PL177656B1 - Sposób katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych z ulepszonym zatrzymywaniem węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno - Google Patents

Sposób katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych z ulepszonym zatrzymywaniem węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno

Info

Publication number
PL177656B1
PL177656B1 PL93300013A PL30001393A PL177656B1 PL 177656 B1 PL177656 B1 PL 177656B1 PL 93300013 A PL93300013 A PL 93300013A PL 30001393 A PL30001393 A PL 30001393A PL 177656 B1 PL177656 B1 PL 177656B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
adsorber
catalyst
hydrocarbon
heat capacity
specific heat
Prior art date
Application number
PL93300013A
Other languages
English (en)
Other versions
PL300013A1 (en
Inventor
Dieter Lindner
Egbert Lox
Bernd Engler
Klaus Ostgathe
Original Assignee
Degussa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Degussa filed Critical Degussa
Publication of PL300013A1 publication Critical patent/PL300013A1/xx
Publication of PL177656B1 publication Critical patent/PL177656B1/pl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0814Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with catalytic converters, e.g. NOx absorption/storage reduction catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0454Controlling adsorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9481Catalyst preceded by an adsorption device without catalytic function for temporary storage of contaminants, e.g. during cold start
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0835Hydrocarbons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101Three-way catalysts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/12Combinations of different methods of purification absorption or adsorption, and catalytic conversion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/22Selection of materials for exhaust purification used in non-catalytic purification apparatus
    • F01N2370/24Zeolitic material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

1. Sposób katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych z ulepszonym za- trzymywaniem weglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno, w którym strumien spalin prowadzi sie przez katalizator trój drozny, przed którym umieszcza sie adsorber weglowodorów, których pojemnosc cieplna wlasciwa jest odniesiona do objetosci, zna- mienny tym, ze stosuje sie katalizator trój drozny o pojemnosci cieplnej wlasciwej majacej wartosc pomiedzy 0,29 J/Kcm3 i 0,57 J/Kcm3 i adsorber weglowodorów o po- jemnosci cieplnej wlasciwej zwiekszonej w stosunku do pojemnosci cieplnej wlasciwej katalizatora ze wspólczynnikiem 1,1 do 3,0. PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych, z ulepszonym zatrzymywaniem węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno, z zastosowaniem znanego katalizatora trój drożnego, oraz umieszczonego przed nim, w strumieniu spalin, adsorbera węglowodorów, który po rozruchu na zimno, adsorbuje zawarte w spalinach węglowodory tak długo aż trójdrożny katalizator osiągnie w pełni swoją temperaturę roboczą i pełną wydajność i który to adsorber dopiero po nagrzaniu się desorbuje węglowodory ponownie do spalin tak, że desorbowane węglowodory mogą być przemieniane w nieszko177 656 dliwe składniki, przez uaktywniony już katalizator trójdrożny. Określenie katalizator trójdrożny oznacza katalizator, który w warunkach stechiometrycznych odprowadzania spalin pozwala na jednoczesne usunięcie ze spalin szkodliwych substancji; węglowodorów, tlenku węgla i tlenku azotu (przez chemiczną reakcję do dwutlenku węgla, tlenku azotu i wody).
Przyszłościowe wartości graniczne dla emisji szkodliwych substancji przez pojazdy samochodowe, ustalone zostały w przepisach TLEV/1994 i LEV/1987 (LEV = Low Emission Vehicle). Ustalają one znacznie zaostrzone wartości graniczne, zwłaszcza dla węglowodorów. Dzisiejsze katalizatory spalin, w nagrzanym stanie roboczym, osiągnęły wysoki stopień przemiany szkodliwych substancji tak, że dotrzymanie przyszłych wartości granicznych możliwe jest tylko przez poprawienie przemiany szkodliwych substancji podczas fazy rozruchu na zimno. Stwierdzono, że podczas fazy rozruchu na zimno, w ustalonych przepisami cyklach testujących (np. US FTP75) emitowana jest wielka część ogólnie uwalnianych substancji szkodliwych, gdyż katalizatory nie osiągają jeszcze temperatury roboczej 300 do 400°C, koniecznej do przemiany węglowodorów.
