DE2221793C3 - Verfahren zur Abgasreinigung - Google Patents
Verfahren zur AbgasreinigungInfo
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- DE2221793C3 DE2221793C3 DE19722221793 DE2221793A DE2221793C3 DE 2221793 C3 DE2221793 C3 DE 2221793C3 DE 19722221793 DE19722221793 DE 19722221793 DE 2221793 A DE2221793 A DE 2221793A DE 2221793 C3 DE2221793 C3 DE 2221793C3
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Description
sauerstoff enthaltendes Gas in einer solchen Menge ^geführt wird, daß dessen Temperatur auf mindestens
34O0C erhöht wird, ohne daß der Kohlenmonoxidinteil
im Abgas unter die stöchiometrische Menge der darin befindlichen Stickoxide absinkt.
Gemäß der erfindungsgemäßen Lehre wird daher dem von der Verbsennungsmaschine abgegebenen
Abgas Luft in einer so ausreichenden Menge zugeführt, daß Teilmengen der Gehalte an Kohlenmonoxid
und Wasserstoff oxydiert werden, ohne daß jedoch der Kohlenmonoxidanteil unter die stöchiometrische
Menge der im Abgas befindlichen Stickoxide absinkt. Mit anderen Worten schlägt die Erfindung die Durchführung
einer limitierten Oxydation vor der Stufe zur katalytischen Reduzierung der Stickoxide vor. Infolge
der Durchführung dieser limitierten Oxydation werden im wesentlichen zwei Vorteile erreicht, ohne daß sich
die Ausgangsposition für die Durchführung der nachfolgenden Reaktionsstufen, insbesondere der Reduktionsstufe,
in irgendeiner Weise verschlechtert. Durch die Vornahme der limitierten Oxydation kann die
Temperatur des Abgases auf einen für die Wirksamkeit der Katalysatoren in der Reduktionsstufe geeigneten
Wert (mindestens 840°C) gebracht werden, so daß äußere Heizmittel und Heizeinrichtungen entfallen
können. Darüber hinaus werden in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, das heißt
bei der limitierten Oxydation, Teilmengen des im Abgas befindlichen Wasserstoffes oxydiert, so daß
sich dieser Wasserstoff in der Reduktionsstufe nicht mehr mit Stickoxiden zu Ammoniak umwandeln
kann, wie es bei den bekannten Zweistufenverfahren der Fall ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
läßt sich daher ein verbesserter Wirkungsgrad erzielen. Zum Stand der Technik sei noch auf die DT-OS
20 62 056 hingewiesen, in der allgemein beschrieben ist, daß katalytische Oxydationsreaktionen (CO +
ι; O2 ->
CO2) nach vorherigem Beimischen von Sekundärluft durchgeführt werden. Darüber hinaus
geht aus dieser Veröffentlichung hervor, daß katalytische Reduzierungen (NO, NO2 etc.) in sauerstofffreier
Atmosphäre durchgeführt werden. Es wird jedoch in keiner Weise die Lehre vermittelt, daß auch
katalytische Reduzierungen nach vorherigem Beimischen von Sekundärluft durchgeführt werden
können. Vielmehr ist in dieser Veröffentlichung ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich das dort beschriebene
Oxydationsverfahren von dem bekannten Reduktionsverfahren gerade dadurch unterscheidet,
daß es nicht in sauerstofffreier Atmosphäre wie dieses durchgeführt wird.
Es ist auch bereits schon vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeldung P 22 42 588.3), den vom
Motor abgegebenen Abgasen Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas beizumischen und danach die
entstandene Gasmischung der Reihe nach in ein Wasserstoff oxydierendes Katalysatorbett, ein Stickoxid
reduzierendes Katalysatorbett und ein Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffe oxydierendes Katalysatorbett
einzuführen. Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem erfindungsgemäßen Verfahren
dadurch, daß abgesehen von der Beimischung des sauerstoffhaltigen Gases sämtliche Verfahrensstufen
insbesondere auch die zur Oxydation von H2, katalytisch
ablaufen, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich die Reduktion der Stickoxide
katalytisch vorgenommen wird. Zweckmäßigerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dem Abgas in den Oxydationsstufen vor und nach der Reduzierung der Stickoxide
Luft zugeführt.
Was die Reduktionsstufe anbetrifft, so können die
als Katalysatoren geeigneten Materialien in verschiedenster Weise in der Vorrichtung, in der die
Reduzierung der Stickoxide durchgeführt wird, angeordnet sein. Als für das erfindungsgemäße Verfahren
besonders geeignet hat sich dabei eine Aus-
führungsform erwiesen, bei der der Katalysator auf den Innenflächen dieser Vorrichtung vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise werden dabei als katalytisch aktive Metalle Kupfer, Nickel, Eisen, Chrom oder deren
Mischungen verwendet. In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung kommen mit Kupfer überzogene Siebgewebe aus Edelstahllegierungen als Katalysatoranordnungen
zur Verwendung.
Zur besseren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient die nachfolgende detaillierte Be-
Schreibung in Verbindung mit den Figuren, von denen Fig. 1 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen
Verfahrens zeigt,
F i g. 2 schematisch eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung
as zeigt,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2 zeigt,
F i g. 4 eine graphische Darstellung der am Abgasrohr festgestellten Verminderung der in den Einlaß
des Nachverbrennungsreaktors eintretenden Stickoxide in Abhängigkeit von der in der ersten Verfahrensstufe
zugeführten Luftmenge und des Gehaltes an Sauerstoff und Kohlenmonoxid in dem dem Nachverbrennungsreaktor
zugeführten Abgas ist, wie dies im nachfolgenden Beispiel 2 beschrieben ist, und
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Luftzuflußgeschwindigkeit
zu den Stufen 1 und 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, wie dies nachfolgend in
Beispiel 3 beschrieben ist.
In dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema ist veranschaulicht, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren
ein Abgas aus einer unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen der
Reihe nach drei Verfahrensstufen durchläuft und dann als gereinigtes Abgas austritt. In der Verfahrensstufe 1
wird ein sauerstoffenthaltendes Gas zugeführt, und zwar in einer so ausreichenden Menge, daß eine limitierte
Oxydation der in dem Abgas vorhandenen oxydierbaren Bestandteile bewirkt wird.
In der Verfahrensstufe 2 wird dieses teilweise oxydierte Abgas einer chemischen Reduktion unterworfen,
wobei katalytisch gearbeitet wird. In der Verfahrensstufe 3 wird das aus der zweiten Stufe
kommende behandelte Abgas mit einem sauerstoffenthaltenden Gas zusammengebracht, und es wird
eine weitere Oxydation vorgenommen, bei der die noch in dem behandelten Gas verbliebenen oxydierbaren
Bestandteile vollständig entfernt werden oder 60 deren Gehalt in dem Gas weiter vermindert wird.
In den F i g. 2 und 3 ist eine für die Durchführung des erfindungsgernäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung
dargestellt. Es ist eine Verbrennungskraftmaschine 10 vom Typ eines Kolbenmotors gezeigt,
65 die einen Zylinderblock 11 und einen Zylinderkopf aufweist. Neben dem Zylinderkopf 12 ist ein hohler
länglicher Rohrreaktor 13 angeordnet, der ein Flanschblech 14 und eine Mehrzahl von Rohren 15,16 und 17,
mit denen der Reaktor 13 mit dem Flanschblech 14 sätze 31 und/oder auf den inneren Oberflächen des
verbunden ist, aufweist. Reaktors 18 als Oberzug vorhanden sein. Das Luft-
Das Flanschblech 14 ist in geeigneter Weise (nicht zuführungsrohr 26 reiehl: in das von dem Rohrgezeigt)
an dem Zylinderkopf 12 befestigt. Von dem außenmantel 27 umschlossene Gehäuse des Reaktors
Zylinderkopf 12 wird Abgas aus den vier Zylindern, 5 18 herein und ist an einer Stelle nahe den Plattendie
angedeutet sind, dem Rohrreaktor 13 zugeführt. einsätzen 31 stromabwärts hinter diesen angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine Seite einer V-8-Maschine. Eine Derjenige Teil32 des Rohres26, der innerhalb des
entsprechende Anordnung von Rohrreaktor 13, von dem Rohraußenmantel 27 umschlossenen Ge-Flanschblech
14 und Rohrleitungen 15, 16 und 17 häuses sitzt, besteht aus einem perforierten oder
befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des io porösem Material, so daß die Luft sich innerhalb
Motors. dieses Gehäuses verteilen kann.
