FR2498471A1 - COMPOSITION AND PROCESS FOR TREATING EXHAUST GAS - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE COMPOSITION POUR CONVERTIR DES AGENTS POLLUANTS DANS UN GAZ D'ECHAPPEMENT EN ENTITES INFFENSIVES ET POUR RETIRER LES PARTICULES EN SUSPENSION DANS LE GAZ. SELON L'INVENTION, ELLE CONTIENT UN MATERIAU CATALYTIQUE, EFFICACE POUR LA CONVERSION, QUI EST DEPOSE SUR UN FILTRE GROSSIER ET SUR UN FILTRE FIN, CES FILTRES COMPRENANT UN MATERIAU REFRACTAIRE EFFICACE POUR PIEGER LES PARTICULES DANS LE GAZ ET ETANT PLACES DE FACON QUE LE GAZ S'ECOULE EN SUCCESSION A TRAVERS LE FILTRE GROSSIER ET LE FILTRE FIN. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX SYSTEMES D'ECHAPPEMENT DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.THE PRESENT INVENTION RELATES TO A COMPOSITION FOR CONVERTING POLLUTANTS IN AN EXHAUST GAS INTO INFFENSIVE ENTITIES AND FOR REMOVING THE PARTICLES SUSPENDED IN THE GAS. ACCORDING TO THE INVENTION, IT CONTAINS A CATALYTIC MATERIAL, EFFECTIVE FOR CONVERSION, WHICH IS DEPOSITED ON A COARSE FILTER AND ON A THIN FILTER, THESE FILTERS INCLUDING A REFRACTORY MATERIAL EFFECTIVE FOR TRAPPING PARTICLES IN THE GAS AND BEING PLACED SO THAT THE GAS FLOWS IN SUCCESSION THROUGH THE COARSE FILTER AND THE FINE FILTER. THE INVENTION APPLIES IN PARTICULAR TO THE EXHAUST SYSTEMS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES.
Description
I La présente invention se rapporte au traitement des gaz d'échappement etThe present invention relates to the treatment of exhaust gases and
plus particulièrement, à l'enlèvement, des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, des particules en suspension de plomb et de carbone et des agents polluants gazeux. Des filtres ont été utilisés pour retirer les solides en suspension des gaz d'échappement, comme les more particularly, at the time of removal, exhaust gases from internal combustion engines, particles suspended in lead and carbon, and gaseous pollutants. Filters have been used to remove suspended solids from the exhaust gases, such as
particules de plomb et de carbone dans des gaz d'échappe- lead and carbon particles in exhaust gases
ment de moteurs à combustion interne. Tandis que les particules s'accumulent dans le filtre, la restriction résultante à l'écoulement des gaz d'échappement augmente la contre-pression et réduit l'efficacité de filtrage et du moteur. Afin de restaurer un fonctionnement normal, le filtre doit être périodiquement régénéré, par exemple, par un nettoyage mécanique de ce filtre ou en le chauffant et internal combustion engines. As the particles accumulate in the filter, the resulting restriction to the flow of the exhaust gas increases the back pressure and reduces the filtering efficiency and the engine. In order to restore normal operation, the filter must be periodically regenerated, for example, by mechanical cleaning of this filter or by heating it and
en faisant brûler les particules piégées de carbone. by burning the trapped particles of carbon.
Les émissions particulaires de diesel sont mises en évidence par les évacuations occasionnelles et visibles de fumée qui se présentent pendant l'accélération ou un fonctionnement à puissance maximale. Les grandes quantités de particules de carbone, très petites et très légères, dans les gaz d'échappement des diesels, présentent des difficultés sensibles pour obtenir un degré élevé d'enlèvement des particules et éviter une contre-pression Particulate diesel emissions are evidenced by occasional and visible evacuations of smoke occurring during acceleration or maximum power operation. Large amounts of very small and very light carbon particles in diesel exhaust have significant difficulties in achieving a high degree of particle removal and avoiding back pressure
excessive.excessive.
Selon le procédé de l'invention, les particules de carbone et de plomb sont retirées des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne en faisant passer les gaz According to the method of the invention, the particles of carbon and lead are removed from the exhaust gases of internal combustion engines by passing the gases
à travers un filtre grossier puis à travers un filtre fin. through a coarse filter and then through a fine filter.
Les filtres comprennent un matériau réfractaire efficace pour piéger les particules. L'utilisation d'un filtre fin permet de piéger un pourcentage élevé des particules et The filters include refractory material effective for trapping particles. The use of a fine filter makes it possible to trap a high percentage of particles and
réduit sensiblement les émissions particulaires. L'utili- significantly reduces particulate emissions. The utili-
sation d'un filtre relativement grossier pour retirer les plus grandes particules avant que les gaz n'atteignent le second filtre fin étend la durée utile du filtre fin et réduit l'allure à laquelle la contrepression augmente The use of a relatively coarse filter to remove larger particles before the gases reach the second fine filter extends the useful life of the fine filter and reduces the rate at which the counterpressure increases.
tandis que les particules s'accumulent dans les filtres. while particles accumulate in the filters.
La filtration sélective et la distribution du piégeage des particules selon l'invention offrent ainsi une efficacité élevée de piégeage avec de faibles augumenta-tiorns de la contre-pression et un filtrage efficace pendant de plus The selective filtration and the particle trapping distribution according to the invention thus offer a high trapping efficiency with low backpressure augursa-tiorns and efficient filtering during further
longues périodes avant qu'une régénération ne soit requise. long periods before regeneration is required.