Dla zmniejszenia emisji szkodliwych substancji podczas fazy rozruchu na zimno, proponowane już były układy do oczyszczania spalin składające się z adsorbera węglowodorów i dołączonego do niego katalizatora. Adsorber węglowodorów ma tu za zadanie adsorbowanie węglowodorów zawartych w spalinach, przy stosunkowo niskich temperaturach panujących podczas fazy rozruchu na zimno. Dopiero po silniejszym nagrzaniu się adsorbera, węglowodory są ponownie desorbowane i wraz z gorętszymi już teraz spalinami, przechodzą do katalizatora znajdującego się już prawie w swej temperaturze roboczej i przemieniane są tu skutecznie w nieszkodliwą wodę i dwutlenek węgla. Istotnym wymogiem dla adsorbera jest, ażeby przede wszystkim adsorbował węglowodory, a nie parę wodną istniejącą również w spalinach w znacznych ilościach.
Wadliwa w opisanym rozwiązaniu jest desorpcja węglowodorów występująca już przy temperaturach bliskich 250°C tak, że optymalna przemiana w dołączonym katalizatorze jeszcze nie może zachodzić. Poza tym istnieje niebezpieczeństwo termicznego zniszczenia adsorbera, gdyż musi on być umieszczony w układzie odprowadzającym spaliny, blisko silnika i dlatego przy stałej eksploatacji poddany jest obciążeniom temperaturowym dochodzącym do 1000°C. Dla usunięcia tej wady przedstawiono w literaturze patentowej dużą liczbę proporcji, np. w niemieckim opisie zgłoszeniowym DE 40 08 789, w europejskim zgłoszeniu patentowym EP 0 460 542, oraz w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki 5 051 244. W opisach tych wychodzi się również z kombinacji adsorbera węglowodorów i katalizatora, proponuje się jednak dla usunięcia opisanych wad, kłopotliwe układy dla prowadzenia spalin.
W opisie Stanów Zjednoczonych Ameryki 5 051 244 proponuje się włączenie przed właściwym katalizatorem, adsorbera zeolitowego, który w stanie zimnym adsorbuje szkodliwe substancje ze spalin, zwłaszcza węglowodory, a ze wzrastającym nagrzaniem całego układu spalinowego, ponownie je oddaje. Dla ochrony adsorbera przed zniszczeniem przez przegrzanie przy pracy ciągłej silnika, przewidziany jest dołączony przewód prowadzący bezpośrednio z silnika do katalizatora.
Podczas pierwszych 200 do 300 sekund po uruchomieniu spaliny prowadzone są całkowicie przez adsorber i katalizator. W tej fazie pracy węglowodory pochłaniane są przez adsorber. Adsorber i katalizator nagrzewają się coraz bardziej od gorących spalin. Adsorber zostaje zwarty, gdy wskutek wzrostu temperatury desorpcja zaczyna przewyższać adsorpcję. Spaliny płyną teraz bezpośrednio przez katalizator. Po osiągnięciu temperatury roboczej część gorących spalin prowadzona jest przez adsorber aż do całkowitej desorpcji szkodliwych substancji, które teraz mogą być poddane przemianie z dobrą sprawnością. Po dokonaniu desorpcji adsorber zostaje ponownie zwarty, w celu ochrony przed zniszczeniem przez termiczne przeciążenie.
W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki 5 051 244 jako adsorber proponuje się zeolit typu Y o stosunku atomowym Si/Al wynoszącym co najmniej 2,4. Adsorber zeolitowy może zawierać rozdrobnione miałko katalityczne aktywne metale, takie jak platyna, pallad, rod, ruten i ich mieszanki.
177 656
Z opisu Stanów Zjednoczonych Ameryki 5 078 979 znany jest system oczyszczania spalin samochodowych składający się z adsorbera i przyłączonego do niego katalizatora. Do adsorbera stosuje się selektywne materiały adsorbcyjne, które adsorbują węglowodory korzystnie przed wodą. Dzięki temu adsorber może być mniejszy niż przy zastosowaniu nieselektywnych materiałów adsorbcyjnych. Skutkiem tego przyłączany katalizator ogrzewa się szybciej. W tym opisie patentowym brak jest jakiejkolwiek wskazówki, że właściwa kombinacja adsorbera i katalizatora ma jakiekolwiek znaczenie. Uzyskuje się jedynie informację, że objętość adsorbera powinna być zminimalizowana przy uwzględnieniu minimalnej pojemności adsorpcji dla węglowodorów. Opis ten nie zawiera żadnej informacji, że celowe jest, aby pojemności cieplne właściwe odniesione były do objętości adsorbera i katalizatora i dobrane w odpowiedni sposób.
Rozwiązanie znane ze stanu techniki są technicznie bardzo kłopotliwe, drogie i łatwo ulegające uszkodzeniom.
Zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu za pomocą którego usunięte zostaną wady rozwiązań znanych ze stanu techniki, przy jednoczesnym bardzo dobrym stopniu usuwania węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno.
Zadanie to zostało rozwiązane według wynalazku, za pomocą sposobu katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych z ulepszonym zatrzymywaniem węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno, w którym strumień spalin prowadzi się przez katalizator trójdrożny, przed którym umieszcza się adsorber węglowodorów, których pojemność cieplna właściwa jest odniesiona do objętości i który charakteryzuje się tym, że stosuje się katalizator trójdrożny o pojemności cieplnej właściwej, mającej wartość pomiędzy 0,29 J/Kcm3 i 0,57 J/Kcm3 i adsorber węglowodorów o pojemności cieplnej właściwej zwiększonej w stosunku do pojemności cieplnej właściwej katalizatora ze współczynnikiem 1,1 do 3,0.
W sposobie według wynalazku jako adsorber węglowodorów i katalizator trójdrożny, stosuje się monolityczne korpusy nośne o strukturze plastra miodu, przy czym na korpusy te nanosi się uwarstwienie adsorbujące węglowodory, względnie uwarstwienie katalitycznie aktywne.
Na korpus o strukturze plastra miodu nanosi się stabilny temperaturowo dealuminiowy zeolit Y o stosunku Si/Al większym niż 50, korzystnie większym niż 100, w ilości 100 do 400 g na litr jego objętości, dla utworzenia adsorbera węglowodorów.
Jako adsorber węglowodorów stosuje się adsorber, do uwarstwienia którego wprowadza się dodatkowo składniki warstwy katalitycznie aktywnej składającej się z wielkopowierzchniowych tlenków nośnych i naniesionych na nie katalitycznie aktywnych składników metalowych z grupy platynowców.
Szczególnie korzystnie jako adsorber węglowodorów stosuje się adsorber z dwoma leżącymi na sobie uwarstwieniami, przy czym pierwsze uwarstwienie stanowiące uwarstwienie katalitycznie aktywne tworzy się z wielkocząsteczkowych tlenków nośnych i naniesionych na nie katalitycznie aktywnych składników metalowych z grupy platynowców, a drugie uwarstwienie tworzy się ze stabilnego temperaturowo dealuminiowego zeolitu Y o stosunku Si/Al większym niż 50, korzystnie większym niż 100, przy czym dla utworzenia obu warstw stosuje się tworzący je materiał w ilości 50 do 200 g na litr objętości korpusu nośnego.
W sposobie według wynalazku jako adsorber węglowodorów i katalizator trójdrożny stosuje się adsorber i katalizator, których monolityczne korpusu nośne są monolitami ceramicznymi z kordierytu lub mullitu.
Korzystnie jako adsorber węglowodorów stosuje się adsorber, którego monolityczny korpus nośny stanowi monolit ceramiczny, zaś jako katalizator trójdrożny stosuje się katalizator, którego korpus nośny stanowi nagrzewany monolit metalowy.
Dzięki sposobowi według wynalazku uzyskuje się nowe i nieoczywiste efekty w postaci, maksymalnie efektywnej przemiany węglowodorów w nieszkodliwe składniki podczas fazy rozruchu na zimno, dzięki zminimalizowaniu procesu desorpcji węglowodorów następującego przed pełnym uaktywnieniem katalizatora.
Pod pojęciem pojemności cieplnej właściwej, w ramach niniejszego wynalazku rozumie się nie ciepło właściwe materiałów, lecz pojemność cieplną korpusu adsorbera względnie ka177 656 talizatora w odniesieniu do jednostki objętości. Adsorbery lub katalizatory mogą występować w postaci luźnego materiałU nasypowego składającego się z granulatów, materiałów tworzonych przez wytłaczanie lub w postaci grudek, a także w postaci monolitycznych korpusów piankowych lub o strukturze kulowej. Przy obliczaniu pojemności cieplnej właściwej, w rozumieniu tego wynalazku, pojemność cieplna takich materiałów nasypowych lub korpusów monolitycznych odnoszona jest do objętości geometrycznej tych materiałów nasypowych i korpusów, łącznie ze wszystkimi pustymi przestrzeniami i porami. W przypadku tej pojemności cieplnej właściwej chodzi więc nie o wielkość materiałową w znaczeniu fizycznym. Jest ona zależna od makroskopowego kształtu oraz mikroskopowej budowy adsorbera lub katalizatora. Możliwości wpływania na pojemność cieplną właściwą istnieją dla fachowca przez wybór materiału na adsorber i katalizator, oraz jego przetwarzanie i geometryczne kształtowanie, stwarzając mu szerokie możliwości w kształtowaniu wynalazku.