Wie man der Darstellung entnehmen kann, hat der Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-
Rohrreaktor 13 im allgemeinen eine zylindrische fahrens gelangt aus dem Rohrreaktor 13 ausströmen-Form,
und das Abgas strömt durch die Rohrleitungen des Abgas durch das Verbindungsrohr 19 in den
15, 16 und 17 in eine von diesem Reaktor 13 um- 15 Nachverbrennungsreaktor 18. Innerhalb des Reschlossene
innere Zone I. In einem im Abstand von aktors 18 strömt das Gas durch die Platteneinsätze 31.
dem Rohrreaktor 13 angeordneten Bereich ist ein Dabei findet die zweite Stufe des erfindungsgemäßen
Nachverbrennungsreaktor 18 angeordnet. Verfahrens, d. h. die chemische Reduktion statt. In
Der Rohrreaktor 13 ist über ein Verbindungs- F i g. 3 ist eine solche, insgesamt als chemische Rerohr
19 mit dem Nachverbrennungsreaktor 18 ver- »0 duktionszone II bezeichnete Anordnung veranschaubunden.
licht, in der die chemische Reduktion vorgenommen
Über eine motorgetriebene Luftpumpe 9 wird Luft wird. Der Hauptanteil der chemischen Reduktion
eingebracht, und diese strömt durch ein Hauptluft- erfolgt nahe oder innerhalb eines von den mehreren
zuführungsrohr 20 in und durch eine Mehrzahl von Platteneinsätzen 31 begrenzten Bereiches, jedoch kann
abgezweigten Luftzuleitungsrohren 21, 22, 23 und 24 35 ein Teil der chemischen Reduktion auch schon stromin
die Rohre 15, 16 und 17, wobei durch das Zu- aufwärts vor den Platteneinsätzen 31 stattfinden. Das
leitungsrohr 21 Luft dem Rohr 15, durch die Zu- Gas strömt durch die Platteneinsätze 31 hindurch,
leitungsrohre 22 und 23 Luft dem Rohr 16 und durch tritt aus diesen heraus und wird kurz hinter der
das Zuleitungsrohr 24 Luft dem Rohr 17 zugeführt Austrittsstelle mit durch das perforierte Rohrende 32
wird. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen 30 des Luftzuführungsrohrs 26 eingeführter Luft ver-Verfahrens
tritt die Luft aus den Zuleitungsrohren 21, mischt. Die eingeführte Luft vermischt sich mit dem
22, 23 und 24 in die Rohre 15, 16 und 17 ein und ausströmenden Abgas. Damit beginnt die dritte Ververmischt
sich darin mit den heißen Abgasen aus den fahrensstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h.
Zylindern der Maschine. Dies ist die erste Stufe des die Oxydation. Die Oxydation erfolgt im wesenterfindungsgemäßen
Verfahrens, und es wird erfin- 35 liehen nahe am und stromabwärts von dem perfodungsgemäß
dabei eine teilweise Oxydation bewirkt. rierten Rohrende 32 innerhalb des Reaktors 18.
Die teilweise Oxydation erfolgt vorwiegend in der Dieser Bereich ist insgesamt als Zone III bezeichnet,
inneren Zone I des Rohrreaktors 13, wenngleich In einem gewissen Ausmaß geht die Oxydation auch
auch schon ein Teil dieser limitierten Oxydation auf noch stromabwärts dahinter weiter, so daß ein Teil
dem vorangehenden Weg innerhalb der Rohre 15, 40 der Oxydation innerhalb des Ausströmrohres 30
16 und 17 sowie auch hinter dem Reaktor, beispiels- erfolgt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren tritt dann
weise innerhalb des Verbindungsrohrs 19 und in der aus dem Ausströmrohr 30 ein gereinigtes Abgas aus.
Verbrennungskammer 33 stattfindet. In der nachfolgenden Tabelle ist die Zusammen-
Mittels der Luftzuführpumpe 9 wird Luft angesaugt setzung eines typischen Abgases vor und nach der
und durch ein Luftzuführrohr 26 dem Nachver- 45 erfindungsgemäß vorgenommenen limitierten Oxybrennungsreaktor
18 zugeführt. Der Reaktor 18 ist dation dargestellt. Diese Zahlenwerte resultieren von
zylinderförmig ausgebildet und mit einem Rohr- einem Abgas, das bei der Verbrennung eines Luty
außenmantel 27 versehen. An dem Einströmende des Benzin-Gemisches mit einem Gew.-Verhaltnis vor
Reaktors 18 wird behandeltes Abgas aus der Zone I, 10,1 zu 1 im stationären Betrieb einer Vcrbrennungsdas
durch das Verbindungsrohr 19 zugeleitet wird, 50 kraftmaschine entstand.
in den Reaktor 18 eingeführt. Dieses Einströmende Was die zweite Stufe oder Reduktionsstufe an
ist mit einer Endplatte 28 verschlossen, abgesehen betrifft, so sind für die Zwecke der vorliegenden Er
von der durch das Verbindungsrohr 19 zum Re- findung als Katalysatoren insbesondere Metalle um
aktorl8 gebildeten öffnung. Das Ausströmende des Metalloxide sowie Legierungen und Gemische voi
Reaktors 18 ist mit einer Verschlußplatte 29 ver- 55 diesen der Gruppen I-B und IV bis VIII des Periodi
schlossen, die sich um die von dem Ausströmrohr 30 sehen Systems geeignet, die auf einen Träger auf
gebildete öffnung herum erstreckt. gebracht sein oder ohne Trägermaterial vorliegei
Im Reaktor 18 ist eine Vielzahl von Plattenein- können.
Sätzen 31 angeordnet. In der dargestellten Ausfüh- Edelstahllegierungen sind ebenfalls geeignete Kats
rungsform sind diese perforierten oder aus porösem 60 lysatoren für die Zwecke der vorliegenden Erfindunj
Material oder dergleichen bestehenden Plattenein- beispielsweise Kräuselfasern aus Monel400, Siet
sätze 31 innerhalb des durch den Rohraußenmantel 27 gewebe aus Monel 400, Siebgewebe aus Inconel 6(X
umschlossenen Gehäuses angeordnet, erstrecken sich Siebgewebe aus Edelstahl 304 SS (S. 16, Tabelle :
bis zur Berührung mit dem Rohraußenmantel 27 SAE Handbook, Teil 1), Siebgewebe aus Inconel 6C
rechtwinklig zu diesem und sind daran mittels nicht 65 mit Kupftrbeschichtung, Siebgewebe aus Edelstal
gezeigter Einrichtungen befestigt. Wenn ein spezieller 304 SS mit Kupferbeschichtung, Siebgewebe ai
Katalysator verwendet wird, z. B. Kupfer, dann kann Edelstahl 330 SS (S. 16, Tabelle 1, SAE Handboo
der Katalysator auf der Oberfläche der Plattenein- Teil 1) mit und ohne Kupferbeschichtung.
Tabelle Gehalt |
7 I im Abgas |
NO
(ppm) |
HC
(ppm) |
CO |
H1
(ppm) |
N1 | 8 | Co |
CO
(ppm) |
93 71 |
2560 9—39 |
10,9 15,6 |
31800 9600 |
78,1 81,3 |
Temperatur
(0C) |
||
1. 2. |
84 000 21000 |
638 995 |
||||||
1. = vor der limitierten Oxydation
2. = nach der limitierten Oxydation')
a) Unkorrigiert hinsichtlich der Verdünnung, die infolge der durch die zugeführte Luft bewirkten Volumenzunahme des Abgases vorlag. Die angegebenen Werte, ausgenommen für N1, müssen, wenn vergleichbaren Mengen erhalten werden sollen, mit 1,14 multipiziert werden. Alle Werte trocken.
Zusätzlich dazu lassen sich beim erfindungsge- Vorstehend sind verschiedene Legierungen erwähnt,
mäßen Verfahren auch zusammengesetzte Kataly- ao deren Zusammensetzungen in der nachfolgenden
satoren verwenden, die aus mit Kupferoxid, Kupfer Tabelle Ia aufgeführt sind:
oder Platin beschichteten Glasfasern bestehen.
