DE2811788A1 - Catalysts contg. rhodium and platinum - for use in gases contg. oxygen and sulphur di:oxide, esp. for exhaust gas purificn. - Google Patents
Catalysts contg. rhodium and platinum - for use in gases contg. oxygen and sulphur di:oxide, esp. for exhaust gas purificn.Info
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Abstract
Description
Katalysator für die Verwendung in einem Sauerstoff und Schwefel-Catalyst for use in an oxygen and sulfur
dioxid enthaltenden Gasstrom.gas stream containing dioxide.
Die Erfindung betrifft die Überwachung von Komponenten, insbesondere unerwünschten Komponenten, in Gasströmen. Ganz speziell betrifft die Erfindung die Überwachung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, Explosionsmotoren oder sogenannten Innenverbrennungsmotoren.The invention relates to the monitoring of components, in particular unwanted components, in gas streams. More specifically, the invention relates to Monitoring of exhaust gases from internal combustion engines, explosion engines or so-called Internal combustion engines.
Unter "Verbrennungskraftmaschinen, Explosionsmotoren und Innenverbrennungsmotoren" sind hier Motoren oder Kraftmaschinen zu verstehen, in denen Energie durch Verbrennung von Brennstoffen oder Kraftstoffen erzeugt wird, wobei die Verbrennung durch einen Funken oder in anderer Weise eingeleitet wird.Under "internal combustion engines, explosion engines and internal combustion engines" are to be understood here as motors or prime movers in which energy is generated through combustion of fuels or fuels is produced, the combustion by a Spark or otherwise initiated.
Unter einer "Überwachung oder Kontrolle der Abgase" oder einer "Abgaskontrolle" in Verbindung mit Verbrennungskraftmaschinen, Explosionsmotoren, Innenverbrennungsmotoren und dergleichen ist die Überwachung oder Kontrolle und in der Praxis mindestens eine Verminderung der Mengen an schädlichen und anderen unerwünschten Komponenten zu verstehen, die in den Abgasen vorkommen, die von den Verbrennungskraftmaschinen, Explosionsmotoren und lnnenverbrennungsmotoren ausgestoßen werden, und zwar als Folge einer vollständigen oder teilweisen Verbrennung von Brennstoffen in den Kraftmaschinen oder Motoren.Under a "monitoring or control of the exhaust gases" or an "exhaust gas control" in connection with internal combustion engines, explosion engines, internal combustion engines and the like is monitoring or control and in practice at least a reduction in the levels of harmful and other undesirable components to understand that occur in the exhaust gases produced by internal combustion engines, Explosion engines and internal combustion engines are ejected as Result of complete or partial combustion of fuels in the engine or motors.
Bis heute haben die auf dem Gebiet der Abgasüberwachung tätigen Fachleute im allgemeinen ihre Aufmerksamkeit primär auf die Überwachung des Gehaltes der Abgase an Stickstoffoxiden, Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid gerichtet, die in mehr oder größeren Mengen in den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen und dergleichen, insbesondere mit Öl angetriebenen Kraftmaschinen und Diese Motoren vorkommen.To this day, the experts working in the field of exhaust gas monitoring have in general, their primary focus is on monitoring the exhaust gas content directed to nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide, which in more or larger amounts in the exhaust gases of internal combustion engines and the like, in particular oil-powered engines and these engines occur.
Es ist allgemein bekannt, im Rahmen derartiger Überwachungs oder Kontrollverfahren die Oxide des Stickstoffs (oftmals als NOx bezeichnet) auf katalytischem Wege zu Stickstoff zu reduzieren (wobei gleichzeitig die Oxidationsprodukte eines Reduktionsmittels anfallen, d.h. eines reduzierenden Gases, das zur Reduktion verwendet wurde) und die Kohlenwasserstoffe katalytisch zu Wasser und Kohlendioxid und das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid zu oxidieren) und zwar mittels eines Oxidationsmittels, wie beispielsweise Sauerstoff oder Luft).It is well known in the context of such monitoring or control procedures the oxides of nitrogen (often referred to as NOx) by catalytic means Reduce nitrogen (where at the same time the oxidation products a reducing agent, i.e. a reducing gas used for reduction was used) and the hydrocarbons catalytically to water and carbon dioxide and to oxidize the carbon monoxide to carbon dioxide) by means of an oxidizing agent, such as oxygen or air).
Diese katalytische Reduktion und Oxidation erfolgt dabei im allgemeinen mittels Katalysatoreinheiten mit einem oder mehreren Metallen der Platingruppe, die innerhalb des Abgassystemes der Kraftmaschine angeordnet sind. Gelegentlich werden zwei derartige Einheiten in Form eines Tandems angeordnet, um die erwünschte Reduktion und Oxidation nacheinander zu bewirken. Gelegentlich wird auch eine einzige Einheit mit einem Katalysator verwendet, der die Reduktion von NO bewirkt oder die Oxidation von Kohlenwasserx stoffen und Kohlenmonoxid oder beides, je nach den Bedingungen innerhalb der Katalysatoreinheit. Ein Katalysator dieses letzteren Typs wird gelegentlich auch als sogenannter"Drei-Wege-Katalysator" (im Englischen t'TWC") bezeichnet.This catalytic reduction and oxidation generally takes place by means of catalyst units with one or more metals of the platinum group, which are arranged within the exhaust system of the engine. Occasionally two such units are arranged in tandem around the desired To effect reduction and oxidation sequentially. Occasionally there will be a single Unit used with a catalyst that causes the reduction of NO or the Oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide or both, depending on the conditions inside the catalyst unit. A catalyst of this latter type is occasionally used also referred to as a so-called "three-way catalyst" (in English t'TWC ").
In vorteilhafter Weise weist eine Katalysatoreinheit eine Schicht von einem oder mehreren Metallen der Platingruppe auf, die auf einer Schicht eines Materials niedergeschlagen sind (im allgemeinen einer Schicht eines hitzebeständigen oder feuerfesten Oxides, wie beispielsweise Aluminiumoxid), wobei die Schicht eine ausgedehnte Oberfläche aufweist und die wiederum auf einem Träger niedergeschlagen ist, der beispielsweise aus einem keramischen Material oder Metall bestehen kann. Ein solcher Träger kann in vorteilhafter Weise eine zylindrische Form haben, wodurch seine Anordnung innerhalb eines Gehäuses im Abgassystem eines Verkehrsmittels, beispielsweise eines Kraftwagens, erleichtert wird, wobei der Träger eine Vielzahl von Kanälen aufweist, die sich längs durch den Körper des Trägers parallel zu seiner Symmetrieachse erstrecken, so daß das Gas an einem Ende des Trägers eintritt und den Träger am anderen Ende wieder verläßt. Von einem Ende her betrachtet geben die Wände der Kanäle einem solchen Träger ein bienenwabenartiges Aussehen, weshalb man einen derartigen Träger oder Körper in der Fachwelt auch als sogenannten Bienenwabenträger ("honeycomb support") bezeichnet.A catalyst unit advantageously has one layer of one or more platinum group metals on a layer of a Material are deposited (generally a layer of a heat-resistant or refractory oxide, such as aluminum oxide), the layer being a has extensive surface and which in turn is deposited on a carrier is, which can for example consist of a ceramic material or metal. Such a carrier can advantageously have a cylindrical shape, whereby its arrangement within a housing in the exhaust system of a means of transport, for example a motor vehicle, wherein the carrier has a plurality of channels which extends longitudinally through the body of the wearer parallel to its axis of symmetry extend so that the gas enters at one end of the carrier and the carrier at the leaves the other end again. When viewed from one end, the walls of the canals give such a carrier a honeycomb-like appearance, which is why one such Carrier or body in the Experts also as a so-called honeycomb carrier ("honeycomb support").
Die Wände der Kanäle sind dabei im allgemeinen mit einem hitzebeständigen oder feuerfesten Oxid oder einem Vorläufer hiervon beschichtet, beispielsweise durch ein sogenanntes "Waschbeschichtungsverfahren", bei dem beispielsweise der bienenwabenartige Schichtträger in eine wäßrige Suspension des Oxides oder der Oxidvorläuferverbindung getaucht wird, worauf nach Entfernung von überflüssiger Flüssigkeit der wabenförmige Träger einer Erhitzung oder Befeuerung ausgesetzt wird, um die Oxidschicht mit dem Träger zu verbinden oder um den Vorläufer in das Oxid zu überführen, das daraufhin mit dem Träger verbunden wird. Der Träger braucht dabei nicht in eine wäßrige Suspension des Oxides oder des Vorläufers eingetaucht zu werden. Auch kann eine derartige Suspension beispielsweise auch aufgesprüht werden. Eine in der beschriebenen Weise erzeugte Oxidschicht wird oftmals auch als sogenannte "Waschschicht" bezeichnet und ein bienenwabenartiger Träger mit einer Oxidschicht, die mindestens die inneren Oberflächen der Kanäle bedeckt, wird als ein sogenannter "waschbeschichteter Bienenwabenträger" bezeichnet.The walls of the channels are generally covered with a heat-resistant one or refractory oxide or a precursor thereof coated, for example by a so-called "wash coating process" in which, for example, the honeycomb-like Layer support in an aqueous suspension of the oxide or the oxide precursor compound is immersed, whereupon after removal of superfluous liquid the honeycomb-shaped The support is subjected to heating or firing in order to form the oxide layer with the To connect carrier or to convert the precursor into the oxide, which then is connected to the carrier. The carrier does not need to be in an aqueous suspension of the oxide or the precursor to be immersed. Such a suspension can also for example also be sprayed on. One generated in the manner described Oxide layer is often referred to as a so-called "wash layer" and is honeycomb-like Carrier with an oxide layer covering at least the inner surfaces of the channels covered, is referred to as a so-called "wash-coated honeycomb carrier".
Es wurde gefunden, daß die Abgase von Verbrennungskraftmaschinen, Explosionsmotoren und dergleichen und insbesondere von flüssige Kraftbrennstoffe verarbeitenden Maschinen außer den bereits erwähnten Komponenten auch Schwefeltrioxid (im allgemeinen in Form eines Schwefelsäureaerosols, mindestens im unteren Ende des Abgassystemes) enthalten können, wenn das Abgassystem eine Katalysatoreinheit für die Kontrolle oder Überwachung des hohlenwasserstoff- und Kohlernnonoxidgehaltes aufweist.It has been found that the exhaust gases from internal combustion engines, Explosion engines and the like and in particular of liquid fuels processing machines, in addition to the components already mentioned, also sulfur trioxide (generally in the form of a sulfuric acid aerosol, at least in the lower end of the exhaust system) if the exhaust system has a catalytic converter unit for the control or monitoring of the content of hydrocarbons and carbon dioxide having.
Dieses Schwefeltrioxid entsteht dabei durch die katalytische Oxidation von Schwefeldioxid, das wiederum vermutlich aus dem Schwefel gebildet wird, das im Brennstoff enthalten ist, und zwar als Folge der Verbrennung des Brennstoffes in der Maschine, obgleich das Schwefeldioxid selbst auch mindestens zum Teil auf katalytische Wege erzeugt werden kann.This sulfur trioxide is created by the catalytic oxidation of sulfur dioxide, which in turn is presumably formed from the sulfur that is contained in the fuel as a result of the combustion of the fuel in the machine, although the sulfur dioxide itself is at least partly up catalytic Paths can be generated.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen selektiven Oxidationskatalysator anzugeben, der beispielsweise die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Wasser und Kohlendioxid und die Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid leichter und schneller katalysiert als die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid.The object of the invention is to provide a selective oxidation catalyst indicate, for example, the oxidation of hydrocarbons to water and Carbon dioxide and the oxidation of carbon monoxide to carbon dioxide easier and faster catalyzes as the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich die gestellte Aufgabe mit einem Katalysator lösen läßt, der gekennzeichnet ist durch eine katalytisch aktive Phase aus einer Mischung oder Legierung aus Rhodium und Platin, in der Rhodium in einer Konzentration von Spuren bis zu 25 Gew.-t, bezogen auf das Gewicht der katalytisch aktiven Phase, vorliegt.The invention was based on the knowledge that the asked Task can be solved with a catalyst, which is characterized by a catalytic active phase of a mixture or alloy of rhodium and platinum, in the rhodium in a concentration of traces up to 25 wt. t, based on the weight of the catalytically active phase.
