DE2225232B2 - Zweischicht-Katalysatoranordnung zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen - Google Patents

Description

ist, daß in der Anlage 3 eine zur Vergrößerung der bei der ersten Ausführungsform Verwendung fand, katalytisch wirksamen Oberfläche in einer schrägen so daß ein Filter 16 gebildet wird. Mengenmäßig Stellung angeordnete Katalysatormasse 7 vorgesehen macht das Filter 16 eine Anteil von 15 Prozent der ist, bestehend aus Platin oder aus einem Gemisch Gesamtmenge der Katalysatorschichten aus,
verschiedener Metalloxide, das auf die Körnchen- S Es soll nun die Wirkweise der erfindungsgemäßen oberflächen einer Granulatmasse wie beispielsweise Anordnungen erläutert werden,
Tonerde, eine Silicanmasse usw. oder auf Aktivkohle I_n die jeweiligen zylindrischen Gehäuse wurden (1) aufgebracht ist, und daß die Anlage durch Anschluß- eine Menge von 500 g eines gekörnten Katalysators stutzen 8 und 9 mit den äußeren Abgasleitungen ver- von Metalloxiden, die auf Tonerde als Trägermatebunden ist. Bei der katalytischen Reinigungsanlage io rial aufgebracht waren, eingegeben, (2) eine Menge ist die Umwandlungsleistung für Kohlenmonoxid und _VOn 500 g einer Schichtenkatalysatormasse mit zwei Kohlenwasserstofte hoch, und die Reinigungswirkung Schichten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der ist demzufolge ausgezeichnet. Allerdings haftet der Erfindung, (3) eine Menge von 500 g der gleichen katalytischen Reinigungsanlage der Mangel an, daß Schichtenkatalysatormasse, jedoch zusätzlich mit sich ihre Reinigungsleistung infolge der Einwirkung is einem Filter in Form einei Schicht entsprechend dem anderer, in den Abgasen enthaltener unverbrannter zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung versehen. Produkte, infolge der Einwirkung von Blei usw. zu und (4) eine Menge von 500 g eine Katalysaturs von verschlechtern pflegt. Eine Katalysatorvergiftung Metalloxiden, die" auf >:'.<i besonders behandeltes durch Blei tritt bei jedem Katalysator in Erschei- Glasfaser-Trägermaterial aufgebracht waren, jedoch nung, doch haben die einzelnen Katalysatoren eine ao unter Fortlassung des Platinkatalysators, worauf eine recht unterschiedliche Selektivitätscharakteristik für praktische Erprobung in Fahrzeugen mit einem Hubunverbrannte Kohlenwasserstoffe mit hohem Mole- raum von 1500 ecm durchgeführt wurde. Die Aktiviekulargewicht. Besonders wenn Motoröl od. dgl. in die rungsanfangstemperaturen lagen in den obigen vier Abgasleitung gelangt, treten wegen der hohen Ver- Fällen in der genannten Reihenfolge bei 155, 140, brennungstemperatur zahlreiche Probleme auf. as 127 bzw. 160° C. Die Reinigungsleistung für Koh-Durch die Erfindung werden diese Nachteile ausge- lenmonoxid belief sich nach 500 km Fahrstrecke für schaltet und es wird gleichzeitig eine Anlage mit aus- die einzelnen Massen in der genannten Reihenfolge gezeichnetem Betriebsverhalten und mit höherer Le- auf etwa 50 Prozent, etwa 100 Prozent, etwa bensdauer geschaffen, die geeignet ist, der Luftver- 100 Prozent und etwa 55 Prozent. Als dann nach schmutzung entgegenzuwirken. 30 500 km Fahrstrecke Motoröl in kleinen Anteilen ab-Unter Bezugnahme auf die beigegebenen Zeich- sichtlich in die A) gasleitung eingeleitet wurde, belienungen sollen nun Ausführungsformen der Erfin- fen sich die Reinigungsleistungen in der genannten dung in ihren Einzelheiten beschrieben werden. Reihenfolge der obigen vier Fälle auf etwa 20 Proin Fig. 3 ist als erstes Beispiel eine Ausführungs- zent, etwa 98 Prozent, etwa 100 Prozent und etwa form der Erfindung dargestellt. Innerhalb eines zylin- 35 25 Prozent. Die Messung der Reinigungsleistung drisc'.ien Gehäuses 11 mit einem Durchmesser von wurde im Leerlauf nach einer bestimmten Fahrweise etwa 250 mm sind zwei Kalalysatorschichten 12 und vorgenommen und erfolgte innerhalb einer Minute 13 von unterschiedlicher Art vorgesehen, wobei die unter Zuhilfenahme eines Tnfrarot-Spektrophotome-Ahgase von einem Kanal 14 in einen Kanal 15 über- ters für vergleichende Disr-p^icr-smessungcn in strömen. Als Katalysatorschichten dienen ein Platin- 40 einem Betriebszustand mit Ausstoßung von 3 bis katalysator 12, zu dessen Herstellung eine Menge 4 Prozent Kohlenmonoxid.

