DE4142017A1

DE4142017A1 - Filter for redn. of fuel emission from tanks - using adsorption film in form of three=dimensional support contg. adsorbents e.g. microporous carbon@ and porous styrene]-di:vinyl]-benzene polymers

Info

Publication number: DE4142017A1
Application number: DE19914142017
Authority: DE
Inventors: Hasso Von Bluecher; Ernest De Dr Ruiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1993-06-24

Abstract

Fuel emissions from motor vehicles when filling tanks is prevented by an adsorption film in the form of a plate, cuboid or cylinder of a three-dimensional support contg. adsorber, positioned in a flat pocket in the tank itself or on the outside. Pref. adsorbers are active C with numerous micropores in the range 20-50 Angstrom and porous polymers based on styrene/-divinylbenzene. ADVANTAGE - Easy desorption, does not soak up fuel in use.

Description

Die beim Betanken auftretende Emission hat ihre Ursache darin, daß beim Füllen des Tanks durch den einfließenden Kraftstoff ein gleichgroßes Volumen mit Kraft stoffdämpfen gesättigter Luft verdrängt wird und ohne besondere Vorkehrungen an die Umwelt abgegeben wird.The emission that occurs during refueling is due to the fact that when filling of the tank through the inflowing fuel an equal volume with power vapors of saturated air is displaced and without special precautions the environment is released.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, diese Emission zu vermeiden bzw. zu re duzieren. Die eine Möglichkeit ist das sog. Gaspendelsystem, bei dem die Kohlen wasserstoffdämpfe in den Tank der Tankstelle und von dort aus über den Tankwa gen der Raffinerie zurückgeführt werden, wo sie in einer besonderen Anlage auf bereitet werden. Die andere Möglichkeit ist, die Dämpfe über ein fahrzeugseitig angebrachtes Adsorptionsfilter zu leiten und dieses Filter beim Fahren durch die vom Motor angesaugte Luft zu desorbieren.There are basically two ways of avoiding or re-emitting this emission reduce. One possibility is the so-called gas pendulum system, in which the coals hydrogen vapors into the tank of the gas station and from there over the tankwa be returned to the refinery where it is located in a special facility be prepared. The other option is to control the vapors on the vehicle side attached adsorption filter and this filter when driving through the desorb air drawn in by the engine.

Beim Gaspendelsystem wird Fremdluft mitangesaugt, so daß ein Teil des Ge mischs abgeblasen werden muß, da wegen der Fremdluft das Gasvolumen größer ist als jenes des abgegebenen Kraftstoffs. Deshalb beträgt heute der Wirkungs grad kaum mehr als 70%, wobei allerdings noch einige Verbesserungen möglich sind. Problematisch ist auch die Rückgewinnung in der Raffinerie. Die klassischen Verflüssigungsmethoden können die von der TA-Luft verlangte Konzentration (150 mg/m³) bei weitem nicht erreichen, so daß zusätzliche Adsorptionsanlagen unum gänglich sind.In the gas pendulum system, extraneous air is also sucked in, so that part of the mixture has to be blown off, since the gas volume is greater than that of the delivered fuel because of the extraneous air. For this reason, the degree of efficiency is now hardly more than 70%, although some improvements are still possible. Recovery in the refinery is also problematic. The classic liquefaction methods are far from reaching the concentration required by the TA-Luft (150 mg / m ³ ), so that additional adsorption systems are unavoidable.

Aber auch ein im Kraftfahrzeug installiertes Adsorptionsfilter ist nicht problemlos. Neben der Notwendigkeit eines hermetisch abschließenden Betankungssystems, muß ein Gasvolumen von ca. 1 l/sekunde über das Filter geleitet werden, ohne daß sich ein wesentlicher Gegendruck aufbaut. Letzteres läßt sich in Form einer Schüttung nur mit großen Behältern und größeren Adsorberteilchen erreichen. In der DE-OS 38 13 563 werden Adsorptionsfilter beschrieben, mit als besonderes Kennmerk kleine Adsorberteilchen, die auf einer dreidimensionalen Matrix fixiert sind. Diese Filter haben bei sehr großer Wirksamkeit einen extrem niedrigen Druckabfall. Die DE-OS 41 01 658 besagt, daß die erwähnten Filter sich gut eignen, um die Kraftemission von Kraftfahrzeugen zu vermindern. Es stehen also geeigne te Filter zur Verfügung. Darüberhinaus verlangen aber die großen Volumenströme Leitungen mit großem Durchmesser und den dazugehörenden Ventilen. Solche Leitungen sind im Falle eines Crash nicht ganz unproblematisch - sie sind zeitwei se mit explosivem Gasgemisch gefüllt - aber auch die Konstruktion von Ventilen mit großem Durchfluß beinhaltet Schwierigkeiten.However, an adsorption filter installed in the motor vehicle is also not without problems. In addition to the need for a hermetically sealed refueling system, a gas volume of approx. 1 l / second must be passed through the filter without that a substantial back pressure builds up. The latter can be in the form of a Only reach bulk with large containers and larger adsorber particles. In DE-OS 38 13 563 describes adsorption filters, with special Characteristic small adsorber particles, which are fixed on a three-dimensional matrix are. These filters have an extremely low efficiency with a very high effectiveness Pressure drop. DE-OS 41 01 658 states that the filters mentioned are well suited to reduce the power emissions from motor vehicles. So there are suitable filters available. Beyond that, however, the large volume flows demand Large diameter pipes and the associated valves. Such Lines are not without problems in the event of a crash - they are temporary filled with an explosive gas mixture - but also the construction of valves large flow involves difficulties.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für die genannten Schwierigkeiten Abhilfe zu schaffen.It is the object of the present invention for the difficulties mentioned To remedy the situation.