Inconel 600 | 0,15 | 72 | 0,015 | 10 | 0,50 | 16 | 0,5 | 1,0 |
Monel 400 | 0,30 | 66 | 0,024 | 2,5 | 0,50 | — | Rest | 2,0 |
330 SS | 0,05 | 35 | 0,015 | 43 | 1,25 | 19 | — | 1,5 |
304SS | 0,08 | 10 | 0,030 | Rest | 1,00 | 19 | — | 2,0 |
*) Alle Teile in Gew.-%.
In der nachstehenden Tabelle II ist die Zusammen- stufe, und nach der zweiten Verfahrensstufe auf
setzung eines Abgases nach der limitierten Oxydation, geführt,
das heißt vor dem Eintritt in die zweite Verfahrens-
das heißt vor dem Eintritt in die zweite Verfahrens-
Tabelle Gehalt |
II in dem |
Abgas·) |
HC
(ppm) |
CO1
(%) |
O,
(%) |
H,
(ppm) |
N1
(%) |
H,0 (%) |
NH,
(ppm) |
Temp.
(0C) |
CO
(ppm) |
NO
(ppm) |
9—39 12 |
15,6 15,2 |
1,3 0,8 |
9600 3900 |
81,3 82,0 |
11,0 13,1 |
0,5 1,6 |
995 1010 |
|
1. 2. |
21000 14 000 |
71 5 |
||||||||
1. = Beim Eintritt in die zweite Verfahrensstufe**)
2. = Nach dem Austritt aus der zweiten Verfahrensstufe··)
·) Aus der unvollstlndigen Verbrennung von Kohlenwasser-Brennstoff und nach limitierter Oxydation in der ersten Verfahre
stufe.
··) Unkorrigiert hinsichtlich der Verdünnung, die infolge der in der ersten Verfahrensstufe zugefUhrten Luft und dadurch beding
Volumenzunahme vorUf. Um die Vergleichsmengen zu erhalten, muB, ausgenommen für Stickstoff und Sauerstoff, mit 1
multipliziert werden. Alle Werte trocken, ausgenommen H1O.
Schließlich ist in der folgenden Tabelle III die an der in der dritten Stufe Luft eingeblasen wi
Zusammensetzung eines limitiert oxydierten und sowie an einer Stelle in Strömungsrichtung hin
chemisch reduzierten Abgases kurz vor der Stelle, dem Lufteintritt angegeben.
Gehalt in dem Abgas*)
CO NO HC CO, 0, H, N, Temp,
(ppm) (ppm) (ppm) (%) (%) (ppm) (%) (0C)
Beim Eintritt in die 3. 14 000 5 12 15,2 0,8 3900 82,0 1010
Verfahrensstufea)
Am Abgasrohrauslaßb) 32 12 0 14,5 4,1 700 81,5 865
*) Aus der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen nach der ersten und nach der zweiten Verfahrensstufe.
a) Unkorrigiert hinsichtlich der Verdünnung, die infolge der in der ersten Verfahrensstufe zugeführten Luft und dadurch bedingte
Volumenzunahme vorlag. Um die Vergleichsmengen zu erhalten, muß, ausgenommen für Stickstoff und Sauerstoff, mit 1,14
multipliziert werden. Alle Werte in dieser Tabelle sind Trockenwerte.
b) Unkorrigierte Werte hinsichtlich der Verdünnung, die infolge der in der ersten und dritten Verfahrensstufe zugeführten Luft
bedingten Verdünnung vorlag. Um die Vergleichsmengen zu erhalten, muß, ausgenommen für Stickstoff und Sauerstoff, mit 1,3
multipliziert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in 2% bis 3% Kohlenmomoxid und weniger als etwa
a daß 8Πυ«Κ verwendeten Materialien etwa 98%, der Kohlenwasserstoffgehalt um etwa
hl kt Die erfindungsgemäß verwendeten 99% und der Gehalt an Stickoxiden um etwa 90/0
körnen voAnfuTdes Verfahrens heruntergesetzt. Praktisch die gesamte Kohlenwasser-
w yt Irrten iedoch irteine solche vorherige Akti- stoffabnahme wurde in der ersten Verfahrensstufe
akt.viertwerden edochistemesocn s ^ ^ ^ ^^ ^ KoM n0Xld.
^Funktion aufnehmen kurz nachdem abnähme erfolgte in der ersten Verfahrensstufe, e.ne
SJ Ga aus dSer ten Verfah-n^tufe die zweite zusätzliche geringe Abnahme wurde in de;.zweiten
t Λ JinfP Prn-icht Verfahrensstufe erreicht, und die restliche Abnahme
Es isr^ckmTßig in dem in der zweiten Ver- von Kohlenmonoxid erfolgte in der dritten Verfahrensstufe
verwendeten Nachverbrennungsreaktor 4° fahrensstufe. Einsatzstücke oder dergleichen Widerstandsstucke
^zusehen. Damit wird die Kontaktfläche für das B e ι s ρ . e 1 1
^zusehen. Damit wird die Kontaktfläche für das B e ι s ρ . e 1 1
?^£ Es wurde ein Fahrzeug mit einer 250 CID-Maschine
Zn fnnteKontakt mit der Oberfläche des 45 eingesetzt. Das Fahrzeug besaß ein automatisches
Ma ils S. NonSerweise sind jedoch kleinere Getriebe, eine maschinengetriebene Luftpumpe und
Katalvsatoroberflächenbereiche bei dem erfindungs- einen Vergaser von 0,32 m2.
«mäße! Verfahre? ausreichend, um die gewünschte Um entsprechende Versuchsdaten zu erhalten
EraiSÄ« OehaUe. an Stickoxiden zu erreichen. wurde mit indolenfreien Kraftstoffen gefahren und
Wenn iedöch die Katalysatoren um mehrere 100" 50 ein Testzyklus (Federal Register, Vol. 33, No. 108
SJr «fahre? werden, ist eine Ausweitung der 4. Juni 1968) durchgeführt. Der barometrische Druck
SStoiSStoerf nierlich. zur Prüfzeit betrug 75,68 cm Hg. Die Umgebung-
Was sdS ch die dritte Verfahrensstufe anbe- temperatur vor und nach der Prüfung betrug; 22 S C.
im L ZZn die bevorzugten Mengen für das dort Im Leerlauf in der Kälte betrug die Drehzahl 2000UpIvI
en«führ£^ 5» Ulld im Leerlauf in der WärmC 750 UpM. D.c Em-
0 8- und Machen der stöchiometrischcn Menge für stellung betrug 12" BTC bei 900 UpM ohne Saug
Sie vo lständTg Oxydation der verbliebenen oxydier- luftverbesserung Beim Leerlauf ohne Lüftern
Siren Bestandteile Besonders vorteilhaft isl es, mit spritzung betrug der Kohlenmonoxidgehalt in den
M neen zu arSSen, die zwischen dem 1- und 1 ,Sfachen Auspuffabgas 3,9 VoI, %. Die Analyse des Abgas«
1 7k !,!„mf-trkrhen Mence ließen 60 aus dem Aogasrohr wurde mittels nicht strcucnae
^ntteTl^Vwf^^™ -8eset2tc inf-rot-Ana.ysen-Geräte durchgeführt; gemäß den
MM« an LuTt entspricht im übrigen einer solchen Testzyklus wurden die für jeden Zyklus gemessene
MenTe die es ermöglicht, daß ein Abgas nach der Rohdaten korrigiert und dann für jeden Zyklus di
^1 tier'ten Oxydation wenigstens etwa 1% Kohlen- Werte für die Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid
Γη oxid oder weniger als 5% Sauerstoff enthält. 65 und St.ckoxid-Konzentrationen summiert. In la
Für eine besonders zweckmäßige Arbeitsweise in der belle IV sind die Werte Zyklus für Zyklus und de
Tweit en Verfahrensstufe sollte das limitiert oxydierte summierte Endwert für diese Basis-Versuche aul
Abgas, das darin behandelt wird, wenigstens etwa geführt.