Nach ausgedehnten Untersuchungen wurde gefunden, daß, wird ein Gasstrom, der mindestens Schwefeldioxid und Sauerstoff enthält, über einen Oxidationskatalysator unter solchen es dem Katalysator ermöglichen, die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid zu fördern, der Anteil des Schwefeldioxides, das oxidiert wird, in dem Gasstrom vermindert wird, wenn eine oder mehrere der im folgenden aufgeführten Bedingungen erfüllt werden.After extensive investigations it has been found that, if a gas stream, containing at least sulfur dioxide and oxygen, via an oxidation catalyst among those allow the catalyst to oxidize sulfur dioxide To promote sulfur trioxide, the proportion of sulfur dioxide that is oxidized, in the gas stream is decreased when one or more of the following Conditions are met.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich in besonders vorteilhafter Weise die relativen Mengen an Schwefeltrioxid oder Schwefelsäure oder beiden, die durch die Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine oder eines Explosionsmotors oder eines Innenverbrennungsmotors ausgestoßen werden, sofern sich in dem Abgassystem ein Katalysator mit einem Metal#der Platingruppe befindet, beträchtlich vermindern lassen, wenn: 1.) die katalytisch aktive Phase des Katalysators aus einer blischung oder Legierung von Rhodium und Platin besteht, wobei der Anteil des Rhodiums im Falle eines Katalysators des Abgassystemes einer Verbrennungskraftmaschine oder eines Expiosionsmotors oder eines Innenverbrennungsmotors vorzugsweise so hoch ist, daß eine ausreichende oder zufriedenstellende Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxides erfolgt und die Gesamtmetallbeladung des Katalysators vorzugsweise nicht größer als 25 g pro 0,02832 m3 des Katalysators ist; 2.) das Material der Waschbeschichtung (oder des Vorläufers hiervon) das das Katalysatormetall trägt, auf dem Endträger aus einer alkalischen Suspension aufgetragen wird, bevor eine Befeuerung erfolgt; vorzugsweise wird dabei als Träger ein keramischer Träger mit Bienenwabenstruktur, wie vorerwähnt, verwendet; vorzugsweise liegt des weiteren der pH-Wert der Suspension des Waschbeschichtungsmaterials oder des Vorläufers bei über 8; 3.) ein Träger mit einen Bienenwabenstruktur verwendet wird, wobei die Anzahl der Kanäle pro Flächeneinheit an der Endseite in vorteilhafter Weise so gering ist, wie es eine effektive Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Oxidation erlaubt; 4.) die Katalysatoreinheit bei einer Temperatur verwendet wird, die so hoch wie möglich ist; im Falle eines Katalysators eines Abgassystemes einer Verbrennungskraftmaschine und dergleichen beispielsweise wird dies ermöglicht, indem der Katalysator so dicht oder nahe wie möglich an den Auspuffstutzen oder Auspuffkrümmer oder Auspuffsammler angeordnet wird; alternativ kann der Katalysator jedoch auch bei einer so gering wie möglichen Temperatur verwendet werden; in diesem Falle wird der Katalysator im Falle einer Verbrennungskraftmaschine und dergleichen bei einer Temperatur verwendet, die so niedrig ist, wie es eine effektive Überwachung des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in dem Abgassystem ermöglicht, wobei in diesem letzteren Falle die Katalysatoreinheit in vorteilhafter Weise am Ende der Abgasleitung oder näher zum Ende der Abgasleitung untergebracht wird; ~5.) der Anteil an Sauerstoff in dem Gasstrom mindestens kurz bevor dieser über den Katalysator geführt wird, so gering wie möglich ist; im Falle der Verwendung eines Katalysators im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine und dergleichen soll der Sauerstoffgehalt nach Möglichkeit so gering sein, wie es eine effektive Überwachung oder Steuerung des Gehaltes an Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid in dem Abgasstrom ermöglicht; 6.) zwei oder mehrere Katalysatoreinheiten parallel im Gasstrom angeordnet werden, wobei Maßnahmen getroffen werden, um zu verhindern, daß der Gasstrom durch eine oder mehrere der Einheiten gelangen kann; im Falle einer Katalysatoreinheit im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges können dabei in vorteilhafter Weise solche Maßnahmen getroffen werden, daß der Fahrer den Abgasstrom von einer Einheit in die andere Einheit umleiten kann; alternativ ist es auch möglich, solche Maßnahmen zu treffen, daß eine automatische Umschaltung als Folge von bestimmten Veränderungen in einem oder mehreren gemessenen Parametern des Abgassystemes erfolgt; vorzugsweise befinden sich die beiden Einheiten in einem schlechten thermischen Kontakt miteinander, so daß der Gasstrom von einer ersten Katalysatoreinheit in eine andere Katalysatoreinheit geleitet werden kann, so daß die erste Katalysatoreinheit sich abkühlen kann, bevor sie von neuem beschickt wird; dies ist insbeson-<. dere dann vorteilhaft, wenn die katalytisch aktive Phase aus einer Rhodium-Platin-Legierung besteht, und zwar aus Gründen, die später noch näher erläutert werden.The invention was based on the knowledge that in particularly advantageous Way the relative amounts of sulfur trioxide or sulfuric acid or both that through the exhaust pipe of an internal combustion engine or an explosion engine or an internal combustion engine, if in the exhaust system a platinum group metal catalyst is significantly reduced leave if: 1.) the catalytically active phase of the catalyst from a mixture or alloy of rhodium and platinum, the proportion of rhodium in the Case of a catalytic converter of the exhaust system of an internal combustion engine or an explosion engine or an internal combustion engine is preferably so high, that sufficient or satisfactory oxidation of the hydrocarbons and of carbon monoxide takes place and the Total metal loading of the catalyst is preferably no greater than 25 grams per 0.02832 m3 of the catalyst; 2.) that Washcoat material (or precursor thereof) that is the catalyst metal carries, is applied to the final support from an alkaline suspension before there is a fire; A ceramic carrier is preferably used as the carrier used with honeycomb structure as mentioned above; preferably lies further the pH of the suspension of the wash coating material or the precursor over 8; 3.) a carrier with a honeycomb structure is used, with the number the channels per unit area on the end side is advantageously so small that how it allows effective hydrocarbon and carbon monoxide oxidation; 4.) the catalyst unit is used at a temperature as high as possible is; in the case of a catalytic converter of an exhaust system of an internal combustion engine and the like, for example, this is made possible by making the catalyst so tight or as close as possible to the exhaust stub or exhaust manifold or exhaust manifold is arranged; alternatively, however, the catalyst can also be as low as this how possible temperature to be used; in this case the catalyst becomes used in the case of an internal combustion engine and the like at a temperature which is as low as there is an effective monitoring of the hydrocarbon content and carbon monoxide in the exhaust system, in the latter case the catalyst unit advantageously at the end of the exhaust pipe or closer is housed at the end of the exhaust pipe; ~ 5.) The percentage of oxygen in the Gas flow at least shortly before it is passed over the catalyst, so low as is possible; in the case of using a catalytic converter in the exhaust system one Internal combustion engine and the like should, if possible, the oxygen content be as low as there is effective monitoring or control of the content Allows hydrocarbon and carbon monoxide in the exhaust gas stream; 6.) two or several catalyst units are arranged in parallel in the gas stream, with measures be taken to prevent the gas flow through one or more of the Units can get; in the case of a catalytic converter unit in the exhaust system of a Motor vehicle such measures can be taken in an advantageous manner, that the driver can divert the flow of exhaust gas from one unit to the other unit; alternatively, it is also possible to take such measures that an automatic Switching as a result of certain changes in one or more measured Parameters of the exhaust system takes place; the two units are preferably located in poor thermal contact with each other, so that the gas flow from one first catalyst unit can be passed into another catalyst unit, so that the first catalyst unit can cool down before it is reloaded will; this is especially- <. which is advantageous if the catalytically active Phase consists of a rhodium-platinum alloy, for reasons that will be explained later will be explained in more detail.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist somit eine Katalysatoreinheit für die Verwendung in einem Gasstrom mit einem Gehalt an Sauerstoff und Schwefeldioxid (und insbesondere eine Einheit im Abgas-Strom einer Verbrennungskraftmaschine und dergleichen für die Steuerung und Kontrolle des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid sowie gegebenenfalls Oxiden des Stickstoffs, die im Abgasstrom vorhanden sein können) eine oder mehrere der aufgeführten Merkmale 1, 2, 3 oder 6 auf und/oder wird in Übereinstimmung mit den Merkmalen 4 oder 5 oder beiden betrieben, um den Ausstoß von Schwefeltrioxid und/oder Schwefelsäure aus dem Abgassystem der Kraftmaschine oder des Motors zu vermindern.According to an advantageous embodiment of the invention thus has a catalyst unit for use in a gas stream containing Oxygen and sulfur dioxide (and especially a unit in the exhaust gas stream of a Internal combustion engine and the like for controlling and checking the content of hydrocarbons and carbon monoxide and, if applicable, oxides of nitrogen, which may be present in the exhaust gas flow) one or more of the listed features 1, 2, 3 or 6 on and / or is in accordance with the features 4 or 5 or both operated to avoid the emission of sulfur trioxide and / or sulfuric acid the exhaust system of the engine or the engine.
Wie bereits dargelegt, läßt sich Schwefeldioxid, das in den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen und dergleichen vorkommt, und durchMerbrennung von Schwefel entsteht, der in praktisch allen handelsüblichen Brennstoffen, beispielsweise flüssigen Brennstoffen, vorkommt, in Gegenwart von überschüssigem Sauerstoff und eines Katalysators, der zur Oxidation der vorhandenen Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxides bestimmt ist, in Schwefeltrioxid überführen. I)ie Oxidation verläuft dabei nach der folgenden reversiblen Reaktionsgleichung: wobei durch eine nachfolgende Reaktion des S03 mit Wassertröpfchen ein Aerosol von Schwefelsäure gebildet wird, das aus der Abgasleitung ausgestoßen wird.As already stated, sulfur dioxide, which occurs in the exhaust gases of internal combustion engines and the like, and which is formed by the combustion of sulfur, which is found in practically all commercially available fuels, for example liquid fuels, can be in the presence of excess oxygen and a catalyst that is used to oxidize the existing hydrocarbons and carbon monoxide is intended to be converted into sulfur trioxide. I) The oxidation proceeds according to the following reversible reaction equation: a subsequent reaction of the SO3 with water droplets forms an aerosol of sulfuric acid, which is ejected from the exhaust pipe.
Der Einfachheit halber wird im folgenden eine Emission oder ein Ausstoß von Schwefelsäure mit oder ohne Schwefeltrioxid oder von Schwefeltrioxid allein als ~Sulfatemission" bezeichnet.For the sake of simplicity, an emission or a discharge will hereinafter be used of sulfuric acid with or without sulfur trioxide or of sulfur trioxide alone referred to as "sulfate emission".
Die Oxidationsgeschwindigkeit von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid hängt von der halben Kraft (0,5 power) des Sauerstoff-Partialdruckes ab und es folgt, daß die Begrenzung des Sauerstoff-Partialdruckes in dem Abgas dazu führt, daß die Sulfat-Emission begrenzt wird.The rate of oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide depends on half the force (0.5 power) of the oxygen partial pressure and it follows that the limitation of the oxygen partial pressure in the exhaust gas leads to the Sulfate emission is limited.
Die Werte der Gleichgewichtskonstanten K für die Gleichung 1 innerhalb des Tempersurbereiches der durch Emissions-Steuerkatalysatoren im Abgassystem von Kraftfahrzeugen erreicht wird, nämlich 350 bis 8000C, sind derart, daß die Gleichgewichtsumwandlungen von SO2 in SO, 100 % erreichen, bis die Katalysatortemperatur 5000C überschreitet.The values of the equilibrium constants K for Equation 1 within of the temperature range of the emission control catalytic converters in the exhaust system of Motor vehicles reached, namely 350 to 8000C, are such that the equilibrium conversions from SO2 to SO, reach 100% until the catalyst temperature exceeds 5000C.
ilieraus folgt, daß ein Kraftfahrzeug, das mit einem Katalysator ausgerüstet ist, der aktiv genug ist, um die Reaktion (1) zu katalysieren, und zwar bis zu einem Gleichgewicht unter den Bedingungen der Temperatur der Strömungsgeschwindigkeiten und bei den relativen Konzentrationen der Gase, die im Falle von Abgassystemen auftreten und unter Verwendung eines Brennstoffes mit 0,03 Gew.-% Schwefel bei 20 mpg eine Sulfatemission von über 150 mg/1,6094 km bewirken kann. Die sehr große Bedeutung der Aktivität des Katalysators in Beziehung zur Reaktion, die durch die Gleichung 1 dargestellt ist, zur Bestimmung von Sulfatemissionen ist somit einleuchtend.It follows that a motor vehicle equipped with a catalytic converter which is active enough to catalyze reaction (1), up to one Equilibrium under the conditions the temperature of the flow velocities and at the relative concentrations of gases found in the case of exhaust systems and using a fuel with 0.03 wt% sulfur at 20 mpg one Can cause sulfate emissions of over 150 mg / 1.6094 km. The very great importance the activity of the catalyst in relation to the reaction given by the equation 1 is shown, for the determination of sulfate emissions is therefore evident.