Die erfindungsgemäße Problemlösung macht von den unbegrenzten Möglichkei ten der Formgebung des Materials der DE-OS 38 13 563 Gebrauch: Das Filter, in Form einer Platte, wird entweder direkt im Tank oder außen am Tank anliegend an geordnet und zwar so, daß die beim Betanken aus dem Tank austretenden Gase direkt an dem einen Ende der Filterplatte - also ohne jede Leitung bzw. Ventil - in diese eintreten können, das Filter in seiner ganzen Länge durchströmen und am anderen, offenen Ende in die Atmosphäre austreten. In der Nähe des Gaseintritts befindet sich die Saugleitung zum Motor. Besteht im Tank Überdruck, so wird bei laufendem Motor dieser Überdruck abgesaugt und es gelangen nur wenig Kohlen wasserstoffe in das Filter. Ist der Überdruck im Tank abgebaut, so saugt der Motor im wesentlichen Luft durch die Filterplatte und zwar in umgekehrter Richtung zur Adsorption.The problem solution according to the invention makes unlimited possibilities th the shape of the material of DE-OS 38 13 563 use: the filter, in Form of a plate, either directly in the tank or on the outside of the tank ordered and in such a way that the gases emerging from the tank during refueling directly at one end of the filter plate - i.e. without any pipe or valve - in these can occur, flow through the filter in its entire length and on leak into the atmosphere at the other, open end. Near the gas inlet is the suction line to the engine. If there is overpressure in the tank, then at this excess pressure is sucked off while the engine is running and there is little coal hydrogen in the filter. If the excess pressure in the tank is released, the engine sucks essentially air through the filter plate in the opposite direction Adsorption.

Durch die Wahl besonders leicht desorbierbarer Adsorber sind keine großen Luft mengen zur Desorption erforderlich. 50 "Bettvolumen" reichen aus, um eine De sorption von annähernd 90% der Gesamtmenge der adsorbierten Butane und Pentane zu desorbieren. Da die Absaugung mit sinkendem Überdruck im Tank sich von selbst und völlig kontinuierlich vom Tank auf das Filter umschaltet, werden die gefürchteten "Butanspitzen" auf die die Lambdasonde nicht schnell genug rea gieren kann, vermieden. Komplizierte Ventile werden nicht benötigt. Allenfalls emp fiehlt sich ein Explosionsschutz.By choosing particularly easily desorbable adsorbers, there is no great air quantities required for desorption. 50 "bed volumes" are enough to make a De sorption of approximately 90% of the total amount of butanes adsorbed and Desorb pentanes. Because the suction with falling pressure in the tank switches automatically and completely continuously from the tank to the filter the dreaded "butane tips" to which the lambda probe does not react quickly enough can greed avoided. Complicated valves are not required. At most emp there is an explosion protection.

Eine bevorzugte Lösung sieht wie folgt aus: In eine auf den Tank aufgeschweißte Tasche von 55 mm Länge, 200 mm Breite und 20 mm Höhe, die an einem Ende über die volle Breite mittels eines 10 mm breiten Schlitzes mit dem Tank in Verbin dung steht und am anderen Ende offen und lediglich gegen größere Partikel und Spritzwasser geschützt ist, befindet sich eine flexible Filtermatte, die zwecks Errei chen der erforderlichen Dichtigkeit, vor dem Einbringen eine ca. 5% größere Dicke und Breite als die Tasche hatte. Die zum Motor führende Absaugung befindet sich am gleichen Ende wie der Eintrittsschlitz für die Benzindämpfe. Die Absaugrate ist so bemessen, daß der Unterdruck im Filterelement weniger als 2 Pascal beträgt.A preferred solution looks as follows: In a welded on the tank Bag of 55 mm in length, 200 mm in width and 20 mm in height at one end across the full width by means of a 10 mm slot with the tank in connection manure is open at the other end and only against larger particles and Protected against splash water, there is a flexible filter mat for the purpose of reaching Chen the required tightness, about 5% greater thickness before insertion and width than the bag had. The suction leading to the motor is located at the same end as the inlet slot for the gasoline vapors. The suction rate is dimensioned so that the vacuum in the filter element is less than 2 Pascal.

