxydiert werden.

In der vorliegenden Beschreibung wird wiederholt der Ausdruck chemische Reduktion verwendet. Unter diesem Begriff wird vorliegend eine Reduktion im klassjachen chemischem Sinn, d.h. eine Erniedrigung einer Wertigkeit, verstanden. So ist beispielsweise in dieser Beschreibung wiederholt von der Reduktion der Stickoxyde die Rede. Bei der Reduktion von Stickstoffoxyd, NO, zu Stickstoff wird die +2-Wertigkeit des Stickstoffs auf die O-Wertlgkeit geändert. Dies ist ein Beispiel für eine Reduktion im klassischen chemischen Sinn, wie sie an Stickstoffoxyd stattfindet.

In dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema ist veranschaulicht, dass beim erfindungsgemässen Verfahren ein Abgas aus einer unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen der Reihe nach drei Verfahrensstufen durchläuft und dann als gereinigtes Abgas austritt. Der erster Verfahrensstufe 1 wird ein sauerstoffenthaltendes Gas zugeführt, und zwar in einer so ausreichenden Menge, dass eine limitierte Oxydation der in dem Abgas vorhandenen oxydierbaren Bestandteile bewirkt wird.

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In der zweiten Verfahrensstufe 2 wird dieses teilweise oxydierte Abgas einer chemischen Reduktion unterworfen, wobei katalytisch gearbeitet werden kann. In der dritten Verfahrensstufe 3 wird das aus der zweiten Stufe könnende behandelte Abgas mit einem süaerstoffenthaltenden Gas zusammengebracht, und es wird eine weitere Oxydation vorgenommen, bei der die noch in dem behandelten Gas verbliebenen oxydierbaren Bestandteile vollständig entfernt oder deren Gehalt in dem Gas weiter vermindert wird.

In den Fig. 2 und 3 ist eine für die Durchführung des erflndungsgemässen Verfahrens brauchbare Vorrichtung veranschaulicht. Es ist eine Verbrennungskraftmaschine 10 vom Typ einer Kolben-Brennkraftmaschine dargestellt, die einen Zylinderblock 11 und einen Zylinderkopf 12 aufweist. Neben dem Zylinderkopf 12 ist ein hohler länglicher Rohrreaktor 13 angeordnet, der ein Flansehbleeh 14 und eine Mehrzahl von Rohren 15, 16 und 17, mit denen der Reaktor 13 mit dem Flanschblech 14 verbanden ist, aufweist.

Das Flanschblech 14 1st in geeigneter Weise (nicht gezeigt) an dem Zylinderkopf 12 befestigt. Von dem Zylinderkopf 12 wird Abgas aus den vier Zylindern, die veranschaulicht sind, dem Rohrreaktor 13 zugeführt. FIg, 2 zeigt einen Teil einer V-förmigen acht-Zylinder-Naschine, und eine entsprechende Anordnung von Rohrreaktor 13* Flanschblech 14 und Rohrleitungen 15» 16 und 17 befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine.

Wie dies dargestellt ist, hat der Rohrreaktor 13 Ib allgemeinen zylindrische Form und das Abgas strömt durch die Rohrleitungen 15, 16 und 17 in eine von diesem Reaktor 13 umschlossene inner Zone I. In einem von dem Rohrreaktor 13 einen Abstand haltenden Bereich ist ein Nachverbrennungs-Rohr-Reverter (post-manifold REVEElTER, als PMR bezeichnet) 18 angeordnet. Die für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens

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brauchbare Vorrichtung wird als das Reverter-System bezeichnet, und das erfindungsgemässe Verfahren wird Reverter-Prozess genannt. Die PMR-Einrichtung 18 ist ein Teil des Reverter-Systems. Der Rohrreaktor 13 ist über ein Verbindungsrohr 19 mit der PMR-Elnrichtung 18 verbunden.

Über eine motorgetriebene Luftpumpe 9 wird Luft eingebracht, und diese strömt durch ein Hauptluftzuführungsrohr 20 in und durch eine Mehrzahl von abgezweigten Luftzuleitungsrohren 21, 22, 23 und 24 in die Rohre 15, 16 und 17, wobei durch das Zuleitungsrohr 21 Luft dem Rohr 15, durch die Zuleitungsrohre und 23 Luft dem Rohr 16 und durch das Zuleitungsrohr 24 Luft dem Rohr 17 zugeführt wird. Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens tritt die Luft aus den Zuleitungsrohren 21, 22, 23 und 24 in die Rohre 15, 16 und 17 ein und vermischt sich darin mit den heissen Abgasen aus den Zylindern der Maschine. Dies ist die erste Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens, und es wird erfindungsgemäss dabei eine teilweise Oxydation bewirkt. Die teilweise Oxydation erfolgt vorwiegend in der inneren Zone I des Rohrreaktors 13# wenngleich auch schon ein Teil dieser limitierten Oxydation auf dem vorangehenden Weg innerhalb der Rohre 15, 16 und 17 sowie auch hinter dem Reaktor, beispielsweise innerhalb des VerbindungBrohrs 19 und in der Verbrennungskammer 33 stattfindet.

Mittels der Luftzuführpumpe 9 wird Luft angesaugt und durch ein Luftzuführrohr 26 der PMR-Einrichtung 18 zugeführt. Die Einrichtung 18 ist in rohrförmiger Konfiguration mit einem Rohraussenmantel 27 veranschaulicht. An dem Einströmende der Einrichtung 18 wird behandeltes Abgas aus der Zone I, das durch das Verbindungsrohr 19 zugeleitet wird, in die Einrichtung 18 eingeführt. Dieses Einströmende der Einrichtung 18 ist mit einer Endplatte 28 verschlossen, ausgenommen während der Zeit, in der das Verbindungsrohr 19 zu der Einrichtung 18 hin geöffnet ist. Das Ausströmeinde der Einrichtung 18 ist mit einer Verschlußplatte 29 verschlossen, ausgenommen während der Zeit,

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während eder Abgas durch eine öffnung in das Ausströmrohr geführt werden soll, damit es nach in der Einrichtung 18 erfolgter Behandlung abgezogen werden kann«

In der Einrichtung 18 sind eine Mehrzahl von Platteneinsätsen

31 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind diese perforierten oder aus porösem Material ©der dergleichen bestehenden Platteneinsätze Jl rechtwinklig innerhalb des durch den Hohraussenmantel 27 umschlossenen Gehäuses angeordnet^ sie erstrecken sich bis zur Berührung mit dem Rohraussenaantel 27 und sind daran mittels nicht gezeigter Befestigungseinrichtung. gen befestigt. Sie sitzen Innerhalb der Einrichtung 18. Wem ein spezieller Katalysator verwendet wird, z.B® Kmpfer, dam kann der Katalysator auf der Oberfläche der Plätteneinsätze 31 und/oder auf den inneren Oberflächen der Einrichtung*18 als Überzug vorhanden sein. Pas Luftzuführungsrohr 26 reicht in das von dem Rohraussenmantel 27 umschlossene Gehäuse der Einrichtung 18 herein und ist an einer Stelle nahe den Platteneinsätzen 31 stromabwärts hinter diesen angeordnet. Der Teil

32 des Rohrs 26, der innerhalb dieses von dem Rohraussenmantel 27 umschlossenen Gehäuses sitzt, besteht aus einem perforierten oder aus porösem Material bestehenden Rohr, so dass die Luft sieh innerhalb dieses Gehäuses verteilen kann.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gelangt aus dem Rohrreaktor 13 ausströmendes Abgas durch das Verbindungsrohr 19 in die Einrichtung 18. Innerhalb der Einrichtung 18 strömt das Gas durch die Platteneinsätze 31 und dabei wird die zweite Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens, das ist die chemische Reduktion,- vorgenommen. In Pig. 3 ist eine solche insgesamt als chemische Reduktionszone II bezeichnete Anordnung veranschaulicht, in der die chemische Reduktion vorgenommen wird. Der Hauptanteil der chemischen Reduktion erfolgt nahe oder innerhalb eines von den mehreren Platteneinsätzen 31 begrenzten Bereiches, jedoch kann ein Teil der chemischen Reduk-

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tion auch schon stromaufwärts vor den Platteneinsätzen stattfinden. Das Gas fllesst durch die Platteneinsätze 31 hindurch« tritt durch und aus diesen aus und wird kurz hinter der Austrittsstelle mit durch das perforierte Rohrende 32 des LuftzufUhrungsrohrs 26 eingeführter Luft vermischt. Die eingeführte Luft vermischt sich mit dem ausströmenden Abgas« und dabei beginnt die dritte Verfahrenestufe des erfindungsgemässen Verfahrens« d.h. Oxydation. Die Oxydation erfolgt zur Hauptsache nahe und stromabwärts von dem perforierten Rohrende 32 Innerhalb der Einrichtung 18 und ist insgesamt als Zone III markiert. In einem gewissen Ausmaß gilt die Oxydation auch noch stromabwärts dahinter weiter« so dass ein Teil der Oxydation innerhalb des Ausstrumrohres JQ erfolgt. Beim erflndungsgemässen Verfahren tritt dann aus dem Ausströmrohr 30 ein gereinigtes Abgas aus.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend noch detaillierter anhand einer speziellen Ausführungsform erläutert. Wenn eine mit Benzin als Brennstoff betriebene« funkeninitiierte Verbrennungskraftmaschine unter Bedingungen gefahren wird« bei denen starke Kohlung erfolgt« d.h. mit einem Verhältnis von Luft-Brennstoff in den Verbrennungskammern, das niedriger liegt als das theoretische stöchiometrlsche Verhältnis, das zur vollständigen Verbrennung der vorhandenen Kohlenwasserstoffe zu Kohlendloxyd und Wasser erforderlich 1st, dann enthält das Auspuff-Abgas aus der Maschine einen relativ hohen Anteil (d.h. heisst im Hinblick auf eine Luftverschmutzung) an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd sowie eine beachtliche Menge an Stickoxyden. Das Abgas enthält auch grosse Mengen an Stickstoff und eine relativ grosse Menge an Kohlendloxyd, Wasserdampf, Wasserstoff und eine geringe Menge Sauerstoff. Es wird nun dem Abgas ein sauerstoffenthaltendes Qas, wie beispielsweise Luft, in einer begrenzten Menge, die geringer ist als diejenige, die zur vollständigen Verbrennung der in dem Abgas vorhandenen oxydierbaren Bestandteile erforderlich, zugeführt. Als Ergebnis dieser partiellen

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Oxydation steigt die Temperatur in dem Abgas, beträchtlich an. Danach wird dieses heisse Abgas in eine Umgebung gebracht, in der die Stickoxyde zu Stickstoff reduziert und weiteres Kohlenmonoxyd und Wasserstoff zu Kohlendioxyd bzw. Wasser oxydiert werden (beispielsweise dadurch, dass das Abgas, das sich auf einer Temperatur zwischen 840 und 985⁰C befindet, durch eine Kammer mit aus Edelstahl ,bestehenden Widerstandskörpern geleitet wird). Nachdem das Abgas durch diese Umgebung hindurch geführt worden ist, hat es eine niedrigere Konzentration an Stickoxyden· Danach wird in dieses Abgas ein sauerstoffenthaltendes Gas, wie beispielsweise Luft, in einer solchen Menge eingeführt, dass die noch verbliebenen oxydierbaren Bestandteile im wesentlichen vollständig oxydiert werden· Das resultierende Abgas besteht nun int wesentlichen aus: Stickstoff, Wasserdampf, Kohlendioxyd, Sauerstoff, Wasserstoff und Spuren anderer Gase·

