DE2341736A1 - CATALYTIC PROCEDURE - Google Patents
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Description
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Imperial Chemical Industries Limited, London S.W. 1, Großbritannien Imperial Chemical Industries Limited, London S.W. 1, UK
Katalytisches VerfahrenCatalytic process
Die Erfindung betrifft ein katalytisches Verfahren. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Behandlungsverfahren von Abgasen aus Verbrerinungskraftmaschinen, einen Katalysator für das Verfahren, einen Träger für den Katalysator und ein Verfahren zur Herstellung des Trägers und des Katalysators. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von Verbrennungskraftmaschinen gesprochen wird, sollen darunter ebenfalls Verbrennungsmotoren, Brennkraftmaschinen und Explosionsmotoren verstanden werden.The invention relates to a catalytic process. The invention particularly relates to a method of treating Exhaust gases from internal combustion engines, a catalyst for the process, a carrier for the catalyst and a process for the production of the support and the catalyst. When speaking of internal combustion engines in the present application should also be understood to include internal combustion engines, internal combustion engines and explosion engines.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Abgase von Verbrennungskraftmaschinen mit bzw. über Katalysatoren zu behandeln,die Metalle oder deren Verbindungen und feuerfeste Oxyde enthalten, um die Stickstoffoxyde zu zersetzen und/oder Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffe zu oxydieren. Viele solche Behandlungsverfahren sind zufriedenstellend, solange der Katalysator frischIt has already been proposed to exhaust gases from internal combustion engines to treat with or via catalysts that contain metals or their compounds and refractory oxides, to decompose the oxides of nitrogen and / or carbon monoxide and To oxidize hydrocarbons. Many such treatment methods are satisfactory as long as the catalyst is fresh
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ist. Wird der Katalysator ,jedoch einige Zeit verwendet, sind diese Verfahren weniger wirksam. Ein Hauptgrund für den Verlust an katalytischer Wirksamkeit ist die Umsetzung der Nichtedelmetalloxyde mit den feuerfesten Oxyden, wobei inaktive Verbindungen gebildet werden. Dies geschieht selbst unter offensichtlich reinen reduzierenden Bedingungen, bei denen Nichtedelmetalloxyde nicht vorhanden sein sollten. Möglicherweise tritt die Umsetzung zu Zeiten auf, wenn die Gasmischungszusammensetzung zu den reinen oxydierenden Bedingungen fluktuiert bzw. übergeht, oder sie findet bedingt durch den vorhandenen Sauerstoff zusammen mit Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen in den Abgasen, die frisch von der Brennkraftmaschine abgegeben werden, statt. Offensichtlich wird das freie Metall durch Dampf oder Kohlendioxyd oxydiert und irreversibel gebunden. Dies ist jedoch keine vollständige Erklärung, da Katalysatoren, die Edelmetalle ohne Nichtedelmetalle enthalten, ebenfalls beim Gebrauch ihrer Aktivität verlieren.is. If the catalyst is used, however, for some time these procedures are less effective. A main reason for the loss of catalytic effectiveness is the conversion of the base metal oxides with the refractory oxides, whereby inactive compounds are formed. This happens even under obviously pure reducing conditions in which base metal oxides should not be present. Possibly the reaction occurs at times when the gas mixture composition fluctuates to the pure oxidizing conditions or passes over, or it finds, due to the oxygen present, together with carbon monoxide, hydrogen and hydrocarbons in the exhaust gases freshly emitted from the internal combustion engine. Apparently the free metal is oxidized by steam or carbon dioxide and bound irreversibly. However, this is not a complete one Explanation, as catalysts, the precious metals without base metals also lose their activity during use.
Es wurde gefunden, daß der Verlust an katalytischer Aktivität erniedrigt werden kann, wenn man saure und amphotere feuerfeste Oxyde des Katalysatorträgers mit einem zugefügten basischen Oxyd verbindet bzw. kombiniert. Unter dem Ausdruck "feuerfeste Oxyde"sollen allgemein schwer schmelzbare und widerstandsfähige Oxyde verstanden werden. Katalysatoren auf solchen Trägern sind zur Entfernung der Stickstoffoxyde unter nur sehr geringfügig reduzierenden Bedingungen oder selbst unter mäiBig oxydierenden Bedingungen geeignet aktiv im Gegensatz zu vielen früher vorgeschlagenen Kataly-It has been found that the loss of catalytic activity can be reduced if acidic and amphoteric Combines or combines refractory oxides of the catalyst carrier with an added basic oxide. Under the expression "Refractory oxides" are generally intended to be difficult to melt and tough Oxides are understood. Catalysts on such supports are only very effective in removing nitrogen oxides slightly reducing conditions or even under moderately oxidizing conditions suitably active in contrast to many previously proposed catalysts
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satoren, die nur unter vollständig reinen reduzierenden Bedingungen aktiv sind. Sie sind ebenfalls wirksam, um Kohlen^- monoxyd und Kohlenwasserstoffe zu oxydieren.Sators that only work under completely pure reducing conditions are active. They are also effective in oxidizing carbon monoxide and hydrocarbons.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Katalysatorträger, der einen primären Katalysatorträger enthält, der seinerseits einen sekundären Katalysatorträger enthält, und wobei der sekundäre Träger im wesentlichen 1 oder mehrere nicht flüchtige saure und/oder amphotere Oxyde im wesentlichen kombiniert mit einem oder mehreren basischen Oxyden von den Gruppen II,III oder IV des periodischen Systems enthält.The invention also relates to a catalyst support which contains a primary catalyst support which in turn contains a secondary catalyst support, and wherein the secondary support comprises essentially 1 or more non-volatile acidic and / or amphoteric oxides essentially combined with one or more basic oxides of the Contains groups II, III or IV of the periodic table.
Der Ausdruck "primärer Träger" bedeutet das Material, von dem der Katalysator hinsichtlich seiner mechanischen Form und Struktur abhängt. Der Ausdruck "sekundärer Träger" bedeutet das Material, mit dem das katalytisch aktive Material eng assoziiert ist. Der Ausdruck "im wesentlichen kombiniert ist" bedeutet Katalysatoren, in denen das freie saure oder amphotere Oxyd vorhanden ist,aber für das aktive Material nicht zugänglich bzw. verfügbar ist oder in geringer Menge, bezogen auf das aktive Material," vorhanden ist, so daß,nachdem alles zusätzliche saure Oxyd mit dem aktiven Material reagiert hat, ausreichend überschüssiges aktives Material für den Katalysator verbleibt, so daß dieser noch ausreichend aktiv ist, Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß mindestens 70 Gewichtsprozent des sauren oder amphoteren Oxyds mit basischen Oxyden kombiniert sind.The term "primary support" means the material of which the catalyst is in terms of its mechanical Shape and structure depends. The term "secondary support" means the material with which the catalytically active material is made is closely associated. The term "essentially combined" means catalysts in which the free acid or amphoteric oxide is present, but is not accessible or available for the active material or in a small amount, based on the active material, "is present, so that after any additional acidic oxide has reacted with the active material, sufficient excess active material for the catalyst remains so that it is still sufficiently active. In general, it is preferred that at least 70 percent by weight of the acidic or amphoteric oxide with basic Oxides are combined.
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In der vorliegenden Anmeldung werden die Zusammensetzungen der Feststoffe als Gewichtsprozente, bezogen auf nicht flüchtiges vorhandenes Material, angegeben. Die Zusammensetzung der Gase wird, sofern nicht anders angegeben, in Volumenprozent angegeben. Das periodische System ist in "Abridgments of Specifications", publiziert von dem Patentamt in Großbritannien, zu finden.In the present application, the compositions of solids expressed as percentages by weight based on non-volatile material present. The composition of gases is given in percent by volume, unless otherwise stated. The periodic table is in "Abridgments of Specifications" published by the UK Patent Office can be found.
Als saure oder amphotere Oxyde des sekundären Trägers kann man beispielsweise Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd oder andere Siliciumoxyde, Chromoxyd, Manganoxyd oder Eisenoxyd oder Mischungenoder Verbindungen davon verwenden. Diese Oxyde und insbesondere Aluminiumoxyd und Chromoxyd, wurden, wenn sie in freiem Zustand in einem Katalysator vorhanden wären, mit den Oxyden des Nickels, Kobalts oder Kupfers reagieren, wobei Spinelle gebildet werden, die schwierig zu reduzieren sind. Wenn mehr als ein saures oder amphoteres Oxyd vorhanden ist, ergibt die Kombination eine komplizierte Oxydmischung, insbesondere, wenn Siliciumdioxyd eins der sauren Oxyde ist. Aluminosilikate sind wegen der Stabilität ihrer Verbindungen mit den basischen Oxyden bevorzugt. Selbst wenn das saure Oxyd nur schwach sauer ist, wie Titandioxyd oder Zirkonoxyd, kann die Kombination mit dem basischen Oxyd vorteilhaft sein.The acidic or amphoteric oxides of the secondary carrier can be, for example, aluminum oxide, silicon dioxide or use other silicon oxides, chromium oxide, manganese oxide or iron oxide or mixtures or compounds thereof. These oxides and in particular aluminum oxide and chromium oxide, if they were present in the free state in a catalyst, react with the oxides of nickel, cobalt or copper, forming spinels that are difficult to reduce are. If more than one acidic or amphoteric oxide is present, the combination results in a complicated mixture of oxides, especially when silica is one of the acidic oxides. Aluminosilicates are popular because of the stability of their compounds preferred with the basic oxides. Even if the acidic oxide is only weakly acidic, such as titanium dioxide or zirconium oxide, the combination with the basic oxide can be advantageous.
Als basisches Oxyd für den zweiten Träger verwendet man bevorzugt ein Oxyd eines Metalls einer Α-Gruppe des periodischen Systems, insbesondere der Gruppe Ha,insbesondere von Calcium, Strontium oder Barium, oder mehr als eins dieserThe basic oxide used for the second carrier is preferably an oxide of a metal of a Α group of the periodic Systems, in particular of the Ha group, in particular of Calcium, strontium or barium, or more than one of these
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Metalle. Am geeignetsten 1st Calcium. Solche Oxyde scheinen von allgemeiner Anwendung zu sein. Andere basisqhe Oxyde können nur bei bestimmten sauren Oxyden verwendet werden. Beispielswelse ist Zirkonoxyd basischer als Siliciumdioxyd, und es wurde gefunden, daß Zirkonsilikat gegenüber Nickeloxyd selbst bei 1350° C inert ist. Zinkoxyd kann ebenfalls kombiniert mit Aluminiumoxyd vorliegen. Gewisse Oxyde der seltenen Erden sind als basische Bestandteile des kombinierten Oxyds geeignet. Es ist möglich, etwas Oxyd eines nicht edlen katalytischen Metalls kombiniert mit saurem und/oder amphoteren Oxyd in dem sekundären Träger zu haben. Aus wirtschaftlichen Gründen wird dies jedoch im allgemeinen vermieden.Metals. The most suitable is calcium. Such oxides appear to be of general use. Other basic oxides can only be used with certain acidic oxides. For example, zirconium oxide is more basic than silicon dioxide, and it has been found that zirconium silicate is inert to nickel oxide even at 1350 ° C. Zinc oxide can also be combined present with aluminum oxide. Certain rare earth oxides are basic components of the combined oxide suitable. It is possible to oxide some of a non-noble catalytic To have metal combined with acid and / or amphoteric oxide in the secondary carrier. For economic However, this is generally avoided for reasons.
Der sekundäre Träger kann ein zugefügtes natürlich vorkommendes Mineral oder ein getrennt hergestelltes Mineral sein, oder er kann das in situ Reaktionsprodukt von Vorstufen sein, oder er kann, wenn der primäre Träger saure und/oder amphotere Oxyde enthält, das in situ gebildete Reaktionsprodukt aus dem zugefügten Oxyd mit dem primären Träger sein. Unter den kombinierten Oxyden, die verwendet werden können, sind Melitit (insbesondere Gehlenit Ca2AIpSiO7 wegen seines hohen Schmelzpunkts und seiner Inertheit und, weniger bevorzugt, die isomorphen Verbindungen von Zwischenstufen zu Akermanit Ca2MgSi2O7 und die höher schmelzenden Arten von Eisenmelitit), Anorthit (CaO.Al2O3.2SiO2), Calciumsilikate (wie Rankinit, Pseudowollastonit und Wollastonit CaCSiO2 und ebenfalls Calciumorthosilikate CaMSiO^, wie Monticellite,worin M beispielsweise Mangan, Eisen oder Kobalt bedeutet) undThe secondary carrier can be an added naturally occurring mineral or a separately produced mineral, or it can be the in situ reaction product of precursors, or, if the primary carrier contains acidic and / or amphoteric oxides, the in situ formed reaction product from the added oxide will be with the primary carrier. Among the combined oxides that can be used are melitite (particularly gehlenite Ca 2 AIpSiO 7 because of its high melting point and inertness and, less preferred, the isomorphic compounds of intermediates to akermanite Ca 2 MgSi 2 O 7 and the higher melting types of Iron melitite), anorthite (CaO.Al 2 O 3 .2SiO 2 ), calcium silicates (such as rankinite, pseudowollastonite and wollastonite CaCSiO 2 and also calcium orthosilicates CaMSiO ^, such as monticellite, where M means, for example, manganese, iron or cobalt) and
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Calciumaluminate (insbesondere jene, die mindestens ein Molekül CaO pro Molekül AIpCU enthalten). Es erscheint vorteil-, haft zu sein, kombinierte Oxyde zu verwenden, in denen das basische Oxyd in einer Menge vorhanden ist, die eine stöchioraetrische Verbindung mit dem sauren oder amphoteren Oxyd,bildet wenn man es als monomere Säure betrachtet. Beispielsweise ist CaO.Al2O, gegenüber CaO.2Al2O, bevorzugt. Cordierit Mg2AlASIj-O18 ist weniger als sekundärer Träger, der bei hohen Temperaturen verwendet wird, geeignet, da er mit dem Nickeloxyd relativ leicht reagiert.Calcium aluminates (especially those that contain at least one molecule of CaO per molecule of AIpCU). It appears advantageous to use combined oxides in which the basic oxide is present in an amount which forms a stoichiometric compound with the acidic or amphoteric oxide when viewed as a monomeric acid. For example, CaO.Al 2 O is preferred over CaO.2Al 2 O. Cordierite Mg 2 AlASIj-O 18 is less suitable as a secondary carrier, which is used at high temperatures, since it reacts relatively easily with the nickel oxide.
Wenn das basische Oxyd in Dampf instabil ist, wie Calciumoxyd, sollte es in totgebranntem Zustand vorliegen, wenn es in einem beachtlichen Überschuß in freiem Zustand vorhanden ist . Andre Oxyde, wie jene, die man üblicherweise als Katalysatorträger verwendet, können in dem sekundären Träger vorhanden sein und somit in einem Katalysator, der daraus hergestellt ist, verbunden mit den aktiven Materialien. Im allgemeinen stellt man jedoch fest, daß die kombinierten Oxyde keine Modifizierung in dieser Art erfordern.If the basic oxide is unstable in vapor, like calcium oxide, it should be in a dead burned state, when it is present in a considerable excess in the free state is . Other oxides, such as those commonly used as catalyst supports, can be present in the secondary support be present and thus in a catalyst made therefrom associated with the active materials. In general however, it is found that the combined oxides do not require any such modification.
Die Porosität des sekundären Trägers, wobei Leerstellen zwischen Fasern oder Teilchen oder das offene Volumen von Vielröhren-Matrizen ausgeschlossen sind, liegt geeigneterweise im Bereich von 30 bis 70 Volumen-% oder ist größer. Sein spezifisches Gewicht ist geeigneterweise 0,5 bis 1,5,The porosity of the secondary support, being voids between fibers or particles or the open volume of Multi-tube matrices are excluded, is suitably in the range of 30 to 70% by volume or is larger. Its specific gravity is suitably 0.5 to 1.5,
und seine spezifische Oberfläche beträgt 0,01 bis 250 m /g. Ein Verfahren zur Herstellung von sekundären Trägern und so-and its specific surface area is 0.01 to 250 m / g. A method of making secondary supports and so-
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mit von Katalysatoren hoher Porösität wird im folgenden beschrieben. .,.■·■■with high porosity catalysts is described below. .,. ■ · ■■
Der primäre Träger kann in irgendeiner geeigneten mechanischen Form, beispielsweise in Form diskreter Teilchen (insbesondere als abgerundete Körnchen),in Form von Fasern oder als Grundgestein bzw. Matrix mit vielen Röhren oder als überzug auf irgendeine dieser Formen oder auf ein Metallsubstrat, wie auf Draht, einer Reaktionsgefäßwand oder einer perforierten Struktur oder einem Netz vorliegen. Der primäre Träger besteht bevorzugt aus einem feuerfesten, nicht metallischen, insbesondere oxydischen Material und kann beispielsweise durch Gießen, Verformen, Verformen unter Druck, Extrudieren, durch feuchtes Granulieren oder Sprühkristallisieren in Luft oder Öl, hergestellt werden. Wenn der primäre Träger eine Mehrfachröhrenmatrix ist, kann er durch Verformen, Extrudieren, Beschichtung eines umwandelbaren Formstücks, wie Aluminiumfolie oder eines unbeständigen Formstücks, wie Papier oder Tuch, hergestellt werden, oder er kann in einfacheren Formen hergestellt werden. Wenn der primäre Träger faserartig ist, kann er nach verschiedenen Spinn- und oder Blasverfahren hergestellt werden und anschließend kann man verfilzen, verweben oder Papier herstellen oder selbsttragenden Einheiten verbinden. Alternativ kann der primäre Träger selbst ein Metallsubstrat, wie beschrieben, sein.The primary support can be in any suitable mechanical form, for example in the form of discrete particles (especially as rounded granules), in the form of fibers or as bedrock or matrix with many tubes or as coating on any of these shapes or on a metal substrate such as wire, a reaction vessel wall or a perforated structure or a mesh. The primary support preferably consists of a refractory, non-metallic, in particular oxidic material and can, for example, by casting, deforming, deforming under pressure, Extrusion, by wet granulation or spray crystallization in air or oil. If the primary Carrier is a multi-tube matrix, it can be formed by molding, extruding, coating a convertible molding, such as aluminum foil or an impermanent molding such as paper or cloth, or it can be made in simpler ones Molds are made. If the primary carrier is fibrous, it can be spun and or in various ways Blow molding are made and then you can felt, weave or make paper or self-supporting Connect units. Alternatively, the primary support itself can be a metal substrate as described.