Tabelle IV
Basis-Daten
Basis-Daten
Korrigierte Daten
Zyklus HC NO CO
(ppm) (ppm) (%)
1 | 25,70 | 43,19 | 0,40 |
2 | 12,73 | 58,67 | 0,18 |
3 | 11,61 | 62,14 | 0,09 |
4 | 12,61 | 75.96 | 0,09 |
5 | (nicht ab | ||
gelesen) | |||
6 | 50,01 | 323,08 | 0,35 |
7 | 31,96 | 215,15 | 0,33 |
Summe der | 144,63 | 778,18 | 1,45 |
Zyklen | |||
1—7 | 1,67 g/ | 1,79 g/ | 31,40 g/ |
1,6 km | 1,6 km | 1,6 km |
Nachdem die zuvor aufgeführten Basis-Daten für Vergleichszwecke erhalten worden waren, wurde das
Fahrzeug wie folgt zusätzlich modifiziert". In den Zylinderköpfen wurden Auskleidungen angebracht,
um die Wärme-Retention zu unterstützen; die Vergaser-Hauptdüsen und die Leerlaufdüsen wurden vergrößert.
Die Auspuffrohre und der Rest des fabrikmäßig installierten Auspuff-Systems wurden entfernt
und durch einen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Einbau ersetzt. Dieser
Einbau bestand für jede Seite der Maschine aus einem Rohrreaktor für einen Teil der in der ersten
Verfahrensstufe erfolgenden limitierten Oxydation, der verbunden war mit einem Nachverbrennungsreaktor
ähnlich der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform zur Durchführung der zweiten
Verfahrensstufe, der chemischen Reduktion, sowie der nachfolgenden dritten Verfahrensstufe, der Oxydation.
Der Nachverbrennungsreaktor war seinerseits mit einem Auspuffrohr verbunden. Die Rohrreaktoren
besaßen ein rohrförmiges Profil und enthielten eine 0,079 cm starke innere Hülle aus Edelstahl 330 SS
(SAE Handbook, Teil 1, S. 16, Tabelle 1) mit einem Durchmesser von 7,62 cm. Die innere Hülle war
durch vier Rohre aus Edelstahl 330 SS an vier Ausgänge auf jeder Seite der Maschine angeschlossen,
und dabei waren zwei dieser Zuführungsrohre an der zylindrischen Fläche der inneren Hülle angebracht,
und die zwei anderen Zuführungsrohre setzten je an den Enden des zylindrischen Reaktors an. Die
zylindrische Hülle jedes der Rohrreaktoren umschloß ein Volumen von annähernd 150 cm3, und die Gesamtoberfläche
in jedem Reaktor betrug annähernd 980 cm*. In jedem Auspuffkanal der Maschine war
ein Luft-Injektionsrohr vorgesehen und gegen das Auspuffventil gerichtet. Das Auslaßrohr aus dem
Reaktor war als Verlängerung eines der Endzuleitungsrohre ausgebildet, Die Reaktoren waren von
außen mit drei Lagen im Handel erhältlicher SiIiciumdioxid-Aluminiumoxid-lsolierung
isoliert. Ein 0.045 cm dickes Blech aus Edelstahl 304 SS (SAE-Handbook, Teil 1, S. 16, Tabelle 1) war außen um
die Isolierung, die den zylindrischen Teil des Rohrreaktors umgab, herumgewickelt, und die Leitungsrohre
waren zusätzlich mit einer Isolierung versehen. Die Nachverbrennungsreaktoren waren Ovale mit
Durchmessern von 8 cm und 16 cm und einer Länge von 30 cm. Sie bestanden aus 0,079 cm dickem Edelstahl
330 SS. Darin angeordnet und im rechten Winkel zur Fließrichtung des Abgases befanden sich
fünf Katalysatorplatteneinsätze. Jeder Einsatz bestand aus zwölf Schichten von mit Kupfer überzogenem
Draht. Unmittelbar stromabwärts von diesen Platteneinsätzen ragten zwei Lufteinlaßrohre durch
die Seitenwand in den Reaktor herein, und die Auslaßöffnungen der Rohre waren in der Mitte des
Reaktors angeordnet. Das Auslaßrohr des Rohrreaktors war mit dem stromaufwärts gelegenen Ende
des Nachverbrennungsreaktors verbunden. Ein Auslaßrohr ragte aus dem Auslaßende des Nachverbrennungsreaktors
heraus und war mit einem Auspuffrohr verbunden. Auch die Nachverbrennungsreaktoren
waren mit drei Schichten Isolationsmaterial versehen und wiesen eine Außenumwickelung aus 0,045 cm
dickem Edelstahl 304 SS auf. Alle Verbindungen und das Auspuffrohr über eine Länge von etwa 0,9 rr
stromabwärts vom Nachverbrennungsreaktor warer mit der zuvor erwähnten Siliciumdioxid-Aluminium
oxid-lsolierung ausgestattet. Das Abgasrohr war se
von Aufhängern gehalten, daß Wärmeexpansion er folgen konnte.
Das so modifizierte und ausgerüstete Fahrzeug wurde dann mit indolenfreiem Kraftstoff gefahren
und es wurden die Untersuchungen nach dem zuvo erwähnten Testzyklus durchgeführt. Die Einstellun
war auf 0° BTC bei 620 UpM justiert, ohne Sauglufl verbesserung. Während der ersten annähernd 6
Sekundeii des Zyklus erfolgte Luftinjektion nur a den Auspuffkanälen. Im Leerlauf betrug der Köhler
monoxid-Gehalt des Auspuffgases etwa 9%, und b< hoher Dauergeschwindigkeit lag er bei etwa 7—8',
(diese Werte wurden beobachtet, wenn an keine
Stelle Luft eingeführt wurde). Der barometrische Druck zur Zeit der Prüfung betrug 75,58 cm Hg.
Die Umgebungstemperatur beim Anlaufen des Versuches betrug 22,8° C und zu Ende des Versuches
23,9° C. Die Analyse des aus dem Abgasrohr austretenden Abgases wurde mittels Infrarotgerät vorgenommen.
Die gemäß dem Test gemessenen Rohdaten wurden für jede Form jedes Zyklus korrigiert,
und dann wurden für jeden Zyklus dieKonzentrationen für Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Stickoxide
summiert. In Tabelle V sind die Werte Zyklus für Zyklus sowie die summierten Gesamtwerte zusammengestellt.
Tabelle V
Prüfwerte
Prüfwerte
(ppm) (ppm) (%)
geben nur eine stabilisierte Arbeitsweise wieder, unter Ausschluß der anfänglichen Zeitspanne des Warmwerdens.
Tabelle VI
Prüfwerte
Prüfwerte
HC NO CO
(ppm) (ppm) (%)
1 | 1,17 | 3,90 | 0,07 |
2 | 0,00 | 3,38 | 0,00 |
3 | 0,00 | 2,10 | 0,00 |
4 | 0,00 | 2,51 | 0,00 |
5 | (nicht | ||
abgelesen) | |||
6 | 0,00 | 7,31 | 0,00 |
7 | 0,00 | 7,10 | 0,00 |
Summe der | 1,17 | 26,31 | 0,07 |
Zyklen 1—7 | |||
0,01 g/ | 0,05 g/ | 1,42 g/ | |
1,6 km | 1,6 km | 1,6 km |
1 | 0,95 | 5,66 | 0,04 |
2 | 0,00 | 3,89 | 0,00 |
3 | 0,00 | 3,40 | 0,00 |
4 | O1Cl' | 2,68 | 0,00 |
5 | (nicht | ||
abgelesen) | |||
6 | 0,00 | 5,87 | 0,00 |
7 | 0,00 | 9,03 | 0,00 |
Summe der | 0,95 | 30,53 | 0,05 |
Zyklen 1—7 | |||
0,01 g/ | 0,06 g/ | 0,95 g/ | |
1,6 km | 1,6 km | 1,6 km | |
Tabelle VII |
35 Beobachtete mittlere Temperaturen (0C) in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung
Versuch Test 1
Meßstelle linke Seite
Nr.*)
Test 2
rechte Seite linke Seite rechte Seite
960
932
954
910
Es wurde der zuvor beschriebene Versuch gemäß dem Testzyklus mit demselben Fahrzeug, das wie
zuvor beschrieben für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens modifiziert worden war, wiederholt.
Dabei wurden folgende Versuchsänderungen vorgenommen: Die Geschwindigkeit im Leerlauf in
der Kälte betrug 1500UpM; die Einstellung wurde 2,uf 5° BTC bei 620 UpM festgesetzt, ohne Saugluft-Verbesserung;
während der ersten 75 Sekunden des Tests erfolgte die Luftinjektion nur an den Auspuffkanälen;
der barometrische Druck zur Zeit des Versuches lag bei 75,68 cm Hg, und die Umgebungstemperatur
bei Beginn des Versuches betrug 22,20C und am Ende des Versuches 23,3°C. Die bei dieser
Untersuchung ermittelten Daten sind in Tabelle VI aufgeführt.
