DE2353346A1 - Verfahren und vorrichtung zur entfernung von brennbaren teilchenfoermigen stoffen aus abgasen von verbrennungsmotoren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur entfernung von brennbaren teilchenfoermigen stoffen aus abgasen von verbrennungsmotoren

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DE2353346A1
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DE19732353346
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William James Mason Gissane
Martyn Hugh Stacey
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Imperial Chemical Industries Ltd
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Imperial Chemical Industries Ltd
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J35/58—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

Description

γ?. · ing. H. ί- ίΝθ::ζ -
Mappe 23 351 - Dr. K/by 24. Oktober 197?
Case MD 25 547
IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LTD. ,London, Großbritannien
Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von brennbaren teilchenförmigen Stoffen aus Abgasen von Ver-
' brennungsmotoren
Priorität: 2i\. 10.72 - Großbritannien .
Die Erfindung bezieht sich auf die Reinigung von Gasen" und insbesondere auf die Entfernung von brennbaren teilchenförm.'<"?n Stoffen aus den Abgasen von Verbrennungsmotoren.
.Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung von brennbaren teilchenförmigen Stoffen aus den Abgasen von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß die Gase durch ein Filter gefiltert werden, das Fasern aus einem polykristallinen feuerfesten Material enthält, wobei die Temperatrr der Gase ausreichend hoch ist, eine Verbrennung zumindest eines Teils der herausfiltrier-; ten teilchenförmigen Stoffe zu verursachen.
Es ist nicht nötig, daß die Gase eine Anfangstemperatur haben, die für eine Verbrennung ausreichend hoch 1st. Die Temperaturder Gase kann nämlich durch die Wärme des Filters oder durch die Zuführung von Wärme von einer äußeren Quelle erhöht werden.
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Die Produkte der Verbrennung sind vorzugsweise weitgehend gasförmig.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Entfernung von brennbaren teilchenförmigen Stoffen aus Abgasen von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen, welche folgendes enthält: ein Filterelement aus Fasern eines polykristallinen feuerfesten Materials, eine Einrichtung, für die Führung der Abgase zu diesem Element und eine Einrichtung für die Befestigung des Elements ausreichend nahe am Verbrennungsmotor, damit die Temperatur. · der Abgase eine Verbrennung der brennbaren teilchenförmigen Stoffe, die am Filterelement zurückgehalten werden, verursacht.
Die Erfindung betrifft auch die genannte Vorrichtung, wenn sie an einen Verbrennungsmotor angebaut ist.
Es wird bevorzugt, daß der Motor mit einer möglichst hohen Belastung betrieben wird, so daß die Verbrennungsgase heiß genug sind, eine kontinuierliche Verbrennung der teilchenförmigen brennbaren Stoffe zu verursachen. Unter Kaltstartbedingungen oder unter Perioden eines Laufs unter geringer Belastung kann die Temperatur der Gase unter Umständen nicht hoch genug sein, daß die herausgefilterten teilchenförmigen Stoffe verbrannt werden. Jedoch werden teilchenförmlge Stoffe, die sich auf dem Filter angesammelt haben, herausgebrannt, wenn wieder eine hohe Belastung herrscht.
Die üblicherweise in Abgasen anwesenden brennbaren teilchenförmigen Stoffe bestehen aus Ruß, welcher sich im allgemeinen überwiegend aus Kohlenstofftelichen zusammensetzt, die einen Durchmesser von 0,005 bis 0,05 u aufweisen, die aber beim Durchgang durch das Abgassystem unter Bildung von Teilchen mit einem Durchmesser bis zu 0,5 u aggregieren können- Es können auch Teilchen aus anderen aggregierten brennbaren -Stoff en mit einem Durchmesser bis zu 15 μ auftreten. Dieselmotoren neigen üblicherweise zur Bildung von Ruß. Deshalb ist die Erfindung besonders brauchbar für die Be-
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handlung von Abgasen dieser Art von Verbrennungsmotoren. Andere brennbare, teilchenförmige Stoffe, die in Abgasen anwesend sein können, sind z.B. unverbrannte und teilweise verbrannte Treibstoffe, wie z.B. Flüssigkeitströpfchen. Das erfihdungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich auch zur Entfernung des Gehalts an solchen Verunreinigungen.
Die Erfindung ist .besonders brauchbar für Abgase, die niedrige Mengen nicht-brennbarer Stoffe enthalten. Verbrennungsmotoren, bei denen "gebleite" Brennstoffe verwendet werden, wie z.B. mit Benzin angetriebene Motoren mit Funkenzündung, enthalten hohe Mengen nicht-brennbarer Rückstände in ihren Abgasen, die eine Verstopfung des Faserfilters zur Folge haben können. Diesel-Treibstoffe enthalten im allgemeinen kein zugesetztes Blei. Obwohl sich immer etwas restliche . Asche in den Abgasen von anderen Zusätzen solcher Treibstoffe befindet, ist die Menge nicht so groß, daß beträchtliche Schwierigkeiten beim üblichen Betrieb auftreten. Allgemein sollten die mit den polykristallinen feuerfesten Fasern in Berührung kommenden Gase eine Temperatur aufweisen, die zumindest so hoch ist, als es nötig ist, eine Verbrennung der teilchenförmigen Stoffe in gasförmige Produkte zu erreichen. Eine Gastemperatur von mindestens 4000C wird bevorzugt. Zum Abbrennen von Ruß werden mindestens 500 C bevorzugt. * ' :
Wenn Abgase aus einem Dieselmotor behandelt werden, dann ist es üblicherweise nicht nötig, Luft zu den Gasen zuzugeben, um eine Verbrennung der teilchenförmigen Stoffe sicherzustellen. Abgase von Motoren mit Funkenzündung, wie z.B. Benzinmotoren, enthalten meistens zu wenig Sauerstoff für die Durchführung einer ausreichenden Verbrennung der teilchenförmigen Stoffe. -Deshalb muß zusätzlich Luft mit den Gasen gemischt werden. ·
Die Faserfilter-können vorteilhafterweise einen Katalysator enthalten, um die Temperatur zu verringern, bei der die
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teilchenförmigen Stoffe verbrannt werden. Solche Katalysatoren können auf Fasern aufgeschichtet oder in Fasern absorbiert sein. Geeignete Katalysatoren sind Silber, Wismut, Blei, Uran, Kobalt, Cer, Kupfer, Mangan, Eisen, Vanadium oder Chrom, welche entweder in elementarer Form oder in Form eines Oxids verwendet werden. Silber ist der am zufriedenstellendste Katalysator, da seine Aktivität nicht durch die Anwesenheit von Schvrefel in, den Abgasen in abträglicher Weise beeinflußt wird. Kupfer und Vanadium sind ebenfalls weniger empfindlich für die Anwesenheit von Schwefel.