Wenn der primäre Träger eine Mehrfachröhrenmatrix ist, können die Querschnittsformen der Durchgänge in dem TrägerWhen the primary support is a multi-tube matrix, the cross-sectional shapes of the passages in the support can
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beispielsweise Dreiecke, Quadrate, Hexagone oder Figuren, die von einer Wellenlinie und einer geraden Linie oder einer flachen Kurve begrenzt sind, sein. Die Anzahl der Durchgängefor example triangles, squares, hexagons or figures formed by a wavy line and a straight line or a flat curve are limited to be. The number of passes
ρ ρρ ρ
pro 6,45 cm (1 inch ) liegt geeigneterweise über 25 und kann so hoch wie 200 bis 600 sein, obgleich 40 - 500 der geeignetste Bereich zu sein scheint. Die Wände zwischen dai Durchgängen sind typischerweise 0,1 bis 0,4 mm dick.per 6.45 cm (1 inch) is suitably in excess of 25 and can can be as high as 200 to 600, although 40-500 appears to be the most appropriate range. The walls between the passages are typically 0.1 to 0.4 mm thick.
Wenn der sekundäre Träger das Reaktionsprodukt eines basischen Oxyds mit der Oberfläche des primären Trägers ist, beträgt die Konzentration des Erdalkalimetalloxyds, frei und gebunden, geeigneterweise 0,5 bis 25 %, insbesondere 2,5 bis 15 %f berechnet als CaO-Äquivalent. Wenn der primäre Träger in einer Form mit einer geometrischen Oberfläche vorliegt, die größer ist als die der Teilchen (bei einer Matrix mit mehrfachen Röhren oder bei Fasern), sollteder Anteil an Erdalkali-Metalloxyd der geometrischen Oberfläche angepaßt sein. Die Konzentration an Erdalkalimetall (berechnet als CaO Äquivalent und einschließlich des freien und des gebundenen Oxyds) liegt geeigneterweise im Bereich von 0,2 bis 10, insbesondereWhen the secondary support is the reaction product of a basic oxide with the surface of the primary support, the concentration of the alkaline earth metal oxide, free and bound, is suitably 0.5 to 25 %, especially 2.5 to 15 % f calculated as CaO equivalent. If the primary support is in a form with a geometrical surface area larger than that of the particles (in the case of a matrix with multiple tubes or in the case of fibers), the proportion of alkaline earth metal oxide should match the geometrical surface area. The concentration of alkaline earth metal (calculated as CaO equivalent and including the free and bound oxide) is suitably in the range from 0.2 to 10, in particular
bei 1 bis 6 Milligramm pro cm geometrischer Oberfläche. Solche Werte entsprechen den obigen Gewichtsprozenten, wenn die geo-at 1 to 6 milligrams per cm of geometric surface. Such values correspond to the above percentages by weight if the geo-
p -χ p -χ
metrische Fläche-32 cm /cm beträgt.metric area is -32 cm / cm.
Wenn der sekundäre Träger als solcher angewendet wurde oder wenn er das Reaktionsprodukt von Vorstufen mit der Oberfläche des primären Trägers ist, sollte das Verhältnis von sekundärem zu primärem Träger geeigneterweise im Bereich vonWhen the secondary support has been applied as such or when it is the reaction product of precursors with the surface of the primary carrier, the ratio of secondary to primary carrier should suitably be in the range of
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2TaLs 40 Gewichtsprozent, insbesondere 5-25 Gewichtsprozent, liegen.2TaLs 40 percent by weight, especially 5-25 percent by weight, lie.
Der primäre Träger enthält geeigneterweise ein Oxyd, wie Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd, Siliciumoxyd, Titandioxyd, Zirkonoxyd, Hafniumoxyd, Thoriumoxyd, Chromoxyd und Mischungen oder Verbindungen diesermiteinander oder mit basischen feuerfesten Oxyden, wie mit Oxyden des Calciums, Strontiums oder Bariums, in stark feuerfesten Formen, wie als geschmolzenes Magnesiumoxyd, stark calciniertes Aluminiumoxyd, calciniertes Aluminiumsilikat, Zirkon-Mullit, Spinellen und hydraulischen Zementen.The primary carrier suitably contains an oxide such as magnesium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, titanium dioxide, Zirconium oxide, hafnium oxide, thorium oxide, chromium oxide and mixtures or compounds of these with one another or with basic ones refractory oxides, such as oxides of calcium, strontium or barium, in highly refractory forms, such as molten Magnesium oxide, highly calcined aluminum oxide, calcined aluminum silicate, zircon mullite, spinels and hydraulic Cements.
Träger mit spezifischen Oberflächen im Bereich von 0,1 - 100 m /g, wie Aluminiumoxyd, calciniert bei 950 1500° C, alpha-Aluminiumoxyd, gebunden mit Bentonit und geeignet calcinierte Kaolin/Zementmischungen sind besonders geeignet. Carriers with specific surface areas in the range from 0.1 to 100 m / g, such as aluminum oxide, calcined at 950 1500 ° C, alpha-aluminum oxide bound with bentonite and suitably calcined kaolin / cement mixtures are particularly suitable.
Obgleich es im allgemeinen bevorzugt ist, ein primäres Trägermaterial zu verwenden, das die best möglichste thermische und mechanische Beständigkeit besitzt, umfaßt die vorliegende Erfindung Träger und Katalysatoren, die wegen betrieblicher Einfachheit das gleiche Material wie Calciumaluminosilikat sowohl für den primären als auch für den sekundären Träger enthalten, und in der Tat enthalten einige keinen sekundären Träger, der als getrennte Komponente eingeführt wurde, oder bei einigen enthält der primäre Träger selbst katalytisch aktives Material. (vergleiche Beispiel 5). Es wird unter-Although it is generally preferred to use a primary support material that is the best possible thermal and mechanical resistance, the present invention includes supports and catalysts that are operational Simplicity the same material as calcium aluminosilicate for both the primary and secondary supports and indeed some do not contain a secondary carrier introduced as a separate component or at some the primary support itself contains catalytically active material. (compare example 5). It is under-
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stellt, daß es richtig ist, bei solchen Katalysatoren von dem primären und sekundären Träger zu sprechen, da die kata-r lytische chemische Reaktion offensichtlich hauptsächlich im Oberflächenbereich des Katalysators weniger als ungefähr 30 Mikron tief stattfindet, so daß die inneren Bereiche des Katalysators nur als primärer Träger wirken.shows that it is correct to speak of the primary and secondary carrier in the case of such catalysts, since the kata-r lytic chemical reaction evidently mainly in the Surface area of the catalyst less than about 30 Takes place micron deep so that the inner regions of the catalyst act only as the primary support.
Gehlenit und damit isomorphe Verbindungen sind besonders geeignet, wenn die gleiche Verbindung sowohl als primärer als auch als sekundärer Träger wirken soll.Gehlenite and thus isomorphic compounds are particularly suitable when the same compound is both primary as well as acting as a secondary carrier.
Als Beispiele von primären Trägern, die aus einer Kombination von sauren oder amphoteren und basischen Oxyden bestehen, kann man Cyclosilikate, wie Cordierit erwähnen, der die empirische Formel MgpAl^Si^O^g besitzt, wobei möglicherweise ein Teil oder das gesamte Magnesium durch Eisen und/ oder Mangan ersetzt sein kann. In diesen Verbindungen kann jedes Magnesium- oder Eisen- oder Mangan-Atom für zwei Aluminiumatome gerechnet werden, wie in der Verbindung MgAIpO^, und somit ist das Siliciumdioxyd überhaupt nicht neutralisiert. Auf die gleiche Weise kann jedes Magnesium- oder Eisen- oder Mangan-Atom für je ein Siliciumatom gerechnet werden, so daß drei Slliciumatome und vier Aluminiumatome nicht berücksichtigtAs examples of primary carriers consisting of a combination of acidic or amphoteric and basic oxides, one can mention cyclosilicates, such as cordierite, which has the empirical formula MgpAl ^ Si ^ O ^ g, where possibly some or all of the magnesium can be replaced by iron and / or manganese. In these connections can every magnesium or iron or manganese atom can be counted for two aluminum atoms, as in the compound MgAlpO ^, and thus the silica is not neutralized at all. In the same way, any magnesium or iron or Manganese atoms are calculated for each silicon atom, so that three silicon atoms and four aluminum atoms are not taken into account
sind. Vermutlich erläutert keine Erklärung die tatsächliche chemische Lage, und auf jeden Fall enthält synthetisch gebildeter Cordierit oft andere Verbindungen. Als Ergebnis erhält man jedoch eine gute Adhäsion des sekundären Trägers, nämlich des Calciumaluminosilikats, und die Cordieritstrukturare. Presumably no explanation explains the actual chemical situation, and in any case contains synthetically formed Cordierite often has other compounds. As a result, however, there is good adhesion of the secondary support, namely the calcium aluminosilicate, and the cordierite structure
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ist durch Angriff von Oxyden,, wie von Nickeloxyd, geschützt. Andere geeignete primäre Trägermaterialien urofasßen Petalit» Siliciumnitrid und Siliciumoxynitrid.is protected from attack by oxides such as nickel oxide. Other suitable primary carrier materials uro-barreled petalite » Silicon nitride and silicon oxynitride.
Wenn der primäre Träger eine Matrix ist, die hergestellt wird aus gebundenen feuerfesten Fasern,kann er in irgendeiner Form beispielsweise als Satz von feuerfesten Papierblättern auf einem geeignetem Block oder Rahmen als Träger oder als Faserblock mit ausreichender Permeabilität vorliegen, damit das Gas durchgehen kann, oder er kann Durchgänge besitzen. Die Fasern können auf irgendeinem Material, das geeignete mechanische Eigenschaften besitzt, hergestellt sein, beispielsweise aus Aluminiumoxyd, Siliciumoxyd, Aluminiumsilikat, Glaswolle, Chromoxyd, Titanoxyd oder Zirkonoxyd. Fasern, die im wesentlichen Aluminiumoxyd und/oder Zirkonoxyd enthalten und eine Dicke unter 10 Mikron besitzen und im wesentlichen frei von Teilchen sind, die als "Graupen oder Schrot" bekannt sind, sind besonders geeignet. Diese Fasern werden hergestellt, indem man eine viskose Zusammensetzung, die1 eine wässrige Lösung aus einem Aluminiumsalz und/oder Zirkonsalz und einem wasserlöslichen organischen Polymeren enthält, zu Fasern verarbeitet, die gebildeten Fasern trocknet und erwärmt, um die Salze zu den Oxyden zu zersetzen und um das Polymer zu zersetzen, wie es in den britischen Patentanmeldungen 29909/70 und 4369/71 der gleichen Anmelderin, die als niederländische Anmeldung 7108399 veröffentlicht sind, beschrieben ist. Die widerstandsfähige Bindung der Fasern kann beispielsweise durch irgendeine der Verbindungen, die in den Fasern enthalten sind, ge-If the primary support is a matrix made of bonded refractory fibers, it may be in some form, for example, as a set of refractory paper sheets on a suitable block or frame as a support or a fiber block with sufficient permeability for the gas to pass through, or he can have passages. The fibers can be made of any material having suitable mechanical properties, for example aluminum oxide, silicon oxide, aluminum silicate, glass wool, chromium oxide, titanium oxide or zirconium oxide. Fibers consisting essentially of alumina and / or zirconia and less than 10 microns in thickness and essentially free of particles known as "pearl barley" are particularly suitable. These fibers are prepared by containing a viscous composition 1, an aqueous solution of an aluminum salt and / or zirconium salt and a water soluble organic polymers processed into fibers, drying the fiber formed and heated to the salts to decompose to the oxides and to degrade the polymer as described in commonly assigned British patent applications 29909/70 and 4369/71, published as Dutch application 7108399. The resilient bond of the fibers can be achieved, for example, by any of the compounds contained in the fibers.
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bildet werden, und diese können in Form von !kolloidalen Lösungen, wässrigen Lösungen von thermisch zersetzbaren Verbindungen oder organisch thermisch zersetzbaren Verbindungen aufgebracht werden.and these can be in the form of! colloidal solutions, aqueous solutions of thermally decomposable compounds or organically thermally decomposable compounds be applied.
Gegenstand der Erfindung sind ebenfalls Verfahren zur Herstellung von Katalysatorträgern. Bei einem Verfahren wird eine Suspension aus fein verteiltem sekundären Trägermaterial in einer Flüssigkeit hergestellt, und dann wird die Suspension auf die Oberfläche des primären Trägers aufgebracht. Die Suspension kann Zusatzstoffe, wie lösliche Polymere oder oberflächenaktive Mittel enthalten, um ihre Stabilität und um die temporäre Adhäsion zu verbessern. Im allgemeinen kann die Adhäsion durch eine anschließende Wärmebehandlung bei beispielsweise mindestens 800° C, insbesondere bei 900 bis 1200° C verbessert werden. Diese Temperaturen gelten insbesondere für Calcium-aluminosilikat-Systeme. Geeignete Temperaturen für andere Systeme können natürlich experimentell festgestellt werden.The invention also relates to processes for the production of catalyst supports. In one proceeding a suspension of finely divided secondary carrier material is made in a liquid, and then the suspension is applied to the surface of the primary support. The suspension can contain additives such as soluble polymers or contain surfactants to improve their stability and temporary adhesion. In general, can adhesion through a subsequent heat treatment at, for example, at least 800.degree. C., in particular at 900 to 1200.degree be improved. These temperatures apply in particular to calcium aluminosilicate systems. Suitable temperatures for other systems can of course be established experimentally.
Bei einem zweiten Verfahren wird auf den primären Träger eine Lösung oder Suspension von Vorstufen für den sekundären Träger aufgebracht, d.h. Verbindungen, die miteinander reagieren, wobei der sekundäre Träger gebildet wird. Eine Wärmebehandlung wird wünschenswerterweise durchgeführt, um die Umsetzung zu bewirken und um eine Haftung oder Adhäsion zu ergeben.In a second method, a solution or suspension of precursors for the secondary carrier, i.e. compounds which react with one another to form the secondary carrier. Heat treatment is desirably carried out, to cause the conversion and to give an adhesion or adhesion.
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Katalytische Materialien können geeigneterweise in dem Material, das auf dem primären Träger aufgebracht wird, vorhanden sein.Catalytic materials may suitably be present in the material applied to the primary support be.
Bei einem dritten Verfahren wird ein primärer Träger ausgewählt, der mindestens eins der Oxyde enthält, die mit dem sekundären Träger verbunden werden. Dann werden die anderen Oxyde, die damit verbunden werden, aufgebracht, und die Umsetzung wird durchgeführt," um den sekundären Träger auf der Oberfläche des primären Trägers zu bilden. Eine Wärmebehandlung ist wie im Falle des zweiten Verfahrens wünschenswert. Bevorzugt enthält der primäre Träger saure und/oder amphotere Oxyde, und ein basisches Oxyd wird darauf aufgebracht .In a third method, a primary carrier is selected which contains at least one of the oxides associated with connected to the secondary carrier. Then the other oxides that will be attached to it are applied, and the reaction is carried out "to form the secondary support on the surface of the primary support. A heat treatment is desirable as in the case of the second method. The primary carrier preferably contains acidic and / or amphoteric oxides, and a basic oxide is applied to them.
