DE2342472A1 - Katalytischer kohlenmonoxidabscheider fuer abgas - Google Patents

Katalytischer kohlenmonoxidabscheider fuer abgas

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DE2342472A1 DE19732342472 DE2342472A DE2342472A1 DE 2342472 A1 DE2342472 A1 DE 2342472A1 DE 19732342472 DE19732342472 DE 19732342472 DE 2342472 A DE2342472 A DE 2342472A DE 2342472 A1 DE2342472 A1 DE 2342472A1
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Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER
DR.-ING. H. KINKELDEY
DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. <cauf inst.oftechn)
PATENTANWÄLTE
P 6895
8000 MÖNCHEN 22 Moximiüonsfraße 43 Telefon 2971 00/296744 Telegramme Monapat München Telex 05-28380
2342A72
Katashi AOI
No. 840, Juniso
Kamakura-Shi,
Kanagawa-Ken, Japan-
Katalytischer Kohlenmonoxidabscheider für Äbaas
Die Erfindung betrifft einen kat.alytisclien Kohlenmonoxidabscheider für Abgas; insbesondere betrifft sie einen zum Einbau in t eine Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine bestimmten katalytischen Kohlenmonoxidabsc-heider. Unter dem Begriff '!katalytischer Kohlenmonoxidabscheider" wird im folgenden jede Anordnung verstanden, die Kohlenmonoxid katalytisch aus dem Abgas entfernt.
Kohlenmonoxidwandler,die einen Katalysator wie beispielsweise Platin, Manganverbindungen usw. verwenden, sind zur Beseitigung von Kohlenmonoxid (CO) aus dem Abgas einer Verbrennungkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors bekannt. Kohlenmonoxid stellt im Hinblick auf die Luftverschmutzung ein ernstes Problem dar. Demzufolge ist in letzter Zeit der Wunsch entstanden, Kohlenmonoxid aus dem Abgas von Verbrennungskraftmaschinen wirkungsvoll zu beseitigen. Der Kraftstoff für Verbrennungskraftmaschinen enthält jedoch in der Regel Blei, das seinerseits
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selber ein Luftverschmutzer iäb und ferner die kätalytische Wirkung eines Katalysators zur Umwandlung von Kohlenmonoxid negativ beeinflusst. Daher ist es er förderlich, das j Blei > zu entfernen. Um die nachteiligen Wirkungen des Bleis zu vermeiden, wäre es wünschenswert, dass das als Kraftstoff für Kraftfahrzeugmotoren verwendete .Benzin nur einen Bleigehalt von 0,0043g/l (0,02 g/wine gallon)oder weniger enthält; tatsächlich hat jedoch gereinigtes Benzin einen Bleigehalt von 0., 0109 g/l (0 ,05 g/wine gallon). Bei Berücksichtigung des erwähnten Bleigehalts im Kraftstoff für Kraftfahrzeuge kann nicht erwartet werden, dass das Abgas eines Kraftfahrzeugs ausreichend gereinigt ist, solange nicht ungefähr 60% des im handelsüblichen Benzin enthaltenen Bleis zunächst entfernt worden ist und dann das Kohlenmonoxid katalytisch beseitigt worden ist.
Es ist dem Fachmann bekannt, dass der in den bekannten Kohlenmonoxidwandlern eingesetzte Katalysator seine volle katalytische Wirkung bei erhöhten Temperaturen hat. Die Temperatur von Abgas, das durch einen Abgasreiniger geführt worden ist, liegt bei ungefähr 80 C.Daher leuchtet unmittelbar ein, dass es unmöglich ist, im Abgas enthaltenes Kohlenmonoxid bei dieser niedrigen Temperatur zu oxidieren., Demzufolge ist es erforderlich, das Abgas unmittelbar nach dem Ausstossen aus der Verbrennungskraftmaschine bei hoher Temperatur (ungefähr 650 0C) oder unter ähnlichen Temperaturbedingungen in Berührung mit dem Katalysator zu bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,einen katalytischen Kohlenmonoxidabscheider zu schaffen, bei dem der Katalysator bei hoher Temperatur von weitgehend bleifreiem Abgas umströmt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen ersten Topf mit: einer Expansionskammer und einer Kondensationskammer
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mit darin enthaltenen Bleifallen, eine Katalysatoranordnung mit darin enthaltenem, körnigem Katalysator und einen zylindrischen Reiniger mit einer adiabatischen Expansionskammer und einer Kondensationskammer, die Äbscheidemittel zum Reinigen des durchströmenden Abgases aufweist.