Das Filterelement kann auch solche katalytisch^ Materialien, wie z.B. ein Metall der Platingruppe, enthalten, welche die gasförmigen Komponenten von den Abgasen entfernen, wie z.B. Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe. Wenn eine solche Entfernung durch Verbrennung erfolgt, dann unterstützt die daraus resultierende Erhöhung der Temperatur der Abgase die Verbrennung der vom Filterelement festgehaltenen teilchenförmigen Stoffe. Somit schafft die Erfindung ein Mittel für die Reinigung von Abgasen in einer einzigen Einheit.
.In seiner einfachsten Form besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß man die Gase mit einem einzigen Filterelement in Berührung bringt.. Ggf. können.die Gase jedoch in zwei oder mehr Stufen kontaktiert werden. Eine Mehrfachkontaktierung kann beispielsweise darin bestehen, daß man die Gase wiederholt mit dem gleichen Filterelement in Berührung bringt oder daß man die Gase mit verschiedenen Katalysatoren nacheinander in Berührung bringt oder daß man den Kontakt unter verschiedenen ßedingungen (beispielsweise bei verschiedenen Temperaturen oder Kontaktzeiten) ausführt. Es können auch alle möglichen Kombinationen daraus angewendet werden.
Das polykristalline Material, aus dem die Fasern bestehen, sollte ausreichend feuerfest sein, daß es der Temperatur der Gase ohne physikalische Verschlechterung standhält. Es
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wurde gefunden, daß Fasern, die ein oder mehrere polykristalline feuerfeste Metalloxide enthalten, am geeignetsten sind, da ihre physikalischen Eigenschaften es ihnen ermöglichen, die auftretenden Temperaturen ohne wesentlichen Festigkeitsverlust auszuhalten. Gläsige, d.h. nicht-kristalline, Fasern neigen unter strengen Temperaturbedingungen oder unter dem Einfluß von Bestandteilen in einem Abgasstrom (wie z.B. Treibstoff- und Ölrückstände und anorganische Niederschläge, die ihren Ursprung in Öl- und Treibstoffzusätzen haben, und/oder Wasserdampf) zur Entglasung. Eine solche unkontrollierte Entglasung führt zu starken Festigkeitsverlusten. Es wird bevorzugt, Metalloxide, Doppelraetalloxide oder Gemische von Oxiden, die bei 900°C stabil sind, zu verwenden. Beispiele hierfür sind Thoriumoxid, Uranoxid, seltene Erdpxide, Yttriumoxid,Chromoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Calciumoxid, Doppeloxide von Erdalkalimetallen und Aluminium, Zirkon und Chrom, wie z.B. BaO/öA^O^,, BaOZZrO2, CaOZCr2O,, MgO/Al^O,, Mg0/Cr2O,, SrO/ZrOg, und andere Doppeloxide ü wie z.B. Al20,/Ti02; GaO/Al^Ö*» NiO/AlgO*; Th02/Zr02 und ZnO/Al2O. Es wird besonders bevorzugt, polykristalline Aluminiumoxid- oder Zirkonoxidfasern zu verwenden, die gemäß den Vorschriften der GB-PAen 12088/72, 36693/72, 4369/71 und 29909/70 hergestellt worden sind, da solche Fasern diejenigen Durchmesser und diejenigen Kristallitgrößen aufweisen, die sich für die Erfindung am zweckmäßigsten erwiesen haben. Die Angaben in diesen GB-PAen sollen als in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen gelten. - ■" - ■ ; . "
Wie es in diesen Anmeldungen angegeben ist, werden Aluminiumoxid- oder Zirkonoxidfasern dadurch hergestellt, daß man eine Zusammensetzung in Fasern verarbeitet, die eine Viskosität von mehr als 1 Poise aufweist und die aus einer wässrigen Lösung einer Metällverbindung, wie z.B. einem ' Oxychlorid, einem basischen Acetat, einem basischen Formiat oder einem Nitrat von Aluminium und/oder Zirkon..und einer kleineren Menge eines wasserlöslichen organischen Polymers,·
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insbesondere Polyvinylchlorid, Polyäthylenoxid, Polyvinylpyrrolidon oder einem Folysiloxan, besteht, die so hergestellte Faser trocknet und die getrocknete Faser erhitzt, um die Metallverbindung in das Metalloxid überzuführen und das Polymer zu zersetzen. Eine Erhitzung in Anwesenheit von Dampf v/lrd oftmals bevorzugt.
Die Herstellung der Fasern wird vorzugsweise durch ein Blasverfahren ausgeführt, welches darin besteht, daß man die in Fasern zu verarbeitende Zusammensetzung durch ein oder mehrere Löcher in mindestens einen Gasstrom extrudiert, der eine Komponente hoher Geschwindigkeit in Laufrichtung der extrudierten Zusammensetzung aufweist. Die Abmessungen und die Form des genannten Lochs können stark variieren. Es wird bevorzugt, ein Loch zu verwenden, bei dem mindestens eine Abmessung größer als 50 μ und kleiner als 500 u ist. Der Gasstrom besteht vorzugsweise aus Luft, insbesondere aus Luft mit Raumtemperatur. Es ist zweckmäßig, zwei Gasströme zu verwenden, die an dem Punkt oder in der Nähe des Punkts konvergieren, wo die Zusammensetzung aus dem Loch extrudiert wird. Vorzugsweise ist dabei der Winkel zwischen den konvergierenden Gasströmen 30 bis 60. . Zumindest ein Teil des Wassers der Zusammensetzung wird durch den Gasstrom entfernt. Die Entfernungsgeschwindigkeit kann in zweckmäßiger Weise dadurch kontrolliert werden, daß man das Gas mit Wasserdampf mischt. Beispielsweise kann Luft mit einer relativen Feuchte von mehr als 80 % verwendet werden. Die Geschwindigkeit des Gasstroms kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Es wird jedoch bevorzugt, Geschwindigkeiten im Bereich von 61 bis 457 m/sek zu verwenden. Der zum Extrudieren der Zusammensetzung durch die Löcher verwendete Druck hängt von der Viskosität der Zusammensetzung und von der gewünschten Extrusionsgeschwindigkeit ab. Es hat sich herausgestellt, daß Drücke von 1,12 bis 7.00 kg/cm abs. für Zusammensetzungen zweckmäßig sind, die Viskositäten bis zu 100 Poise haben.
