DE2231352C3 - Verfahren zur katalytischen Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in Autoabgasen - Google Patents
Verfahren zur katalytischen Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in AutoabgasenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Oxydation der in Autoabgasen vorhandenen
unverbrannten oder nur teilweise oxydierten Bestandteile, unter besonderer Berücksichtigung
einer möglichst quantitativen Beseitigung des Kohlenmonoxids.
Es ist bekannt, daß man nach Zumischen von Luft die in Autoabgasen enthaltenen Kohlenwasserstoffe
und das Kohlenmonoxid durch katalytische Nachverbrennung entfernen kann. Dabei haben sich für die
Oxydation der Kohlenwasserstoffe Katalysatoren besonders bewährt, die Platin auf einem feuerfesten
Träger enthalten.
Diese Katalysatoren weisen jedoch ilen Nachteil auf, daß sie die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxydation
ties Kohlenmonoxid erst bei relativ hohen
Temperaturen beschleunigen, so daß die volle Wirksamkeit nach dem Kaltstart des Kraftfahrzeugs erst
mit erheblicher Verzögerung erreicht wird.
Da als Ursache für die Erscheinung die relativ stabile Carbonylbindung des Platins angenommen werden
kann, wurde versucht, durch geeignete Zusätze die Reaktionsfähigkeit des an der aktiven Oberfläche
gebundenen Kohlenmonoxids zu erhöhen. Palladium zeigte diese Eigenschaft, steigerte jedoch gleichzeitig
die zur Oxydation der Kohlenwasserstoffe notwendige Temperatur sprunghaft. Zusätze von Nickel beeinflußten
die CO-Verbrennung nicht, verminderten aber ebenfalls die Aktivität der Kohlenwasserstoffoxydation.
In der DE-OS 1667224 ist die Verwendung eines
Katalysatorträgers beschrieben, der aus einem Gerüst dichter kristalliner Zellen von bestimmter Wandstärke
und Durchmesser und zumindest zu 30% aus "> Al2O3 besteht, wobei mindestens 1 Gew.-% Aluminium
in einem einer Wertigkeit unter 3 entsprechenden Oxydationszustand vorliegt. Als katalytisch aktive
Komponente werden die Oxyde von zahlreichen Schwermetallen, unter anderem auch Nickel, genannt
ι» oder es sollen die Platinmetalle eingesetzt werden, wobei unter anderem auch Platin und Palladium erwähnt
wird. Der Katalysatorträger soll sich besonders durch mechanische Festigkeit und lange Lebensdauer
bezüglich Aktivität auszeichnen. Dieser DE-OS ist je-" > doch in keiner Weise zu entnehmen, daß die Kombination
der Metalle Platin, Palladium, Nickel in den von der vorliegenden Anmeldung angegebenen Mengen
und Verhältnissen eine erhebliche Herabsetzung der Oxydationstemperatur für CO bewirkt, ohne daß
-'» gleichzeitig die Aktivität für die Kohlenwasserstoffoxydation beeinträchtigt wird.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß eine geeignete Kombination der genannten drei Metalle
Platin, Palladium und Nickel nicht nur die ge- y>
nannten Nachteile vermeidet, sondern eine erhebliche Herabsetzung der zur Oxydation des Kohlenmonoxids
erforderlichen Temperatur bewirkt, ohne daß gleichzeitig eine Verschlechterung der Aktivität für die
Kohlenwasserstolfoxydation einhilt. Derartige Kataiii
lysatoren sind selbst bei hohen Volumengesiiiwindigkeitcn
bis 5(X)O(K) h~' noch außerordentlich wirksam.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur katalytischen Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen
in Autoabgasen durch Überleiten unter oxyr. dierenden Bedingungen über einen Katalysator, der
auf einem bei mindestens 1000° C geglühten Träger Platin, Palladium und Nickel enthält, ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator maximal 0,5 Gew.-% Platin, 0,035 Gew.-% Palladium und tu 0,375% Nickel im Verhältnis von 1:0,02:0,25 bis
1:0,07:0,75 enthält.