Es ist natürlich möglich, erzeugtes Schwefeltrioxid über dem Katalysator zu Schwefeldioxid zu reduzieren, und zwar in Gegenwart eines Reduktionsmittels, wobei für diese Reaktion bereits Wasserstoff, Propylen, Propan und Kohlenmonoxid als aktiv angegeben wurden. Das Vorhandensein derartiger Stoffe in den Abgasen würde demzufolge dazu führen, die Sulfatemission abzuschwächen, wobei zu erwähnen ist, dass Kohlenmonoxid weniger aktiv ist als die drei anderen aufgeführten Verbindungen.It is of course possible to have generated sulfur trioxide over the catalyst to reduce to sulfur dioxide in the presence of a reducing agent, where hydrogen, propylene, propane and carbon monoxide are already used for this reaction indicated as active. The presence of such substances in the exhaust gases would consequently lead to a weakening of the sulphate emission, whereby it should be mentioned that that carbon monoxide is less active than the other three compounds listed.
Das Phänomen der Sulfatemission wird kompliziert durch einen Sulfat-Speichereffekt, der vermutlich auf der Einwirkung von Schwefeltrioxid mit der Waschbeschichtung, beispielsweise einer Aluminiumoxidwaschbeschichtung der Katalysatoreinheit gemäß folgender Reaktionsgleichung beruht: Infolgedessen können die folgenden Reaktionen unter geeigneten Bedingungen im Falle von Emissions-Steuerkatalysatoren auftreten: und danach am Katalysator und/oder nachfolgend: Die Reaktion (1) verläuft exotherm und wird demzufolge bei hohen Temperaturen nach links verschoben. Die Reaktion (2), bei der es sich um die "Speicher"-Reaktion handelt, wird bei vergleichsweise geringer Temperatur begünstigt, während die umgekehrte Reaktion bei der Zerfallstemperatur von Al2(S04)3 auftritt, die bei 7700C liegt. Die Reaktion (2) braucht demzufolge keine streng reversible Reaktion zu sein, da dies die Existenz von Gleichgewichtsbedingungen bei einer gegebenen Temperatur voraussetzt. Die Reaktion ist jedoch im vorliegenden Falle als reversible Reaktion dargestellt.The phenomenon of sulfate emission is complicated by a sulfate storage effect, which is presumably based on the action of sulfur trioxide with the wash coating, for example an aluminum oxide wash coating of the catalyst unit according to the following reaction equation: As a result, the following reactions can occur in the case of emissions control catalysts under appropriate conditions: and then on the catalyst and / or subsequently: The reaction (1) is exothermic and is consequently shifted to the left at high temperatures. Reaction (2), which is the "storage" reaction, is favored at a comparatively low temperature, while the reverse reaction occurs at the decomposition temperature of Al2 (SO4) 3, which is 7700C. The reaction (2) therefore does not need to be a strictly reversible reaction, since this assumes the existence of equilibrium conditions at a given temperature. In the present case, however, the reaction is shown as a reversible reaction.
Die Sulfatemission ist eine komplexe Funktion von unter anderem der Aktivität des Katalysators für eine Schwefeldioxidoxidation und die Fähigkeit der Katalysatorwaschbeschichtung Sulfat zu speichern und freizusetzen.The sulfate emission is a complex function of, among other things, the Activity of the catalyst for sulfur dioxide oxidation and the ability of the Catalyst wash coating to store and release sulfate.
Die Aktivität eines Katalysators unterliegt im Verlaufe seiner Verwendung Veränderungen, beispielsweise bei Verwendung in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeuges. Diese Veränderungen beruhen auf Veränderungen in dem Dispersionsgrad der katalytisch aktiven metallischen Phase auf der Waschschicht, und zwar beispielsweise auf Grund einer Sinterung der metallischen Phase. Die Veränderungen können möglicherweise auch auf Veränderungen in der Oberflächenstruktur der katalytisch aktiven metallischen Phase beruhen.The activity of a catalyst is subject to its use Changes, for example when used in an exhaust system of a motor vehicle. These changes are due to changes in the degree of dispersion of the catalytic active metallic phase on the wash layer, for example due to sintering of the metallic phase. The changes may be also to changes in the surface structure of the catalytically active metallic Phase based.
Bei vergleichsweise geringen Temperaturen unter thermodynamisch günstigen Bedingungen für eine Sulfaterzeugung, sind die Bedingungen auch für eine Sulfatspeicherung günstig. Umgekehrt sind bei hohen Temperaturen, wenn auf Grund thermodynamischer Überlegungen geringe en Sulfatemissionen zu erwarten wären, die Bedingung/ ebenfalls günstig für die Freisetzung von gespeichertem Sulfat für die Waschschicht, so daß eine unerwartet hohe Sulfatemission auftreten kann.At comparatively low temperatures under thermodynamically favorable conditions Conditions for sulphate production are also conditions for sulphate storage cheap. Conversely are at high temperatures, if due to thermodynamic Considerations of low sulfate emissions would be expected, the condition / as well beneficial for the release of stored sulfate for the wash layer, so that an unexpectedly high sulfate emission can occur.
Um die Sache noch weiter zu komplizieren, ist die Sulfatemission alls der Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges ebenfalls eine Funktion der Geschichte oder Vorbehandlung des Katalysators. Ls wurde gefunden, daß, wird ein Katalysator in dem Abgassystem eines Kraftfahrzeuges verwendet, der ein Metall der Platingruppe enthält oder eine Metall-Legierung aus der Platingruppe auf einer Alumijiiumoxid-i't'asci#sciiiciit, die auf einem keramischen Wabenmuster-Scllichtträger aufgetragen wurde und wird der Katalysator zunächst den asen eines Motors bei einer Betriebsdauer von 804,67 km hei einer ständigen Geschwindigkeit von etwa 80,467 km pro Stunde ausgesetzt und wird der Katalysator dann auf Normaltemperatur abkühlen gelassen und schließlich von neuem der Einwirkung von Ahgasen eines Motors für weitere etwa 804 km bei einer Geschwindigkeit von etwa 80 km pro Stunde ausgesetzt, so ist die Sulfatemission aus der Abgasleitung zu Beginn der zweiten 804 km geringer und in manchen Fällen viel geringer als die Sulfatemission aus der Abgasleitung am Ende der ersten 804 km. ~jtit anderen Worten: die Geschwindigkeit, mit der Schwefeldioxid katalytisch zu Schwefeltrioxid oxidiert wird, aus dem nachfolgend wiederum Schwefelsäure entstehen kann, ist beträchtlich höher kurz vor Abkühlung des Katalysators als nach der Ahkiilllung und bei der neuen Verwendung des Katalysators im Abgasstrom. Dies bedeutet, daß durch die Abkühlung ganz offensichtlich einige vorteilhafte Veränderungen im Katalysator stattfinden.To further complicate matters is the sulfate emission all the exhaust pipe of a motor vehicle is also a function of history or Pre-treatment of the catalyst. It has been found that a catalyst is used in the exhaust system of a motor vehicle that is a platinum group metal contains or a metal alloy from the platinum group on an Alumijiiumoxid-i't'asci # sciiiciit, which was and is applied to a ceramic honeycomb pattern light carrier the catalytic converter first the ases of an engine with an operating time of 804.67 km hot exposed to a constant speed of about 80.467 km per hour and then the catalyst is allowed to cool to normal temperature and finally again the action of exhaust gases from an engine for another 804 km at one When exposed to speeds of around 80 km per hour, this is the sulfate emission from the exhaust pipe at the beginning of the second 804 km and lower in some cases much lower than the sulphate emission from the exhaust pipe at the end of the first 804 km. In other words, the rate at which sulfur dioxide is catalytic is oxidized to sulfur trioxide, from which sulfuric acid is subsequently formed is considerably higher shortly before the catalyst has cooled down than after cooling and with the new use of the catalyst in the exhaust gas flow. This means that Obviously some beneficial changes in the catalyst as a result of the cooling occur.
Die Angaben, daß die Katalysatoreinheit den Abgasen "ausgesetzt" wurde, bedeutet, daß die Abgase über den Katalysator geleitet wurden oder gegebenenfalls durch die Kanäle des wabenförmigen Trägers, so daß sie in Kontakt mit der katalytisch aktiven Metallphase auf der Waschschicht gelangten.The information that the catalytic converter unit was "exposed" to the exhaust gases, means that the exhaust gases were passed over the catalytic converter or, if applicable through the channels of the honeycomb support so that they are in contact with the catalytically active metal phase on the wash layer.
Das Katalysatorsubstrat kann aus einem metallischen oder einem nicht-metallischen Material, beispielsweise einem keramischen Material, bestehen.The catalyst substrate can be made of a metallic or a non-metallic Material, for example a ceramic material exist.
In vorteilhafter Weise können metallische Substrate in Form von metallischen Monolithen als Träger verwendet werden, da diese ganz allgemein einen geringeren Druckabfall zeigen und ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen, das 1 1/2 bis 3 mal so groß sein kann wie das Verhältnis eines keramischen wabenartigen Substrates.Advantageously, metallic substrates in the form of metallic Monoliths are used as a carrier, as these are generally less Show pressure drop and a relationship from surface to volume have, which can be 1 1/2 to 3 times as large as the ratio of a ceramic honeycomb substrate.
Ein normales keramisches Substrat kann beispielsweise ein überflächen-Volumenverhältnis in der Größenordnung von 55,74 bis 65,03 m2 (000 bis 700 square feet) pro 0,02832 mS (pro Cubicfoot) Substrat aufweisen.For example, a normal ceramic substrate may have a surface area to volume ratio on the order of 55.74 to 65.03 m2 (000 to 700 square feet) per 0.02832 mS (per cubicfoot) substrate.
Beispiele für typische keramische Substrate sind im Handel erhältsuche Produkte, wie beispielsweise das Produkt EK20 (Corning) mit einer Oberfläche von 52,67 mZZ0,02832 m3 (576 square feet/ft3) und das Produkt Grace 400 mit einer Oberfläche von 72,46 m2/ 0,02832 jn3 (780 square foot/Et3). Ilierhei handelt es sich um die höchste erhaltene Oberfläche, die vergleichbar ist mit 102,1 m2/ 0,02832 m3 (1100 square foot/ft3) für ein 0,0076 cm dickes Kanthal D Blatt und 185,8 m2/0,02832 m3 (2000 square foot/£t3) für ein 0,00508 cm dickes Kanthal D Blatt.Examples of typical ceramic substrates are commercially available Products, such as the product EK20 (Corning) with a surface of 52.67 mZZ0.02832 m3 (576 square feet / ft3) and the single surface area product Grace 400 of 72.46 m2 / 0.02832 jn3 (780 square foot / Et3). Ilierhei is about the highest preserved surface, which is comparable with 102.1 m2 / 0.02832 m3 (1100 square foot / ft3) for a 0.0076 cm thick Kanthal D sheet and 185.8 m2 / 0.02832 m3 (2000 square foot / £ t3) for a 0.00508 cm thick Kanthal D sheet.
Ein geeignetes Metallsubstrat läßt sich in vorteilhafter Weise aus einer geriffelten, gerippten oder gewellten Folie einer Dicke von beispielsweise 0,0038 cm bis 0,0114 cm (und vorzugsweise einer Dicke von 0,00508 cm) herstellen, die derart zusammengesetzt wird, daß eine Struktur mit beispielsweise 400 Zellen, im Querschnitt gesehen, auf eine Querschnittsfläche von 6,4516 cm2 erhalten wird.A suitable metal substrate can advantageously be omitted a corrugated, corrugated or corrugated foil with a thickness of for example Make 0.0038 cm to 0.0114 cm (and preferably a thickness of 0.00508 cm), which is put together in such a way that a structure with, for example, 400 cells, seen in cross-section, is obtained on a cross-sectional area of 6.4516 cm2.
In vorteilhafter Weise liegt die Zellengröße bei etwa 200 bis 800 Zellen pro 6,4516 cm Ein vorteilhaftes Oberflächen-Volumenverhältnis liegt bei etwa 111,4 m2/0,02832 m3 (1200 sq ft pro cubic foot) mit z.B. 400 Zel-2 2 len pro 6,4516 cm und 185,8 m2/0,02832 m3 (2000 sq. ft. per cubic foot) mit etwa 800 Zellen pro 6,4516 cm2.The cell size is advantageously around 200 to 800 Cells per 6.4516 cm. An advantageous surface-to-volume ratio is around 111.4 m2 / 0.02832 m3 (1200 sq ft per cubic foot) with e.g. 400 cells 2 2 len per 6.4516 cm and 185.8 m2 / 0.02832 m3 (2000 sq. ft. per cubic foot) with about 800 cells per 6.4516 cm2.
