DE3509035A1 - Verfahren zur entgiftung von abgasen aus otto-motoren - Google Patents

Verfahren zur entgiftung von abgasen aus otto-motoren

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Description

  • Verfahren zur Entgiftung von Abgasen aus Otto-Motoren
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgiftung von Abgasen aus Otto-Motoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Die Abgasentgiftung soll mit Hilfe eines möglichst preiswerten Verfahrens auch dann erreicht werden, wenn der Motor mit bleihaltigem Kraftstoff betrieben wird oder sich in einer Umgebung befindet, in der andere Motoren mit bleihaltigem Kraftstoff betrieben werden. Das Verfahren soll auch für Motoren geeignet sein, die aus Gründen der Lebensdauer nur mit bleihaltigem Kraftstoff betrieben werden können.
  • Es ist bekannt, daß Katalysatoren für die Entgiftung von Abgasen aus Otto-Motoren auf der Basis von Platin als Katalysatorwerkstoff hergestellt werden. Als Träger wird meistens ein keramischer Wabenkörper verwendet.
  • Die notwendige Betriebstemperatur wird durch die den Katalysator durchströmenden Abgase erzeugt.
  • Die Nachteile der bekannten Lösungen sind: a) die Betriebstemperatur wird bei Kurzstreckenbetrieb im Kraftfahrzeug selten erreicht und damit die Wirksamkeit des Katalysators weitgehend ausgeschlossen.
  • b) der Katalysator ist nur bei Verwendung von blei freiem Kraftstoff einzusetzen. Er wird aber auch schon dann zerstört, wenn der Motor bleihaltige Auspuffgase eines anderen Fahrzeuges ansaugt.
  • c) während der Betriebszeit eines Platinmetall katalysators treten Emissionen von Platin- und Rutheniumverbindungen auf, welche giftig und umweltschädlich sind.
  • d) der verbrauchte oder durch bleihaltige Abgase zerstörte Katalysator ist nicht mehr verwendbar und muß verschrottet werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu finden, welches: - nicht unbedingt die Verwendung von bleifreiem Kraftstoff erfordert, - dessen Entgiftungswirkung nicht durch das Ansaugen bleihaltiger Abgase anderer Motoren beeinträchtigt wird, - dessen Entgiftungswirkung auch bei Kurzzeitbetrieb gewährleistet ist, - dessen Katalysator keine giftigen Emissionen von Platin- und Rutheniumverbindungen aufweist, - dessen Katalysator durch einen Regenerationsprozeß wiederverwendbar gemacht werden kann, - dessen Blei- und Schwefelfilter aus billigem Material hergestellt werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abgase zunächst einer Entgiftungsstufe 1, bestehend aus einer Patrone mit einer Füllung aus grobkörnigem Kalk und Natriumperborat, zugeführt werden, in welcher eine Reihe chemischer Reaktionen ablaufen. Die Menge ist so bemessen, daß bei einem Bleigehalt von 0,15 g/l die Lebensdauer der Patrone einem Wartungszyklus von 15000 km Fahrstrecke entspricht. In der Patrone laufen die im Anspruch 1 Pos. 1.1 bis 1.6 angegebenen Reaktionen ab und das Ergebnis ist Abgas ohne Blei- und Schwefelgehalt. Die Umwandlungsstoffe PbCO3 und CaSO4 verbleiben in der Patrone und das entstandene CO2 wird mit den übrigen Abgasen der Stufe 2 zugeführt.
  • Das der Stufe 2 zugeführte vorgereinigte Abgas, das noch Kohlenwasserstoffe und Stickoxide enthält, durchströmt die in mehreren Schichten angeordneten Katalysatorkörner. Zwischen den Katalysatorschichten befindet sich eine neutrale mechanische Filterschicht z. B. aus Mineralwolle.
  • Sie dient einerseits der Trennung der einzelnen Katalysatorschichten und andererseits der Filterung von eventuell ausgeschleuderten Palladiumpartikeln aus den Katalysatoren.
  • Nach dem passieren der Palladiumschichten und der dazwischen angeordneten Filter strömen die gereinigten Abgase noch durch ein letztes mechanisches Filter, welches nur noch gasförmige Bestandteile austreten läßt.
  • Um die Wirksamkeit der Katalysatorenschichten so kurz wie möglich nach Inbetriebnahme des Motors zu entfalten, werden sie durch eine elektrische Heizung auf ca. 5000C gebracht. Dieser Vorgang dauert nur wenige Sekunden, da die zu beheizenden Mengen durch die Schichtenanordnung klein sind.
