DE3410516A1

DE3410516A1 - System fuer die zufuehrung von katalysatoren

Info

Publication number: DE3410516A1
Application number: DE19843410516
Authority: DE
Inventors: Barnett Joel Brookline Mass. Robinson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-15
Filing date: 1984-03-22
Publication date: 1984-11-08
Also published as: CA1230818A; GB2140150B; US4475483A; FR2544393B1; GB8407052D0; FR2544393A1; GB2140150A; DE3410516C2

Description

Die Erfindung betrifft ein System für die Zuführung von Katalysatoren.

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Man hat Wasser verwendet, um die Verbrennung von fossilen Brennstoffen sowohl bei Fahrzeugmotoren als auch bei Öfen mit ölfeuerung zu verbessern. Im Falle von Fahrzeugmotoren, bei denen Benzin in Luft verbrannt wird, hat man die Luft mit Wasser vermischt, um ihre Feuchtigkeit zu erhöhen, bevor man das Benzin mit der Luft vermischt. Im Falle von öfen mit ölfeuerung hat man Dampf verwendet, um das öl zu zerstäuben. Man hat verschiedene Techniken ver-

wendet, um Wasser mit den Bestandteilen des Verbrennungsprozesses zu vermischen. Diese Techniken umfassen das Einsprühen von Wasser in eine Luftkammer, wie es in der US-PS 3 107 657 angegeben ist; das Hindurchführen von Wasser durch Benzin, wie es in der US-PS 3 724 429 angegeben ist; das Durchpressen eines Strahles von feinen Luftblasen durch Wasser, wie es in der US-PS 3 767 172 beschrieben ist; sowie das Einspritzen eines feinen Wassersprühstrahles in eine Gasflamme, wie es in der US-PS 3 809 523 angegeben ist. Eine jüngere Technik, die in der US-PS 3 862 819 angegeben ist, beinhaltet die Einleitung eines kleinen Teiles der Einlaßluft in eine Brennkammer und das Durchperlen der Luft durch Wasser, das mit einer Ölschicht abgedeckt ist. Das Hindurchperlen von Luft durch eine Lösung einer Platinverbindung ist in der US-PS 4 295 816 angegeben.

Bei den Techniken gemäß den ersten vier oben genannten Patentschriften tritt insofern ein Problem auf, als sie eine kontinuierliche Auffüllung des Wasservorrates erfordern. Während der Wasserverbrauch bei dem System gemäß der US-PS 3 862 819 reduziert worden ist, ist es wünschenswert, die Effizienz der Verbrennung in größerem Maße zu erhöhen als es bei dem System gemäß der US-PS 3 862 819 der Fall ist. Außerdem ist es so, wie auch in der US-PS 3 862 819 -angegeben, daß die Systeme gemäß den ersten vier oben genannten Patentschriften mit dem größeren Wasserverbrauch Schäden hervorrufen können, wie z. B. eine Verkürzung der Lebensdauer eines Fahrzeugmotors.

Gemäß der Erfindung werden die oben erwähnten Probleme ausgeräumt und zahlreiche Vorteile erlangt, indem man ein System verwendet, bei dem ein oder mehrere Katalysatoren zum Einsatz gelangen, die in Flüssigkeiten gelöst sind, durch welche ein Gas hindurchperlt und anschließend in eine Kammer gelangt, in der eine chemische Reaktion,

beispielsweise die Verbrennung eines fossilen Brennstoffes, stattfindet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die für die Zuführung von kleinen Mengen Wasser verwendet wird, das einen Katalysator für den ölbrenner eines Ofens enthält, umfaßt das System gemäß der Erfindung einen Behälter, der Wasser enthält, in welchem ein Katalysator, nämlich eine Rheniumverbindung gelöst ist. Eine Ölschicht auf (Erd-)öl oder Petroleumbasis schwimmt oben auf dem Wasser, um das Durchperlen zu steuern und ein Spritzen sowie die begleitende Bildung von Aerosolen zu verhindern. Falls erwünscht, kann in dem öl ein zweiter Katalysator gelöst sein, der in Wasser nicht löslich ist, wie z. B. Mangannaphthanat.

In den beiden Fällen eines Fahrzeugmotors und eines Ofens mit ölfeuerung ist eine Gebläseluft-Einlaßöffnung oder -Ansaugöffnung vorgesehen, an der eine Ansaugleitung von einem Luftraum in einem Behälter oberhalb der Ölschicht angebracht ist. Eine Zuführungsleitung bringt Luft bei atmosphärischem Druck in den Behälter, wobei das eine Ende der Zuführungsleitung unter die Wasseroberfläche eintaucht, um für das Durchperlen von Luft durch das Wasser und das öl zu sorgen, und zwar in Abhängigkeit von der Saugwirkung der Ansaugleitung. Ein Schwimmer ist an der

Ansaugleitung angebracht, um das Ende der Ansaugleitung

in einer vorgegebenen Tiefe schwimmen zu lassen, um einen vorgegebenen Rückdruck zu erzeugen, so daß das Durchperlen oder die Blasenbildung durch die Differenz zwischen dem Ansaugdruck und dem atmosphärischen Druck unabhängig von der Wassertiefe reguliert wird. Die Lösung der Rhenium- und Mangankatalysatoren sorgt für eine feine Verteilung oder Dispersion des Katalysators im molekularen Bereich, was die Absorption von kleinen Mengen von fein verteiltem Katalysator in die Luftblasen ermöglicht.

