DE3410516C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System für die Zuführung von Kata­ lysatoren in ein Verbrennungssystem mit einer Einlaßöffnung für Gas, insbesondere Luft, wobei Mittel zur Verteilung des Katalysators in einem Verteilungsträger, insbesondere in einer Flüssigkeit, und Mittel zum Hindurchleiten des Gases durch den Verteilungsträger zum Absorbieren des Katalysators in das Gas vorgesehen sind.

Ein solches System ist aus der DE-OS 28 54 126 bzw. der ent­ sprechenden US-PS 42 95 816 bekannt. Dabei enthält ein entspre­ chender Behälter Wasser, in welchem eine Platinverbindung ge­ löst ist. Ein Gas, insbesondere Luft, wird dort durch das Was­ ser hindurchgeleitet und nimmt beim Hindurchperlen kleine Men­ gen des darin gelösten Katalysators mit. Um den Wasserverbrauch bei dem bekannten System zu verringern und den Wirkungsgrad der Verbrennung zu erhöhen, wird dort in Wasser gelöstes Platin­ chlorid als Katalysator verwendet. Als weiterer Katalysator wird dort Mangannaphthenat verwendet, das in einer Ölschicht gelöst ist, welche auf dem Wasser in dem Behälter schwimmt.

Aus der US-PS 24 60 700 ist ein System für die Zuführung von katalytischem Material in ein Verbrennungssystem bekannt, wo­ bei es um die Erhöhung der Klopffestigkeit geht, damit ein Kraftstoff mit relativ geringer Oktanzahl verwendet werden kann. Bei dem dort beschriebenen System ist das katalytische Material in einer Kühlflüssigkeit gelöst, die in einem Vor­ ratsbehälter untergebracht ist. Von diesem Vorratsbehälter wird diese Kühlflüssigkeit zusammen mit dem Katalysator di­ rekt über eine Leitung und ein Ventil in die Ansaugleitung des Verbrennungssystems eingeleitet, in der ein Kraftstoff- Luft-Gemisch für das Verbrennungssystem zugeführt wird. Dabei sind zahlreiche Katalysator-Materialien angegeben, die in re­ lativ hohen Konzentrationen zugeführt werden, die zwischen 10 mg und 10 000 mg pro kg Brennstoff liegen.

Aus dem DE-Buch "Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie", 4. Auflage 1975, Band 10, Verlag Chemie, Weinheim/Bergstraße, Seiten 684 und 685 ist es zwar grundsätzlich bekannt, Rhenium als Katalysator bei der Erdölverarbeitung zu verwenden. Dabei sind aber weder Systeme für die Zuführung von Katalysatoren in ein Verbrennungssystem beschrieben noch Konzentrationen für die Verwendung des Katalysators angegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System für die Zuführung von Katalysatoren in ein Verbrennungssystem der eingangs ge­ nannten Art dahingehend zu verbessern, daß nicht nur die Ver­ brennung effizienter abläuft, sondern auch die Klopffestig­ keit des Brennstoffs erhöht wird.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein System der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Katalysatoren metallisches Rhenium in einer Konzentration von 0,001 mg bis 9 mg pro kg Brennstoff enthalten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim erfindungsgemäßen Sy­ stem die Katalysatoren 0,1 mg metallisches Rhenium pro kg Brennstoff enthalten.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, daß das Rhenium als eine in einer Flüssigkeit lösliche Rhenium­ verbindung vorliegt. Dabei erweist es sich als zweckmäßig, wenn sich die Rheniumverbindung bei Erwärmung auf eine Tempe­ ratur unterhalb der Deflagrationstemperatur in einer Verbren­ nungskammer des Systems zersetzt.

Bei einer speziellen Ausführungsform gemäß dem erfindungsge­ mäßen System ist vorgesehen, daß das Verbrennungssystem eine Brennkraftmaschine ist und daß der Brennstoff und die Luft zu­ sammen mit dem Katalysator in den Ansaugstutzen der Brenn­ kraftmaschine eingesaugt werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sy­ stems ist vorgesehen, daß die Rheniumverbindung wasserlöslich ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, daß oberflächenaktive Mittel zur Erhöhung der Wirksamkeit der Fraktionierung des Rheniumkatalysators aus der Flüssigkeit durch das Hindurchleiten des Gases durch die Flüssigkeit ver­ wendet werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sy­ stems ist vorgesehen, daß die Flüssigkeit, die den Katalysator enthält, Wasser ist und daß der Rheniumkatalysator Verbindungen enthält, welche Perrheniumsäure und ihre Salze, Oxide höherer Ordnung der Salze, Metaperrhenate und Rhenium-Carbonyl-Halo­ genverbindungen umfassen.

Dabei erweist es sich als zweckmäßig, wenn die oberflächenak­ tiven Mittel ein Gefrierschutzmittel, insbesondere ein wasser­ lösliches Glykol und ein Blockiermittel enthalten, das die Ausfällung des Katalysators verhindert.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sy­ stems ist vorgesehen, daß das Blockiermittel ein wasserlösli­ ches Chlorid aus der Gruppe ist, die Wasserstoffchlorid, Lithiumchlorid und Natriumchlorid umfaßt.