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Die verwendeten Fasern besitzen vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 20 μ, typischerweise von 0,5 bis 5,0 u, Fasern mit.diesen Durchmessern sind weniger spröde als Fasern mit großem Durchmesser, und sie können kleinere Teilchen wirksamer entfernen. Es wird bevorzugt, Fasern zu verwenden, bei denen das polykristalline feuerfeste Material eine Kristallitgröße von weniger als,1/5 des Durchmessers der Faser, insbesondere weniger als 1/100 diesesDurchmessers, aufweist. Zweckmäßige Kristallitgrößen liegen im Be-
o
reich von 50 bis 500 A, beispielsweise in der Gegend von
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100 A. Fasern, in denen die Kristallitgröße ein großer Bruch des Faserdurchmessers ist, sind schwach. Ein Kristallitwachstum wird während der Lagerung oder während des Gebrauchs vorzugsweise verhindert, beispielsweise dadurch, daß in der Faser ein Kristallwachstumsstabilisator vorliegt, wie z.B. im Falle von'Zirkonoxidfasern eine kleinere Menge, beispielsweise 1 bis TO %f Aluminiumoxid, Thoriumoxidp Hafniumoxid, Erdalkalioxide, Yttriumoxid, seltene Erdoxide oder Chromoxid, und im Falle von Aluminiumoxidfasern eine kleinere Menge Siliciumoxid. Fasern, die gemäß obiger Vorschrift hergestellt werden, und zwar insbesondere durch das Blasverfahren, haben Eigenschaften, welche in die bevorzugten Bereiche für die Erfindung fallen.
Die Fasern können lose und mit einem äußeren Träger verwendet werden, der beispielsweise die Form-eines oder mehrerer Metalldrahtnetze oder perforierter Platten aufweist. Alternativ können sie selbsttragend seinp beispielsweise dann, wenn sie durch geeignete feuerfeste Materialien miteinander verbunden worden sind, wie z.B. durch einen hydraulischen Zement oder durch einen Ton oder durch ein feuerfestes OxId9 welche aus kolloidalen oder gelösten anorganischen Sauerstoffverbindungen hergestellt werden, wie ζ οB. aus hydratlsierten Oxidsolen, wie z.B. Solen von Aluminiumoxids Siliciumoxid, Titanoxid9 Zlrkonoxid oder Gemischen aus &wei oder mehr daraus^ oder welche aus"zersetzlichen f©rbindun°»
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gen hergestellt werden, wie z.B. aus Alkalimetallsilicaten, organischen Estern von anorganischen Säuren, beispielsweise Alkylsilieate und Alkyltitanate, löslichen Verbindungen von Aluminium und Zirkonium und Vorläufern von Aluminiumphosphat. Da es erwünscht ist, die Gasdurchlässigkeit des Filterelemente aufrechtzuerhalten, darf die Konzentration des Bindemittels nicht zu groß sein. Deshalb wird die Verwendung einer verhältnismäßig niedrigen Konzentration an Bindemitteln in Verbindung mit einem äußeren Träger für brauchbare Anordnungen bevorzugt. Ungebundene Fasern sind im allgemeinen auch flexibler, weshalb sie sich Spannungen leichter angleichen können.
Die Packungsdichte von Fasern im Filterelement kann über weite Grenzen variiert werden, beispielsweise von 0,02 bis 0,4 g/cm , um Filterelemente mit einer Porosität im Bereich von 90 - 99 % herzustellen. Porositäten in diesem Bereich ergeben Filter, die ausreichende Menge teilchenförmiger Stoffe zurückhalten, ohne daß sie leicht verstopft werden.
Packungsdichten für Zirkonoxidfasern liegen vorzugsweise im Bereich von 0,06 bis 0,34 g/cm5. Für Aluminiumoxidfasern liegen sie vorzugsweise im Bereich von 0,03 bis 0,27 g/cm . Eine typische Packungsdichte für Zirkonoxidfasern ist etwa 0,25 g/cm^ und für Aluminiumoxidfasern etwa 0,2 g/cm .
Beim Betrieb mit einem Dieselmotor sollte die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise so konstruiert sein, daß der Druckabfall durch das Filterelement so niedrig wie möglich und vorzugsweise nicht mehr als 250 mm Quecksilber ist, um eine Beschädigung des Filters oder einen Verlust des Nutzeffekts aufgrund eines übermäßigen Rückdrucks zu vermeiden.
Zur Erzielung dieser Packungsdichte und dieses Druckabfalls ist es oftmals vorteilhaft, ein brennbares Material in die Fasern einzuverleiben und dieses dann herauszubrennen (und zwar entlader vor oder während des Gebrauchs), wobei Räume mit kontrollierter Größe zurückbleiben.
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Die Erfindung be- ' ■
trifft auch eine Vorrichtung für die Behandlung von Abgasen, bei der die Fasern oder das Filterelement eine variierende Packungsdichte in der Strömungsrichtung der Gase aufweisen. So können die Fasern an dem Punkt, wo die Gase das Filterelement "betreten, eine niedrige Packungsdichte aufweisen, wobei die Packungsdichte progressiv stromabwärts des Gasströmungswegs zunimmt. Auf diese Weise können Teilchen von brennbaren Stoffen in das Innere des Filterelements eintreten, werden aber dann darin festgehalten. Die Filtrationskapazität des Elements wird hierdurch beträchtlich gesteigert, und außerdem wird die Ansammlung von Abscheidungen auf der vorderen Oberfläche des Filters vermieden, was zu einer besseren Ausnützung der Fasern führt.
Die gemäß der Erfindung verwendeten Fasern können die verschiedensten Formen aufweisen, wie z.B. die Form von losen Stapelfasern^ Papier* Tüchern, Bahnen, Platten oder Filzen, je nach der jeweiligen' Form des verwendeten Filterelements. Die Faserformen können in einer großen Reihe von geometrischen Strukturen vorliegen. Die in der GB-PA 31043/72 beschriebenen Strukturen sind besonders nützlich. Die Verwendung der Fasern in Papierform schafft die Möglichkeit der Erzielung einer sehr großen Filtrationsfläche für den Gasstrom. In solchen Fällen ist die Dicke der Filtrationsschicht verhältnismäßig klein, so daß ein niedriger Druckabfall erreicht wird. Für einige Anwendungen können jedoch Zylinder, Pfropfen oder Kissen aus Fasern verwendet werden, bei denen die dem Gas dargebotene Filtrationsfläche verhältnismäßig klein ist, wobei aber der Weg, den die Gase passieren müssen, verhältnismäßig lang ist. Für solche Pfropfen und Kissen werden veränderte Dichten der Fasern durch die Länge des Pfropfens oder Kissens bevorzugt.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt das Filterelement die Form einer lose gewickelten Spiralenrolle, die zwei oder mehr Schichten aus Papier ähnlicher Breite unl·- faßt, das aus denFäsern hergestellt .isfc, wobei Fa ^ ^ von
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benachbarten Rändern auf beiden Seiten der Rolle in gasdichter Weise miteinander verbunden sind und wobei die Verbindungen auf einer Seite mit den Verbindungen auf der anderen Seite alternieren, wie es beispielsweise in der GB-PS 693 495 beschrieben ist. Gas, welches in Axialrichtung durch die Rolle fließt, wird hierdurch filtriert, wobei eine große Filtrationsfläche in einem verhältnismäßig kompakten Raum enthalten ist. Das Papier ist vorzugsweise gewellt oder gekreppt, um einen ausreichenden Spalt zwischen benachbarten Schichten des Papiers aufrechtzuerhalten, so daß ein freier Fluß der Gase möglich ist. Ein spiralenförmig gerolltes Filterelement dieser Type mit 20 cm Durchmesser und 30 cm Länge, bei welchem Papier von 1 cm Dicke und ein Sciiichtenabstand von 5 mm verwendet ist, besitzt eine FiI-
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trationsflache von ungefähr 1,85 m und enthält ungefähr 600 g Zirkonoxidfasern. Mit einem solchen Filterelement ist beispielsweise ein Druckabfall von 100 mm Hg möglich.
