DE2225232C3 - Zweischicht-Katalysatoranordnung zur Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweischicht-Katalysa- auch mit gleichbleibender Qualität herstellen, türanordnung zur Reinigung von Kraftfahrzeugabga- 35 Infolge der der erfindungsgemäßen Kombination sen, deren Schichten aus grob gewebten, alkaliarmen der beiden verschiedenen Katalysatorschichten, ins-Glasfaserbahnen als Trägermaterial besiehen, auf besondere durch Anordnung der Platin-Katalysatordem Metalloxid-Katalysatoren aufgebracht sind. schicht auf der stromaufwärts liegenden Seite, kön-

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

Daß die das Trägermaterial bildenden Glasfasern In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dabei

durch eine geeignete Vorbehandlung entalkalisiert 45 vorgesehen, daß ein aus grob gewebten, entalkalisiersein sollen, ist in dieser Druckschrift nicht offenbart. ten Glasfaserbahnen bestehender Filter in Ströbei einem Metalloxid-Katalysator ist zwar die Kata- mungsrichtung der Abgase vor der Platin-Katalysalysator-Reaktionstemperatur für die zu behandelnden torschicht angeordnet ist. Dieser Filter adsorbiert bei Abgasbestandteile verhältnismäßig nieder, wenn je- niederer Temperatur die Kohlenwasserstoffe mit hodoch die Abgastemperatur zu gering ist, beispiels- 5° hem Molekulargewicht, um sie bei steigender Beweise unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Mo- triebstemperafur wieder abzugeben, tors, so kommt es infolge der Ablagerung von Kon- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der

denswasser, Benzinnebel und Teeriickständen auf der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Oberfläche 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. Fig. 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 Fig. 3 und 4 Schnittansichten unterschiedlicher

Kraftfahrzeugabgasen bekannt, welche aus zwei Ge- Ausführungsformen der Erfindung, weben aus Keramikfasern besteht, auf die Platin auf- 60 I_n Fig. 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 durchströmer, eine Abgasleitung2, eine kader Katalysatoranordnung ein Filter in Form eines talytische Reinigungsanlage 3 und eine Abgaslei-Drahtgitters angeordnet. tung4, um über einen Auspufftopf oder Schalldämp-Bei einem Platin-Katalysator ist zwar die Wider- 65 fer5 durch ein Ausouffrohr6 ausgestoßen zu werstandsfähigkeit gegen eine Vergiftung durch Benzin- den.

nebel, Teerrückstände od. dgl. größer als bei είηείη In Fig. 2 ist das Innere der Reinigungsanlage3

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

3 eine zur Vergrößerung der bei der ersten Ausfuhrungsform

^eISS?»rh!n einer Granulatmasse wie beispielsweise berflachen ^ei"" _usw. _{oder au}f Aktivkohle

^%ΐΑ und daß die Anlage durch Anschluß^aUff_Pn 8 uid 9 mit den äußeren Abgasleitungen ver_stutzen 8 und ν _katalytische„ Reinigungsanlage

^e Umwand ungsleistung für Kohlenmonoxid und f faserstoffehoch, und die Reinigungswirkung ^Κθ1ϊ 3oe ausgezeichnet. Allerdings haftet der ^{iSt d},^eSen Reinigungsanlage der Mangel an, daß ^ktinre Remigungsleistung infolge der Einwirkung ^SlCi Ir in den Abgasen enthaltener unverbrannter ? ?ukte info ge der Einwirkung von Blei usw. zu Produkte inio.g Katalysatorvergiftung

^ BIe UiU bei jedem Katalysator in Erscheidi ilen Katalysatoren eine

Anordnungen erläutert werden _}

In die jeweiligen zylindrischen Gehäuse waraw eine Menge von 500 g eines geko-ten K.gysa^ von Metallox.den, die auf ronerde als l _e ». rial aufgebracht waren «^ff™^^ _mit zwei von 500 g einer Sch-«f^CSbeispiel der Schichten gemäß dem ersten Austunning ^_n Erfindung, (3) e.ne Menge yon 5UU J | _mk Schichtenkatalysatormasse, „^f^^p^chend dem t_S einem Filter »Fo™ «ner ScJ^ ««,ung _versehen, zweiten Ausfuhrungsbe.sp.eiι debmn S. ^

und (4) eine Menge von 500 ^eme M ^ ^

Metalloxiden, die » «^η 3 waren, jedoch Glasfaser-Trägermatena»gSj^^if rine _tr Fortlassung des «^^^

^h BIe UiU bei jedem Katay GlasfaserTrägegSj^^i

^dU? doch haben die einzelnen Katalysatoren eine *o _unter Fortlassung des «^,^^ ei„em Hub-S unterschiedliche Sekktivitätscharakterist.k fur prakt.sche E^^Jgeführtlurde. Die Aktivie

und

13 von unterschieaucner ami νυι^^,,^,,, die

Abgase von einem Kanal 14 in einen Kanal 15 überströmen. Als Katalysatorschichten dienen ein Platinkatalysator 12, zu dessen Herstellung eine Menge 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 grob gewebter Glasfaserbahnen mit einer starken Säure zur Erhöhung des Siliciumdioxidanteils und zur Oberflächenvergrößerung erhalten wutden, und ein Katalysator 13, zu dessen Herstellung eine Menge von 22 Gewichtsprozent eines Gemisches von Metalloxiden, 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 F i g. 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

ters für vergleichende uihy^i^i^,·^ ,_,

einem Betriebszustand mit Ausstoßung von 3 bis 4 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 oder senkrechten Lage angeordnet sein. Bei den obigen Ausführungsformen dienen Glasfasern als Trägermaterial, die einer Behandlung mit einer starken Säure zur Erhöhung seiner Hitzebeständigkeit unterworfen wurden. Man arbeitet 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 eine Katalysatormasse, die nicht mehr als 35 Gewichtsprozent Metalloxide enthält. Als Filter, wie es im zweiten Ausführungsbeispiel benutzt bo 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, in Betracht.

65 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 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 Platinkalalysator vor dem Metalloxidka- ao talysator angeordnet ist, werden die Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht größtenteils schon im vorderen Teil der Katalysatorschichten aufoxidiert oder bei der Reaktionstemperatur des Katalysators zersetzt, so daß aus as der Selektivität des Metalloxidkatalysators herrührende Nachteil vermieden und der Katalysatorvergiftung weitestgehend vorgebeugt werden kann.

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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 P.eaktionstemperatur des Katalysators ansteigenden Filtertemperatur nach und nach wieder abzugeben. Hat der Katalysator eine für den Ablauf der Reaktion hinreichende Temperatur erreicht, so hört die Adsorption^vvirkung 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 Metalloxidkatalysaiors aufgebracht hat, und im Rahmen der Erfindung kann daher pro Gewichtseinheit der Katalysatormasse eine größere Abgasmenge behandelt werden als mit der herkömmlichen gekörnten Katalysatormasse, se 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, d a - stellunaskosten 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 aufgebracht sind auf das Gewicht des Trägermaterials nicht mehr und auf die zweite Katalysatorschicht bezogen auf als 35 Gewichtsprozent Metalloxide aufgebraehl 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-Katalysator- 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-Katalysatorschicht (12) angeordnet ist. eine Viekahl 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