Es wird dadurch eine innige Vermischung der Katalysatoren mit den Komponenten des Verbrennungsprozesses erreicht.

Der Behälter mit seiner schwimmenden Einlaßleitung und der Auslaß-Ansaugleitung kann auch für andere Katalysatoren verwendet werden. Es können auch andere Flüssigkeiten als Wasser, beispielsweise Alkohol, verwendet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Perrheniumsäure in Wasser gelöst, um als Katalysator zu dienen. Die Perrheniumsäure zersetzt sich bei Temperaturen deutlich unterhalb der Deflagrationstemperaturen des Motors und des Ofens, und dementsprechend ist anzunehmen, daß molekulares Rhenium dem brennenden Brennstoff zur Verfugung steht und dadurch die Verbrennung unterstützt bzw. fördert. Somit erkennt man, daß metallisches Rhenium mit Sauerstoff kombiniert, in Wasser gelöst, von der Luft mitgenommen und als Metall am Verbrennungsort bei einer niedrigeren Temperatur als der Verbrennungstemperatur freigesetzt wird. Andere geeignete Rheniumverbindungen umfassen Metaperrhenate und Carbonyl-Halogenverbindungen.

Ein oberflächenaktiver Stoff, wie z. B. Ethylenglykol, unterstützt die Fraktionierung des Rheniumkatalysators aus der Lösung während des Hindurchperlens des Gases durch diese. Ein Gruppe-1-Chlorid wirkt der Tendenz des oberflächenaktiven Stoffes entgegen, den Katalysator auszufallen.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß das Rhenium in zweierlei Hinsicht vorteilhaft ist. Abgesehen davon, daß es als Katalysator für eine vollständigere Verbrennung von Kohlenwasserstoff in Luft sorgt, hat Rhenium außerdem die Tendenz, die chemische Zusammensetzung von Kohlenwasserstoffen zu ändern, indem es ein nicht-aromatisches Kohlenwasserstoffmolekül in ein aromatisches Kohlenwasserstoffmolekül umbildet. Bei der Verbrennung von Benzin in einem Fahrzeugmotor kann man ein Klingeln bzw. Klopfen feststellen, wenn der Octangehalt des Benzins in bezug

auf das Kompressionsverhältnis des Motors sehr niedrig ist. Wenn Rhenium bei Benzin verwendet wird, führt die Umbildung des Kohlenwasserstoffmoleküls zu einer Erhöhung des Octangehaltes sowie zu einer besser gesteuerten, gleichmäßigeren Verbrennungsrate. Somit reduziert das Ansaugen von Rhenium in einen Fahrzeugmotor die Tendenz zum Klingeln bzw. Klopfen, was einen großen Vorteil bietet, der sich in einer gleichmäßig bzw. rund laufenden Maschine äußert. Der oben erwähnte Umbildungsprozeß sorgt auch für eine gleichmäßigere Flammenfront in einem Ofen mit ölfeuerung, was eine effizientere Verbrennung des Brennstoffes bewirkt.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weite_rer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

erfindungsgemäßen Systems für die Zuführung von Katalysatoren;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des oberen Bereiches der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3
und

Fig. 4 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht ^O einer anderen Ausführungsform eines

Schwimmers für das erfindungsgemäße

System; und in

Fig. 5 einen Schnitt eines Teiles eines Fahrzeugmotors mit dem erfindungsgemäßen

System.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes System 10 für die Zuführung von Katalysatoren dargestellt, wobei das System 10 eine Haube bzw. einen Behälter 12, ein Rohr 14 mit einem in der Nähe seines unteren Endes angeordneten Schwimmer 16, ein Rohr 18 mit einem Schließventil 20, einen Ofen 22 mit einem darin angeordneten Ölbrenner 24 und einen Schleuderlüfter oder ein Zentrifugalgebläse 26 aufweist, welches Luft in den Brenner 24 einbläst. Das Rohr 18 hat ein Ende 28, das durch eine Öffnung in einem Gehäuse 29 des Gebläses 26 hindurchgeht, wobei das Ende 28 der stromabwärt igen Richtung des Luft stromes gegenüberliegt und somit eine Ansaugwirkung in dem Rohr 18 erzeugt wird. Schaufeln bzw. Flügel 30 drehen sich in Richtung eines Pfeiles 32, um Luft bei der Öffnung 36 hineinzuziehen und die Luft durch eine öffnung bzw. einen Auslaß 34 abzugeben. Das Rohr 18 dient als Auslaß für den Behälter 12 und ist an der Öffnung des Behälters 12 befestigt. Das Rohr 14 ist gleitend bzw. verschiebbar am Behälter 12 befestigt, und zwar mit einem Rohrsegment 38, das in einer Öffnung 40 des Behälters sicher befestigt ist. Das obere Ende des Rohres 14 ist zur Atmosphäre offen.