La composition selon l'invention pour convertir un ou plusieurs agents polluants dans un gaz d'échappement en entités inoffensives et pour retirer les particules en suspension du gaz, comprend un matériau catalytique> efficace pour la conversionqui est déposé sur un filtre grossier et sur un filtre fin. Les filtres comprennent un matériau réfractaire efficace pour piéger les particules dans le gaz et ils sont placés de façon que le gaz s'écoule The composition according to the invention for converting one or more pollutants into an exhaust gas into harmless entities and for removing suspended particles from the gas, comprises a catalytic material> effective for the conversion which is deposited on a coarse filter and on a fine filter. The filters comprise an effective refractory material for trapping particles in the gas and are placed so that the gas flows
en succession à travers le filtre grossier et le filtre fin. in succession through the coarse filter and the fine filter.
Quand le matériau du catalyseur est efficace pour la conversion du carbone et des agents polluants gazeux dans les gaz d'échappement, l'exothermie de la conversion des agents polluants gazeux se produit dans le filtre fin du fait de la faible conversion qui résulte des limites de transfert de masse dans le filtre grossier. L'exothermie améliore la combustion des particules de carbne qui sont piégées dans le filtre fin et la régénération de la When the catalyst material is effective for the conversion of carbon and gaseous pollutants in the exhaust gas, the exotherm of the gaseous pollutant conversion occurs in the fine filter due to the low conversion that results from the mass transfer in the coarse filter. The exothermic improves the combustion of the carbide particles that are trapped in the fine filter and the regeneration of the
capacité de filtrage.filtering ability.
Les filtres peuvent comprendre tout matériau qui est efficace pour piéger les particules dans les gaz, par exemplepar suite d'un impact inertiel ou d'une attraction électrostatique. Les filtres sont généralement faits en un matériau poreux et réfractaire qui est résistant aux températures des gaz et de la conversion catalytique des agents polluants. On peut citer comme matériaux appropriés qui ont une certains affinité pour les particules et auxquels les particules adhèrent, les matériaux céramiques ou métalliques réfractaires qui ont une stabilité thermique et mécanique suffisante pour une utilisation dans un réacteur catalytique. Le métal peut être, par exemple, de l'acier, de l'acier inoxydable, de l'aluminium, du cuivre ou du nickel. Le matériau de céramique peut être un oxyde d'un métal réfractaire, comme de l'alumine, de la silice, de la magnésie, de la zirconia, de l'oxyde de titane, de l'oxyde de chrome ou des combinaisons de ceux-ci comme de la cordiérite ou un silicate ou carbure d'un métal réfractaire. Les filtres peuvent avoir la forme de perles d'un oxyde inorganique réfractaire, comme des sphères ou cylindres de céramique. De préférence, les filtres sont des structures unitaires de relativement grande dimension comme des monolithes de céramique, des laines métalliques ou des mailles métalliques. Une structure de filtre à cellules The filters may include any material that is effective in trapping particles in gases, for example, as a result of inertial impact or electrostatic attraction. Filters are usually made of a porous and refractory material that is resistant to gas temperatures and catalytic conversion of pollutants. Suitable materials which have a certain affinity for the particles and to which the particles adhere, are ceramic or refractory metal materials which have sufficient thermal and mechanical stability for use in a catalytic reactor. The metal may be, for example, steel, stainless steel, aluminum, copper or nickel. The ceramic material may be an oxide of a refractory metal, such as alumina, silica, magnesia, zirconia, titania, chromium oxide, or combinations of those such as cordierite or a silicate or carbide of a refractory metal. The filters may be in the form of beads of a refractory inorganic oxide, such as ceramic spheres or cylinders. Preferably, the filters are unitary structures of relatively large size such as ceramic monoliths, metal wools or metal meshes. A cell filter structure
ouvertes ayant un certain nombre de vides ou pores inter- have a number of voids or pores
connectés est particulièrement préférée. Les cellules connected is particularly preferred. Cells
continues d'une telle structure forment des trajets convo- of such a structure form convoluted
lutés d'écoulement des gaz, il y a donc une plus grande probabilité qu'une particule sera piégée et ne traversera pas le filtre. Cette structure a une plus grande capacité de rétention des particules et une plus forte efficacité Therefore, there is a greater probability that a particle will be trapped and will not pass through the filter. This structure has a higher particle retention capacity and higher efficiency
de filtrage que les autres filtres.filter than the other filters.
Un filtre particulièrement préféré ayant une A particularly preferred filter having a
structure cellulaire et continue est une mousse de céramique. Cellular structure and continuous is a ceramic foam.
En plus des plus fortes capacités de rétention des particu- In addition to the higher particle retention capacities
les et des plus fortes efficacités de filtrage, les mousses de céramique sont particulièrement utiles dans le traitement des émissions d'échappement des diesels du fait de leur Diup faible perte de pression, de leur plus forte auto-agitation, de leur plusgrande aire superficielle géométrique et de leur plus faible densité que des monolithes de céramique et autres filtres ayant des trajets d'écoulement s'étendant latéralement. Les mousses ont également une résistance sensible à la chaleur à une dégradation physique et chimique. Le filtre en mousse de céramique de préférence utilisé dans la présente invention est préparé à partir d'un matériau de mousse flexible à cellules ouvertes, ayant un certain nombre de vides ou pores interconnectés entourés d'une âme du matériau de mousse flexible, comme and the higher filtration efficiencies, ceramic foams are particularly useful in the treatment of diesel exhaust emissions because of their low pressure loss Diup, their greater self-agitation, their greater geometric surface area and their lower density than ceramic monoliths and other filters having laterally extending flow paths. Foams also have a heat-sensitive resistance to physical and chemical degradation. The ceramic foam filter preferably used in the present invention is prepared from an open cell flexible foam material having a number of interconnected voids or pores surrounded by a core of the flexible foam material, such as
une mousse de polyuréthane ou une mousse cellulosique. polyurethane foam or cellulosic foam.