Bei dem erfindungsgemässen Kohlenmonoxidabscheider ist ein erster Topf vorgesehen, in dem das Blei vor der katalytischen Umsetzung des Kohlenmonoxids abgeschieden wird. Die Katalysatoranordnung ist so ausgebildet, dass sie zur katalytischen Kohl enmonoxi dumwandlüng in Berührung mit dem Abgas kommt, nachdem ein bestimmter Temperaturzustand eingestellt worden ist. Schliesslich ist als Endstufe ein Reiniger zur Reinigung des Abgases vorgesehen. Dieser Reiniger entfernt Kohlenstoff und Schwermetalle aus dem Abgas.
Mit dem erfindungsgemässen katalytischen Kohlenmonoxidabscheider ist eine vollständige Abscheidung des Bleis aus dem Abgas möglich, selbst wenn für die Verbrennungskraftmaschine ein Kraftstoff mit einem Blei gehalt von 0 :, 0109 g/l (Oi 05 g/wine gallon) verwendet wird. Somit wird eine Luftverschmutzung durch im Abgas enthaltenes Blei verhindert. Ferner wird der Katalysator aufgrund der vorher erfolgten Abscheidung des Bleis durch Blei nicht an der Abscheidung des Kohlenmonoxids gehindert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert» Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Auführungsbeispiel eines katalytischen Kohlenmonoxidabscheiders;
Fig. 2 eine vergrösserte perspektivische Ansicht eines porösen Körpers, wie er bei dem Abscheider nach Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines zweiten Ausführungsbeispiels eines katalytischen
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Kohleninonoxidabscheiders ·,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch den ersten Topf des Abscheiders
nach Fig. 3τ
Fig. 5 eine Ansicht einer porösen, wärmeundurchlässigen Platter
und
Fig. 6 eine Ansicht einer Bleifalle.
Bei deirt Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 strömt Abgas von einem Zylinder 1 eines Motors durch eine Leitung 2, die mit einem Topf 3t einer Katalysatoranordnung 4 und als letzter Stufe einem Reiniger 5 in der genannten Reihenfolge verbunden ist.
Der Reiniger 5 hat einen zylindrischen Querschnitt. Wenn Abgas in den Reiniger 5 eingeführt wird, gelangt dieses zunächst in eine Vorbehandlungskammer 5a, in der körnige Verunreinigungen mit einem Durchmesser oberhalb eines bestimmten Wertes durch —einen waagerecht angeordneten Zyklon abgeschieden werden. Danach strömt das Abgas durch eine Expansionskammer 5c und eine Kondensationskammer 5d, die von der Expansionskammer 5c durch wärmeundurchlässige Wände 5b. aus porösen Platten getrennt ist. Auf diese Weise erfährt das Abgas eine adiabate Expansion,durch die seine Temperatur vermindert wird, um es teilweise zu verflüssigen. Wenn das Abgas durch eine in den Reiniger 5 eingelegte Faserfüll-ung 5e aus wärmebeständigen Fasern strömt,werden gleichzeitig im Abgas enthaltene KohÜeilchen und Schwermetalle usw. darin abgefangen. Wie deutlich aus Fig. 1 zu ersehen ist, sind diese Kammern jeweils als Einheiten ausgebildet, die im Reiniger in aufeinander folgenden Stufen angeordnet sind. -Prieip und Arbeitsweise dieser Kamnern sind in den japanischen Patentschriften 456 190 und 479 358 beschrieben. Das im Reiniger gereinigte Abgas wird durch einen Auslass 5f an die umgebende Atmosphäre abgegeben.