Der Behälter 12 ist teilweise mit Wasser 42 gefüllt, wobei sich eine Ölschicht 44 auf der Oberfläche des Wassers 42 befindet. Das Ansaugen des Rohres 18 reduziert den Luftdruck in dem Raum 46 oberhalb der Ölschicht 44 und dem Wasser 42, was zu einer Absenkung des Wasserpegels im Rohr 14 führt. Der Schwimmer 16 hält das untere Ende des Rohres 14 in einem vorgegebenen Abstand unterhalb der Wasseroberfläche. Die Position des Schwimmers 16 auf dem Rohr 14 ist so eingestellt, daß der Rückdruck der Wassersäule im Rohr 14 kleiner ist als die Saugwirkung in dem Rohr 18, mit dem Ergebnis, daß atmosphärische Luft durch das Rohr 14 nach unten gezogen wird und an dem Schwimmer 16 vorbei und in den Raum 46 perlt. Die

Luftblasen absorbieren kleine Mengen an Wasserdampf und öl sowie der darin gelösten Substanzen. Insbesondere sind lösliche Verbindungen von Rhenium und Mangan, die als Katalysatoren bei Verbrennungsreaktionen dienen, im Wasser 42 bzw. in der Ölschicht 44 gelöst.

Gemäß der Erfindung sorgt die Lösung der Katalysatoren in den im Behälter 12 enthaltenen Flüssigkeiten für eine feine Dispersion der Katalysatoren, so daß die Katalysatormoleküle von den Luftblasen mitgenommen und dann über die Luft im Rohr 18 in den Verbrennungsbereich im Ofen 22 transportiert werden können. In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, daß die Substanzen in den Flüssigkeiten des Behälters 12 in der Luft in der Weise absorbiert werden können wie Wasserdampf absorbiert wird, um feuchte Luft zu erzeugen, alternativ können die Substanzen in der Luft suspendiert werden, wie z. B. Aerosole oder Wassertröpfchen in Nebel. Die Absorption im molekularen Bereich wird bevorzugt, da sie die Abmessung von sehr kleinen Mengen der Katalysatoren genau in der gewünschten Menge ermöglicht, ohne den Katalysator zu verschwenden. Im Gegensatz dazu ist die Suspension von Aerosolen der Katalysatoren verschwenderisch, da viel größere Mengen als erforderlich vom Katalysator verbraucht werden. Außerdem benötigt die Suspension von Aerosolen viel Wasser, so daß die Nachfüllung des Behälters 12 wesentlich häufiger erforderlich wäre.

Die Viskosität der Flüssigkeit ist ein wichtiger Faktor in der Begrenzung der Herstellung von Aerosolen aus dem Zerplatzen von Blasen an der Grenzfläche der Flüssigkeit und der Luft. Während somit eine Flüssigkeit mit einer geringeren Viskosität, wie z. B. Wasser, eine kräftige Blasenbildung und das anschließende Zerspritzen und die Bildung von Aerosolen ermöglicht, ist bei einer viskosen Flüssigkeit, wie z. B. einem schweren Öl, nicht mehr als

eine allmähliche Bewegung von Blasen ohne das Zerspritzen und die Bildung von Aerosolen möglich. Die ölschicht hat eine ausreichende Viskosität, um zu gewährleisten, daß keinerlei Zerspritzen sowohl der Ölschicht 44 als auch des Wassers 42 stattfindet, mit der Folge der Beibehaltung der Flüssigkeiten, also des Öls in der Ölschicht 44 und des Wassers 42 mit den darin gelösten Katalysatoren.

Der Behälter 12 besteht aus stabilem Material, das für die darin enthaltenen Flüssigkeiten undurchlässig ist. Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform, bei der Öl und Wasser in dem Behälter 12 enthalten sind, kann der Behälter 12 aus Glas oder vorzugsweise aus bruchbestem

!5 Kunststoff bestehen, der auch widerstandsfähig gegenüber den im Behälter 12 enthaltenen Chemikalien ist. Der Schwimmer 16 hat die Form eines geraden kreisförmigen Zylinders aus geschäumtem Polyurethan und besitzt darin eine Öffnung für den Durchgang des Rohres 14. Beim Zusammenbau des Behälters 12 wird zunächst der Schwimmer 16 auf dem Rohr 14 positioniert und dann das Rohr 14 durch den offenen Boden des Behälters 12 eingeführt und durch das Rohrsegment 38 hindurchgeschoben.

Anschließend wird eine Abdeckplatte 48 mit Klebstoff an einem Rand 50 um die Bodenkante des Behälters 12 befestigt. Schrauben 52 gehen durch einen Flansch 54 des Behälters 12 hindurch, um den Behälter 12 an einer Montagefläche, wie z. B. dem Boden eines Ofenraumes zu befestigen. Das untere Ende des Rohres 14 ist unter einem Winkel von ungefähr 45° abgeschnitten, um die Blasenbildung oder das Hindurchperlen auch in dem Falle zu ermöglichen, wo das untere Ende des Rohres 14 sich in der Nähe von oder in Kontakt mit der Abdeckplatte 48 befindet. Die Abdeckplatte 48, die Rohre 14 und 18 und das Rohrsegment 38 bestehen alle vorteilhafterweise aus demselben Mate-

rial, das zur Herstellung des Behälters 12 verwendet wird.