Ohne dass im einzelnen die verschiedenen chemischen Reaktionen, die bei der unvollständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrennstoffee in einer Verbrennungskraftmaschine ablaufen, erläutert werden, genügt es festzustellen, dass ein aus einer solchen Verbrennungskraftmaschine abgegebenes Abgas im allgemeinen unterschiedliche Mengen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Wasserstoff, Wasser, Stickoxyden, Ammoniak, Stickstoff und sonstigen Gasen enthält. Für die Zwecke des erfindungsgemässen Verfahrens sollte die Konzentration des zu behandelnden Abgases zwischen etwa 0,1 und 15 % liegen, bevorzugt zwischen 5 und 10 %, und insbesondere zwischen 7 und 10 ^*

Bei weiterer Verbrennung eines solchen Abgases, beispielsweise bei limitierter Zugabe von Luft unter Verbrennung«bedingungen für das Abgas, laufen sehr wahrscheinlich die nachfolgenden Reaktionen abs

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(1) CO + I/² °2 —^ CO₂ + Wärme

(2) 2HC + 2 1/2 O₂ —* 2 COg + HgO ♦ Wärme (5) H₂ + 1/2 O₂ —A H₂O + Wärme

Damit gleichzetig können möglicherweise auch noch die folgenden Zusatzreaktionen ablaufen:

(4) MO + 2 1/2 H₂ ^ NEL + H₃O + Wärme

(5) CO + H₂O -—* CO₂ + H₂

(6) HC + 2 H₂O -—*' CO₂ + 2 1/2 H₂

(7) 2NH₃ + O₂ -—* 2 NO + 3 H₂ |

und es sind auch noch andere Reaktionen möglich.

In Gleichung (2) und in der weiteren Beschreibung wird der Ausdruck HC als Abkürzung zur Bezeichnung von Kohlenwasserstoff-Molekülen, die aus Wasserstoff- und Kohlenstoff-Atomen bestehen, gebraucht« Die Verwendung dieses Ausdrucks vereinfacht die Gleichungen und macht es unnötig, die speziellen Kohlenwasserstoff-Moleküle jeweils zu erwähnen. Der Ausdruck HC ist aus der Beschreibung des Standes der Technik gebräuchlich.

Der Fachmann weiss, dass als Ergebnis der Umsetzung von Stickoxyden mit Kohlenmonoxid die Konzentration der Stickoxyde in dem anfänglichen Abgas in einem bestimmten Verhältnis zu der Konzentration von Kohlenmonoxyd darin stehen muss. Im allgemeinen beträgt vorzugsweise die Konzentration der Stickoxyde in dem anfänglichen Abgas weniger als 700 ppm, und besonders vorteilhaft weniger als 300 ppm.

Man erkennt, dass die Wärmetönung der einzelnen Reaktionen zusammengenommen Insgesamt exotherm 1st. Daraus folgt, dass der Gehalt an Eigenwärme des Abgases ansteigen wird und eine Temperaturerhöhung in dem Abgas bewüct. Eine Temperaturerhöhung wird in der Praxis festgestellt. Die Gesamtheit der Einzelreaktionen zeigt weiterhin, dass das Abgas nach der teilweisen Oxydation einen niedrigeren Gehalt an Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff und Stickoxyden und einen höheren Gehalt an Kohlendioxyd, Wasser und Stickstoff haben sollte«

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Solche zu erwartenden Zunahmen und Abnahmen werden bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in der Praxis beobachtet. Die wie zuvor beschriebene Behandlung des Abgases durch Zusatz von begrenzten Mengen an sauerstoffenthaltendem Gas, wie beispielsweise Luft, durch die die limitierte Oxydation in dem Abgas bewirkt wird, ist als 1. Verfahrensstufe des erfindungsgemässen Verfahrens bezeichnet.

Anschaulich lässt sich dies zeigen anhand von typischen Zahlenwerten, die nachfolgend angegeben sind und die gewonnen wurden an eine» Abgas, dass das aus der Verbrennung eines Luft/Benzin-Gemisches mit eines 10,1 zu 1 Gew.-Verhältnis in einem stationären Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine resultierende Abgas war, wobei die Zusammensetzung dieses Abgases derjenigen des gleichen Abgases, nachdem es in einer ersten Verfahrensstufe einer limitierten Oxydationsbehandlung unterworfen worden wlr^iSlEellt ist.

	CO	NO	Tabelle I	Abgas	H2	Np	Temp.0C
	(ppm)	(ppm)	Gehalt im	COp	(ppm)	(rf
	84000	93	HC	(JO	318OO	78,1	638
	21000	71	(ppm)	10,9	96OO	81,3	995
1.		256O	15,6
2.		9-39

1. = vor der limitierten Oxydation

2. = nach der limitierten Oxydation (a)

(a) ühkorrigiert hinsichtlich der Verdünnung, die infolge der durch die zugeführte Luft bewirkten Volumenzunahme des Abgases vorlag. Die angegebenen Werte, ausgenommen für Ng nüssen, wenn vergleichbare Mengen erhalten werden sollen, mit 1,14 multipliziert werden. Alle Werte trocken.

Aus den vorstehenden Angaben ist erkennbar, dass die sehr wahrscheinlich während der ersten Verfahrensstufe der limitierten Oxydation beim erfindungsgemässen Verfahren ablaufenden Reak-

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tionen solche sind, wie sie vorstehend in den Gleichungen (1), (2) und (3) angegeben sind, wobei -die Reaktion gemäss Gleichung (2) näher an die Komplettierung heranführt an die anderen beiden in der ersten Verfahrensstufe ablaufenden Reaktionen. Jedoch schliessen die oben genannten Daten die anderen beschriebenen Reaktionen nicht aus, und auch die weiterhin noch erwähnten möglichen Reaktionen laufen gleichzeitig in gewissem Ausmaß mit ab· Wenn das limitiert oxydierte Abgas die erste Stufe des erfindunggemässen Verfahrens, in der die limitierte Oxydation erfolgt, verlässt und in die zweite Stufe des erflndungsgemässen Verfahrens eingeführt wird, laufen wahrscheinlich noch manche der zuvor erwähnten Reaktionen in einem gewissen Ausmaß weiter ab, und Infolgedessen sind möglicherweise manche der Reaktionsgleichgewichte nicht vollständig stabil.

In der zweiten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens werden solche Bedingungen vorgesehen, die in erster Linie zur Verminderung des Gehaltes an Stickoxyden in dem Abgas führen. Diese Bedingungen werden durch physikalische Maßnahmen und Prozess-Parameter und/oder katalytische Maßnahmen eingestellt. Ein Katalysator hat den Zweck, de Gleichgewichtseinstellung bei der einen oder bei den mehreren thermodynamisch möglichen Reaktionen zu beschleunigen. In einem System, in dem mehrere Reaktionen möglich sind, wird durch einen Idealen Katalysator die Gleichgewichtseinstellung nur derjenigen Reaktionen, in denen die gewünschten Produkte gebildet werden, beschleunigt. Es ist bekannt, dass folgende Reaktion durch einen Katalysator beschleunigt werden kann

(8) NO + CO —>l/2 N₂ + CO₂ + Wärme.

Beispielswelse sollten die nachfolgend aufgeführten Reaktionen im Hinblick darauf,beachtet werden, wie Kupfer die Stickstoffoxyd - Kohlenmonoxyd - Reaktion (8) zu katalysieren vermag.

(9) 2NO + 2Cu } 2CuO + N₂ + Wärme

(10) CuO + CO —^ Cu + CO₂ + Wärme

(11) CuO + H₂ —> Cu + H₂O + Wärme .

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Es sind zahlreiche Lehrmeinungen für diese Stickstoffoxyd-Reduktion / Kohlenmonoxyd-Oxydation - Reaktion bekannt und ebensoviele Mechanismen aufgestellt worden» wie. diese Reaktion abläuft und welche Katalysatoren dafür geeignet sind. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind als Katalysatoren insbesondere Netalle und Metalloxyde und Legierungen und Gemische dieser der Gruppen I-B und IV bis VIII des Periodischen Systems, die auf.einem Träger aufgebracht sein können oder ohne Trägermaterial vorliegen können, brauchbar. Einige dieser Kenntnisse sind dem eingangs in dieser Beschreibung diskutierten Stand der Technik schon zu entnehmen. Weitere zusätzliche bekannte Lehren dazu, jedoch nicht diese Lehre' insgesamt, finden sich in der amerikanischen Patentschrift Nr. 3,565,574 sowie in den amerikanischen SAE Publikationen 710291 und 710014, Januar 11-15, 1971.

Edelstahllegierungen sind ebenfalls geeignete Katalysatoren für die Zwecke der vorliegenden Erfindung. Brauchbare Edelstahl-Legierungen und Arten solcher Legierungen sind: G Kräuselfasern aus Monel 400, Siebgewebe aus Monel 400, Siebgewebe aus Inconel 600, Siebgewebe 3O4SS, Siebgewebe Inconel 600 mit Kupferbeaufschlagung, 3O4SS mit Kupferbeaufschlagung, RA 330-Legierung mit und ohne Kupferbeaufsohlagung·

Zu sätzlich dazu lassen sich beim erfindungsgemässen Verfahren auch zusammengesetzte Katalysatoren verwenden, die aus mit Kupferoxyd, Kupfer oder Platin beschichteten Glasfasern bestehen.

Im Vorstehenden sind verschiedene spezifische Legierungen erwähnt, und die Zusammensetzung dieser Legierungen ist in der nachstehenden Tabelle Ia aufgeführt»

Tabelle Ia⁺

Legierung C Ni S Fe Si Cr Cu Mn Inconel 600 0,15 72 0,015 10 0,50 16 0,5 1,0 Monel 400 0,30 66 0,024 2,5 0,50 Rest 2,0

RA 330 0,05 35 0,015 43 1,25 19 1,5

3O4SS 0,08 10 0,030 Rest 1,00 I9 2,0

+Alle Teile in Gew.-* 30 9 843/0756

Es lässt sich feststellen« dass zusätzlich zu der am »eisten wahrscheinlichen Reaktion (8), d.h. der katalytischen Reduktion von Stickstoffoxyd durch Kohlenmonoxyd, andere Reaktionen möglich sind, einschliesslich der katalytischen Reduktionen von Stickstoffoxyd durch Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff (unten angegebene Reaktionen (12) und (13)). Auch besteht in Anwesenheit der für die Reaktion (8) bruaehbaren Katalysatoren und insbesondere dann, wenn Wässer vorhanden ist« eine grosse Wahrscheinlichkeit« dass durch die Wasser-Gas-Verschiebungsreaktion (5)« in der Kohlenmonoxyd mitwirkt« ein direkter Einfluss ausgeübt wird.