Selbstverständlich könnte die Filterplatte im Tank selbst untergebracht sein, was aber zu einer weniger leichten Austauschbarkeit des Filters führt.Of course, the filter plate could be accommodated in the tank itself, what but leads to a less easy interchangeability of the filter.

Von großer Wichtigkeit ist eine Vorrichtung, die verhindert, daß beim Betanken bzw. bei besonders starker Schräglage kein flüssiges Benzin in das Filter gerät. Da die ses Problem auch bei klassischen Anordnungen auftritt, und dem Fachmann meh rere Lösungen zur Verfügung stehen, wird hierauf nicht näher eingegangen.Of great importance is a device that prevents that when refueling or no liquid petrol gets into the filter if the bank is particularly steep. Since the ses problem also occurs with classic arrangements, and the expert meh More solutions are available, this will not be discussed in more detail.

In dem beschriebenen Zweck haben sich als Adsorber "poröse Polymere" beson ders geeignet. Die wesentlichen Komponenten der Tankemission sind Butane und Pentane. Um diese ausreichend adsorbieren, aber auch wieder desorbieren zu können, sind bei Aktivkohle Porendurchmesser von 20-50 Å erwünscht. Kleiner Poren lassen sich nur schwer desorbieren, was einem Kapazitätsverlust gleich kommt. Es ist aber unmöglich, Aktivkohlen mit Poren von 20-50 Å herzustellen, die nicht gleichzeitig viele wesentlich kleinere Poren hätten. Anders ist es bei den erwähnten "porösen Polymeren". Diese werden aus Styrol/Divinylbenzol herge stellt, wobei die Vernetzung so bemessen ist, daß die Poren (Hohlräume zwischen den Polymerketten) fast ausschließlich in den gewünschten Bereich fallen. Die ku gelförmigen Adsorber mit ca. 0,5 mm Durchmesser sind ihrerseits aus mikrosko pisch kleinen Kügelchen aufgebaut, zwischen denen mit Mesoporen vergleichbare Kanäle existieren, die für eine gute Kinetik sorgen. Nach diesem Prinzip aufgebau te poröse Polymere besitzen innere Oberflächen von 1000 m² und mehr. In the described purpose, "porous polymers" are particularly suitable as adsorbers. The main components of the tank emission are butanes and pentanes. In order to be able to adsorb these sufficiently, but also to be able to desorb them again, pore diameters of 20-50 Å are desirable for activated carbon. Small pores are difficult to desorb, which is equivalent to a loss of capacity. However, it is impossible to produce activated carbons with pores of 20-50 Å that do not have many much smaller pores at the same time. It is different with the "porous polymers" mentioned. These are made of styrene / divinylbenzene, the crosslinking being such that the pores (voids between the polymer chains) fall almost exclusively into the desired range. The spherical adsorbers with a diameter of approx. 0.5 mm are in turn made up of microscopic spheres, between which there are channels comparable to those of mesopores, which ensure good kinetics. Porous polymers constructed according to this principle have inner surfaces of 1000 m ² and more.

Die Verwendung poröser Polymere mit maßgeschneiderten Poren sowie das Prin zip der Trägermatrix machen die Konstruktion von Filtern mit zum Auslaß hin ab nehmenden Porendurchmessern möglich. Auf diese Weise werden höher sieden de Komponenten am Filtereintritt adsorbiert, wo sie dank der größeren Poren, auch wieder desorbiert werden können. Solche mehrlagigen Filter sind in der DE OS 41 01 698 beschrieben.The use of porous polymers with tailored pores as well as the prin zip of the carrier matrix make the construction of filters with the outlet increasing pore diameters possible. This way you will boil higher de components adsorbed at the filter inlet, where thanks to the larger pores, too can be desorbed again. Such multilayer filters are in DE OS 41 01 698.

Claims

1. Device for preventing fuel emissions from motor vehicles by an adsorption filter, which is desorbed when driving by air sucked in by the engine te, characterized in that the filter in the form of a plate, cuboid or cylinder, from a three-dimensional open-pored gene carrier fixed to it Adsorbers are preferably located in a flat pocket in the tank itself or on the outside of the tanks and is connected to the tank by the shortest route on the inlet side.

2. Device according to claim 1, characterized in that the bag the tank wall is welded on and a trap at the end open to the tank for liquid petrol, protection at the other, leading end against particles or splash water and suction near the filter has at the beginning.

3. Device according to one or more of the preceding claims, since characterized in that the adsorber activated carbon with numerous large Micropores are in the range 20-50 Å.

4. Device according to one or more of the preceding claims, since characterized in that the adsorbers are porous polymers based on styrene / - Are divinylbenzene.

5. Device according to one or more of the preceding claims, since characterized in that the pore size of the adsorber from the entrance of the Filters decreases towards the output.

6. Device according to one or more of the preceding claims, since characterized in that the engine constantly sucks air, so that in addition to the Desorption of the filter also removes excess pressure present in the tank is sucked and no desorption peaks occur.

7. The device according to one or more of the preceding claims, since characterized in that the device works without a valve.