Bei einer anderen Ausführungsform besitzt das Filterelement die Form eines hohlen Zylinders aus dem Fasermaterial in loser oder gebundener Form. Ein solcher Zylinder besteht zweckmäßig aus einer spiralenförmigen oder schraubenförmigen ¥icklung aus Garn, Papier oder Filz der Faser auf einem rohrförmigen Dorn, der herausgenommen oder zweckmäßig an Ort und Stelle gelassen werden kann, so daß er als dauerhafter Träger für die Fasern wirkt, wie dies, weiter unten beschrieben ist,' in welchem Fall dieser Träger wärmebeständig und perforiert sein soll, damit das Gas mit den Fasern in Berührung kommen kann. Bei der Verwendung, derartiger hohler zylindrischer Filterelemente ist ein Ende des Zylinders geschlossen, wobei die Gase normalerweise in den Zylinder eingeführt und von der Außenseite des Zylinders abgeführt werden. Der Zylinder kann sich innerhalb eines Trägers befinden, beispielsweise in für Wärmebehandlungen geeigneten durchbrochenen Materialien, wie z.B. perforierten Platten oder Drahtnetze aus rostfreiem Stahl, die mit den gekrümm-
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ten Oberflächen des Zylinders in Berührung sind.
Obwohl der Druckabfall am Filterelement im allgemeinen niedrig genug gehalten wird, so daß ein hoher Rückdruck im Motorabgas vermieden wird, so kann sich trotzdem unter den Bedingungen eines längeren Arbeitens unter geringer Belastung ein Rückdruck entwickeln, der das Filter beschädigen oder den Mutzeffekt-, des Motors verringern kann. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird somit ein Umwegventil stromaufwärts des Filterelements vorgesehen, welches es ermöglicht, daß ein Teil der Abgase am Filterelement vorbeigeht , wenn der Abgasdruck einen vorbestimmten Wert erreicht. ·.--.--..-_-: .,..;.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, .-:·"■"■
Beispiel 1
Ein Band aus polykristallinen Zirkonoxidfasern (mittlerer Faserdurchmesser ungefähr 3 u) wurde auf ein perforiertes Stahlrohr von 15,24 cm Durchmesser und 45-,72 cm Länge aufgewickelt. 400 g des/Bands wurden aufgewickelt„ um eine Faserdicke von 8 mm mit einer Dichte von 0,23 g/cm herzustellen. Ein zweiter perforierter rostfreier Stahlzylinder wurde über den Fasern angeordnet, so daß'die Fasern weit« gehend vollständig den Räum zwischen den perforierten Zylindern ausfüllten» Das zylindrische Filterelement, das auf diese Weise hergestellt worden war? "wurde an einem verschlossen und koaxial in einen äußeren zylindrischen Stahlbehälter eingeführt9 der koaxiale Eintritts- und, trittsrohre aufwies» Das Filterelement war am äußeren hälter in gasdichter Weise befestigt, so daß Gass in das Eintrittsrohr eingeführt.-wurde,- in das innere per» forierte Rohr, durch die Fasern, durch das perforiert® Austrittsrohr und dann zum Austrittsrohr gedrückt wurd©„
Die Abgase aus einem 3 ,-6 I-Vauxhall-Dieselmbtor wurden in
-.1II . -.
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das Eintrittsrohr eingeführt und am Austritt gesammelt.. Der Motor wurde mit voller Kraft bei 2600 U/min laufen gelassen und zeigte einen mittleren Bremseneffektivdruck (BMEP) von 6,3 kg/cm . Der Druckabfall am Filter war 150 mm Hg, und die Temperatur des durch den Filter gehenden Gases war 7000C.
-Der Bosch-Wert dieser Gasbeschickung zum Filter war 3,5 bis 4,0, im Vergleich zu einem Wert von 0,1 am Austritt, was eine nahezu vollständige Entfernung von Ruß aus den Gasen anzeigt. Das gleiche Resultat wurde während eines 50-stündigen Laufsdes Motors erhalten. Der Bosch-Wert wurde mit Hilfe eines Dunedin-Bosch-Meters gemessen, der von der Dunedin-Dieseltune Limited hergestellt wird.
Beispiel 2
Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Zirkonoxidfasern mit 0,5 Gew;-% feinzerteiltem Platin imprägniert waren. Der Geruch der Abgase wurde beim Durchgang durch das Filter entfernt, und die-Analyse des Austrittsgases wurde mit der Analyse des Eintrittsgases verglichen. Diese Werte sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Eintritt Austritt % Entfernung
CO %
Kohlenwasserstoffe
(ppm Propan)
Ruß (Bosch-¥ert)		 0,100
• 1000
3,1		 0,005
90
0,2		 95
91
Beispiel g-
Ein Band, weiches 400 g einer gröberen, polykristallinen Zirkonoxidfaser enthielt, als es in Beispiel 1 beschrieben
40
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ist,(ungefähr 6 μ mittlerer Durchmesser) wurde in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise befestigt und getestet.'Der Motor wurde bei 26Ö0 U/min mit voller Last laufen gelassen und zeigte einen BKEP von 6,3 kg/cm . Der Druckabfall am Filter war 180 mm Hg und die Temperatur" des durch den Filter hindurchgehenden Gases war 730 C.
Der Bosch-Wert, des dem Filter zugeführten Gases war 5»0 im Vergleich zu 0,1 am Austritt. .
Beispiel 4 .
Das Band, welches 200 g polykristalline Aluminiumoxidfasern (diese enthielten 5 Gew.-% SiO2) mit einem Durchmesser von ungefähr 3 u enthielt, wurde in der gleichen Weise ivie in Beispiel 1 befestigt und getestet. ■
Der Motor wurde bei 2600 U/min mit voller Belastung laufen gelassen. Er zeigte einen BMEP-Wert von 6,3 kg/cm . Der Druckabfall am Filter war 210 mg Hg, und die Temperatur war 7600C. ' - >
Der Bosch-Wert für das dem Filter zugeführte Gas war 5,5 im Vergleich zu 1,6 am Austritt *
Beispiel 5 ■■■ "
Ein Band, das aus 150 g einer polykristallinen Aluminium» oxidfaser (ungefähr 9 u mittlerer Durchmesser) "bestand, wurde wie in dem Beispiel 1 befestigt und getestet«
Der Motor wurde mit einer Geschwindigkeit von 2600 U/min laufen gelassen und zeigte einen BMEP-Wert von 5,6 kg/cm Der Druckabfall am.Filter war 80 mm Hg und die Temperatur des hindurchgehenden Gases war 735 C. .
