DE2121158A1 - Catalytic exhaust converter - Google Patents

Catalytic exhaust converter

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DE2121158A1
DE2121158A1 DE19712121158 DE2121158A DE2121158A1 DE 2121158 A1 DE2121158 A1 DE 2121158A1 DE 19712121158 DE19712121158 DE 19712121158 DE 2121158 A DE2121158 A DE 2121158A DE 2121158 A1 DE2121158 A1 DE 2121158A1
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exhaust
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John Francis Westfield N.J. Tourtellotte (V.St.A.)
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Description

DIl. ING. E. HOFFMANN DIPL. ING. W. EITLE · DR. HBH. NAT. K. HOFFMANNDIl. ING. E. HOFFMANN DIPL. ING. W. EITLE · DR. HBH. NAT. K. HOFFMANN O.8000 MÜNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087O.8000 MUNICH 81ARABEUASTRASSE 4 TELEPHONE (0811) 911087

Chemical Construction CorporationChemical Construction Corporation

New York, N.Y./ USANew York, N.Y./ USA

Katalytischer AbgaskonverterCatalytic exhaust converter

Die Erfindung bezieht sich auf katalytische Abgaskonverter. Sie bezieht sich insbesondere auf Konverter mit einem oder mehreren Katalysatorbetten, durch welche nacheinander das Gas strömt. Die Konverter werden für die Ausschaltung von schädlichen Komponenten verwendet, welche in den Abgasen von Verbrennungsmaschinen, z.B. von Dieselmotoren oder von Benzinmotoren enthalten sind, um zu verhindern, daß diese schädlichen Komponenten, wie Stickstoffoxide, nicht verbrannte Kohlenwasserstoffdämpfe und Kohleamonoxid in die Atmosphäre entweichen und die Luft verunreinigen.The invention relates to catalytic converters. In particular, it relates to converters with a or several catalyst beds through which the gas flows one after the other. The converters are used for switching off of harmful components used in the exhaust gases from combustion engines, e.g. from diesel engines or contained in gasoline engines to prevent these harmful components, such as nitrogen oxides, unburned hydrocarbon vapors and carbon dioxide escape into the atmosphere and pollute the air.

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In den le&gten Jahren hat man erkannt* daß die-Abgase von V@rbrennuBgssiaschin@n, insbesondere 'in Stadtgebieten, eine ernste Quell© für die Luftverunreinigung darstellen. In manchen Gegenden wird auf Grund von atmosphärischen Inversionen und ©iner Akkumulierung solcher Abgase in der Atmosphäre ein sogenannter Smog erzeugt. Neuere Versuche zur Vermeidung solcher Luftverunreinigungen haben sich auf die Zerstörung oder Sliminierung von schädlichen Komponenten durch katalytische Mittel konzentriert, und zwar insbesondere durch eine Zumischung von Sekundärluft in das Abgas, an die sich eine katalytische Oxidation der restlichen Kohlenwasserstoffe des Kohlenmonoxids und dergleichen anschließt. Hierzu sind verschiedene Typen von Vorrichtungen entwickelt worden. Verbesserungen hinsichtlich der katalytischen Mittel für diene Funktion werden z.B. in den US-Patentschriften 3 053 773, 3 429 656, 3 316 057, 3 398 101, 3 477 893 und 3 476 508 beschrieben. Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens werden in den US-Patentschriften 3 38O 8IO, 3 325 256, 3 255 123» 3 222 l40, 3 I86 806, 3 180 712a 3 169 836, 3 168 806, 3 146 073 und 3 086 839 beschrieben.In the last few years it has been recognized * that the exhaust gases from burners, especially in urban areas, represent a serious source of air pollution. In some areas, due to atmospheric inversions and accumulation of such exhaust gases in the atmosphere, what is known as smog is created. More recent attempts to avoid such air pollution have concentrated on the destruction or elimination of harmful components by catalytic means, in particular by adding secondary air to the exhaust gas, followed by catalytic oxidation of the remaining hydrocarbons of carbon monoxide and the like. Various types of devices have been developed for this purpose. Improvements to the catalytic agents for their function are described, for example, in U.S. Patents 3,053,773, 3,429,656, 3,316,057, 3,398,101, 3,477,893, and 3,476,508. Devices for carrying out this process are described in US Patents 3 38O 8IO, 3,325,256, 3,255,123 "3222 l40, 3 I86 806 3180712 A 3,169,836, 3,168,806, 3,146,073 and 3,086,839 described.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein katalytischer Abgaskonverter mit einem Behälter rait einem oder mehreren, darin angeordneten Katalysatorbetten, durch welche das öas napheinander geleitet wird, mit einem Einlaß für erhitzte Luft zwischen den Betten und mit einem Wärmeaustauscher, in welchem das Abgas aus dem zweiten Bett die eintretende Luft aufheizt, zur Verfügung gestellt.According to the present invention, a catalytic converter with a container rait one or more, arranged therein catalyst beds, through which the öas napheinander is passed, with an inlet for heated air between the beds and with a heat exchanger in which the exhaust gas from the second Bed heats the incoming air.