Metalle, die sich zur herstellung der monolithischen Träger verwenden lassen, sind solche, die hohen Temperaturen und starken Oxidationsbedingungen zu widerstehen vermögen. Beispiele für geeignete Grundmetall-Legierungen sind Nickel- und Chromlegierungen Init einen aggregierten Ni + Cr Gehalt von größer als 2£) Gew.-% sowie Legierungen des Eisens und mindestens einem der Elemente: Chrom (7# I)is 40 Cew. -%), Aluminium (1 bis 10 (Gew.-%), Cobalt (Spuren bis 5 (Gew.-%), Nickel (Spuren bis 72 Gew.-%) und Kohlenstoff (Spuren bis 0,5 Gew.-%). Weitere Spurenelemente, die in derartigen Legierungen zum Zwecke der Verbesserung ihrer Festigkeit und Oxidations- und Hitzewiderstandsfähigkeit vorliegen können, sind: % W/W Si 0,2 0,9 0,2 0,7 Zr 0,()1 0,20 Cu 0,01 0,15 N ,Ot 0,3 l'a 0,8 1 , 2 Ti 0>8 1,2 Ce 6,01 T,.O Ca 0,01 0,5 Weitere Beispiele von Grundmetal 1-Legierungen, die rigorosen Bedingungen zu widerstehen vermögen und erfindungsgemäß verwendbar sind, sind Eisen-Aluminium-Chrom-Legierungen, die zusätzlich Yttrium enthalten. Derartige Legierungen enthalten beispielsweise 0,2 bis 12 Gew.- Al, 0,1 bis 3,0 Gew.-% Y und O bis 20 Gew.-% Chrom, wobei der Rest aus Fa besteht. Derartige Legierungen sind beispielsweise aus der US-PS 3 298 826 bekannt. Andere vorteilhafte, erfindungsgemäß verwendbare Legierungen sind Fe-Cu-Al-Y-Legierungen mit 0,5 bis 4 Gew.-% Al, 0,5 bis 3,0 Gew.-% Y, 20,0 bis 95,0 Gew.-% Cr und Fe auf 100 t. Derartige Legierungen sind beispielsweise aus der US-PS 3 027 252 bekannt.Metals that are used to manufacture monolithic beams are those that allow high temperatures and strong oxidation conditions be able to resist. Examples of suitable base metal alloys are nickel and chrome alloys Init an aggregated Ni + Cr content of greater than 2 £) wt .-% as well as alloys of iron and at least one of the elements: Chrome (7 # I) is 40 Cew. -%), aluminum (1 to 10 (% by weight), cobalt (traces up to 5 (% by weight), Nickel (traces up to 72% by weight) and carbon (traces up to 0.5% by weight). Other trace elements in such alloys for the purpose of improving their strength and oxidation and heat resistance are:% W / W Si 0.2 0.9 0.2 0.7 Zr 0, () 1 0.20 Cu 0.01 0.15 N, Ot 0.3 l'a 0.8 1.2 Ti 0> 8 1.2 Ce 6.01 T, .O Ca 0.01 0.5 More examples of base metal 1 alloys that have rigorous conditions too are able to withstand and can be used according to the invention are iron-aluminum-chromium alloys, which also contain yttrium. Such alloys include, for example 0.2 to 12 wt% Al, 0.1 to 3.0 wt% Y and 0 to 20 wt% chromium, the remainder consists of Fa. Such alloys are disclosed, for example, in US Pat. No. 3,298,826 known. Other advantageous alloys that can be used according to the invention are Fe-Cu-Al-Y alloys with 0.5 to 4 wt% Al, 0.5 to 3.0 wt% Y, 20.0 to 95.0 wt% Cr and Fe 100 t. Such alloys are known, for example, from US Pat. No. 3,027,252.
Ein Metallsubstrat, das auf mechanischem Wege deformiert wurde, um eine vergrößerte Oherfläche zu erzielen, besitzt im Vergleich mit einem ebenen, nicht-deformierten Substrat eine beträchtlich vergrößerte Oberfläche bei gleichem Volumen. In typischer Weise läßt sich eine derartige vergrößerte Oherfläclle erhalten durch Riffelung oder Faltung mittels einer entsprechenden Vorri clitung und gemeinsames Aufspulen einer flachen Folie und einer geriffelten oder gefalteten Folie zu einem Rohr mit einem Spiralquerschnitt.A metal substrate that has been mechanically deformed to to achieve an enlarged surface has in comparison with a flat, undeformed substrate has a considerably increased surface area at the same Volume. In a typical way can be such an enlarged Outer surfaces obtained by corrugation or folding by means of an appropriate device cloning and co-winding of a flat film and a corrugated or folded foil into a tube with a spiral cross-section.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Metallsubstrat, das als monolithischer Träger für den Katalysator verwendet wird, zunächst gebogen, gekräuselt oder gefaltet, mit Rillen oder Riffen verseilen, gefaltet, gezahnt oder gekerbt und/oder perforiert, und zwar derart, daß eine beträchtlich größere Oberfläche erzeugt wird. Die durch die Vorbehandlung erzeugte Oberfläche ist normalerweise beträchtlich größer als die, die sich bei Verwendung eines keramischen Wahenträgers erhalten läßt oder mit einem teilchenförmigen Katalysatorträger bei gleichem Volumen.According to an advantageous embodiment of the invention, the metal substrate, which is used as a monolithic support for the catalyst, initially bent, curled or folded, stranded with grooves or corrugations, folded, serrated or notched and / or perforated in such a way that a considerably larger surface area is produced. The surface created by the pretreatment is usually considerably larger than that obtained when using a ceramic roll carrier can be obtained or with a particulate catalyst support with the same volume.
Lin Beispiel für ein 31etallsubstrat, das erfindungsgemäß verwendet werden kann, ist eine Rolle eines mit Griffen oder Rillen versehenen Blattes aus einer hitze-widerstandsfähigen Legierung, die gemeinsam mit einem nicht-geriffelten oder gefalteten Blatt einer solchen Legierung verwendet wird, beispielsweise eine Rolle aus versciedenen Lagen der beiden Blätter. Andererseits lassen sich beispielsweise auch zwei geriffelte oder gerippte Blätter verwenden, wobei sich die Riffelungen oder Rippen im Falle eines jeden Blattes parallel oder quer bezüglich zueinander befinden. Ausgehend von derartigen Blättern oder Folien lassen sich spulenartige Substrate mit einer fest anhaftenden Oxidbesciiichtung herstellen, die porös ist und absorbierend wirkt und eine große Oberfläche aufweist und die als Träger für die zweite katalytisch aktive Schicht wirkt, die ein oder mehrere der erfindungsgemäß verwendbaren, katalytisch wirksamen Mischungen oder Legierungen, z.B. in Form von intermetallischen Verbindungen, enthält.An example of a metal substrate used in the present invention is a roll of a sheet of paper with handles or grooves a heat-resistant alloy that is shared with a non-corrugated or folded sheet of such an alloy is used, e.g. Roll of different layers of the two sheets. On the other hand, for example also use two corrugated or ribbed blades, with the corrugations or ribs in the case of each sheet parallel or transverse to one another are located. Starting from such sheets or foils, coil-like can be created Prepare substrates with a firmly adhering oxide coating that is porous and has an absorbent effect and has a large surface area and acts as a carrier for the second catalytically active layer acts, the one or more of the invention usable, catalytically active mixtures or alloys, e.g. in the form of intermetallic compounds.
Die wärme- oder hitze-widerstandsfäiiigen Legierungen mit dem ausgedehnten Metallsubstrat sind alternativ Legierungen mit einem Mindest-Nickel- und Chromgehalt von 20 Gew.-"o. Typische Legierungen, die für das ausgedehnte Metallsubstrat verwendet werden können, sind tostfreie, hoch nickel- und chromhaltige Stähle. Derartige Stähle sind in ilandel erhältlich, beispielsweise unter der Bezeichnung "IOL" 600 sowie TINCONLL t01.Heat or heat-resistant alloys with the expanded Metal substrates are alternatively alloys with a minimum nickel and chromium content of 20 wt. "o. Typical alloys used for the expanded metal substrate are rust-free steels with a high nickel and chromium content. Such Steels are available in ilandel, for example under the name "IOL" 600 as well as TINCONLL t01.
Die metallische wabenartige Struktur mit einer ersten Beschichtung aus einet hitzebeständigen Metalloxid kann dann weiter imprägniert oder beschiclitet werden, und zwar mit einem oder mehreren der oben angegebenen intermetallischen Verbindungen. Geeignete hitze- oder feuerfeste bfetalloxide, die die erste Beschichtung oder erste Schicht ausmachen oder in dieser vorliegen, sind ein oder mehrere der Oxide von ß, Al, Si, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Lr, Hf, Th, der Lanthaniden und der Actiniden.The metallic honeycomb structure with a first coating A heat-resistant metal oxide can then be further impregnated or coated with one or more of the intermetallic compounds given above Links. Suitable heat or refractory bfetal oxides that are the first coating or make up or are present in the first layer are one or more of the Oxides of ß, Al, Si, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Lr, Hf, Th, of the lanthanides and the actinides.
Besonders vorteilhafte hitzebeständige Metalloxidschichten sind solche aus oder mit aus der Familie der y-Aluminiumoxide und aktivierten Aluminiumoxide. Elerstellbar sind diese beispielsweise durch Ausfällung eines wasserhaltigen Aluminiumoxidgeles und Trocknung und Calcinierung desselben zum Zwecke der Abspaltung von Ilydratwasser und Gewinnung von aktivem y-Aluminiumoxid. Ein besonders vorteilhaftes, aktives, hitzebeständiges Metalloxid läßt sich erhalten durch Trocknung und Calcinierung einer sogenannten Vorläufermischung von wasserhaltigen Aluminiumoxidphasen, die zum überwiegenden Teil aus kristallinem Trihydrat bestehen, d.h. wobei über 50 Gew.-% der Gesamtaluminiumhydratmasse, vorzugsweise 65 bis 95 Gew.-t aus einer oder mehreren der Trihydratformen von Gibbsit, Bayerit oder Norstrandit gemäß Röntgenstrahlbeugung besteht, bei Temperaturen von 300 bis 800 0C erhalten.These are particularly advantageous heat-resistant metal oxide layers from or with from the family of γ-aluminum oxides and activated aluminum oxides. These can be created, for example, by precipitating a water-containing aluminum oxide gel and drying and calcination of the same for the purpose of splitting off Ilydrat water and recovery of active γ-alumina. A particularly beneficial, active, Refractory metal oxide can be obtained by drying and calcining a so-called precursor mixture of hydrous aluminum oxide phases, the consist predominantly of crystalline trihydrate, i.e. over 50% by weight of the total aluminum hydrate mass, preferably 65 to 95% by weight of one or more the trihydrate forms of gibbsite, bayerite or norstrandite according to X-ray diffraction exists, obtained at temperatures of 300 to 800 0C.
In vorteilhafter Weise läßt sich erfindungsgemäß ein Aluminiumoxidhydrat vom Typ British Aluminium Co., grade Mit170 alumina hydrate verwenden, das durch Trocknen und Calcinieren oder Befeuerung in der beschriebenen Weise in aktiviertes Aluminiumoxid überführt wird. In besonders vorteilhafter Weise wird das metallische Substrat mit einer ersten fest-haftenden Oxidschicht in einem im wesentlichen zweistufigen Verfahren hergestellt. In der ersten Stufe wird das metallische Substrat dabei thermisch oxidiert, unter Erzeugung einer dünnen ersten Oxidschicht, die als "Schlüssel" wirkt. In vorteilhafter Weise wird dabei eine thermische Oxidation dadurch bewirkt, daß das gebildete oder geformte metallische Substrat auf eine Temperatur von 1000 bis 12000C erhitzt wird, und zwar in Luft oder feuchten gespaltenen Ammoniakdämpfen, beispielsweise 1 Stunde lang. Die höhere Temperatur ist dabei im Falle von sehr oxidations-widerstandsfähigen Legierungen erforderlich, z.B. dem Kanthalbereich, während eine feuchte Wasserstoffatmosphäre bevorzugt im Falle von Legierungen mit einem hohen Ni-Gehalt angewandt wird.According to the invention, an aluminum oxide hydrate can advantageously be used of the type British Aluminum Co., grade Mit170 alumina hydrate that use through Drying and calcining or firing in the manner described in activated Alumina is transferred. In a particularly advantageous manner, the metallic Substrate with a first firmly adhering oxide layer in an essentially two-stage process Process made. In the first stage, the metallic substrate becomes thermal oxidized, producing a thin first oxide layer that acts as a "key". In an advantageous manner, thermal oxidation is brought about by the fact that the formed or shaped metallic substrate at a temperature is heated from 1000 to 12000C in air or in damp cracked ammonia vapors, for example for 1 hour. The higher temperature is in the case of very Oxidation-resistant alloys required, e.g. the Kanthal area, while a moist hydrogen atmosphere is preferred in the case of alloys with a high Ni content is used.
Der haftende Sauerstoff enthaltende Film oder Oxidfilm im Falle von sowohl metallischer als auch nicht-metallischer Substrate läßt sich nach üblichen bekannten Methoden, einschließlich chemischen Verfahren erzeugen. Der Film soll eine ausreichende Dicke aufweisen, um eine adäquate Absorptionskapazität für die Zurückhaltung der katalytisch aktiven Legierung mit einem oder mehreren der Metalle der Platingruppe zu haben. Der Film weist dabei vorzugsweise eine Stärke von 0,0010 bis 0,00254 cm auf.The adhesive oxygen-containing film or oxide film in the case of Both metallic and non-metallic substrates can be processed according to customary known methods, including chemical processes. The film is supposed to be of sufficient thickness to provide adequate absorption capacity for the Retention of the catalytically active alloy with one or more of the metals to have the platinum group. The film preferably has a thickness of 0.0010 up to 0.00254 cm.