Insbesondere hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn beim erfindungsgemäßen System das Blockiermittel Lithiumchlorid ist und das oberflächenaktive Mittel Ethylenglykol ist.

Mit dem erfindungsgemäßen System wird die Aufgabe in zufrie­ denstellender Weise gelöst, wobei man ein Gas, insbesondere Luft, die sowieso dem Verbrennungssystem zugeführt wird, als Transportmittel für den Katalysator verwendet, der nur in sehr geringen Mengen zugeführt zu werden braucht, um die ge­ wünschte Wirkung zu erzielen. Das Rhenium kann dabei in vor­ teilhafter Weise praktisch in gasförmigem Zustand in die Ver­ brennungskammer des Verbrennungssystems eingeleitet werden, wobei es seinen aktivsten katalytischen Zustand besitzt.

Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems gelangen ein oder mehrere Katalysatoren zusätzlich zu dem Rhenium zum Einsatz, wobei die Katalysatoren in einer Flüssigkeit gelöst sind, durch welche ein Gas hindurchperlt und anschließend in eine Kammer gelangt, in der eine chemi­ sche Reaktion, nämlich die Verbrennung eines fossilen Brenn­ stoffes stattfindet. Insbesondere kann dabei ein Behälter vor­ gesehen sein, der Wasser enthält, in welchem eine Rheniumver­ bindung als Katalysator gelöst ist. Eine Ölschicht auf Erdöl- oder Petroleumbasis schwimmt oben auf dem Wasser, um das Durchperlen zu steuern und ein Spritzen sowie die begleitende Bildung von Aerosolen zu verhindern. Dabei kann in dem Öl ein zweiter Katalysator gelöst sein, der in Wasser nicht löslich ist, wie z. B. Mangannaphthanat.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Systems auf eine Brenn­ kraftmaschine oder einen Ofen mit Ölfeuerung ist eine Gebläse­ luft-Einlaßöffnung vorgesehen, an der eine Ansaugleitung von einem Luftraum in einem Behälter oberhalb der Ölschicht ange­ bracht ist. Eine Zuführungsleitung bringt Luft bei atmosphäri­ schem Druck in den Behälter, wobei das eine Ende der Zufüh­ rungsleitung unter die Wasseroberfläche eintaucht, um für das Durchperlen von Luft durch das Wasser und das Öl zu sorgen, und zwar in Abhängigkeit von der Saugwirkung der Ansaugleitung.

Ein Schwimmer ist an der Ansaugleitung angebracht, um das Ende der Ansaugleitung in einer vorgegebenen Tiefe schwimmen zu lassen, um einen vorgegebenen Rückdruck zu erzeugen, so daß das Durchperlen oder die Blasenbildung durch die Differenz zwischen dem Ansaugdruck und dem atmosphärischen Druck unab­ hängig von der Wassertiefe reguliert wird. Die Lösung der Rhe­ nium- und Mangankatalysatoren sorgt für eine feine Verteilung der Katalysatoren im molekularen Bereich, was die Absorption von kleinen Mengen von fein verteilten Katalysatoren in die Luftblasen ermöglicht. Dadurch wird eine innige Vermischung der Katalysatoren mit den Komponenten für den Verbrennungs­ prozeß erreicht. Statt Wasser können auch andere Flüssigkeiten, wie beispielsweise Alkohol verwendet werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform ist beispielsweise Per­ rheniumsäure in Wasser gelöst und dient als Katalysator. Diese Perrheniumsäure zersetzt sich bei Temperaturen deutlich unter­ halb der Deflagrationstemperaturen der Brennkraftmaschine und des Ofens. Daher ist davon auszugehen, daß molekulares Rhenium dem zu verbrennenden Brennstoff zur Verfügung steht und da­ durch die Verbrennung unterstützen kann. Man erkennt also, daß metallisches Rhenium mit Sauerstoff kombiniert, in Wasser ge­ löst, von der Luft mitgenommen und als Metall am Verbrennungs­ ort bei einer niedrigeren Temperatur als der Verbrennungstem­ peratur freigesetzt wird. Wie bereits erwähnt, sind andere geeignete Rheniumverbindungen Metaperrhenate und Carbonyl- Halogenverbindungen. Oberflächenaktive Stoffe, wie beispiels­ weise Ethylenglykol, unterstützen die Fraktionierung des Rhe­ niumkatalysators aus der Lösung während des Hindurchperlens des Gases durch diese Lösung. Ein Gruppe-1-Chlorid wirkt der Tendenz von oberflächenaktiven Stoffen entgegen, den Kataly­ sator auszufällen.