Das Rohrsegment 38 hat eine Länge von 2,54 cm ( 1 inch) und einen Innendurchmesser von 1,90500 cm (0,750 inch). Das Rohr 14 hat einen Innendurchmesser von 1,59 cm (5/8 inch). Die Außenoberfläche des Rohres 14 ist geschliffen, um einen Außendurchmesser von 1,89992 cm (0,748 inch) zu liefern, was einen Abstand von 0,00254 cm (0,001 inch) Abstand um das Rohr 14 ergibt. Dadurch ergibt sich eine ausreichend bündige Passung zwischen dem Rohr 14 und dem Rohrsegment 38, so daß nur eine vernachlässigbare Luftmenge zwischen dem Rohr 14 und dem Rohrsegment 38 hindurchdringen kann, während es möglich ist, das Rohr 14 innerhalb des Rohrsegmentes 38 zu verschieben. Der Behälter 12 hat eine paraboloidförmige Gestalt mit einer Höhe von 22,86 cm (9 inch) und einem Basisdurchmesser von 40,64 cm ( 16 inch). Der Behälter 12 kann durch Blasformen von Butadienstyrol hergestellt werden oder aus biaxial blasgeformtem Polypropylen bestehen, um einen transparenten Behälter zu bilden, der ein Betrachten seines Inhalts ermöglicht. Der Durchmesser des Rohres 18 kann gleich dem des Rohres 14 sein oder etwas kleiner, beispielsweise einen Außendurchmesser von 1 ,27 cm (1/2 inch) haben.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des oberen Bereiches des Behälters 12 gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei der Behälter hier das Bezugszeichen 12A trägt und diese Figur der Zeichnung außerdem eine andere Form des Schwimmers zeigt, der mit dem Bezugszeichen 16A bezeichnet ist. Eine Platte 56 aus demselben Material, wie sie zur Herstellung des Behälters 12A verwendet wird, ist mit Klebstoff an der inneren Oberfläche der Oberseite des Behälters 12A befestigt. Ein Ventil 58, wie z. B. das Schließventil 20 gemäß Fig. 1, ist mit einem Teil eines Rohres 60, das ein 1,27 cm-Rohrgewinde (halbzol1iges Gewinde)

besitzt, an der Platte 56 befestigt. Anstatt die Außenoberfläche des Rohres 14 zu schleifen, wird der Durchmesser des Rohres 14 bei einem Wert von 1 ,90500 cm (0,750 inch) belassen und die Platte 56 mit einer Öffnung versehen, die auf 1,91008 cm (0,752 inch) erweitert ist. Der resultierende Abstand ist derselbe, wie er oben für den Behälter 12 gemäß Fig. 1 beschrieben ist. Wie sich aus der Schnittansicht ergibt, ist die untere Kante des Schwimmers 16A gekrümmt bzw. gebogen, um für eine gleichmäßige Strömung der Blasen um den Schwimmer 16A zu sorgen.

In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform des Schwimmers 16 gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei diese alternative Ausführungsform mit dem Bezugszeichen 16B bezeichnet ist. Die untere Oberfläche des Schwimmers 16B besitzt eine sanfte Krümmung nach oben zur oberen Oberfläche, um für eine gleichmäßige Strömung der Blasen zu sorgen. Ein Satz von Ausläufern oder Ansätzen 62 ist um den Umfang des Schwimmers 16B vorgesehen, wobei diese Ausläufer 62 radial nach außen gerichtet sind, um die Ausbreitung der Blasen durch die Ölschicht 44 zu verzögern und dadurch jegliches Zerspritzen zu verhindern. Somit wirken sowohl die größere Viskosität der Ölschicht 44 als auch die räumliche Struktur des Schwimmers 16B zusammen, um Spritzer und die Bildung von Aerosolen aus Wasser und Öl zu verhindern.

Aus Fig. 1 läßt sich auch entnehmen, daß die Zeit der Ausbreitung von Blasen durch die ölschicht 44 von der Dicke der Ölschicht abhängt und dadurch einstellbar ist, daß man Öl hinzufügt oder wegnimmt. Die Ausbreitungszeit innerhalb des Wassers kann vergrößert werden, indem man den Durchmesser des Schwimmers vergrößert, um dadurch die Wegstrecke zu verlängern, längs der die Blasen strömen. Auf diese Weise sind die relativen Mengen von öl,

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Wasser und den darin gelösten Katalysatoren einstellbar, öl, wie es in Zweitakt-Benzinmotoren verwendet wird, ist in effektiver Weise für die Ölschicht 44 verwendet worden. Der Absorptionsbereich des Katalysators in die Luft, die durch das Rohr 18 abgezogen wird, ist proportional zur Blasenrate, die durch die Höhe der Wassersäule in dem Rohr 14 eingestellt bzw. reguliert wird. Die Höhe der Wassersäule wird vorgegeben durch das erwähnte Biegen des Rohres 14 zur Atmosphäre und die Position des Schwimmers 16 relativ zum Ende des Rohres 14. Bei der anfänglichen Installation des Rohres 14 wird der Schwimmer 16 hoch oben auf dem Rohr 14 positioniert, und das öl und das Wasser werden dann durch die Oberseite des Rohres. 14 hineingegossen. Nachdem das öl und das Wasser ihre Gleichgewichtspositionen erreicht haben und bei Beginn der Absaugung durch das Gebläse 26 über das Rohr 18 wird der Schwimmer 16 von Hand in seine Position gebracht, indem man das Rohr 14 durch die Öffnung in der Oberseite des Behälters 12 nach oben zieht.