Ist Aluminium in der Legierung vorhanden, welche das ausgedehnte Metallsubstrat bildet, kann der Oxidfilm durch Behandlung der Aluminium enthaltenden Oberfläche mit einer Lösung eines Alkalicarbonates, beispielsweise einer Natriumcarbonat-Chromatlösung erzeugt werden. Der Film läßt sich des weiteren auch durch anodische Oxidation der Metalloberfläche erzeugen, in welchem Falle das Metall als Anode in einer elektrolytischen Lösung geschaltet wird. Für die Anodisierung von Aluminium enthaltenden Oberflächen läßt sich beispielsweise eine 15 ige Schwefelsäurelösung als Elektrolyt verwenden. Jedoch können auch andere saure Elektrolyten verwendet werden, wie beispielsweise Chromsäure, Oxalsäure, Phosphorsäure und gegebenenfalls Borsäure. Der Oxidfilm wird dabei absichtlich aufgebracht und besteht nicht etwa aus den vergleichsweise dünnen natürlichen Oxidschichten, die gelegentlich auf Metalloberflächen auftreten, die der Einwirkung der Atmosphäre ausgesetzt wurden.Is aluminum present in the alloy forming the extended metal substrate the oxide film can be formed by treating the aluminum-containing surface with a solution of an alkali carbonate, for example a sodium carbonate chromate solution be generated. The film can also by anodic oxidation of the Generate metal surface, in which case the metal acts as an anode in an electrolytic Solution is switched. For anodizing surfaces containing aluminum For example, a 15 strength sulfuric acid solution can be used as the electrolyte. However, other acidic electrolytes can also be used, such as Chromic acid, oxalic acid, phosphoric acid and optionally boric acid. The oxide film becomes intentionally applied and does not consist of the comparatively thin ones natural oxide layers that occasionally appear on metal surfaces that have been exposed to the action of the atmosphere.
Ein Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumoxidschicht auf den Legierungen, die keine ausreichende Menge an Aluminium enthalten, die für die Ausbildung einer eigenen Aluminiumoxidschicht durch Oxidation erforderlich ist, besteht in der Anwendung eines sogenannten Caloris ierungsverfahrens. Bei diesem Verfahren erfolgt eine Dampfabscheidung auf einer Aluminiumschicht mit anschließender Anodisierung oder Erhitzung in einem Sauerstoff enthaltenden Gas. Alternativ können Schichten, wie beispielsweise Chromat-, Phosphat-, Kieselsäure- oder Silikat- oder Zirkoniumoxidschichten nach bekannten Methoden abgeschieden werden.A method of producing an aluminum oxide layer on the alloys, which do not contain a sufficient amount of aluminum necessary for the formation of a own aluminum oxide layer is required by oxidation consists in the application a so-called Calorization process. In this procedure a vapor deposition takes place on an aluminum layer with subsequent anodization or heating in a gas containing oxygen. Alternatively, layers, such as chromate, phosphate, silica or silicate or zirconium oxide layers be deposited by known methods.
Die erfindungsgemäß verwendbaren keramischen Schichtträger können entweder aus teilchenförmigem Material bestehen, z.B. aus sogenannten Pellets oder aber die Träger können eine monolithische Struktur aufweisen. Monolithische keramische Träger sind vorzugsweise solche des "Wabenmus ter"-Typs mit einer regulären Anordnung von Kanälen, durch die Gas strömen kann. Geeignete Stoffe, die zur llerstellung von keramischen Trägern verwendet werden können, sind beispielsweise Zirkon-Mullit, Mullit, a-Aluminiumoxid, Sillimanit, Magnesiumsilikate, Kaolintone, Zirkon, Petalit, Spodumen, Cordierit und die verschiedensten Alumino-Silikate.The ceramic layer supports which can be used according to the invention can consist either of particulate material, e.g. so-called pellets or but the beams may have a monolithic structure. Monolithic ceramic Carriers are preferably of the "honeycomb" type having a regular arrangement of channels through which gas can flow. Suitable substances for the production can be used by ceramic carriers are, for example, zirconium mullite, Mullite, a-aluminum oxide, sillimanite, magnesium silicates, kaolin clays, zircon, petalite, Spodumene, cordierite and a wide variety of aluminosilicates.
Erfindungsgemäß verwendbare Produkte werden beispielsweise in den US-PS 3 397 154 und 3 498 927 sowie der GB-PS 882 484 beschrieben.Products which can be used according to the invention are, for example, in the U.S. Patents 3,397,154 and 3,498,927 and British Patent 882,484.
Beispiele für geeignete, im Ilandel erhältliche Träger sind ~Torvex" bei dem es sich um ein wabenförmiges Mullit-Produkt handelt, mit 8 Riffelungen oder Rillen auf 2,54 cm und einer Aluminiumoxid-Waschschicht; "Thermacomb", ein wabenartiges Cordierit-Produkt, erstellter American Lava Corporation sowie EX 20, ein wabenförmiges Cordieritprodukt, hersteller Corning Glass.Examples of suitable carriers available in Ilandel are ~ Torvex " which is a honeycomb mullite product with 8 corrugations or Grooves on 2.54 cm and an alumina wash coat; "Thermacomb", a honeycomb-like one Cordierite product made by American Lava Corporation and EX 20, a honeycomb Cordierite product, manufacturer Corning Glass.
Vorteilhafte Träger vom Pellet-Typ bestehen beispielsweise aus poröser Kieselsäure und sind beispielsweise im Flandel unter der llandelsbezeichnung "Silocel" erhältlich. Zu erwähnen sind ferner Träger aus llolzkohlegranulat, Träger aus a- oder y-Aluminiumoxidgranulat oder entsprechenden Pellets, Träger aus Pellets aus natürlich vorkommenden oder synthetischen Aluminosilikaten, Magnesiumoxid, Diatomeenerde, Bauxit, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Kalkstein, Magnesiumsilikat, Siliciumcarbid sowie aktivierter oder nicht-aktivierter Kohle. Diese Stoffe können in Form von Teilchen von gleichförmiger oder ungleichförmiger Form verwendet werden und beispielsweise die Form von Röhren, z.B. Kapillarröhren, Extrudaten, Stäben, Kugeln, gebrochenen Teilchen oder den verschiedensten Formstücken haben.Advantageous carriers of the pellet type consist, for example, of porous Silicic acid and are, for example, in Flandel under the llandels name "Silocel" available. Also to be mentioned are carriers made of charcoal granulate, carriers made of a- or γ-aluminum oxide granules or corresponding pellets, carriers made from pellets naturally occurring or synthetic aluminosilicates, magnesium oxide, diatomaceous earth, Bauxite, titanium dioxide, zirconium dioxide, limestone, magnesium silicate, silicon carbide as well as activated or non-activated carbon. These substances can be in the form of Particles of uniform or non-uniform shape can be used and for example the shape of tubes, e.g. capillary tubes, extrudates, rods, spheres, broken ones Have particles or a wide variety of fittings.
Vorzugsweise weist der aus einem teilchenförmigen keramischen Material bestehende Träger oder die wabenartige Struktur einen ersten Niederschlag oder eine erste Schicht aus einem hitzebeständigen Metalloxid auf, die weiterhin mit einem oder mehreren der beschriebenen oder erwähnten intermetallischen Verbindungen oder Legierungen beschichtet oder imprägniert ist. Geeignete vorteilhafte hitzebeständige oder feuerfeste Metalloxide, die zur Ausbildung der ersten Schicht verwendet werden können, sind ein oder mehrere der Oxide von B, Al, Si, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Th, der Lanthaniden und Actiniden. Besonders vorteilhafte hitzebeständige Metalloxidschichten sind solche mit Oxiden der Familie der y-Oxide und aktivierten Aluminiumoxide. I)ie 11erstellung derartiger Oxide kann beispielsweise erfolgen durch Ausfällung eines wäßrigen Aluminiumoxidgeles und anschließender Trocknung und Calcinierung unter Austreiben des Iiydratwassers unter Erzeugung von aktivem y-Aluminiumoxid.It preferably comprises a particulate ceramic material existing carrier or the honeycomb-like structure a first deposit or a first layer of a refractory metal oxide that continues with a or more of the described or mentioned intermetallic compounds or Alloys coated or impregnated. Suitable advantageous heat-resistant or refractory metal oxides used to form the first layer are one or more of the oxides of B, Al, Si, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Th, the lanthanides and actinides. Particularly advantageous heat-resistant Metal oxide layers are those with oxides of the y-oxide family and activated Aluminum oxides. I) such oxides can be produced, for example by precipitation of an aqueous aluminum oxide gel and subsequent drying and calcining to drive off the hydrated water to produce active y-alumina.
Ein besonders vorteilhaftes aktives hitzebeständiges Metalloxid läßt sich erhalten durch Trocknung und Calcinierung einer Vorläufermischung von wasserhaltigen Aluminiumoxidphasen, die zum überwiegenden Teil aus kristallinem Trihydrat bestehen, d.h. zu mehr als 50 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Aluminiumoxidhydratmasse, vorzugsweise zu 65 bis 95 Gew.-3 aus einer oder mehreren der Trihydratformen von Gibbsit, Bayerit und/oder Norstrandit, wie durch Röntgenstrahlbeugung festgestellt, bestehen, bei Temperaturen von 400 bis 8000C.A particularly advantageous active refractory metal oxide leaves obtained by drying and calcining a precursor mixture of hydrous Aluminum oxide phases, which predominantly consist of crystalline trihydrate, i.e. more than 50% by weight, based on the total mass of alumina hydrate, preferably 65 to 95% by weight of one or more of the trihydrate forms of gibbsite, bayerite and / or norstrandite as determined by X-ray diffraction Temperatures from 400 to 8000C.
In besonders vorteilhafter Weise läßt sich ein handelsübliches Aluminiumoxidhydrat vom Typ British Aluminium Co. grade MH 170 alumina hydrate verwenden, das durch Trocknen und Calcinieren oder Befeuerung, wie beschrieben, in aktiviertes Aluminiumoxid überführt wird.A commercially available aluminum oxide hydrate can be used in a particularly advantageous manner of the type British Aluminum Co. grade MH 170 alumina hydrate, made by Drying and calcining or firing as described in activated alumina is convicted.
Es sind mehrere verschiedene Methoden für die herstellung einer katalytisch aktiven aus einem hitzebeständigen Metalloxid aufgebauten Waschschicht oder Waschbeschichtung mit hoher Oberfläche mit einem oder mehreren der hitzebeständigen Metalloxide möglich, die vorteilhafte Eigenschaften bezüglich Ablagerung und Inertheit auf die abgeschiedenen intermetallischen Verbindungen bei hohen Temperaturen unter oxidierenden und reduzierenden Bedingungen übertragen.There are several different methods for making a catalytic active wash layer or wash coating made up of a heat-resistant metal oxide with a high surface area with one or more of the heat-resistant metal oxides possible, the advantageous properties in terms of deposition and inertness on the deposited intermetallic compounds at high temperatures under oxidizing and reducing Transfer conditions.
Eine vorteilhafte haftende Oxidschicht, die auf einem metallischen oder nicht-metallischen Substrat abgeschieden werden kann, besteht aus Aluminiumoxid, dessen Oberfläche einen Bereich von etwa 50 bis 500 Quadratmeter pro Gramm Aluminiumoxid aufweist.An advantageous adhesive oxide layer on a metallic or non-metallic substrate can be deposited, consists of aluminum oxide, its surface area ranges from about 50 to 500 square meters per gram of alumina having.
Ein Verfahren für die Abscheidung von wäßrigem Aluminiumoxid ist beispielsweise aus der US-PS 2 406 420 bekannt. Als Ausgangsverbindungen können die verschiedensten Aluminiumverbindungen, wie beispielsweise Alkalimetallaluminate und Aluminiumsalze verwendet werden. Zur Ausfällung können entweder saure oder basische Fällungsmittel verwendet werden je nach dem Charakter des Ausgangsmaterials. Geeignete saure Fällungsmittel sind beispielsweise Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat, Chlorwasserstoffsäure und Salpetersäure. Geeignete basische Fällungsmittel sind beispielsweise Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid, Hexamethylentetramin und dergleichen.One method for the deposition of aqueous alumina is, for example known from US-PS 2,406,420. The most varied of starting compounds can be used Aluminum compounds such as alkali metal aluminates and aluminum salts be used. Either acidic or basic precipitants can be used for the precipitation can be used depending on the character of the starting material. Suitable acidic precipitants are for example ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium nitrate, hydrochloric acid and nitric acid. Suitable basic precipitants are, for example, ammonium hydroxide, Sodium hydroxide, hexamethylenetetramine and the like.