Beim erfindungsgemäßen System ist das Rhenium in zweierlei Hinsicht vorteilhaft. Abgesehen davon, daß es als Katalysator für eine vollständigere Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in Luft sorgt, hat Rhenium außerdem die Tendenz, die chemi­ sche Zusammensetzung von Kohlenwasserstoff zu verändern, näm­ lich nicht-aromatische Kohlenwasserstoffmoleküle in aromatische Kohlenwasserstoffmoleküle umzuwandeln. Bei der Verbrennung von Benzin in einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug kann man ein Klingeln bzw. Klopfen feststellen, wenn der Oktangehalt des Benzins in bezug auf das Kompressionsverhältnis der Brennkraft­ maschine sehr niedrig ist.

Wenn aber Rhenium bei Benzin verwendet wird, führt die Umbil­ dung des Kohlenwasserstoffmoleküls zu einer Erhöhung des Oktan­ gehaltes sowie zu einer besser gesteuerten und gleichmäßigeren Verbrennungsrate. Somit reduziert das Ansaugen von Rhenium in einer Brennkraftmaschine die Tendenz zum Klingeln bzw. Klopfen, was einen großen Vorteil bietet, der sich in einer gleichmäßig bzw. rund laufenden Brennkraftmaschine äußert. Der oben erwähn­ te Umbildungsprozeß sorgt auch für eine gleichmäßigere Flammen­ front in einem Ofen mit Ölfeuerung, was eine effizientere Ver­ brennung des Brennstoffes bewirkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems für die Zu­ führung von Katalysatoren gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des oberen Bereiches der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 und 4 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Schwimmers für das System; und in

Fig. 5 einen Schnitt eines Teiles einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug mit dem System gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes System 10 für die Zuführung von Katalysatoren dargestellt, wo­ bei das System 10 einen Behälter 12, ein Rohr 14 mit einem in der Nähe seines unteren Endes ange­ ordneten Schwimmer 16, ein Rohr 18 mit einem Schließven­ til 20, einen Ofen 22 mit einem darin angeordneten Öl­ brenner 24 und ein Zentrifu­ galgebläse 26 aufweist, welches Luft in den Brenner 24 einbläst. Das Rohr 18 hat ein Ende 28, das durch eine Öffnung in einem Gehäuse 29 des Gebläses 26 hindurchgeht, wobei das Ende 28 der stromabwärtigen Richtung des Luft­ stromes gegenüberliegt und somit eine Ansaugwirkung in dem Rohr 18 erzeugt wird. Flügel 30 dre­ hen sich in Richtung eines Pfeiles 32, um Luft bei der Öffnung 36 hineinzuziehen und die Luft durch einen Auslaß 34 abzugeben. Das Rohr 18 dient als Auslaß für den Behälter 12 und ist an der Öffnung 36 des Behälters 12 befestigt. Das Rohr 14 ist verschiebbar am Behälter 12 befestigt, und zwar mit einem Rohrsegment 38, das in einer Öffnung 40 des Behälters 12 sicher befestigt ist. Das obere Ende des Rohres 14 ist zur Atmosphäre offen.

Der Behälter 12 ist teilweise mit Wasser 42 gefüllt, wo­ bei sich eine Ölschicht 44 auf der Oberfläche des Wassers 42 befindet. Das Ansaugen des Rohres 18 reduziert den Luftdruck in dem Raum 46 oberhalb der Ölschicht 44 und dem Wasser 42, was zu einer Absenkung des Wasserpegels im Rohr 14 führt. Der Schwimmer 16 hält das untere Ende des Rohres 14 in einem vorgegebenen Abstand unterhalb der Wasseroberfläche. Die Position des Schwimmers 16 auf dem Rohr 14 ist so eingestellt, daß der Rückdruck der Wassersäule im Rohr 14 kleiner ist als die Saugwirkung in dem Rohr 18, mit dem Ergebnis, daß atmosphärische Luft durch das Rohr 14 nach unten gezogen wird und an dem Schwimmer 16 vorbei und in den Raum 46 perlt. Die Luftblasen absorbieren kleine Mengen an Wasserdampf und Öl sowie der darin gelösten Substanzen. Insbesondere sind lösliche Verbindungen von Rhenium und Mangan, die als Katalysatoren bei Verbrennungsreaktionen dienen, im Wasser 42 bzw. in der Ölschicht 44 gelöst.

Gemäß der Erfindung sorgt die Lösung der Katalysatoren in den im Behälter 12 enthaltenen Flüssigkeiten für eine feine Dispersion der Katalysatoren, so daß die Katalysa­ tormoleküle von den Luftblasen mitgenommen und dann über die Luft im Rohr 18 in den Verbrennungsbereich im Ofen 22 transportiert werden können. In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, daß die Substanzen in den Flüssigkeiten des Behälters 12 in der Luft in der Weise absorbiert werden können wie Wasserdampf absorbiert wird, um feuchte Luft zu erzeugen, alternativ können die Substanzen in der Luft suspendiert werden, wie z. B. Aerosole oder Wassertröpfchen in Nebel. Die Absorption im molekularen Bereich wird bevorzugt, da sie die Abmes­ sung von sehr kleinen Mengen der Katalysatoren genau in der gewünschten Menge ermöglicht, ohne den Katalysator zu verschwenden. Im Gegensatz dazu ist die Suspension von Aerosolen der Katalysatoren verschwenderisch, da viel größere Mengen als erforderlich vom Katalysator verbraucht werden. Außerdem benötigt die Suspension von Aerosolen viel Wasser, so daß die Nachfüllung des Behäl­ ters 12 wesentlich häufiger erforderlich wäre.