Geeignete Rheniumverbindungen sind Perrheniumsäure gemäß der Formel HReO₄ und ihre Salze, Metaperrhenate und Carbonyl-Halogenverbindungen. Verbindungen der Formel MReO₄, wobei M für K, Na, NH₄ und Rb stehen kann, können verwendet werden, um wasserlösliche Verbindungen von Rhenium zu bilden, wobei M zu M⁺ ionisiert wird. Andere Verbindungen sind M₃ReO₅ und M₅ReO₆. Ein geeigneter Konzentrationsbereich liegt zwischen 1 Gewichtsteil pro Milliarde (1 PPB) und 9 Gewichtsteile pro Million (9 PPM) von metallischem Rhenium zu dem zu behandelnden Brennstoff, wobei 0,1 PPM (100 PPB) bevorzugt wird.

In dem Falle beispielsweise, wo der ölbrenner 24 Öl mit einem Durchsatz von ungefähr 57 1 pro Stunde (15 Gallonen pro Stunde) verbrennt, ist der Behälter 12 auf eine Höhe von 15,24 cm (6 inch) mit Wasser 42 gefüllt, und die Öl-

schicht 44 hat eine Tiefe von 0,635 cm (1/4 inch). Die Konzentration des Katalysators in der Lösung ist nicht kritisch, da die Blasenrate eingestellt werden kann, um für ein gewünschtes Metall/Brennstoff-Verhältnis für die Flamme des Brenners 24 zu sorgen. Eine Blasenrate von 2 - 4. Blasen pro Sekunde wird bevorzugt, da sie es ermöglicht, daß die Rheniumverbindung vorzugsweise aus der Lösung fraktioniert wird, um das Lösungsmittel zurückzulassen. Eine derartige Fraktionierung ist in der Veröffentlichung von Robert Lemlich, "A theoretical Approach to Nonfoaming Absorptive Bubble Fractionation", veröffentlicht in Journal of the American Institute of Chemical Engineering, July 1966, Seiten 802-804 beschrieben.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Systems für die Zuführung von Katalysatoren, nämlich ein System 1OA gemäß der Erfindung, das sich von dem System 10 gemäß Fig. 1 darin unterscheidet, daß das System 1OA gemäß Fig.5 einen Fahrzeugmotor 70 verwendet, um eine Saugwirkung auf das Rohr 18 auszuüben, anstatt das Gebläse 26 gemäß Fig. zu verwenden. Die Darstellung des Fahrzeugmotors 70 ist stilisiert und zeigt nur diejenigen Teile, die zum Verständnis der Realisierung a&r Erfindung erforderlich sind.

Der Motor 70 weist Kolben 72 auf, die hin- und herbewegbar in Zylindern 74 montiert sind, wobei die Zylinder 74 über Ventile 76 mit einer Ansaugleitung oder einem Ansaugstutzen 78 in Verbindung stehen, um eine Mischung aus Brennstoff und Öl zu erhalten und die Verbrennung in den Zylindern 74 durchzuführen. Ein Vergaser 80 besitzt eine schwenkbare Drosselklappe 82, die in einem Eintrittsstutzen 84 des Vergasers 80 angeordnet ist, um die Mengen an Luft und Brennstoff in den Ansaugstutzen 78 abzumessen bzw. zu dosieren, wobei sie zu einer homogenen Mischung von Luft und Brennstoff vermischt werden. Die Darstellung ist so gewählt, daß die Luft direkt in den Eintritts-

stutzen 84 eingeführt wird, während der Brennstoff bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Brennstofftank 86 zugeführt wird und eine Düse 88 in den Eintrittsstutzen hineinragt. Wie man weiß, wird ein teilweiser Unterdruck durch die Wirkung der Kolben 72 im Ansaugstutzen 78 erzeugt. Die übliche Praxis bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen besteht in der Verwendung des Unterdruckes des Ansaugstutzens 78, um andere Elemente des Fahrzeuges zu betätigen, wobei eine geeignete Verbindung zu derartigen Elementen durch einen Schlauch 90 geschaffen wird, welcher eine Verbindung zwischen der Basis des Vergasers 80 und anderen, nicht dargestellten Teilen schafft. Ein T-Stück 92 ist in die Leitung bzw. den Schlauch 90 eingesetzt, um eine Verbindung des Rohres 18 zur Leitung 90 zu schaffen.

¹^ Dadurch sorgt der Unterdruck des Ansaugstutzens 78 für die erforderliche Ansaugwirkung über das Rohr 18, um den Katalysator aus dem Behälter 12 oder 12.A mitzunehmen und den Katalysator von der Basis des Vergasers 80 gleichmäßig unter den Zylindern zu verteilen.

Bei dem Motor 70 gemäß Fig. 5 werden der Brennstoff, die Luft und der Katalysator alle durch die Ansaugwirkung in den Ansaugstutzen 78 angesaugt, um für eine homogene Vermischung des Katalysators mit dem Brennstoff und der Luft zu sorgen. Somit kann der Katalysator als homogener Katalysator bezeichnet werden, im Unterschied zu einem nicht dargestellten Katalysator, der als Beschichtung längs einer Innenoberfläche eines Zylinders 74 vorgesehen sein kann. Der homogene Katalysator ist im Vergleich zu dem aufgetragenen Katalysator insofern vorteilhaft, als die Menge an Katalysator, die mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch in Kontakt kommt, unabhängig von der Bildung von Verbrennungsprodukten und der Anwesenheit einer Öldurchströmung ist, die sich sonst auf den Innenseiten der Zylinder 74 ausbilden können und schließlich den Betrieb bzw. die Wirkung eines aufgetragenen Katalysators behindern.