Erfindungsgemäß ist es des weiteren möglich, das wäßrige Aluminiumoxid aus einer Alkalimetallaluminatlösung mit überschüssigem Aluminium- und Alkalimetallhydroxid direkt auf das Metallsubstrat oder keramische Substrat aufzutragen. Wird eine Aluminatlösung einer Temperatur von 600 bis 850C verwendet, so wird ein Film oder eine Schicht aus a-Aluminiumoxidtrihydrat (Gibbsit) ausgefällt.According to the invention it is also possible to use the aqueous aluminum oxide from an alkali metal aluminate solution with excess aluminum and alkali metal hydroxide to be applied directly to the metal substrate or ceramic substrate. Becomes an aluminate solution a temperature of 600 to 850C is used, a film or a layer precipitated from α-aluminum oxide trihydrate (gibbsite).
Durch anschließendes Erhitzen auf eine Temperatur von 250 bis 1800C wird das Trihydrat in das Monohydrat überführt und durch weiteres Erhitzen auf beispielsweise 5400C wird das Monohydrat in y-Aluminiumoxid überführt, ohne daß dabei eine Beeinträchtigung der sehr großen Oberflächenschicht eintritt, die nach dieser Methode erzeugt wird.Subsequent heating to a temperature of 250 to 1800C the trihydrate is converted into the monohydrate and by further heating to, for example 5400C the monohydrate is converted into γ-aluminum oxide without any impairment the very large surface layer that is created by this method occurs.
Die große Oberfläche beruht auf der Ausbildung von hexagonalen Kristallaggregaten einer ungefähren Größe von 8 ~ 8 ~ 20 Mikron.The large surface area is based on the formation of hexagonal crystal aggregates an approximate size of 8 ~ 8 ~ 20 microns.
In den hexagonalen Kristallaggregaten liegen Mikroporen einer Größe von 40 i - Durchmesser vor, doch spielen diese ganz offensichtlich für die katalytische Aktivität der Struktur keine oder höchstens eine untergeordnete Rolle.In the hexagonal crystal aggregates there are micropores of one size of 40 i - diameter, but these play quite obviously for the catalytic Activity of the structure no or at most a subordinate role.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Waschbeschichtungs-Beladung von 5 bis 30 Gew.-00, bezogen auf das metallische onolyt-Substrat erwiesen. Eine geeignete Beladung von Al203 auf Kanthal D (eingetragenes Warenzeichen) mit beispielsweise 400 Zellen pro 2,54 cm2 liegt beispielsweise bei 10 Gew.-%. Die Oberfläche des Aluminiumoxides liegt dabei bei 50 bis 500 m2 pro Gramm Aluminiumoxid. Die oben beschriebene Alwninat-Methode der Abscheidung von 2 Aluminiumoxid führt zu Oberflächen von 120 bis 160 m pro Gramm Aluminiumoxid.A washcoat loading has proven to be particularly advantageous from 5 to 30% by weight, based on the metallic onolyte substrate. One suitable loading of Al203 on Kanthal D (registered trademark) with, for example 400 cells per 2.54 cm2 is, for example, 10% by weight. The surface of the aluminum oxide is 50 to 500 m2 per gram of aluminum oxide. The Alwninat method described above the deposition of 2 aluminum oxide leads to surfaces of 120 to 160 m per gram Alumina.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren für die Abscheidung einer haftenden Aluminiumoxid-Waschbeschichtung auf einem metallischen oder keramischen Substrat besteht in der herstellung einer Aufschlänimung eines voraktivierten Gibbsites (Aluminiumoxid-Trihydrat) und eines Aluminiumoxid-Monohydrates mit einem Feststoff-Flüssigkeitsverhältnis von 25 bis 50 t und einem pH-Wert von weniger als 7 und Verwendung dieser Aufschlämmung zur Imprägnierung des geformten Substrates durch vollständiges Eintauchen. Die Stärke oder Konzentrationen der Aufschlämmung, die verwendet wird, (und die sich durch einen Versuch bestimmen läßt) sollte ausreichen, um eine Aluminiumoxid-Waschbeschichtung der erforderlichen Dicke herzustellen. Das Substrat wird dann in warmer Luft trocknen gelassen und schließlich beispielsweise 2 Stunden auf 4500C erhitzt oder befeuert, unter Ausbildung von Xc und y-Aluminiumoxid in einer haftenden Schicht einer Dicke von bis zu beispielsweise 0,005 cm auf dem metallischen Substrat. Es werden Kristallaggregate eines Durchmessers von 3 bis 7 Mikron erzeugt mit Mikroporen von ungefähr gleicher Größe, d.h. eines Durchmessers von 40 Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur Abscheidung einer haftenden Aluminiumoxid-Waschbeschichtung auf dem Substrat besteht in der Verwendung einer Aufschlämmung von a-Aluminiumoxid-Monohydrat.Another advantageous method for the deposition of an adhesive Alumina wash coating on a metallic or ceramic substrate consists in the production of a slurry of a pre-activated gibbsite (aluminum oxide trihydrate) and an alumina monohydrate having a solid to liquid ratio from 25 to 50 t and a pH of less than 7 and using this slurry for the impregnation of the molded substrate by complete immersion. The strenght or concentrations of the slurry that will be used (and that will result from an attempt to determine) should be sufficient to apply an alumina wash coat of the required thickness. The substrate will then dry in warm air left and finally heated or fired at 4500C for example for 2 hours, forming Xc and y-alumina in an adhesive layer of one thickness of up to, for example, 0.005 cm on the metallic substrate. There are crystal aggregates 3 to 7 microns in diameter created with micropores of approximately the same size Size, i.e. 40 in diameter. Another advantageous method of deposition an adherent Alumina wash coating on the substrate consists in using a slurry of alpha alumina monohydrate.
Nach Erhitzen oder Befeuern auf 4500C entsteht y-Aluminiumoxid mit einer Oberfläche von 180 bis 300 m2 pro Gramm. Dem y-Aluminiumoxid-Monohydrat wird a-Aluminiumoxid zum Zeitpunkt der Aufschlämmung und vor der Erhitzung zugesetzt, um eine thixotrope Mischung zu erzeugen. Es entstehen Kristallit- oder Kristallaggregate eines Durchmessers von 20 bis 100 i. Der Mikroporen-Durchmesser bleibt gleich bei 40 R.After heating or firing to 4500C, y-aluminum oxide is also formed a surface area of 180 to 300 m2 per gram. The γ-aluminum oxide monohydrate is α-alumina added at the time of slurry and before heating, to create a thixotropic mixture. Crystallite or crystal aggregates are formed a diameter of 20 to 100 i.d. The micropore diameter remains the same 40 R.
Geeignete Aluminiumoxid-Trihydrate (Gibbsit) sind im handel erhältlich, beispielsweise unter der flandelsbezeichnung "FRF 80", hersteller British Aluminium Chemicals Ltd. und "C 333", Ilersteller Conoco. Geeignete Aluminiumoxid-Monohydrate (Boehmit) sind ebenfalls im handel erhältlich, beispielsweise unter der llandelsbezeichnung "Sol-Gel Alumina", hersteller United Kingdom Atomic Energy Authority. Zu erwähnen ist ferner beispielsweise das 1dann delsprodukt "Dispal M", hersteller Conoco und das Produkt "Condea F", das von der Condea Gruppe geliefert wird. Beispielsweise läßt sich Gibbsit zu dem "Sol-Gel Alumina" (bei dem es sich um ein mikrokristallines Boehmit handelt) während der Aufschlämmungsstufe zusetzen mit dem Ziel der Bildung einer thixotropen Mischung.Suitable aluminum oxide trihydrates (gibbsite) are commercially available, for example under the Flanders name "FRF 80", manufacturer British Aluminum Chemicals Ltd. and "C 333", manufacturer Conoco. Suitable aluminum oxide monohydrates (Boehmite) are also available in stores, for example under the llandels name "Sol-Gel Alumina", manufacturer United Kingdom Atomic Energy Authority. To mention is also, for example, the product "Dispal M", manufacturer Conoco and the product "Condea F", which is supplied by the Condea Group. For example Gibbsite can be converted into the "Sol-Gel Alumina" (which is a microcrystalline Boehmite trades) during the slurry stage with the aim of formation a thixotropic mixture.
Gegebenenfalls können in den verwendeten Aluminiumoxid ein oder mehrere Oxide, wie beispielsweise Titandioxid, und entsprechende Oxide des Zirkons, flafniums und/oder Thoriums vorliegen, um eine zusätzliche Stabilisierung der Zwischenoxidschicht (Waschschicht) herbeizuführen. Auch können anstelle der aufgeführten Oxide oder mit diesen zusammen andere Oxide der seltenen Erden, Erdalkalloxide und Alkalimetalloxide verwendet werden.Optionally, one or more of the aluminum oxide used can be used Oxides such as titanium dioxide and corresponding oxides of zirconium, flafnium and / or thorium are present in order to provide additional stabilization of the intermediate oxide layer (Wash layer) to bring about. Instead of the listed oxides or with these together other rare earth oxides, alkaline earth oxides and alkali metal oxides be used.
Viele der Aluminium enthaltenden metallischen Substrate nach der Erfindung haben die Eigenschaft, nach "innen§' zu oxidieren. Es wird angenommen, daß ein Faktor, der zum Erfolg der vorliegenden Erfindung beiträgt, darin besteht, daß das ausgedehnte oder vergrößerte Metallsubstrat selbst, welches einen Teil der erfindungsgemäßen katalytischen Struktur bildet, eine Tendenz zur Oxidation unter sehr starken oxidierenden Bedingungen in der Weise hat, daß die erste Schicht des anhaftenden Oxidfilmes nicht dazu neigt, über die äußerste Schicht der intermetallischen Verbindung zu wachsen oder diese zu bedecken.Many of the aluminum containing metallic substrates of the invention have the property of oxidizing inwards. It is assumed that a factor which contributes to the success of the present invention is that the extensive or enlarged metal substrate itself, which is part of the invention catalytic structure forms, tends to oxidize under has very strong oxidizing conditions in such a way that the first layer of the adherent oxide film does not tend to over the outermost layer of intermetallic Connection to grow or cover them.
Wie bereits dargelegt, kann die Schicht oder Beschichtung der intermetallischen Verbindung kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Gewünschtenfalls kann die Schicht auch in Form einer feinen mikrokristallinen Dispersion vorliegen.As already stated, the layer or coating of the intermetallic Connection be continuous or discontinuous. If desired, the Layer also be in the form of a fine microcrystalline dispersion.
Die im folgenden beschriebenen Versuche dienen dem besseren Verständnis der Erfindung. Die Versuche beziehen sich dabei auf das Phänomen der Sulfat-Emission der Abgase von Automobilen. Die erfindungsgemäß erzielbaren Effekte werden dabei unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Im einzelnen sind dargestellt in: Fig. 1 ein Diagramm, aus dem sich die Sulfat-Emission des Auspuffes eines 1,8 1 Marine-Automobils (British Leyland Marine motor car) in Abhängigkeit von der zurückgelegten Kilimeterzzahl bei vier Dauergeschwindigkeiten ergibt; Fig. 2 eine graphische Darstellung, aus der sich die Sulfatumwandlungswirksamkeit in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur, vom theoretischen Standpunkt gesehen, ergibt; Fig. 3 eine graphische Darstellung, aus der sich die Sulfatumwandlungswirksamkeit in Abhängigkeit von den zurückgelegten Kilometern pro Stunde ergibt; Fig. 4 ein Diagramm, aus dem sich der Grad der Sulfat-Emission in Abhängigkeit von der zurückgelegten Entfernung bei einer Dauergeschwindigkeit von 80,46 km pro Stunde bei insgesamt 1609 km, bei einer Testunterbrechung nach 804,6 km ergibt; Fig. 5 eine graphische Darstellung der Sulfat-Emission in Abhängigkeit von der zurückgelegten Kilometer zahl im Falle von Katalysatoren mit Waschbeschichtungen von vier verschiedenen Vorläufern und Fig. 6 eine Reihe von Ilistogrammen, welche die Sulfat-Emissionen für eine Anzahl von Testversuchen mit Katalysatoren mit Waschbeschichtungen von drei verschiedenen Vorläufern veranschaulichen.The experiments described in the following are intended to provide a better understanding the invention. The experiments relate to the phenomenon of sulfate emissions the exhaust gases from automobiles. The effects that can be achieved according to the invention are thereby achieved explained with reference to the accompanying drawings. In detail are shown in: Fig. 1 a diagram from which the sulfate emission of the exhaust of a 1.8 1 British Leyland Marine motor car depending on the distance traveled The number of kilometers at four continuous speeds results; Fig. 2 is a graphical representation, from which the sulfate conversion efficiency depends on the catalyst temperature, seen from the theoretical point of view, results; 3 is a graphical representation, from which the sulfate conversion efficiency depends on the amount covered Kilometers per hour; 4 is a diagram showing the degree of sulfate emission depending on the distance covered at a steady speed of 80.46 km per hour for a total of 1609 km, with a test interruption after Gives 804.6 km; 5 shows a graph of the sulfate emission as a function on the number of kilometers traveled in the case of catalytic converters with Wash coatings of four different precursors and FIG. 6 a series of Ilistograms showing sulfate emissions for a number of test runs using Illustrate catalysts with washcoats of three different precursors.