Wenn das aufgebrachte Oxyd ein Erdalkalioxyd ist, wird der primäre Träger zweckdienlich mit dem Nitrat imprägniert. Andere geeignete zersetzbare Salze, wie die Nitrite, Bicarbonate, Carboxylate (wie Formiate, Acetate oder Ziträte) können ebenfalls verwendet werden. Hydroxyde sind ebenfalls geeignet und ebenfalls Silikate, Aluminate und Aluminosilikate, vorausgesetzt, daß sie gleichmäßig dispergiert sind, damit ihre geringe Löslichkeit ausgeglichen wird. Unlösliche Verbindungen können als Aufschlämmung allein oder zusammen mit löslichen Verbindungen verwendet werden. Hydrolysierbare Verbindungen, wie die Halogenide, können verwendet werden, besitzen aber den Nachteil, daß eine Dampfbehandlung erforderlich ist, um unter leicht durchführbaren Bedingungen OxydeWhen the oxide applied is an alkaline earth oxide, the primary support is conveniently impregnated with the nitrate. Other suitable decomposable salts, such as the nitrites, bicarbonates, carboxylates (such as formates, acetates or citrates) can also be used. Hydroxides are also suitable and also silicates, aluminates and aluminosilicates, provided that they are uniformly dispersed to compensate for their low solubility. Insoluble compounds can be used as a slurry alone or together with soluble compounds. Hydrolyzable compounds, like the halides, can be used but have the disadvantage that steam treatment is required is to oxides under easily feasible conditions
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zu bilden. Man kann irgendein geeignetes Verfahren, beispielsweise ein Eintauchen oder Versprühen, verwenden, um das sekundäre Trägermaterial oder Vorstufen davon auf den primären Träger aufzubringen.to build. Any suitable method can be used, for example a dipping or spraying, use, to apply the secondary support material or precursors thereof to the primary Apply carrier.
Nachdem man die Erdalkaliverbindung aufgebracht hat, wird geeigneterweise beispielsweise bei 120° C, vor der Calcinierung getrocknet. Die Calcinierung erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 1400° C, insbesondere bei 800 bis 1200° C, so daß man eine Oxydschicht erhält und/oder eine Kombination oder Verbindung mit dem primären Träger bewirkt.After the alkaline earth compound has been applied, is suitably for example at 120 ° C, before Calcination dried. The calcination is preferably carried out at a temperature in the range from 600 to 1400 ° C., in particular at 800 to 1200 ° C, so that you get an oxide layer and / or a combination or compound with the primary carrier causes.
Bei all diesen drei Verfahren wird ein primärer Träger, der die gewünschte Form besitzt, als Ausgangsmaterial verwendet. Bei einem vierten Verfahren jedoch wird ein Calciumaluminosilikat oder Vorstufen davon in der gewünschten Form gebildet. Wie bereits ausgeführt, besteht der sekundäre Träger aus den Oberflächenschichten i.c j,«^deiner solchen Form. Bei diesem Verfahren kann das katalytische Material in dem Material vor der Verformung vorhanden sein. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß ein Katalysator in einem einzigen Arbeitsgang gebildet wird.In all of these three procedures, a primary carrier is which has the desired shape is used as the starting material. A fourth method, however, uses a calcium aluminosilicate or precursors thereof formed in the desired shape. As stated earlier, there is the secondary carrier from the surface layers of your such form. In this method, the catalytic material can be present in the material prior to deformation. This method has the advantage that a catalyst is formed in a single operation.
Wird für das katalytische Material eine Vorstufe verwendet und kann diese Vorstufe mit den Vorstufen für den sekundären Träger reagieren, so wird sie bevorzugt vor der Wärmebehandlung reduziert.If a precursor is used for the catalytic material and this precursor can be combined with the precursors for the secondary Carriers react, so it is preferably reduced before the heat treatment.
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Unabhängig davon, welches Verfahren verwendet wird, ist es bevorzugt, die Wärmebehandlung bei einer Temperatur über 800° C, insbesondere bei 1000 bis 1600° C durchzuführen. Bevorzugt wird sie in Anwesenheit von Dampf durchgeführt, weil dadurch die Umsetzungen, die eine Adhäsion bewirken, oder bei denen der sekundäre Träger gebildet wird, beschleunigt werden. Die Wärmebehandlung kann in mehr als einer Stufe durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Träger mäßig calciniert werden, beispielsweise bis zu 600° C, oder er kann nur einfach getrocknet werden, und die restliche Wärmebehandlung kann von dem Gebraucher des Trägers durchgeführt werden. Das letztere Verfahren ist geeignet, wenn katalytisches Material vorhanden ist, wie bei den obigen Verfahren 1, 2 und 4.Whichever method is used, it is preferred to heat treatment at a temperature above 800 ° C, in particular at 1000 to 1600 ° C to be carried out. Preferred it is carried out in the presence of steam, because it causes the reactions that cause adhesion, or at which the secondary carrier is formed, are accelerated. The heat treatment can be carried out in more than one stage will. For example, the support can be moderately calcined, for example up to 600 ° C, or it can be just plain The remaining heat treatment can be carried out by the user of the carrier. The latter Method is suitable when catalytic material is present, as in Methods 1, 2 and 4 above.
GewUnschtenfalls können die Verfahren auch kombiniert werden.If desired, the methods can also be combined.
Der sekundäre Träger wird bevorzugt in Anwesenheit einer Verbindung gebildet, die thermisch zersetzbar ist,wobei ein hochporöser Feststoff gebildet wird, die aber bevorzugt im wesentlichen bis zu 600° C, insbesondere bis 1100° C stabil ist. Dadurch wird die Porösität des sekundären Trägers erhöht. Dieser Katalysator unterscheidet sich von dem, den man erhält, wenn man Bestandteile verwendet, die bei niedrigeren Temperaturen zersetzbar sind. Organische Materialien und Graphit zersetzen sich oder verbrennen, bevor eine Kombination zwischen dem basischen Oxyd und dem sauren oder amphoteren Oxyd in nennenswertem Ausmaß stattgefunden hat.The secondary support is preferably formed in the presence of a compound which is thermally decomposable, wherein a highly porous solid is formed, but preferably essentially up to 600.degree. C., in particular up to 1100.degree is stable. This increases the porosity of the secondary carrier. This catalyst is different from the one one obtains when using constituents which are decomposable at lower temperatures. Organic materials and graphite decompose or burn before a combination between the basic oxide and the acidic or amphoteric oxide has taken place to a significant extent.
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Eine sehr geeignete thermisch zersetzbare Verbindung ist Calciumcarbonat, welches sich in Luft mit einer bemerkenswerten Geschwindigkeit erst über 740 C zersetzt. Andere Verbindungen wie die Carbonate von Magnesium, Strontium und Barium besitzen eine vergleichbare Stabilität.A very suitable thermally decomposable compound is calcium carbonate, which is remarkable in air Speed only decomposes above 740 C. Other compounds like the carbonates of magnesium, strontium and Barium have a comparable stability.
Es fällt unter den Rahmen der vorliegenden Erfindung, die Erwärmungsstufe in Anwesenheit einer Atmosphäre durchzuführen, die mehr Kohlendioxyd als die Luft enthält, um die Zersetzungstemperatur zu erhöhen. Die zersetzbare Verbindung ist als Quelle für das basische Oxyd besonders geeignet. Porösitätserhöhungen können ebenfalls durch die Verwendung von hydratisierten (= wasserhaltigen) Oxyden erreicht werden.It is within the scope of the present invention to carry out the heating step in the presence of an atmosphere which contains more carbon dioxide than the air to raise the decomposition temperature. The decomposable compound is particularly suitable as a source for the basic oxide. Porosity increases can also be achieved through the use of hydrated (= water-containing) oxides can be achieved.
Bei den Verfahren 2 und 4 und bei dem Kombinationsverfahren kann man als Ausgangsmaterialxen bereits die Reaktionsprodukte von basischen und sauren oder amphoteren Oxyden verwenden. Beispielsweise kann man Calciumcarbonat, Calciumsilikat CaSiO, und Anorthit CaAlpSipOg umsetzen, um Gehlenit herzustellen.In processes 2 and 4 and in the combination process, the reaction products can already be used as starting materials of basic and acidic or amphoteric oxides. For example, calcium carbonate, calcium silicate CaSiO, and anorthite CaAlpSipOg can be converted to gehlenite to manufacture.
Verwendet man das Verfahren 4, so kann man verschiedene Verformungsverfahren verwenden, die bereits bei der Beschreibung der Trägerstruktur erwähnt wurden. Wenn man als Form eine Vielröhrenraatrix haben möchte, so besteht ein bevorzugtes Verfahren darin, eine plastische Zusammensetzung herzustellen, welche die Verbindung, die zu dem hochporösen Feststoff zersetzbar ist, die kombinierten Oxyde oder Mischungen der Oxyde oder von Verbindungen, die zersetzbar sind oder damitIf method 4 is used, different deformation methods can be used, which have already been mentioned in the description the support structure were mentioned. If the form is a multi-tube matrix would like to have, a preferred method is to make a plastic composition, which is the compound that is decomposable to the highly porous solid, the combined oxides or mixtures of Oxides or of compounds that are decomposable or therewith
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ORiGINAL Μ***} ORiGINAL Μ ***}
reagieren, eine Flüssigkeit und eine Verbindung, die die Viskosität reguliert und in der Flüssigkeit löslich oder quellbar ist, enthält.Dann wird diese Masse nacheinander durch eine Zone, die eine Vielzahl diskreter primärer Kanäle innerhalb eines festen Blockes enthält und durch eine Vereinheitlichungszone getrieben, die sekundäre Kanäle innerhalb des gleichen Blockes enthält, wobei die sekundären Kanäle eng verbunden sind und der gesamte Querschnitt der sekundären Kanäle gleich oder ausreichend geringer ist als der der primären Kanäle und wobei die Durchgangszeit durch die sekundären Kanäle ausreichend lang ist, um eine Vereinigung des Beschickungsmaterials zu einer Matrix zu ergeben. Anschließend wird das so gebildete Extrudat getrocknet und erwärmt, wobei man die kombinierten Oxyde erhält. Ein solches Verfahren ist in Einzelheiten in der britischen Patentanmeldung 13721/71 der gleichen Anmelderin, die der publizierten niederländischen Patentanmeldung 7206153 entspricht, beschrieben.react, a liquid and a compound that the Viscosity regulated and soluble or swellable in the liquid contains. Then this mass is sequentially by a zone containing a plurality of discrete primary channels within a solid block and by a Driven unification zone that contains secondary channels within the same block, with the secondary Channels are closely connected and the total cross-section of the secondary channels is equal to or sufficiently less than that of the primary channels and wherein the transit time through the secondary channels is long enough to allow a union of the feed material to give a matrix. The extrudate thus formed is then dried and heated to obtain the combined oxides. One such method is detailed in the UK patent application 13721/71 by the same applicant as that published Dutch patent application 7206153.
Bei diesem Verfahren sollte das Erwärmen ausreichen, damit das Extrudat in einen Zustand überführt wird, bei dem es gehandhabt werden kann. Anschließend kann es von dem Verbraucher oder Verwender des Katalysators weiter erwärmt werden, um die Bildung der kombinierten Oxyde zu vervollständigen oder um keramische Bindungen herzustellen oder um beide Ziele zu erreichen. Katalytisches Material und/oder Material, das darin überfUhrbar ist, kann in der extrudierten Zu-In this process, the heating should be sufficient to bring the extrudate to a state in which it can be handled. It can then be further heated by the consumer or user of the catalyst, to complete the formation of the combined oxides, or to create ceramic bonds, or both Achieve goals. Catalytic material and / or material that can be transferred into it can be in the extruded feed
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sammensetzung vorhanden sein oder später zugegeben werden.composition may be present or added later.
Die Verbindung, die zu einem hochporösen Feststoff zersetzbar ist, kann irgendeines der basischen, sauren oder amphoteren Oxyde sein.The compound, which is decomposable to a highly porous solid, can be any of the basic, acidic or be amphoteric oxides.
Erfolgt das Erwärmen der Oxyde durch den Katalysatorhersteller, so erfolgt es bevorzugt bei 1000 bis 16OO° C. Eine geeignete Zeit liegt im Bereich von 2 - 40 Stunden.If the oxides are heated by the catalyst manufacturer, it is preferably done at 1000 to 1600 ° C. A suitable time is in the range of 2 to 40 hours.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein besonderes Verfahren, um den Träger herzustellen und dieses ist besonders bei den Verfahren 2 und 4 anwendbar, bei denen die Wärmebehandlung mit einem Gasstrom erfolgt und wobei eine exotherme Oxydationsreaktion stattfindet.The invention also relates to a particular method of making the carrier, and this is particular in the method 2 and 4 applicable, in which the heat treatment is carried out with a gas stream and where a exothermic oxidation reaction takes place.
Als Gasstrom kann man irgendeinen Gasstrom verwenden, der die gewünschte Temperatur ergibt, die bevorzugt 800 bis 1600° C beträgt. Bevorzugt enthält er eine oxydierbare Verbindung, die nicht unerwünschte Nebenprodukte bildet, beispielsweise kann man Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und Mischungen davon verwenden. Kohlenwasserstoffdämpfe können verwendet werden, wenn Bedingungen, bei denen Kohlenstoff gebildet wird, vermieden werden, beispielsweise indem man ihre volumetrische Konzentration im Gas beschränkt.Any gas flow can be used as the gas flow, which gives the desired temperature, which is preferably 800 to 1600 ° C. It preferably contains an oxidizable compound, which does not form undesirable by-products, for example one can use hydrogen, carbon monoxide and mixtures use of it. Hydrocarbon vapors can be used under conditions where carbon is formed can be avoided, for example by limiting its volumetric concentration in the gas.
Ein sehr geeignetes Gas ist ein Gas, das man durch unvollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs mit Luft erhält. Das aus einer Brennkraftmaschine, die mitA very suitable gas is one obtained by incomplete combustion of a hydrocarbon fuel with air. That from an internal combustion engine with
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fettem Gemisch betrieben wird, abströmende Material, welches bevorzugt 3 bis 8 Volumen-% Kohlenmonoxyd enthält, ist nach Luftzugabe ein geeignetes Gas für diese Verwendung. Ein solches Gas enthält üblicherweise freien Wasserstoff in einer Menge von 1 bis 3 Volumen-%.rich mixture is operated, outflowing material, which preferably contains 3 to 8% by volume of carbon monoxide, is after Adding air is a suitable gas for this use. Such a gas usually contains free hydrogen in an amount of 1 to 3% by volume.
Die Wärmebehandlung kann vor oder nach der Einarbeitung des katalytischen Materials erfolgen. Bevorzugt erfolgt sie nach der Zugabe, da dann eine gewisse katalytische Oxydation stattfindet.The heat treatment can take place before or after the incorporation of the catalytic material. It is preferably done after the addition, as a certain catalytic oxidation then takes place.
Gegenstand der Erfindung ist ein Anlaßverfahren für ein katalytisches Verfahren für die Abgasbehandlung,The invention relates to a tempering process for a catalytic process for exhaust gas treatment,
wobei man die Brennstoffeinspritzung in den Motor oder das Vergasungssystem so einstellt, daß man ein Abgas erhält, das 3-8 Volumen-% Kohlenmonoxyd enthält und man Luft in das Gas einleitet, um das Kohlenmonoxyd zu oxydieren und das Gas auf eine Temperatur über 800 C zu erwärmen. Anschließend wird die entstehende Mischung in Anwesenheit eines Katalysators umgesetzt, wobei der Katalysator zu Beginn in Jiichtcalciniertem· oder unvollständig wärmebehandeltem Zustand vorliegt, bis eine wesentliche Bildung der Verbindungen aus basischen und sauren und/oder amphoteren Bestandteilen des Katalysators stattgefunden hat. Wird das Verfahren verwendet, um Stickstoffoxyde reduktiv zu zersetzen, so wird anschließend die Luftzufuhr abgestellt und der Motor oder die Kraftmaschine wieder auf übliche Betriebsbedingungen eingestellt, wobei man ein Abgas erhält,adjusting the fuel injection into the engine or the gasification system to produce an exhaust gas obtained that contains 3-8% by volume of carbon monoxide and one Introduces air into the gas to oxidize the carbon monoxide and heat the gas to a temperature above 800 C. Afterward the resulting mixture is reacted in the presence of a catalyst, the catalyst at the beginning is in the light calcined or incompletely heat-treated state until substantial formation the compounds of basic and acidic and / or amphoteric components of the catalyst has taken place. If the process is used to decompose nitrogen oxides reductively, the air supply is then switched off and the engine or the prime mover is set back to normal operating conditions, whereby an exhaust gas is obtained,
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das bis zu 2 Volumen-% Kohlenmonoxyd enthält.that contains up to 2% by volume of carbon monoxide.
Ein solches Verfahren kann gut von Tankstellen oder Fahrern verwendet werden, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, die bereits mit Vorrichtungen ausgerüstet sind, um das NO-Entfernungskatalysatorbett unter oxydierenden Bedingungen aufzuwärmen .Such a method can be used well by petrol stations or drivers, especially in motor vehicles, which are already equipped with devices to remove the NO removal catalyst bed warm up under oxidizing conditions.