Somit· wird eine katalytisch arbeitende» Vorrichtung für die Behandlung von Abgasen von Verbrennungsmasehlnen geschaffen, worin die katalytische Einwirkung in r.w@i Stufen innerhalbThus · a catalytically operating »device for the Treatment of exhaust gases created by combustion gases, in which the catalytic action in r.w@i stages within

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des gleichen einheitlichen Behälters vorgenommen wird und in welchem ein Wärmeaustauscher zum Vorerhitzen der Luft angebracht ist, die dann dem Abgas zwischen der ersten Reduktionsstufe, worin die Stickoxide katalytisch reduziert werden, und der zweiten katalytischen Stufe, worin die restlichen Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid katalytisch zu unschädlichen Komponenten, wie Kohlendioxid und Wasserdampf oxidiert werden, zugesetzt wird. Für die Reaktion in der ersten und der zweiten Stufe können geneigte obere und untere Katalysatorbetten verwendet werden. PUr jede Stufe können die herkömmlichen Katalysatoren verwendet, z.B. solche, wie sie in den obigen Druckschriften beschrieben werden. PUr Jede Stufe können auch verschiedene Katalysatoren eingesetzt werden. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Einfachheit wird es Jedoch bevorzugt, in beiden katalytischen Stufen den gleichen Katalysator zu verwenden. Die flachen geneigten Katalysatorbetten sind mit dem gleichen Behälter ausgerichtet und sind vorzugsweise im wesentlichen parallel angeordnet. Die Zone des indirekten Wärmeaustausches, die zum Vorerhitzen der Reaktionsluft durch indirekten Wärmeaustausch mit dem heißen vollkommen reagierten Abgas vorgesehen ist, ist zentral in dem Behälter angeordnet und koaxial mit der Mittelachse des im wesentlichen horizontalen Behälters ausgerichtet.of the same unitary container is made and in which a heat exchanger is installed for preheating the air, which is then transferred to the exhaust gas between the first reduction stage, wherein the nitrogen oxides are catalytically reduced, and the second catalytic stage, wherein the remaining Hydrocarbons and carbon monoxide catalytically turn into harmless components such as carbon dioxide and water vapor are oxidized, is added. For the reaction in the first and the second stage, inclined upper and lower catalyst beds can be used. For every level the conventional catalysts such as those described in the above references can be used. PUr each stage can also use different catalysts can be used. However, for reasons of economy and simplicity, it is preferred in both catalytic Stages to use the same catalyst. The shallow sloped catalyst beds are the same Containers aligned and are preferably arranged substantially parallel. The zone of indirect heat exchange, which reacted completely with the hot air to preheat the reaction air through indirect heat exchange Exhaust gas is provided is centrally located in the container and is coaxial with the central axis of the substantially horizontal container aligned.

Der Hauptvorteil der erindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß eine einheitliche Vorrichtungskombination zur , Verfügung gestellt wird, welche leicht hergestellt und leicht zusammengesetzt werden kann und die in einer einzigen Vorrichtungseinheit die kombinierten Punktionen der katalytischen Reduktion, des Vorerhitzens der Luft, der Einbüßung der vorerhitzten Luft in das katalytisch reduzierte Abgas und der katalytischen Oxidation durchführt.The main advantage of the device according to the invention is in that a unitary combination of devices is provided which is easy to manufacture and can be easily assembled and the combined punctures of the in a single device unit catalytic reduction, the preheating of the air, the loss of the preheated air in the catalytically reduced Exhaust gas and the catalytic oxidation performs.

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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Vorrichtung einen niedrigen Gesamtdruckabfall aufweist, und somit die Zurverfügungstellung eines hohen Anfangsabgasdruoks oder eines hohen Rtickdrucks nicht benötigt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Vorrichtung einen Dämpfungseffekt auf Geräusche und Pulsierungen des Abgases von der Verbrennungsmaschine aufweist und daß die Vorrichtung somit als Schalldämpfer wirkt.Another advantage is that the device has a low total pressure drop, and hence the availability a high initial exhaust pressure or a high back pressure is not required. Another benefit is seen therein that the device has a damping effect on noise and pulsation of the exhaust gas from the internal combustion engine and that the device thus acts as a muffler.

Die Erfindung wird in den Zeichnungen näher erläutert. Es bedeuten:The invention is explained in more detail in the drawings. It means:

Fig. 1 einen Aufriß einer Ausführungsform der Erfindung,Fig. 1 is an elevation of an embodiment of the invention,

Pig. 2 einen Aufriß eines Endes der AusfUhrungsform der Fig. 1, aufgenommen in der Zone 2-2, die innere Teile zeigt,Pig. FIG. 2 is an end elevation of the embodiment of FIG Fig. 1, taken in zone 2-2, showing internal parts

Fig. 3 einen Aufriß einer weiteren Ausführungsforra der Erfindung,Fig. 3 is an elevation of a further embodiment Invention,

Fig. k einen Aufriß eines Endes der Ausführungsform der Fig. Jt, aufgenommen in der Zone 4-4, der das Abgas und Lufteinlaßteile zeigt,Figure k is an end elevational view of the embodiment of Figure 1t taken in zone 4-4 showing the exhaust and air inlet portions;

Fig. 5 die beiden Lufteinlaßrohre im Grundriß, aufgenommen in Zone 5-5 der Fig. 4,Fig. 5 shows the two air inlet pipes in plan, added in zone 5-5 of Fig. 4,

Fig. 6 ©inen Aufriß der Ausführungsforns der Fig. 3# aufgenommen in der Zone 6-6, der innere Teile zeigt*«Fig. 6 is an elevation of the embodiment of Fig. 3 # taken in zone 6-6, showing internal parts.