Die zylindrische Katalysatoranordnung 4 enthält einen körnigen Katalysator 6, der aus Manganverbindungen - beispielsweise
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Manganoxid - oder Platin bestehen kann. Wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet, kann das Abgas frei durch den Katalysator strömen, wobei das im Abgas enthaltene Kohlenmonoxid abgeschieden wird.
Der zylindrische Topf 3 umfasst eine Expansionskamraer 3a, eine Kondensationskamraer 3d, eine Bleiabscheidekammer 3c und eine Auslasskammer 3d. Diese Kammern sind voneinander durch eine war-Hieundurchlässige Platte 3e bzw. Führungswände 3f und 3g voneinander getrennt. In der Bleiabscheidekammer 3c sind horizontal Spiralfäden 7 angeordnet. Diese Spiralfäden 7 bestehen aus einera Metall mit sehr hoher Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit, dessen Oberfläche eirß Vielzahl kleiner Unregelmässigkeiten aufweist, wie dies beispielsweise bei Drehspänen der Fall ist, so dass daran Blei leicht haften kann. Da die Hauptaufgabe der Spiralfäden das Auffangen von Blei ist und da sie hohen Temperaturen standhalten müssen, sollten die Spiralfäden 7 um ein bestimmtes Mass grossere Abmessungen haben als die Fasern der Faserfüllung 5e im Reiniger 5.
Statt der Spiralfäden 7 kann sich in der Bleiabscheidekammer 3c auch eine Menge kurzer, zylindrischer, poröser Körper T befinden, wobei diese Körper 71 in der Bleiabscheidekammer 3c ungeordnet,d.h. zufällig verteilt sind. Ein solcher poröser Körper 71 ist in Fig. 2 dargestellt. In beiden Fällen ist die Auf gäbe der Spiralfäden 7 bzw. der porösen Körper 7' das Auffangen und Ansammeln von Blei in und an den auf ihrer Oberfläche befindlichen Unregelmässigkeiten feei hohen Temperaturen. Allerdings dient der Topf 3 nicht nur als Bleiabscheidfar sondern auch als Schalldämpfer für den Motor. Andererseits führt dar Reiniger 5, bei dem es sich um den Hauptschalldämpfer "handelt, auch eine adiabate Expansion des Abgases durch und senkt die Temperatur des Abgases bis in einen Temperaturbereich, in dem <iie katalytisch^ Wirkung der Katalysatorariordnung nicht wesenMich vermindert wird.
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Auf diese Weise kann die Reinigungswirkung des Reinigers 5 gefördert werden.
Der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Topf 3 umfasst eine Expansionskammer 3a, eine Kondensationskammer 3b und eine Auslasskammer 3d in der genannten Reihenfolge. Diese Kammern enthalten eine geeignete Anzahl von Bleifallen 7 und sind voneinander durch poröse, wärmeundurchlässige Platten 3e aus hitzebeständigem Metall oder keramischen Werkstoffen getrennt, die in bestimmten Abständen angeordnet sind. Eine solche wärroeundurchlässige Platte 3e ist in Fig. 5 dargestellt. Zwischen den wärmeundurchlässigen Platten 3s und den Bleifallen 7 sind kragenförmige Abstandshalter 8 angeordnet, die eirm bestimmten Abstand zwischen benachbarten Bleifallen einhalten. Die genannten Bauteile sind austauschbar. Jede der wärmeundurchlässigen Platten 3e ist mit einer Vielzahl kleiner Löcher 9 versehen, durch die die adiabate Expansion des Abgases bewirkt wird. Der Durchmesser dieser kleinen Löcher hängt vom Hubraum des Motors und auch vom Durchmesser des mit der Leitung 2 verbundenen Einlasses das Topfes 3 ab. Die in Fig. 6 dargestellten kleinen Löcher 10 in den Bleifallen 7 haben die Hauptaufgabe, Blei abzufangen und zu sammeln. Daher haben die kleinen Löcher einen grösseren Durchmesser als die kleinen Löcher 9 in Fig. Aus diesem Grunde haben die in Fig. 6 dargestellten Löcher 10 auch eine grössere Durchlässigkeit und eine etwas geriiigere adiabatische Expansionswirkung im Vergleich mit den in Fig. 5 dargestellten Löchern. Die in den Figuren 4 und 6 dargestellte Bleifalle 7 besteht aus Metall od'ar Keramik von poröser, schwammiger/ Struktur, wobei die Aussenseiten unidie Oberflächen der Löcher viefe kleine Unregelraässigkeiten aufweisen. Es ist experimentell fest-gestellt worden, dass die Abscheidewirkung für Blei verbessert ist, wenn die Bleifalle aus aluminiumhaltiger Karamik besteht.