Przykładowo wymienione tu będą wartości ciepła właściwego niektórych materiałów, które brane są pod uwagę jako materiały wyjściowe przy wykonywaniu korpusów nośnych i warstw dla adsorberów i katalizatorów.
Tabela 1
Materiał Gęstość g-Cm‘3 Ciepło właściwe J-g-K-
alfa-tlenek glinowy 3,97 1,088
mullit 2,80 1,046
tlenek cyrkonu, stabil. 5,70 0,400
stal szlachetna, wysokostop. (20 Cr; 7Ni) 7,86 0,544
Jak widać z powyższej tabeli 1 wartości ciepła właściwego odpowiednich materiałów pokrywają zakres od 0,400 do 1,088 J.gAK'1. Przy uwzględnieniu gęstości zastosowanych materiałów, przez sam dobór materiałów istnieje dla fachowca możliwość doboru pojemności cieplnej właściwej w granicach 1:2. Dochodzą do tego dalsze możliwości rozszerzenia tego zakresu przez odpowiednie ukształtowanie geometryczne (różne grubości ścian) oraz wprowadzenie porowatości.
Wraz ze wzrastającą pojemnością cieplną właściwą adsorbera węglowodorów, w porównaniu do dołączonego katalizatora trójdrożnego, opóźnia się nagrzewanie adsorbera w stosunku do nagrzewania się katalizatora. Wskutek tego adsorber pozostaje dłużej zdolny do adsorpcji i oddaje z opóźnieniem zaadsorbowane węglowodory. Jeżeli stosunek pojemności cieplnej właściwej adsorbera węglowodorów, do takiejż pojemności katalizator trójdrożnego, dobrany jest w zakresie 1,1 do 3,0:1, korzystnie 1,5 do 3,0:1, to opóźnione nagrzewanie się adsorbera prowadzi do tego, że desorpcja węglowodorów następuje dopiero wtedy, gdy dołączony katalizator uzyskał prawie pełną skuteczność przy przemianie węglowodorów. Gdy adsorber węglowodorów posiada przykładowo pojemność cieplną właściwą dwukrotnie większą niż dołączony katalizator, to przy założeniu takiego samego dopływu energii, adsorber nagrzewa się o połowę wolnej niż katalizator.
Emisję węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno, można zmniejszyć jeszcze bardziej, gdy sam adsorber posiada właściwości katalityczne. Można to osiągnąć, jeżeli uwarstwienie adsorbera węglowodorów zawiera dodatkowo składniki zwykłej warstwy katalitycznie aktywnej. Tego rodzaju katalitycznie aktywne warstwy zawierają zwykle wielkopowierzchniowe tlenki nośnikowe, jak stabilizowany sieciowo lub czysty tlenek glinowy szeregu przejściowego, dotowany lub czysty tlenek ceru i dotowany lub czysty tlenek cyrkonu. Na tych tlenkach nośnikowych osadzone są katalitycznie aktywne składniki metalowe z grupy platynowców. Stosunek wagowy w uwarstwieniu pomiędzy adsorberem zeolitowym i tlenkami nośnikowymi powinien wynosić 4:1 do 1:2. Przy tym katalitycznie aktywne składniki z grupy platynowców powinny być bardzo drobno rozdzielone we wszystkich tlenkowych
177 656 składnikach uwarstwienia z wyjątkiem adsorbera zeolitycznego. Jako platynowce nadają się szczególnie platyna, pallad i rod.
Tego rodzaju warstwy można otrzymać wtedy, gdy najpierw wytworzy się zawiesinę powłokową z zeolitów, tlenku glinowego, tlenku ceru i tlenku cyrkonu, a do niej doda się katalitycznie aktywne składniki metalowe w formie ich postaci przejściowych, na przykład azotanów lub chlorków. Te postacie przejściowe nie osadzają się jak wiadomo na tlenku glinowym, tlenku ceru i tlenku cyrkonu, jednak osadzają się na zeolitach. Tą zawiesiną powłokową uwarstwiony zostaje, znanym sposobem, nośnik monolityczny, a następnie wysuszony, kalcynowany i ewentualnie aktywowany w strumieniu gazu zawierającego wodór, przy temperaturze około 600°C.