Der Bosch-Wert für das dem Filter zugeführte Gas war 4,0 im Vergleich zu 0,2 am Austritt..
- 13 - " ' · 40S820/0751 ^ ■
Jf*
Beispiel 6
120 g eines Aluminiumoxid-Papierstreifens von ungefähr 1 mm Dicke und 60,96 cm Breite wurden auf das in Beispiel 1 beschriebene perforierte Rohr aufgewickelt, um eine Dicke von ungefähr 8 mm herzustellen.
Das Aluminiumoxid-Papier wurde dadurch hergestellt, daß 95 Gew.-Teile polykristalline Aluminiumoxidfaser (ungefähr' 3/i mittlerer Durchmesser), 5 Gew.-Teile Glasfaser und 7 Gew.-Teile "Revinex 275" (ein Acrylester) in Wasser dispergiert wurden und auf einer Papierherstellungsmaschine verarbeitet wurden. Es wurde ein Papier mit einer Dicke von 1 - 2 mm und einer Dichte von 0,20 g/cm erhalten.
Das perforierte Rohr wurde dann in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise getestet.
Der Motor wurde mit einer Geschwindigkeit von 2600 U/mln laufen gelassen und zeigte einen BMEP-Wert von 6,3 kg/cm Der Druckabfall am Filter war 200 mm Hg, und die Temperatur war 75O°C".
Der Bosch-Wert des dem Filter zugeführten Gases war 4,1 im Vergleich zu'1,0 am Austritt.
Beispiel 7 ·
120 g Zirkonoxidpapier (1 - 2 mm Dicke, Dichte 0,25 g/cm2 und hergestellt nach der Vorschrift von Beispiel 6 aus Zirkonoxidfaser mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 3 μ) wurden wie im vorhergehenden Beispiel befestigt und getestet.
Der Motor wurde mit einer Geschwindigkeit von 2600 U/mln laufen gelassen. Er zeigte einen BMEP-Wert von 693 kg/cm ).
Der Druckabfall am Filter war 200 mm Hg, und die Temperatur war 7600C.
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Der Bosch-Wert des dem Filter zugeführten. Gases war 4,9 Vergleich zu 1,9 am Austritt.
Beispiel 8
Ein kompakteres Filter mit eirier größeren geometrischen Fläche, als es. dii den Beispielen 6 und 7 beschrieben ist, welches aber ebenfalls aus einem Faserpapier hergestellt war, wurde wie folgt aufgebauti
Ein kontinuierlicher Streifen Zirkohoxidpäpier wurde aus polykristallinen Zirkonoxidfasern eines mittleren Durchmessers von 3ji in der in Beispiel 6 beschriebenen Weise hergestellt. Der Streifen war ungefähr 518 era lang, 8,9 cm breit und durchschnittlich ί mm dick. Er wurde alle 15,2 cm einmal vorwärts und einmal zurück gefaltet, um eine blasebalgartige Form herzustellen. Gewellte, mit Böhmit-Sol gebundene Zirkonoxid-Papierstreifen wurden zwischen aufeinanderfolgende Schichten gelegt, . um als Abstandhalter zu dienen. . Diese Streifen hatten Wellungen von 2 mm Breite und 2 mm Höhe. Die Wellungsriohtung war vom Mund einer"je-. den Falte.zum geschlossenen Ende einer jeden Falte. Jede gewellte Platte wurde an den Enden einer jeden Falte fixiert, indem die inneren und äußeren Oberflächen der genannten Enden mit einem Böhmit-Sol-Binder beschichtet wurden. Abschließend wurden die Seitenränder der Falten dadurch verschlossen, daß die Papierränder mit einem Böhmit-Sol-Binder verbunden wurden. Das grüne Filter wurde von Raumtemperatur auf 750°(
gekühlt.
auf 75O0C erhitzt und dann allmählich auf Raumtemperatnr afo-
Um dem Filter eine extra Festigkeit zu -erteilen 9 wurde es nunmehr mit 33 -Gevr-,-96 eines-Silicium-Sol-Binders-(Nalfloe N1030) imprägniert „ getrocknet und von Raumtemperatur 'axst 10000C erhitzt und schließlich allmählich auf RauatemperatiAi9 'abgekühlt.
Das auf diese Weise konstruierte Filter hatte annähernd
■40S820/07B1 : ." ■
Abmessungen 8,9 x 8,9 χ Ϊ5,2 cm, wog 280 g und hatte eine Filtrationsoberfläche von ungefähr 37 dm gegenüber dem Gasstrom.
Es wurde in einen Metallkasten mit quadratischem Querschnitt eingebracht, der Eintritts- und Austrittsöffnungen aufwies, wobei eine Decke aus Zirkonoxidfasern zwischen den Seiten der Matrix und der Innenseite des Kastens gepackt war, so daß.eine Gasdichtung erzielt wurde. Das Filter wurde im Kasten so angeordnet, daß das Gas von der Eintrittsöffnung in den Mund einer Falte am anderen.Ende des Filters strömte, durch die Wellungen hindurchfloß und durch das Papier in. die benachbarte Falte strömte und dann aus dem Mund dieser Falte am anderen Ende des Filters austrat, um dann an der Austrittsöffnung des Kastens abgegeben zu werden.
Der Kasten wurde in die Abgasleitung eines 3,6 1-Vauxhall-Dieselmotors eingebaut, der mit 2600 U/min bei voller Be-
2 lastung lief und der einen BMEP-Wert von 6,3 kg/cm zeigte.
Der Druckabfall am Filter war 400 mm Hg, und die Temperatur war 7300C.
Der Bosch-Wert am Eintritt war 5,4 im Vergleich zu 1,3 am Austritt.
Beispiel 9
Sin zylindrisches Filter wurde hergestellt, in welchem die Gase dazu veranlaßt wurden^ parallel zu den Wandungen und nicht durch sie in der in Beispiel 8 beschriebenen Weise zu strömen«
Ein Zylinder mit einem Durchmesser von 1O516- era und einer Länge von 15S24 cm wurde durch spiralenförmiges Wickeln sines 15,24 cm breiten„ nassen Zirkonoxidpapiers hergestellt, welches selbst in der im weiter unten stehenden Beispiel 13 beschriebenen Weise hergestellt worden war.
Durchtritte für die Abgase wurden dadurch vorgesehen, daß Stücke einer verbrennbaren Schnur von 1 mm Durchmesser ungefähr 9 mm im Abstand zwischen den Schichten angeordnet wurden, wobei die Schnur parallel zur Achse des Zylinders verlief.' Die Schnur wurde anschließend durch Calcinierung des Zylinders bei 10000C herausgebrannt.