Das Verfahren kann mit Mischungen der Bestandteile vor oder nach dem Bildungsverfahren durchgeführt werden. Bevorzugt wird es nach dem Verformungsverfahren durchgeführt, damit die Formen so homogen und mechanisch fest wie möglich hergestellt werden.The process can be carried out with mixtures of the ingredients before or after the formation process. Preferred it is carried out according to the deformation process so that the shapes are as homogeneous and mechanically strong as possible getting produced.
Gegenstand der Erfindung ist ein Katalysator, bei dem der Träger ein oder mehrere katalytisch aktive Materialien enthält.The invention relates to a catalyst in which the support is one or more catalytically active materials contains.
Bei einer Art von erfindungsgemäßen Katalysatoren wird als aktives Material ein Metall oder mehrere Metalle der Platingruppe verwendet.In one type of catalyst according to the invention, one or more metals is used as the active material Platinum group used.
Wird der Katalysator zur Oxydation von Abgas verwendet, so verwendet man als Metall der Platingruppe bevorzugt Platin oder Palladium, insbesondere Palladium. Wird er für die Reduktion verwendet, so verwendet man als Metall bevorzugt eine Kombination aus Platin oder Palladium mit Rhodium. Andere für die Reduktion geeignete Metalle sind Ruthenium, Iridium und deren Mischungen. Die Konzentration an Metall der Platingruppe liegt bei der oxydativen und reduktivenIf the catalyst is used to oxidize exhaust gas, the platinum group metal is preferably used as platinum or palladium, especially palladium. If it is used for the reduction, it is preferred to use it as the metal a combination of platinum or palladium with rhodium. Other metals suitable for reduction are ruthenium, Iridium and their mixtures. The concentration of metal of the platinum group is oxidative and reductive
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Behandlung geeigneterweise im Bereich von 0,001 bis 5 Gewichts-%, insbesondere im Bereich von 0,005 bis. 0,5 Gewichts-%, berechnet als äquivalentes (d.h. äquiatomares) Palladiummetall, bezogen auf die Bestandteile des Katalysators, die bei 900° C nicht flüchtig sind, oder entsprechend mehr, wenn auf der Grundlage des sekundären Trägers berechnet. Wenn der Träger eine geometrische Fläche von 32 cm /cm besitzt, ergeben diese Gewichts-%-Gehalte 0,0004 bis 2,0Treatment suitably in the range from 0.001 to 5% by weight, especially in the range from 0.005 to. 0.5% by weight, calculated as equivalent (i.e. equiatomic) palladium metal, based on the components of the catalyst, that are non-volatile at 900 ° C, or more if calculated based on the secondary carrier. If the carrier has a geometric area of 32 cm / cm these weight percentages result in 0.0004 to 2.0
und 0,0002 bis 0,2 mg pro cm Metall. Eine solche geometrische Fläche kann erhalten werden, wenn der katalytische Träger eine MehrfachrÖhrenmatrix besitzt.and 0.0002 to 0.2 mg per cm of metal. Such a geometric Area can be obtained when the catalytic support has a multi-tube matrix.
Wenn in der vorliegenden Anmeldung von Mehrfachröhren— oder MehrrÖhrenmatrix gesprochen wird, wird eine Matrix darunter verstanden, die unter dem angelsächsischen Begriff "multi-tubular matrix" bekannt ist.If in the present application of multiple tubes— or multi-tube matrix is spoken of, becomes a matrix understood by this, which is known by the Anglo-Saxon term "multi-tubular matrix".
Bei einer anderen Art von erfindungsgemäßen Katalysatoren enthält das aktive Material metallisches Nickel oder Kobalt oder eine Legierung dieser Metalle und möglicherweise geringe Mengen an Kupfer oder Silber oder einem Metall der Platingruppe oder von mehreren der genannten Metalle. Der Nickel- oder Kobalt- oder Nickel/Kobaltlegierungsgehalt des Katalysators liegt geeigneterweise im Bereich von 2 bis 50 Gewichts-%, berechnet als Monooxyde. Der Gehalt an den gesamten Monooxyden und sekundärem Träger liegt geeigneterweise im Bereich von 5 - 95 %. Wenn Kupfer in den Monoxyden vorhanden ist, so beträgt seine Menge, berechnet als CuOIn another type of catalyst according to the invention, the active material contains metallic nickel or Cobalt or an alloy of these metals and possibly small amounts of copper or silver or a metal of the Platinum group or of more of the metals mentioned. The nickel or cobalt or nickel / cobalt alloy content of the Catalyst is suitably in the range of 2 to 50% by weight calculated as mono-oxides. The content of the total monoxide and secondary carrier is suitably in the range of 5-95%. When copper in the monoxides is present, its amount is calculated as CuO
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bevorzugt 2 - 10 %, bezogen auf die Monoxyde und ist ein Metall der Platingruppe vorhanden, so beträgt seine Menge bevorzugt 0,001 bis 1,0 % oder entsprechend mehr, wenn man auf die Gesamtmenge aus Monoxyd und sekundärem Träger bezieht. Solche Katalysatoren sind für reine Reduktions- oder unvollständige Oxydationsbehandlungen von Abgasen geeignet. Soll eine Oxydationsbehandlung durchgeführt werden, so kann man als aktives Material, eines der Oxyde der obigen Nichtedelmetalle und/oder eines oder mehrere Oxyde von Kupfer, Mangan oder Chrom oder weniger bevorzugt von anderen nichtedlen Übergangsmetallen verwenden. Die Konzentration von solchen Oxaden ist geeigneterweise gleich wie in den reduktiven Katalysatoren und man kann den gleichen Gehalt an Metallen der Platingruppe verwenden. (In solchen Katalysatoren wird der Gehalt an Mangan als MnO und der Gehalt an Chrom als Cr^O^ , ihren niedrigsten Oxyden berechnet).preferably 2-10%, based on the monoxide, and if a metal of the platinum group is present, its amount is preferably 0.001 to 1.0% or correspondingly more, based on the total amount of monoxide and secondary carrier. Such catalysts are suitable for pure reduction or incomplete oxidation treatments of exhaust gases. If an oxidation treatment is to be carried out, one of the oxides of the above base metals and / or one or more oxides of copper, manganese or chromium or, less preferably, of other non-noble transition metals can be used as the active material. The concentration of such oxides is suitably the same as in the reductive catalysts and the same content of platinum group metals can be used. (In such catalysts the manganese content is calculated as MnO and the chromium content as Cr ^ O ^, their lowest oxides).
Der Katalysator kann beispielweise hergestellt werden, wenn man die vereinigten primären und sekundären Träger mit einer Lösung einer Verbindung, die zu dem katalytisch aktiven Material thermisch zersetzbar ist, imprägniert, erwärmt, um die thermische Zersetzung zu bewirken und gegebenenfalls das Produkt einer solchen Zersetzung zu dem Metall reduziert, wenn das aktive Material ein Nichtedelmetall oder ein Oxyd ist. In diesem Fall sollte das katalytische Material bevorzugt so weit wie möglich auf den sekundären Träger begrenzt sein, und die Imprägnierungsbedingungen sollten dementsprechend gewählt werden, beispielsweise, indem man dasThe catalyst can be prepared, for example, when you combine the primary and secondary supports with a solution of a compound that contributes to the catalytically active Material is thermally decomposable, impregnated, heated to bring about the thermal decomposition and optionally that Product of such decomposition is reduced to the metal when the active material is a base metal or an oxide is. In this case, the catalytic material should preferably be limited to the secondary carrier as much as possible and the impregnation conditions should be chosen accordingly, for example by adding the
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Volumen der Imprägnierlösung reguliert oder einstellt. Wird mit einer Verbindung eines Metalls der Platingruppe imprägniert, so kann man ein Salz oder einen ionischen oder nichtionischen Komplex verwenden. Komplexe, wie solche mit Aminen sind wegen ihrer Hydrolysebeständigkeit geeignet. Die Imprägnierung kann zusammen mit der Behandlung mit einer organischen Säure oder zusammen mit einer Insolubilisierungsstufe wie einer Reduktionsreaktion oder Sulfidierungsreaktion durchgeführt werden.Regulated or adjusted volume of the impregnation solution. Will impregnated with a compound of a platinum group metal, a salt or an ionic or nonionic complex can be used. Complexes such as those with amines are suitable because of their resistance to hydrolysis. The impregnation can be combined with the treatment with an organic Acid or together with an insolubilization step such as a reduction reaction or sulfidation reaction can be carried out.
Bei einem anderen Verfahren werden das katalytische Material und/oder die Vorstufen davon und ein sekundäres Trägermaterial und/oder die Vorstufen davon vermischt und auf den sekundären Träger aufgebracht und das Produkt wird erwärmt und gewünsentenfalls reduziert.In another method, the catalytic material and / or precursors thereof and a secondary one Carrier material and / or the precursors thereof mixed and applied to the secondary carrier and the product is heated and reduced if necessary.
Bei der obigen Imprägnierung oder Anwendung kann man irgendein geeignetes Verfahren, beispielsweise Eintauchen oder Versprühen, verwenden.Any suitable method such as immersion can be used in the above impregnation or application or spray, use.
Bei dem dritten Verfahren wird, wie in dem vorhergehenden Absatz beschrieben, eine Mischung in die Katalysatorform verformt und auf geeignete Weise erhitzt und gegebenenfalls reduziert. Das Produkt dieses Verfahrens besitzt, wie oben erüärt, in seinen inneren Bereichen etwas katalytisches Material. Bevorzugt werden bei diesem und den vorhergehenden Verfahren die Vorstufen für das katalytische Material vor dem Erwärmen reduziert, wenn sie Verbindungen von Nichtedelmetallen, wie Nickel sind. Solche Verbindungen werden bevor-In the third method, as described in the previous paragraph, a mixture is introduced into the catalyst form deformed and heated in a suitable manner and, if necessary, reduced. The product of this process has as above erüärt, some catalytic material in its inner areas. Preference is given to this and the preceding ones Process the precursors for the catalytic material before Heating reduces when they are compounds of base metals, such as nickel. Such connections are preferred
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zugt in relativ inaktiver Form, wie als Oxyde mit einem Teilchendurchmesser über einem Mikron eingeführt.tend to be in relatively inactive form, such as introduced as oxides with a particle diameter greater than one micron.
Als Erwärmungstemperaturen verwendet man die wie sie bei der Herstellung des Trägers beschrieben wurden, wenn das Verfahren die Bildung des sekundären Trägers oder eine Haftung an den primären Träger umfaßt. Um Katalysatorvorstufen zu erwärmen, ist eine Temperatur im Bereich von bis 800° C geeignet.The heating temperatures used are those as described in connection with the production of the carrier, if the method comprises forming the secondary support or adhering to the primary support. About catalyst precursors to heat, a temperature in the range of up to 800 ° C is suitable.
Eine Reduktion ist erforderlich, wenn der Katalysator für die reduktive Behandlung von Abgasen verwendet wird. Sie wird aber üblicherweise nicht von dem Katalysatorhersteller durchgeführt, da sie in Berührung mit den Abgasen stattfindet. Eine Reduktion, auf die eine Reoxydation erfolgt, kann verwendet werden, wenn man einen Oxydationskatalysator herstellt.A reduction is required when the catalyst is used for the reductive treatment of exhaust gases. she but is usually not carried out by the catalyst manufacturer, since it takes place in contact with the exhaust gases. A reduction to which reoxidation occurs can be used when using an oxidation catalyst manufactures.
Das Produkt (Katalysatorvorstufe), welches fertig ist, um in reduktive Abgasreaktoren eingefüllt zu werden, welches aber darin noch reduziert werden muß, ist der übliche Handelsartikel. The product (catalyst precursor) which is ready to be filled into reductive exhaust gas reactors, which but still to be reduced in this is the usual article of commerce.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Behandlungsverfahren für Abgase, bei dem ein Katalysator verwendet wird. Dieses Behandlungsverfahren kann reduktiv sein, um Stickstoffoxyde zu entfernen, oder es kann oxydativ sein, um Kohlenmonoxyde und Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Auf eine reduktive Stufe kann eine Luftzugabe und eine oxydativeThe invention also relates to a treatment method for exhaust gases in which a catalytic converter is used. This treatment method can be reductive to nitrogen oxides or it can be oxidative to remove carbon monoxides and hydrocarbons. On a reductive stage can be an addition of air and an oxidative stage
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Stufe folgen. In einigen Fällen, abhängig von der Kraftmaschinenbauart und den örtlichen Emissionsstandardwerten, ist es möglich, einen einzigen Katalysator, bevorzugt der hierin beschriebenen Art, zu verwenden, der eines oder mehrere Metalle der Platingruppe enthält, um die Stickstoffoxyde, Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffe gleichzeitig aus einem Abgas zu entfernen, welches möglicherweise als Ergebnis von. kontinuierlicher Luftzugabe ungefähr gleiche Mengen an reaktiven und oxydativen Bestandteilen enthält. Wenn ■ durch ein Verfahren Stickstoffoxyde entfernt werden, wird das Abgas bevorzugt über eine Präoxydationsschicht geleitet um restlichen Sauerstoff zu entfernen. Das Verfahren der NO Reduktion wird bevorzugt in Anwesenheit von zugefügter Luft begonnen, bis der Katalysator die Betriebstemperatur erreicht hat.Follow level. In some cases, depending on the engine type and local emission standards, it is possible to use a single catalyst, preferably the one herein described type, to use, which contains one or more metals of the platinum group, to the nitrogen oxides, To remove carbon monoxide and hydrocarbons from an exhaust gas at the same time, possibly as a result of. continuous addition of air contains approximately equal amounts of reactive and oxidative components. If ■ nitrogen oxides are removed by a process the exhaust gas is preferably passed over a pre-oxidation layer to remove residual oxygen. The method of NO reduction is preferred in the presence of added air started until the catalyst has reached operating temperature.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxyden verwendet wird, ist die Reduktionskraft der Gase, die durch die FunktionWhen the method of the present invention is used to remove oxides of nitrogen, the reducing power is the Gases by the function
CO + H2 - 2O2 CO + H 2 - 2O 2
ausgedrückt wird, worin "CO", "H2" und "O2" in Volumenprozent ausgedrückt sind, bevorzugt positiv. Jedoch entspricht eine Reduktionskraft, die größer ist als 8, einer schlechten Brennstoffwirtschaftlichkeit. CO liegt über 2 % und O2 liegt unter 0,3 %. Der Kohlenmonoxydgehalt des Gases muß im allgemeinen nicht über 2 % liegen, und Motoren, die so gebaut sind, bei denen eine stöchiometrische oder etwas "magere"is expressed in which "CO", "H 2 " and "O 2 " are expressed in percent by volume, preferably positive. However, a reducing force larger than 8 corresponds to poor fuel economy. CO is above 2 % and O 2 is below 0.3 %. The carbon monoxide content of the gas does not generally have to be more than 2 % , and engines that are so constructed that have a stoichiometric or somewhat "lean"
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Brennstoffmischung verwendet wird, können durch das erfindungsgemäße Verfahren in solchen Zustand überführt werden, daß sie die Umwelt nicht verschmutzen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin eine wirksame Entfernung der Stickstoffoxyde in Systemen, in die Luft als übliche Maßnahme oder zum Aufwärmen eingeleitet wird. Die beste Verwendung erfolgt von Nickel-Kupferkatalysatoren und ähnlichen Katalysatoren aus Nichtedelmetallen, wenn die Reduktionskraft im Bereich von 0,5 bis 6,0 liegt. Wenn ein Metall der Platingruppe vorhanden ist, kann die Reduktionskraft niedriger sein, selbst herab bis zur ungefähren Äquivalenz.Fuel mixture is used, can by the invention Processes are brought into such a state that they do not pollute the environment. The inventive The process also enables effective removal of the oxides of nitrogen in systems to air as a common measure or to warm up. The best use is made of nickel-copper catalysts and similar catalysts of base metals when the reducing power is in the range from 0.5 to 6.0. If a platinum group metal is present, the reducing power may be lower, even down to approximate equivalence.
Die Verfahrenstemperatur liegt üblicherweise, unabhängig davon, ob das Verfahren reduktiv oder neutral arbeitet, über 300 C und bevorzugt über 500° C. Sie liegt bevorzugt über 600° C, beispielsweise bei 650 - 850° C, wenn der Katalysator kein Metall der Platingruppe enthält, aber bei 500 700° C, wenn ein Metall der Platingruppe vorhanden ist. Diese Temperaturen beziehen sich auf kontinuierlichen Betrieb und gelten nicht beim Anstarten oder bei starken Beschleunigungen und sie entsprechen der "stabilisierten Art und Weise" des Versuchs, wie er im United States Federal Register 36, Nr. 128, 2. Juli 1971, beschrieben ist. Beim Anwärmen mit Luft oder bei der schnellen Beschleunigung kann die Temperatur um 150 - 200 C über den Wert beim stetigen Betrieb steigen.The process temperature is usually, regardless of whether the process works reductive or neutral, above 300 ° C. and preferably above 500 ° C. It is preferred above 600 ° C, for example at 650-850 ° C if the catalyst does not contain any platinum group metal, but at 500-700 ° C when a platinum group metal is present. These temperatures refer to continuous operation and do not apply when starting or with strong accelerations and they correspond to the "stabilized way" of the Experiment as described in United States Federal Register 36, No. 128, July 2, 1971. When heating with air or in the case of rapid acceleration, the temperature can rise by 150 - 200 C above the value in continuous operation.