Le matériau mousse est imprégné d'une bouillie céramique aqueuse afin que la bouillie enduise l'âme. La mousse enduite est séchée et chauffée pour brûler la mousse organique et agglomérer le revêtement céramique. Le produit est une mousse de céramique fondue ayant un certain nombre de pores interconnectés entourés d'une âme de céramique liée ou fondue ou fusionnée à la configuration de la mousse organique. Des mousses adaptables de cordiérite de diverses dimensions de cellules sont commercialisées par Bridgestone Tire Co., Ltd, Tokyo, Japon et on peut les préparer selon le procédé décrit dans le brevet japonais Kokai 77/77 114, publié le 29 Juin 1977. D'autres mousses de céramique qui sont adaptées à une utilisation dans la présente invention sont décrites dans les brevets U.S. The foam material is impregnated with an aqueous ceramic slurry so that the slurry coats the core. The coated foam is dried and heated to burn the organic foam and agglomerate the ceramic coating. The product is a fused ceramic foam having a number of interconnected pores surrounded by a ceramic core bonded or fused or fused to the configuration of the organic foam. Adaptive cordierite foams of various cell sizes are commercially available from Bridgestone Tire Co., Ltd., Tokyo, Japan and can be prepared according to the process described in Japanese Patent Kokai 77/77 114, published June 29, 1977. D ' Other ceramic foams which are suitable for use in the present invention are described in US Pat.
N0s 3 893 917 et 3 962 081.Nos. 3,893,917 and 3,962,081.
Le degré auquel le filtre permet le passage des particules en suspension dans les gaz d'échappement,ou les piège dépend du volume des vides ou pores ou de la porosité ainsi que de la dimension des pores du filtre. La porosité du filtre peut comprendre des vides dans une structure unitaire ou des vides entre les composants individuels d'un milieu particulaire de filtrage, comme des perles de céramique. La dimension des pores et la porosité des filtres utilisés dans l'invention peuvent être modifiées pour s'adapter aux gaz particuliers qui sont filtrés. Les filtres ont généralement une dimension des pores comprise entre environ 2 et environ 50 pores pour 25 millimètres de longueur. En général, les filtres ont une porosité, c'est-à-dire un volume des vides de l'ordre de 80 à environ 95% du volume total occupé par le filtre. La porosité est obtenue à partir de mesures de la densité du matériau du filtre et de la densité apparente en utilisant la formule: poids du filtre porosité (%) = densité du matériau du filtre x volume du filtre x 100 Les filtres appropriés ont également généralement une perméabilité à l'air de l'ordre de 400 à environ The degree to which the filter allows the passage of suspended particles in the exhaust gas, or the trap depends on the volume of the voids or pores or the porosity and the pore size of the filter. The porosity of the filter may include voids in a unitary structure or gaps between the individual components of a particulate filter medium, such as ceramic beads. The pore size and porosity of the filters used in the invention can be varied to suit the particular gases being filtered. The filters generally have a pore size of from about 2 to about 50 pores per 25 millimeters in length. In general, the filters have a porosity, that is to say a volume of voids of the order of 80 to about 95% of the total volume occupied by the filter. Porosity is obtained from measurements of filter material density and bulk density using the formula: filter weight porosity (%) = density of filter material x volume of filter x 100 The appropriate filters also typically an air permeability of the order of 400 to about
8000 x10 7 cm2.8000 x10 cm2.
Le filtre grossier est placé en amont dans l'écoulement des gaz à travers la composition et le filtre fin est placé en aval par rapport au filtre grossier dans l'écoulement des gaz à travers la composition. Le filtre fin a un plus grand nombre de cellules par longueur unitaire et une plus petite dimension des cellules que le filtre grossier. Les dimensions respectives des pores ainsi que les perméabilités peuvent varier selon la nature particulière du gaz traité. Les dimensions des cellules de chaque filtre sont choisies pour rendre le meilleur possible le degré relatif de piégeage des particules dans chacun des filtres et distribuer les particules piégées entre les filtres afin que la chute de pression soit minimale tandis que l'on maintient une bonne efficacité de piégeage. Le filtre en amont a généralement une dimension relativement grossière des pores de l'ordre de 2 à environ pores par 25 millimètres de longueur et une perméabilité à l'air de l'ordre de 2500 à environ 8000 x 10-7 cm2. Le filtre relativement fin situé en aval a généralement une dimension des pores de l'ordre de 15 à environ 50 pores par 25 millimètres de longueur et une perméabilité à l'air de l'ordre de 400 à environ 2500 x 10-7cm2. De préférence, le filtre grossier a de l'ordre de 6 à environ 20 pores pour 25 millimètres de longueur et le filtre fin a de l'ordre de 17 à environ 30 pores pour 25 millimètres de longueur. Des filtres multiples grossiers ayant des dimensions identiques ou différentes des cellules peuvent être employés en combinaison avec des filtres multiples fins ayant des dimensions identiques ou différentes des cellules pour faire varier la filtration sélective et équilibrer la chute de pression et l'efficacité de piégeage nécessaire pour une appliaettion du traitement The coarse filter is placed upstream in the gas flow through the composition and the fine filter is placed downstream with respect to the coarse filter in the gas flow through the composition. The fine filter has a larger number of cells per unit length and a smaller cell size than the coarse filter. The respective dimensions of the pores as well as the permeabilities may vary depending on the particular nature of the gas treated. The dimensions of the cells of each filter are chosen to make the best possible relative degree of particle trapping in each of the filters and distribute the trapped particles between the filters so that the pressure drop is minimal while maintaining a good efficiency trapping. The upstream filter generally has a relatively coarse pore size of about 2 to about 25 millimeters of pores and an air permeability of about 2500 to about 8000 x 10-7 cm 2. The relatively thin filter downstream generally has a pore size of about 15 to about 50 pores per 25 millimeters in length and an air permeability of about 400 to about 2500 x 10-7 cm 2. Preferably, the coarse filter is in the range of about 6 to about 20 pores per 25 millimeters in length and the fine filter is in the range of about 17 to about 30 pores per 25 millimeters in length. Multiple coarse filters having the same or different dimensions of the cells can be employed in combination with multiple fine filters having the same or different cell dimensions to vary the selective filtration and balance the pressure drop and the trapping efficiency needed for a treatment appliaettion
d'un gaz particulier.of a particular gas.