Während des Wickeins des Zylinders wurden die Papierschichten miteinander verbunden, indem benachbarte Oberflächen mit einem Bö'hmit-Sol-Binder miteinander verbunden wurden. Anschließend wurde die Matrix mit 33" "Gew.~% "Cerasol"~Aluminiumoxid-Sol-Binder imprägniert, um seine Festigkeit zu erhöhen, getrocknet und bei 10000C gebrannt. Das Filter wur- , de fest in einem zylindrischen Kasten angeordnet, der mit Eintritts- und .Austrittsrohren an den entgegengesetzten Enden des Zylinders ausgerüstet war. Das in den Kasten eintretende Gas wurde durch die Achse des Zylinders parallel zu den Seiten des die Wandungen bildenden Papiers hinabgedrUckt..
Das Abgas von einem 3,6 1-Vauxhäll-Dieselmotor wurde in das Eintrittsrohr eingeführt und am Austritt gesammelte Der Motor wurde mit einer Geschwindigkeit von, 2600 U/min laufen gelassen. Er zeigte einen BMEP-Wert von 6,3 kg/cm . Der Druckabfall am Filter war 300 mm Hg, und die Temperatur war 7450C. - ...
Der Bosch-Wert am Eintritt war 5VO im Vergleich zu einem Wert von 2,9 am Austritt.
Beispiel 10
Ein Parallelflußfilter wurde wie folgt hergestellt.
Ein Kasten mit den Abmessungen 9,65 x 9,65 ic 10,92 mm wurde dadurch aufgebaut, daß 17 Schichten einer 3 mm dicken Zirkonoxidfaser übereinandergelegt wurden, wobei jede Schicht von der nächsten um einen Abstand von 2 mm getrennt war.
- 17 - ■
409820/07 51 ■·
Eine jede Schicht wurde wie folgt hergestellt: Ein Stück eines Inconel-DS-Drahtnetzes mit den Abmessungen 9,65 x 10,92 cm wurde dadurch versteift, daß 6 Stücke eines Inconel-Drahts mit 3,18 mm Durchmesser in gleichen Abständen . über eine Seite des Netzes und parallel zum längeren Rand . angeordnet wurden. Weiterhin wurden Stücke eines 3,18 mm dicken Inconel-Drahts auf die andere Seite des Drahtnetzes und entlang eines jeden Rands geschweißt.
Nunmehr wurden Fasern in den flachen rechteckigen Raum eingebracht, der durch die vier Randstücke gebildet wurde.
Dann wurden 17 Lagen aufeinandergeschichtet, um das Filter herzustellen.
Das Filter wurde in einen Kasten mit quadratischem Querschnitt eingebracht, der demjenigen von Beispiel 8 ähnlich war, und zwar in einer solchen Lage, daß das Gas parallel zu einer jeden Schicht strömte. Ein 3,6 1-Vauxhall-Dieselmotor,.an den die Vorrichtung angeschlossen war, wurde mit einer Geschwindigkeit von 2600 U/min laufen gelassen und
2 zeigte einen BMEP-Wert von 6,3 kg/cm . Der Druckabfall am
Filter war 245 mm Hg, und die Temperatur war 73O°C.
Der Bosch-Wert am Eintritt war 5,0 Im Vergleich zu 3,5 am Austritt. '
Beispiel 11
In diesem Beispiel bestand das Filter aus Zirkonoxidfasern, die in Pellets gepreßt waren.
Die Pellets waren dadurch hergestellt worden, daß polykristalline Zirkonoxidfasern durch eine ähnliche Technik aufgeschlämmt und filtriert wurden, wie sie für die Herstellung des Papiers in Beispiel 6 beschrieben ist. In diesem Fall wurde die Aufschlämmung in eine Form filtriert, welche Löcher von 6,35 mm Durchmesser und 25,4 mm Tiefe auf-
- 18 409820/0751
•wies, wobei ein Drahtnetz auf dem Boden lag.
Die Aufschlämmung enthielt 27 g. SiÜcät-Sol (JO Gew.-9$ Siliciumoxid) und 10 g Zirkonöxidfasern in 600 ml Wasser.
Die'Pellets, die einen Durchmesser vori 6,35 nüii und eine
Ij.
trocknet und dann bei 10OD0C gebrannt;
Höhe von 12,7 nun aufwiesen, wurden zunächst bei TOO0G ge-
Eine zweite Große von Pellets würde ebenfalls hergestell-fc, welche einen Durchmesser von -12,7 mm und eine Länge von 12,7 mm aufwiesen. · - ■ . -
Ein zylindrischer Kasten mit einem Durchmesser von 12,70 cm. und einer Länge von 17»78 cm, der axiale Eintritts- und Austrittsöffnungen aufwies, würde mit zwei Schichten dieser Pellets gefüllt. Die der Eintrittsseite des Kastens && nächsten liegende Schicht enthielt 245 g von den größeren Pellets (12,7 mm) bis zu einer Tiefe von 50*8 mm. Die dem Austrittsehde nächste Schicht enthielt 290 g der kleineren Pellets (6,35 ™i) bis zu einer Tiefe von 12,70 cm. Die Pellets wurden durch Punktschweißen eines expandierten Metallnetzes über den Durchmesser des Kastens sowohl auf der Ein-!· trittsselte als auch der Austrittsseite festgehalten.
Der Kasten wurde in den Abgas eines 3,6 I-Vauxhäll-Dieselmotors eingebaut, der mit einer Geschwindigkeit von 2600 U/min laufen gelassen wurde. Es wurde ein BMEP-¥ert von 6*3 kg/cm festgestellt. Der Druckabfall am Filter war 400 mm Hg, und die Temperatur war 735°C.
Der Bosch-Wert des Eintrittsgases war 6B6 im Vergleich su 4j6 am Austritt,
In den folgenden Beispielen wurden polykristalline' Fsysera mit einem Katalysator imprägniert f und es wiarde der Effekt des-Katalysators auf das Ausbrennen des auf den Fasern niedergeschlagenen Kohlenstoffs gemessen.
■ ■ - 19 »
235334B
Beispiel 12
Io
Das Adsorptionsvolumen einer Masse aus polykristallinen Zirkonoxidfasern, die mit 5 Gew.,-# Aluminiumoxid und 7 Gew.-96 seltenen Erdoxiden stabilisiert war, wurde durch Einweichen der vargewogenen Matte in Wasser und anschließendes Ausrollen gemessen. Das Gewicht des aufgenommenen Wassers wurde dann durch erneutes Wiegen der Matte gewogen. 10 g Matte hielten 50 g Wasser fest.
Eine Lösung von Bleiacetat wurde hergestellt, so daß sie eine Konzentration an Salz enthielt, daß das Adsorptionsvolumen der Matte ausreichend Salz aufwies, daß die gewünschte Beladung an Metall auf der Faser erzielt wurde.