Der Platingehalt des Katalysators kann etwa zwischen 0,05 und 0,5 Gew.-% variieren und beträgt vorzugsweise
0,075 bis 0,125 Gew.-%. Der Palladiumge-■n halt beträgt 0,001 bis 0,035 Gew.-%, vorzugsweise
0,002 bis 0,007 Gew.-%, während der Nickelgehalt in den Grenzen von 0,01 bis 0,375 Gew.-%, vorzugsweise
zwischen 0,025 und 0,075 Gew.-% liegt.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Platin/ in Palladium/Nickel-Katalysators sind Träger aus Aluminiumoxiden
oder Alumosilikaten geeignet, die zu Formungen hoher Hitzebeständigkeit und Abriebfestigkeit
verarbeitet werden. Es ist vorteilhaft, den Gehalt des Trägers an Natriumoxid unter 0,1 % und den
.· Gehalt <in Anioni'ii, wie Cl'.oder SO4", unter 0,2'/ί
zu halten.
Vor der Verarbeitung zu Katalysatoren wird das Trägermaterial 10 bis 120 Minuten zwischen 1000" C
und 1500° C geglüht.
mi Geeignet als Träger sind auch Wabenkörper oder Körper aus Wellkeramik, die aus feuerfesten Materialien,
wie beispielsweise Cordierit, ß-Spodumen, MuI-lit, Ct-Al2O1 oder Kombinationen dieser Stoffe bestehen
und gegebenenfalls mit Aluminiumoxid neschichbr,
tet sind.
Das Trägermaterial wird nach der Gliihung mit löslichen Verbindungen des Platins, Palladiums und Nikkeis
in gemeinsamer Lösung oder auch getrennt ge-
tränkt. Die Tränkung kann in saurer oder ammoniakali&cher
Lösung durchgeführt werden. In saurer Lösung werden vorzugsweise Hexachloroplatinsäure,
Palladiumchlorid und Nickelnitrat eingesetzt, während in ammoniakalischer Lösung Ptatintetramminhydroxid,
Palladiumtetramminhydroxid und Nickelhexamminnitrat zur Anwendung kommen.
Hin Aluminiumhydroxid, das im wcrcntlichen aus
Pscudoböhniit mit Anteilen von amorphem Hydroxid
besieht und dessen Gehalt an Na.,O bei 0,01 u/o und
an Anionen bei 0,02% liegt, wird getrocknet, gemahlen, auf bekannte Weise zu Strangpreßlingen von
2,5 mm Durchmesser oder Kugeln von 2 bis 4 mm Durchmesser verformt und anschließend unter allmählicher
Temperatursteigerung 15 Minuten im Drehrohr bei 1150° C geglüht.
Die Formlinge werden in der ersten Stufe mit einer ammoniakalischen Lösung von Plalintetramminhydroxid
und Palladiumtetramminhydroxid imprägniert, die so viel Platin und Palladium enthält, daß der Katalysator
nach Trocknung bei 120° C und Glühung bei 800° C 0,1 Gew.-% Platin und 0,005 Gew.-% Palladium
aufweist.
In der zweiten Stufe wird der Katalysator mit einer ammoniaklischen Lösung von Nickelhexamminnitrat
getränkt, deren Konzentration so eingestellt ist, daß die Nickelaufnahme, bezogen auf den fertigen Katalysator,
0,05 Gew.-% beträgt.
Nach erneuter Trocknung bei 120° C und Glühung bei 800° C enthält der fertige Katalysator Nr. 1 0,1
Gew.-% Platin, 0,005 Gew.-% Palladium und 0,05 Gew.-% Nickel.
Die Katalysatoren Nr. 2-4 wurden zu Vergleichszwecken hergestellt, um zu zeigen, daß bei Über- oder
Unterschreitung des erfindungsgemäßen Verhältnisses der aktiven Bestandteile die katalytische Aktivität
erheblich nachläßt. Ihre Hersteilung erfolgte analog Katalysator Nr. 1, wobei lediglich Menge und Konzentration
der Tränklösungen variierten, so daß die fertigen Katalysatoren die in der nachfolgenden Tabelle
1 zusammengestellten Gehalte an Platin, Palladium und Nickel aufwiesen.