Aus Fig. 1 ergibt sich die verschiedene Sulfat-Emission des Motors bei Dauergeschwindigkeiten von 48,28; 64,37; 80,46 und 96,56 km/ Stunde bei einer zurückgelegten Kilometerzahl von 804,6 km. Der verwendete Motor war mit einer Luftpumpe und einer Abgas-Rezyklisierungseinrichtung ausgerüstet. Des weiteren wurden verwendet: ein kontinuierlich arbeitender Vor-Verteiler, ein niedrig verdiciltender Zylinderkopf (7,5 : 1) und ein Platinhatalysator mit 7,5 Gew.-° ltil in der Abgasleitung.The various sulphate emissions of the engine are shown in FIG at sustained speeds of 48.28; 64.37; 80.46 and 96.56 km / hour with one Mileage covered of 804.6 km. The motor used was with an air pump and an exhaust gas recycling facility. The following were also used: a continuously working pre-distributor, a low-density cylinder head (7.5: 1) and a platinum catalyst with 7.5% by weight in the exhaust line.
Das Katalysatormetall war auf eine Aluminiumoxidwaschbeschichtung aufgetragen, die wiederum auf einem keramischen Träger mit Wabenstruktur niedergeschlagen war. Die Luftpumpe war derart eingestellt, daß im Abgasen großer Sauerstoffüberschuß vorlag, um eine maximale Sulfatbildung und Sulfatemission zu erreichen.The catalyst metal was on an alumina washcoat applied, which in turn is deposited on a ceramic carrier with a honeycomb structure was. The air pump was set so that there was a large excess of oxygen in the exhaust gas was present in order to achieve maximum sulphate formation and sulphate emission.
Die Sulfat-Emissionen wurden bestimmt durch Vermischen des Gases aus der Abgasleitung mit einem im Gegenstrom zugeführten Strom von filtrierter Laboratoriumsluft in einem Verdünnungstunnel-Entwicklungsabachnitt mit den Maßen 3,81 m ~ 11 cm im Durchmesser bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 4890 1/Minute. Aus dem Entwicklungsabschnitt wurden Proben auf isokinetischem Wege mittels einer Sonde eines Durchmessers von 0,38 cm, eines Glasfaser-Filterkissens, einer Gasuhr und einer Pumpe entnommen. Die Proben wurden durch das Filterkissen mit einer Geschwindigkeit von 12 1 pro Minute abgezogen, unter Erzeugung eines Verhältnisses von Probenstrom zu Entwicklungsstrom (development flor) von 0,245 t. Ein zweites Filterkissen wurde für Proben der Umgebungsluft verwendet, und diente als Vergleichsstandard.The sulfate emissions were determined by mixing the gas out the exhaust pipe with a countercurrent flow of filtered laboratory air in a dilution tunnel development section measuring 3.81 m ~ 11 cm in Diameter at a flow rate of 4890 l / minute. From the development section samples were isokinetically using a probe with a diameter of 0.38 cm, a fiberglass filter pad, a gas meter and a pump. The samples were passed through the filter pad at a rate of 12 1 per Minute subtracted, creating a sample flow to development flow ratio (development flor) of 0.245 t. A second Filter pad was used for samples of the ambient air and served as a reference standard.
Die Filterkissen bestanden aus Glasfaserkissen einer Maschengröße von 0,2 Mikron Hersteller Whatman GFA glass fibre pfads Es wurden kreisrunde Ausschnitte eines Durchmessers von 5,8 cm der Einwirkung der robenströme ausgesetzt.The filter pads consisted of fiberglass pads of one mesh size from 0.2 micron manufacturer Whatman GFA glass fiber paths There were circular cutouts a diameter of 5.8 cm exposed to the action of the streams of robes.
Um das "Sulfat" (hauptsächlich Schwefelsäuretröpfchen), die in dem Filter zurückblieben, zu bestimmen1 wurden diese dreimal mit Wasser extrahiert und jedes Mal zentrifugiert. Der Extrakt wurde dann eine Stunde lang mit einem Ionenaustauscherharz (I)owex 5OWXA) geschüttelt, um störende Ionen zu entfernen, worauf zentrifugiert wurde. Die dabei anfallende Flüssigkeit wurde dann in eine 80 volumenprozentige Isopropanol-Wasserlösung überführt, worauf 25 mg Bariumchloranilat zugesetzt wurden, worauf die Mischung geschüttelt und dann zentrifugiert wurde. Schließlich wurde die Absorptionsflüssigkeit bei 310 mji ermittelt, unter Verwendung von K2504-Standards.To get the "sulfate" (mainly sulfuric acid droplets) present in the Filters remained to determine1 these were extracted three times with water and centrifuged each time. The extract was then treated with an ion exchange resin for one hour (I) owex 5OWXA) shaken to remove interfering ions, followed by centrifugation became. The resulting liquid was then poured into an 80 percent by volume Isopropanol-water solution transferred, whereupon 25 mg barium chloranilate were added, whereupon the mixture was shaken and then centrifuged. Finally it was the absorption liquid determined at 310 mji using K2504 standards.
Wie bereits angegeben, wurden Versuche mit einer Motorlaufzeit von 804>6 km (500 Meilen) mit Dauergeschwindigkeiten von 48,28; 64,37; 80,46 bzw. 96,56 km pro Stunde durchgeführt. Vor einem jeden Versuch wurde eine neue Katalysatorprobe eingeführt, und während der Durchführung der Versuche wurden die beschriebenen Filterkissen jeweils nach 80,46 km durch neue ersetzt Ermittelt wurden des weiteren die Sulfat-Emissionen ohne Katalysator in der Auspuffleitung unter den angegebenen vier Testbedingungen, wobei die erhaltenen Ergebnisse von den Meßdaten subtraliiert wurden, die bei Verwendung des mit dem Katalysator ausgerüsteten Motors erhalten wurden, um den Anstieg der Sulfatemission auf Grund des vorhandenen Katalysators ermitteln zu können.As already stated, tests were carried out with an engine running time of 804> 6 km (500 miles) with sustained speeds of 48.28; 64.37; 80.46 or 96.56 km per hour. A new catalyst sample was used before each experiment introduced, and during the implementation of the tests, the filter pads described were replaced by new ones every 80.46 km. Sulphate emissions were also determined without a catalyst in the exhaust line under the four specified test conditions, the results obtained have been subtracted from the measurement data obtained when using of the engine equipped with the catalyst were obtained in order to increase the To be able to determine sulphate emissions on the basis of the existing catalyst.
Schließlich wurde für alle Messungen der gleiche Kraftstoff verwendet. Dieser enthielt: 0,033 Gew.-% Schwefel, J,02i g lei auf 3,785 1, 0,001 g Phosphor auf 3,7#5 l, 100 ppm (;Iilor sowie 15 ppnI ßrom.After all, the same fuel was used for all measurements. This contained: 0.033% by weight sulfur, 0.02 g lei to 3.785 l, 0.001 g of phosphorus to 3.7 # 5 l, 100 ppm (; Iilor and 15 ppnI ßrom.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, trat ein Anstieg in der Sulfat-Emission bei den ersten 321 hin der Versuche auf. Dies ist ein Beweis für das Auftreten des erwähnten Lagereffektes, wobei der fortschreitende Anstieg der Sulfat-Emission wahrscheinlich darauf beruht, daß die Waschschichten sich einem "Sättigungszustand" ;iit Sulfat nähern und nach etwa 321 km (200 Meilen) effektiv gesättigt siiid. Die spätere Verminderung der Sulfat-Emission beruht wahrscne iiil ich auf einer Verminderung der Katalysatoraktivität, vernititlich auf Grund eines Katalysatorabbaues, z.B. durch Sintern und Vergirten der aktiven Stellen des Katalysators.As can be seen from Fig. 1, there was an increase in sulfate emission in the first 321 attempts. This is evidence of the occurrence of the mentioned storage effect, whereby the progressive increase in sulphate emissions is likely is based on the fact that the wash layers are in a "state of saturation" with sulfate approach and after approximately 200 miles (321 km) are effectively saturated. The later diminution the sulfate emission is probably due to a reduction in the catalyst activity, Can be used as a result of catalyst degradation, e.g. through sintering and fermentation the active sites of the catalyst.
Aus Fig. 2 ergibt sicii tier Effekt der Katalysatortemperatur (und infolgedessen die Position des Katalysators in der Abgasleitung) auf die Sulfat-Emissionen. Die Kurve A bezieht sich auf berechnete Umwandlungswirksamkeiten unter Gleichgewichtsbedingungen in Übereinstimmung mit der reversiblen Reaktion, die durch die Gleichung (1) dargestellt ist, im Falle von 7 Vol.-% Sauerstoff. s)ie Kurve B bezieht sich auf berechnete Umwandlungswirksamkeiten unter kinetischen Bedingungen, wenn das Gleichgewicht nicnt erreicht wurde.From Fig. 2 the effect of the catalyst temperature (and consequently the position of the catalytic converter in the exhaust pipe) on sulphate emissions. Curve A relates to calculated conversion efficiencies under equilibrium conditions in accordance with the reversible response represented by the equation (1) is, in the case of 7 vol .-% oxygen. s) he curve B refers to calculated Conversion efficiencies under kinetic conditions when equilibrium fails was achieved.
I)ic gestrichelt gezeichnete Kurve C resultiert aus den Kurven A und ß und veranschaulicht die tatsächliche VeränderunÄT der Sulfatumwandiungswirksamkeit mit der Temperatur. Hieraus folgt, daß die Sulfat umwandlungswirksamkeit und infolgedessen die Sulfat-Emiss ionen sehr temperaturempfindlich sind und daß eine Spitze bei etwa 600°C bei Sauerstoffkonzentrationen von etwa 7 Volumen-% auftritt. Demzufolge sollte der Katalysator, wie bereits dargelegt, um die Sulfat-Emissionen bei hohen Sauerstoffkonzentrationen zu vermindern, bei so niedrig wie nögl ichen oder so hohen wie möglichen Temperaturen verwendet werden.I) ic curve C shown in dashed lines results from curves A and ß and illustrates the actual change in sulfate conversion effectiveness with temperature. It follows that the sulfate conversion efficiency and consequently the sulfate emiss ions are very temperature sensitive and that a peak at about 600 ° C occurs at oxygen concentrations of about 7% by volume. Therefore should the catalyst, as already stated, reduces sulfate emissions at high oxygen concentrations at temperatures as low as possible or as high as possible be used.
Iiie Temperatur, bei der die Spitze in der resultierenden Kurve auftritt und der tatsächliche Spitzenwert der Sulfatumwandlungswirksankeit fallen in dem Malae, in dem die Sauerstoflkonzentration fällt. Dies bedeutet, daß bei fallenden Sauerstoffkonzentrationen die Gleichgewichtskurve A nach links und abwärts verschoben wird, bis bei einem Wert von 0,1 Vol.-t 02 die Position der Kurve 0 erreicht wird. Gleichzeitig wird die kinetische Kurve B nach rechts verschoben, da bei jeder gegebenen Temperatur die Oxidationsgeschwindigkeit zunimmt und infolgedessen die UmwandlungswirksamE;eit von der Ifälfte (0,5 power) des Sauerstoffpartialdruckes abhängig ist. hieraus folgt, daß die resultierende Kurve für 0,1 Vol.-% Sauerstoff eine Spitze bei einem niedrigeren Wert der Sulfatumwafldlungswirksamkeit aufweist als die des Zwischenabschnittes I der Kurven B und D. Dies bedeutet, daß bei niedrigen Sauerstoffkonzentrationen Sulfatemissionen weniger von der Katalysatortemperatur abhängen als bei hohen Konzentrationen.The temperature at which the peak appears in the resulting curve and the actual peak of sulfate conversion potency falls in the malae, in which the oxygen concentration falls. This means that with falling oxygen concentrations the equilibrium curve A is shifted to the left and downwards until at one Value of 0.1 Vol.-t 02 the position of curve 0 is reached. At the same time will the kinetic curve B shifted to the right because at any given temperature the rate of oxidation increases and, consequently, the conversion is effective on half (0.5 power) of the oxygen partial pressure is dependent. it follows from this, that the resulting curve for 0.1 vol% oxygen peaks at a lower one Value of sulfate conversion efficiency than that of the intermediate section I of curves B and D. This means that at low oxygen concentrations Sulphate emissions are less dependent on the catalyst temperature than at high concentrations.