(12) 2 MO + HC —> N₂ + CO₂ + 1/2 H

(13) NO + H₂ > 1/2 N₂ + H₂O .

Wie in der ersten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens laufen sehr wahrscheinlich auch in der zweiten Stufe mehrere der Reaktionen nebeneinander ab. Für die Wahrscheinlichkeit« dass die Reaktion (8) bevorzugt abläuft (und dem entsprechend die Reaktion (9) und (10) und (11), wenn ein Kupferkatalysator benutzt wird), ist die beobachtete geringe freiwerdende Wärme ein Anzeichen« d.h. der geringe Temperaturanstieg in dem Abgas, wenn dieses durch die in der zweiten Stufe zu durchlaufende Reaktionszone geführt wird. Auch spricht für den Ablauf dieser Reaktionen« dass in der zweiten Verfahrensstufe eine beachtliche Verminderung des Anteils an Stickoxyden erfolgt. Nachstehend wird eine für die Wirkung der zweiten Verfahrensstufe beim erfindungsgemässen Verfahren typische Datenzusammenstellung gegeben« in der einerseits die Zusammensetzung eines Abgases nach der limitierten Oxydation und bei seinem Eintritt in die zweite Verfahrensstufe und andererseits nach dem Austritt aus der zweiten Verfahrensstufe aufgeführt sind.

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Tabelle II
Gehalt In dem Abgas

CO NO HC CO₀ O₀ H₀ N₀ H₀O NH, Temp,

(ppm) (ppm) (ppm) (^)² {<fi (&)(*? #)(p3«) ⁵C

1. 21000 71 · 9 - 39 15,6 1,3 9600 81,3 11*0 0,5

2. 14000 5 12 15,2 0,8 3900 82,0 13,1 1,6 1010

1. = Beim Eintritt in die zweite Verfahrensstufe (++) 2.= Nach dem Austritt aus der zweiten Verfahrensstufe (++)

⁺ Aus der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoff und nach limitierter Oxydation in der ersten Verfahrensstufe. ·

ünkorrigiert hinsichtlich der Verdünnung, die infolge der in der ersten Verfahrensstufe zugeführten Luft und dadurch bedingte Voluraenzunahne vorlag· Um die Vergleichsmengen zu erhalten, muss, ausgenommen für Stickstoff und Sauerstoff, mit I,l4 multipliziert werden. Alle Werte trocken, ausgenommen

Wahrscheinlich gehen, nachdem das limitiert oxydierte und che misch reduzierte Abgas die zweite Verfahrensstufe des erflndungsgemässen Verfahrens verlassen und in die dritte Verfahrensstufe des erflndungsgemässen Verfahrens eingetreten ist, eine beachtliche Zahl der zuvor aufgeführten Reaktionen noch in einem gewissen Ausmaß weiter, und wahrscheinlich sind manche Reaktionsgleichgewichte noch nicht vollständig stabil.

Beim Verlassen der zweiten Reaktionsstufe und kurz dahinter wird Luft dem Abgas zugeführt, und die "darauffolgende dritte Verfahrensstufe des erfindungsgemässen Verfahrens läuft ab· Infolge des Sauerstoffgehaltes in der zugeführten Luft werden wahrscheinlich die durch die Gleichungen (l) und (3) beschriebenen Oxydationsreaktionen ablaufen. Die Reaktion der Gleichung (2) erfolgt wahrscheinlich auch in einem gewissen Ausmaß, obgleich die Analysen zeigen, dass nur wenig zu oxy-

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dierender Kohlenwasser&off noch vorhanden ist. Ähnlich wie bei den anderen Reaktionsstufen laufen in einem gewissen Ausmaß beim Eintritt des Abgases in die dritte Reaktionsstufe und während der dritten Reaktionsstufe noch verschiedene der schon erwähnten Reaktionen und noch andere nicht erwähnte ab, bei denen die Reaktionsgleichgewichte noch nicht vollständig eingestellt sind. Von besonderer Bedeutung ist eine Wahrscheinlichkeit, dass die Wasser-Gas-Verschiebungsgleichung (5) eine wichtige Rolle bei der merklichen "Verminderung des Gehaltes an oxydierbaren Bestandteilen spielt» Analytische Daten der Zusammensetzung des Gases an verschiedenen Stellen in Strömungsrichtung hinter der limitierten Oxydation offenbaren, dass die relativen Mengen an Kohlenmonoxid;, Wasser, Kohlendioxyd und Wasserstoff nahe angenähert den Verhältnissen gelegen sind, die der Gleichgewichtskonstanten der Wasser-Gas-Verschiebegleichung (5) genügen. Sehr wahrscheinlich laufen überwiegend die Reaktionen der Gleichungen (l), (J>) und (5) in der dritten Verfahrensstufe des erfindungsgeoiässen Verfahrens ab. Diese zuvor gegebene Erklärung stützt sich auf eine experimentelle Ermittlung von typischen und representativen Daten eines limitiert oxydierten und ehemisch reduzierten Abgases kurz vor der Stel-.Ie, an der in der dritten Stufe Luft eingesprüht wird, sowie an einer Stelle in Strömungsrichtung hinter der Luftelnsprühung. Diese Daten sind in Tabelle III aufgeführt.

	CO (ppm)	32	Tabelle	III	H2 (ppm)	N (*)	2	Temp. OC
	*	Gehalt in	dem Abgas	3900	82	,0	1010
	NO HC (ppm) (ppm)	CO0 O0	700	81	,5	865
Beim Eintritt in d. 3. Verf (a)	5 12	15,2 0,8
Am Abgasrohr auslaß (b)	12 0	14,5 4,1

⁺ Aus der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen nach der ersten und nach der- zweiten Verfahrensstufe.

(a) Unkorrigiert hinslchtlicii der Verdünnung, die infolge der in der ersten Verfahrensstufe sugeführten Luft und dadurch

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- 21 Tabelle III (Ports.)

bedingte Voluiaenzunahme vorlag. Um die Vergleichsmengen zu erhalten, muss, ausgenommen für Stickstoff und Sauerstoff, mit 1,14 multipliziert werden. Alle Werte in dieser Tabelle sind Trockenwerte.

(b) Unkorrigierte Werte hinsichtlich der Verdünnung, die infolge der in der ersten und dritten Verfahrensstufe zugeführten Luft bedingten Verdünnung vorlag. Um die Vergleichsmengen zu erhalten, muss, ausgenommen für Stickstoff und Sauerstoff, mit 1,3 multipliziert werden.

Bei der Durchführung des erfindungsggmässen Verfahrens sind eine Anzahl von Verfahrensparameter und Faktoren wichtig, insbesondere für eine optimale Wirkung und eine bevorzugte Durchführungsform des Verfahrens. Von Bedeutung ist, dass das Abgas behandelt wird, wie es aus der unvollständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes erzeugt ist, oder wenigstens dass das mit dem erfindungsgemässen Verfahren behandelte Abgas seiner Natur und Zusammensetzung nach solchen aus der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen anfallenden Abgasen entspricht.

Das behandelte Abgas, gleichgültig aus welcher Quelle es stammt, enthält Kohlenmonoxyd und Stickoxyde und ganz allgemein auch Kohlenwasserstoffe, da dies die speziellen Bestandteile sind, die mittels des erfindungsgemässen Verfahrens entfernt und/oder vermindert werden sollen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch dann noch anwendbar, wenn die Mengen an diesen drei Bestandteilen in dem Abgas in weitem Bereich variieren. Im allgemeinen ist von diesen drei Bestandteilen Kohlenmonoxyd in der grössten Menge vorhanden, die nächstgrösste Menge besteht· aus vorhandenem Kohlenwasserstoff, und in der niedrigsten Menge sind Stickoxyde anwesend.

Ausgenommen Kohlenraonoxyd und möglicherweise Wasserstoff sind die speziellen relativen verschiedenen Mengenant^ile dieser Bestandteile in dem Abgas vergleichsweise unwichtig, solange die

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Mengen an vorhandenen oxydierbaren Bestandteilen wenigstens annähernd so gross sind, dass bei deren Verbrennung eine so ausreichende Reaktionswärme frei wird, dass der Wärmeinhalt des zu behandelnden Abgases so gross ist, dass die Temperatur des Abgases im Zeitpunkt des Eintritts in die zweite Verfahrensstufe auf wenigstens 84O⁰C angestiegen ist. Dadurch, dass das Verfahren eine Ausgleichswirki&ig für die Temperatur hat, schreibt die Gleichgewichtskonstante der Wasser-Gas-Verschiebungs-Reaktion (5) offensichtlich vor, dass, wenn ein Kohlenmonoxydgehalt spezifiziert ist, man indirekt auch einen Wasserstoffgehalt in Relation dasu spezifiziert hat, wenn Wasser und Kohlendioxyd konstant gehalten werden. Es muss nicht die gesamte Wärme, die zur Erhöhung der Temperatur des Abgases auf wenigstens 84o°C (beim Eintritt in die zweite Verfahrensstufe) erforderlich ist, durch die Reaktion der Gleichung (l) erbracht werden, etwas wird möglicherweise und kann durch die exotherme Reaktionswärme der Reaktionen gesäes Sieichungen (2) und (3) beigesteuert werden« Ber Kchlenmonoxyd-Anteil in dem zu behandelnden Abgas seilte so ausreichend hoch sein, dass nur ein Teil davon in der ersten Verfahrensstufe oxydiert wird.

Man kann die Temperatur des Abgases auch zum Teil auf wenigstens 840°C dadurch erhöhen, dass man äussere Heizmittel und Heizeinrichtungen benutzt,

Es wird also in der ersten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens eine solche Menge an sauerstoffenthaltendem Gas, wie beispielsweise Li'ftj eingeführt _s die niedriger liegt als diejenige, die für die vollständige Oxydation des Kohlenmonoxyds erforderlich wäre« Es wird ein sauerstoff enthaltendes Gas, wie beispielsweise LUi t_s in einer- solchen Menge eingebracht, dass diejenigen Oxyöationsreaktionen gefördert werden, die exotherme Wärme erzeugen., bis sm einem solchen Grad, dass die Temperatur des Abgases bis auf wenigstens 84O⁰C erhöht wird, wobei der Beitrag an abgeführter Wärme in Rechnung gestellt wird, der von äusseren Heisraitteln oder -quellen beigesteuert wird, sofern solche miteingesetzt werden.

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Innerhalb der Mengenbereiche liegt die maximale Menge niedriger als die für die vollständige Oxydation des vorhandenen Kohlenmonoxyds effektive Menge. Die in dem nach der limitierten Oxydation in dem Abgas verbleibende stöehiometrisefee Menge an Kohlenmonoxyd muss wenigstens einen Überschuss über die stSchiometrische Menge an darin vorhandenen Stiekoxyden ausmachen«, Wenn man in dieser Art arbeitet, dann befindet sieh das resultierende limitiert oxydierte Abgas in einem für die Zuführung in die zweite Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens* die chemische Reduktion, besonders geeigneten Sustand, da der Gehalt an freiem Sauerstoff extrem niedrig und der Gehalt an Kohlenmonoxyd hoch liegt, beides Bedingungen, dux»ch die eine reduzierende Atmosphäre geschaffen und der Abiauf der Reaktion gemäss Gleichung (8) favorisiert ist.