von 4 Gewichtsprozent Platin, bezogen auf die Außer zylindrischen Gehäusen kommen für die Menge der Trägersubstanz, auf die Oberfläche eines Reinigungsanlage auch solche mit anderer Form in Trägermaterials aufgebracht wird, bei dem es sich Betracht, beispielsweise also mit elliptischer, ovaler, um Bahnen von hitzebeständigen Glasfasern handelt, 45 rechteckiger und sonstiger Form. Die Katalysatordie durch Behandlung grob gewebter Glasfaserbah- schicht kann in einer schrägen oder senkrechten nen mit einer starken Säure zur Erhöhung des Silici- Lage angeordnet sein. Bei den obigen Ausführungsumdioxidanteils und zur Oberflächenvergrößerung er- formen dienen Glasfasern als Trägermaterial, die halten wurden, und ein Katalysator 13, zu dessen einer Behandlung mit einer starken Säure zur Erhö-Herstellung eine Menge von 22 Gewichtsprozent 50 hung seiner Hitzebeständigkeit unterworfen wurden, eines Gemisches von Metalloxiden, bestehend in der Man arbeitet mit einem Platinkatalysator, der nicht Hauptsache aus Kobaltoxid und Kupferoxid, auf die mehr als 5 Gewichtsprozent aufgeorachtcs Platin entOberfläche des Trägermaterials aufgebracht wird. hält. Sind die Metalloxide in einer zu starken Schicht Der Platinkatalysator 12 ist vor dem Katalysator 13 auf die Oberfläche des Trägermaterial aufgebracht, vorgesehen, so daß die Abgase zuerst mit dem Pia- 55 so erfolgt eine stärkere Abtragung des Katalysators tinkatalysator 12 in Berührung kommen, wobei sich von den Glasfaseroberflächen, und man verwendet der Mengenanteil des Platinkatalysators 12 auf etwa daher eine Katalysatormasse, die nicht mehr als 20 Gewichtsprozent der Gesamtkatalysatorsubstanz 35 Gewichtsprozent Metalloxide enthält. Als Filter, beläuft. wie es im zweiten Ausführungsbeispiel benutzt In F i g. 4 ist als zweites Beispiel eine andere Aus- 60 wurde, kann man auch ein solches verwenden, das führungsfoim der Erfindung dargestellt. In einem zy- nicht aus dem Glasfasermaterial der Katalysatorlindrischen Gehäuse 11, das dem der ersten Ausfüh- masse besteht, und es kommen hierfür beispielsweise rungsform ähnlich ist, sind hier die gleichen Kataly- auch Adsorbentien, wie etwa aktive Tonerde, in Besatorschichten wie bei der ersten Ausführungsform in tracht.

