DE2225232A1

DE2225232A1 - Vorrichtung zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen

Info

Publication number: DE2225232A1
Application number: DE19722225232
Authority: DE
Inventors: Harutoki Takatsuki Yagi Jun Kyoto Nakamura (Japan). P
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1971-05-27
Filing date: 1972-05-24
Publication date: 1972-12-07
Also published as: CA953515A; FR2139152A1; JPS517245B1; FR2139152B1; NL7207124A; DE2225232C3; GB1372806A; DE2225232B2; NL151164B; IT958098B

Description

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MATSUSHITA ELECTEIG INDUSTRIAL CO., LTD, Osaka, Japan

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen, in der die in den Autoabgasen enthaltenen schädlichen Bestandteile beseitigt werden. Die Erfindung hat demgemäß zur Aufgabe, der durch die in den Kraftfahrzeugabgasen enthaltenen Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht hervorgerufenen Katalysatorvergiftung entgegenzuirirken, wodurch die Lebensdauer der Reinigungsanlage erhöht wird, viährend gleichseitig die Betriebskosten und der Gestehungsaufwand für die Reinigungsanlage gesenkt werden.

Die in den Autoabgasen enthaltenen unverbrannten produkte wie beispielsweise Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide u.dgl. gelten als Schadstoffe, und es ist eine Reihe von Patenten bekannt, die die Beseitigung dieser Schadstoffe zum Gegenstand haben.

Die Erfindung soll nun anhand der beigegebenen Zeichnungen beschrieben werden. Darin zeigen;

Fiff.

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Fig. 1 eine schematische Darstellung, in der allgemein eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage gezeigt ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht der herkömmlichen Anlage zur Reinigung von Autoabgasen; und

Fig. 3 und 4 Schnittansichten unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist allgemein das katalytische Reinigungsverfahren veranschaulicht. Die Abgase eines Motors 1 durchströmen eine Abgasleitung 2, eine katalytisch^ Reinigungsanlage 3 und eine Abgasleitung 4, um über einen Auspufftopf oder Schalldämpfer 5 durch ein Auspuffrohr 6 ausgestoßen zu werden.

In Fig. 2 ist das Innere der Reinigungsanlage 3 dargestellt, wobei dieser Darstellung zu entnehmen ist, daß in der Anlage 3 eine zur Vergrößerung der katalytisch wirksamen Oberfläche in einer schrägen Stellung angeordnete Katalysatormasse 7 vorgesehen ist, bestehend aus Platin oder aus einem Gemisch verschiedener Metalloxide, das auf die Körnchenoberflächen einer Granulatmasse wie beispielsweise Tonerde, eine Silicamasse usw. oder auf Aktivkohle aufgebracht ist, und daß die Anlage durch Anschluß stutzen 8 und 9 ^ffiit den äußeren Abgasleitungen verbunden ist. Bei der katalyti sehen Reinigungsanlage ist die Umwandlungsleistung für Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe hoch und die Reinigungswirkung ist demzufolge ausgezeichnet. Allerdings haftet der katalytischen Reinigungsanlage der Mangel an, daß sich ihre Reinigungslei stung infolge der Einwirkung anderer, in den Abgasen enthaltener unverbrannter Produkte, infolge der Einwirkung von Blei usw. zu verschlechtern pflegt. Eine Katalysatorvergiftung durch 31ei tritt bei jedem Katalysator in Erscheinung, doch haben die einzelnen Katalysatoren eine recht unterschiedliche Selektivitätscharakteristik für unverbrannte Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht. Besonders wenn Motoröl o.dgl. in die Abgasleitung gelangt, treten wegen der hohen Terbrennungstemperatur zahlreiche Probleme auf. Durc-i die Erfindung werden diese Nachteile ausgeschaltet und es wird gleichzeitig eine Anlage mit ausgezeichnetem Betriebsverhai ten und mi t höherer Lebensdauer geschaffen, die geeignet ist, der Luf tversch;nu t-

vsn (U;

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zung entgegenzuwirken.

Unter Bezugnahme auf die Id ei gegebene η Zeichnungen sollen nun Ausführungsformen der Erfindung in ihren Einzelheiten beschrieben werden.

In Fig. 3 ist als erstes Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 11 mit einem Durchmesser von etwa 250 mm sind zwei Katalysatorschichten 12 und 13 von unterschiedlicher Art vorgesehen, wobei die Abgase von einem Kanal I4 in einen Kanal I5 überströmen. Als Katalysatorschichten dienen ein Platinkatalysator 12, zu dessen Herstellung eine lienge von 4/ Gewichtsprozent Platin, bezogen auf die Menge der Trägersubstanz, auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufgebracht wird, bei dem es sich um Bahnen von hitzebeständigen Glasfasern handelt, die durch Behandlung grobgewebter Glasfaserbahnen mit einer starken Säure zur Erhöhung des Siliciumdioxidanteils und zur Oberflächenvergrößerung erhalten wurden, und ein Katalysator 13, zu dessen Herstellung eine Menge von 22 Gewichtsprozent eines Gemisches von Metalloziden, bestehend in der Hauptsache aus Kobaltoxid und Kupferoxid, auf die Oberfläche des Trägermaterials aufgebracht wird. Der Platinkatalysator 12 ist vor dem Katalysator 13 vorgesehen, so daß die Abgase zuerst mit dem Platinkatalysator 12 in Berührung kommen, wobei sich der Mengenanteil des Platinkatalysators 12 auf etwa 20 Gewichtsprozent der Gesamtkatalysatorsubstanz beläuft.