Die Viskosität der Flüssigkeit ist ein wichtiger Faktor in der Begrenzung der Herstellung von Aerosolen aus dem Zerplatzen von Blasen an der Grenzfläche der Flüssigkeit und der Luft. Während somit eine Flüssigkeit mit einer geringeren Viskosität, wie z. B. Wasser, eine kräftige Blasenbildung und das anschließende Zerspritzen und die Bildung von Aerosolen ermöglicht, ist bei einer viskosen Flüssigkeit, wie z. B. einem schweren Öl, nicht mehr als eine allmähliche Bewegung von Blasen ohne das Zerspritzen und die Bildung von Aerosolen möglich. Die Ölschicht 44 hat eine ausreichende Viskosität, um zu gewährleisten, daß keinerlei Zerspritzen sowohl der Ölschicht 44 als auch des Wassers 42 stattfindet, mit der Folge der Bei­ behaltung der Flüssigkeiten, also des Öls in der Öl­ schicht 44 und des Wassers 42 mit den darin gelösten Katalysatoren.

Der Behälter 12 besteht aus stabilem Material, das für die darin enthaltenen Flüssigkeiten undurchlässig ist. Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform, bei der Öl und Wasser in dem Behälter 12 enthalten sind, kann der Behälter 12 aus Glas oder vorzugsweise aus bruchbestem Kunststoff bestehen, der auch widerstandsfähig gegenüber den im Behälter 12 enthaltenen Chemikalien ist. Der Schwimmer 16 hat die Form eines geraden kreisförmigen Zylinders aus geschäumtem Polyurethan und besitzt darin eine Öffnung für den Durchgang des Rohres 14. Beim Zu­ sammenbau des Behälters 12 wird zunächst der Schwimmer 16 auf dem Rohr 14 positioniert und dann das Rohr 14 durch den offenen Boden des Behälters 12 eingeführt und durch das Rohrsegment 38 hindurchgeschoben.

Anschließend wird eine Abdeckplatte 48 mit Klebstoff an einem Rand 50 um die Bodenkante des Behälters 12 befe­ stigt. Schrauben 52 gehen durch einen Flansch 54 des Be­ hälters 12 hindurch, um den Behälter 12 an einer Montage­ fläche, wie z. B. dem Boden eines Ofenraumes zu befesti­ gen. Das untere Ende des Rohres 14 ist unter einem Winkel von ungefähr 45° abgeschnitten, um die Blasenbildung oder das Hindurchperlen auch in dem Falle zu ermöglichen, wo das untere Ende des Rohres 14 sich in der Nähe von oder in Kontakt mit der Abdeckplatte 48 befindet. Die Abdeckplatte 48, die Rohre 14 und 18 und das Rohrsegment 38 bestehen alle vorteilhafterweise aus demselben Mate­ rial, das zur Herstellung des Behälters 12 verwendet wird.

Das Rohrsegment 38 hat eine Länge von ca. 2,54 cm und einen Innendurchmesser von 1,90500 cm. Das Rohr 14 hat einen Innendurchmesser von ca. 1,6 cm. Die Außenoberfläche des Rohres 14 ist ge­ schliffen, um einen Außendurchmesser von 1,89992 cm zu liefern, was einen Abstand von 0,00254 cm Abstand um das Rohr 14 ergibt. Dadurch er­ gibt sich eine ausreichend bündige Passung zwischen dem Rohr 14 und dem Rohrsegment 38, so daß nur eine vernach­ lässigbare Luftmenge zwischen dem Rohr 14 und dem Rohr­ segment 38 hindurchdringen kann, während es möglich ist, das Rohr 14 innerhalb des Rohrsegmentes 38 zu verschie­ ben. Der Behälter 12 hat eine paraboloidförmige Gestalt mit einer Höhe von ca. 22,8 cm und einem Basis­ durchmesser von ca. 40,6 cm. Der Behälter 12 kann durch Blasformen von Butadienstyrol hergestellt werden oder aus biaxial blasgeformtem Polypropylen bestehen, um einen transparenten Behälter zu bilden, der ein Betrach­ ten seines Inhalts ermöglicht. Der Durchmesser des Roh­ res 18 kann gleich dem des Rohres 14 sein oder etwas kleiner, beispielsweise einen Außendurchmesser von 1,27 cm haben.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des oberen Be­ reiches des Behälters 12 gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei der Behälter hier das Bezugszeichen 12A trägt und diese Figur der Zeichnung außerdem eine andere Form des Schwim­ mers zeigt, der mit dem Bezugszeichen 16A bezeichnet ist. Eine Platte 56 aus demselben Material, wie sie zur Her­ stellung des Behälters 12A verwendet wird, ist mit Kleb­ stoff an der inneren Oberfläche der Oberseite des Behäl­ ters 12A befestigt. Ein Ventil 58, wie z. B. das Schließ­ ventil 20 gemäß Fig. 1, ist mit einem Teil eines Rohres 60, das ein 1,27 cm-Rohrgewinde besitzt, an der Platte 56 befestigt. Anstatt die Außen­ oberfläche des Rohres 14 zu schleifen, wird der Durch­ messer des Rohres 14 bei einem Wert von 1,90500 cm belassen und die Platte 56 mit einer Öff­ nung versehen, die auf 1,91008 cm erweitert ist. Der resultierende Abstand ist derselbe, wie er oben für den Behälter 12 gemäß Fig. 1 beschrieben ist. Wie sich aus der Schnittansicht ergibt, ist die untere Kante des Schwimmers 16A gekrümmt bzw. gebogen, um für eine gleichmäßige Strömung der Blasen um den Schwimmer 16A zu sorgen.