3,7 g Bleiacetat (Pb(CH70O)23H2O) wurden in 200 ml" Wasser aufgelöst. 10 g Matte wurden 1 st eingeweicht und dann ausgerollt, bis die Matte plus Lösung 60 g wogen.
Die feuchte Matte wurde dann in einen 3 1/2 1 fassenden Exsiccator über einer Lösung aus 50 % Wasser und 50 % Ammoniak mit einer spezifischen Dichte von 0,880 eingeschlossen. Die Matte wurde 16 st lang über 100 ml der Lösung, die eine Oberfläche von annähernd 130 cm aufwies, gehalten. Nach' dieser Zeit wurde sie entnommen, zwischen 80 und 1000C getrocknet und bei 5000C gebrannt. :
Die auf diese Weise mit 5 Ge\t.-% Bleioxid imprägnierte Matte wurde dann in homogener Weise mit "Cabot Elf 75"-Ruß (5 Gew.-96) beschichtet, welcher als simulierter Ruß wirkte. Die Temperatur der Probe, welche in einer Sauerstoff atmosphäre (10 mm Partialdruck) gehalten wurde, wurde stufenweise angehoben, und die Geschwindigkeit der Kohlenstoff Oxydation wurde gravimetrisch verfolgt..
Die folgenden' Oxydationsgeschwindigkeiten wurden beobachtet.
3000C - 0,5 mg/g Faser/min; 35Q°C - 6,8 mg/g.Paser/min, im Vergleich zu einer Kqhlenstoff-Oxydationsgeschwindig-
- 20 4Q98?Q/Q7S1
keit bei 50Ö°C von 0,4 rag/g Faser/min bei einer nichtimprägnierten Faser.
Ein homogener Belag aus der Faser mit Kohlenstoff wurde durch heftiges Mischen gewogener Mengen. Kohlenstoff und Ruß in einer rasch laufenden elektrischen Zerkleinerungsmaschine erreicht. . -
• Beispiel 13
Polykristalline Zirkonoxidfasern mit einem mittleren Durchmesser von 16,5 μ wurden wie folgt in ein Papier verarbeitet . - .
28,5 g Faser wurden zu 4,9 1 destilliertem Wasser zugegeben und 1 min mit einem "Silverson"-Rührer gerührt. Dann wurden 94 ml eines 7,7%igen faserigen Böhmit-Sols zugegeben, .und nach einem weiteren 15 sek dauernden Rühren wurden 258,7 ml einer 10bigen (G/V) Aluminiumsulfatlösung zugegeben. Nachdem das Rühren 20 sek fortgesetzt worden war, wurden 10,3 ml einer O,O294igen (G/V)-' Lösung eines hochmolekularen Polyacrylamide ("Magnafloc") zugegeben. Das Gemisch wurde dann auf einem Laborpapier-Herstellungsnetz filtriert. Das erhaltene Papier wurde zwischen Filterpapieren getrocknet, ausgerollt und anschließend bei 800C getrocknet. Das Papier wurde dann in Scheiben mit einem Durchmesser von 76,2 mm geschnitten.
Diese Scheiben mit einem-Durchmesser von 76,2 mm wurden gesondert in Lösungen eingeweicht, die 5>9 g Silbernitrat in 100 ml destilliertem Wasser enthielten. Sie mirden dann getrocknet und in Luft bei 60O0C gebrannt. Eine Analyse zeigte, daß die Silberbeladung 8,3 Gew.-96, gerechnet als Metall, betrug.
Eine der imprägnierten Scheiben wurde in einer Vorrichtung getestet, in welcher sie mit Ruß beladene Gase filtrierte, die aus einem Brenner stammten, in welchem Dieseltreibstoff verbrannt wurde.. Die Vorrichtung war auch mit einer Ausrü-
409820/075Ί
stung versehen, nit welcher der Druckabfall an der Scheide und die Temperatur der Gase verfolgt werden konnte.
Der Brenner bestand aus einem Docht, der in ein Reservoir von Dieseltreibstoff eintauchte, durch den Erdgas hindurchgeführt -wurde, welches bei Raumtemperatur mit Dieseltreibstoff dampf gesättigt war. Der Docht war von einem Rohr unigeben, der die Menge der Primär luft beschränkte, welche die Flamme auf natürlichem Wege erreichte. Zusätzliche Primärluft konnte über eine Druckluftzuführung, " einen Druckregler, einen Rotameter und ein Nadelventil zugeführt werden," um die Menge des Rußes in der Flamme einzustellen. Die Temperatur des das Brennerrohr verlassenden Gases konnte durch Veränderung des Gesamtflusses an Erdgas und Primärluft eingestellt werden. An der Oberseite des Brennerrohrs befand sich ein hohler Ring, der mit einer Reihe von kleinen Löchern ungefähr 60° zur Horizontalen durchbohrt war.
Sekundärluft wurde durch diese Löcher zugeführt. Das Rohr, welches die Sekundärluft zum Ring zuführte, ging durch drei kleine, auf 10000C gehaltene Öfen hindurch. Das System erlaubte es, die Temperatur der Sekundärluft zwischen Raumtemperatur und' ungefähr 5000C einzustellen. Über dem Ring lag ein 50 mm-Quickfit-Flansch, der die Papierscheibe hielt. Ein mit Glasfasern geschütztes Thermoelement wurde gegen die Vorderoberfläche des Papiers gehalten, um die Reaktionsteiaperatur zu ermitteln. Die Rückseite des Flansches war über eine Kühlschlange und eine Eisfalle mit einer Rotationspumpe verbunden, die eine Verdrängung von 28 l/min schaffte. Mit einem anderen Thermoelement wurde die Rückseitentemperatur des Papiers gemessen. Eine Differentialdruckzelle mit einem elektrischen Ausgang ermittelte den Druckabfall an der Papierscheibe. Der Ausgang aus der Pumpe war mit einem Gasometer verbunden, so daß der Fluß gemessen werden konnte.
- 22 -
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. 235334g
Papier wurde Im Flansch festgeklammert und die Ränder vnrden abgedichtet, um ein Vorheifließen bei hQhen Druckabfällen zu verhindern. Unter Verwendung der Sekundärluft wurde die Temperatur in zweckmäßigen Stufen angehoben, um die Veränderung des Druckabfalls mit der Temperatur zu ermitteln,, wobei kein Ruß auf dem Papier gebildet wurde. Die Sekundärluft wurde dann abgeschaltet % die Flamme wurde angezündet, und das Papier verrußte. Die Pumpe zog die Verbrennungsprodukte durch das Papier, und der Anstieg im Druckabfall wurde durch die Differentialdruckzelle verfolgte "■■-·- ;: ■".■■-.....■ ■ ,
Nachdem der gewünschte Druckabfall erreicht war, wurde die Flamme gelöscht. Die Sekundärluft wurde angeschaltet, und die Papiertemperatur wurde durch entsprechende Einstellung der Temperatur der Luft auf-denjenigen Wert eingestellt, bei dem das Abbrennen von Ruß studiert werden konnte. Die Temperatur wurde so dicht wie möglich am gewünschten Wert gehalten, und die Geschwindigkeit der Druckabnahme mit der Zeit wurde gemessen.