Eine Hauptfunktion der zweiten Verfahrensstufe besteht darin, den Anteil an Stiekoxyden zu vermindern. Dies wird erreicht durch ein Zusammenwirken von physikalischen Bedingungen/ Prozess-Parameter und/oder katalytischen Mitteln. Dabei ist die Temperatur von Bedeutung} die zweite Verfahrens stufe wird ganz allgemein bei einer Temperatur oberhalb 840°C, bevorzugt oberhalb 925⁰C und insbesondere zwischen 940 und 1025⁰C durchgeführt. Eine obere Temperaturgrenze beim Arbeiten besteht nur insoweit, wie sie durch die speziellen Materialien der benutzten Vorrichtungen gegeben ist. Bei den benutzten Temperaturen läuft die Reaktion gemäss Gleichung (8) ab.

Aus praktischen Gründen, wobei eine mögliehe Verminderung der Vorrichtungs-Abmessungen und der Reaktionszeit eine Rolle spielen, ist es im allgemeinen erwünscht, dass ein Katalysator mit verwendet wird, wenngleich ein spezieller Einbau eines Katalysators dann nicht wesentlich ist, wenn die Vorrichtung innen aus einem Material gebaut ist, das katalytisch aktiv zu wirken vermag. Unter solchen Versuchsmaßnahmen läuft die chemische Reduktion ab„ Es wirken zahlreiche metallische Elemente in ver-

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schiedenen Baumaterialien, spezielle Nickel, Eisen und Chrom, und manchmal auch wärmebeständige Materialien, wenn man sie mit dem in eine Oxyd-Zustandsform umgewandelten Abgas in Berührung bringt, sehr rasch als ein Katalysator, und zwar unabhängig davon, ob sie einen mehr (allgemein als brauchbar bekannten) gebräuchlichen Katalysator, wie beispielsweise Kupfer, enthalten oder nicht. Dies kann in Rechnung gestellt werden, und man kann irgendeinen eingebauten Katalysator als Anteil von hitzebeständigem Material, das den zweckmässigen Arbeitstemperaturen standzuhalten vermag, oder darauf aufgebracht ist, in Fortfall kommen lassen. Wenn man Jedoch, was meist zweckmässig und vorteilhaft ist, Kupfer oder dergleichen benutzt, so wird das Kupfer als Beschichtung oder dünner Überzug auf Oberflächen aufgebracht. Man karaa die Katalysatoren, wenn man sie mitverwendet, vor Anlauf des erfindungsgemässen Verfahrens aktivieren, jedoch ist eine solche vorherige Aktivierung unnötig bei Katalysatoren, die ersichtlich ihre Funktion aufnehmen kurz nachdem das Gas aus der ersten Verfahrensstufe die zweite Verfahrensstufe erreicht.

Es ist zweckmässig, in der in der zweiten Verfahrensstufe benutzten Vorrichtung Einsatzstücke oder dergleichen Widerstndsstücke vorzusehen. Es wird damit die Kontaktfläche für das Abgas vergrössert und das Vermischen des Abgases wird erleichtert, und gleichzeitig steigt die Aussicht dafür, dass das Abgas in einen sehr innigen Kontakt mit den Oberflächen kommt. Kleinere Katalysatoroberflächenbereiche, im Vergleich zu grossen Katalysatoroberflächen, die erfordeäich sind, wenn die Katalysatoren um mehrere 100 Grad niedriger gefahren werden, sind beim erfindungsgemässen Verfahren in der zweiten Verfahrensstufe ausreichend, denn es wird eine beachtliche Erniedrigung des Gehaltes an Stickoxyden realisiert. Es sei auch erwähnt, dass, wenn übliche Baumaterialien aus Edelstahllegierungen und dergleichen vorhanden sind, anscheinend die Reaktion gemäss Gleichung (8) in einem bemerkenswerten Ausmaß stromaufwärts

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von der zweiten Verfahrensstufe abläuft. Bei einem typischen praktischen Beispiel, bei dem eine geeignete Vorrichtung benutzt wird, wie sie in einem später beschriebenen Beispiel ebenfalls eingesetzt wurde, Hess sich etwas mehr als die Häl£- te des gesamten Anteils an Stickoxyden in dem in der zweiten Stufe des erfindungsgemässeh Verfahrens vorhandenen Platteneinsatzbett reduzieren, und der Rest wurde stromaufwärts reduziert.

In der, dritten Verfahrensstufe des erfindungsgemässen Verfahrens wird in das limitiert oxydierte und chemisch reduzierte Abgas ein sauerstoffenthaltendes Gas, vorzugsweise Luft, eingeführt. Die eingeführte Menge macht wenigstens die zum Oxydieren aller verbliebenen oxydierbaren Bestandteile, in der Hauptsache Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, in dem Abgas erforderlichen stöchioraetrischen Menge aus. Zwar kann man auch mit etwas geringeren Mengen noch arbeiten, dann muss man Jedoch in Kauf nehmen, dass die verbliebenen oxydierbaren Bestandteile nicht vollständig oxydiert werden können. Grössere Mengen kann man benutzen, und dabei muss als Grenze beim Arbeiten für die maximale brauchbare Menge lediglich beachtet werden, dass die Temperatur des Abgasfts nicht auf einen solchen Wert erniedrigt wird,dass die Oxydation der verbliebenen oxydierbaren Bestandteile nicht mehr durchführbar ist, d.h. in erster Linie die Reaktionen der Gleichungen (l) und (3) nicht mehr abzulaufen vermögen. Natürlich ist auch mit Rücksicht auf praktische Belange die Zuführung eines säuerst off enthaltenden Gases in wesentlich grösseren als stöehiometrischen Mengen unerwünscht, weil dies die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt. Die am besten brauchbaren Mengen an sauerstoffenthaltendem Gas, die für die dritte Verfahrensstufe eingeführt werden, liegen zwischen dem 0,8- und 2-fachen der stöchioraetrischen Menge für die vollständige Oxydation der verbliebenen oxydierbaren Bestandteile, und insbesondere vorteilhaft ist es, ralt Mengen zu arbeiten, die zwischen dem 1- und 1,5-fachen der stöchiometrischen Menge liegen,

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Die beim erfindungsgemässen Verfahren zugesetzte Menge an Luft entspricht darüber hinaus einer solchen Menge, die es ermöglicht, dass ein Abgas nach der limitierten Oxydation wenigstens etwa 1% Kohlenmonoxyd und weniger als 5$ Sauerstoff enthält. Für eine besonders zweckmäßige Arbeitsweise in der zweiten Verfahrensstufe sollte das limitiert oxydierte Abgas, das darin behandelt wird* wenigstens etwa 2 bis 3$ Kohlenraonoxyd und weniger als etwa 0,50 % Sauerstoff enthalten.

In dieser Beschreibung wird der Ausdruck Flammen-Oxydation verwendet. Dieser Ausdruck bedeutet, dass die Oxydation bei einer Temperatur durchgeführt wird, bei der Lichtenergie ausgestrahlt wird.

Bei einer typischen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens _t, wie es nachstehend beschrieben wird, wurde der Kohlenmoiioxyd-Gehalt etwa 9B%s sein Kohlenwasserstoffgehalt etwa 99$ und sein Gehalt an Stiokexydem etwa 90$ heruntergesetzt. Praktisch die gesamte Kohlenwasserstoff-Abnahme wurde in der ersten Verfahrensstufe erreicht* Mehr als die Hälfte der Kohlennsonoxyd-Äbnsiime erfolgt© in der ersten Verfahrensstufe, eine zusätzliche geringe Abnahme wurde in der zweiten Verfahrensstufe erreicht* und die restliche Abnahme von Kohlenmonoxyd erfolgte In der dritten Verfahrensstufe.

Beispiel 1

Es wurde ein Fahrzeug mit einer 250 CID-Maschlne benutzt. Das Fahrzeug hatte eine automatische Transmission, eine «aschinengetriebene Luftpumpe und einen 0,32 ifi Vergaser.

Um die Basisdateis. für- Fahrzeug und Maschine, wie beschrieben, zu erhalten, wurde ral« von Jndolene-freien Kraftstoffen (Indolene Clear fuel} gefahren, und ein Federal Test Procedure (FTP) Fahrzyklus (Federal Register, Vol. 33, No. 108, 4. Juni 1968) durchgeführt» Der- bureau tr is ehe Druck sur Prüfzeit betrug 75* 68 cm Hg« Die UmgGbungstemperatur vor und nach der Prü-

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fung betrug 22,8⁰C. Im leerlauf in der Kälte betrug die Drehzahl 2000 UpM und im Leerlauf in der Wärme 750 UpM. Die Einstellung betrug 12° BTC bei 900 UpM ohne Saugluft-Verbesserung. Beim Leerlauf ohne Lüfteinspritzung betrug der Kohlenmonoxyd-Gehalt in dem Auspuffabgas 3,9 Vol.-#. Die Analyse des Abgases aus dem Abgasrohr wurde mittels nicht-streuender Infrarot-(NDIR)-Analysen-Instrumentation durchgeführt;gemifa* Aefe FTP wurden die für jede Form jedes Zyklus gemessenen Rohdaten korrigiert und dann für jeden Zyklus die Werte für die Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxyd- und Stickoxyd-Konzentrationen summiert. In Tabelle IV sind die Werte Zyklus für Zyklus und der summierte Endwert für diese Basis-Versuche aufgeführt.

Tabelle IV
Basis-Daten

Korrigierte Daten.

Zyklus HC NO- CO

(ppm) (ppm) {%)

1 25,70 42*19 0,40

2 12,73 58,67 0,18

3 11,61 62,14 0,09

4 12,61 75,96 0,09

5 (nicht abgelesen)

6 50,01 323,08 0,35

7 31,96 215,15 0,33

Summe der Zyklen 144,63 778,18 1,45

' ⁷

₁ /

₁ 1,67 g/1,6 km 1,79 g/1,6 km 31,40 g/km

Nachdem die zuvor aufgeführten Basis-Daten für Vergleichszwekke erhalten worden waren, wurde das Fahrzeug wie folgt zusätzlich modifiziert: In den Zylinderköpfen wurden Auskleidungen angebracht, um die Wärrae-Retention zu unterstützen; die Vergaser-Hauptdüsen und die Leerlaufdüsen wurden vergrössert. Die Auspuffröhren und der Rest des fabrikmässig installierten Auspuff-Systems wurden entfernt und durch einen für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Einbau ersetzt. Dieser Einbau bestand für jede Seite der Maschine aus

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einem Wärmereaktor für einen Teil der in der ersten Verfahrensstufe erfolgenden limitierten Oxydation, der verbunden war mit einer PMR-Einrichtung ähnlich der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform zur Durchführung der zweiten Verfahrensstufe, der ehemischen Reduktion, sowie der nachfolgenden dritten Verfahrensstufe, der Oxydation. Die PMR-Einrlchtung war ihrerseits mit einem Auspuffrohr verbunden. Die thermischen Reaktoren hatten ein rohrförmlges Profil und enthielten eine innere Hülle aus 0,079 cm dicker RA 330 - Legierung mit einem Durchmesser von 7*62 cm. Die innere Hülle war durch vier Rohre aus RA 330 - Legierung an vier Ausgänge auf jeder Seite der Maschine angeschlossen, und dabei waren zwei dieser Zulaufrohre an der zylindrischen Fläche der inneren Hülle angebracht, und die zwei anderen Zulaufrohre setzten je an den Enden des zylindrischen Wärmereaktors an. Die zylindrische Hülle jedes der Wärmereaktoren umschloss ein Volumen von annähernd I50 cnr, und die Gesamtoberfläche in jedem thermischen Reaktor betrug annähernd 98O cm . In jedem Auspuffkanal der Maschine war ein Luft-Injektionsrohr vorgesehen und gegen das Auspuffventil gerichtet. Das Auslassrohr aus dem Wärmereaktor war als Verlängerung eines der Endzuleitungsrohre ausgebildet. Die Reaktoren waren von aussen mit drei Lagen im Handel erhältlicher Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Isolierung isoliert. Ein 0,045 cm dickes Blech aus 3O4-Edelstahl war aussen um die Isolierung, die den zylindrischen Teil des Wärmereaktors umgab, herumgewickelt, und die Leitungsrohre waren zusätzlich mit Isolierung umwickelt.