Erstreckiing in Jr.em rechten Winkel zur Achse des 65 Hinsichtlich des Mengenverhältnisses des Platin-Gehäuses 11 angeordnet. Hierbei ist vor der Platin- katalysators zum Metalloxidkatalysator wirkt es katalysatorschicht 12 allerdings noch einmal zusatz- sich einschränkend aus, daß die Katalysatormasse bei lieh das gleiche Trägermaterial vorgesehen, das auch einer Erhöhung des Anteils des Platinkatalysators

kostspielig wird. Es wird daher nicht mehr als 50 Gewichtsprozent Platinkatalysator eingesetzt, 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 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 oben beschriebenen Aufbau vermittelt die folgenden Wirkungen und Vorteile:

1.) Da der Platinkatalysator vor dem Metalloxidka- ao talysator angeordnet ist, werden die Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht größtenteils schon im vorderen Teil der Katalysatorschichten aufoxidiert oder hei der Ueaktionstemperatur des Katalysators zersetzt, so daß aus as 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 grob gewebten 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 MeMlnxidkatalysatnrs aufgebracht hat, lind 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 gearbeitet 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

der Nachteil gegenüber, daß die Katalysator-Reak- Patentansprüche: tionstemperatur höher ist als bei einem Metalloxid-Katalysator.

1. Zweischicht-Katalysatoranordnung zur Rei- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nigung von Kraftfahrzeugabgasen, deren Schich- 5 Zweischicht-Katalysator zu schaffen, welcher sich eiten aus grob gewebten, alkaliarmen Glasfaser- nerseits durch eine hohe Wirksamkeit und andererbahnen als Trägermaterial bestehen, auf dem seits durch eine hohe Lebensdauer bei geringen Her-Metalloxid-Katalysatoren aufgebracht sind, da- Stellungskosten auszeichnet.

durch gekennzeichnet, daß die Glasfa- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei sern des Trägermaterials der beiden Katalysator- io einem Zweischicht-Katalysator der eingangs genannschichten (12 und 13) durch Behandlung mit ten Bauart dadurch gelöst, daß die Glasfasen des einer starken Säure entalkalisiert sind und daß Trägermaterials der beiden Katalysatorschichten auf die erste Katalysatorschicht (12) bezogen auf durch Behandlung mit einer starken Säure entalkalidas Gewicht des Trägermaterials nicht mehr als siert sind und daß auf die erste Katalysatorschicht 5 Gewichtsprozent Platin aufgebracht sind und 15 bezogen auf das Gewicht des Trägermaterials nicht auf die zweite Katalysatorschicht (13) bezogen mehr als 5 Gewichtsprozent Platin aufgeoracht sind auf das Gewicht des Trägermaterials nicht mehr und auf die zweite Katalysatorschicht bezogen auf als 35 Gewichtsprozent Metalloxide aufgebracht das Gewicht des Trägermaterials nicht mehr als sind, wobei die Platin-Katalysatorschicht (12) 5 35 Gewichtsprozent Metalloxide aufgebracht sind, bis 50 Gewichtsprozent der gesamten Katalysator- 20 wobei die Platin-Katalysatorschicht 5 bis 50 Geanordnung ausmacht und in Strömungsrichtung wichtsprozent der gesamten Katalysatoranordnung der Abgase vor der Metalloxid-Kataiysator- ausmacht und in Strömungsrichtung der Abgase vor schicht (13) angeordnet ist. der Metalloxid-Katalysatorschicht angeordnet ist.

2. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1 da- Dadurch, daß die Glasfasern des Trägermaterials durch gekennzeichnet, daß ein aus grob geweb- 25 der beiden Katalysatorschichten mit einer starken ten, entalkalisierten Glasfaserbahnen bestehender Säure vorbehandelt werden, werden die alkalischen Filter (16) in Strömungsrichtung der Abgase vor Bestandteile aus den Glasfasern herausgelöst, so daß der Platin-^atalysatorschicht (12) angeordnet ist. eine Vielzahl von Poren gebildet werden, wodurch

die Oberfläche des Trägermaterials beträchtlich ver-

30 größen wird. Das hat aber wiederum zur Folge, daß

die Oberfläche der beiden Katalysatorschichten vergrößert und demzufolge die Reinigungswirkung verbessert wird. Ein derartiges Trägermaterial läßt sich