Die Temperaturmessungen während der zuvor
beschriebenen beiden Untersuchungen wurden mit
Thermoelementen, die an verschiedenen Stellen der Vorrichtung für die Zwecke dieser Erfindung installiert
waren, durchgeführt. In der nachfolgenden Tabelle VII sind die Daten dieser Temperaturmessungen
veranschaulicht. Die angegebenen Temperaturen sind näherungsweise Mitteltemperaturen, wie sie
während des Fahrzyklus beobachtet wurden und
2 | 1066 | 1066 | 1043 | 1038 |
3 | 904 | 966 | 893 | 921 |
·) Einsatzstellen der Thermoelemente:
1. In Linie mit einem Auspuffkanal nahe dem Mittelpunkt des Rohrreaktors.
2. Etwa in der Mitte der Platteneinsätze in dem Nachverbrennungsreaktor.
3. Stromabwärts von den Platteneinsätzen im Nachverbrennungsreaktor.
Zu Vergleichszwecken sind in Tabelle VIII die Ergebnisse aus der Basisprüfung und die Ergebnisse
aus den beiden Versuchen mit für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignetem Einbau veranschaulicht.
Alle Daten wurden gemäß dem Testzyklus an dem Fahrzeug mit einer 250 CID-Maschine
erhalten.
Ein Vergleich der in der nachstehenden Tabelle VIII angegebenen Daten zeigt deutlich die ausgezeichnete
Reinigung, die das Abgas durch die Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten hat
Fabelle VIII
Basis-Emissions- Emissionswerte beim erfindungsgemäßen
werte Verfahren
1. Versuch 2. Versuch
HC l,67g/l,6km
NO 1,79 g/l, 6 km
CO31,40g/l,6km
NO 1,79 g/l, 6 km
CO31,40g/l,6km
0,01 g/1,6 km
0,05 g/1,6 km
1,42 g/1,6 km
0,05 g/1,6 km
1,42 g/1,6 km
0,01 g/1,6 km
0,06 g/1,6 km 0,95 g/1,6 km
0,06 g/1,6 km 0,95 g/1,6 km
Zur Gewinnung von Basisdaten für Vergleichszwecke wurde eine an ein Dynamometer angeschlossene
400-ClD V-8-Maschine wie folgt gefahren: Es wurde
indolenfreier Kraftstoff benutzt. Die Drosselklappe wurde so eingestellt, daß die Maschine bei 1300
UpM Drehzahl einen Unterdruck von 40,7 cm Hg in dem Mischrohr aufwies. Die Leistungsabgabe betrug
etwa 12,2PS. Der Luftzufluß zu dem Vergaser
betrug 1,32 m3 je Minute, und der Kraftstoff-Zufluß betrug 0,111 kg/Min, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
14,6 zu 1 war. Unter diesen Arbeitsbedingungen wurden die folgenden stabilisierten Abgas-Temperaturen
(CC) festgestellt:
Stelle
Abgastemperatur, 0C
ίο Am Auspuffkanal 586
0,9 m stromabwärts vom Auspuffrohr 500
Kurz vor dem Auspuffeinlaß 386
0,6 m stromabwärts vom Auspuff- 304
auslaß
Repräsentative Basisdaten, die durch Mitteilung der Rohdaten und Umrechnung der Feuchtgas-Konzentrationen
zu Trockengais-Werten, mit Ausao nähme von Wasser, für die verschiedenen Bestandteile
des aus dem Abgasrohr unter den vorstehenden Arbeitsbedingungen ausströmenden Abgases erhalten
wurden, sind in Tabelle X wiedergegeben.
Konzentrationen der Bestandteile in | NO HC | dem Basis-Abgas | O, | H, | N, | H2O | NH, |
CO | (ppm) (ppm) | CO1 | (%) | (ppm) | (%) | (%) | (ppm) |
(ppm) | (%) | ||||||
460
240
14,8
1200
81,5
12,2
2,2
Die gleiche 400-CID-Maschine wurde dann wie folgt modifiziert: Kopfverkleidungen wurden an dem
Zylinderkopf angebracht; der Durchmesser der Hauptkraftstoffdüsen wurde von 0,15 cm auf 0,18 cm vergrößert;
die öffnungen an dem Leerlaufgemisch-Einstellschrauben
wurden auf einen Durchmesser von 0,185 cm vergrößert; die öffnungen der Leerlaufrohre
wurden auf 0,13 cm Durchmesser vergrößert, und es wurde ein Unterdruckrohr vor der
Drosselklappe installiert. Eine dünne Blechplatte wurde installiert, um den Übergang des Abgases von
einer Zylinderseite zu der anderen zu blockieren. Die Einstellung wurde von 10° BTC auf 4° BTC bei
635 UpM festgesetzt. Der Leerlauf wurde so eingestellt, daß der Kohlenmonoxid-Gehalt in dem unbehandelten
Abgas von etwa 0,5% auf etwa 9,5% anstieg. Es wurde eine zusätzliche Luftzuleitung vorgesehen,
mit der sich eine genaue und geregelte Zuführung von Luft vornehmen ließ. Geeignete Geräie
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden auf einer Seite der Maschine eingebaut. Zu
diesen für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens installierten geeigneten Geräten gehörte ein
Rohrreaktor für die in der ersten Verfahrensstufe durchzuführende limitierte Oxydation, der in Verbindung
stand mit einem Nachverbrennungsreaktor, der zur Durchführung der chemischen Reduktion
in der zweiten Verfahrensstufe und der darauffolgenden
Oxydation in der dritten Verfahrensstufe diente. Der Nachverbrennungsreaktor war seinerseits mit
einem Auspuffrohr verbunden, an das ein üblicher Auspuff angeschlossen war, und mit diesem wiederum
war ein etwa 0,9 m langes Abgasrohr verbunden.
In diesem Beispiel wurde ein Rohrreaktor und ein Nachverbrennungsreaktor benutzt, die hinsichtlich
Konstruktion und Abmessungen denjenigen sehr ähnlich waren, die im vorangehenden Beispiel 1 Verwendung
gefunden hatten.
Die hauptsächlichen Unterschiede gegenüber de: im Beispiel 1 verwendeten Einrichtung waren folgende
Der benutzte Rohrreaktor hatte eine Länge, die an nähernd derjenigen der entfernten Auspuffrohre ent
sprach, er wies Endabschlußplatten auf und hatte ei; zylindrisches Profil. Es gingen Flansche ab, mit dene
der Rohrreaktor an der Maschine befestigt werde konnte. Der Rohrreaktor hatte ein Volumen vo
annähernd 1800 cm3, eine innere Oberfläche vo annähernd 1230 cm1 und einen zum Boden gericht«
und am rückwärtigen Teil des Rohrreaktors angeon neten Auslaß; der Nachverbrennungsreaktor enthie
fünf Platteneinsätze, die in der Mitte darin und ii rechten Winkel zur Strömungsrichtung des Abgase
7M 614/19S
Yl
angeordnet waren. Jeder Platteneinsatz bestand aus vier versetzt angeordneten Schichte! ms Streckmetall
(0,32 X 0,48 cm öffnungen in 0. ■> cm dickem Edelstahl 330 SS), das mit einem dünnen Überzug
aus Kupfer versehen worden war.
Die so modifizierte und ausgerüstete 400-CID-Maschine,
die an ein Dynamometer angeschlossen war, wurde mit indolenfreiem Kraftstoff gefahren.
