DE2221793C3 - Verfahren zur Abgasreinigung - Google Patents

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.

Tabelle Ia*) Legierung C Ni S Fe Si Cr Cu Mn

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-

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.

Tabelle III

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

Verfahrensstufe^a)

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.v_iertwerden 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 i_sr^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

?^£ Es wurde ein Fahrzeug mit einer 250 CID-Maschine

Z_n 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^^™ -8^eset2tc 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

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

Korrigierte Werte Zyklen HC NO CO

(ppm) (ppm) (%)

geben nur eine stabilisierte Arbeitsweise wieder, unter Ausschluß der anfänglichen Zeitspanne des Warmwerdens.

Tabelle VI
Prüfwerte

Zyklen Korrigierte Werte

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

0,01 g/1,6 km
0,05 g/1,6 km
1,42 g/1,6 km

Beispiel 2

0,01 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:

Tabelle IX

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.

Tabelle X

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:

Tabelle XII Tabelle XI

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-

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.

Beispiel 3

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

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

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

Beispiel 4

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

Tabelle XV

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)

<s duktionsmitteln fördert, unterhalb einem Volumen-Patentansprüche: prozent gehalten werden. In jedem Falle wird der Zusatz von Sauerstoff oder eines freien Sauerstoff

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 N_a 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 NO_x-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