Un matériau catalytique peut être déposê sur les filtres. Le matériau catalytique est un métal ou composé d'un métal catalytiquement actif, qui est efficace pour la conversion d'un ou plusieurs agents polluants dans les gaz d'échappement en antités inoffensives. Les agents polluants peuvent être les agents polluants particulaires et/ou gazeux présents dans les gaz d'échappement. En général, le matériau du catalyseur est un catalyseur d'oxydation. Dans le traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le matériau du catalyseur peut être efficace pour la combustion des particules de carbone. Des matériaux catalyseurs appropriés pour la combustion du carbone contiennent un élément de la première Catalytic material may be deposited on the filters. The catalytic material is a metal or a catalytically active metal compound, which is effective for the conversion of one or more pollutants in the exhaust gases to harmless antites. The polluting agents may be the particulate and / or gaseous pollutants present in the exhaust gases. In general, the catalyst material is an oxidation catalyst. In the treatment of the exhaust gases of an internal combustion engine, the catalyst material can be effective for combustion of the carbon particles. Catalyst materials suitable for carbon combustion contain an element of the first
série de transition, l'argent, l'hafnium et leurs mélanges. transition series, silver, hafnium and their mixtures.
Dans la présente demande, les éléments de la première série de transition sont le vanadium, le chrome, le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre et le zinc. Le matériau peut être présent sous forme du métal, de l'oxyde du métal, de l'oxyde de métaux mélangés comme chromite de cuivre ou pérovskite ou autres composés métalliques catalytiquement actifs. L'oxyde de cuivre et In the present application, the elements of the first transition series are vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc. The material may be present in the form of metal, metal oxide, mixed metal oxide such as copper chromite or perovskite or other catalytically active metal compounds. Copper oxide and
l'oxyde de chrome sont préférés.chromium oxide are preferred.
Dans une utilisation dans le traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le matériau du catalyseur est de préférence également efficace pour la conversion des hydrocarbures, de l'oxyde de carbone et/ou In use in the treatment of the exhaust gases of an internal combustion engine, the catalyst material is preferably also effective for the conversion of hydrocarbons, carbon monoxide and / or
de l'oxyde d'azote comme agents polluants. De tels maté- nitrogen oxide as pollutants. Such materials
riaux catalytiques contiennent uin métal noble, un élément de la première série de transition et leurs mélanges. Les métaux nobles sont l'or, l'argent et les métaux du groupe platine tels que platine, palladium, rhodium, ruthénium, iridium et osmium. Le matériau peut avoir la forme du métal, de l'oxyde du métal ou autres composés Catalytic catalysts contain a noble metal, an element of the first transition series, and mixtures thereof. The noble metals are gold, silver and platinum group metals such as platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium and osmium. The material may have the shape of the metal, the oxide of the metal or other compounds
catalytiquement actifs du métal.catalytically active metal.
On préfère le platine, le palladium et l'oxyde Platinum, palladium and oxide are preferred
de chrome pour leur forte activité d'oxydation des hydro- chromium for their high activity of oxidation of hydro-
carbures à des températures relativement faibles. L'oxyde de chrome est tout-à-fait préféré parce qu'il est également particulièrement efficace dans la combustion des particules de carbone à l'échappement des diesels. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, le matériau catalytique comprend un métal du groupe platine tel que le platine, le palladium ou leurs mélanges et de l'oxyde de chrome. La combinaison du métal du groupe platine et de l'oxyde de chrome catalyse la combustion du carbone à une température considérablement plus basse que carbides at relatively low temperatures. Chromium oxide is most preferred because it is also particularly effective in the combustion of carbon particles at the diesel exhaust. In a particularly preferred embodiment of the invention, the catalytic material comprises a platinum group metal such as platinum, palladium or mixtures thereof and chromium oxide. The combination of platinum group metal and chromium oxide catalyzes carbon combustion at a considerably lower temperature than
chaque composé seul.each compound alone.
Le matériau du catalyseur peut être déposé sur les filtres de toute façon souhaitable à partir de solutions aqueuses ou organiques d'un composé métallique ou complexe ou de bouillies du métal ou de l'oxyde du métal. En The catalyst material may be deposited on the filters in any desirable manner from aqueous or organic solutions of a metal or complex compound or slurries of the metal or metal oxide. In
général, le dépôt de ce composant est effectué en impré- In general, the deposit of this component is carried out in
gnant le filtre d'une solution aqueuse d'un sel inorganique, soluble dans l'eau et thermiquement décomposable, ou complexe, du métal particulier ou des métaux et en séchant le filtre imprégné à une température de l'ordre de 90 à environ 250'C pendant environ 2 à environ 20 heures. Le filtre séché peut alors être calciné à une température de filtering an aqueous solution of an inorganic, water-soluble and thermally decomposable, or complex, salt of the particular metal or metals and drying the impregnated filter at a temperature in the range of about 90 to about 250; For about 2 to about 20 hours. The dried filter can then be calcined at a temperature of
l'ordre de 300 à environ 7001C pendant environ 1 à 3 heures. about 300 to about 7001C for about 1 to 3 hours.