Zur Herstellung eines porösen Matallteils können beispielsweise
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zwei verschiedene Metalle mit unterschiedlichen Schmelzpunkten gemischt und verfestigt werden, wonach das verfestigte Metall bis zum Schmelzpunkt des niedriger schmelzenden Metalls erwärmt wird. Dadurch schmilzt nur das Metall mit dem niedrigeren Schmelzpunkt und fliesst aus dem verfestigten Metallkörper heraus. Der verbleibende Metallkörper besteht nur aus dem Metall mit dem höheren Schmelzpunkt in poröser, schwammartiger Form.
Da Blei leichter in Form von Bleioxid abgeschieden werden kann, kann an dem Topf 3 ein Lufteinlass 3h angeordnet werden, wie er in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellt ist. Durch diesen Lufteinlass wird Luft eingeführt, um die Oxidation des Bleis zu beschleunigen.
Mit der erfindungsgemässen Anordnung kann Blei vollständig aus dem Abgas selbst dann abgeschieden werden, wenn das als Kraftstoff für den Motor verwendete Benzin einen Bleigehalt von 0,0109 g/l (0,05 g/wine gallon) enthält. Daher weist die Erfindung die wesentlichen Vorteile auf, dass eine Verschmutzung der Luft durch im Abgas enthaltenes Blei direkt verhindert werden kann und das im Abgas enthaltene Kohlenmonoxid durch die unbehinderte katalytische Wirkung der Katalysatoranordnung vollständig beseitigt werden kann. Darüber hinaus v/eist die Erfindung weitere praktische Vorteile auf wie beispielsweise die Schalldämpferwirkung des Topfes des Bleiabscheiders, die Verbesserung der Reinigungswirkung des Reinigers usw. Die an die Ejfindung gestellten Forderungen werden somit erfüllt.
Obwohl ntfr bestimmte Ausftihrungsbeispiele dargestellt und erläutert worden sind, hat der Fachmann auf Grund dieser Beschreibung die Möglichkeit, andere Ausführungsformen und Abwandlungen zu realisieren, die als Äquivalente im Rahmen der Erfindung liegen und unter deren Erfindungsgedanken fallen.
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Claims (5)

Patent an sprüche
1. Katalytischer Kohlenmonoxidabscheider zum Einbau in eine Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch einen ersten Topf (3) mit einer Expansionskammer (3a) und einer Kondensationskammer (3b) mit darin enthaltenen Bleifallen (7, T), eine Katalysatoranordnung"(4) mit darin entha3.tenem, körnigem Katalysator und einen zylindrischen Reiniger (5) mit einer adiabatischen Expansionskammer (5c) und einer Kondensationskammer (5d)r die Abscheidemittel (5e) zum Reinigen des durchströmenden Abgases aufweist.
2. Kohlenmonoxidabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleifallen im ersten Topf (3) Teile aus hitzebeständigem Metall (7) oder poröser Keramik (71) sind, die in einer Bleiabscheidekammer (3c) angeordnet sind.
3. Kohlenmonoxidabscheider nach'Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile aus hitzebeständigem Metall Spiralfäden
• (7) sind.
4. Kohlenmonoxidabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Topf (3) wärmeundurchlässige Platten (3e) aus hitzebeständigem Metall oder Keramik mit einer Vielzahl kleiner Löcher (9) angeordnet sind.
5. Kohlenmonoxidabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Bleifallen (7) im ersten Topf (3) eine schwammartige Struktur haben.
0 α 8 U / ü 8 1 9
Leerseite
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