Kataly- Gehalt an
sator Pt Pd Ni
Nr. (Gew.-%) (Gew.-%) (Gew.-%)
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,05
0,01
0,10
0,50
0,01
0,10
0,50
talysator Nr. 5), gemeinsamer Tränkung mit Lösungen, die Platintetramminhydroxid und Palladiumtetramminhydroxid
entsprechender Menge und Konzentration enthielten, sowie Trocknung bei 120° C
und Glühung bei 800° C (Katalysatoren Nr. 6-8) und getrennter Tränkung mit PlatintetramminhydroxidJösungen
und Nickelhexamminnitratlösung entsprechender Menge und Konzentration, wobei nach jeder
Tränkung die Katalysatoren bei 120° C getrocknet und bei 800° C geglüht wurden (Katalysatoren Nr.
9-12).
Beispiel 2 (Vcrglcichsbeispicl)
Um den Nachweis zu führen, daß Kombinationen zwischen Platin und Palladium einerseits und Platin
und Nickel andererseits gegenüber dem Platin-Katalysator ohne Zusatz keinen Vorteil bringen, wurden
auf Basis des im Beispiel 1 genannten Trägers die Katalysatoren Nr. 5-12 mit den in Tabelle 2 genannten
Zusammensetzungen präpariert. Die Herstellung erfolgte durch Tränkung mit Platintetramminhydroxid-Iösung
geeigneter Konzentration und anschließende Trocknung bei 120" C und Glühung bei 800° C (Ka-
| Kataly | Pt | Gehalt an | Ni |
| sator | (Gew.-%) | Pd | (Gew.-%) |
| Nr. | 0,1 | (Gew.-%) | |
| 5 | 0,1 | ||
| 6 | 0,1 | 0,005 | |
| 7 | 0,1 | 0,010 | |
| 8 | 0,1 | 0,030 | 0,01 |
| 9 | 0,1 | 0,05 | |
| 10 | 0,1 | 0,10 | |
| 11 | 0,1 | 0,50 | |
| 12 | |||
An Stelle des im Beispiel 1 genannten Trägers wird ein Aluminiumoxid mit einem SiOyGehalt von 3%
verwendet, das 1 Stunde im Muffelofen bei 1150° C
geglüht worden war. Der Gehalt des Trägers an Na2O
betrug0,3 Gew.-% und an Anionen 0,2 Gew.-%. Die Imprägnierung und Schlußbehandlung erfolgt nach
Beispiel 1, Katalysator Nr. 1, so daß der fertige Katalysator
Nr. 13 0,1 Gew.-% Platin, 0,005 Gew.-% Palladium und 0,05 Gew.-% Nickel enthält.
80 Teile Aluminiumhydroxid werden mit 20 Teilen eines Kaolinittons gemischt, auf bekannte Weise verformt
und nach Trocknung unter allmählicher Temperatursteigerung 30 Minuten bei 1300° C im Muffelofen
geglüht. Der Träger enthielt 0,2 Gew.-% Na2O und 0,2 Gew.-% Anionen. Die Imprägnierung,
anschließende Behandlung und der Gehalt des fertigen Katalysators Nr. 14 an Platin, Palladium und Nikkei
entsprechen Beispiel 1, Katalysator Nr. 1.
Für den im Beispiel 1 genannten Träger wird ein Wabenkörper aus einer Cordieritkomposition verwendet,
der mit aktivem Aluminiumoxid beschichtet ist, das 0.01 Gew.-% Na2O und 0,015 Gew.-W Anionen
enthalt. Die Imprägnierung, Trocknung und Glühung erfolgt nach Beispiel 1, Katalysator Nr. 1, so daß
der fertige Katalysator Nr. 15 0,1 Gew.-% Platin, 0,005 Gew.-% Palladium und 0,05 Gew.-% Nickel
aufweist.
