DE2622319C2 - - Google Patents
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator für
die Entgiftung von Motorabgasen, insbesondere von Diesel-
und Benzinmotoren, sowie von Motoren für Gaskraftstoff
mit einem Kobaltgehalt von 4 bis 8 Gew.-% und einem Kupfergehalt
von 2 bis 4 Gew.-% in einem Verhältnis von 2 : 1,
erhalten durch Auftragen von Kobalt und Kupfer in Form
von löslichen Salzen auf einen Aluminiumoxidträger und
Erhitzen auf hohe Temperaturen.
Bekannt ist ein Katalysator für die Entgiftung von Motorgasen,
der Kobalt und Kupfer enthält (US-PS 38 42 158),
wobei Kobalt und Kupfer in Form von Oxiden (CuO und
Co₂O₃) vorliegen und in einem Verhältnis von 2 : 1 vorhanden sind.
Dieser bekannte Katalysator entfaltet seine Wirkung vor
allem in bezug auf die Stickstoffoxide, während das Kohlenmonoxid
und die Kohlenwasserstoffe durch Konversion mit Wasser
entgiftet werden. Ein Nachteil des bekannten Katalysators
besteht darin, daß die Stufe der Entgiftung des
Kobalts bei 556°C nur 45 bis 55% beträgt. Ein weiterer
Nachteil ist darin zu sehen, wie das der Fall ist bei
allen Katalysatoren auf der Basis von einfachen, einzelnen
Oxiden von Kobalt und Kupfer (CuO, Co₂O₃, Co₃O₄), daß sie
leicht von Kontaktgiften wie Wasser, Schwefeldioxid, Bleiverbindungen,
die alle in den Verbrennungsmotorabgasen enthalten
sind, desaktiviert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines in bezug auf die vollständige Oxydation von Kohlenmonoxid
und Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff hochaktiven Katalysators.
Die Aktivität soll auch in Anwesenheit von
schwachen oder starken katalytischen Giften erhalten bleiben.
Diese Aufgabe wird wie aus dem vorstehenden Anspruch ersichtlich
gelöst.
Der erfindungsgemäße Katalysator weist folgende Vorteile
auf:
Der Grad der Neutralisierung von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen
ist wesentlich höher als der des bekannten, und
zwar bereits bei 300°C, d. h. er besitzt eine um das Doppelte
höhere Aktivität bei um 200°C niedrigerer Temperatur.
Ein anderer besonders wichtiger Vorteil besteht darin, daß
diese hohe Aktivität bei der Oxydation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen
mit Sauerstoff auch beim Vorhandensein
von starken katalytischen Giften wie Schwefeldioxid und
Bleiverbindungen erhalten bleibt, wie das aus dem Beispiel
ersichtlich ist.
Auf den Träger aus γ-Aluminiumoxid werden also 4 bis 8
Gew.-% Kobalt und 2 bis 4 Gew.-% Kupfer in einem Verhältnis
von 2 : 1 aufgetragen. Das Kobalt und Kupfer werden in
der Form von löslichen Salzen aufgetragen, die bis zu den Oxiden
Co₃O₄ und CuO zersetzt werden, wobei 85% von
ihnen Spinell (CuCo₂O₄) bilden.
Der Katalysator wird hergestellt, indem der Träger - γ-Aluminiumoxid
- in Form von extrudierten kleinen Zylindern
mit einer Länge von 5 bis 10 mm und einem Durchmesser von
3 bis 5 mm oder Kugeln mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm
mit einer Lösung von Kobalt- und Kupfersalzen übergossen
wird. Das Verhältnis zwischen der Lösung und der Menge an
trockenem Träger beträgt 5 : 1. Die Lösung der Kobalt- und
Kupfersalze ist eine Nitratlösung. Die Mischung wird bis
zum Kochen erwärmt und 1,5 Stunden gekocht. Sie wird dann
filtriert und bei 105°C getrocknet. Der trockene Katalysator
wird drei Stunden in der Luft bei 550°C erwärmt.