La calcination peut être entreprise à l'air ou dans d'autres gaz oxydants ou dans un gaz réducteur tel que l'hydrogène si l'on souhaite la forme de métal du catalyseur. Des composés métalliques solubles dans l'eau thermiquement décomposables typiques comprennent l'acétate, le chlorure et le nitrate. De préférence, le composant de métal du groupe platine est déposé sous forme d'un complexe sulfito comme cela est décrit dans le brevet U.S. No 3 850 847 au nom de Graham et autres, pour améliorer The calcination may be conducted in air or other oxidizing gases or in a reducing gas such as hydrogen if the metal form of the catalyst is desired. Typical thermally decomposable water-soluble metal compounds include acetate, chloride and nitrate. Preferably, the platinum group metal component is deposited as a sulfite complex as described in U.S. Patent No. 3,850,847 to Graham et al.
sa dispersion et son aire superficielle. its dispersion and surface area.
Si l'on souhaite une aire superficielle supérieure à celle du filtre, le matériau du catalyseur peut être If a surface area greater than that of the filter is desired, the catalyst material can be
supporté sur un oxyde inorganique réfractaire et poreux. supported on a refractory and porous inorganic oxide.
Ces oxydes ont un volume total élevé des pores ainsi qu'une aire superficielle importante. En général, l'aire superfi- cielle de l'oxyde réfractaire est d'au moins environ m2/g, de préférence de l'ordre de 100 à environ 300 m2/g et le volume total des pores est d'au moins environ 0, 4 cm3 par gramme, de préférence de l'ordre de 0,5 à environ 2,0 cm3 par gramme. Les aires superficielles These oxides have a high total pore volume and a large surface area. In general, the surface area of the refractory oxide is at least about 2 m 2 / g, preferably in the range of about 100 to about 300 m 2 / g, and the total pore volume is at least about 0.4 cc per gram, preferably in the range of 0.5 to about 2.0 cc per gram. Surface areas
indiquées dans toute cette description sont déterminées indicated throughout this description are determined
par le procédé BET à l'azote. Les volumes totaux des pores sont déterminés en ajoutant de l'eau à un échantillon en poudre, jusqu'au point o commence à se produire une by the BET method with nitrogen. The total pore volumes are determined by adding water to a powder sample, to the point where a
humidité naissante.nascent humidity.
En général, l'oxyde réfractaire se compose de façon prédominante d'oxydes d'un ou plusieurs métaux des groupes II, III et IV ayant des numéros atomiques ne dépassant pas 40. Les oxydes organiques réfractaires et poreux appropriés peuvent être préparés par déshydratation, de préférence sensiblement complètement, de la forme hydratée de l'oxyde par calcination généralement à des températures de l'ordre de 150 à environ 800 C, pendant In general, the refractory oxide is predominantly composed of oxides of one or more Group II, III and IV metals having atomic numbers not exceeding 40. Suitable refractory and porous organic oxides may be prepared by dehydration, preferably substantially completely, the hydrated form of the oxide by calcination generally at temperatures of the order of 150 to about 800 C, while
des périodes de l'ordre d'une demi-heure à environ 6 heures. periods of the order of half an hour to about 6 hours.
L'oxyde réfractaire préféré est une alumine de transition, comme chi, rho, kappa, gamma, delta, éta et théta et en The preferred refractory oxide is a transition alumina, such as chi, rho, kappa, gamma, delta, eta and theta, and
particulier la gamma-alumine. Une gamma-alumine particu- especially gamma-alumina. A particular gamma-alumina
lièrement préférée peut être préparée en calcinant une alumine intermédiaire de boehite-pseudoboehmite préparée selon le brevet U.S. N 4 154 812 au nom de Sanchez et autres à une température de l'ordre de 650 C pendant environ 1 heure. On peut citer comme autres oxydes appropriés, par exemple, l'oxyde de beryllium calciné, la zirconia, la magnésie et des mélanges d'oxydes de métaux comme l'oxyde de bore-alumine, l.a silice-alumine The most preferred embodiment can be prepared by calcining an intermediate boehite-pseudoboehmite alumina prepared according to U.S. Patent No. 4,154,812 to Sanchez et al. at a temperature of about 650 C for about 1 hour. Other suitable oxides include, for example, calcined beryllium oxide, zirconia, magnesia and mixtures of metal oxides such as boron oxide-alumina, silica-alumina
et analogues.and the like.
Dans un mode de réalisation tout-à-fait préféré de l'invention, le matériau du catalyseur comprend la composition catalytique d'échappement de diesel de la demande de brevet US.N'153 502 déposée le 27 Mai 1980 par Ernest et Welsh,intitulée "Composite Diesel Exhaust Catalyst". Ce catalyseur contient un mélange de quantités catalytiquement efficaces d'au moins un matériau choisi dans le groupe consistant en un métal noble, du chrome et composés catalytiquement actifs supportés sur un oxyde inorganique réfractaire et poreux et d'au moins un matériau en vrac choisi dans le groupe consistant en un élément de la première série de transition, l'argent, l'hafnium et composés catalytiquement actifs. Le matériau en vrac peut être préparé par décomposition thermique d'un composé du métal souhaité. Typiquement, on chauffe l'acétate, le nitrate, le carbonate, l'hydroxyde ou le chlorure à une température de l'ordre de 450 à environ 8001C pendant 1 à environ 5 heures. Le matériau en vrac est transformé en bouillie avec le matériau supporté et est déposé sur les filtres. L'oxyde réfractaire peut être enduit sur le filtre et alors le matériau catalytique y être déposé. De préférence cependant, le matériau catalytique est déposé sur l'oxyde réfractaire et ensuite le catalyseur supporté est déposé sur le filtre. Par exemple, un composant catalytique approprié peut être ajouté à une bouillie aqueuse de l'oxyde et le mélange être déposé sur le filtre par des procédés traditionnels, comme une plongée ou une pulvérisation. In a most preferred embodiment of the invention, the catalyst material comprises the diesel exhaust catalytic composition of US Patent Application No. 153,552 filed May 27, 1980, by Ernest and Welsh. entitled "Composite Diesel Exhaust Catalyst". This catalyst contains a mixture of catalytically effective amounts of at least one material selected from the group consisting of a noble metal, chromium and catalytically active compounds supported on a refractory and porous inorganic oxide and at least one bulk material selected from the group consisting of an element of the first transition series, silver, hafnium and catalytically active compounds. The bulk material can be prepared by thermally decomposing a compound of the desired metal. Typically, the acetate, nitrate, carbonate, hydroxide or chloride is heated at a temperature of the order of 450 to about 800 ° C for 1 to about 5 hours. The bulk material is slurried with the supported material and is deposited on the filters. The refractory oxide may be coated on the filter and then the catalytic material be deposited thereon. Preferably, however, the catalytic material is deposited on the refractory oxide and then the supported catalyst is deposited on the filter. For example, a suitable catalyst component may be added to an aqueous slurry of the oxide and the mixture deposited on the filter by conventional methods, such as diving or spraying.