Wenn das Abgasbehandlungsverfahren ein Oxydationsverfahren ist, wird es geeigneterweise bei Temperaturen im BereichWhen the exhaust gas treatment process is an oxidation process, it is suitably used at temperatures in the range
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von 200 - 1000° C durchgeführt. Wenn es zur vollständigen Oxydation der Abgase durchgeführt wird, steigt die Temperatur typischerweise auf 400 - 8500C und steigt in der Richtung der Gasströmung, bedingt durch die Reaktionswärme, unabhängig, ob diese Gase eine einzige katalytische Behandlung erhalten oder ob eine Oxydation nach Entfernung der Stickstoffoxyde unter reinen Reaktionsbedingungen erfolgt. Zu diesem Zweck sollte die Beschickung an Sauerstoff (üblicherweise Luft) ausreichen, um das gesamte Kohlenmonoxyd und die gesamten vorhandenen Kohlenwasserstoffe zu oxydieren, und ein mäßiger Überschuß, beispielsweise bis zu 2 % Vol./Vol. sollten vorhanden sein. Man kann jedoch auch für eine unvollständige Oxydation ein Defizit an Sauerstoff verwenden und bei einer niedrigeren Temperatur arbeiten. Ein Beispiel einer solchen Verwendung besteht in der vorläufigen Sauerstoffentfernung aus einem rein reduzierenden Abgas als Vorbehandlung für die Behandlung über einen Katalysator zur Entfernung der Stickstoffoxyde, wie es in der deutschen Offenlegungeschrift 2 222 467, die der britischen Anmeldung 13 722/71 entspricht, der gleichen Anmelderin beschrieben ist.from 200 - 1000 ° C. If it is carried out for the complete oxidation of the exhaust gases, the temperature typically increases to 400-850 0 C and rises in the direction of the gas flow due to the heat of reaction, regardless of whether these gases obtain a single catalytic treatment or whether oxidation after removal of the Nitrogen oxides takes place under pure reaction conditions. To this end, the supply of oxygen (usually air) should be sufficient to oxidize all of the carbon monoxide and hydrocarbons present, and a moderate excess, for example up to 2 % v / v. should be present. However, one can also use a deficit of oxygen for incomplete oxidation and work at a lower temperature. An example of such a use consists in the preliminary oxygen removal from a purely reducing exhaust gas as a pretreatment for the treatment over a catalyst to remove the nitrogen oxides, as described in German Offenlegungsschrift 2,222,467, which corresponds to British application 13 722/71, of the same Applicant is described.
Die Raumgeschwindigkeit des Verfahrens hängt von der Katalysatorform ab. Sie liegt typischerweise (bei körnigen oder Matrixkatalysatoren) im Bereich von 0,10 bis 3»0 χ Stunden für die getrennte Reduktion oder Oxydation oder für die kombinierte Reduktion und Oxydation und sie beträgt das Zwei- bis Fünffache dieses Bereichs für eine Oxydation, die vor der Stickstoffoxydentfernung durchgeführt wird, wennThe space velocity of the process depends on the shape of the catalyst. It is typically (with grainy or matrix catalysts) in the range from 0.10 to 3 »0 χ hours for the separate reduction or oxidation or for the combined reduction and oxidation and it is two to five times this range for an oxidation that performed prior to nitric oxide removal, if
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eine solche Schicht verwendet wird. Wird durch die Verbrennungskraftmaschinen ein Fahrzeug angetrieben, so liegt die Raumgeschwindigkeit ähnlich im Bereich zwischen den unteren und oberen Werten, die sich um einen Faktor, der so groß ist wie 10, wahrscheinlicher bis zu 6,0, unterscheiden, wenn man Startbedingungen zugrundelegt, bei denen die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors durch Gangwechsel kompensiert wird. Das Katalysatorvolumen sollte für die sehr hohen Gasströmungen während des Beschleunigens beim Anfahren im Stadtverkehr geeignet sein. Die Definition für die Raumgeschwindigkeit soll einen Bereich SV., bis SVp bedeuten, wobei SVp das Sechsbis Zehnfache von SV1 innerhalb des angegebenen breiten Bereiches bedeuten. Solche Raumgeschwindigkeiten entsprechen Katalysatorvolumen, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden können, beispielsweise 0,5 bis 5,0 Liter entsprechend der Motorengröße und den Eigenschaften der Motoren.such a layer is used. If a vehicle is propelled by the internal combustion engines, the space velocity is similarly in the range between the lower and upper values, which differ by a factor as large as 10, more likely up to 6.0, based on starting conditions which the speed of rotation of the engine is compensated by changing gears. The catalyst volume should be suitable for the very high gas flows during acceleration when starting off in city traffic. The definition for the space velocity is intended to mean a range SV., To SVp, where SVp means six to ten times SV 1 within the specified broad range. Such space velocities correspond to catalyst volumes which can be used in automobiles, for example 0.5 to 5.0 liters according to the engine size and the characteristics of the engines.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Reaktor, der den Katalysator enthält und eine Einlaßöffnung besitzt, die für eine Verbindung mit einem Motor geeignet ist und der eine Auslaßöffnung besitzt. Gegenstand der Erfindung sind außerdem Kraftverbrennungsmaschinen, die einen oder mehrere solche Reaktoren in den Abgasleitungen enthalten.The invention also relates to a reactor which contains the catalyst and has an inlet opening which is suitable for connection to an engine and which has an exhaust port. The subject of the invention are also internal combustion engines that contain one or more such reactors in the exhaust pipes.
Das Gasolinbeschickungsmaterial (oder Motorenbeschikkungsmaterial) für den Motor besitzt geeigneterweise einen Schwefelgehalt, der geringer ist als 200 ppm Gew./Gew. (als S) und weniger als 0,4 g Blei (als Pb) pro 3,8 Liter (pro US gallon), bevorzugt v/eniger als 0,01 g. Der PhosphorgehaltThe gasoline feed (or engine feed) for the engine suitably has a sulfur content less than 200 ppm w / w. (as S) and less than 0.4 grams of lead (as Pb) per 3.8 liters (per US gallon), preferably less than 0.01 grams. The phosphorus content
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"-1 —"-1 -
in dem Motorenbenzin kann bis zu 500 ppm. ohne bemerkenswerte Nachteile betragen, wenn man richtig gewählte kata- , lytisch aktive Materialien verwendet.in the motor gasoline can go up to 500 ppm. without noticeable disadvantages, if one correctly selected kata-, lytically active materials used.
Die folgenden Beispiele umfassen ein Untersuchungsverfahren entsprechend dem US Federal-Verfahren (II) und Laborunter suchungsverfahren, einige mit einem Motor, bei Bedingungen, von denen man feststellte, daß sie damit in Beziehung stehen. Das Federal-Verfahren kann folgendermaßen zusammengefaßt werden. Beginnend mit einem Kaltstart werden die Abgase der ersten 505 Sekunden in einem Beutel A gesammelt und dann werden die Gase beim nachfolgenden Betrieb, der als "stabilisierte Art und Weise " bezeichnet wird, in Beutel B gesammelt (Gesamtzeit 1369 Sekunden). Die ersten 505 Sekunden umfassen zwei starke Beschleunigungen und der stabilisierte Zustand eine Reihenfolge von Stillständen (ohne daß der Motor abgestellt wird) und den Betrieb bei mäßiger Geschwindigkeit. Dann folgen 10 Minuten Stillstand, wobei der Motor abgestellt wird, und eine Wiederholung der ersten 505 Sekunden, wobei die Abgase im Beutel C gesammelt werden. Die Emissionswerte von jedem Beutel werden in Gramm berechnet und entsprechend derFormel (0,43A + B + 0,57C)*/«7»5 zusammenaddiert, wobei 7,5 die Anzahl der bei dem Versuch gefahrenen Meilen angibt. Die erlaubten Grenzen, die in Beispiel 11 aufgeführt sind, sind die, die ursprünglich für 1976 gesetzt wurden. Es soll jedoch bemerkt werden, daß weniger strenge Grenzen in der nahen Zukunft möglicherweise festgesetzt werden.The following examples include an assay method according to US Federal Method (II) and Laboratory search procedures, some with an engine, under conditions found to be related to it stand. The Federal process can be summarized as follows. Starting with a cold start the exhaust gases from the first 505 seconds are collected in bag A. and then the gases in the subsequent operation, the referred to as "stabilized mode", collected in bag B (total time 1369 seconds). The first 505 seconds include two strong accelerations and the stabilized state a sequence of standstills (without engine shutdown) and moderate speed operation. This is followed by 10 minutes of standstill, whereby stop the engine and repeat the first 505 seconds, collecting the exhaust gases in bag C. The emission values of each bag are calculated in grams and added together according to the formula (0.43A + B + 0.57C) * / «7» 5, where 7.5 is the number of miles driven in the attempt. The allowed limits in example 11 are those originally set for 1976. It should be noted, however, that less strict limits may be set in the near future.
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Wenn die Katalysatoraktivität als Geschwindigkeitskonstante erster Ordnung k oder k»r see" angegeben wird, so wird sie entsprechend der FormelIf the catalyst activity is given as a first order rate constant k or k »r see”, so it becomes according to the formula
k oder kM = 2,3 SV -^b10 k or k M = 2.3 SV - ^ b 10
"Z 3600 '" 1 - 0,01C "Z 3600 '" 1 - 0.01C
berechnet, worin SV die stündliche Volumenraumgeschwindigkeit und
C der Prozentgehalt an Umwandlung von NO zu Np bedeuten.calculated where SV is the volume hourly space velocity and
C represents the percentage conversion of NO to Np.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren besitzen eine hoheThe catalysts of the invention have a high
Aktivität und Stabilität. Bis jetzt hat man zufriedenstellende NC^-Entfemung bei Versuchen erzielt, die Fahrten von 43450 km bzw. 27 000 Meilen entsprachen.Activity and stability. So far, satisfactory NC ^ distance has been achieved in attempts to travel 43,450 km or 27,000 miles.
Palladium-Gehlenit-Aluminiumoxyd-KatalysatorenPalladium-Gehlenite-Aluminum Oxide Catalysts
Vier Katalysatoren, die Palladium enthielten und die als primären Träger eine extrudiert;e Matrix oder extrudierte Zylinder enthielten, wurden aus Aluminiumoxyd, welches an Bentonit gebunden war, der Zusammensetzung 95 % AIpO,, 5 % Four catalysts, which contained palladium and which contained an extruded matrix or extruded cylinder as the primary carrier, were made of aluminum oxide, which was bound to bentonite, of the composition 95 % AlpO ,, 5 %
SiOp und mit einer spezifischen Oberfläche von 0,3 m /g entsprechend den folgenden Verfahren hergestellt:SiOp and with a specific surface area of 0.3 m / g accordingly manufactured using the following process:
A. Ein 2,54 cm (1 Inch) quadratischer Matrixblock mit einem Schüttgewicht von 1,1 bis 1,4 und mit 512 Durchgängen proA. A 2.54 cm (1 inch) square matrix block with an apparent density of 1.1 to 1.4 and with 512 passages per
2 2 ^52 2 ^ 5
6,45 cm (square inch) (Fläche 32 cm /cm ) wurde ,um einen zweiten Träger aufzubringen, in eine gesättigte Calciumnitratlösung eingetaucht, dann ließ man die Lösung ablaufen, er-6.45 cm (square inch) (area 32 cm / cm) was added to a to apply second carrier, in a saturated calcium nitrate solution immersed, then the solution was allowed to drain, he
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wärmte während k Stunden bei 1000° C, und dann wurde dieses Verfahren wiederholt. Der CaO-Gehalt des Blockes betrug 8 Gewichts-%, was 3,25 mg/cm geometrischer Oberfläche entspricht. Material (sekundärer Träger) wurde von der Oberfläche abgekratzt und durch Röntgen-Beugungsspektrum untersucht. Man fand, daß die überwiegende Calcium enthaltende Phase Gehlenit enthielt. Der beschichtete Block wurde in eine 0,8?uige Lösung aus Palladiumnitrat, die 0,2 ml einer 60%igen Salpetersäure pro 100ml Lösung enthielt, eingetaucht, dann ließ man die Lösung abtropfen und trocknete.heated at 1000 ° C for k hours, and then this procedure was repeated. The CaO content of the block was 8% by weight, which corresponds to 3.25 mg / cm of geometric surface. Material (secondary support) was scraped from the surface and examined by X-ray diffraction spectrum. The predominantly calcium-containing phase was found to contain gehlenite. The coated block was immersed in a 0.8% solution of palladium nitrate containing 0.2 ml of 60% nitric acid per 100 ml of solution, then the solution was allowed to drain off and dried.
B. Ein ähnlicher Block wurde in einer Suspension aus kolloidalem vermahlenen Aluminiumoxyd eingetaucht, dann ließ man die Lösung ablaufen, trocknete bei 120 C und erwärmte bei 650° C während vier Stunden. Dieses Verfahren wurde wiederholt. Der überzogene Block, der Aluminiumoxyd als sekundären Träger enthielt, wurde mit einer 3,2 $6igen wässrigen Lösung aus Palladiumnitrat, die 0,2 ml 60 %ige Salpetersäure pro 100 ml Lösung enthielt, imprägniert, dann ließ man die Lösung ablaufen und trocknete.B. A similar block was immersed in a suspension of colloidal milled alumina then left the solution drained, dried at 120 C and heated at 650 ° C for four hours. This procedure was repeated. The coated block, which contained alumina as a secondary support, was washed with a 3.2% aqueous solution from palladium nitrate, the 0.2 ml of 60% nitric acid per Containing 100 ml of solution, impregnated, then the solution was allowed to drain and dried.
C. Um einen Katalysator herzustellen, der keinen sekundären Träger enthielt, wurde ein ähnlicher Block unbeschichtet in eine 0,16 %ige Lösung aus Palladiumnitrat eingetaucht, die 0,2 ml 60 /6ige Salpetersäure pro 100 ml Lösung enthielt. Man ließ die Lösung ablaufen und reduzierte mit verdünnter Hydrazinlösung. Die Hydrazinlösung wurde ablaufen gelassen, dann wurde gespült und getrocknet.C. To make a catalyst that does not have a secondary Containing carrier, a similar block was immersed uncoated in a 0.16% solution of palladium nitrate, which Contained 0.2 ml of 60/6 nitric acid per 100 ml of solution. Man drained the solution and reduced with dilute hydrazine solution. The hydrazine solution was drained, then was rinsed and dried.
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D. Extrudierte Zylinder aus dem gleichen Material wie die Matrixblöcke wurden zweimal mit Calciumoxyd beschichtet, wobei man das bei dem Katalysator A beschriebene Verfahren verwendete. Dann wurde bei 1050° C calciniert und mit einer 0,42 %igen Palladiumnitratlösung, die 0,2 ml 60 %±ge Salpetersäure pro 100 ml Lösung enthielt, imprägniert, dann ließ man die Lösung ablaufen, reduzierte mit Hydrazin, spülte und trocknete. Wieder wurde von der Oberfläche Material abgekratzt und dieses wurde röntgenographisch untersucht. Man fand, daß die Hauptphase, die Calcium enthielt, Gehlenit enthielt.D. Extruded cylinders of the same material as the matrix blocks were coated twice with calcium oxide using the procedure described for Catalyst A. It was then calcined at 1050 ° C. and impregnated with a 0.42% palladium nitrate solution containing 0.2 ml of 60% ± ge nitric acid per 100 ml of solution, then the solution was allowed to run off, reduced with hydrazine, rinsed and dried. Material was again scraped off the surface and this was examined by X-ray. The main phase containing calcium was found to contain gehlenite.
Versuche bei dem Oxydationsverfahren Die Katalysatoren wurden untersucht, indem man über sie ein
Gas folgender Zusammensetzung leitete: CH^+ 0,3 - 0,4 %, H2
1 % CO 2,5 - 3,0 %, O2 3,5 - 4,0 %, CO2 15 %, H2O 15 %, N£
Rest, wobei man eine Raumgeschwindigkeit von 40 000 Stunden verwendete. Man arbeitete zuerst bei einer Einlaßtemperatur
von 7000C und bestimmte den Gehalt an CO in dem abströmenden
Material. Dann wurde die Einlaßtemperatür auf 800° C während
einer Zeit, die in Tabelle I angegeben ist, erhöht, um den Kata"1 -sator einem beschleunigten Altern zu unterwerfen. Dann
wurde die Einlaßtemperatur auf 700° C erniedrigt, die Messungen
wurden wiederholt und die Temperatur wurde erneut auf 800° C für ein weiteres Altern erhc
bis maximal 450 Stunden wiederholt.Experiments in the oxidation process The catalysts were tested by passing a gas of the following composition over them: CH ^ + 0.3-0.4%, H 2 1%, CO 2.5-3.0%, O 2 3.5% 4.0 %, CO 2 15 %, H 2 O 15 %, N £ remainder, using a space velocity of 40,000 hours. We first worked at an inlet temperature of 700 0 C and determined the content of CO in the flowing material. Then, the inlet tempera door to 800 ° C during a time that is specified in Table I was increased to the Kata "1 -sator to accelerated aging to subject. Then, the inlet temperature to 700 ° C was lowered, the measurements were repeated and the Temperature was raised again to 800 ° C for further aging
repeated up to a maximum of 450 hours.