  • In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren dadurch vervollständigt, daß die Katalysatorstufe nach Ablauf der Lebensdauer regeneriert werden kann. Hierzu werden die Katalysatorschichten beheizt.
  • Die Vorteile der Erfindung sind: - das Verfahren kann an jedem Otto-Motor, der nicht mit bleifreiem Kraftstoff betrieben werden kann, angewandt werden.
  • - das Verfahren schützt vor Beschädigung des Katalysators durch bleihalti ge Abgase anderer Motoren, - das Verfahren emittiert keine schädlichen Platin- und Rutheniumverbindungen, - die verwendeten Materialien sind billig und in Mengen verfügbar, - die Katalysatorsubstanz, Palladium, wird nur in sehr geringen Mengen in feiner Verteilung benötigt, - die Beheizung der Schichtanordnung der Katalysatorsubstanz bewirkt sofortige Entgiftungswirkung ab Betriebsbeginn, - die Katalysatorsubstanz ist regenerierbar, - die Abfallprodukte der ersten Entgiftungsstufe sind nicht umweltschädlich Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Bild 1 dargestellt.
  • Der Otto-Motor (1) gibt seine Abgase über die Leitung (2) den Schalldämpfer (3) in die mit Kalk + Natriumperborat-Gemisch gefüllte Filterkammer (4). In der Kammer laufen die Reaktionen nach Anspruch 1 ab und das von Pb und S gereinigte Abgas strömt durch den Überstromkanal (5) zum ersten Katalysatorsegment (6). Die Katalysatorsegmente werden durch die Heizstäbe (7) mit Hilfe der über den Schalter (10) zugeschalteten Stromversorgung (11) beheizt. Das Gas strömt abwechselnd durch Katalysatorsegmente und Zwischenfilter (8a) bis in das Endfilter (8). Es tritt als gereinigtes Abgas aus dem Abgasrohr (9) ins Freie.
  • In den Katalysatorsegmenten werden die NOX, CO und CH Bestandteile zu H2O, N2 und CO2 umgewandelt.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Entgiftung von Abgasen aus Otto-Motoren Schutzanspruche: 1. Verfahren zur Entgiftung von Abgasen aus Otto-Motoren, die mit schwefel- und bleihaltigem Kraftstoff betrieben werden, dadurch gekennzeich net, daß man zunächst in einer ersten Entgiftungsstufe Schwefel (SO,) und Blei aus den Abgasen beseitigt indem man: 1.1 die Abgase durch eine Mischung von CaC03 (Kalk) und Natriuniperborat leitet, 1.2 das CaC03 mit Hilfe des im Abgas vorhandenen Kondenswassers dissozliert und hydratisiert 1.3 das Blei von Pb + H2CO3 - PbC03 reagieren läßt 1.4 den Schwefelgehalt (SO2) in Form von SO2 + CaC03 + °2 aus Natriumperborat - CaS04 + CO mit dem Kalk zu Calziumsulfat und 2 unschädlichem CO2 verwandelt 1.5 und mit Hilfe des beigemischten Natriumperborates das verbliebene 502 zu SO4 umwandelt und 1.6 dieses mit dem aus1 3 verbliebenen Ca zu CaS04 = Gips verbindet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionen in einer austauschbaren Patrone unter Verwirbellung der Abgase mit der Patronenfüllung durchführt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die festen Reaktionsprodukte am Ende der ersten Entgiftungsstufe in der Patrone ausfiltert.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Füllmenge der Patrone nach Anspruch 2 so bemißt, daß sie für ein Wartungsintervall von ca. 15000 km Fahrstrecke ausreicht.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer nachfolgenden zweiten Entgiftungsstufe, welche von den in Stufe 1 vorgereinigten Abgasen durchströmt und dabei CH, NOX und CO in H2O, N2 und CO2 umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man: 5.1 die Abgase abwechselnd durch Filterschichten aus einem Palladiumkatalysator z. B. Palladium-Moti r oder Palladium-Aktivkohle und z. B.
    Mineralwolle strömen läßt, 5.2 die Katalysatorzonen durch eine thermostatisch geregelte elektrische Heizung in kürzester Zeit auf ca. 5000C erwärmt.
  6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß man als letzte Filterstufe die Abgase durch ein mechanisches Feinfilter strömen läßt.
  7. 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite Entgiftungsstufe so bemißt, daß sie für mindestens 80000 km Fahrstrecke ausreicht und sie danach durch einen Regenerationsprozeß erneut einsetzbar gemacht wird.
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