DE2241582A1 - Verfahren zum katalytischen entfernen von no tief x aus motorverbrennungsabgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem wirtschaftlichen Verfahren zur Herabsetzung des NO^, Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffgehalts von mit flüssigen Kohlenwasserstoffen gespeisten Verbrennungsmotoren. Sämtliche drei Verunreinigungen werden gleichzeitig und zu einem hohen Ausmaß beseitigt. Die Erfindung baut auf der Verwendung von Katalysatoren auf Platin und/oder Palladiumgrundlage auf und wirkt am besten in Abwesenheit von Bleiverbindungen im Brennstoff. Das Verfahren ist zur Herabsetzung des NO^-Gehalts eines Abgasstroms in Gegenwart sehr kleiner Mengen Kohlenmonoxid befähigt.

309822/0720

Die Anwesenheit stark tränenreizender Smogs in dicht besiedelten Bereichen wurde weitgehend der weitverbreiteten Verwendung von durch Verbrennungskraft angetriebenen Fahrzeugen zugeschrieben. Diese Fahrzeuge geben praktisch aus· nahmslos unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxide ab, deren Entstehung auf die sehr hohe Temperatur und das rasche Abschrecken zurückgeht, die dem Betrieb eines Verbrennungsmotors eigen sind.

Man nimmt derzeit an, daß die trifftigsten tränenreizenden Verbindungen, die in städtischem Smog vorliegen, durch die Reaktion ungesättigter Kohlenwasserstoffe mit ' Stickstoffoxiden unter katalytischer Einwirkung von Sonnenstrahlen erzeugt werden.

Eine große Anzahl von Katalysatoren wurde in dem Versuch zur Beseitigung oder Herabsetzung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe oder der Stickstoffoxide entwickelt und geprüft, um die Kette der zur Erzeugung dieser tränenreizenden Stoffe notwendigen Reaktionen zu brechen.

Es wurde gefunden, daß der nachfolgend näher beschriebene auf Aluminiumoxid aufgebrachte Katalysator zu lang andauernder wesentlicher Herabsetzung des NO^-Gehalts von Fahrzeugabgasen und in Gegenwart sehr kleiner Mengen Kohlenmonoxid befähigt ist, wenn der Betrieb mit nichtverbleitem Benzin durchgeführt wird.

Figur 1 dient zur graphischen Darstellung der Fähigkeit des erfindungsgemäß eingesetzten auf Platin aufgebauten Katalysators zur Herabsetzung des NQ^-Gehalts des Abgasstroms bei viel geringeren Kohlenmonoxidwerten als typischen basischen Metallkatalysatoren bzw. Metalloxld-

309822/0720

katalysatoren. Dies ermöglicht natürlich, daß ein Motor mit magereren Luft-Brennstoffverhältnissen betrieben werden kann, wodurch auch weniger Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe erzeugt werden. Tatsächlich arbeitet die Erfindung in optimaler Weise, wenn der Motor bei im wesentlichen stöchiometrischen Gemischen aus Brennstoff und Luft betrieben wird. In dieser Zeichnungsfigur fällt die Spitze der Stickoxidumwandlungskurve, die mit "Neuer Platinkatalysator¹' bezeichnet ist, praktisch mit dem bei stöchiometrischein Betrieb beobachteten Kohlenmonoxidgehalt zusammen, Es sei bemerkt, daß die Spitzenleistung für die NO^-Entfernung bei Kohlenmonoxidgehalten von weniger als 1 % eintritt.

Ein besonders geeigneter Katalysator für diesen Zweck ist in der britischen Patentschrift 693 648 beschrieben. Dieser Katalysator ist speziell in Beispiel X dieser Patentschrift beschrieben, jedoch können viele Katalysatoren, die grundsätzlich fein zerteiltes und auf Träger aufgebrachtes Platin darstellen, verwendet werden. Beispiel X der britischen Patentschrift 693 648 wird wie folgt durchgeführt:

Ein Katalysator ähnlich dem in Beispiel IX hergestellten, der jedoch eine geringere Dichte (0,45) aufweist, wurde in praktisch der gleichen Weise wie in Beispiel IX beschrieben mit Ausnahme der Alterung der Aluminiumoxid-Halogenkugeln hergestellt. Die Kugeln in diesem Beispiel wurden in 1 1 heißem Nujol bei einer Temperatur von 93 bis 99⁰C während etwa 21 Stunden gealtert, das Nujol wurde von den Kugeln dekantiert und die Kugeln wurden dann in 1 1 heißer Ammoniumhydroxidlösung (5 Teile Wasser und 1 Teil konzentriertes Ammoniumhydroxid) bei 93 bis 99⁰G