800° C für ein weiteres Altern erhöht. Dieses Verfahren wurde800 ° C increased for further aging. This procedure was
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CO-EntfernungCO removal
Stunden im Ge- O 25 50 74 202 450 brauch Hours in o 25 50 74 202 450 use
Katalysator A(0,15%Pd)95 95 - - 99 Katalysator B(0,23%Pd)98 92 - 51 Katalysator C(0,01%Pd)97 2*1 - - -Catalyst A (0.15% Pd) 95 95 - - 99 Catalyst B (0.23% Pd) 98 92 - 51 Catalyst C (0.01% Pd) 97 2 * 1 - - -
Katalysator D(0,08%Pd)99 - 99 97Catalyst D (0.08% Pd) 99-99 97
Es ist offensichtlich, daß der Katalysator C sehr wenig Palladium absorbiert und trotz einer anfänglich hohen Aktivität für die C0-Oxydation schnell seine Aktivität verliert. Der Katalysator B, der auf der Oberfläche des Matrixblocks kolloidales Aluminiumoxyd mit großer Oberfläche enthält, behält seine Aktivität besser bei als der Katalysator C. Die Katalysatoren A und D, die im wesentlichen gleich sind und sich nur in ihrer geometrischen Form unterscheiden, behalten ihre CO-Oxydationsaktivität sehr gut bei.It is evident that Catalyst C absorbs very little palladium and despite having high activity initially quickly loses its activity for CO oxidation. The catalyst B, which contains colloidal alumina with a large surface area on the surface of the matrix block, retains its activity better than the catalyst C. The catalysts A and D, which are essentially the same and differ only in their geometrical shape, keep their CO oxidation activity very well.
Platin-Gehlenit-Cordierit-Katalysator TrägerPlatinum-gehlenite-cordierite catalyst carrier
Ein primärer Träger aus einer Cordieritmatrix mit einem Durchmesser von 10,2 cm und einer Länge von 7,6 cm (4 Inch und 3 Inch) wurde von Corning Glass Works gekauft,und er enthielt 196 quadratische Durchgänge pro 6,45 cm2. Dieser TrägerA cordierite matrix primary carrier 10.2 cm in diameter and 7.6 cm (4 inches and 3 inches) in length was purchased from Corning Glass Works and contained 196 square passageways per 6.45 cm 2 . This carrier
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wurde mit Gehlenit als sekundärem Träger überzogen, indem man dreimal in eine kolloidal gemahlene Gehlenitaufschlämmung eintauchte. Nach jedem Eintauchen wurde die beschichtete Matrix bei 120° C getrocknet und bei 1100° C während einer St\;inde calciniert. Dabei wurden 8,0 Gewichts-% Gehlenit aufgebracht.was coated with gehlenite as a secondary carrier by dipping three times into a colloidally ground gehlenite slurry immersed. After each immersion, the coated matrix was dried at 120 ° C and at 1100 ° C Calcined during one hour. 8.0% by weight Gehlenite applied.
Das Gehlenit war hergestellt worden, indem man bei 1220° C während 12 Stunden eine geknetete und extrudierte feuchte Mischung der folgenden ZusammensetzungThe gehlenite was prepared by kneading and extruding a at 1220 ° C for 12 hours wet mixture of the following composition
992 g Alphaaluminiumoxyd992 grams of alpha aluminum oxide
2144 g schweres ausgefälltes Calciumcarbonat 864 g Bentonit2144 g of heavy precipitated calcium carbonate, 864 g of bentonite
600 g vorgekochte Stärke, die unter dem Namen "Kordek" verkauft wird,600 g of pre-cooked starch sold under the name "Kordek",
erwärmte.warmed.
Das entstehende Produkt wurde trocken fein vermählen und dann in der Kugelmühle über Nacht in Wasser vermählen. Der Feststoff in der Aufschlämmung wurde auf einem Filter gesammelt und dann in Wasser wieder dispergiert.The resulting product was finely ground dry and then grind in water in the ball mill overnight. The solid in the slurry was on a filter collected and then redispersed in water.
Katalysatorcatalyst
Der Träger wurde 30 Sekunden in eine Lösung bei einem pH-Wert von 7 aus einem Ammoniakkomplex der sich von Chlorplatin- IV-säure ableitete, eingetaucht, wobei man eine Konzentration verwendete, mit der man 0,2 % Gew./Gew. PlatinThe slide was immersed in a solution for 30 seconds pH of 7 from an ammonia complex derived from chloroplatinic acid, immersed, whereby a concentration used, with which 0.2% w / w. platinum
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aufbringen konnte. Man ließ dann die Lösung ablaufen und trocknete.could muster. The solution was then drained and dried.
Versuche bei der Oxydation von AbgasAttempts at the oxidation of exhaust gas
Das Abgas von einem Ford Cortina 16OO cc-Motor, der mit 3IOO UpM unter einer Dynamometerbelastung, die 50 Meilen pro Stunde Straßenbedingung entsprach, betrieben wurde, und der 99 Oktan Brennstoff, welcher 54 ppm Gew./Gew. Schwefel, aber kein Blei oder Phosphor enthielt, verbrauchte, wurden über den Katalysator, wie im folgenden Beispiel 6A beschrieben, geleitet, um die Stickstoffoxyde zu Stickstoff zu zersetzen. Ungefähr 17 % Vol./Vol. Luft wurden in das behandelte Gas eingeleitet und die Mischung wurde dann über den Platinkatalysator mit einer Einlaßtemperatür von 600° C und einer Raumgeschwindigkeit von 3 x 10 geleitet. Die Gase die in den Katalysator eintraten und ihn verließen, wurden auf Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyd analysiert. Die Vergasereinstellung des Motors wurde während der meisten Zeit so gewählt, daß man einen Kohlenmonoxydgehalt von 2,0 % erhielt. Sie wurde jedoch gelegentlich so geändert, daß man ■ 1,5 % Kohlenmonoxyd erhielt, damit die Aktivität des Katalysators bei diesem niedrigeren Wert gemessen werden konnte.The exhaust from a Ford Cortina 1,600 cc engine running at 30,000 rpm under a dynamometer load equivalent to 50 mph road conditions and the 99 octane fuel which was 54 ppm w / w. Sulfur, but not containing lead or phosphorus, was passed over the catalyst as described in Example 6A below to decompose the oxides of nitrogen to nitrogen. About 17 % vol / vol Air was introduced into the treated gas and the mixture was then passed over the platinum catalyst with an inlet temperature of 600 ° C and a space velocity of 3x10. The gases entering and exiting the catalyst were analyzed for hydrocarbon and carbon monoxide. The carburetor setting of the engine was chosen for most of the time so that a carbon monoxide content of 2.0 % was obtained. However, it was occasionally changed to give 1.5 % carbon monoxide so that the activity of the catalyst could be measured at this lower value.
Der Versuch wurde weitere 429 Stunden fortgeführt. Die Prozentgehalte an Umwandlung von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen sind in der Tabelle II aufgeführt.The experiment was continued for a further 429 hours. The percentages of conversion of carbon monoxide and hydrocarbons are listed in Table II.
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Umwandlung in Prozentgehalten Zeit,Stunden Eingeführtes CO 2% Eingeführtes CO 1,496Percent Conversion, Time, Hours, Introduced CO 2%, Introduced CO 1.496
Aus der Tabelle ist erkennbar, daß die Umwandlung in Prozentgehalten gut beibehalten wird, und daraus kann man schließen, daß sie bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen gleich gut ist, da dort die Raumgeschwindigkeit niedriger ist,It can be seen from the table that the percentage conversion is well maintained, and it can be seen from this conclude that it is equally good when used in motor vehicles because the space velocity is lower there,
Beispiel 3
Platin-Rhodium-Gehlenit-Katalysator Example 3
Platinum-rhodium-gehlenite catalyst
Ein Träger wurde wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt und in eine Lösung aus den Amminkomplexen von Platin- und r'lodiumchloriden eingetaucht, wobei man solche Konzentrationen verwendete, daß 0,07 % Platin und 0,03 % Rhodium abgeschieden wurden.A support was prepared as described in Example 2 and immersed in a solution of the lodiumchloriden ammine complexes of platinum and r ', wherein one such concentrations used that 0.07% of platinum and 0.03% of rhodium were deposited.
Versuch bei der rein reduktiven Behandlung von Abgasen Über den Katalysator leitete man bei 700° C Abgase vonExperiment with the purely reductive treatment of exhaust gases Exhaust gases were passed off at 700 ° C. over the catalytic converter
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dem in Beispiel 2 beschriebenen Motor. Das Gas, das in den Katalysator eingeleitet wurde, enthielt 2000 - 2500 ppm Vol./Vol. NO. Die Einstellung der Vergaser des Motors wurde so variiert, daß man verschiedeneStärken der Reduktionskraft in dem Gas erhielt. Die Raumgeschwindigkeit betrug 1,4 χ 10^ Stunden""1. Die Aktivität des Katalysators wurde in Intervallen bestimmt, wobei man die Einlaßkonzentration an NO und die Abgabekonzentrationen an NO und Ammoniak bestimmte und die Ergebnisse als Geschwindigkeitskonstanten kM ausdrückte.the engine described in Example 2. The gas introduced into the catalyst contained 2000-2500 ppm v / v. NO. The setting of the carburetors of the engine was varied so as to obtain different levels of reducing force in the gas. The space velocity was 1.4 × 10 ^ hours "" 1 . The activity of the catalyst was determined at intervals by determining the inlet concentration of NO and the output concentrations of NO and ammonia and expressing the results as rate constants k M.
In der Tabelle 3 ist die Abhängigkeit der NO -Entfernungsaktivität von der Reduktionsstärke bei verschiedenen Zeiten aufgeführt. Durch eine graphische Darstellung von kM gegen die Reduktionsstärke konnte gezeigt werden, daß der Wert von ungefähr 1,2 dem höchsten Prozentgehalt an Umwandlung entspricht und daß im wesentlichen Umwandlungen erhalten werden, die ungefähr den stöchiometrischen Bedingungen entsprechen.Table 3 shows the dependence of the NO removal activity on the reduction strength at different times. By graphing k M versus reducing strength, it could be shown that the value of approximately 1.2 corresponds to the highest percentage conversion and that essentially conversions are obtained which approximately correspond to the stoichiometric conditions.
k.T seek. T see
P
Zeit, Stunden _ P.
Time, hours _
C0+H2-202=1,9 C0+H2-202=1,2 CO+H -2O2=O,7C0 + H 2 -20 2 = 1.9 C0 + H 2 -20 2 = 1.2 CO + H -2O 2 = 0.7
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Es ist erkennbar, daß die Aktivität zuerst fällt, daß sie sich aber dann bei einem praktisch verwertbaren Wert einstellt. It can be seen that the activity first falls, but that it then sets in at a practically usable value.
Beispiel 4 Gehlenitträger: Nickel-Kupfer-Katalysator Example 4 Gehlenite Support: Nickel-Copper Catalyst
Die folgende Mischung wurde hergestellt: .:The following mixture was made:.:
992 g Alphaaluminiumoxydpulver992 grams of alpha alumina powder
2144 g ausgefälltes schweres Calciumcarbonatpulver 864 g Bentonit
600 g voreingeweichte Stärke, die unter dem Namen2144 g of precipitated heavy calcium carbonate powder, 864 g of bentonite
600 g of pre-soaked starch that goes under the name
"Kordek" verkauft wird 900 g Wasser"Kordek" is sold 900 g of water
Die Bestandteile wurden gut vermischt, bis sich die Stärke gelöst hatte, dann verknetet und durch eine Extrudierschnecke durch eine 2,5 cm quadratische Form, die 15 Schlitze parallel zu jeder Seite und 16 Schlitze parallel zu jeder Diagonale enthielt, durchgedrückt, wobei man insgesamt 512 Adern oder Durchgänge erhielt, jeder in der Form eines rechtwinkligen Dreiecks. Das entstehende Vielrohrenextrudat wurde getrocknet, langsam auf 1280° C erwärmt und während 10 Stunden bei 1280° C calciniert. Das Produkt hatte die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% (berechnet):The ingredients were mixed well until the starch dissolved, then kneaded and screwed through an extruder by a 2.5 cm square shape that has 15 slots parallel to each side and 16 slots parallel to each Diagonal contained, pushed through, giving a total of 512 veins or passageways, each in the shape of one right triangle. The resulting multi-tube extrudate was dried, slowly heated to 1280 ° C. and during Calcined at 1280 ° C. for 10 hours. The product had the following composition in% by weight (calculated):
CaO ... 41 % Al2O3.. 37 % SiO2... 22 % CaO ... 41 % Al 2 O 3 .. 37 % SiO 2 ... 22 %
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Die Porosität betrug 53 % Vol./Vol. und die spezifische Oberfläche betrug 0,3 m /g. Durch eine Untersuchung des Röntgenbeugunrrs spektrums wurde festgestellt, daß es als Hauptphase Gehlenit und als Nebenphasen Monocalciumaluminat und ein Calciumsilikat enthielt.The porosity was 53 % v / v. and the specific surface area was 0.3 m / g. An examination of the X-ray diffraction spectrum found that it contained gehlenite as the main phase and monocalcium aluminate and a calcium silicate as secondary phases.
Das Schüttgewicht betrug 0,6 g/cm und das Material schien fest und stark genug zu sein, um es in einem Reaktor ' bei der Behandlung von Kraftfahrzeugabgasen verwenden zu können.The bulk density was 0.6 g / cm and the material appeared to be firm and strong enough to be used in a reactor ' to be able to use in the treatment of vehicle exhaust gases.
Es wurde mit Kupfer- und Nickelnitraten imprägniert, indem man es in eine gemischte Lösung eintauchte, das Lösungsmittel ablaufen ließ, trocknete und bei 450° C. calcinierte. Nachdem man ein-, zwei- und dreimal eingetaucht hatte, wurden die Gehalte an Nickeloxyd und Kupfer-II-oxyden in Prozentgehalten bestimmt. Sie sind in Tabelle IV aufgeführt.It was impregnated with copper and nickel nitrates by immersing it in a mixed solution, the solvent drained, dried and calcined at 450 ° C. After immersing one, two and three times, the contents of nickel oxide and copper (II) oxides in Percentages determined. They are listed in Table IV.
Imprägnierungen .1Impregnations .1
NiO 10,1 16,3 22,1 CuO 1,0 1,5 2,1NiO 10.1 16.3 22.1 CuO 1.0 1.5 2.1
Bei diesem Katalysator stellen die Oberflächenbereiche des Katalysators den sekundären Träger dar.In this catalyst, the surface areas of the Catalyst represents the secondary carrier.
Aktivität und Stabilität
LaborversuchActivity and stability
Laboratory test
409812/0834 ORIGINAL INSPECTED409812/0834 ORIGINAL INSPECTED
234173Θ234173Θ
Ein 1,25 cm langes Stück Katalysator, der durch zwei Imprägnierungen hergestellt war, wurde mit einem Gas,das folgende , Zusammensetzung in Volumenprozenten besaß, untersucht: CO 2,0, H2 0,7, CO2 13, H2O 15, O2 0,3, NO = 1500 ppm, SO2 =7-10 ppm, N2 « Rest. Man verwendete eine Strömungsgeschwindigkeit von 550 - 600 Liter pro Stunde (Raumgeschwindigkeit 65000 - 70000 Stunde"1) bei einem Temperaturbereich bis zu 800° C. Ein ähnlicher Katalysator*, der aber aus Aluminiumoxyd, welches an Bentonit gebunden war, hergestellt war und der einen Überzug aus Aluminiumoxydtrihydrat enthielt, wurde als Vergleichsprobe untersucht.A 1.25 cm long piece of catalyst produced by two impregnations was tested with a gas having the following composition in percent by volume: CO 2.0, H 2 0.7, CO 2 13, H 2 O 15 , O 2 0.3, NO = 1500 ppm, SO 2 = 7-10 ppm, N 2 «remainder. A flow rate of 550-600 liters per hour (space velocity 65000-70,000 hours" 1 ) at a temperature range of up to 800 ° C. A similar catalyst *, which, however, was made of aluminum oxide bound to bentonite and which contained a coating of aluminum oxide trihydrate, was tested as a comparative sample.