Jeszcze lepsze oddzielenie składników z metalu szlachetnego od zeolitów uzyskuje się, gdy mieszaninę z tlenku glinowego, tlenku ceru i tlenku cyrkonu najpierw, w oddzielnej operacji impregnacji pokrywa się wstępnie szlachetnymi metalami, a ostateczną zawiesinę powłokową z zeolitów i innych składników tlenkowych wytwarza się dopiero po ustaleniu metali szlachetnych na tych składnikach za pomocą kalcynowania.
Jako korpusy nośne dla adsorberów węglowodorów i katalizatorów trój drożnych, stosowane są monolity ceramiczne z ceramiki kordierytowej lub z mullitu, przy czym innymi dogodnymi materiałami na korpusy nośne są cyrkon-mullit, alfa-tlenek glinowy, sylimanit, krzemiany magnezu, petalit, spodumen, krzemiany glinowe lub też stal szlachetna.
Poniższa tabela 2 podaje dane niektórych znajdujących się w handlu monolitów ceramicznych. Chodzi tu o korpusy o strukturze plastra miodu o średnicy 93 mm i długości 152,4 mm, o różnych grubościach ścian i odstępie komórek wynoszącym około 1,28 mm.
Tabela 2
Monolit Grubość ścianki mm Ciepło właściwe J-g-'κ-' Ciężar g Poj. Cieplna JK
A 0,16 0,850 351 299
B 0,16 0,845 440 372
C 0,16 0,843 471 397
D 0,14 0,862 427 368
E 0,16 0,836 448 375
F 0,19 0,824 581 479
G 0,25 0,836 706 590
Dalsze postacie wykonania sposobu według wynalazku uzyskuje się, gdy korpus nośny dla adsorbera węglowodorów jest monolitem ceramicznym, a korpus nośny dla katalizatora jest nagrzewanym monolitem metalowym. Pojemności cieplne adsorbera węglowodorów i katalizatora trójdrożnego mają się jak 1,10-3,0:1. Emisje węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno, można w ten sposób zmniejszyć jeszcze bardziej, gdyż opóźniona desorpcja węglowodorów połączona jest z przyspieszonym nagrzewaniem katalizatora.
Wynalazek zostanie wyjaśniony bliżej na podstawie kilku przykładów wykonania.
Przykład 1. Porównano ze sobą właściwości adsorpcyjne i desorpcyjne warstwy adsorbera na różnych ceramicznych korpusach o strukturze plastra miodu z ceramiki kordierytowej. Materiał uwarstwiający adsorbera składał się z dealuminiowanego zeolitu Y o stosunku Si/Al powyżej 100. Ten materiał nanoszony był na korpusy o strukturze plastra miodu zawsze w ilości 100 g/l. Adsorbery miały gęstość komórek wynoszącą 68 komórek/cm2, średnicę 2,5 mm i długość 152,4 mm. Zastosowane zostały trzy różne ceramiczne korpusy o strukturze plastra miodu (A, C, G zgodnie z powyższą tabelą) o stosunku mas wynoszącym 1:1, 34:1, 98 i odpowiadającym tym stosunkom ich pojemności cieplnych właściwych.
177 656
Testowanie nastąpiło w gazie wzorcowym, przy następujących warunkach:
- mieszanka gazowa przed adsorberem 200 ppm toluenu reszta N2
- temperatura nagrzewanie mieszanki gazowej od 50 do 200°C z 10 K/min
- prędkość gazów 1550 N1/godz.
- wielkości mierzone temperaturze przed i za adsorberem stężenie toluenu za adsorberem Poniższa tabela 3 przedstawia istotne wyniki. Zawiera ona uwolnione z każdego adsorbera ilości toluenu przy podanych temperaturach, podane w procentach, odniesione do ilości toluenu desorbowanego przez najlżejszy adsorber przy tych temperaturach.
Tabela 3
Monolit Temperatury adsorberów
120°C 150°C 180°C 200°C
A 100% 100% 100% 100%
C 53% 95% 100% 100%
G 53% 83% 91% 92%
Podczas testowania, do temperatury 120°C, za monolitami C i G stwierdzono tylko 53% ilości toluenu, który uwolniony został z monolitu A aż do tej temperatury. To opóźnione uwolnienie, w połączeniu z dołączonym katalizatorem o mniejszej właściwej pojemności cieplnej, prowadzi do znacznie lepszej przemiany węglowodorów w fazie rozruchu na zimno.
Przykład 2 Podczas drugiej próby mierzono zachowanie się monolitów C i G pod względem nagrzewania. W tym celu przepływało przez nie gorące powietrze o temperaturze 400°C w warunkach typowych dla przepływu w katalizatorach spalin samochodowych. Wzrost temperatury w czasie, na czołowej powierzchni wyjściowej monolitu mierzony był termoelementem.