In Pig. 4 ist als zweites Beispiel eine andere 'Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In einem zylindrischen Gehäuse 11, das dem der ersten Ausführungsform ähnlich ist, sind hier die gleichen Katalysatorschichten wie bei der ersten Ausführungsform in Erstreckung in einem rechten Winkel zur Achse des Gehäuses 11 angeordnet. Hierbei ist vor der Platinkatalysatorschicht 12 allerdings noch einmal zusätzlich das gleiche Trägermaterial vorgesehen, das auch bei der ersten Ausführungsform Verwendung fand, so daß ein Filter l6 gebildet wird. Mengenmäßig maoht das Filter 16 einen Anteil von 15 Prozent der Gesamtmenge der Katalysatorschichten aus.

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Es soll nun die Wirkweise der erfindungsgemäßen Anordnungen erläutert werden.

In die jeweiligen zylindrischen Gehäuse wurden (l) eine Menge von 500 g eines gekörnten Katalysators von Metalloxiden, die auf Tonerde (alumina) als Trägermaterial aufgebracht waren, eingegeben, (2) eine Menge von 500 g einer Schichtenkatalysatormasse mit zwei Schichten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, (5) eine Menge von 500 g der gleichen Schichtenkatalysatormasse, jedoch zusätzlich mit einem Filter in Form einer Schicht entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung versehen, und (4) eine Menge von 500 g eines Katalysators von Metalloxiden, die auf ein besonders behandeltes Glasfaser-Trägermate rial aufgebracht waren, jedoch unter Fortlassung des Platinkatalysators, worauf eine praktische Erprobung in Fahrzeugen mit einem Hubraum von 1500 ecm durchgeführt wurde. Die Aktivierungsanfangstemperaturen lagen in den obigen vier Fällen in der genannten Reihenfolge bei 155» 140, I27 bzw. 160 C. Die Reinigungsleistung für Kohlenmonoxid belief sich nach 500 km Fahrstrecke für die einzelnen Massen in der genannten Reihenfolge auf etwa 50 Prozent, etwa 100 Prozent, etwa 100 Prozent und etwa 55 Prozent. Als dann nach 500 km Fahrstrecke Motoröl in kleinen Anteilen absichtlich in die Abgasleitung eingeleitet wurde, be lie fen sich die Reinigungsleistungen in der genannten Reihenfolge der obigen vier Fälle auf etwa 20 Prozent, etwa 98 Prozent, etwa 100 Prozent und etwa 25 Prozent. Die Messung der Reinigungsleietung wurde im Leerlauf nach einer bestimmten Fahrweise vorgenommen und erfolgte innerhalb einer Minute unter Zuhilfenahme eines Infrarot-Spektrophotometers für vergleichende Dispersionsmessungen in einem Betriebszustand mit Ausstoßung von 3 Ms Prozent Kohlenmonoxid.

Außer zylindrischen Gehäusen kommen für die Reinigungsanlage auch solche mit anderer Form in Betracht, beispielsweise also mit elliptischer, ovaler, rechteckiger und sonstiger Form. Die Katalysatorschicht kann in einer schrägen, senkrechten oder sonstigen Lage angeordnet sein. Bei den obigen Ausführungsformen dienen Glasfasern als Trägermaterial, die einer Sonderbehandlung unterzogen,

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gen worden sind, doch falls eine besondere Hitzebeständigkeit nicht erforderlich sein sollte, kann auch ein übliches Glasfasermaterial Verwendung finden, das nicht der Behandlung mit einer starken Säure zur Erhöhung seiner Hitzebeständigkeit unterworfen wurde. Vorzugsweise arbeitet man mit einem Platinkatalysator, der nicht mehr als 5 Gewichtsprozent aufgebrachtes Platin enthält. Sind die Metalloxide in einer zu starken Schicht auf die Oberfläche des Trägermaterials aufgebracht, so erfolgt eine stärkere Abtragung des Katalysators von den Glasfaseroberflächen, und man verwendet daher vorzugsweise eine Katalysatormasse, die nicht mehr als 35 Gewichtsprozent Metalloxide enthält. Ils Filter, wie es im zweiten Ausführungsbeispiel benutzt wurde, kann man auch ein solches verwenden, das nicht aus dem Glasfasermaterial der Katalysatormasse besteht, und es kommen hierfür beispielsweise auch Adsorbentien wie etwa aktive Tonerde usw. in Betracht.