In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform des Schwimmers 16 gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei diese alternative Ausführungsform mit dem Bezugszeichen 16B bezeichnet ist. Die untere Oberfläche des Schwimmers 16B besitzt eine sanfte Krümmung nach oben zur oberen Ober­ fläche, um für eine gleichmäßige Strömung der Blasen zu sorgen. Ein Satz von Ausläufern 62 ist um den Umfang des Schwimmers 16B vorgesehen, wobei diese Ausläufer 62 radial nach außen gerichtet sind, um die Ausbreitung der Blasen durch die Ölschicht 44 zu verzö­ gern und dadurch jegliches Zerspritzen zu verhindern. Somit wirken sowohl die größere Viskosität der Ölschicht 44 als auch die räumliche Struktur des Schwimmers 16B zusammen, um Spritzer und die Bildung von Aerosolen aus Wasser und Öl zu verhindern.

Aus Fig. 1 läßt sich auch entnehmen, daß die Zeit der Ausbreitung von Blasen durch die Ölschicht 44 von der Dicke der Ölschicht abhängt und dadurch einstellbar ist, daß man Öl hinzufügt oder wegnimmt. Die Ausbreitungs­ zeit innerhalb des Wassers kann vergrößert werden, indem man den Durchmesser des Schwimmers vergrößert, um dadurch die Wegstrecke zu verlängern, längs der die Blasen strö­ men. Auf diese Weise sind die relativen Mengen von Öl, Wasser und den darin gelösten Katalysatoren einstellbar. Öl, wie es in Zweitakt-Benzinmotoren verwendet wird, ist in effektiver Weise für die Ölschicht 44 verwendet wor­ den. Der Absorptionsbereich des Katalysators in die Luft, die durch das Rohr 18 abgezogen wird, ist proportional zur Blasenrate, die durch die Höhe der Wassersäule in dem Rohr 14 eingestellt bzw. reguliert wird. Die Höhe der Wassersäule wird vorgegeben durch das erwähnte Biegen des Rohres 14 zur Atmosphäre und die Position des Schwim­ mers 16 relativ zum Ende des Rohres 14. Bei der anfäng­ lichen Installation des Rohres 14 wird der Schwimmer 16 hoch oben auf dem Rohr 14 positioniert, und das Öl und das Wasser werden dann durch die Oberseite des Rohres 14 hineingegossen. Nachdem das Öl und das Wasser ihre Gleich­ gewichtspositionen erreicht haben und bei Beginn der Ab­ saugung durch das Gebläse 26 über das Rohr 18 wird der Schwimmer 16 von Hand in seine Position gebracht, indem man das Rohr 14 durch die Öffnung in der Oberseite des Behälters 12 nach oben zieht.

Geeignete Rheniumverbindungen sind Perrheniumsäure gemäß der Formel HReO₄ und ihre Salze, Metaperrhenate und Carbonyl-Halogenverbindungen. Verbindungen der Formel MReO₄, wobei M für K, Na, NH₄ und Rb stehen kann, können verwendet werden, um wasserlösliche Verbindungen von Rhenium zu bilden, wobei M zu M⁺ ionisiert wird. Andere Verbindungen sind M₃ReO₅ und M₅ReO₆. Ein geeigneter Kon­ zentrationsbereich liegt zwischen 1 Gewichtsteil pro Milliarde (1 PPB) und 9 Gewichtsteile pro Million (9 PPM) von metallischem Rhenium zu dem zu behandelnden Brenn­ stoff, wobei 0,1 PPM (100 PPB) bevorzugt wird.