Poniższa tabela 4 przedstawia wyniki pomiarów. W tabeli tej czas konieczny dla osiągnięcia określonej temperatury, podany jest w sekundach. Wolniejsze nagrzewanie się cięższego monolitu G jest wyraźnie widoczne i prowadzi do wystarczającego opóźnienia jego przebiegu desorpcji w kombinacji z dołączonym katalizatorem na monolicie ceramicznym typu A.
Tabela 4
Monolit Temperatura za adsorberem
100°C 150°C 200°C 250°C
C 18 sek 25 sek 32 sek 40 sek
G 25 sek 34 sek 42 sek 55 sek
177 656
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (7)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych z ulepszonym zatrzymywaniem węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno, w którym strumień spalin prowadzi się przez katalizator trójdrożny, przed którym umieszcza się adsorber węglowodorów, których pojemność cieplna właściwa jest odniesiona do objętości, znamienny tym, że stosuje się katalizator trójdrożny o pojemności cieplnej właściwej mającej wartość pomiędzy 0,29 J/Kcm3 i 0,57 J/Kcm3 i adsorber węglowodorów o pojemności cieplnej właściwej zwiększonej w stosunku do pojemności cieplnej właściwej katalizatora ze współczynnikiem 1,1 do 3,0.
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako adsorber węglowodorów i katalizator trójdrożny stosuje się monolityczne korpusy nośne o strukturze plastra miodu, przy czym na korpusy te nanosi się uwarstwienie adsorbujące węglowodory, względnie uwarstwienie katalitycznie aktywne.
  3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że na korpus o strukturze plastra miodu nanosi się stabilny temperaturowo dealuminiowy zeolit Y o stosunku Si/Al większym niż 50, korzystnie większym niż 100, w ilości 100 do 400 g na litr jego objętości, dla utworzenia adsorbera węglowodorów.
  4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako adsorber węglowodorów stosuje się adsorber, do uwarstwienia którego wprowadza się dodatkowo składniki warstwy katalitycznie aktywnej składającej się z wielkopowierzchniowych tlenków nośnych i naniesionych na nie katalitycznie aktywnych składników metalowych z grupy platynowców.
  5. 5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako adsorber węglowodorów stosuje się adsorber z dwoma leżącymi na sobie uwarstwieniami, przy czym pierwsze uwarstwienie stanowiące uwarstwienie katalitycznie aktywne tworzy się z wielkocząsteczkowych tlenków nośnych i naniesionych na nie katalitycznie aktywnych składników metalowych z grupy platynowców, a drugie uwarstwienie tworzy się ze stabilnego temperaturowo dealuminiowego zeolitu Y o stosunku Si/Al większym niż 50, korzystnie większym niż 100, przy czym dla utworzenia obu warstw stosuje się tworzący je materiał w ilości 50 do 200 g na litr objętości korpusu nośnego.
  6. 6. Sposób według zastrz. 2 albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że jako adsorber węglowodorów i katalizator trójdrożny stosuje się adsorber i katalizator, których monolityczne korpusy nośne stanowią monolity ceramiczne z kordierytu lub mullitu.
  7. 7. Sposób według zastrz. 2 albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że jako adsorber węglowodorów stosuje się adsorber, którego monolityczny korpus nośny stanowi monolit ceramiczny, zaś jako katalityczny trójdrożny stosuje się katalizator, którego korpus nośny stanowi nagrzewany monolit metalowy.