Le filtre enduit est alors séché à une tempéra- The coated filter is then dried at a temperature of
ture de l'ordre de 90 à environ 2501C pendant environ 1 à environ 4 heures pour retirer le solvant et déposer les solides en une pellicule adhérente sur le filtre. Le filtre séché peut être calciné à une température comprise entre environ 250 et environ 8001C pendant environ 1 à in the range of 90 to about 250 ° C for about 1 to about 4 hours to remove the solvent and deposit the solids in an adherent film on the filter. The dried filter can be calcined at a temperature of from about 250 to about 800 ° C for about
environ 4 heures.about 4 hours.
La quantité du matériau du catalyseur qui est enduit sur le filtre dépend de l'économie, des limites de dimension et des caractéristiques de conception. Le matériau du catalyseur forme envi-on A environ 50 et de préférence environ 2 à environ 303 en se basant sur Le The amount of catalyst material that is coated on the filter depends on economy, size limits, and design features. The catalyst material is about 50, and preferably about 2 to about 303 based on
poids du filtre.filter weight.
Pendant l'utilisation, la compositiocn catalytique est typiquement disposée de façon à occuper la partie majeure de l'aire en coupe transversale d'un logement In use, the catalytic composition is typically arranged to occupy the major portion of the cross-sectional area of a housing
ayant une entrée des gaz et une sortie des gaz. La composi- having a gas inlet and a gas outlet. The composition
tion a typiquement la forme générale du logement et elle est placée dans ce logement avec la direction générale de l'écoulement du gaz entre l'entrée et la sortie. Les It typically has the general shape of the housing and is placed in this housing with the general direction of gas flow between the inlet and the outlet. The
filtres peuvent adhérer les uns alux autres ou être espacés. Filters may adhere to each other or be spaced apart.
En employant la composition selon l'invention pour le traitement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, les gaz sont mis en contact avec la composition et les particules de plomb et de carbone sont piégées dans les filtres. Les particules de carbone sont brûlées en même temps que les agents polluants gazeux dans les gaz d'échappement. Les dépôts accumulés de particules By employing the composition according to the invention for the treatment of the exhaust gases of internal combustion engines, the gases are brought into contact with the composition and the particles of lead and carbon are trapped in the filters. The carbon particles are burned together with the gaseous pollutants in the exhaust gas. Accumulated deposits of particles
de carbone peuvent être périodiquement retirés an ralentis- carbon can be removed periodically
sant le moteur pour réduire l'écoulement d'air avec l'écoulement de carburant restant constant et augmenter la température d'échappement. Aux températures plus élevées d'échappement qui en résultent, la combustion des matières particulaires est obtenue assez rapidement en the engine to reduce airflow with constant fuel flow remaining and increase the exhaust temperature. At the resulting higher exhaust temperatures, the combustion of particulate matter is obtained quite rapidly in
présence du filtre catalytique selon l'invention. presence of the catalytic filter according to the invention.
En plus du filtrage des particules de plomb et/ou de carbone des émissions d'échappement des moteurs a combustion interne, le filtre selon l'invention peut être In addition to filtering lead and / or carbon particles from the exhaust emissions of internal combustion engines, the filter according to the invention can be
utilisé, par exemple, pour réduire les émissions particu- used, for example, to reduce particulate emissions
laires d'autres groupes propulseurs mobiles ainsi que de sources stationnaires comme des moyens de combustion catalytique de turbine à gaz, utilisant des carburants of other mobile powertrains as well as stationary sources such as catalytic combustion gas turbine engines using fuels
qui produisent des agents polluants particulaires. which produce particulate pollutants.
La présente invention sera illustrée par les exemples qui suivent o toutes les parties et pourcentages The present invention will be illustrated by the following examples where all parts and percentages
sont en poids à moins que cela ne soit indiqué autrement. are by weight unless otherwise indicated.