Die PMR-Einrichtungen waren Ovale von etwa 8 cm zu etwa 16 cm, und hatten eine Länge von etwa 30 cm. Sie bestanden aus 0,079 cm dicker RA-330-Legierung. Darin angeordnet und im rechten Winkel zur Fließrichtung des Abgases befanden sich fünf Katalysatorplatteneinsätze. Jeder Einsatz bestand aus zwölf Schichten von mit Kupfer überzogenem Draht (York No. 2144, 3O4SS, 0,011-Draht). Unmittelbar stromabwärts von diesen Platteneinsätzen reichten zwei Lufteinsprührohre durch die Seitenwand in die

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PMR-Einrichtung herein, und die Auslaßöffnungen der Rohre waren in der Mitte der PMR-Einrichtung angeordnet. Das Auslaßrohr von dem thermischen Reaktor war an dem stromaufwärts gelegenen Ende der PMR-Einrichtung damit verbunden. Ein Auslaßrohr ragte aus dem Auslaflende der PMR-Einrichtung heraus und war mit einem Auspuffrohr verbunden. Auch die PMR-Einrichtungen waren mit drei Schichten von Isolatiönsmaterial isoliert und mit einer Aussenumwickelung aus O,O45 cm dickem 304-Edelstahl versehen. Alle Verbindungen und das Auspuffrohr über einen Abstand von etwa 0,9 m,stromabwärts von der PMR-Einriehtung waren mit der zuvor erwähnten Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Isolierung isoliert. Das Abgasrohr war so von Aufhängern gehalten, dass Wärmeexpansion erfolgen konnteο

Das so modifizierte und ausgerüstete Fahrzeug wurde dann mit Indolene-freiem Kraftstoff gefahren irad es wurdaa die Untersuchungen nach dem zuvor erwähnten FTP durchgeführt. Die Einstellung war auf 0° HPC bei 620 UpM justiert, ohne Saugluftverbesserung» Während der ersten annähernd βθ Sekunden des FTP erfolgte Luftinjektion nur an den Auspuffkanälen. Im Leerlauf betrug der Kohlenraonoxyd-Gehalt des Auspuffgases etwa 9>%_t und bei hoher Dauergeschwindigkeit lag er bei etwa 7-8# (diese Werte wurden beobachtet, wenn an keiner Stelle Luft eingesprüht wurde). Der barometrische Druck zur Zeit der Prüfung betrug 75*58 cm Hg. Die Umgebungstemperatur beim Anlaufen des Versuches betrug 22,8°C und zu Ende des Versuches 2j5,9°C· Die Analyse des aus dem Abg&srohr austretenden Abgas wurde durch NDIR Instrumentation vorgenommen. Die gemäss dem FTP gemessenen Rohdaten wurden für jede Form jedes Zyklus korregiert, und dann wurden für jeden Zyklus die. Konzentrationen für Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxyd und Stiekoxyde summiert. In Tabelle V sind die Werte Zyklus für Zyklus sowie die summierten Gesaratwerte zusammengestellt.

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	Tabelle V	Korrigierte Werte	CO
	Prüfwerte		0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
			0,07 1,42 g/l, 6km
Zyklen		NO (ppm)
		3,90 3,38 2,10 2,51 \ 7,31 7,10
1 2 ι 5 6 7	HC (ppsa)	Zyklen 1,17 26,31 0,01 g/l,6 km 0*05 g/1,6 km
Summe der 1-7	1,17 0,00 0,00 0,00 (nicht abgelesen] 0,00 0,00

Es wurde der zuvor beschriebene Versuch gemäss dem PTP mit demselben Fahrzeug, das wie suvor beschrieben für die Zwecke des erfindungsgemässen Verfahrens siodifiziert worden war, wiederholt. Dabei wurden .folgende Vers'ieiisMnderungen vorgenommen: Die Geschwindigkeit im Leerlauf in der- Kälte betrug 1,500 UpM| die Einstellung wurde auf 5° BTC bei 620 UpM festgesetzt, ohne Saugluft-Verbesserungi während der ersten 75 Sekunden des PTP erfolgte die Luftinjsktion nur an der; Auspuff kanälen ι der barometrische Druck zur Zeit des Versuches lag bei 75,68 cm Hg, und die Umgebungstemperatur bei Beginn des Versuches betrug 22,2 C und SM Ende des Versuches 23>,3°C_e Die bei .dieser Untersuchung ermittelten Daten sind in Tabelle VI aufgeführt.

Die Temperaturmeseinigen während der zuvor beschriebenen beiden Untersuchungen wurden mit Thermoelementen, die an verschiedenen Stellen der Vorrichtung für die Zwecke dieser Erfindung installiert waren, durchgeführt. Xn der nachfolgenden Tabelle VII sind die Daten dieser Temperaturmessungen veranschaulicht. Die angegebenen Tempsrafcur-sn sind näherungsweise Mittelteraperaturen, wie sie während &&ε PPP-Fahrzytelus beobachtet wurden und geben nur stabilisierte Arbeitsweise wieder, unter Ausschluss der ar.£Sngliehen Zeitsp&mie dee W&rspf

- 31 Tabelle VI
Prüfwerte

Zyklen	HC (ppm)	Korrigierte	NO (ppm )	30,53	"Werte
	0,95 5,66 0,00 3,89 0,00 3,40 0,00 2,68 (nicht abgelesen) 0,00 5,87 0,00 9,03	0,06 g/1,6 km	CO (*)
1 2 ι · 5 6 7	Zyklen 0,95	0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Summe der 1-7	0,01 g/1,6 km	0,05
	0,95 g/1,6 km

Tabelle VII

Beobachtete mittlere Temperaturen (°C) in der erfindungs-

gemässen Vorrichtung

Versuch . Test 1 Test 2

Meßstelle No. linke Seite rechte Seite linke Seite rechte S.

ι 960 932 954 910 -

2 IO66 1066 1043 1038

3 904 " 966 893 921

⁺Einsatzstellen der Thermoelemente:

1. in Linie mit einem Auspuffkanal nahe dem Mittelpunkt des Rohrreaktors _β

2. Etwa in der Mitte der Platteneinsätze in der PMR-Einrichtung

3. stromabwärts von den Platteneinsätzen in der PMR-Einrichtung

Zu Vergleichszwecken sind in Tabelle VIII die Ergebnisse aus der BasisprUfung und die Ergebnisse aus den beiden Versuchen mit für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignetem Einbau veranschaulicht* Alle Daten wurden gemäss dem PTP an dem Fahrzeug mit einer 250 CID - Maschine erhalten.

Ein Vergleich der in der nachstehenden Tabelle VIII angegebenen Daten zeigt deutlich die ausgezeichnete Reinigung, die das Abgas durch die Behandlung nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhalten hat.

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- 32 Tabelle VIII

Basis-Emissionswerte Emissionswerte beim erfin-

dungsgemässen Verfahren 1. Versuch 2. Versuch

HC 1,67 g/1,6 km 0,01 g/1,6 km 0,01 g/1,6 km

NO 1,79 g/1,6 km 0,05 g/1,6 km 0,06 g/1,6 km CO 51,40 g/1,6 km 1,42 g/1,6 km 0,95 g/1,6 km

Beispiel 2

Zur Gewinnung von Basisdaten für Verglei chs zwe cke wurde eine an ein Dynamometer angeschlossene 400-CID V-8 Maschine wie folgt gefahrenj Es wurde von Indolene-freier Kraftstoff benutzt. Die Drosselklappe wurde so eingestellt, dass die Maschine bei 1300 UpM Drehzahl einen Unterdruck von 40,7 cm Hg In dem Mischrohr aufwies₀ Die Leistungsabgabe betrug etwa 12,2 PS oder ein Äquivalent zu etwa 51,5 km/Std. Dauergeschwindigkeit. Der LuftzufluS zu dem Vergaser betrug 1,^2 nr je Minut® (47,9 sefm), und der Kraftstoff-Zufluß betrug 0,111 kg/Min , so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 14,6 zu 1 war. Unter diesen Arbeitsbedingungen wurden die folgenden stabilisierten Abgas-Temperaturen (°C) festgestellt»

Tabelle IX

Stelle Abgastemperatur ⁰C

Am Auspuffkanal 586

0,9 ni stromabwärts vom C₀₀

Auspuffrohr °

Kurz vor dem Auspuffeinlaß 386

0,6m stromabwärts vom ,Qh

Auspuffauslaß ^

Repräsentative Basisdaten, die durch Mittelung der Rohdaten und Umrechnung der Peuchtgas-Konzentrationen zu Trockengas-Werten, mit Ausnahae v·* Walser für die verschiedenen Bestandteile des aus dem Abgasrohr unter den vorstehenden Arbeitsbedingungen ausströmenden Abgases sind in Tabelle X veranschaulicht.

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Tabelle X

Konzentrationen der Bestandteile in dem Basis-Abgas

CO NO HC CO₀ O₀ H₀ N₀ H₀O NH, (ppm) (ppm) (ppm) {%f (tf (ρ ja) (fi ffl (ppm?