An Stelle des im Beispiel 1 genannten Trägers wird ein Wabenkörper aus einer Cordieritkomposition
verwendet. Die Imprägnierung, anschließende Behandlung und der Gehalt des Katalysators Nr. 16 an
Platin, Palladium und Nickel entsprechen Beispiel 1, Katalysator Nr. 1.
| 22 31 | 5 | 1 Vol.-% CO oder 500 ppm C6H14 | 352 | 253 | 6 | 228 |
| Beispiel 7 | 4 Vol.-% O2 4% O2 | 260 | 214 | |||
| 95Vol.-%N2 95,95% N2 | 4 | 267 | 349 | |||
| Zur Prüfung der Oxydationsaktivität wurden die | enthielt. Bei einer Raumgeschwindigkeit von |(l | 5 | 264 | 365 | ||
| gemäß den Beispielen 1-6 hergestellten Katalysato | 50Ö00 v/v.h wurde der Gasstrom vor Eintritt in das | 6 | 240 | 383 | ||
| ren Nr. 1-16 mit einem Gasgemisch getestet, das ent- ■ | Katalysatorbett von Raumtemperatur bis 550° C auf | 7 | 259 | 220 | ||
| weder | geheizt und der Umsatz in Abhängigkeit von der | 8 | 260 | 224 | ||
| 9 | 261 | 238 | ||||
| 10 | 262 | 262 | ||||
| 11 | 216 | 219 | ||||
| 12 | 218 | 219 | ||||
| 13 | 209 | 202 | ||||
| 14 | 220 | 207 | ||||
| 15 | ||||||
| 16 | ||||||
Umsetzung von 50% der eingesetzten CO- bzw. n-Hexanmenge
erforderliche Temperatur diente als Aktivitätskennziffer und wird als Halbwert bezeichnet.
Die Ergebnisse sind der Tabelle 3 zu entnehmen.
Katalysator Halbwertstemperatur (0C) Nr. CO n-Hexan
207
230
240
230
240
210 215 226
Die Ergebnisse zeigen, daß die Katalysatoren erfindungsgemäßer Zusammensetzung gegenüber dem
Platinkatalysator oder Kombinationen der Metalle Platin/Palladium bzw. Platin/Nickel erhebliche Akti-
-" vitätsvorteile aufweisen, die beim technischen Einsatz
in Autoabgaskonvertern vor allem das Kaltstartverhalten verbessern.
Es ist ebenfalls ersichtlich, daß das Mischungsverhältnis der aktiven Komponenten Platin, Palladium
-' und Nickel in den erfindungsgemäßen Grenzen eingehalten
werden muß, da sonst der gewünschte Effekt überhaupt nicht oder nur zum Teil eintritt.
Claims (4)
1. Verfahren zur katalytischen Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in Autoabgasen
durch Überleiten unter oxydierenden Bedingungen über einen Katalysator, der auf einem
bei mindestens 1000° C geglühten Träger Platin, Palladium und Nickel enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß der Katalysator maximal 0,5 Gew.-% Platin, 0,035 Gew.-% Palladium und
0,375 Gew.-% Nickel im Verhältnis von 1:0,02:0,25 bis 1:0,07:0,75 enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase bei einer Raumgeschwindigkeit
von 50 000 bis 500 000 h~' über den Katalysator geleitet werden.
3. Katalysator zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, der auf einem
mindestens 1000° C geglühten Träger Platin, Palladium und Nickel enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß Platin, Palladium und Nickel zu 0,05 bis 0,5, vorzugsweise 0,075 bis 0,125 Gew.-%, bzw.
0,001 bis 0,035, vorzugsweise 0,002 bis 0,007 Gew.-% bzw. 0,01 bis 0,375, vorzugsweise 0,025
bis 0,075 Gew.-% und im Verhältnis von 1:0,02:0,25 bis 1:0,07:0,75 enthalten sind.
4. Katalysator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Trägers an Natriumoxid
unter 0,1 % und der Gehalt an Anionen unter 0,2% liegt.
Priority Applications (6)
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| DE2231352A DE2231352C3 (de) | 1972-06-27 | 1972-06-27 | Verfahren zur katalytischen Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in Autoabgasen |
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ID=5848902
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Also Published As
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| DE2231352A1 (de) | 1974-01-03 |
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