In dem Falle beispielsweise, wo der Ölbrenner 24 Öl mit einem Durchsatz von ungefähr 57 l pro Stunde verbrennt, ist der Behälter 12 auf eine Höhe von ca. 15,2 cm mit Wasser 42 gefüllt, und die Öl­ schicht 44 hat eine Dicke von ca. 0,6 cm. Die Konzentration des Katalysators in der Lösung ist nicht kritisch, da die Blasenrate eingestellt werden kann, um für ein gewünschtes Metall/Brennstoff-Verhältnis für die Flamme des Brenners 24 zu sorgen. Eine Blasenrate von 2-4 Blasen pro Sekunde wird bevorzugt, da sie es ermöglicht, daß die Rheniumverbindung vorzugsweise aus der Lösung fraktioniert wird, um das Lösungsmittel zu­ rückzulassen. Eine derartige Fraktionierung ist in der Veröffentlichung von Robert Lemlich, "A Theoretical Approach to Nonfoaming Absorptive Bubble Fractionation", veröffentlicht in Journal of the American Institute of Chemical Engineering, July 1966, Seiten 802-804 beschrie­ ben.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Systems für die Zuführung von Katalysatoren, nämlich ein System 10A gemäß der Erfindung, das sich von dem System 10 gemäß Fig. 1 darin unterscheidet, daß das System 10A gemäß Fig. 5 eine Bremskraftmaschine 70 für ein Fahrzeug verwendet, um eine Saugwirkung auf das Rohr 18 auszuüben, anstatt das Gebläse 26 gemäß Fig. 1 zu verwenden. Die Darstellung der Bremskraftmaschine 70 ist stilisiert und zeigt nur diejenigen Teile, die zum Ver­ ständnis der Realisierung der Erfindung erforderlich sind.

Die Bremskraftmaschine 70 weist Kolben 72 auf, die hin- und herbewegbar in Zylindern 74 montiert sind, wobei die Zylinder 74 über Ventile 76 mit einer Ansaugleitung oder einem Ansaug­ stutzen 78 in Verbindung stehen, um eine Mischung aus Brennstoff und Öl zu erhalten und die Verbrennung in den Zylindern 74 durchzuführen. Ein Vergaser 80 besitzt eine schwenkbare Drosselklappe 82, die in einem Eintrittsstut­ zen 84 des Vergasers 80 angeordnet ist, um die Mengen an Luft und Brennstoff in den Ansaugstutzen 78 abzumessen bzw. zu dosieren, wobei sie zu einer homogenen Mischung von Luft und Brennstoff vermischt werden. Die Darstel­ lung ist so gewählt, daß die Luft direkt in den Eintritts­ stutzen 84 eingeführt wird, während der Brennstoff bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Brennstofftank 86 zugeführt wird und eine Düse 88 in den Eintrittsstutzen 84 hineinragt. Wie man weiß, wird ein teilweiser Unterdruck durch die Wirkung der Kolben 72 im Ansaugstutzen 78 er­ zeugt. Die übliche Praxis bei der Konstruktion von Kraft­ fahrzeugen besteht in der Verwendung des Unterdruckes des Ansaugstutzens 78, um andere Elemente des Fahrzeuges zu betätigen, wobei eine geeignete Verbindung zu derartigen Elementen durch einen Schlauch 90 geschaffen wird, welcher eine Verbindung zwischen der Basis des Vergasers 80 und anderen, nicht dargestellten Teilen schafft. Ein T-Stück 92 ist in den Schlauch 90 eingesetzt, um eine Verbindung des Rohres 18 zum Schlauch 90 zu schaffen. Dadurch sorgt der Unterdruck des Ansaugstutzens 78 für die erforderliche Ansaugwirkung über das Rohr 18, um den Katalysator aus dem Behälter 12 oder 12A mitzunehmen und den Katalysator von der Basis des Vergasers 80 gleichmäßig unter den Zylindern zu verteilen.

Bei der Brennkraftmaschine 70 gemäß Fig. 5 werden der Brennstoff, die Luft und der Katalysator alle durch die Ansaugwirkung in den Ansaugstutzen 78 angesaugt, um für eine homogene Ver­ mischung des Katalysators mit dem Brennstoff und der Luft zu sorgen. Somit kann der Katalysator als homogener Kata­ lysator bezeichnet werden, im Unterschied zu einem nicht dargestellten Katalysator, der als Beschichtung längs ei­ ner Innenoberfläche eines Zylinders 74 vorgesehen sein kann. Der homogene Katalysator ist im Vergleich zu dem aufgetragenen Katalysator insofern vorteilhaft, als die Menge an Katalysator, die mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch in Kontakt kommt, unabhängig von der Bildung von Verbren­ nungsprodukten und der Anwesenheit einer Öldurchströmung ist, die sich sonst auf den Innenseiten der Zylinder 74 ausbilden können und schließlich den Betrieb bzw. die Wirkung eines aufgetragenen Katalysators behindern.