PL93300013A 1992-08-10 1993-08-09 Sposób katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych z ulepszonym zatrzymywaniem węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno PL177656B1 (pl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4226394A DE4226394C2 (de) 1992-08-10 1992-08-10 Verfahren zur katalytischen Autoabgasreinigung mit verbessertem Kaltstartverhalten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL300013A1 PL300013A1 (en) 1994-02-21
PL177656B1 true PL177656B1 (pl) 1999-12-31

Family

ID=6465212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL93300013A PL177656B1 (pl) 1992-08-10 1993-08-09 Sposób katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych z ulepszonym zatrzymywaniem węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno

Country Status (22)

Country Link
EP (1) EP0582971B1 (pl)
JP (1) JP3484205B2 (pl)
KR (1) KR100280284B1 (pl)
CN (1) CN1084611A (pl)
AR (1) AR247829A1 (pl)
AT (1) ATE160295T1 (pl)
AU (1) AU664911B2 (pl)
BR (1) BR9303319A (pl)
CA (1) CA2103647C (pl)
CZ (1) CZ288953B6 (pl)
DE (2) DE4226394C2 (pl)
DK (1) DK0582971T3 (pl)
ES (1) ES2109401T3 (pl)
FI (1) FI104750B (pl)
HU (1) HU212759B (pl)
MX (1) MX9304814A (pl)
NO (1) NO304584B1 (pl)
PL (1) PL177656B1 (pl)
TR (1) TR27986A (pl)
TW (1) TW322428B (pl)
UA (1) UA27233C2 (pl)
ZA (1) ZA935775B (pl)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4239875C2 (de) * 1992-11-27 1999-02-11 Degussa Abgasreinigungssystem zur Verminderung der Kohlenwasserstoff-Emissionen während des Kaltstarts von Verbrennungskraftmaschinen
JP3526084B2 (ja) * 1993-12-28 2004-05-10 日本碍子株式会社 排ガス浄化用吸着・触媒体、吸着体、排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法
US6667018B2 (en) 1994-07-05 2003-12-23 Ngk Insulators, Ltd. Catalyst-adsorbent for purification of exhaust gases and method for purification of exhaust gases
JP3516718B2 (ja) * 1994-07-05 2004-04-05 日本碍子株式会社 排ガス浄化用触媒−吸着体及び排ガス浄化方法
EP0716877A1 (en) * 1994-12-13 1996-06-19 Johnson Matthey Public Limited Company Catalytic purification of engine exhaust gas
DE19614540A1 (de) * 1996-04-12 1997-10-16 Degussa Dieselkatalysator
EP1342496B1 (de) * 1996-08-19 2007-05-23 Volkswagen AG Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem NOx-Absorber
JP3417309B2 (ja) * 1997-10-28 2003-06-16 トヨタ自動車株式会社 炭化水素吸着材
DE19814132A1 (de) 1998-03-30 1999-10-14 Emitec Emissionstechnologie Wabenkörper mit Adsorbermaterial, insbesondere für eine Kohlenwasserstoff-Falle
WO1999056859A1 (en) * 1998-05-07 1999-11-11 Engelhard Corporation Catalyzed hydrocarbon trap and method using the same
JP3772583B2 (ja) * 1998-06-01 2006-05-10 日産自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
GB0003405D0 (en) 2000-02-15 2000-04-05 Johnson Matthey Plc Improvements in emissions control
JP4642978B2 (ja) 2000-08-08 2011-03-02 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
EP2322267B1 (en) * 2002-02-01 2017-08-23 Cataler Corporation Catalyst for purifying exhaust gases
US7084086B2 (en) 2002-02-01 2006-08-01 Cataler Corporation Catalyst for purifying exhaust gases
DE102009007765A1 (de) * 2009-02-06 2010-08-12 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer einen SCR-Katalysator umfassenden Abgasreinigungsanlage
DE102009007764A1 (de) * 2009-02-06 2010-08-12 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsanlage
DE102009060290A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Volkswagen AG, 38440 Abgasreinigung bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung unter Verwendung von Adsorbern mit Partikelabscheidefunktion
DE102013210270A1 (de) 2013-06-03 2014-12-04 Umicore Ag & Co. Kg Dreiwegkatalysator
US9446395B2 (en) * 2014-02-19 2016-09-20 Ford Global Technologies, Llc Low temperature catalyst/hydrocarbon trap
DE102014204682A1 (de) 2014-03-13 2015-10-01 Umicore Ag & Co. Kg Katalysatorsystem zur Reduzierung von Schadgasen aus Benzinverbrennungsmotoren