Im Elektronenmikroskop wurde gesehen, daß die Rußteilchen, welche das Papier erreichten, einen Durchmesser in der Gegend von 400 S-hatte.' Der Ruß enthielt 98 Gew.-% Kohlenstoff. . '·
Es wurden die folgenden Resultate erhalten."
Druckabfall ohne Ruß am Papier ' . P (cm H2O) Temperatur (0C)
12,5 100
14,5 175
16,5 250 :
18,5 325 .
20,5 400
22,5 ..-.-. 475
Strömung 28,8 l/min bei Raumtemperatur und Raumdruck
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Papierscheibendaten
Gewicht 2,545 g
Dicke 0,1-4 cm
. effektive Fläche 19,64 cm2
effektives Volumen 2,75 cm Dichte 0,32 g/cm^
Nachdem die Druckabfalldaten ohne Ruß ermittelt worden waren, wurde das Papier bei 375°C verrußt, bis der Druckabfall 38,5 cm HpO bei 50°C betrug. Dann wurde die Sekundärluft angeschaltet, und die Flamme wurde ausgelöscht. Die Temperatur des Stroms wurde auf 450 C eingestellt. Der Druckabfall war dann 73 cm HpO. Nach 15 min war der Druckabfall auf 38 cm ^O gefallen, und die Temperatur betrug 4450C. Beim Abkühlen des Kissens auf 500C fiel der Druckabfall auf 22 cm H2O. Somit war in 15 min eine Rußmenge zwischen 445 und 4500C abgebrannt, die ausreichte, den Druckabfall am Papier von 22 cm H2O auf 38,5 cm H2O zu bringen.
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Claims (31)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Entfernung von brennbaren teilchenförmigen Stoffen aus den Abgasen von Verbrennungsmotoren, - dadurch gekennzeichnet* daß die Gase durch ein Filter gefiltert werden, das Fasern aus einem polykristallinen, feuerfesten Material enthält, wobei die Temperatur der Gase ausreichend hoch ist, eine Verbrennung ■ zumindest eines'Teils der heräüsfirtrierten teilchenförmigen Stoffe' zu verursachen.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase eine Temperatur von mindestens 400öC aufweisen, -. ; ' . "·."■■■■
3. Verfahren nach Anspruch 1 öder 2> dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatür mindestens 5ÖÖÖC beträgt.
4i Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet^ daß das Filter einen Katalysator enthält, um die Temperatur herabzusetzen, bei der die teilchenförmigen Stoffe verbrannt weirderi.
5. Verfahren nach Anspruch U1 dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator äug Silber* Kupfei* öder Vanadium in elementarer Form oder in Oxidform besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Filter einen Katalysator für die Entfernung von gasförmigen Komponenten in den Ab-
. gasen enthält. . .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus einem Metall der Platingruppe besteht . '
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die. Fasern ein oder mehrere polykristalline feuerfeste Metalloxide enthalten.
. /' .- 25 - . ' 409820/0751 '
235334Θ
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid bei 9000C stabil ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeich- - net, daß das Metalloxid aus Aluminiumoxid oder Zirkonoxid besteht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern dadurch hergestellt werden, daß man eine Zusammensetzung mit einer Visko-
■ sität von mehr als 1 Poise in Fasern verarbeitet, wobei die Zusammensetzung aus einer wässrigen Lösung einer Metallverbindung1 besteht, die aus Oxychloride^ basischen Acetaten, basischen Formiaten und Nitraten von Aluminium und/oder Zirkon ausgewählt ist, und wobei die wässrige Lösung eine kleinere Menge eines wasserlöslichen organischen Polymers enthält, daß man die hergestellten Fasern trocknet und die getrockneten Fasern dann erhitzt, um das Polymer zu zersetzen und um die Metallverbindung in ein Metalloxid überzuführen .
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Polymer aus Polyvinylalkohol, Polyäthylenoxid, Polyvinylpyrrolidon oder einem Polysiloxan besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserherstellung dadurch ausgeführt wird, daß man die in Fasern zu verarbeitende Zusammensetzung durch, ein oder mehrere Löcher in mindestens einen Gasstrom extrudiert, der eine Komponente hoher Geschwindigkeit in Laufrichtung der extrudierten Zusammensetzung aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom eine relative Feuchte von mehr als 80 % aufweist.
- 26 - ,
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15· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen mittlereren. Durchmesser, von weniger als 20 μ aufweisen.
16.- Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, ■ daß die Fasern einen mittleren Durchmesser von 0,5 bis 5 ρ aufweisen.
17· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, -daß das polykristalline feuerfeste Material der Faser eine Kristallitgröße von weniger als 1/5 des Durchmessers der Faser aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kri-stallitgröße geringer ist als ,1/100 des Durchmessers der Faser.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden'Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallitgröße des
. ο polykristallinen Materials der Fasern 50 bis 500 A
beträgt.
20. Verfahrennach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern im Filter eine Packungsdichte von 0,02 bis 0,4' g/cm aufweisen.
21. Vorrichtung zur Entfernung, von brennbaren teilchenförmigen Stoffen aus den Abgasen von Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist: ein Filterelement aus Fasern eines polykristallinen feuerfesten Materials, eine Einrichtung zum Führen der Abgase zum Element und eine Einrichtung .zur Befestigung des Elements ausreichend nahe an einem Verbrennungsmotor, damit die Temperatur der Abgase ausreicht, eine Verbrennung der auf dem Filterelement zurückgehaltenen teilchenförmigen Feststoffe zu bewirken.
22. Vorrichtung nach-Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement einen Katalysator enthält, mit'
- 27 409820/0751 -
2*
welchem die Temperatur verringert wird, bei der die teilchenförmigen Stoffe verbrannt werden.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, .daß der Katalysator aus Silber, Kupfer oder Vanadium in elementarer oder in Oxidform besteht.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter einen Katalysator für die Entfernung von gasförmigen Komponenten in den Abgasen enthält.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus einem Platingruppenmetall be-■ steht.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern polykristallines Zirkonoxid und/oder Aluminiumoxid enthalten.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen mittleren Durchmesser von weniger als 20 μ aufweisen.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27? dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen mittleren Durchmesser von 0,5 bis 5 u aufweisen.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline feuerfeste Material der Fasern eine Kristallitgröße von weniger als 1/5 des Durchmessers der Faser aufweist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern im Filterelement eine Packungsdichte von 0,02 bis 0,4 g/cm^ aufweisen.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern am Eintritt der Gase zum Filterelement eine niedrige Packungsdichte
4098 2070 7 51"
aufweisen und daß die"packungsdiohte allmählich stromabwärts desGasfiusses it
- ,29. -
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