In Fig. 3 stellt die Kurve A die theoretische Gleichgewichtskurve wie in Fig. 2 dar, wohingegen die Kurve C die Sulfatumwandluno"swirksamkei ten darstellt, die tatsächlich bei verschiedenen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges erreicht werden und infolgedessen die Sulfatumwandlungswirksamkeiten bei verschiedenen Katalysatorbetriebstemperaturen. Die vier Punkte der Kurve C wurden von den Sulfat-Emissionswerten der Dauergeschwindigkeits (plateau) abschnitte der vier Kurven der Fig. 1 erhalten. Die Kurve C hat die gleiche Kurvenform wie die Kurve C von Fig 2 mit der Ausnahme, daß die maximale Umwandlungswirksamkeit bei lediglich etwa 30 : liegt. Dies bedeutet, daß der Oxidationsgrad bei Verwendung des 7 1/2 Gew.-% Rh/Pt-Katalysators von Fig. 1 bei einer Dauergeschwindigkeit von 48,28 bis 96,56 km pro Stunde so niedrig war, daß die nächste Annäherung an die Gleichsgewichts-Umwandlungswirksamkeiten nicht größer als etwa 30 t war.In Fig. 3, curve A represents the theoretical equilibrium curve as in Fig. 2, whereas curve C represents the sulfate conversion efficiency, which actually achieved at different speeds of the motor vehicle and, consequently, the sulfate conversion efficiencies at various catalyst operating temperatures. The four points on curve C were from the sulfate emission values of cruising speed (plateau) sections of the four curves of Fig. 1 obtained. The curve C has the same Waveform like curve C of Figure 2 except that the maximum conversion efficiency at only about 30: is. This means that the degree of oxidation in use of the 7 1/2 wt.% Rh / Pt catalyst of FIG. 1 at a sustained speed of 48.28 to 96.56 km per hour was so low that the closest approach to the Equilibrium conversion efficiencies were not greater than about 30 tons.
In Fig. 4 sind die Sulfat-Emissionen eines 1609 km Versuches bei einer Dauergeschwindigkeit von 80,46 km pro Stunde mit dem beschriebenen Wagen mit dem 1,8 l Marine-Motor dargestellt, der zur Erzielung der Testergebnisse für Fig. 1 verwendet wurde.In Fig. 4 are the sulfate emissions from a 1609 km trial at a Continuous speed of 80.46 km per hour with the described car with the 1.8 l marine engine shown, which was used to obtain the test results for Fig. 1 was used.
Das Auspuffsystem des verwendeten Kraftfahrzeuges war mit einem Rh/Pt-Katalysator ausgerüstet. 1)ie Testbedingungen waren praktisch die gleichen wie diejenigen, die zur Erzielung der Ergebnisse von Fig. 1 angewandt wurden mitt der Ausnahme jedoch, daß im vorliegenden Falle der Versuch nach 500 eilen so lange unterbrochen wurde, daß sich der Katalysator auf Umgebungstemperatur abkühlen konnte.The exhaust system of the motor vehicle used was with a Rh / Pt catalyst equipped. 1) The test conditions were practically the same as those that did to achieve the results of Fig. 1 were used with the exception, however, that in the present case the experiment was interrupted after 500 haste for so long, that the catalyst could cool to ambient temperature.
Daraufhin wurde der Versuch fortgesetzt, d.h. es wurden weitere 804,6 km gefahren, so daß die gesamte zurückgelegte Strecke 1609 km betrug.The experiment was then continued, i.e. there were another 804.6 km driven so that the total distance covered was 1609 km.
Wie sich aus Fig. 4 ergibt, steht der erste Teil der Kurve von Fig. 4 in Einklang mit der 80,46 km Kurve von Fig. 1, da die Emissionen ein Maximum von ungefähr 20 mg pro 1,609 km bei etwa 321,9 km erreichen und daraufhin um einen im wesentlichen konstanten Wert schwanken.As can be seen from Fig. 4, the first part of the curve of Fig. 4 in accordance with the 80.46 km curve of FIG. 1, since the emissions have a maximum of Reach about 20 mg per 1.609 km at about 321.9 km and then by one im substantial constant value fluctuate.
Nachdem sich der Katalysator nach den ersten 804,6 km abgekühlt hatte, verminderten sich die Sulfat-Emissionen sehr rasch von etwa 20 auf etwa 4 mg pro 1,609 km, wenn der Versuch von neuem aufgenommen wurde. Dieser Effekt ist wesentlich, da die Veränderungen, welche den Verlust an "Sulfat-Aktivität" verursachten, offensichtlich während der Abkühlungsperiode auftraten. Es wird angenommen, daß diese Veränderungen mindestens teilweise auf der Wanderung von Rhodium zur Oberfläche der Rh/Pt-Kristallite beruhen, so daß die relative Konzentration an Rhodium an und nahe der Oberfläche beträchtlich ansteigt. Da Rhodium andererseits weniger aktiv bezüglich der Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid ist als eine Rhodium-Platinlegierung und viel weniger aktiv als Platin, ist die Folge eine Verminderung des Sulfat-Emissionsgrades.After the catalyst had cooled down after the first 804.6 km, the sulphate emissions decreased very quickly from about 20 to about 4 mg per 1.609 km if the attempt is restarted. This effect is essential as the changes that caused the loss of "sulfate activity" are evident occurred during the cool-down period. It is believed that these changes at least partly due to the migration of rhodium to the surface of the Rh / Pt crystallites based, so that the relative concentration of rhodium at and near the surface increases considerably. On the other hand, because rhodium is less active in terms of oxidation from sulfur dioxide to sulfur trioxide is considered a rhodium-platinum alloy and a lot less active than platinum, the result is a reduction in the sulphate emissivity.
Die Figuren 5 und 6 veranschaulichen den Effekt auf die Sulfat-Emission durch Veränderung des Vorläufers, von dem sich die Katalysatorwaschschichten ableiten.Figures 5 and 6 illustrate the effect on sulfate emission by changing the precursor from which the catalyst wash layers are derived.
Die Sulfat-Emissionsteste, denen die in Fig. 5 dargestellten Ergebnisse zugrundeliegen, wurden mit dem bereits beschriebenen Kraftfahrzeug durchgeführt. Bei den verwendeten vier Katalysatoren handelte es sich um 7 1/2 Gew.-% Rhodium-Platin-Katalysatoren, die auf Waschschichten abgeschieden worden waren, die wiederum im wesentlichen aus Aluminiumoxid auf monolithischen Trägern mit Wabenstruktur (Corning FX20 honeycomb monolith supports) bestanden.The sulfate emission tests to which the results shown in FIG underlying, were carried out with the motor vehicle already described. The four catalysts used were 7 1/2% by weight rhodium-platinum catalysts, the on wash layers had been deposited, which in turn were essentially made of aluminum oxide on monolithic supports with honeycomb structure (Corning FX20 honeycomb monolith supports) passed.
Eine jede der vier Waschschichten leitete sich von einem anderen Vorläufer ab. Die Emissionsdaten von 804,6 km Versuchenbei einer Dauergeschwindigkeit von 80,46 km pro Stunde sind in Fig. 4 in Form der Kurven A, B, C und T) dargestellt. I)ie p Werte der Waschschichten sind verschieden, wobei der pll-lVert von B über 1) und A nach C anstieg. Die Waschschichten 13und 3 waren die gleichen mit der Ausnahme, daß die Schicht D zusätzlich Bariumoxid (BaO) enthielt. Aus Fig. 4 ergibt sich, daß die Sulfat-Emission sank, in dem Maße, in dem der pIS-Wert des Waschschichtsystems anstieg.Each of the four wash layers were derived from a different precursor away. The emission data from 804.6 km tests at a cruising speed of 80.46 km per hour are shown in Fig. 4 in the form of curves A, B, C and T). I) ie p values of the wash layers are different, with the pII value of B over 1) and A to C increased. Wash layers 13 and 3 were the same except that the layer D additionally contained barium oxide (BaO). From Fig. 4 it follows that that the sulphate emission decreased to the extent that the pIS value of the wash layer system rise.
Im Falle der Fig. 6 bezieht sich die linke Gruppe von 3 llistogrammen für die Waschschichten A, 13 und C, mit (i) gekennzeichnet, auf 804,6 km Versuche bei einer Dauergeschwindigkeit von 80,46 km pro Stunde, was Gegenstand von Fig. 5 ist.In the case of FIG. 6, the left group of 3 relates to ilistograms for the wash shifts A, 13 and C, marked with (i), over 804.6 km of tests at a continuous speed of 80.46 km per hour, which is the subject of Fig. 5 is.
Nach dem 804,6 km-Versuch mit einem jeden der Katalysatoren wurde das Kraftfahrzeug folgenden Testbedingungen unterworfen: (ii) 15 Minuten lang Dauergeschwindigkeit von 96,56 km pro Stunde; (iii) Testverfahren gemäß U.S. Federal test procedure (FTP); (iv) 15 Minuten lang Dauergeschwindigkeit von 96,56 km pro Stunde; (v) 15 Minuten lang Dauergeschwindigkeit von 64,37 km pro Stunde; (vi) 15 Minuten lang Dauergeschwindigkeit von 96,56 km pro Stunde.After the 804.6 km test with each of the catalysts, subjected the motor vehicle to the following test conditions: (ii) cruising for 15 minutes 96.56 km per hour; (iii) Test method according to U.S. Federal test procedure (FTP); (iv) sustained speed of 96.56 km per hour for 15 minutes; (v) 15 minutes long cruising speed of 64.37 km per hour; (vi) Continuous speed for 15 minutes of 96.56 km per hour.
Bei dem 96,56 km pro Stunden-Test (ii) im Anschluß an den 804,6 km Dauergeschwindigkeitstest (i) waren die Sulfatkonzentrationen sen höher als von dem Anfangs-Testergebnis/ zu erwarten war, die in Fig. 1 dargestellt sind.In the 96.56 km per hour test (ii) following the 804.6 km Endurance speed test (i) the sulfate concentrations sen were higher than from the initial test result / was to be expected, which are shown in FIG.
Der Testversuch (iii), daß heißt der FTP-Test, zeigt beträchtliche Unterschiede in den Emissionsgraden, während der zweite 96,56 km pro Stunden-Test (Test(iv)) geringe Sulfat-Emissionen im Vergleich zum Test (ii), d.h. dem ersten 96,56-km-Stundentest zeigt. Hieraus ergibt sich eine Wiedergewinnung der Lager-Fähigkeit (storage capability). Dies wird bestätigt durch die niedrigen Werte, die bei den 64,37 km-Stunden-Test (Test (v)) erhalten wurden und den Sulfat-Konzentrationsanstieg im Falle des Testes (vi), d.h. dem dritten 96,S6-km-Stundentest.The test run (iii), that is to say the FTP test, shows considerable results Differences in emissivity during the second 96.56 km per hour test (Test (iv)) low sulphate emissions compared to test (ii) i.e. the first 96.56 km hourly test shows. From this there is a recovery the storage capability. This is confirmed by the low Values obtained in the 64.37 km-hour test (test (v)) and the sulfate concentration increase in the case of test (vi), i.e. the third 96, S6 km hour test.
Aus den erhaltenen Daten ergibt sich zunächst, daß während des 804,6-km-Testes beträchtliche Mengen an Sulfat durch sämtliche der Katalysatoren abgelagert wurden, daß mindestens ein Teil dieses abgelagerten Sulfats während des Testes (ii) freigesetzt wurde und daß Sulfat während der nachfolgenden Testversuche abgelagert oder gespeichert und freigesetzt wurde. Aus den erhaltenen Ergebnissen ergibt sich, daß die Freisetzung von Sulfat ein schneller ablaufender Prozeß ist als die Sulfatablagerung oder Sulfatspeicherung und daß die I:reisetzung von Sulfat mit höheren Geschwindigkeiten erfolgt, wenn die Katalysatortemperatur höher ist.From the data obtained it can initially be seen that during the 804.6 km test significant amounts of sulphate have been deposited by all of the catalysts, that at least a portion of this deposited sulfate is released during test (ii) and that sulfate was deposited or stored during subsequent testing and was released. From the results obtained, it can be seen that the release sulfate is a faster process than sulfate deposition or storage and that the decomposition of sulphate occurs at higher rates if the catalyst temperature is higher.
Obgleich die beschriebenen experimentellen Daten bei Versuchen mit einem Automobil erhalten wurden, und zwar unter Verwendung eines Katalysators in der Abgasleitung oder im Auspuff, ist die Erfindung doch in keiner Weise hierauf beschränkt, d.h. die erfindungsgemäßen Katalysatoren lassen sich auch in anderen Casströmen verwenden, die Schwefeldioxid von beliebigen anderen Lieferanten enthalten.Although the experimental data described in experiments with an automobile using a catalyst in the exhaust pipe or in the exhaust, the invention is in no way based on this limited, i.e. the catalysts of the invention can also be used in others Use cas streams containing sulfur dioxide from any other supplier.
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