Die Drosselklappeneinstellung wurde so vorgenommen, daß die Maschine bei einer Drehzahl von 1300 UpM
mit einem Unterdruck in dem Vergaserrohr von 45,72 cm Hg arbeitete. Die Leistung betrug etwa
12,2 PS und war ähnlich wie bei dei unmittelbar vorausgegangenen Untersuchung zur Ermittlung der
Basis-Daten, etwa einer Dauergeschwindigkeit von 51,5km/Std. äquivalent. Es wurden 1,08 m3/M'n·
Luft am Vergasereinlaß gemessen, und der Kraftstoffzufluß betrug 0,130 kg/Min., so daß das Luft/
Kraftstoff-Verhältnis bei 10,1 zu 1 lag. Durch die beiden Lufteinlaßrohre wurden 0,18 m3/Min. Luft ao
in den Nachverbrennungsreaktor eingeleitet. Unter diesen Arbeitsbedingungen wurden die folgenden
stabilisierten Abgastemperaturen (0C) notiert:
Stelle
Temperatur des Ab3ases°C
Nahe dem Auspuffkanal (etwa 5cm 750
stromabwärts von einem Lufteinlaß) Am Einlaß im Nachverbrennungs- 995
reaktor
Iη der Mitte der Platteneinsätze
Nahe dem Lufteinlaß im Nach-
Nahe dem Lufteinlaß im Nach-
verbrennungsreaktor
0,9 m stromabwärts vom Nach-' verbrennungsreaktor
Am Auspuffeingang
Am Abgasrohr, 0,6 m vom Auspuff
Die angegebenen Daten wurden durch Mittelung der Rohwerte und Umrechnung von Feuchtgaskonzentrationen
auf Trockengaswerte, ausgenommen für Wasser, für die verschiedenen Bestandteile des
unter den zuvor beschriebenen Bedingungen behandelten aus dem Abgasrohr austretenden Abgas gewonnen,
und zwar wie folgt:
975 933
864
714 528
Konzentrationen der Bestandteile in dem Abgas „ n
CO NO HC CO4 O8 H1 N, H,O
(ppm) (ppm) (ppm) (%) (°/„) (ppm) (/.) <Z°>
40
0,5
13,1
4,0 600
81,0
11,0
0,5
Ein Vergleich dieser Daten mit den aus dem Basis-Abgas erhaltenen Daten des Beispiels 2 läßt deutlich
erkennen, daß die Anteile an Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden in dem Abgas durch
die Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gänzlich eliminiert und/oder vermindert werden
konnten.
Bei den in Beispiel 2 aufgeführten analytischen Daten handelt es sich um Mittelwerte. Die Analysenmethode
für die verschiedenen Bestandteile des Abgases war folgende: Stickoxide mittels Infrarot-Gerät,
einige der Werte wurden durch Chemilumineszens-Methoden bestätigt; HC mittels eines Flammen-Ionisations-Detektors;
Kohlendioxid durch Infrarot-Gerät unter Strömung und mittels eines Massenspektrometer
für in Behälter gesammelte Proben; Sauerstoff mittels eines polarographischen Analysators
und mittels Massenspektrometer; Wasserstoff mittels Massenspektrometer; Stickstoff mittels Massenspektrometer
und chromatographischer Methoden; Wasser mittels Methode 4 aus dem Federal Register
Bd. 36, NoI 247, Seite 24 887, 23. Dezember 1971; und NH3 durch chemische Naßverfahren, einschließlich
der Kjeldahl-Stickstoff-Bestimmung.
In Fig. 4 sind graphisch einige der Daten veranschaulicht,
die bei der in diesem Beispiel beschriebenen Betätigung der Maschine beim stationären
Arbeiten derselben unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnen worden sind. In dem
Diagramm A ist die Abhängigkeit der prozentualen Abnahme des Gehaltes an Stickoxiden an dem Auslaßrohr
zu dem Gehalt an Stickoxiden beim Eintritt in den Nachverbrennungsreaktor 18 der Fig. 2 und
als Funktion der Menge an in die erste Verfahrensstufe, Zone I, eingeführter Luft veranschaulicht. Auf
der Abszisse ist die eingeführte Luftmenge und auf der Ordinate das Verhältnis der prozentualen NO-Abnahmewerte
aufgetragen. Im Diagramm B ist das Verhältnis der prozentualen Abnahme des Stickoxid-Gehaltes
an dem Abgasrohr zu dem Stickoxidgehalt beim Eintritt in den Reaktor 18 als Funktion
des Sauerstoffgehaltes des Abgases beim Eintritt in den Nachverbrennungsreaktor veranschaulicht. Auf
der Abszisse ist der prozentuale Sauerstoffgehalt beim Eintritt in den Reaktor 18 aufgetragen und auf
der Ordinate wiederum das Verhältnis der prozentualen NO-Abnahmewerte. Diagramm C zeigt den
Zusammenhang zwischen der prozentualen Abnahme des NO-Gehaltes an dem Abgasrohr zu dem Stickoxidgehalt
beim Eintritt in den Reaktor 18 als Funktion des Kohlenmonoxid-Gehaltes in dem Abgas
beim Eintritt in den Reaktor. Wiederum ist auf dei Abszisse der Prozentgehalt an CO und auf der Ordinate
das Verhältnis der prozentualen Abnahme ar NO aufgetragen.
Für den Betrieb der Maschine im stationärer Zustand unter Anwendung des erfindungsgemäßer
Verfahrens ist aus Diagramm A zu erkennen, dai die Menge an eingebrachter Luft für die limitiertf
Oxydation in der ersten Verfahrensstufe bedeutsam ist und 5,5 -f 0,028 m3 je Minute nicht übersteiger
sollte, damit eine wenigstens 50%ige Abnahme dei Konzentration an Stickoxiden erreicht wird. In ahn·
licher Weise erkennt man aus dem Diagramm B daß der Sauerstoffgehalt eines limitiert oxydierter
Abgases, das in den Nachverbrennungsreaktor ein geführt wird, 1,75% nicht übersteigen sollte, dami
eine wenigstens 50%ige Abnahme der Konzentrator an Stickoxiden erreicht wird. Aus Diagramm C ist zi
erkennen, daß der Kohlenmonoxidgehalt des limitier
oxydierten Abgases, das in den Nachverbrennungs reaktor eingeführt wird, nicht geringer als etw£
0,75% sein sollte, damit eine wenigstens 50%ig< Abnahme der Konzentration an NO erreicht wird
Aus diesen graphischen Darstellungen ist ersichtlich daß an dem Abgasrohr keine prozentuale Abnahm«
ier Konzentration an Stickoxiden resultiert, statt lessen eine Zunahme beobachtet wird, wenn die in
ier ersten Verfahrensstufe zugeführte Luftmenge etwa 5,5 + 0,028 m3 je Minute übersteigt, der Sauerstoffgehalt
in dem Abgas 2,5% übersteigt und der Gehalt m Kohlenmonoxid in dem Abgas niedriger als etwa
D,47% ist, wenn dieses in den Nachverbrennungsreaktor
eingeleitet wird.
Ein 1972er Pontiac-Catalina-Automobil mit einer fabrikmäßig eingebauten 400-CID V-8-Maschine mit
einem 0,32-m3-Vergaser und einem automatischen Getriebe wurde wie folgt modifiziert: in jedem Auspuffkanal
wurde eine Ausfütterung angebracht; es wurde eine maschinengetriebene Luftpumpe installiert;
der fabrikmäßig eingebaute Vergaser wurde durch einen ein fetteres Luft/Kraftstoff-Gemisch liefernden
Vergaser ersetzt; die fabrikmäßig angebrachten Auspuffrohre und das übrige Auspuffsystem wurden entfernt
und durch ein für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes System ersetzt.
Dieses System wies für jede Seite der Maschine einen Rohrreaktor mit kleinem Volumen für die limitierte
Oxydation in der ersten Verfahrensstufe auf, der in Verbindung stand mit einem Nachverbrennungsreaktor,
der zur Durchführung der chemischen Reduktion in der zweiten Verfahrensstufe und der darauffolgenden
Oxydation in der dritten Verfahrensstufe diente.