Die Anwesenheit des Rhenium-Katalysators steigert nicht nur die Verbrennung des Kohlenstoffes von Kohlenwasser­ stoffen unter Bildung von Kohlenmonoxid, sondern steigert außerdem die Verbrennung des Kohlenmonoxids mit Sauer­ stoff zur Bildung von Kohlendioxid. Die größte Menge an thermischer Energie, die beim Verbrennungsprozeß erzeugt wird, tritt bei der Umwandlung von Kohlenmonoxid in Koh­ lendioxid auf. Somit ist das Rhenium nützlich bei der Steigerung der Effizienz von beiden Aspekten der Verbren­ nung.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Rhenium bei der Umbildung der Kohlenwasserstoffmole­ küle verwendet, um ihre Form von nicht-aromatischen Mole­ külen in aromatische Moleküle zu ändern. Somit ergibt sich eine Erhöhung des Octangehaltes des Brennstoffes, um für eine besser gesteuerte und gleichmäßigere Verbrennungs­ rate zu sorgen. Dies reduziert die Tendenz zum Klingeln bzw. Klopfen im Zusammenhang mit der Verwendung eines Brennstoffes, der einen extrem niedrigen Octangehalt für das Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschine besitzt. Außerdem reduziert das Rhenium die Wirkung des Octan-Kriechens im Zusammenhang mit dem Altern von Brennkraftmaschinen, wobei einer Tendenz zum Klingeln bzw. Klopfen durch die Verwendung eines Brennstoffes mit höherem Octangehalt entgegengewirkt wird. Man erkennt somit, daß die Erfindung für die kon­ trollierte Zumessung oder Dosierung des Katalysators sorgt, um eine homogene Verteilung des Katalysators innerhalb des Brennstoff-Luft-Gemisches im Ansaugstutzen zu schaffen, damit eine effiziente Verbrennung bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine im Zusammenhang mit der Verwendung eines Brennstoffes mit höherem Octangehalt gewährleistet ist.

Als praktische Maßnahme beim Bau eines Behälters für Kraft­ fahrzeugzwecke darf darauf hingewiesen werden, daß die Fahrzeugbewegungen im Zusammenhang mit einem Fahrzeug ein übermäßiges Spritzen der Flüssigkeiten innerhalb des Be­ hälters 12 bzw. 12A in Fig. 1 bzw. 2 hervorrufen würden, was die Zumeß- oder Dosierungswirkung der Schwimmer 16 bzw. 16A teilweise zerstören würde. Dementsprechend wird eine abgewandelte Ausführungsform des Behälters 12B gemäß Fig. 5 für Fahrzeugzwecke bevorzugt. Das Lufteinlaßrohr 14 gemäß Fig. 1 wird durch das Einlaßrohr 14B in Fig. 5 ersetzt, und die Zumeß- oder Dosierwirkung wird durch ei­ nen Zylinder 94 mit einer Kapillarbohrung 96 erreicht. Das Rohr 14B steht mit dem Innenraum des Behälters 12B am Boden des Behälters in Verbindung, während die Kapillar­ bohrung 96 eine Verbindung zwischen dem Rohr 18 und einem Innenbereich des Behälters 12B oberhalb des Pegels der darin enthaltenen Flüssigkeit schafft. Der Behälter 12B ist ohne weiteres mit rechteckiger Kastenform herstell­ bar, wobei das Rohr 14B längs eines mittleren Bereiches einer Seitenwand angeordnet ist, während der Zylinder 94 sich auf einer zentralen Linie auf der gegenüberliegenden Seitenwand des Behälters 12B befindet. Typische Dimensio­ nen, die beim Bau des Behälters 12B verwendet werden, sind folgende. Die Höhe des Behälters beträgt ca. 17,8 cm, die Breite des Behälters beträgt ca. 7,6 cm, und die Tiefe des Behälters beträgt ca. 5,1 cm. Der Behälter 12B ist mit Flüssigkeit gefüllt, die eine Tiefe von unge­ fähr 12,7 cm besitzt. Das Rohr 14B hat einen Durchmesser von ca. 1,9 cm und steht mit dem Innen­ raum des Behälters 12B über eine Öffnung mit einem Durch­ messer von ca. 0,6 cm in Verbindung. Der Zylinder 94 hat einen Außendurchmesser von ca. 0,48 cm und eine Länge von ca. 1,9 cm. Die Kapillarboh­ rung 96 längs der Mittelachse des Zylinders 94 hat einen Durchmesser von 0,0127 cm. Der genannte Durch­ messer der Kapillarbohrung 96 ist ausreichend klein, so daß die in dem Behälter 12B enthaltene Flüssigkeit nicht durch die Kapillarbohrung 96 fließen kann. Es sind nur die klei­ nen Teilchen des Katalysators in der fein verteilten Form, die in der Luft suspendiert sind und als Luftsuspension durch die Kapillarbohrung 96 in das Rohr 18 und von dort in den Ansaugstutzen 98 abgezogen werden. Während langer Lagerperioden mit abgeschalteter Brennkraftmaschine 70 ist der Pegel der Flüssigkeit innerhalb des Rohres 14B gleich dem Pegel der Flüssigkeit im Behälter 12B. Während des Betriebes der Brennkraftmaschine 70 fällt jedoch der Pegel des Fluids innerhalb des Rohres 14B auf den Ort der Öffnung 98 ab, welche das Rohr 14B mit dem Innenraum des Behälters 12B verbindet. Auch die Ölschicht 44 (vgl. Fig. 1) kann bei der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 5 zerstört werden, da die Kapillar­ bohrung 96 verhindern wird, daß irgendwelche Tröpfchen oder Aerosole in den Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine eintreten.