29OO 460 240 14,8 2,2 1200 8l,5 12,2 2,2

Die gleiche 400-CID-Maschine wurde dann wie folgt modifizierti Kopfverkleidungen wurden an dem Zylinderkopf angebracht! der Durchmesser der Hauptkraftstoffdüsen wurde von 0,15 cm auf 0,18 cm vergrösserti die Öffnungen an dem Leerlaufgemisch-Eins teils chrauben wurden auf einen Durchmesser von 0,185 cm vergrösserti die Öffnungen der Leerlaufrohre wurden auf 0,13 cm Durchmesser vergrössert, und es wurde ein Unterdruckrohr vor der Drosselklappe installiert. Eine dünne Blechplatte wurde installiert, um den Übergang des Abgases von einer Zylinderseite zu der anderen zu blockieren₉ Die Einst ellung wurde von 10° BTC auf 4° BTC bei 635 UpM festgesetzt. Der Leerlauf wurde so eingestellt, dass der Kohlenmonoxyd-Gehalt in dem unbehandelten Abgas von etwa 0,5$ auf etwa 9>5$ anstiege Es wurde eine zusätzliche Luftzuleitung vorgesehen, rait der sich eine genaue und eingestellte Zuführung von Luft vornehmen liess· Geeignete Geräte zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wurden auf einer Seite der Maschine eingebaute Zu diesen für die Zwecke des erfindungsgemässen Verfahrens instal lierten geeigneten Geräten gehörte ein Wärraereaktor für die in der ersten Verfahrensstufe durchzuführende limitierte Oxydation, der in Verbindung stand mit einer PMR-Einrichtung, die zur Durchführung der chemischen Reduktion in der zweiten Verfahrensstufe und der darauffolgenden Oxydation in der dritten Verfahrensstufe diente. Die PMR-Einrlchtung war ihrerseits verbunden mit einem Auspuffrohr, an das seinerseits ein üblicher Auspuff angeschlossen war, und mit diesem wiederum war ein etwa 0,9 m langes Abgasrohr verbunden« In diesem Beispiel wurde ein Wärmereaktor und eine PMR-Einrichtung benutzt, die hinsichtlich Konstruktion und Abmessung sehr ähnlich war derjenigen, die im vorangehenden Beispiel 1 Verwendung gefunden hatte.

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Die hauptsächlichen Unterschiede gegenüber der im Beispiel 1 verwendeten Einrichtung waren folgendeι Der benutzte Wärmereaktor hatte eine Länge,- die annähernd derjenigen der entfernten Auspuffröhre entsprach, er wies Endabschlußplatten auf und hatte ein zylindrisches Profile Es gingen Plansche ab, mit denen der Wärmereaktor an der Maschine befestigt werden konnte. Der Wärmereaktor hatte ein Volumen von annähernd 1800 cm , eine innere Oberfläche von annähernd 1230 cm , und einen zum Boden gerichtet und am rückwärtigen Teil des Wärmereaktors angeordneten Auslaßf die PMR-Einrichtung enthielt fünf Platteneinsätze, die in der Mitte darin und im rechten Winkel zur S trösnmgs richtung des Abgases angeordnet waren, und jeder Platteneinsatz bestand aus vier versetzt angeordneten Schichten aus Streckmetall (1/8 χ 3/ΐό Öffnungen in 0,079 cm dickem RA-330 Material)* das mit einem dünnen Überzug aus Kupfer beaufschlagt worden war_c

Die so modifizierte und ausgerüstete 400 CID-Maschine, die an ein Dynamometer· angeschlossen war* wurde mit Indolene-freiem Kraftstoff gefahren« Die Br-ossslklap^eneinsteilung wurde so vorgenommen* dass dis Maschine bei siner Drehzahl von I300 UpM mit einem Unterdrück In dem Vergaserrohr von 45,72 cm Hg arbeitete. Die"Leistung betrug etwa 12 _s2 PS und war ähnlich wie bei der unmittelbar Tor^usgegangenen Untersuchung zur Ermittlung der Basis-Daten« äquivalent etwa einer Dauergeschwindigkeit von 51*5 km/Std_e Die Vergas er-einl&B-Luftgeschwindigkeit betrug 1,08 nr/Min« (38,6 sefm), und der Kraftstoffzufluß betrug 0,130 kg/Min*, so dass d&s Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei 10,1 zu 1 eingestellt war» Durch die beiden Luftelnsprührohre wurden 0,18 m^/Min. (6,37 sefm) Luft in die PMR-Einrichtung eingeleitet. Unter diesen Arbeitsbedingungen wurden die folgenden stabilisierten Abgastemperatüren (⁰C) notierts

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Tabelle XI

Stelle Temperatur des Abgases ⁰C

Nahe dem Auspuffkanal

(etwa 5 cm stromabwärts von -

einer Lufteinsprühung)

Am Einlaß in die PMR-Einrichtung 995

In der Mitte der Platteneinsätze 975

Nahe der Lufteinsprühung in der
PMR-Einrichtung

0,9 m stromabwärts von der PMR-Einrichtung ,

Am Auspuffeingang .

Am Abgasrohr, Q6 m vom Auspuff 528

Die angegebenen Daten wurden durch Mittelung der Rohwerte und Umrechnung von Feuchtgaskonzentrationen auf Trockengaswerte, ausgenommen für Wasser, für die verschiedenen Bestandteile des unter den zuvor beschriebenen Bedingungen behandelten, aus dem Abgasrohr austretenden Abgas gewonnen, und zwar wie folgt:

Tabelle XII

Konzentrationen der Bestandteile in dem Abgas

CO NO HC CO₂ O₂ H₂ N₂ HgO NH, (ppm) (ppm) (ppm) _{{%) {%) (ppm) {%) {%) (ppm}

_{(ppm) {%) {%) (ppm)}

40 17 0,5 13,1 4,0 600 81,0 11,0 0,5

Ein Vergleich dieser Daten mit den aus dem Basis-Abgas erhaltenen Daten des Beispiels 2 lässt deutlich erkennen, dass die Anteile an Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd und Stickoxyden in dem Abgas durch die Behandlung nach dem erfindungsgemässen Verfahren gänzlich eliminiert und/oder vermindert werden konnten.

Bei den in Beispiel 2 aufgeführten analytischen Daten handelt es sieh um Mittelwerte von erhaltenen Zahlenwerten. Die Analysenmethode für die verschiedenen Bestandteile des Abgases war folgende: Stickoxyde mittels NDIR, und einige der Werte wur-

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den durch Chemilumineszens-Methoden bestätigt; HC mittels eines Flammen-Ionisations-Detektors; Kohlendioxyd durch NDIR unter Strömung und mittels eines Massenspektrometer für in Behälter gesammelte Proben; Sauerstoff mittels eines polarographischen Analysators und mittels Massenspektrometer; Wasserstoff mittels Massenspektrometer; Stickstoff mittels Massenspektrometer und chromatographischer Methoden; Wasser mittels Methode 4 aus dem Federal Register, Bd. 36, NoI 247, Seite 24887, 23.Dezember 1971; und NH, durch chemische Naßverfahren, einschliesslich der Kjeldahl-Stickstoff-Bestimmungo

In Fig. 4 sind graphisch einige der Daten veranschaulicht, die bei der in diesem Beispiel beschriebenen Betätigung der Maschine beim stationären Arbeiten der Maschine unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens gewonnen worden sind. In dem Diagramm A ist die Abhängigkeit der prozentualen Abnahme des Gehaltes an Stickoxyden an dem Auslaßrohr zu dem Gehalt an Stickoxyden beim Eintritt in die PMR-Einrichtung 18 der Fig. 2 und 3 als Funktion der Menge an in die erste Verfahrensstufe, Zone I eingeführte Menge an Luft veranschaulicht. Auf der Abszisse ist die eingeführte Luftmenge und auf der Ordinate das Verhältnis der prozentualen NO-Abnahmewerte aufgetragen. Im Diagramm B ist das Verhältnis der prozentualen Abnahme des Stickoxyd-Gehaltes an dem Abgasauslaßrohr zu dem Stickoxydgehalt am Eingang in die PMR-Einrichtung 18 als Funktion des Sauerstoffgehaltes des Abgases beim Eintritt in die PMR-Einrichtung veranschaulicht. Auf der Abszisse ist der prozentuale Sauerstoffgehalt beim Einlaß in die PMR-Einrichtung abgetragen, und auf der Ordinate wiederum das Verhältnis der prozentualen NO-Abnahmewerte, Diagramm C zeigt den Zusammenhang zwischen der prozentualen Abnahme des NO*-Gehaltes an dem Abgasrohr zu dem Stickoxydgehalt beim Eintritt in die PMR-Einrichtung als Funktion des Kohlenmonoxyd-Gehaltes in dem Abgas beim Eintritt in die PMR-Einrichtung. Wiederum ist auf der Abszisse der Prozentgehalt an CO und auf der Ordinate das Verhältnis der prozentualen Abnahme an NO abgetragen.

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Für den Betrieb der Maschine in stationärem Zustand unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist aus Diagramm A zu erkennen, dass die Menge an eingebrachter Luft für die limitierte Oxydation in der ersten Verfahrensstufe bedeutsam ist und 5,5 χ 0,028 n? je Minute (5,5 scfm) nicht übwrsteigen sollte, damit eine wenigstens 5Q#lge Abnahme der Konzentration an Stickoxyden erreicht wird. In ähnlicher Weise erkennt man aus dem Diagramm B, dass der Sauerstoffgehalt eines limitiert oxydierten Abgases, das In die PMR-Einrichtung eingeführt wird, 1,75 % nicht übersteigen sollte, damit eine wenigstens 5Q#ige Abnahme der Konzentration an Stickstoffoxyd erreicht wird· Aus Diagramm C 1st zu erkennen, dass der Kohlenmonoxydgehalt des limitiert oxydierten Abgases, das in die PMR-Einrichtung eingeführt wird, nicht niedriger als etwa 0,75 % liegen sollte, damit eine wenigstens 50#ige Abnahme der Konzentration an NO erreicht wird. Aus diesen graphischen Darstellungen ist er- _N sichtlich, dass an dem Abgasrohr keine prozentuale Abnahme der Konzentration an Stickstoffoxyd resultiert, statt dessen eine Zunahme beobachtet wird, wenn die in der ersten Verfahrensstufe zugeführte Luftmenge etwa 6,5 x 0,028 nr je Minute (6,5 scfm) übersteigt und der Sauerstoffgehalt in dem Abgas 2,5# übersteigt, wenn dieses in die PMR-Einrichtung eingeleitet wird, und der Gehalt an Kohlenmonoxyd in dem Abgas niedriger als etwa O,47# liegt, wenn dieses in die PMR-Einrichtung eingeleitet wird.

Den Einfluss der Wasser-Gas-Verschiebungsreaktion kann man in einem (nicht gezeigten) Diagramm ähnlich dem Diagramm C der Pig. 4 veranschaulichen, wenn man die Summe des Wasserstoff» und des Kohlenmonoxyd-Gehaltes anstelle des Kohlenmonoxyd-Gehaltes auf der Abszisse abträgt. ,

Beispiel 3

Ein 1972er Pontiac Catalina Automobil mit einer fabrikmässig eingebauten 400 CID V8 Maschine mit einem 0,32 HT- Vergaser und einer automatischen Transmission wurde wie folgt modifiziert: in den Auspuffkanal jeder Maschine wurde eine Ausfüt-

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terung angebracht; es wurde eine maschinengetriebene Luftpumpe installiert! der fabrikraässig eingebaute Vergaser wurde durch einen ein fetteres Luft/Kraftstoff»Geraisch liefernden Vergaser ersetzt; die fabrikmässig angebrachten Auspuffröhren und das übrige Auspuffsystem wurden entfernt und durch ein für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignetes Gerät ersetzt. Dieses Gerät wies für jede Seite der Maschine einen Wärmereaktor mit kleinem Volumen für die limitierte Oxydation in der ersten Verfahrensstufe auf, der in Verbindung stand mit einer PMR-Einrichtung, die zur Durchführung der chemischen Reduktion in der zweiten Verfahrensstufe und der darauffolgenden Oxydation in der dritten Verfahrensstufe diente.