Hinsichtlich des Mengenverhältnisses des Platinkatalysators zum Metalloxidkatalysator wirkt es sich einschränkend aus, daß die Katalysatormasse bei einer Erhöhung des Anteils des Platinkatalysators kostspielig wird. Es wird daher bevorzugt, nicht mehr als 50 Gewichtsprozent Platinkatalysator einzusetzen, bezogen auf die Gesamtmenge des Katalysators, doch läßt sich die erfindungsgemäße Wirkung nicht hinlänglich hervorbringen, wenn sich der Anteil des Platinkatalysators nicht auf mindestens 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtkatalysatormenge, beläuft. Außer den in den obigen Beispielen genannten Metalloxiden kommen beispielsweise auch die des Kobalts, Mangans, Chroms, Kupfers, Eisens, Titans usw. in Betracht, und zwar einzeln für sich wie auch im Gemisch und auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufgebracht. Als Metalloxid-Katalysatormasse kann man auch zwei oder mehr Arten von Metalloxidkatalysatoren verwenden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasreinigung mit dem obenbeschriebenen Aufbau vermittelt die folgenden Wirkungen und Vorteile:

1) Da der Platinkatalysator vor dem Metalloxidkatalysator angeordnet ist, werden die Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht

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gewicht größtenteils schon im vorderen Teil der Katalysatorschichten aufoxidiert oder bei der Reaktionstemperatur des Katalysators zersetzt, so daß der aus der Selektivität des Metalloxidkatalysators herrührende Nachteil vermieden und der Katalysatorvergiftung weitestgehend vorgebeugt werden kann.

2) Da der Katalysator auf das Trägermaterial aus spezialbehandelten Glasfasern aufgebracht ist, läßt sich ein wirksamer Kontakt mit den Abgasen herbeiführen, und darüber hinaus wird auch der Strömungswiderstand für die Abgase nicht erhöht, da als Trägermaterial die grobgewebten Glasfaserbahnen dienen.

3) Da vor dem Platinkatalysator das Filter vorgesehen ist, können die Wirkeigenschaften des Platinkatalysators geschützt werden und das Filter adsorbiert bei niederer Temperatur die Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht, um sie bei einer mit der Erhöhung der Reaktionstemperatur des Katalysators ansteigenden Filtertemperatur nach und nach wieder abzugeben. Hat der Katalysator eine für den Ablauf der Reaktion hinreichende Temperatur erreicht, so hört die Adsorptionswirkung des Filters auf, dessen Oberfläche sich nun reinigt, worauf es bei erneuter Ingebrauchnahme wieder adsorptionsfähig ist.

4) Die Katalysatormasse ist in der Weise hergestellt, daß man auf die betreffenden Glasfaser-Trägermaterialien eine geringere Menge eines Platinkatalysators und eine größere Menge eines Metalloxidkatalysators aufgebracht hat, und im Rahmen der Erfindung kann daher pro Gewichtseinheit der Katalysatormasse eine größere Abgasmenge behandelt werden als mit der herkömmlichen gekörnten Katalysatormasse, so daß mit einer geringeren Katalysatormenge" gearbeite t und die Erscheinung der Katalysatorvergiftung weitestgehend ausgeschaltet werden kann. Auf diesem Wege kann eine Reinigungsanlage geschaffen werden, die nicht aufwendig ist und eine höhere Lebensdauer hat.

Paten tansri rücke

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Claims

-7- 227 5232 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (ll) mit einem Einlaßanschluß (I4) und einem Auslaßanschluß (15) für die Abgase, einen Platinkatalysator (12) mit einem den auf die Menge eines Trägermaterials bezogenen Wert von 5 Gewichtsprozent nicht überschreitenden Gehalt an Platin, das auf die Oberfläche von grobgewebten, entalkalisierten Glasfaserbahnen als Trägermaterial aufgebracht ist, und einen Katalysator (13) mit einem den auf die Menge eines Trägermaterials bezogenen Wert von 35 Gewichtsprozent nicht überschreitenden Gehalt an Metalloxiden, die auf die Oberfläche des aus Glasfasern bestehenden Trägermaterials aufgebracht sind, wobei der Platinkatalysator (12) innerhalb des Gehäuses (ll) in einem Mengenanteil des Platins von 5 his 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtkatalysatormenge, quer zu einem Gasdurchlaß vor dem die Metalloxide enthaltenden Katalysator (13) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß vor dem Platinkatalysator (12) quer zum Gasdurchlaß ein Filter (l6) vorgesehen ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß'es sich bei dem illter (l6) um das gleiche, aus grobgewebten, entalkalisierten Glasfaserbahnen "bestehende Material wie bei dem Trägermaterial handelt.

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