1 11 1
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
Une composition selon l'invention contenant le "Diesel Exhaust Catalyst" (catalyseur d'échappement de diesel) de la demande de brevet U.S. NI 153 502 déposée le 27 Mai 1980 par Ernest et Welsh, déposé sur des monolithes de mousse de céramique commercialiséspar Bridgestone Tire Co., Ltd, Tokyo, Japon a été préparée comme suit: Une poudre d'alumine hydratée d'intermédiaire de boehmite-pseudoboehmite préparée selon le processus du brevet U.S. N0 4 154 812 de Sanchez et autres a été calcinée à l'air à 6490C pendant 1 heure. La gamma-alumine résultante avait un volume total des pores de 1,56 à 1,68 cm3 par gramme et une teneur totale en produits volatils (perte de poids après chauffage pendant 1 heure A composition according to the invention containing the "Diesel Exhaust Catalyst" of the US patent application NI 153,502 filed May 27, 1980 by Ernest and Welsh, deposited on ceramic foam monoliths marketed by Bridgestone Tire Co., Ltd., Tokyo, Japan was prepared as follows: A hydrated boehmite-pseudoboehmite intermediate alumina powder prepared according to the process of US Patent No. 4,154,812 to Sanchez et al was air calcined at 6490C for 1 hour. The resulting gamma-alumina had a total pore volume of 1.56 to 1.68 cm3 per gram and a total volatile content (weight loss after heating for 1 hour
à 9540C) de 1,8 à 3,3%.at 9540C) from 1.8 to 3.3%.
On a imprégné 3.000 g de la poudre d'alumine calcinée de 840 ml d'une solution de 260,29 g d'acétate chromique dans 840 ml d'eau désionisée et 5 ml d'acide acétique glacial. On a laissé la poudre imprégnée sécher à l'air pendant une demi-heure et ensuite on l'a séchée pendant 16 heures à 1350C. La poudre a été tamisée à travers un tamis norme U.S. de maille 20 et calcinée à 843-871'C pendant 1 heure. La poudre calcinée d'oxyde de chrome-alumine avait une aire superficielle de 107 m2 par gramme et contenait nominalement 10% en poids d'oxyde de 3.000 g of the calcined alumina powder were impregnated with 840 ml of a solution of 260.29 g of chromic acetate in 840 ml of deionized water and 5 ml of glacial acetic acid. The impregnated powder was allowed to air dry for half an hour and then dried for 16 hours at 1350C. The powder was sieved through a 20 mesh U.S. screen and calcined at 843-871 ° C for 1 hour. The calcined chromium-alumina powder had a surface area of 107 m 2 per gram and nominally contained 10% by weight of
chrome.chromium.
Ona broyé à la bille séparément 150 g d'oxyde de cuivre fraîchement préparé par décomposition d'acétate cuprique pendant 3 heures à 5380C dans un four à moufle et 150 g de la poudre d'oxyde de chrome-alumine, avec de 150 g of freshly prepared copper oxide were separately ball milled by decomposition of cupric acetate for 3 hours at 53 ° C. in a muffle furnace and 150 g of the chromium-alumina oxide powder with
l'eau désionisée pendant 16 heures. Les bouillies résul- deionized water for 16 hours. The resulting porridge
tantes ont été combinées à un rapport de 1 à 1 (base solides)et homogénéisées. Le pH de la bouillie combinée a été ajusté à 3,5 avec de l'acide nitrique. On a répété le processus quatre fois en utilisant un rapport pondéral aunts were combined at a ratio of 1 to 1 (solid basis) and homogenized. The pH of the combined slurry was adjusted to 3.5 with nitric acid. The process was repeated four times using a weight ratio
de 1 à 1 de l'oxyde de cuivre et de l'oxyde de chrome- from 1 to 1 of copper oxide and chromium oxide
alumine mais en faisant varier la teneur en solides dans la bouillie en ajoutant de l'eau supplémentaire. Chaque bouillie a été enduite sur un monolithe de mousse de céramique de Bridgestone de 14,37 à 14,50 cm de diamètre et 7,30 à 7,67 cm de longueur. La bouillie en excès a été souffléedes monolithes enduits et les monolithes ont alors été séchés à 135 C pendant 16 heures et activés pendant 1 heure à 428 C. Le nombre de cellules pour 25 millimètres de longueur des monolithes, la teneur en solides des bouillies et les quantités et pourcentages du matériau catalytique enduit sur les monolithes sont indiqués au alumina but varying the solids content in the slurry by adding additional water. Each slurry was coated on a Bridgestone ceramic foam monolith of 14.37 to 14.50 cm in diameter and 7.30 to 7.67 cm in length. The excess slurry was blown from the coated monoliths and the monoliths were then dried at 135 ° C. for 16 hours and activated for 1 hour at 428 ° C. The number of cells for 25 millimeters in length of the monoliths, the solids content of the slurries and the quantities and percentages of the catalytic material coated on the monoliths are indicated in
tableau I.Table I.
Tableau ITable I
Nombre nominal Teneur en Grammes % revêtement de cellules/ solides captés mm % Nominal number Content in Grams% coating of cells / solids collected mm%
6 27 44,4 9,16 27 44.4 9.1
13 23 45,2 8,113 23 45.2 8.1
14 35,9 6,114 35.9 6.1
14 41,1 7,714 41.1 7.7
Trois des monolithes de dimension 13 et un des monolithes de dimension 30 ont été joints et placés dans un récipient cylindrique. Les monolithes de dimension 13 ont été placés à la structure d'entrée, la première section centrale adjacente à la structure d'entrée et la seconde section centrale adjacente à la structure de sortie et le monolithe de dimension 30 a été placé à la structure de sortie. La composition a été essayée dans le traitement d'un gaz d'échappement d'un banc (4 cylindres) d'un moteur diesel Oldsmobile de 5,7 litres à un débit de gaz de 153 m3/h. L'essai a été effectué pendant environ 6 heures et des mesures de contre-pression et de poids Three of the 13-dimensional monoliths and one of the 30-sized monoliths were joined and placed in a cylindrical vessel. Monoliths of dimension 13 were placed at the entrance structure, the first central section adjacent to the entrance structure and the second central section adjacent to the exit structure and the dimension monolith 30 was placed at the structure of the entrance structure. exit. The composition was tested in the treatment of an exhaust gas from a bench (4 cylinders) of a 5.7 liter Oldsmobile diesel engine at a gas flow rate of 153 m3 / h. The test was carried out for about 6 hours and backpressure and weight measurements
des émissions ont été prises à peu près toutes les heures. emissions were taken approximately every hour.