PL3313570T3 (pl) 2015-06-29 2021-12-27 Corning Incorporated Porowaty ceramiczny korpus do zmniejszania emisji
RO134399B1 (ro) 2019-01-30 2024-04-30 Mihai Suta Procedeu de aditivare a aerului de ardere sau amestecului de aer-combustibil la motoarele cu aprindere prin scânteie, compoziţie şi dispozitiv pentru aplicarea procedeului

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0615016B2 (ja) * 1988-09-09 1994-03-02 トヨタ自動車株式会社 自動車排気ガス浄化装置
JPH03141816A (ja) * 1989-10-27 1991-06-17 Toyota Motor Corp 排気ガス浄化装置
JPH0724575Y2 (ja) * 1989-12-12 1995-06-05 ニチアス株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE4003939A1 (de) * 1990-02-09 1991-08-14 Degussa Katalysator fuer die reinigung der abgase von brennkraftmaschinen
DE4008789C2 (de) * 1990-03-19 1993-12-16 Schatz Oskar Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung der Abgase von Verbrennungsmotoren
US5125231A (en) * 1990-06-08 1992-06-30 Corning Incorporated Dual converter engine exhaust system for reducing hydrocarbon emissions
US5078979A (en) * 1990-07-20 1992-01-07 Uop Molecular sieve bed/catalyst to treat automotive exhaust
US5051244A (en) * 1990-07-20 1991-09-24 Uop Use of a molecular sieve bed to minimize emissions during cold start of internal combustion engines

Also Published As

Publication number Publication date
TW322428B (pl) 1997-12-11
EP0582971B1 (de) 1997-11-19
FI933511A0 (fi) 1993-08-09
MX9304814A (es) 1994-05-31
CN1084611A (zh) 1994-03-30
FI933511A (fi) 1994-02-11
ZA935775B (en) 1994-03-08
TR27986A (tr) 1995-11-07
CA2103647A1 (en) 1994-02-11
CZ151793A3 (en) 1994-10-19
NO932831D0 (no) 1993-08-09
PL300013A1 (en) 1994-02-21
ATE160295T1 (de) 1997-12-15
UA27233C2 (uk) 2000-08-15
AU4453793A (en) 1994-02-17
HU9302303D0 (en) 1993-10-28
AR247829A1 (es) 1995-04-28
KR940003601A (ko) 1994-03-12
DE4226394A1 (de) 1994-02-17
CZ288953B6 (cs) 2001-10-17
FI104750B (fi) 2000-03-31
BR9303319A (pt) 1994-03-08
CA2103647C (en) 1999-03-23
DE4226394C2 (de) 1999-01-21
DK0582971T3 (da) 1998-03-30
JPH06154538A (ja) 1994-06-03
DE59307696D1 (de) 1998-01-02
NO932831L (no) 1994-02-11
JP3484205B2 (ja) 2004-01-06
KR100280284B1 (ko) 2001-02-01
HU212759B (en) 1996-11-28
AU664911B2 (en) 1995-12-07
ES2109401T3 (es) 1998-01-16
EP0582971A1 (de) 1994-02-16
HUT67715A (en) 1995-04-28
NO304584B1 (no) 1999-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL177656B1 (pl) Sposób katalitycznego oczyszczania spalin samochodowych z ulepszonym zatrzymywaniem węglowodorów podczas fazy rozruchu na zimno
US5260035A (en) Apparatus and method for modifying gaseous mixtures
JP3311051B2 (ja) 排気ガス浄化方法及び装置
US5492679A (en) Zeolite/catalyst wall-flow monolith adsorber
AU666235B2 (en) Exhaust gas purification system for reducing hydrocarbon emissions during the cold start of combustion engines
JPH07232084A (ja) 排ガス浄化用吸着・触媒体、吸着体、排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法
JP2003200049A (ja) 排気ガス浄化用触媒
EP0716877A1 (en) Catalytic purification of engine exhaust gas
KR100731257B1 (ko) 배기가스 정화용 촉매 및 배기가스 정화방법
EP3062926A1 (en) Three-way catalyst comprising a silver-containing extruded zeolite substrate and its use in exhaust systems
JPH11179158A (ja) 小細孔多孔体を含む自動車排ガス浄化用の吸着材及び吸着体、これを用いた排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法
JP3282344B2 (ja) 排気ガス浄化装置
EP0867218B1 (en) Engine with system for exhaust gas purification
JP2003201832A (ja) 排ガス浄化触媒システム
JP3830566B2 (ja) 排ガス浄化システム
JP3956466B2 (ja) 排気ガス浄化システム
PL203221B1 (pl) Pochłaniacz o strukturze komórkowej z substancją adsorbującą, stosowany zwłaszcza jako adsorber węglowodorów
JP3695394B2 (ja) 排気ガス浄化装置および製造方法
JP2003135970A (ja) 排気ガス浄化用触媒
JP3567507B2 (ja) 内燃機関の排気ガス浄化用触媒
JPH1142417A (ja) 排ガス浄化システム
JP3757440B2 (ja) エンジンの排気ガス浄化装置
JP2003200063A (ja) 排気ガス浄化触媒、その製造方法及び排気ガス浄化システム
WO2024134939A1 (ja) 排ガス浄化用触媒
JPH0985078A (ja) エンジンの排気ガス浄化装置