Die Aktivität des Katalysators wird in einer
Anlage im Temperaturbereich von 150 bis 600°C bei einer
Volumengeschwindigkeit von 36 000 Std-1 mit vier Modellgasmischungen
geprüft. Die Zusammensetzung der Modellgasmischungen
ist folgende:
- 1 Stickstoff 78 bis 82%, Sauerstoff 14 bis 17%, Kohlenoxid 4% und Propan-Butan 0,5%;
- 2 Stickstoff 66 bis 70%, Sauerstoff 14 bis 17%, Kohlenoxid 4%, Propan-Butan 0,5% und Wasserdämpfe 12%;
- 3 Stickstoff 61%, Sauerstoff 13%, Kohlenmonoxid 3%, Propan-Butan 0,4%, Wasserdämpfe 12% und Kohlendioxid 9%;
- 4 Stickstoff 58 bis 61%, Sauerstoff 15 bis 16%, Kohlenoxid 4%, Propan-Butan 0,5%, Wasserdämpfe 12% und Schwefeldioxid 0,03 bis 0,1%.
Der Katalysator weist eine gute katalytische Aktivität in
bezug auf die völlige Oxydation des Kohlenmonoxids und des
Propan-Butans auf, sowohl bei der Gasmischung 1
als auch bei den übrigen drei Modellgasmischungen, welche
Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid
und Wasserdämpfe als typische Kontaktgifte enthalten.
In der folgenden Tabelle ist der Grad der völligen Oxydation
(in %) für drei Temperaturen angegeben:
Der Katalysator wurde mit den Abgasen von zwei Dieselmotortypen
geprüft,
die auf zwei Standardmotorchassis montiert waren. Die Prüfung
dauerte 240 und 60 Stunden bei normalem Betrieb
der Motoren. Die Abgase wurden analysiert auf CO-
Gehalt: bei dem ersten Motor beim Leerlauf und beim zweiten
beim Leerlauf und bei maximalen Umdrehungen. Beim Leerlauf
beträgt die CO-Konzentration vor dem Katalysator 0,83
bis 0,25% und hinter ihm 0,14%. Bei maximalen Umdrehungen
sind die gemessenen Werte entsprechend: vor dem Katalysator
0,28% und hinter ihm 0,10% CO.
Die Prüfung des Katalysators erfolgte auch mit einem Benzinmotor
auf einem Prüfstand, wobei der Motor mit normalem Benzin mit
einem Bleigehalt von 0,44 g/l betrieben wurde. Obgleich die Bleiverbindungen
ein starkes katalytisches Gift sind, weist der
Katalysator eine zufriedenstellende Wirkung für die Dauer
von 120 Stunden auf. Beim Leerlauf betrug der CO-Gehalt vor
dem Reaktor-Nachbrenner mit Katalysator von 4,5 bis 7,9%,
und hinter ihm von 1,8 bis 4,9%. Der Kohlenstoffgehalt
(in ppm) liegt im Bereich vor dem Katalysator bei 2740 bis
10 040 und hinter ihm bei 1180 bis 6300.
Claims (1)
- Katalysator für die Entgiftung von Motorabgasen, insbesondere von Diesel- und Benzinmotoren, sowie von Motoren für Gaskraftstoff mit einem Kobaltgehalt von 4 bis 8 Gew.-% und einem Kupfergehalt von 2 bis 4 Gew.-% in einem Verhältnis von 2 : 1, erhalten durch Auftragen von Kobalt und Kupfer in Form von löslichen Salzen auf einen Aluminiumoxidträger und Erhitzen auf hohe Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus γ-Aluminiumoxid besteht, und daß die auf den Träger aufgetragenen löslichen Kobalt- und Kupfersalze bis zu den Oxiden Co₃O₄ und CuO an der Luft zersetzt werden, wobei 85% des Kobalts und des Kupfers in Form von Spinell vorliegen.
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