Ein ähnlicher Versuch wurde durchgeführt, nachdem man während 144 Stunden (neuer Katalysator) oder 76 Stunden (Vergleich) bei 800° C gearbeitet hatte. Die Umwandlungen in Prozentgehalten Stickstoffoxyde zu Stickstoff sind in der Zeichnung I dargestellt.A similar experiment was carried out after one had worked at 800 ° C. for 144 hours (new catalyst) or 76 hours (comparison). The conversions to Percentages of nitrogen oxides to nitrogen are shown in drawing I.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daßFrom the drawing it can be seen that
(a) der Katalysator auf Gehlenit-Grundlage zu Beginn bei allen Temperaturen unter ungefähr 700° C aktiver ist,(a) the gehlenite-based catalyst is initially more active at all temperatures below approximately 700 ° C;
(b) der Katalysator auf Gehlenit-Grundlage bei 500° C wesentlich aktiver ist, d.h. er besitzt eine niedrigere "Ansprechtemperatur",(b) the gehlenite-based catalyst is significantly more active at 500 ° C, i.e. it has a lower level "Response temperature",
(c) der Katalysator auf Gehlenit-Grundlage seine Aktivität wesentlich langsamer verliert (von 99 bis 90 in 144 Stunden) als der Katalysator auf Aluminiumoxydgrundlage (98 bis 38 in 76 Stunden).(c) the gehlenite-based catalyst loses its activity much more slowly (from 99 to 90 in 144 Hours) than the alumina based catalyst (98 to 38 in 76 hours).
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Es wurde weiterhin beobachtet, daß die Aktivität des Katalysators auf Gehlenitgrundlage sich nach 144 Stunden ein- ·.· stellte.It was also observed that the activity of the catalyst on a gehlenite basis ·. · appeared after 144 hours.
Lebensdauer des MotorsEngine life
(a) Eine Matrix mit einer Länge von 2,5 cm (1 inch) und einem Durchmesser von 11,4 cm (4 1/2 inch) mit 288 Durchgängen pro 6,45 cm (square inch), aber von der gleichen Zusammensetzung, wurde dreimal in eine Lösung aus verschiedenen Nitraten eingetaucht. Nach jeder Imprägnierung wurde getrocknet und calciniert, und dann wurde das Abgas aus dem Motor, wie in Beispiel 2 beschrieben, bei 800° C untersucht. Das Abgas enthielt 2 Ji CO, 0,5 + 0,1 ?i O2 und 2000 - 2500 ppm Vol./Vol. N0v. Es wurde über den Katalysator(a) A matrix 2.5 cm (1 inch) long by 11.4 cm (4 1/2 inches) in diameter with 288 passages per 6.45 cm (square inch) but of the same composition , was immersed three times in a solution of various nitrates. Each impregnation was followed by drying and calcining, and then the exhaust gas from the engine was examined as described in Example 2 at 800 ° C. The exhaust gas contained 2 Ji CO, 0.5 + 0.1 μl O 2 and 2000-2500 ppm v / v. N0 v . It was over the catalyst
JvJv
5 -1 mit einer Raumgeschwindigkeit von 1,7 bis 2,0 χ 10 Stunden geleitet. Die Aktivität der Umwandlung von Stickstoffoxyden zu Stickstoff wurde im Verlauf von 145 Stunden bestimmt und als Geschwindigkeitskonstante k«r ausgedrückt. Die Werte5 -1 with a space velocity of 1.7 to 2.0 χ 10 hours directed. The activity of conversion of oxides of nitrogen for nitrogen was determined over the course of 145 hours and expressed as a rate constant k «r. The values
2
waren die folgenden:2
were the following:
Zeit, Stunden 2 19 42Time, hours 2 19 42
kM 49 44 35k M 49 44 35
(b) Nach 145 Stunden bei 800° C war erkennbar, daß eine Entaktivierung aufgetreten war, die vernachlässigbar ist. Die Vergaser wurden so eingestellt, daß man 4,0 % CO im Abgas enthielt, und Luft wurde zu dem Abgas zugefügt, so daß ungefähr 0,5 % O2 Überschuß vorhanden waren (d.h. über 2,5 % O2 oder 13 % zugefügte Luft.) Über dem Katalysator wurden CO, H2 (b) After 145 hours at 800 ° C. it was evident that deactivation had occurred, which is negligible. The carburetors were adjusted to contain 4.0% CO in the exhaust gas and air was added to the exhaust gas so that there was approximately 0.5 % excess O 2 (ie, over 2.5 % O 2 or 13 % added Air.) CO, H 2
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und HC (Kohlenwasserstoffe) mit dem O2 umgesetzt, wobei man eine stark exotherme Umsetzung erhielt, verbunden mit der ., Entfernung von mehr als 90 % CO. Beispielsweise wurde die Temperatur des austretenden Gases auf mindestens 980 C erhöht, und die Oberfläche des Katalysators war vermutlich wesentlich höher.and HC (hydrocarbons) is reacted with the O 2 to give a strongly exothermic reaction, together with the., removal of more than 90% CO. For example, the temperature of the exiting gas was increased to at least 980 C, and the surface area of the catalyst was presumably much higher.
Nachdem der Versuch während einer Stunde bei diesen Bedingungen abgelaufen war, wurde der Katalysator erneut bei normalen Bedingungen, d.h. bei 2 % CO und 800° C untersucht. Man fand, daß die Aktivität besser (68) als zuvor war. Bei diesen Bedingungen würden Aluminiumoxyd-Nickel-Katalysatoren ihre Aktivität verlieren.After the test had run under these conditions for one hour, the catalyst was tested again under normal conditions, ie at 2% CO and 800.degree. The activity was found to be better (68) than before. Under these conditions, aluminum oxide-nickel catalysts would lose their activity.
Änderung der Aktivität im Luft/BrennstoffverhältnisChange in activity in the air / fuel ratio
Der bei Versuch (a) verwendete Katalysator wurde nach 145 Stunden bei 2 % CO bei verschiedenen Reduktionsleistungen untersucht, wobei man das Luft/Brennstoffverhältnis durch Einstellung der Vergaser variierte. Dadurch wurden ebenfalls die Prozentgehalte der anderen Gase einschließlich von Sauerstoff und Stickstoffoxyden geändert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 aufgeführt.The catalyst used in experiment (a) was tested after 145 hours at 2% CO at various reduction rates, the air / fuel ratio being varied by adjusting the carburetor. This also changed the percentages of the other gases including oxygen and nitrogen oxides. The results are shown in Table 5.
Es ist erkennbar, daß die Aktivität mindestens bei den stöchiometrischen Werten beibehalten wird, möglicherweise etwas auf der mageren Seite.It is seen that the activity is maintained at at least the stoichiometric values may be somewhat on the lean side.
ORiQiNAL iM3PECTED 409812/0834ORiQiNAL iM3PECTED 409812/0834
234173Θ234173Θ
VoI.-% H 2 - 2O 2
VoI. -%
2-1
sec k N
2-1
sec
Gehlenitmatrix, die Nickel und Kupfer enthält: Calcinierung durch exotherme GasreaktionGehlenite matrix containing nickel and copper: calcination by exothermic gas reaction
Die folgende Mischung wurde" hergestellt:The following mixture was "made:
992 g Alphaaluminiumoxydpulver von Ramsden g schweres ausgefälltes Calciumcarbonatpulver 864 g Bentonit992 g Ramsden alpha alumina powder g heavy precipitated calcium carbonate powder 864 g bentonite
600 g vorgekochte Stärke, die unter dem Namen "Kordek"
verkauft wird
g grobes gepulvertes Nickeloxyd 100 g feingepulvertes Kupfer-(II)-oxyd600 g of pre-cooked starch sold under the name "Kordek"
g coarse powdered nickel oxide 100 g finely powdered copper (II) oxide
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ORIQJNAL INSPECTEDORIQJNAL INSPECTED
Die Bestandteile wurden trocken und dann mit Wasser vermischt, wobei man eine dicke Paste erhielt. Die .Paste wurde dann geknetet und durch eine Extrudierschnecke mit einer Form mit einem Durchmesser von 10,2 cm gepreßt,wobei die Form pro 6,5 cm (square inch) 11 Schlitze parallel zu jeder Seite des Quadrats und 12 Schlitze parallel zu jeder Diagonale enthielt, was insgesamt 288 Durchgänge oder Adern ergab, die jeweils die Form eines rechtwinkligen Dreiecks hatten. Die Schlitze waren 25,4 χ 10~5 cm breit (10 χ 10~5 inch). Das entstehende Vielröhrenextrudat wurde getrocknet, aber nicht calciniert. Ein Stück der Matrix mit einer Länge von 3,2 cm (1,25 inch) wurde in einen Converter in die Abgasleitung des in Beispiel 2 beschriebenen Motors gegeben, wobei man einen ähnlichen Brennstoff mit einer Oktanbewertung von 101 verwendete. Das Abgas enthielt Z % CO, 0,5+0,1 % O2 und 2000 bis 2500 ppm Vol/Vol. NO . Es wurde über die Matrix bei 8000C und mit einer Raumgeschwindigkeit von 1,4 bis 1,6 χ 10^ Stunden geleitet, und dann wurde das Nickeloxyd und das Kupferoxyd reduziert. Das abströmende Gas wurde auf Stickstof foxyde und Ammoniak analysiert, und die Ergebnisse wurden verwendet, um die Geschwindigkeitskonstante kM zu bestimmen.The ingredients were dry and then mixed with water to form a thick paste. The paste was then kneaded and forced through an extruder screw with a 10.2 cm diameter mold with 11 slots per 6.5 cm (square inch) parallel to each side of the square and 12 slots parallel to each diagonal contained, making a total of 288 passageways or veins, each shaped like a right triangle. The slits were 25.4 χ 10 ~ 5 cm wide (10 χ 10 -5 inch). The resulting multi-tube extrudate was dried but not calcined. A piece of the matrix 3.2 cm (1.25 inch) long was placed in a converter in the exhaust pipe of the engine described in Example 2 using a similar fuel with a 101 octane rating. The exhaust gas contained Z% CO, 0.5 + 0.1% O 2 and 2000 to 2500 ppm vol / vol. NO. It was passed over the matrix at 800 ° C. and at a space velocity of 1.4 to 1.6 × 10 ^ hours, and then the nickel oxide and the copper oxide were reduced. The effluent gas was analyzed for nitrogen oxides and ammonia and the results were used to determine the rate constant k M.
2 Der Wert für kM für den Katalysator in unvollständig calci-2 The value for k M for the catalyst in incompletely calci-
M2
niertem Zustand betrug 40. M 2
nated condition was 40.
Die Calcinierung des Katalysators wurde dann beendigt, indem man den Vergaser des Motors so einstellte, daß man 4 - 5 % im Abgas erhielt, indem man Luft etwas im Überschuß, bezogen auf das CO, in die Motorenabgasleitung einleitete.The calcination of the catalyst was then stopped by adjusting the carburetor of the engine to obtain 4-5 % in the exhaust gas by introducing air into the engine exhaust line in somewhat excess relative to the CO.
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Die Umsetzung des CO mit Sauerstoff erhöhte die Gas temperatur auf ungefähr 1000° C, bestimmt am Auslaß des Katalysators. Diese Bedingungen wurden 10 Minuten beibehalten, danach wurde die Luftzufuhr vollständig beendigt, aber die Strömung an fettem Gas fortgesetzt, bis sich der Katalysator auf 800° C abgekühlt hatte. Der Vergaser wurde dann so eingestellt, daß man 2 % CO erhielt. Der Wert von kM betrug nun 100 see" .The conversion of the CO with oxygen increased the gas temperature to about 1000 ° C, determined at the outlet of the catalyst. These conditions were maintained for 10 minutes, after which the air supply was completely stopped but the flow of rich gas continued until the catalyst had cooled to 800 ° C. The carburetor was then adjusted so as to obtain 2% CO. The value of k M was now 100 seconds.
2 _1 2 _1
Nach einem 20stündigen Betrieb betrug kN 65 see" ,■ innerhalb der nächsten 70 Stunden beobachtete man jedoch keine weitere Abnahme. <After 20 hours of operation, k N was 65 see ", ■ within the next 70 hours, however, no further decrease was observed. <
Die Teilchengrößenverteilung des Nickeloxyds war die folgende:The particle size distribution of the nickel oxide was as follows:
in MikronCumulative percent particle diameter
in microns
In diesem Katalysator ergeben die Oberflächenbereiche der Matrix den sekundären Träger. Die Bereiche nahe an derIn this catalyst, the surface areas of the matrix make up the secondary support. The areas close to the
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Oberfläche bilden den primären Träger, obgleich sie Nickeloxyd und Kupfer-(II)-oxyd enthalten.Surface form the primary carrier, although they contain nickel oxide and copper (II) oxide.
Gehlenit als sekundärer Träger auf Cordierit als primären TrägerGehlenite as the secondary carrier on cordierite as the primary carrier
A. Gehlenit wird als solcher durch Überziehen aufgebracht. Eine Matrix aus spiralem Cordierit mit einer Länge von 3,2cm (1,25 inch) und einem Durchmesser von 10,2 cm (4 inch), die von der 3M Corporation (American Lava Corporation) erhält-A. Gehlenite is applied as such by coating. A matrix of spiral cordierite with a length of 3.2 cm (1.25 inch) and 10.2 cm (4 inch) diameter obtained from 3M Corporation (American Lava Corporation) -
lieh ist und die ungefähr 450 Durchgänge pro 6,5 cm (square inch) besitzt, die jeweils eine Querschnittsform einer Figur besitzen, die durch Sinuswellen und einen Bogen begrenzt ist, wurde mit Gehlenit beschichtet, indem man zweimal in eine kolloidal gemahlene 27 % Gew./Gew. Suspension aus Gehlenit in Wasser eintauchte. Nach jedem Eintauchen wurde die beschichtete Matrix bei 1000 C während einer Stunde calciniert. Die Gewichtsprozentgehalte an aufgebrachtem Gehlenit betrugen 6,5.borrowed and which has approximately 450 passages per 6.5 cm (square inch), each having a cross-sectional shape of a figure bounded by sine waves and an arc, was coated with gehlenite by dipping twice into a colloidally ground 27 % wt ./Weight Suspension of gehlenite immersed in water. After each immersion, the coated matrix was calcined at 1000 ° C. for one hour. The percentages by weight of gehlenite applied were 6.5.
Der Gehlenit war wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt worden.The gehlenite had been produced as described in Example 2.
B. Calciumaluminosilikat hergestellt in situB. Calcium aluminosilicate produced in situ
Eine Matrixprobe, die ähnlich war, wie sie in A verwendet wurde, wurde zweimal mit gesättigter wässriger Calciumnitratlösung imprägniert. Nach jedem Imprägnieren wurde die Probe bei 1000° C während 1 Stunde calciniert.A matrix sample similar to that used in A was washed twice with saturated aqueous calcium nitrate solution impregnated. After each impregnation, the sample was calcined at 1000 ° C. for 1 hour.
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C. Vergleichsprobe: Matrixprobe ohne Vorbehandlung Nickel-Kupfer-Platin-KatalysatorenC. Comparison sample: Matrix sample without pretreatment nickel-copper-platinum catalysts
Jeder Katalysatorträger wurde mit einer Lösung von einem pH-Wert von 2, die Nickel- und Kupfernitrate und Amin-Platin-(IV)-chlorid in Verhältnissen von 90,5 % NiO, 7,15 96 CuO und 0,36 % Pt enthielt, imprägniert. Von dem imprägnierten Träger ließ man das Lösungsmittel ablaufen, dann wurde bei ; 130° C getrocknet und bei 650° C während 4 Stunden calciniert. Die Imprägnierung wurde bei dem katalysatorträger A einmal und bei den Katalysatorenträgern B und C zweimal wiederholt.Each catalyst support was coated with a pH 2 solution containing nickel and copper nitrates and amine-platinum (IV) chloride in proportions of 90.5 % NiO, 7.15 % CuO and 0.36% Pt , impregnated. The impregnated carrier was allowed to drain the solvent, then was added to; Dried at 130 ° C. and calcined at 650 ° C. for 4 hours. The impregnation was repeated once for catalyst support A and twice for catalyst supports B and C.
Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxyden Eine Gasmischung, die simuliertes Gas einer Kraftverbrennungsmaschine enthielt und die ausgedrückt durch das VolumenProcess for removing nitrogen oxides A gas mixture that contained simulated gas from an internal combustion engine and that is expressed in terms of volume
1940 ppm CO 2 % 1940 ppm CO 2 %
H2 0,7 % H 2 0.7 %
O2 0,3 % O 2 0.3 %
CO2, N2 Dampf RestCO 2 , N 2 steam rest
enthielt, wurde über jeden Katalysator mit einer Raumge-contained, was over each catalyst with a spatial
4 -14 -1
schwindigkeit von 7 x 10 Stunden bei Temperaturen im Bereich von 500 - 800° C geleitet. Die Versuche wurden durchgeführt, indem man zu Beginn nacheinander die Temperaturen erhöhte, dann unter stationären Bedingungen den Versuch während 60 bis 90 Stunden bei 800° C durchführte. Dann wurden die Temperaturen allmählich erniedrigt. Die Gehalte an Stickstoffoxyd und Ammoniak in dem austretenden Materialspeed of 7 x 10 hours at temperatures in the range of 500 - 800 ° C. The experiments were carried out by increasing the temperatures one after the other at the beginning, then the experiment under steady-state conditions carried out for 60 to 90 hours at 800 ° C. Then the temperatures were gradually lowered. The contents of Nitric oxide and ammonia in the leaking material
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wurden bestimmt und zur Berechnung der Geschwindigkeitskonstnnten erster Ordnung verwendet.were determined and used to calculate the rate constants first order used.