Die Anwesenheit des Rhenium-Katalysators steigert nicht nur die Verbrennung des Kohlenstoffes von Kohlenwasserstoffen unter Bildung von Kohlenmonoxid, sondern steigert außerdem die Verbrennung des Kohlenmonoxjds mit Sauerstoff zur Bildung von Kohlendioxid. Die größte Menge an thermischer Energie, die beim Verbrennungsprozeß erzeugt wird, tritt bei der Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid auf. Somit ist das Rhenium nützlich bei der Steigerung der Effizienz von beiden Aspekten der Verbrennung.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Rhenium bei der Umbildung der Kohlenwasserstoffmoleküle verwendet, um ihre Form von nicht-aromatischen MoIekülen in aromatische Moleküle zu ändern. Somit ergibt sich eine Erhöhung des Octangehaltes des Brennstoffes, um für eine besser gesteuerte und gleichmäßigere Verbrennungsrate zu sorgen. Dies reduziert die Tendenz zum Klingeln bzw. Klopfen im Zusammenhang mit der Verwendung eines Brennstoffes, der einen extrem niedrigen Octangehalt für das Kompressionsverhältnis des Motors besitzt. Außerdem reduziert das Rhenium die Wirkung des Octan-Kriechens im Zusammenhang mit dem Altern von Motoren, wobei einer Tendenz zum Klingeln bzw. Klopfen durch die Verwendung eines Brennstoffes mit höherem Octangehalt entgegengewirkt wird. Man erkennt somit, daß die Erfindung für die kontrollierte Zumessung oder Dosierung des Katalysators sorgt, um eine homogene Verteilung des Katalysators innerhalb des Brennstoff-Luft-Gemisches im Ansaugstutzen zu schaffen, damit eine effiziente Verbrennung bei. einem Motorbetrieb im Zusammenhang mit der Verwendung eines Brennstoffes mit höherem Octangehalt gewährleistet ist.

Als praktische Maßnahme beim Bau eines Behälters für Kraftfahrzeugzwecke darf darauf hingewiesen werden, daß die Fahrzeugbewegungen im Zusammenhang mit einem Fahrzeug ein

übermäßiges Spritzen der Flüssigkeiten innerhalb des Behälters 12 bzw. 12A in Fig. 1 bzw. 2 hervorrufen würden, was die Zumeß- oder Dosierungswirkung der Schwimmer 16 bzw. 16A teilweise zerstören würde. Dementsprechend wird eine abgewandelte Ausführungsform des Behälters 12B gemäß Fig. 5 für Fahrzeugzwecke bevorzugt. Das Lufteinlaßrohr 14 gemäß Fig. 1 wird durch das Einlaßrohr 14B in Fig. 5 ersetzt, und die Zumeß- oder Dosierwirkung wird durch einen Zylinder 94 mit einer Kapillarbohrung 96 erreicht.

Das Rohr 14B steht mit dem Innenraum des Behälters 12B am Boden des Behälters in Verbindung, während die Kapillarbohrung 96 eine Verbindung zwischen dem Rohr 18 und einem Innenbereich des Behälters 12B oberhalb des Pegels der darin enthaltenen Flüssigkeit schafft. Der Behälter 12B ist ohne weiteres mit rechteckiger Kastenform herstellbar, wobei das Rohr 14B längs eines mittleren Bereiches einer Seitenwand angeordnet ist, während der Zylinder 94 sich auf einer zentralen Linie auf der gegenüberliegenden Seitenwand des Behälters 12B befindet. Typische Dimensionen, die beim Bau des Behälters 12B verwendet werden, sind folgende. Die Höhe des Behälters beträgt 17,78 cm (7 inch), die Breite des Behälters beträgt 7,62 cm (3 inch), und die Tiefe des Behälters beträgt 5,08 cm (2 inch). Der Behälter 12B ist mit Flüssigkeit gefüllt, die eine Tiefe von ungefähr 12,7 cm (5 inch) besitzt. Das Rohr 14B hat einen Durchmesser von 1 ,905 cm (3/4 inch)und steht mit dem Innenraum des Behälters 12B über eine Öffnung mit einem Durchmesser von 0,635 cm (1/4 inch) in Verbindung. Der Zylinder 94 hat einen Außendurchmesser von 0,47625 cm (3/16 inch) und eine Länge von 1,9 05 cm (3/4 inch). Die Kapillarbohrung 96 längs der Mittelachse des Zylinders 94 hat einen Durchmesser von 0,0127 cm (0,005 inch). Der genannte Durchmesser der Kapillarbohrung 96 ist ausreichend klein, so daß die in dem Behälter 12B enthaltene Flüssigkeit nicht durch die Kapillarbohrung 96 fließen kann. Es sind nur die kleinen Teilchen des Katalysators in der fein verteilten Form,

die in der Luft suspendiert sind und als Luftsuspension durch die Kapillarbohrung 96 in das Rohr 18 und von dort in den Ansaugstutzen 98 abgezogen werden. Während langer Lagerperioden mit abgeschaltetem Motor 70 ist der Pegel der Flüssigkeit innerhalb des Rohres 14B gleich dem Pegel der Flüssigkeit im Behälter 12B. Während des Betriebes des Motors 70 fällt jedoch der Pegel des Fluids innerhalb des Rohres 14B auf den Ort der öffnung 98 ab, welche das Rohr 14B mit dem Innenraum des Behälters 12B verbindet. Auch die ölschicht 44 (vgl. Fig. 1) kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 zerstört werden, da die Kapillarbohrung 96 verhindern wird, daß irgendwelche Tröpfchen oder Aerosole in den Ansaugstutzen des Motors eintreten.