Die Rohrreaktoren bestanden je aus 0,079 cm dickem Edelstahl 330 SS und besaßen eine etwa
47 cm lance innere Hülle, die ein hufförmiges Profil
hatte und durch Endplatten verschlossen war. Jeder Rohrreaktor besaß ein Volumen von annähernd
1639 cm3 und eine innere Oberfläche von annähernd 1095 cm2. Die Rohrreaktoren waren mit Flansche
und »durchgesteckten« Befestigungsmitteln versehen, mit denen die Rohrreaktoren anstelle der üblichen
Auspuffrohre direkt an der Maschine befestigt werden konnten. Ein Auslaßrohr war so angeordnet, daß es
zum Boden hin gerichtet war und am Ende eines jeden Rohrreaktors saß. Die Rohrreaktoren waren
von außen mit drei Schichten eines Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Isoliermaterials
versehen, das mit einem 0,079 cm dicken Hüllblech aus Edelstahl 330 SS umwickelt war. Der Auslaß an jedem der Rohrreaktoren
war mit dem Einlaßende eiris Nachverbrennungsreaktors verbunden. Jeder Nachverbrennungsreaktor
war als ovale Hülle mit Durchmesser von 8,9 cm und 17,15 cm. und 35,56 cm Länge aus 0,079 cm
starkem Edelstahl 330 SS hergestellt. In einem Abstand von etwa 1I3 der Reaktorlänge vom Reaktoreinlaß
waren fünf Katalysator-Einsatzplatten, die je aus zwölf Schichten eines mit Kupfer überzogenen
Drahtsiebgewebes bestanden, im rechten Winkel zur Strömungsrichtung des Abgases eingebaut. Die Auflässe
von zwei Lufteinlaßrohren, die durch die Seitenwand des Reaktors eingeführt waren, wurden in der
Mitte des Reaktors unmittelbar stromabwärts von der letzten Katalysator-Einsatzplatte angeordnet. Vom
anderen Ende des Reaktors ging ein Auslaßrohr ab, das an ein Auspuffrohr angeschlossen war. Das Auspuffrohr
seinerseits war mit einem üblichen Auspuff verbunden, an dem ein Abgasrohr saß. Die Nachverbrennungsreaktoren
waren mit drei Schichten Isoliermaterial umwickelt, und die äußere Abdeckung bestand
aus Edelstahl 304 SS. Auch die Verbindungen zwischen den Rohrreaktoren und den Nachverbrennungsreaktoren
waren mit einer dreischichtigen Isolierung und einer äußeren Umwicklung mit Aluminiumfolie
versehen. Es waren Luftzuführrohre von der Luftpumpe zu den Lufteinlässen in den Auspuffkanälen
der Maschine und zu dem in die Nachverbrennungsreaktoren führenden Lufteinlaßrohr vorhanden.
Das so modifizierte und ausgerüstete Fahrzeug wurde
Das so modifizierte und ausgerüstete Fahrzeug wurde
ίο dann mit indolenfreiem Kraftstoff gefahren und dem
vorstehendem Testzyklus unterworfen. Der Choke wurde von Hand eingestellt. Die Grundeinstellung
war auf 4° BTC bei 720 UpM gesetzt. Es wurde für
annähernd die ersten 120 Sekunden des Prüfzyklus keine Saugluft benutzt, sondern während dieser
Periode die Saugluft gedrosselt. Die Drehzahl der Maschine betrug im Leerlauf in der Kälte 1300 UpM
und lag beim Leerlauf in der Wärme bei 600 UpM. Die Luftzuführgeschwindigkeiten zu den Luftzu-
ao führungen im Strömungskanal und die Luftzuführgeschwindigkeiten
zu den beiden Lufteinführungsrohren im Nachverbrennungsreaktor sind in Fig. 5
veranschaulicht. Die Zuflußmengen geben die gesamte Luftzuführung für die Verfahrensstufen 1 und 3 auf
as beiden Seiten an. Der barometrische Druck zu Beginn
des Versuches betrug 75 cm Hg. Die Umgebungstemperatur betrug zu Beginn des Versuches 24,4° C
und am Ende des Versuches 25°C. Die Analyse des aus dem Abgasrohr austretenden Abgas wurde mittels
Infrarot-Gerät vorgenommen. Entsprechend dem Test wurden die gemessenen Rohdaten für jede Form jedes
Zyklus korrigiert und die Werte für die Konzentrationen Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und
Stickoxid für jeden Zyklus summiert. In Tabelle XlII sind die Werte für jeden Zyklus und die als Summe aller
Zyklen sich ergebenden Werte zusammengestellt.
Tabelle XIlI
Konzentrationen
Konzentrationen
Zyklen Korrigierte Werte
HC NO CO
(ppm) (ppm) (%)
A C | 50 | 6 | 0,18 | 5,18 | 0,02 |
45 2 | 7 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | |
3 | Summe der | 0,00 | 0,00 | 0,00 | |
4 | 55 Zyklen 1—7 | 0,00 | 0,47 | 0,00 | |
5 | (nicht | ||||
abgelesen) | |||||
0,00 | 8,28 | 0,00 | |||
0,00 | 4,42 | 0,00 | |||
0,18 | 18,35 | 0,02 | |||
0,00 g/ | 0,05 g/ | 0,59 g/ | |||
1,6 km | 1,6 km | 1,6 km |
Eine 303-CID V-8-Maschine wurde mit einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Vorrichtung ähnlich der in den vorstehenden Beispielen benutzten ausgerüstet. Sechs Nachverbrennungsreaktoren
wurden zusammengebaut, die sich nur dadurch unterschieden, daß in drei Reaktoren
Einsätze aus 330 SS-Streckmetall mit dünner Kupferbeschichtung und in drei Reaktoren Einsätze
aus 330 SS-Streckmetall ohne Kupferbeschichtung
vorhanden waren. Bei der Versuchsdurchführung war eine Seite der V-8-Maschine mit einem Reaktor, der
mit einem dünnen Kupferüberzug versehene Einsätze besaß, und die andere Seite mit einem Reaktor ohne
Kupferüberzug auf den Einsätzen ausgerüstet. Die 307-CI D-Maschine war auf einem Prüf-Fahrgestell
installiert und wurde gemäß dem Testzyklus gefahren. Nach der Prüfung wurden die Konzentrationen an
HC, Kohlenmonoxid und Stickoxiden mittels NDIR-Instrumentation gemessen. Für jedes der drei Paare
der Nachverbrennungsreaktoren wurden diese Versuche wiederholt. Jedes Paar, das so untersucht
worden war, wurde dann von der 307-CID-Maschine entfernt und an einer 400-CID-Maschine angebracht,
die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem bestimmten Kraftstoff, der noch beschrieben
wird, während einer Zeitdauer von 100 Stunden unter stationären Bedingungen bei 2500 UpM mit einem
25,4 cm Hg Rohrvakuum gefahren wurde. Nach den
100 Stunden des Arbeitens im stationären Zustand gemäß den angegebenen Bedingungen wurde jedes
Reaktorenpaar von der 400-CID-Maschine entfernl und erneut auf der 307-CID-Maschine auf dem zuvoi
beschriebenen Fahrgestell-Dynamometer geprüft. Die Emissionswerte an HC, Kohlenmonoxid, Stickoxiden
wurden erneut festgestellt und mit denjenigen Werter verglichen, die an denselben Reaktoren vor dei
lOOstündigen Prüfung mit dem speziellen Kraftstofl
ίο erhalten worden waren.
Die beschriebene Prüfung wurde an drei Reaktorpaaren vervollständigt; jedes Paar wurde während
100 Stunden mit verschiedene Mengen von Tetraäthylblei enthaltenden Kraftstoffen geprüft. Die erhaltenen
Prüfwerte sind in der Tabelle XV zusammengestellt. Die angegebenen Werte sind Durchschnittswerte
von zwei Tests an denselben Reaktorpaaren. Die Charakteristiken für die verwendeten Kraftstoffe
sind in Tabelle XVI zusammengestellt.
Gehalt ι | NO | Indolen- | IA | CO | Einsätze ohne Kupfer | NO | Indolen | CO |
des behandelten Abgases (g/1,6 km) | 0,04 | frei | 0,89 | HC | 0,05 | 30 | 0,63 | |
Einsätze mit Kupferüberzug | 0,03 | (a) | 1,33 | 0,01 | 0,03 | (C) | 0,77 | |
HC | 0,03 | 97,7 | 0,91 | 0,01 | 0,03 | 104,2 | 0,68 | |
Vor 100 Std. Prüfung») 0,01 | 0,01 | 87,8 | 0,36 | 0,01 | 0,04 | 95,3 | 0,47 | |
Nach 100 Std. Prüfung») 0,04 | — | 58,7 | — | 0,01 | 58,7 | |||
Vor 100 Std. 0,01 | 0,05 | 0,744 | 0,56 | — | 0,06 | 0,744 | 0,34 | |
Nach 100 Std. Prüfung1») 0,01 | «) Kraftstoff ohne Bleigehalt; b) mit niedrigem; | 8,45 | 0,01 | c) mit hohem Bleigehalt. | 8,55 | |||
Vor 100 Std. — | Tabelle XVI | 91 | 90 | |||||
Nach 100 Std. Prüfung0) 0,01 | Indolen | |||||||
127 | 5 | 127 | ||||||
181 | (b) | 182 | ||||||
Test-Oktan | 215 | Q9,9 | 215 | |||||
Motor-Oktan | 240 | 90,5 | 241 | |||||
API-Dichte | 298 | 58,3 | 296 | |||||
Spezifische Dichte | 401 | 0,7455 | 401 | |||||
Reid-Dampfdruck | 98 | 8,50 | 98 | |||||
Destillation Anfangs | 1 | 90 | 1 | |||||
siedepunkt | 1 | 1 | ||||||
10% | 0,063 | 128 | 3,171 | |||||
30% | 600+ | 183 | 600+ | |||||
50% | 216 | |||||||
70% | 0,016 | 240 | 0,005 | |||||
90% | 2,70 | 303 | 2,75 | |||||
Endpunkt | 402 | |||||||
% Zurückgewonnen | 5,75 | 98 | 5,80 | |||||
% Rückstand | Acidität des Rückstands erlaubt | 1 | erlaubt | |||||
% Verlust | Korrosion | 1 | IA | |||||
Pb (gje 3,785 Liter) | 0,560 | |||||||
Oxydationsstabilität | 600 + | |||||||
(Min.) | ||||||||
Schwefel (Gew.- %) | 0,014 | |||||||
20%Destillations- | 2,80 | |||||||
Kocffizient | ||||||||
RVP-Koeffizient | 5,70 | |||||||
erlaubt | ||||||||
IA | ||||||||
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen | ||||||||
Claims (5)
1. Verfahren zur Verminderung des Anteils enthaltenden Gases vor der Reduktionsstufe als nachan
Kohlenmonoxid, Kohlen Wasserstoffen, Wasser- 5 teilig angesehen.