Die Erfindung betrifft eine Zweischicht-Katalysa- auch mit gleichbleibender Qualität herstellen,

loranordnung zur Reinigung von Kraftfahrzeugabga- 35 Infolge der der erfindungsgcnäßen Kombination

$en, deren Schichten aus grob gewebten, alkaliarmen der beiden verschiedenen Kataiysatorschichten, ins-

Glasfaserbahnen als Trägermaterial bestehen, auf besondere durch Anordnung der Platin-Katalysator-

dem Metalloxid-Katalysatoren aufgebracht sind. schicht auf der stromaufwärts liegenden Seite, kön-

Eine derartige Zweischicht-Katalysatoranordnuwg nen deren vorteilhafte Eigenschaften, nämlich die fet bereits aus der deutschen Cffenlegungs- 40 niedrige Katalysator-Reaktionstemperatur der Metalllchrift 2 042 645 bekannt, wobei die beiden Katalysa- oxid-Katalysatorschicht und die hohe Widerstandslorschichten identisch ausgebildet und durch ein fähigkeit der Platin-Katalysatorschicht, in optimaler Netz aus rostfreiem Stahl voneinander getrennt sind. Weise ausgenutzt werden.

t)aß die das Trägermaterial bildenden Glasfasern In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dabei iurch eine geeignete Vorbehandlung entalkalisiert 45 vorgesehen, daß ein aus grob gewebten, entalkalisierlein sollen, ist in dieser Druckschrift nicht offenbart. ten Glasfaserbahnen bestehender Filter in Ströi»ei einem Metalloxid-Katalysator ist zwar die Kata- mungsrichtung der Abgase vor der Platin-Katalysalysator-Reaktionsteruperatur für die zu behandelnden torschicht angeordnet ist. Dieser Filter adsorbiert bei Abgasbestandteile verhältnismäßig nieder, wenn je- niederer Temperatur die Kohlenwasserstoffe mit hoioch die Abgastemperatur zu gering ist, beispiels- 5° hem Molekulargewicht, um sie bei steigender Beweise unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Mo- triebstemperatur wieder abzugeben,
•ors, so kommt es infolge der Ablagerung von Kon- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der denswasser, Benzinnebel und Teerückständen auf der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
©berfläche des Katalysators zu einer Vergiftung des Fig. 1 eine schematische Darstellung, in der allge-Katalysators, wodurch dessen Reaktionstemperatur 55 mein eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage gezeigt ist,
ansteigt. F i g. 2 eine Schnittansicht der herkömmlichen An-

Aus der USA.-Patentschrift 3 061 416 ist auch be- lage zur Reinigung von Autoabgasen und
reits eine Katalysatoranordnung zur Reinigung von F i g. 3 und 4 Schnittansichten unterschiedlicher Kraftfahrzeugabgasen bekannt, welche aus zwei Ge- Ausführungsformen der Erfindung,
weben aus Keramikfasern besteht, auf die Platin auf- 60 In F i g. 1 ist allgemein das katalytische Reinigebracht ist. Um das Eindringen von Bleiverbindun- gungsverfahren veranschaulicht. Die Abgase eines gen zu verhindern ist in Strömungsrichtung vor der Motors 1 durchströmen eine Abgasleitung 2, eine kader Katalysatoranordnung ein Filter in Form eines talytische Reinigungsanlage 3 und eine Abgaslei-Drahtgitters angeordnet. tung 4, um über einen Auspufftopf oder Schalldämp-

Bei einem Platin-Katalysator ist zwar die Wider- 65 ferS durch ein Auspuffrohre ausgestoßen zu wer-

standsfähigkeit gegen eine Vergiftung durch Benzin- den.

nebel, Teerrückstände od. dgl. größer als bei einem In F i g. 2 ist das Innere der Reinigungsanlage 3

Metalloxid-Katalysators, diesem Vorteil steht aber dargestellt, wobei dieser Darstellung zu entnehmen