Die Verwendung eines Gefrierschutzmittels, beispielsweise von Alkohol, wie z. B. von Äthanol oder Methanol, oder von Glykol, wie z. B. Propylenglykol oder Methylenglykol, verhindert das Einfrieren der Katalysatorlösung bei kaltem Wetter. Das Gefrierschutzmittel wird in dem Wasser im Behälter 12, 12A oder 12B zusammen mit dem Katalysator gelöst. Da das Gefrierschutzmittel den Nebeneffekt hat, eine Ausfällung des Katalysators einzuleiten, wird ein weiteres Mittel, das als "Blockiermittel" bezeichnet wird, ebenfalls in dem Wasser gelöst, um die Ausfällung zu blockieren und somit den Katalysator in Lösung zu halten. Geeignete Blockiermittel sind NaCl, HCl und LiCl. Das Lithiumchlorid wird bevorzugt, da es keine Acidität besitzt, welche eine Korrosion von Fahrzeugmotoren hervorrufen könnte.

Ein weiterer Vorteil wird durch die Verwendung von Ethylenglykol oder anderen Glykolen erreicht. Das Ethylenglykol dient als oberflächenaktiver Stoff und reduziert die Schaumbildung. Infolgedessen wird die Perrheniumsäure an der Grenzschicht zwischen dem Wasser und der Luft aktiver und wird somit durch die Blasenbildung oder das Durchper-

len der oben erwähnten Fraktionierung noch leichter in die Luft absorbiert. Dementsprechend wird das Glykol bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stets verwendet, unabhängig davon, ob das Klima warm oder kalt ist. Das Glykol wird auch gegenüber Alkohol insofern bevorzugt, als das Glykol weniger leicht entflammbar und leichter verfügbar ist.

Die folgende Formulierung ist beispielhaft für die Herstellu lung einer Lösung des Katalysators. Um 425,25 g (15 Unzen) Lösung zu erhalten, werden 141,75 g (5 Unzen) Ethylenglykol in 283,5 g (10 Unzen) destilliertem Wasser zusammen mit 11,34 g. (0,4 Unzen) LiCl gelöst. Dann werden 1,0 g Perrheniumsäure in dem Wasser gelöst. Die Rheniumverbindung wird stets zuletzt hinzugefügt, um zu gewährleisten, daß das Blockiermittel aktiv geworden ist, um eine Ausfällung des Katalysators zu verhindern. Diese Formulierung kann sowohl für den Fahrzeugmotor gemäß Fig. 5 als auch den Ofen gemäß Fig. 1 verwendet werden.
.

Meissner & Bolte
Patentanwälte

Anmelder:

Barnett J. Robinson 501 Boylston Street Brookline, MA 02146 U.S.A.

Bremen, den 21. März 1984/9117

Bezugszeichenliste

10	System
10A	System
12	Behälter, Haube
12A	Behälter, Haube
14	Rohr
14B	Rohr
16	Schwimmer
16A	Schwimmer
16B	Schwimmer
18	Rohr
20	Schiießventil
22	Ofen
24	ölbrenner
26	Zentrifugalgebläse,
	Schleuderlüfter
28	Ende
29	Gehäuse
30	Flügel, Schaufel
32	Pfeil
34	Öffnung, Auslaß
36	Öffnung
38	Rohrsegment
40	Öffnung
42	Wasser
44	ölschicht
46	Raum
48	Abdeckplatte

50	Rand
52	Schraube
54	Flansch
56	Platte
58	Ventil
60	Rohrtei 1
62	Ausläufer, Ansatz
70	Fahrzeugmotor
72	Kolben
74	Zylinder
76	Ventil
78	Ansaug leitung
80	Vergaser
82	Drosselventil, Drosselklappe
84	Eintrittsstutzen
86	Brennstofftank
88	Düse
90	Schlauch
92	T-Stück
94	ZyIinder
96	Kapi 1 larbohrung
98	Öffnung