stoff .und Stickoxiden in einem von einer mit Auch aus der US-PS 35 65 574 geht die Lehre hervor,
einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff betriebenen zur Reinigung der Abgase ein Zweistufenverfahren
Verbrennungskraftmaschine abgegebenen Abgas, in Anwendung zu bringen, bei dem in der ersten
bei dem das Abgas einer Behandlung zur kata- Stufe die im Abgas enthaltenen Stickoxide reduziert
lytischen Reduzierung der Stickoxide und an- io und in der zweiten Stufe die im Abgas enthaltenen
schließend einer Behandlung zur nicht kataly- oxydierbaren Bestandteile im Gemisch mit Luft bzw.
tischen Oxydation der restlichen in dem Abgas Sauerstoff oxydiert werden. Dabei soll der vom Ververbüiebenen
oxydierbaren Bestandteile unter- brennungsmotor kommende Abgasstrom nur sehr
zogen wird, dadurch gekennzeichnet, geringe Mengen an freiem Sauerstoff enthalten und
daß dem von der Verbrennungskraftmaschine 15 ohne Zuführung von Sauerstoff oder Luft mit dem
abgegebenen Abgas vor der Behandlung zur Redu- Katalysator zur Reduktion der Stickoxide in Bezierung
der Stickoxide ein Sauerstoff enthaltendes rührung gebracht werden.
Gas in einer solchen Menge zugeführt wird, daß Ein. entsprechend arbeitendes reines Zweistufen-
dessen Temperatur auf mindestens 840°C erhöht verfahren, bei dem in einer ersten Stufe unter Zugabe
wird, ohne daß der Kohlenmonoxidanteil im so von Luft in einer Flammenreaktion die oxydierbaren
Abgas unter die stöchiometrische Menge der darin Bestandteile des Abgases verbrannt und in einer
befindlichen Stickoxide absinkt. zweiten Stufe die Reaktion vervollständigt wird, in-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- dem die Abgase der ersten Stufe über einen Katakennzeichnet,
daß dem Abgas in den Oxydations- lysator geleitet werden, der eine Reduktion der Stickstufen
vor und nach der Reduzierung der Stick- 35 oxide herbeiführt, sowie ggf. die Oxydation des
oxide Luft zugeführt wird. Kohlenmonoxides zu Kohlendioxid vervollständigt,
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ist aus der US-PS 32 20 179 bekannt. Das in dieser
kennzeichnet, daß der Katalysator auf den Innen- Veröffentlichung beschriebene Verfahren unterflachen
der Vorrichtung, in der die Reduzierung scheidet sich von den vorstehend erwähnten lediglich
der Stickoxide durchgeführt wird, aufgebracht 30 dadurch, daß die Reduktion und Oxydation nicht
wird. nacheinander vorgenommen werden, sondern alter-
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch nierend je nach dem Sauerstoffgehalt des Abgases
gekennzeichnet, daß als katalytisch aktive Metalle entweder unter Sauerstoffzufuhr vorwiegend oxydiert
Kupfer, Nickel, Eisen, Chrom oder deren Mi- (Flammenoxydation in der ersten Stufe und kataschungen
verwendet werden. 35 lytische Restoxydation in der zweiten Stufe) oder ohne
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch Sauerstoffzufuhr vorwiegend katalytisch reduziert
gekennzeichnet, daß mit Kupfer überzogene Sieb- wird (zweite Stufe).
gewebe aus Edelstahllegierungen als Katalysator- Diese bekannten Zweistufenverfahren weisen be-
anordnungen vorgesehen werden. züglich der Entfernung der Stickoxide aus dem Abgas
40 einen relativ schlechten Wirkungsgrad auf. Diese Tatsache läßt sich darauf zurückführen, daß sich
in der Reduktionsstufe Wasserstoff mit den Stickoxiden zu Ammoniak verbindet, der in der auf die
Reduktionsstufe folgenden Oxydationsstufe wieder 45 in Stickoxide übergeführt wird. Je nach der vorhan-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermin- denen Wasserstoffmenge kann daher bei diesen bederung
des Anteils an Kohlenmonoxid, Kohlen- kannten Verfahren immer ein bestimmter Teil der
Wasserstoffen, Wasserstoff und Stickoxiden in einem Stickoxide nicht zu unschädlichem Na reduziert werden,
von einer mit einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff Darüber hinaus müssen in der Reduktionsstufe sehr
betriebenen Verbrennungskraftmaschine abgegebenen 50 hohe Temperaturen zur Verfügung stehen, denn es
Abgas, bei dem das Abgas einer Behandlung zur wird bei einem Katalysator mit bestimmter Zusammenkatalytischen
Reduzierung der Stickoxide und an- Setzung im allgemeinen ein um so stärkerer Grad
schließend einer Behandlung zur nicht katalytischen der NOx-Verringerung erzielt, je höher die Tempe-Oxydation
der restlichen in dem Abgas verbliebenen ratur des Abgases ist. In bestimmten Fällen müssen
oxydierbaren Bestandteile unterzogen wird. 55 daher äußere Heizmittel und Heizeinrichtungen ein-
Aus der DT-OS 21 40 495 ist es bekannt, die Reini- gesetzt werden, um eine für die Wirksamkeit der
gung der Abgase mittels eines derartigen Zweistufen- Katalysatoren geeignete Temperatur zu erreichen.
Verfahrens durchzuführen, gemäß dem in einer ersten Naturgemäß bringen die vorstehend aufgezeigten
Stufe die im Abgas enthaltenen Stickoxide reduziert Nachteile einen relativ niedrigen Wirkungsgrad der
und in einer zweiten Stufe die im Abgas enthaltenen 60 bekannten Zweistufenverfahren mit sich,
oxydierbaren Bestandteile im Gemisch mit Luft oxy- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
diert werden. Aus dieser Veröffentlichung geht des Verfahren zur Abgasreinigung zur Verfügung zu
weiteren hervor, daß eine zu hohe Sauerstoffkonzen- stellen, das sich durch einen besseren Wirkungsgrad
tration im Abgas die Wirksamkeit der Katalysatoren auszeichnet als bekannte derartige Verfahren,
zur Reduzierung der Stickoxide erniedrigt. Diese 65 Diese Aufgabe wird bei einem eingangs genannten
Konzentration soll daher durch Inkontaktbringen des Verfahren dadurch gelöst, daß dem von der VerAbgases
mit einem Katalysator, der die Reaktion des brennungskraftmaschine abgegebenen Abgas vor der
Sauerstoffs mit den in den Abgasen enthaltenen Re- Behandlung zur Reduzierung der Stickoxide ein
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US243606A US3908365A (en) | 1972-04-13 | 1972-04-13 | Treatment of gaseous effluent |
US24360672 | 1972-04-13 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2221793A1 DE2221793A1 (de) | 1973-10-25 |
DE2221793B2 DE2221793B2 (de) | 1977-03-17 |
DE2221793C3 true DE2221793C3 (de) | 1977-11-03 |
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