3 0 9822/0720

während etwa 24 Stunden gealtert. Die Kugeln wurden dann gewaschen, getrocknet, calciniert und mit Platin in praktisch der gleichen Weise wie in Beispiel IX beschrieben, zu einem Verbundmaterial zusammengefügt (das Zusammenfügen zu einem Verbundmaterial ist in Beispiel IX definiert). Der in dieser Weise hergestellte Katalysator besaß eine Dichte von 0,45 g/cnr und enthielt 0,3 Gewichts^ Platin, 0,33 Gewichts^ gebundenes Fluor und 0,36 Gewients# Chlor.

Die calcinierten Kugeln wurden in einer wässrigen Chlorplatinsäurelösung in einer Menge eingeweicht, daß ein fertiger Katalysator gebildet wurde, der 0,3 Gewichtb% Platin enthielt. Die Lösung wurde zur Trockene eingedampft, und die Kugeln wurden dann bei einer Temperatur von 99⁰C während einer Stunde getrocknet und schließlich bei einer Temperatur, die langsam auf 50O³C während eines Zeitraums von 3 Stunden erhöht wurde, calciniert und dann bei dieser Temperatur 3 Stunden gehalten·

Die in Fig. 2 enthaltene Information ist neu und bei den Bemühungen,einen praktisch nicht verunreinigenden Verbrennungsmotor zu schaffen, äußerst kritisch. Diese Zeichnung erläutert, daß ein bei stöchiometrisehen Brennstoff -Luftverhältnissen in Abwesenheit von Blei und in Gegenwart eines Platinkatalysators betriebener Verbrennungsmotor befähigt ist, ein sehr geringes Ausmaß an Verunreinigungen unter gleichzeitiger Herabsetzung der Abgabe von Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Ν0_χ zu erzeugen. In dieser Zeichnung stellt die stark gestrichelte vertikale Linie stöchiometrischen Betrieb dar.

Fig. 3 wurde aufgenommen, um die zwischen dem Kohlenmon-

oxid- und Sauerstoffgehalt der Verbrennungsmotoren bestehende Beziehung bei Betrieb in Nähe des Punktes des stöchiometrischen Gemische wiederzugeben.

Fig. 3 erläutert die Beziehung zwischen dem Kohlenmonoxid- und Sauerstoffgehalt eines Verbrennungsmotors, der nahe dem stöchiometrischen Punkt arbeitet. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Übereinstimmung unter den Fig. 1,2.und 3. Fig. 1 gibt die maximale Umwandlung von Ν0_χ bei einem Kohlenmonoxidgehalt des Abgasstroma bei etwa 0,70 % an. Fig. 2 gibt'eindeutig eine optimale Beseitigung von Verunreinigung bei etwa 0,65 % Sauerstoff im Abgasstrom an. Fig. 3 weist nach, daß ein Sauerstoffgehalt von etwa 0,65 %, die in Fig. 2 wiedergegeben sind, mit dem angenäherten Wert von 0,70 % Kohlenmonoxid, von dem gezeigt wurde, daß er die optimale Beseitigung von Verunreinigungen in Fig. 1 herbeiführt, gleichzeitig vorliegt.

3098 2 2/0720 .

Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors unter Erzeugung eines Abgasstroms mit stark herabgesetztem Gehalt an Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxiden im Vergleich zu dem direkt und unbehandelt in dem Abgasverteiler gesammelten Abgas, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsiao tor bei praktisch
   stöchiometrischem Brennstoff-Luftverhältnis unter Erzeugung eines Abgases betrieben wird, das kleine Mengen an Kohlenmonoxid und Sauerstoff enthält und das heiße Abgas Über einen Katalysator auf der Grundlage von Platin und/oder Palladium geleitet wird,' wobei
   der Hauptteil des Kohlenmonoxids und der unverbrannten Kohlenwasserstoffe oxidiert wird und der Hauptteil der Stickstoffoxide reduziert wird.

   309822/0720