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Claims

Patentansprüche

1 .) System für die Zuführung von Katalysatoren, die nicht mehr als 9 mg metallisches Rhenium/kg Brennstoff enthalten, in ein Verbrennungssystem mit einer Einlaßöffnung für Luft, gekennzeichnet durch Mittel zur Verteilung des Katalysators in einer Flüssigkeit und Mittel zur Hindurchleitung von Luft durch die Flüssigkeit zum Absorbieren des Katalysators in die Luft.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 10 daß der Katalysator eine in der Flüssigkeit lösliche Verbindung ist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbindung bei Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb der Deflagrationstemperatur in einer Verbrennungskammer des Systems zersetzt.
4. System für die Zuführung von Katal-ysatoren,

die nicht mehr als 9 mg von metallischem Rhenium/kg Brennstoff enthalten, in ein Verbrennungssystem mit einer Einlaßöffnung für Luft, gekennzeichnet durch einen Verteilungsträger, der den Katalysator enthält, und Mittel zum Hindurchleiten der Luft durch den Verteilungsträger zum Absorbieren des Katalysators in die Luft.
5. Verfahren für die Zuführung eines Katalysators, der nicht mehr als 9 mg an metallischem Rhenium/kg Brennstoff enthält, in ein Verbrennungssystem mit einer Einlaßöffnung für Luft, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Verteilen des Katalysators in einem Verteilungsmittel; und Hindurchleiten der Luft durch das Verteilungsmittel zum Absorbieren des Katalysators in der Luft.
6. System für die Zuführung eines Katalysators, der eine lösliche Rheniumverbindung enthält, in ein Verbrennungssystem mit einer Einlaßöffnung für Luft, gekennzeichnet durch

•einen Verteilungsträger, der den Katalysator enthält; und Mittel zum Hindurchleiten der Luft durch den Verteilungsträger zum Absorbieren des Katalysators in der Luft.
7. Verfahren für die Zuführung eines Katalysators, der eine lösliche Rheniumverbindung enthält, in ein Verbrennungssystem mit einer Einlaßöffnung für Luft, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Verteilen des Katalysators in einem Verteilungsmittel und Hindurchleiten der Luft durch das Verteilungsmittel zum Absorbieren des Katalysators in der Luft.
8. System für die Zuführung von katalytischem Material zu einem Verbrennungssystem, gekennzeichnet durch

einen Umbildner von Kohlenwasserstoff-Brennstoff zur Erhöhung seines Octangehaltes ,

Mittel zum Ansaugen des Umbildners in das Verbrennungssystem und

Mittel zum Ansaugen von Brennstoff in das Verbrennungssystem gleichzeitig mit dem Umbildner zur Verbrennung des Brennstoffes mit den Eigenschaften eines Brennstoffes mit höherem Octangehalt.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungssystem eine Brennkraftmaschine ist und daß der Umbildner und der Brennstoff in den Ansaugstutzen des Motors eingesaugt werden.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Umbildner eine lösliche Rheniumverbindung ist und daß das Ansaugen dadurch erfolgt, daß Luft durch eine Flüssigkeit gezogen wird, in der die Rheniumverbindung gelöst ist.
11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umbildner eine lösliche Rheniumverbindung ist und daß das Ansaugen dadurch erfolgt, daß Luft durch eine Flüssigkeit gezogen wird, in der die Rheniumverbindung gelöst ist.
12. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Umbildner eine

wasserlösliche Rheniumverbindung ist, daß die Verbindung sich bei Erwärmung auf eine niedrigere Temperatur als die Deflagrationstemperatur des Brennstoffes in dem Motor zersetzt, und daß die Umbildner-Ansaugmittel Mittel zum Aufrechterhalten einer wässrigen Lösung der Rheniumverbindung sowie Mittel für die Dosierung von Luft durch die wässrige Lösung umfassen, wobei die Rheniumverbindung nicht mehr als 9 mg an Rhenium/kg von verbranntem Brennstoff in dem

Motor enthält.
IO
13. System für die Zuführung eines Katalysators, der Rhenium enthält, in ein System für die Verbrennung von Brennstoff mit einem Sauerstoffträger, gekennzeichnet durch

Mittel zum Verteilen des Katalysators in einer Flüssigkeit und

Mittel zum Hindurchleiten eines Gases durch die Flüssigkeit zum Abführen von Mengen des Katalysators in das Verbrennungssystem zur Vermischung mit dem Sauerstoffträger und dem Brennstoff.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas den Sauerstoffträger enthält.
15. System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch oberflächenaktive Mittel zur Erhöhung der Wirksamkeit der Fraktionierung des Rheniumkatalysators aus der Flüssigkeit durch das Hindurchleiten des Gases durch die Flüssigkeit.
16. System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist und daß der Rheniumkatalysator Verbindungen aus einem Satz von wasserlöslichen Rheniumverbindungen enthält, welche perrheniumsäure und ihre Salze, Oxide höherer Ordnung der Salze, Metaperrhenate und Rhenium-Carbonyl-Halogenverbindungen umfassen.
17. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenaktiven Mittel ein wasserlösliches Glykol und ein Blockiermittel enthalten, das die Ausfällung des Katalysators verhindert.
18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockiermittel ein wasserlösliches Chlorid aus der Gruppe ist, die WasserstoffChlorid, Litiumchlorid und Natriumchlorid umfaßt.
19. System nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockiermittel Litiumchlorid ist und daß das oberflächenaktive Mittel Ethylenglykol ist.
20. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff und der Sauerstoffträger während der Mischung mit dem Katalysator in gasförmiger Form vorliegen.
21. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 20, gekennzeichnet durch Mittel, die in der Flüssigkeit gelöst sind, um ein Frieren der Flüssigkeit zu verhindern, und durch Mittel, die in der Flüssigkeit gelöst sind, um ein Ausfällen des Katalysators durch das Gefrierschutzmittel zu verhindern.
22. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefrierschutzmittel ein Glykol ist und daß das Blockiermittel ein Gruppe-1-Chlorid ist.

Meissner & Bolte
Patentanwälte