Die Verwendung eines Gefrierschutzmittels, beispielsweise von Alkohol, wie z. B. von Ethanol oder Methanol, oder von Glykol, wie z. B. Propylenglykol oder Methylenglykol, verhindert das Einfrieren der Katalysatorlösung bei kal­ tem Wetter. Das Gefrierschutzmittel wird in dem Wasser im Behälter 12, 12A oder 12B zusammen mit dem Katalysator ge­ löst. Da das Gefrierschutzmittel den Nebeneffekt hat, eine Ausfällung des Katalysators einzuleiten, wird ein weiteres Mittel, das als "Blockiermittel" bezeichnet wird, eben­ falls in dem Wasser gelöst, um die Ausfällung zu blockie­ ren und somit den Katalysator in Lösung zu halten. Geeig­ nete Blockiermittel sind NaCl, HCl und LiCl. Das Lithium­ chlorid wird bevorzugt, da es keine Acidität besitzt, welche eine Korrosion der Brennkraftmaschine für Fahrzeuge hervorrufen könnte.

Ein weiterer Vorteil wird durch die Verwendung von Ethy­ lenglykol oder anderen Glykolen erreicht. Das Ethylengly­ kol dient als oberflächenaktiver Stoff und reduziert die Schaumbildung. Infolgedessen wird die Perrheniumsäure an der Grenzschicht zwischen dem Wasser und der Luft aktiver und wird somit durch die Blasenbildung oder das Durchper­ len der oben erwähnten Fraktionierung noch leichter in die Luft absorbiert. Dementsprechend wird das Glykol bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stets verwendet, unabhängig davon, ob das Klima warm oder kalt ist. Das Glykol wird auch gegenüber Alkohol insofern bevorzugt, als das Glykol weniger leicht entflammbar und leichter verfüg­ bar ist.

Die folgenden Angaben sind beispielhaft für die Herstel­ lung einer Lösung des Katalysators. Um 425,25 g Lösung zu erhalten, werden 141,75 g Ethylenglykol in 283,5 g destilliertem Wasser zusammen mit 11,34 g LiCl gelöst. Dann werden 1,0 g Perrheniumsäure in dem Wasser gelöst. Die Rheniumverbindung wird stets zuletzt hinzugefügt, um zu gewährleisten, daß das Blockiermittel aktiv geworden ist, um eine Ausfällung des Katalysators zu verhindern. Diese Zubereitung kann sowohl für die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 5 als auch den Ofen gemäß Fig. 1 verwendet werden.

Claims (11)

1. System für die Zuführung von Katalysatoren in ein Verbren­ nungssystem mit einer Einlaßöffnung für Gas, insbesondere Luft, wobei Mittel zur Verteilung des Katalysators in einem Vertei­ lungsträger, insbesondere in einer Flüssigkeit, und Mittel zum Hindurchleiten des Gases durch den Verteilungsträger zum Absor­ bieren des Katalysators in das Gas vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoren metallisches Rhenium in einer Konzentra­ tion von 0,001 mg bis 9 mg pro kg Brennstoff enthalten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoren 0,1 mg metallisches Rhenium pro kg Brenn­ stoff enthalten.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rhenium als eine in einer Flüssigkeit lösliche Rhenium­ verbindung vorliegt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rheniumverbindung bei Erwärmung auf eine Tempera­ tur unterhalb der Deflagrationstemperatur in einer Verbren­ nungskammer des Systems zersetzt.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungssystem eine Brennkraftmaschine ist und daß der Brennstoff und die Luft zusammen mit dem Katalysator in den Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine eingesaugt werden.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rheniumverbindung wasserlöslich ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch oberflächenaktive Mittel zur Erhöhung der Wirksamkeit der Frak­ tionierung des Rheniumkatalysators aus der Flüssigkeit durch das Hindurchleiten des Gases durch die Flüssigkeit.

8. System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist und daß der Rheniumkatalysator Verbindungen enthält, welche Perrheniumsäure und ihre Salze, Oxide höherer Ordnung der Salze, Metaperrhenate und Rhenium- Carbonyl-Halogenverbindungen umfassen.

9. System nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenaktiven Mittel ein Gefrierschutzmittel, insbesondere ein wasserlösliches Glykol und ein Blockiermittel enthalten, das die Ausfällung des Katalysators verhindert.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockiermittel ein wasserlösliches Chlorid aus der Gruppe ist, die Wasserstoffchlorid, Lithiumchlorid und Natrium­ chlorid umfaßt.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockiermittel Lithiumchlorid ist und daß das oberflä­ chenaktive Mittel Ethylenglykol ist.