Die Wärmereaktoren bestanden je aus 0,079 cm dicker RA 530 Legierung und hatten eine etwa #7 cm lange innere Hülle, die ein hufförmiges Profil hatte und durch Endplatten verschlossen war.

Jeder Wärmere&ktor fasste ein Vclmaen won annähernd 1639 cnr

ο und hatte eine inner© Oberfläche von annähernd 1095 cm , Die Wärnereaktoren besessen Flansche und durchgesteckte BefestigungsBiittels mit denen die Wärmereaktor-en anstelle der üblichen Auspuffrohren direkt an der Maschine befestigt werden konnten. Sin Äuslailrohr war so angeordnet, dass es zum Boden hin gerichtet war und am Ende eines jeden Wärmereaktors ansass. Die Wärmereaktoren waren von aussen mit drei Schichten eines SiIiciumdloxyd-Alumlniurnoxyd-Isoliermaterial (wie es von der Firma Johns Manvllle unter der Bezeichnung 12 Ib, density Cerafelt Insolation vertrieben wird) isoliert, und die geschichtete Isolierung war umwickelt mit einem 0,079 cm dicken Hüllblech aus RA 330 Legierung« Der Auslaß an jedem der thermischen Reaktoren war mit dem Einlaßende einer PMR-Einrichtung verbunden. Jede PMR-Einrichtung war als ovale Hülle mit etwa 8,9 cm zu 17*15 cm und etwa 35#56 cm Länge aus einem 0,079 cm starken RA jJjJO Legierungssaaterial gebaut. Etwa nach, eine» Drittel des Abstands stromabwärts von dem PMR-SinriehtungseinlaS waren fünf Katalysator-Eins&fczplatten, die je aus zwölf Schichten eines mit Kupfer überzogenen Drahtsiebgewebes bestanden (wie beispielsweise

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York No. 2144 Inconel 600, 0,11 Inch wire diameter) , im rechten Winkel zur Strömungsrichtung des Abgases eingebaut. Die Auslässe von zwei Lufteinspritzrohren, die durch die Seitenwand der PMR-Einrichtung eingeführt waren, wurden in der Mitte der PMR-Einrichtung unmittelbar stromabwärts von,der-letzten Katalysator-Einsatzplatte, angeordnete Zum anderen Ende der PMR-Einrichtung ging ein Auslaßrohr ab, das an ein Auspuffrohr angeschlossen war. Das Auspuffrohr seinerseits war verbunden mit einem üblichen Auspuff, an dem ein Abgasrohr ansass. Die PMR-Einrichtungen waren mit drei Schichten von Isoliermaterial umwickelt, und die äussere Abdeckung bestand aus 304 Edelstahl. Auch die Verbindungen zwischen den Wärmereaktoren und den PMR-Einrichtungen waren mit einer dreischichtigen Isolierung und einer äusseren Urawickelung mit Aluminiumfolie versehen. Es waren Luftzuführrohre von der Luftpumpe zu den Lufteinspritzdüsen in den Auspuffkanälen der Maschine und zu dem in die PMR-Einrichtungen führenden Lufteinlaßrohr vorhanden.

Das so modifizierte und ausgerüstete Fahrzeug wurde dann mit Indolene-freiem Kraftstoff gefahren und dem FTP-Fahrzyklus unterworfen. Der Choker wurde von hand eingestellt. Die Grundeinstellung war auf 4°BTC bei 720 UpM gesetzt. Es wurde für annähernd die ersten 120 Sekunden des Prüfzyklus keine Saugluft benutzt, sondern während dieser Periode die Saugluft gedrosselt. Die Drehzahl der Maschine betrug im Leerlauf in der Kälte I300 UpM und lag beim Leerlauf in der Wärme bei· 6OO UpM. Die Luftzuführgeschwindigkeiten zu den LuftZuführungen im Strömungskanal und die LuftzufUhrgeschwindigkeiten zu den beiden LufteinfUhrungsrohren in der PMR-Einrichtung sind in Fig. 5 veranschaulicht. Die Zuflußmengen geben die gesamte -Luftzuführung für die Verfahrensstufen 1 und 3 auf beiden Seiten an. Der barometrische Druck zu Beginn des Versuches betrug 75 cm Hg. Die Umgebungstemperatur betrug zu Beginn des Versuches 24,4°C und am Ende des Versuches 25⁰C. Die Analyse des aus dem Abgasrohr austretenden Abgas wurde mittels NDIR-Instrumentation vorgenommen. Entsprechend dem FTP wurden die gemessenen Rohdaten für jede

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Form jedes Zyklus korrigiert und dann wurden die Werte für die Konzentrationen Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxyd und Stickoxyden für jeden Zyklus Ssummiert, In Tabelle XIII sind die Werte für jeden Zyklus und die als Summe aller Zyklen sich ergebenden Werte zusammengestellt.

Tabelle XIII
Konzentrationen

	HC	Korrigierte	Werte
Zyklen	(ppm)
	0,18	NO	CO
	0,00	(ppm)	(X)
1	0,00	5,18	0,02
CVl	0,00	0,00	0,00
2	(nicht abgelesen)	0,00	O3OO
5	0,00	0,47	0,00
6	0,00
7	8,28	0,00
	4,42	0,00

der Zyklen _Oil8 18,55 0,02

0,00 g/1,6 km 0,05· g/1,6 km O,59g/1,6 km

Beispiel 4

Eine 307 CID V8 Maschine wurde mit einer für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Vorrichtung ähnlich der in den vorstehenden Beispielen benutzten ausgerüstet. Sechs PMR-Einrichtungen waren vereinigt und differierten nur dadurch, dass in drei PMR-Einrichtungen Einsätze aus RA 330 Streckmetall mit dünner Kupferbeschichtung und in drei PMR-Einrichtungen Einsätze aus RA 330 Streckmetall ohne Kupferbeschichtung vorhanden waren. Bei der Versuchsdurchführung war eine Seite der V8 Maschine mit einer PMR-Einrichtung, die mit einem dünnen Kupferüberzug versehene Einsätze hatte, und die andere Seite mit einer PMR-Einrichtung ohne Kupferüberzug auf den Einsätzen ausgerüstet. Die 307 CID Maschine war auf einem Prüf-Fahrgestell installiert und wurde gemäss dem FTP gefahren, Nach der FTP-Prüfung wurden die Konzentrationen an HC, Kohlenmonoxyd und Stickoxyden mittels NDIR-Instrumentation gemessen.

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Für jedes der drei Paare der PMR-Elnrichtungen wurden diese Versuche wiederholt* Jedes PMR-Einriehtungs-Paar, das so untersucht worden war, wurde dann von der 307 CID Maschine entfernt und an einer 400 CID Maschine angebracht, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit einem bestimmten Kraftstoff, der noch beschrieben wird, während einer Zeitdauer von 100 Stunden unter stationären Bedingungen bei 2500 UpM mit einem 25,4 cm Hg Rohrvakuum gefahren wurde. Nach den 100 Stunden des Arbeitens im stationären Zustand gemäss den angegebenen Bedingungen wurde jedes Paar der PMR-Einriohtungen von der 400 CID Maschine entfernt und erneut auf der 307 CID Maschine auf dem wie zuvor beschriebenen Fargestell-Dynamometer geprüft, Die Emissionswerte an HC, Kohlenmonoxyd, Stickoxyden wurden erneut festgestellt und mit denjenigen Werten verglichen, die an denselben PMR-Einrichtungen vor der 100-stündigen Prüfung mit dem speziellen Kraftstoff erhalten worden waren.

Die beschriebene Prüfung wurde an drei Paaren PMR-Einrichtungen vervollständigt! jedes Paar wurde während 100 Stunden mit verschiedene Mengen von Tetraäthylblei enthaltenden Kraftstoffen geprüft. Die erhaltenen Prüfwerte sind in der Tabelle XV zusammengestellt. Die angegebenen Werte sind Durchschnittswerte von zwei FTP-Prüfungen an denselben Paaren PMR-Einrichtung. Die Charakteristiken für die verwendeten Kraftstoffe sind in Tabelle XVI zusammengestellt.

Tabelle XV

Gehalt des behandelten Abgases (g/ 1,6 km) Einsätze mit Kupferüberzug Einsätze ohne Kupfer HC NO CO HC NO CO

Vor 1OQ Std.

Prüfung (a) 0,01 0,04 0,89 0,01 0,05 0,63 Nach 100 Std. 0,04 0,03 1*33 0,01 0,03 0,77

Prüfung (a)

Vor 100 Std. 0,01 0,03 0,91 0,01 0,03 0,68 Nach 100 Std. 0,01 0,01 0,36 0,01 0,04 0,$7 Prüfung (b)

Vor 100 Std.

Nach 100 Std. 0,01 0,05 0,56 0,01 0,06 0,34

Prüfung (c)

(a) Kraftstoff ohne BIeij (b) mit niedrigemj (0) mit hohem Bleigehalt - .

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m	42-	Prüf-Oktan	10*	(a)	0,063	Oxydationsstabilität (Min.)600+	0,016	Indolene	2221793
Tabelle XVI	Motor-Oktan		97,7	Schwefel (Oew.-*)	2,70	5
Indolene	API-Dichte	50*	87! 8	20* Destlllations-Slope	5,75	(b)	Indolene
Clear	Spezifische Dichte		ET Q r»	RVP - Slope	erlaubt	99,9	30
	Reid-Dampfdruck	90*	0,7*4	.'lftftl«i«ät des Rückstands	IA	90,5	<»>
Destillation Anfangs	Endpunkt	8,45	Korrosion		58,3	104,2
siedepunkt	* Zurückgewonnen			0,7455	95,3
* Rückstand	91	8,50	58,7
* Verlust	127		0,744
Pb (g ie 3,785 Liter)	181	9S	8,55
215	128
240	183	90
298	216	127
401	240	182
98	303	215
1	402	241
1	98	296
1	401
1	98
0,560	1
600+	1
0,014	3,171
2,80	600+
5,70	0,005
erlaubt	2,75
IA	5,80
erlaubt
IA

Aus den vorstehenden Beispielen ist zu ersehen, dass sich das erfindungsgjjraässe Verfahren mit Vorteil verwenden lässt zum Behandeln von Abgasen, die durch unvollständige Verbrennung von Benzin in Verbrennungskraftmaschinen entstanden sind· Jedoch können die nach den erfindungsgemässen Verfahren zu behandelnden Abgase auch aus anderen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen und anderen Verbrennungsapparaturen stammen. Für die erfindungsgemässe Behandlung geeignete Abgase können aus der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen und Brennstoffen, wie beispielsweise Benzin, Kerosin, Dieselöl und dergl. gewonnen sein. Ebenso können zur Durchführung der unvollstän-

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digen Verbrennung der Kohlenwasserstoff-Brennstoffe Verbrennungseinrichtungen, sowohl fahrbare als auch stationär arbeitende Verbrennungskraftmaschinen, Düseninas chinen, Dieselmaschienen, Flammen-Heizapparate und dergleichen Verbrennungsgeräte vorgesehen werden. Das einzige Erfordernis mit Bezug auf den Kohlenwasserstoff-Brennstoff und die Apparate, in denen die unvollständige Verbrennung dieser Brennstoffe stattfindet, besteht darin, dass die dabei resultierenden Abgase Kohlenmonoxyd und Stickoxyde und ganz allgemein Kohlenwasserstoffe enthalten. Das Kohlenmonoxyd ist dabei in beachtlichen Mengen in dem Abgas enthalten, so dass bei der limitierten Oxydation des Abgases die Temperatur des Abgases auf wenigstens 840⁰C erhöht wird, ohne dass der Gesamtgehalt an Kohlenmonoxyd in dem Abgas vollständig oxydiert wird.