On a observé une bonne efficacité moyenne de piégeage et une augmentation relativement faible de la pression sur la Good average trapping efficiency and a relatively small increase in pressure on the
durée de l'essai.duration of the test.
Une autre configuration a été préparée o les monolithes de dimension 6 ont été placés à la section d'entrée et aux première et seconde sections centrales et la dimension 20 a été utilisée à la section de sortie et on a essayé par le même procédé. On a trouvé qu'il y avait une augmentation bien plus faible de la pression mais une efficacité moyenne bien plus faible de piégeage que dans Another configuration was prepared where the 6-dimensional monoliths were placed at the inlet section and at the first and second central sections and the dimension 20 was used at the exit section and tested by the same method. It was found that there was a much smaller increase in pressure but a much lower average efficiency of trapping than in
la première configuration.the first configuration.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
On a répété le processus de l'exemple 1 mais en incorporant du platine et du palladium dans la poudre The process of Example 1 was repeated but incorporating platinum and palladium into the powder
d'oxyde de chrome-alumine comme suit. chromium oxide-alumina as follows.
On a imprégné 320 g de la poudre d'oxyde de chrome-alumine de l'exemple 1, d'une solution mélangée de platine et de palladium préparée en faisant barboter du bioxyde de soufre gazeux à 2 mmoles par minute dans 250 ml d'eau désionisée pendant 11,0 minutes et en ajoutant 4,022 ml d'une solution de nitrate de palladium ayant un titre de 129,27 g de palladium par litre de solution. On a alors ajouté, à la solution, 112,012 g d'une solution de (NH4)6Pt(SO3)4 ayant un titre de 92,85 g de platine par kilogramme de solution et 3,2 g de citrate d'ammonium dibasique. Le volume total de la solution a été augmenté à 434 ml par addition d'eau désionisée. La poudre a été imprégnée de ce volume de la solution, séchée à l'air 320 g of the chromium alumina oxide powder of Example 1, a mixed solution of platinum and palladium prepared by sparging sulfur dioxide gas at 2 mmol per minute into 250 ml of sodium hydroxide were impregnated. deionized water for 11.0 minutes and adding 4.022 ml of a solution of palladium nitrate having a titer of 129.27 g of palladium per liter of solution. To the solution was then added 112.012 g of a solution of (NH4) 6Pt (SO3) 4 having a titer of 92.85 g of platinum per kilogram of solution and 3.2 g of dibasic ammonium citrate. The total volume of the solution was increased to 434 ml by addition of deionized water. The powder was impregnated with this volume of the solution, dried in air
pendant 1 heure puis au four pendant 16 heures à 1350C. for 1 hour then in the oven for 16 hours at 1350C.
La poudre a enfin été activée à l'air pendant 1 heure à 538WC. La poudre contenait nominalement 3,30% de platine The powder was finally activated in air for 1 hour at 538WC. The powder contained nominally 3.30% platinum
et de palladium à un rapport pondéral de 20 à 1. and palladium at a weight ratio of 20 to 1.
339 g de la poudre activée et 300 g d'oxyde de cuivre fraîchement préparé comme à l'exemple 1 ont été broyés séparément à la bille avec de l'eau désionisée à une teneur de 28% de solides pendant 16 heures. Les deux lots ont été combinés à un rapport de 1 à 1 (base solides)et homogénéisés. D'autres bouillies ont été préparées en utilisant un rapport de 1 à 1 des poudres mais en faisant varier la teneur en solides en ajoutant de l'eau supplémentaire. Le pH des bouillies a é-t ajuste à 3,5 avec de l'acide nitrique et les bouillies ont été enduites sur des monolithes de mousse de céramique Bridgestone ayant diverses dimensions des cellules. Les monolitnes enduits ont été séchés à 135 C pendant 16 heures puis activés pendant 1 heure à 428 C. Les données pertinentes 339 g of the activated powder and 300 g of copper oxide freshly prepared as in Example 1 were ball milled separately with deionized water at a solids content of 28% for 16 hours. Both lots were combined at a ratio of 1 to 1 (solid basis) and homogenized. Other slurries were prepared using a 1: 1 ratio of powders but varying the solids content by adding additional water. The pH of the slurries was adjusted to 3.5 with nitric acid and the slurries were coated on monoliths of Bridgestone ceramic foam having various cell sizes. Coated monoliths were dried at 135 ° C. for 16 hours and then activated for 1 hour at 42 ° C. The relevant data
sont indiquées au tableau II.are shown in Table II.
Nombre nominal de cellules/25 mm Teneur en solides % Nominal number of cells / 25 mm solids content%
Tableau IITable II
Grammes captés 47,36 43,55 46,38 46,15 44,64 43,98 ,62 43,09 Revêtement % 8,7 7,6 8,5 8,4 7,5 7,5 8,7 7,4 Grammes de platine et de palladium 0,781 0,719 0,765 0,761 0,737 0,726 0,753 0,711 nJ, P-- -.4 Les monolithes peuvent être joints aux configurations de l'exemple 1 et utilisés dans le Grams collected 47.36 43.55 46.38 46.15 44.64 43.98, 62 43.09 Coverage% 8.7 7.6 8.5 8.4 7.5 7.5 8.7 7, 4 grams of platinum and palladium 0.781 0.719 0.765 0.761 0.737 0.726 0.753 0.711 nJ, P-- -.4 The monoliths may be joined to the configurations of Example 1 and used in the
traitement des gaz d'échappement de diesels. treatment of diesel exhaust.
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |