DE660870C

DE660870C - Katalysator zur Geruchlosmachung und Entgiftung von Auspuffgasen

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Publication number: DE660870C
Application number: DED66092D
Authority: DE
Original assignee: DEGEA AG AUERGESELLSCHAFT
Current assignee: DEGEA AG AUERGESELLSCHAFT
Priority date: 1933-06-22
Filing date: 1933-06-23
Publication date: 1938-06-03

Description

Katalysator zur Geruchlosmachung und Entgiftung von Auspuffgasen

Als Katalvsatoren zur Entfernung der

übelriechenden und giftigetl Stoffe aus dein

Auspuff von Verbrennungskraftmaschinen

A11(1 schon die verschiedensten metallischen

und oxydischen Stoffe vorgeschlagen worden,

wie sie großenteils aus der allgemeinen Che-

tltie als Beschleuniger von Oxvdationsreak-

tionen bekannt sind. Beispielsweise hat 111a11

mehr oder weniger erfol;reiche Versuche

unternommen mit Kupfer, Nickel, Kobalt,

Mangan, leisen, Chrom und deren Oxvden

oder mit den Metallegiertnigen oder den

OxS'dnlischtnlgen, ferner mit Edelmetallen,

wie Platin, Gold und Silber, die z. T. auf

billigen Trägermaterialien, wie -Asbest oder

Biniskies, niedergeschlagen "wurden.

Einzelne dieser Katalvsatoren, z. B. Kupfer-

oxvd-Brautlsteitl-'Miscllungetl, haben auch

hinsichtlich der CO-Verbrennung im Labora-

toriumsversuch recht gute Ergebnisse -elie-

fert, besonders wenn während des Versuches

für Ausschluß von WaSSer gesorgt wurde.

Es konnten auch Kombinationen 1llit Silber

als wirksanletnBestandteil hergestellt werden,

die gegenüber einem CO-Luft-Getnisch bereits

bei Zinlnlertetnperatur anspringen und so-

gar ein kürzeres Erhitzen auf 'Soo° bis ooo"

ohne erhebliche Schädigung ihrer Wirksam-

keit vertragen. Wenn diese Erhitzung aber

sehr lange fortgesetzt wird oder die Kataly-

satoren den robusten Bedingungen des Aus-

pufs im Dauerbetrieb ausgesetzt -,werden, so

zeigen sie, abgesehen von ihrer "ei-inbetl

mechanischen Best:incligkeit, alle den cItel-

stand, allmählich in ihrer Wirksamkeit nachzulassen. Vor allein benötigen sie immer höhere Temperaturen zum Anspringen, und selbst bei der erhöhten Temperatur geht der stoffliche 'Talsatz schließlich so weit zurück, daß bei den hohen Ströniungsgesch\1'itldigkeiten der Ausputtgase die l@e@n@gungsw@rkung tttlgeniigetlcl wird.

Diese Erscheiutinl; hat vorwiegen<' folgcntle Ursachen: Die Teilchen der angewandten Metalloxyde und auch Metalle liegen zwar kurz nach der Herstellung, die z. B. durch Zersetzen der Metallnitrate hei höherer Temperatur erfolgen kann, in sehr feinteiligem, großoberflächigcnt und daher aktivem Zustand vor: sie machen dann aber, besonders hei längerer l'rhitzung und .gleichzeitiger Einwirkung des im Auspuff ja stets in großer 'Menge vorhandenen überhitzten Wasserdampfes, einen ziemlich raschen Alterungsprozeß durch, indem die zuvorhandenen amorphen Teilchen eine n iiclist Unilagerung ztt kristallinen mit wesentlich geringerer Oberfläche erleiden und die aktiven Zentren allmählich verlorengehen. \atürlich ist es im Hinblick auf die l-nlständlichlceit und die Kosten in der Praxis nicht angängig, ein aus einem solchen Katalysator bestehendes Filter schon nach kurzer hetriehsdauer mit einer treuen Füllung zit versehen oder gegen ein neues atisztiwecllseltt.
Daneben hallen die seitherigen Katalysatoren noch den 'Mangel, daß sie viel zuwenig aktive Zentren ltcsitzetl tltltl demzufolge viel zti lan-sain aktivieren. Daraus er;-eben sich bei einigermaßen hohen Ansprüchen an die Vollstiindigkcit der _ltisputtreinigung unfragbar grolle Filter, die nicht nur die lIa-<chinenleistung stark herabsetzen. sondern auch viel zu lange Anwärnizeiten erfordern, al)lesehen davon. (1a13 (las Gewicht und der It<tumbedarf solcher Filter ihre Anbringung z. B. all einem modernen Kraftwagen auschließen.
Die Voraussetzungen für die praktische Verwendbarkeit wurden auch voll den beh anntenKatalvsatoren nicht erfüllt. die durch -auftragen von Edelmetallen. hisbesondere Platin, in fein verteilter Form auf Trägerstoffe, wie =isbest oder Biniskies. hergestellt wurden. Infolge der "cringen Dauerbeständigkeit auch (Mieser Katatvsatoren mußten viel zu große Edelnietallinengen angewandt werden, uni eine gewisse Wirkung zu erzielen. so daß eine praktische Verwendung in größerem 'Maßstab zur Auspuffreinigung schon wegen des Preises nicht in Frage kain. Daneben besaßen solche Filtermassen unterhalb der ziemlich hoch liegenden Arbeitstemperatur des Katalysators keinerlei reinigende Wirkung, da sie infolge ihrer geringen Oberflächengröße keine Befälii`Tung zur zeitweiligen adsorptiven Bindung ;lvoll Ölnebeln und Kohlenwasserstofen besahen. Miese Befiiliigung ist aber gerade bei Verwendung an Dieselmaschinen finit ihrem relativ kühlen -Auspuff sehr wichtig.

Es wurde null gefunden, daß man Katalysatoren, deren Beständigkeit, Wirksamkeit und Adsorptionsvermögen den seither für (Miesen Zweck benutzten ganz außerordentlich Biberlegen sind, erhalten kann, wenn inan 1'alladiuin in :ehr großer Verdünnung auf hieselsiiuregel aufbringt. Die Anwenclung poröser Gele als Katalvsatorträger ist an sich bei anderweitig verwendeten Kontaktmasseil schon vorgeschlagen worden. Sie bringt je-(loch in @-erbindung finit der Verwendung des Palladiums in der Frage der Auspuftreinigtnig einen großen Fortschritt gegenüber allen bisher bekannten Filtermassen mit sich. Die Gele wirken unterhalb der Temperatur der beginnenden Katalyse stark adsorbierend auf Ölnebel und dergleichen und halten sie (ladurch unmittelbar an den lkatalvtiscli wirlcsanicil Stellen fest, so claß sie bei nachfolgender Steigerung der Temperatur nach Maßgabe ihrer Wiederverdampfung ebenfalls leicht verbrannt werden. Diese Wirkung läßt sich auch nicht erzielen finit der schon vorgeschlagenen räumlichen Hintereinanders s chaltun- eines Verbrennungskatalysators und eine: Adsorptionsinittels, die zudem finit einem wesentlich größeren Raunibeclarf verbtinden »ist. Die Vorteile der hilterniassen

gemäß der Erfindung treten besonders zu-

tage, wenn nlan den Katalysator l'alladium-

Kicselsäuregel niit Katalysatoren vcr;,lcicllt.

1)e1 denen Palladium auf aiirlcren "lrügcr-

inaterialien, wie ßiitil:ies, Tonscherben,

Diatolnit. niedergeschlagen ist oder bei denen

andere katalytisch wirksame 'Metalle, wie

Kupfer, Silber und selbst Platin. auf Kiesel-

sättregel niedergeschlagen sind. Wenn auch

(las Platin naturgemäß dem Palladium näher-

stellt als den anderen Metallen, so ist doch

hinsichtlich der GO-Verbrennung eine hohe

Überlegenheit (ler Kombination Palla(littili-

hieselsäuregel gegenüber allen anderenKata-

lysatoren festzustellen.

\ach <lerl?rfin(lun`# führen schon initüber-

raschend geringen l'alladiununengen beladene

l1#-ieselsiiuregele zu ;@ul3erst wirksamen und

alt( run@:b@st@indigen KataIvsatoren. Gehalte

roll 0,021!, l'lillzt(liuni sind noch aul.leror<@ent-

)ich wirksam, und selbst finit o,oo4°I" Pal-

ladium kann 111a11 noch _\ktivität:n erzielen,

(lie den bisher vorgeschlagenen iuicl 1)entitzten

Katalysatoren uni eine gitllze (ir;ilienor(liltiil"

überlegen sin(l. Ia ist :ehr wahrscheinlich.

(1a13 die bekannte Fähigkeit des Palladiums,

lieben dem Sauerstoff auch den Wasserstoff,

besonders auch den chemisch gebundenen

Wasserstoff, zti aktivieren, für die Über-

legenheit der beschriebenen Katalysatoren

mitbestimmend ist.

Die Katalysatoren gemäß der Erfindung

zeichnen sich durch einesehrgroße Alterungs-

und Hitzebeständigkeit aus. '#,o arbeitet z. 13.

ein Palladium - Iiicselsüurcgel - Katalysator

nach iooostiincli(teni Irrhitzen auf $0o' fast

genau noch so wie vor dein Erhitzen.

Ein weiterer großer Vorteil dieser Kataly-

satoren liegt in ihrer niedrigen _lnspring-

teniperatur. Sie werden hierin zwar von ge-

wissen otydischen Katalysatoren voni fjol)-

calite-T ypus übertroffen. die aber aus an-

deren Gründen sich für Zwecke der Auspuff-

reinigung als wenig brauchbar erwiesen ha-

ben. Die Oxydation der verschiedenen ini

Auspuff enthaltenen brennbaren Bestandteile

erfolgt bei verschiedenen Temperaturen. Am

leichtestenverbrennt naturgemäß derWasser-

stof. Die CO-Verbrennung geht nach spuren-

weiseinEinsetzen bei niedrigenTeniperaturen

plötzlich bei der Anspringtemperatur voll

etwa 15o bis 1;o, in eine außerordentlich

intensive Tiber. Benzine verbrennen durch-

schnittlich bei etwa ioo' höheren Tempe-

raturen, aber nach plötzlichem l:iii,etzen der

Verbrennung ebenfalls quantitativ. Aus deni

schlagartigen Einsetzen der Katalv:e ergibt

sich der Vorteil, (1a13 1)e1 (teil hohen

Ströniungsgcschwindigkeiten im Auspuff (lic

Verbrennung in einer sehr kurzen Kataly-

#atorschicht stattfindet. \1a11 ben(itigt nur

etwa den -zehnten Teil oder noch geringere Bruchteile der Schichtdicke, die man finit den besten seitherigen Katalysatoren anwenden mul3te, was für die Allmessung der Filter ausschlaggebend ist.

Beispiel Ein sehr wirksamer Katalysator wurde gewonnen durch Behandeln von ioog Kieselsäuregel (von etwa 2 bis .4 mm Korngröße) mit o,05" Palladiumnitrat (entsprechend o,o2g Palladium) und Erhitzen auf 6oo°.
Versuchsergebnisse: Sog des Katalvsators verbrannten bei i3o° in einem 2°/" CO entlutltendenLuftstrom bei i o cm Schichtdicke und bei einer Strömungsdichte von i i l;`Stdn.jcm° des gefüllten Rohres (-B" 24mm) das CO quantitativ. i 5 g (Schicht 5 cm) wirkten bei i5o° quantitativ, 7,5g bei 175°, 3,8g bei 185°; 1,9- bewirkten bei 2oo° noch eine 85°/oige Verbrennung, obwohl im letzten Fall die Schichtdicke nur noch o,6 cm, also etwa drei Körnerlagen betrug. Die Benzinve.rl>rennung war bei etwa ioo° darüber ebenfalls quantitativ. Im praktischen Versuch wurde der gesamte Atisputt eines größeren Lastkraftwagens iiiit Benzinmotor durch etwa 2,51 des Katalysators von Zoo bis 25o° aufwärts quantitativ CO-frei verbrannt. In 5ostüncligeni Dauerversuch bei 5oo bis Soo° zeigte sich der Katalysator in seiner Wirksamkeit nicht im mindesten verschlechtert. Bei einem Dieselomnibus fand eine weitgehende Entqualinung der Auspuffgase statt, die bei Auspufftemperaturen unter 2jo° im wesentlichen auf Adsorption, bei darüberliegenden Temperaturen ini wesentlichen auf katalytischer Nachverbrennung beruhte und auch bei Dauerfahrten von 5o ooo 1:ni keine wesentliche Änderung erfuhr. -

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Katalysator zur Geruchlosniachung und Entgiftung von Auspuffgasen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Palladium und Kieselsäuregel besteht. Katalysator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Palladitinigehalt weniger als o,1 °/o beträgt.