In der Tabelle VII sind die Werte von k(u) für die Versuche bei fortlaufender Erhöhung der Temperaturen, k(d) für die Versuche bei fortlaufender Erniedrigung der Temperaturen und das Verhältnis k(d) angegeben, das ein Maß für das Aktivitätsverhältnis ist, welches nach dem Versuch bei stationären Bedingungen und anderen Versuchen, die bei diesem Test durchgeführt wurden, angibt.Table VII shows the values of k (u) for the tests with a continuous increase in temperatures, k (d) for the tests with a continuous decrease in the temperatures and the ratio k (d ), which is a measure of the activity ratio, which indicates after the steady state trial and other trials performed in this test.
4098 12/083/»4098 12/083 / »
23412341
sator % Gew./üew.Kataly- composition in
sator % w / w.
see" 800° C
Stunden. k (u) .. time at
see "800 ° C
hours
(Vergleich) 22,9 1,4C.
(Comparison) 22.9 1.4
40981 2/083440981 2/0834
Gehlenit auf einer Matrix aus verbundenen Fasern Eine zylindrische Matrix, die aus gebundenen Aluminiumfasern bestand und unter dem Namen "Febral" von der Societe Generale des Produits Refractaires erhältlich ist, mit einem Durchmesser von 8 cm, einer axialen Länge von 3,4 cm und 105 Durchgängen, gebildet in der Parallele zu der Achse, 1,5mm breit,proGehlenite on a matrix of bonded fibers A cylindrical matrix made up of bonded aluminum fibers existed and under the name "Febral" from the Societe Generale des Produits Refractaires is available with a diameter of 8 cm, an axial length of 3.4 cm and 105 passages, formed in parallel to the axis, 1.5mm wide, per
ρ
25 mm , wurde in Wasser eingetaucht und dann getränkt und
mit Gehlenit aus einer 16 % Gew./Vol. Aufschlämmung überzogen.
Die Matrix wurde getrocknet und während 1 Stunde bei 1200° C calciniert. Das Verfahren wurde wiederholt. Die Aufnahme
an Gehlenit betrug 13,6 % Gew./Gew. Die beschichtete Matrix wurde dann zweimal mit einer Lösung imprägniert, die
Nickelnitrat, Kupfernitrat und Ammin-Platin-(IV)-chlorid enthielt. Dann wurde getrocknet und nach jeder Imprägnierung
bei 650° C während 4 Stunden calciniert. Der Gehalt an Nickeloxyd in der Matrix betrug 34,7 %, an Kupferoxyd 2,8 % und
an Platin 0,05 %. ρ
25 mm, was immersed in water and then soaked and treated with gehlenite from a 16% w / v. Slurry coated. The matrix was dried and calcined at 1200 ° C. for 1 hour. The procedure was repeated. The uptake of gehlenite was 13.6 % w / w. The coated matrix was then impregnated twice with a solution containing nickel nitrate, copper nitrate and ammine-platinum (IV) chloride. It was then dried and, after each impregnation, calcined at 650 ° C. for 4 hours. The nickel oxide content in the matrix was 34.7%, copper oxide 2.8% and platinum 0.05 %.
Der Katalysator wurde geprüft, indem man über ihn bei 700° C mit einer Raumgeschwindigkeit von 210000 bis 250000 Stunden Abgase von dem in Beispiel 2 beschriebenen Motor leitete. Die Aktivität für die Umwandlung von Stickstoffoxyden zu Stickstoff wurde im Verlauf von 193 Stunden bestimmt und als Geschwindigkeitskonstante kM angegeben.The catalyst was tested by passing exhaust gases from the engine described in Example 2 over it at 700 ° C. at a space velocity of 210,000 to 250,000 hours. The activity for the conversion of oxides of nitrogen to nitrogen was determined over 193 hours and reported as the rate constant k M.
Während der Durchführung des Versuches wurden von Zeit zu Zeit Vergasereinstellungen vorgenommen, damit man Gehalte an CO von 2,0 oder 1,5 % Vol./Vol. erhielt, und die Ein-While the experiment was being carried out, carburetor adjustments were made from time to time so that CO levels of 2.0 or 1.5 % v / v. received, and the
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ORIGINAL '.'-'GrORIGINAL '.'-' Gr
23417352341735
laß- und Auslaßkonzentrationen von Kohlenmonoxyd, Sauerstoff, Stickstoffoxyden und Ammoniak wurden bei beiden Vergaserein^· stellun^en bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 aufgeführt. outlet and outlet concentrations of carbon monoxide, oxygen, Oxides of nitrogen and ammonia were used in both carburetors. positions determined. The results are shown in Table 8.
ORIGINAL JNSFECT 409812/083A i ORIGINAL JNSFECT 409812 / 083A i
ω ■Η r-i CD .Ωω ■ Η r-i CD .Ω
Ss-P ο ω Ss-P ο ω
■ρ m ■ ρ m
tio-H ro cdtio-H ro CD
O CMO)O CMO)
cd O UOcd O UO
CMbO O w CMbO O w
CMtß O ÖCMtß O Ö
cd O W)cd O W)
fco O cdfco O cd
U Ö Φ O) U Ö Φ O)
(M -4 (M -4
VOVO
IfVIfV
co οco ο
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CMCM
CM CMCM CM
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O^ COO ^ CO
in inin in
in roin ro
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•4- -4-• 4- -4-
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in u\ in u \
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23417352341735
409812/0834 ORlGfNAL !NCrHCTE409812/0834 ORlGfNAL! NCrHCTE
Es ist erkennbar, daß der Katalysator noch eine wesentliche Aktivität "besitzt, nachdem er 193,6 Stunden in Betrieb war.It can be seen that the catalyst is still an essential one Activity "after running for 193.6 hours.
Gehlenit auf Cordierit: Nickel-Kupfer-Platin-Katalysator Versuch über die Gebrauchsdauer bei unterschiedlichen Reduktion skräftenGehlenite on cordierite: nickel-copper-platinum catalyst test over the service life with different reductions strength
Eine Probe aus einer synthetisch- hergestellten Cordieritmatrix mit einem Volumen von 260 ml und ungefähr 300 Durchgärigen pro 6,5 cm (pro square inch) jede mit einer Querschnittsform von Figuren, die von einer Sinuswelle und einer geraden Linie begrenzt sind, wurde mit Gehlenit durch zwei Imprägnierungen, wie in Beispiel 7 beschrieben, beschichtet. Die Aufnahme an Gehlenit betrug 12,7 % Gew./Gew. Es wurde dann dreimal mit Nickel-Kupfer-Platin-Lösung, wie in Beispiel 7 beschrieben, imprägniert. Der Gehalt an Nickeloxyd betrug 17,0 %, an Kupfer oxy d 1,4 % und an Platin 0,1 %. A sample of a synthetically made cordierite matrix with a volume of 260 ml and approximately 300 fermentations per 6.5 cm (per square inch) each with a cross-sectional shape of figures bounded by a sine wave and a straight line was passed through with gehlenite two impregnations, as described in Example 7, coated. The uptake of gehlenite was 12.7 % w / w. It was then impregnated three times with nickel-copper-platinum solution, as described in Example 7. The nickel oxide content was 17.0 %, copper oxide 1.4% and platinum 0.1 %.
Der Katalysator wurde unter Verwendung des in Beispiel 2 beschriebenen Motors untersucht. Die Geschwindigkeitskonstante kM wurde bei verschiedenen Kohlenmonoxydwerten in In-The catalyst was tested using the engine described in Example 2. The rate constant k M was determined for different carbon monoxide values in India
tervallen bei einem Versuch von 99 Stunden, einer Einlaßtemperatur von ungefähr 700° C und einer Raumgeschwindigkeit von 140000 Stunden" bestimmt. In der Tabelle 9 sind die Einlaß- und Auslaßgehalte von Kohlenmonoxyd, Sauerstoff, Stickstoffoxyden und Ammoniak und die Werte von kM nach einemintervals in an experiment of 99 hours, an inlet temperature of about 700 ° C. and a space velocity of 140,000 hours. In Table 9, the inlet and outlet contents of carbon monoxide, oxygen, nitrogen oxides and ammonia and the values of k M after one
2 Betrieb von 23 und 99 Stunden aufgeführt. Es ist erkennbar,2 operation of 23 and 99 hours listed. It can be seen
daß im wesentlichen kein Aktivitätsverlust auftritt.that there is essentially no loss of activity.
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O)
H
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H
H
ω
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cd ω, α
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H 3H 3
S P-P1 S PP 1
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VO IS-VO IS-
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23417352341735
409812/0834409812/0834
Eine ähnliche Katalysatorprobe, wie sie in Beispiel 8 verwendet wurde, die aber ungefähr 450 Durchgänge pro 6,5cm (pro square inch) enthielt, wurde einem längeren Gebrauchsversuch bei einer Fallgeschwindigkeit von 165000 und einem Kohlenmonoxydgehalt von 2 % unterworfen. Die Werte von k^ » zuzeiten bis zu ?62 Stunden, sind in Tabelle 10 aufgeführt, zusammen mit den Sauerstoffgehalten, die man zum Zeitpunkt der Messung erhält.A sample of catalyst similar to that used in Example 8 but containing approximately 450 passages per 6.5 cm (per square inch) was subjected to an extended use test at a falling speed of 165,000 and a carbon monoxide content of 2%. The values of up to 62 hours are listed in Table 10, together with the oxygen levels obtained at the time of measurement.
Zeit in Stunden 3 22 47 94 134 183Time in hours 3 22 47 94 134 183
O2 % 0,41 0,46 0,51 0,46 0,46 0,45 0,34 kN 113 108 113 96 99 81O 2 % 0.41 0.46 0.51 0.46 0.46 0.45 0.34 k N 113 108 113 96 99 81
Es ist offensichtlich, daß der Katalysator einen wesentlichen Teil seiner Aktivität nach einer Zelt beibehält, die einem Betrieb von 20920 km (13000 Meilen) entspricht.It is evident that the catalyst retains a substantial part of its activity after a period of time corresponds to an operation of 20,920 km (13,000 miles).
Kupfer-chrom-oxyde mit Palladium auf Gehlenit auf Cordierit Ein Katalysatorträger wurde wie in Beispiel 2 hergestellt und in eine in einer Kugelmühle vermahlene 14 %ige Gew./Gew. wässrige Suspension aus Kupferchromit eingetaucht. Anschließend wurde bei 120° C getrocknet und während 4 Stunden bei 650 C calciniert. Dieses Verfahren wurde zweimal wieder-Copper-chromium oxides with palladium on gehlenite on cordierite A catalyst support was produced as in Example 2 and placed in a 14% w / w which had been ground in a ball mill. immersed aqueous suspension of copper chromite. It was then dried at 120.degree. C. and calcined at 650.degree. C. for 4 hours. This procedure was repeated twice.
409812/0834409812/0834
23417:i 23417: i
holt. Die Gen'iintaii fnalime an Kupf erchrnmi t betrug 12,2 '/>. Der entstehende beschichtete Träger wurde in Pslladiumnitrat be\ einer Konzentration eingetaucht, die so berechnet war, daß 0,05 ',"'· Oe'v./üfMv. Palladium aufgebracht wurden. Anschließend ließ man das Lösungsmittel ablaufen und trocknete.get. The total amount of copper consumed was 12.2%. The resulting coated carrier was immersed in a concentration Pslladiumnitrat be \, which was calculated to 0.05 '''·Oe'v. / BB M v. Palladium. Subsequently were applied was allowed to proceed, the solvent and dried.
Versuch bei der Oxydation von Abgasen Der Katalysator wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben, untersucht, ,ledoch verwendete man eine Raumgeschwindigkeit von 1,6 χ 10" Stunden . Die Umwandlungen an Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoff, ausgedrückt in Prozentgehalten sind in Tabelle XI aufgeführt.Experiment with the oxidation of exhaust gases The catalyst was examined as described in Example 2, , but a space velocity of 1.6 10 "hours. The conversions of carbon monoxide and hydrocarbons, expressed as a percentage, are in Table XI listed.
Zeit, Stunden Umwandlungen in ProzentgehaltenTime, hours Conversions in percentages
Einlaß CO 2 % Einlaß CO 1,5 % CO Kohlenwasserstoff CO KohlenwasserstoffInlet CO 2 % Inlet CO 1.5 % CO hydrocarbon CO hydrocarbon
Es ist erkennbar, daß der Katalysator seine Aktivität nur sehr langsam verliert.It can be seen that the catalyst loses its activity only very slowly.
Verhalten eines Nickel-Kupfer-Platin-Gehlenit-Cordierit-Katalysators bei der NO -Entfernung in dem US Federal-Test Ein 4 Zylinder British Leyland Marina Motor mit einer Kapa-Behavior of a nickel-copper-platinum-gehlenite-cordierite catalyst in the NO removal in the US Federal test A 4 cylinder British Leyland Marina engine with a capacity
409812/0 83 U 409812/0 83 U
ORiGiNAL i^CP~C7£DORiGiNAL i ^ CP ~ C7 £ D
zität von 1796 ecm (112 cu.in) und einem Kompressionsverhältnis von 0,8, der mit einem Reaktor (1), der benachbart zu dem Zylinderkopf angebracht war, welcher den NO -Entfernungskatalysator enthielt und einer Leitung, die eine Injektionsdüse für Luft enthielt und zu einem Reaktionsreaktor (2) führte, ausgerüstet war, wurde verwendet. Der Motor wurde mit 91,7 Research Oktan- (82 Motoroktan-) Motorenbenzin betrieben, welches 0,016 % Schwefel (als S) und 0,0022 g Blei (als Pb pro 3,8 Liter = 1 US gallon) enthielt. Der Motor wurde unter Verwendung eines Dynamometers betrieben, das ein Massengewicht enthielt, welches einem Fahrzeug mit einem Gewicht von 1130 kg (25OO lbs) entsprach. Die Vergaser wurden so eingestellt, daß man im Abgas 2 - 2,5 % Kohlenmonoxyd enthielt.A capacity of 1796 ecm (112 cu.in) and a compression ratio of 0.8 obtained with a reactor (1) mounted adjacent the cylinder head containing the NO removal catalyst and a conduit containing an air injection nozzle and leading to a reaction reactor (2) was used. The engine was run on 91.7 Research Octane (82 motor octane) gasoline containing 0.016 % sulfur (as S) and 0.0022 g of lead (as Pb per 3.8 liters = 1 US gallon). The engine was operated using a dynamometer containing a mass weight equivalent to a vehicle weighing 1130 kg (2500 lbs). The carburetors were adjusted so that the exhaust gas contained 2-2.5% carbon monoxide.
Als Katalysator verwendete man:The catalyst used was:
(1) den in Beispiel 9 beschriebenen Katalysator in Form von Matrixeinheiten mit einem Durchmesser von 10,2 cm (4 inch) und einer Länge von 7,6 cm (3 inch)(1) the catalyst described in Example 9 in the form of matrix units with a diameter of 10.2 cm (4 inches) and a length of 3 inches
(2) einen Markenoxydationskatalysator in Form von 3 Matrixeinheiten mit einem Durchmesser von 10,2 cm (4 inch) und einer Länge von 7,6 cm (3 inch).(2) a branded oxidation catalyst in the form of 3 matrix units 10.2 cm (4 inches) in diameter and 7.6 cm (3 inches) in length.
Die Katalysatoren, wurden auf die Betriebstemperaturen aufgewärmt, indem man allmählich Luft in die Einlaßöffnung des Reaktors (1) zu Beginn des kalten Startes einleitete, aber nicht bei dem Start, der auf einen Stillstand von 10 Minuten folgte. Die Emissionsraten in Gramm pro 1,6 km (pro Meile) betrugenThe catalysts were set to operating temperatures warmed up by gradually introducing air into the inlet port of the reactor (1) at the beginning of the cold start, but not at the start, which followed a 10 minute standstill. The emission rates in grams per 1.6 km (per mile) cheat
409812/0834 0^HAL iWSPi-CT.·?409812/0834 0 ^ HAL iWSPi-CT. ·?
Kohlenwasserstoff 0,16 (Federal standard 0,41 CO 0,72 . 3,4Hydrocarbon 0.16 (Federal standard 0.41 CO 0.72. 3.4
NOv 0,18 0,40)NO v 0.18 0.40)
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