In der vorstehenden Besehreibung und den nachfolgenden Ansprüchen und bei der Angabe der Analysendaten für die Mengenwerte der verschiedenen Komponenten in dem Abgas-Gemisch in Prozent, ppm, usw· beziehen sich die Prozentangaben und Mengenangaben, ppm (Teile je Million), Prozent und dergleichen auf Voluaeneinheiten, sojfern nichts anderes gesagt ist« Der Ausdruek Stickoxyde, der in der vorstehenden Besshreibung und in den nachstehenden Ansprüchen verwendet wird, steht für Verbindungen

der Formel N„0 , in der χ und y ganze Zahlen bedeuten. Jedoch χ y

eine spezielle Stickstoffverbindung erwähnt ist,, ist diese als solche und mit ihrer Formel angegeben, wie beispielsweise Stickstof foxyd NO.

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Claims (1)

1. - 44 -Patentansprüche

   1. Verfahren zur Verminderung der Emission von schädlichen Substanzen durch Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxyde enthaltende Abgase, dadurch .gekennzeichnet, dass man

   (a) zunächst ein sauerstoffenthaltendes Gas in einer zum Oxydieren nur einer Teilmenge der insgesamt in dem Abgas enthaltenen oxydierbaren Bestandteile unzureichenden Menge in das Abgas einführt und die Teilmenge oxydiert, ohne das Kohlenraonoxyd vollständig zu oxydieren,

   (b) danach das Abgas einer reduzierenden Atmosphäre aussetzt und einen wesentlichen Teil der Stickoxyde chemisch reduziert, und

   (c) anschllessend das Abgas der Einwirkung eines säuerstoffenthaltenden Oases aussetzt und die restlichen in dem Gas verbliebenen oxydierbaren Bestandteile oxydiert*

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oxydation In den Stufen (a) und (c) als Flammenoxydation vornimmt und die Umgebungstemperatur in der Stufe (b) auf wenigstens 84O⁰C einstellt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Stufe (a) Luft in einer so ausreichenden Menge dem Abgas zuführt, dass darin ein solcher Teil der insgesamt vorhandenen oxydierbaren Bestandteile oxydiert wird, dass eine exotherme Oxydationswärme in einer die Temperatur des Abgases auf wenigstens 840⁰C erhöhenden Menge entsteht, und der verbleibende Gehalt an Kohlenmonoxyd in dem Abgas auf einer wenigstens stoOhioaetrisoh gleichen Menge mit der Menge der darin vorhandenen Stiokoxyde gehalten wird·

   4· Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der verbleibende Gehalt an Kohlenmonoxyd wenigstens etwa 1/2 Prozent beträgt.

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   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stufe (b) eine Atmosphäre mit wenigstens 925⁰C und ein metallischer Katalysator für die chemische Reduktion von Stickstoffoxyd durch Kohlenmonoxyd verwendet werden»

   6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgas behandelt wird, dessen Sauerstoffgehalt bei weniger als 0,30 % liegt.

   7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Stufe (c) Luft in einer solchen Menge dem Abgas zusetzt, dass für die Oxydation der verbliebenen oxydierbaren Bestandteile in dem Abgas eine wenigstens stöehlometrisehe Menge an Sauerstoff vorhanden ist.

   8. Vrfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, dass in

   der Verfahrensstufe (c) soviel Luft in das Abgas eingeleitet wird, dass deren Menge zwischen den 1- und 1 1/2 - fachen der stöchiometrischen Menge für die oxydierbaren Bestandteile in dem Abgas entspricht*

   9. Verfahren zur Verminderung des Anteils an Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoff, Wasserstoff und Stiekoxyden in einem aus einer Kraftfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine, die mit einegi Kohlenwasserstoff-Brennstoff gefahren wird, abgegebenen Abgas« das mehr als 5% Kohlenmonoxyd, mehr als 2% Wasserstoff und weniger als 450 ppm Stickoxyde enthält, dadurch gekennzeichnet, dass man folgende Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchführt1

   (a) es wird Luft in einer so ausreichenden Menge dem Abgas zugeführt, dass Teilmengen der Gehalte an Kohlenmonoxyd und Wasserstoff oxydiert und bei dieser Oxydation eine so ausreichende exotherme Wärme erzeugt wird, dass die Temperatur des Abgases auf wenigstens 900⁰C erhöht wird, ohne ü&üb der Anteil an Kohlenmonoxyd unter 1# absinkt und weniger al® 0,75Ji Sauerstoff in dem nach der Oxydationsverbrennung verbleibenden Abgas vorhanden ist,

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   (b) das Abgas wird in Kontakt mit einem Katalysator gebracht und die Stickoxyde werden chemisch reduziert, und

   (c) in das aus der Stufe (b) staunende Abgas wird Luft in einer so wirksamen Menge eingeführt« dass Im wesentlichen der gesamte in diesem Abgas verbliebene Kohlenmonoxyd- und Wasserstoff-Anteil oxydiert wird und dabei ein behandeltes Abgas gewonnen wird, das weniger als 0,1% Kohlenmonoxyd, weniger als 0,1% Wassenfcoff und weniger als 50 ppm Stickoxyde enthält.

   10. Verfahen zur Behandlung eines Auspuff-Abgases, das aus der unvollständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes stammt, zwecks Erniedrigung der Konzentration an Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoffen und Stickoxyden, daduith gekennzeichnet, dass in Kombination mit anderen Verfahrensstufen eine Stufe vorgesehen wird, in der ein limitiert oxydiertes Abgas bei eier Temperatur von mehr als 84O⁰C während einer für die chemische Reduzierung wenigstens der Hälfte der in dem Abgas vorhandenen Konzentration an Stickoxyden zu Stickstoff wirksamen Zeltdauer für die chemische Reduktion geeigneten Bedingungen unterworfen wird, bevor es einer weiteren oxydativen Behandlung unterzogen wird«

   11* Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das limitiert oxydierte Abgas mit einer Temperatur zwischen 940 und 1025°C der chemischen Reduktion zugeführt und bei der Vornahme dieser chemischen Reduktion ein Katalysator mitverwendet wird, der aus Metallen oder Metalloxyden besteht.

   12. Verfahren zur Minimierung der Gehalte an Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoffen und Stickoxyden eines Abgases aus einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, die mit einem Kohlenwasserstoff -Kraftstoff gefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Verfahrensschritte nacheinander durchgeführt werdent

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   ^f \ Die Verbrennungskraftmaschine wird mit einem Luft-zu-Brenns toff -Mischungsverhältnis yon weniger als dlem für die vollständige Verbrennung der Kohlenwasserstoff-Brennstoffe erforderlichen stochiOMetrieohen Verhältnis gefahren, und es wird ein Abgas mit einem Kohlenmonoxidgehalt von mehr als 5% hergestellt,

   (b) in dieses Abgas wird Luft in einer für die Oxydation einer Teilmenge des Kohlenmonoxyds und der anderen darin vorhandenen oxydierbaren Bestandteile wirksamen Menge eingeführt, und es wird eine zur Steigerung der Temperatur des Abgases auf wenigstens 84O⁰C ausreichende exotherme Hitze erzeugt und so gearbeitet, dass bdabei ein Abgas mit einem Kohlenmonoxyd-Gehalt von wenigstens 2% und einem Sauerstoffgehalt von weniger als 0,75# hergestellt wird,

   (c) dieses Abgas wird einer chemischen Reduktion unterworfen und es werden die Stickoxide zu Stickstoff reduziert, und danach

   (d) wird eine so ausreichende Menge an Luft in das Abgas eingeführt, dass die verbliebenen oxydierbaren Bestandteile in dem Abgas oxydiert werden.

   1J3. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass i. in der Verfahrensstufe (a) die Maschine im Leerlauf mit einem Luft-zu-Brennstoff-Verhältnis gefahren wird, mit dem ein Abgas mit einem Kohlenmonoxidgehalt zwischen 8 und lOji hergestellt wird,

   ii. in der Verfahrensstufe (b) Luft in einer zum Oxydieren eines Teils des Kohlenmonoxyds und anderer oxydierbarer Bestandteile ausreichenden Menge eingeführt und eine exotherme Hitze erzeugt wird, mit der die Temperatur des Abgases auf wenigstens 925⁰C erhöht wird, ohne dass der Anteil an Kohlenmonoxyd in dem

   Abgas auf weniger als 2£ vermindert wird, "

   iii. in der Verfahrensstufe (c) dieses Abgas über eine für die chemische Reduktion von wenigstens der halben anteiligen Menge an Stickstoffoxyd in dem Abgas zu Stickstoff ausreichende Zelt der Einwirkung eines Katalysators ausgesetzt wird, und

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   Iv₀ in der Verfahrensstufe (d) Luft in einer so ausreichenden Menge in das Abgas eingeführt wird, dass wenigstens die stöchioraetrische Menge an Sauerstoff zur praktisch vollständigen Oxydation des verbliebenen Kohlenmonoxyds und anderer oxydierbarer Bestandteile in dem Abgas zugemischt wird.

   14. Verfahren nach Anspruch 13/ dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfahrensstufe (c) der Katalysator auf die inneren Flächen der Apparatur, in der die Verfahrensstufe (c) vorwiegend durchgeführt wird, aufgebracht wird.

   15ο Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Metallkatalysatoren mitverwendet werden, die aus mit Kupfer überzogenen Edelstahllegierungen gebildeten Sibgewebeeinsätzen innerhalb der Vorrichtung, in der die Verfahrensstufe (c) vorwiegend durchgeführt wird, bestehen»

   16. Verfahren nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfahrensstufe (c) ein Katalysator verwendet wird, der aus gegebenenfalls auf Trägermaterial aufgebrachten Metallen oder Metalloxyden oder Legierungen oder Gemischen dieser aus den Gruppen IB und IV bis VIII des Periodischen Systems besteht«

   17β Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfahrensstufe (b) ein Katalysator verwendet wird, der aus gegebenenfalls auf einem Trägermaterial aufgebrachten Metallen oder Metalloxyden oder Legierungen oder Gemischen dieser aus den Gruppen IB und IV bis VIII des Periodischen Systems besteht.

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