Bei der Ausführungsform der Fig.%l kommt der heiße Abgas-· 8 tr on 1 ■'/oil einer Verbreririungsm&s chine, z.B. eines Bensin-In the embodiment of Fig.% L is the hot exhaust x 8 tr on 1 ■ '/ oil a Verbreririungsm & s chine, such as a Bensin-

autos oder einer Dieselmaschine her. Der Strom 1 enthält typischerweise schädliche Bestandteile, wie Stickoxide, restlichen Kohlenwasserstoffdampf und Kohlenmonoxid sowie Kohlendioxid und Stickstoff. Der Strom 1 wird durch das Einlaßrohr 2 in den im allgemeinen horizontal orientierten Behälter geleitet, der durch eine Endwand J5* eine Seitenoder Ober- und Bodenwand 4 und die andere Endwand 5 definiert ist. Eine vertikal orientierte flüssigkeitsdichte Trennwand 6 hängt von der Oberwand 4 außerhalb des Rohres 2 herab und richtet den Abgasstrom 1 durch das eingeschlossene Sieb 7 und in das erste Katalysatorbett 8, worin die selektive Reduktion der ganzen Stickoxide oder des größten Teils davon zu elementarem Stickstoff erfolgt. Das Katalysatorbett 8 kann typischerweise aus jedem beliebigen bekannten Katalysator für die Behandlung von Abgasen, z.B. aus den Mitteln, Verbindungen oder Mischungen bestehen, die in den oben beschriebenen Druckschriften erwähnt sind. Das Bett 8 besteht vorzugsweise aus elementarem metallischem Zink, Nickel, Platin, Kupfer, Mangan, Vanadin, Kobalt, Chrom oder Eisen oder deren Gemischen, sowie aus Gemischen, die die Oxide dieser Metalle einschließen. Diese Katalysatoren können geeigneterweise durch Alkali- oder Erdalkalimetalloxide oder -Carbonate, z.B. Oxide oder Carbonate des Natriums, Kaliums, Calciums, Magnesiums verstärkt sein. Die Katalysatoren sind vorzugsweise auf einen geeigneten Träger, wie Kaolin, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Zeolit aufgebracht. Eine katalytische Reduktion der Stickoxide erfolgt durch Umsetzung der Stickoxide in dem Bett 8 mit reduzierenden Verbindungen in dem Gasstrom, wobei Stickstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid gebildet wird. Das Bett 8 ist vorzugsweise im wesentlichen flach und zur horizontalen mit einem Winkel von 2 bis 45° geneigt und es erstreckt sich von der Trennwand 6 nach oben und endigt an der Endwand 5·cars or a diesel engine. The stream 1 contains typically noxious components such as nitrogen oxides, residual hydrocarbon vapor and carbon monoxide as well Carbon dioxide and nitrogen. The stream 1 is through the inlet pipe 2 in the generally horizontally oriented Container passed through an end wall J5 * a side or Top and bottom wall 4 and the other end wall 5 is defined. A vertically oriented liquid seal Partition 6 hangs from the top wall 4 outside the pipe 2 and directs the exhaust gas flow 1 through the enclosed Sieve 7 and into the first catalyst bed 8, in which the selective reduction of all or the largest nitrogen oxides Part of it is made to elemental nitrogen. The catalyst bed 8 can typically be of any known number Catalyst for the treatment of exhaust gases, e.g. consisting of the agents, compounds or mixtures, which are mentioned in the publications described above. The bed 8 is preferably made of elemental metallic Zinc, nickel, platinum, copper, manganese, vanadium, cobalt, chromium or iron or their mixtures, as well as mixtures, which include the oxides of these metals. These catalysts can suitably be formed by alkali or alkaline earth metal oxides or carbonates, e.g. oxides or carbonates of sodium, potassium, calcium, magnesium. the Catalysts are preferably applied to a suitable support, such as kaolin, silicon dioxide, aluminum oxide or zeolite. A catalytic reduction of the nitrogen oxides takes place by reacting the nitrogen oxides in the bed 8 with reducing ones Compounds in the gas stream, forming nitrogen, water vapor and / or carbon dioxide. The bed 8 is preferably substantially flat and inclined to the horizontal at an angle of 2 to 45 ° and it extends from the partition 6 upwards and ends at the end wall 5 ·

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Der unterhalb des Betts 8 abgegebene, nach unten strömende heiße, teilweise umgesetzte Gasstrom ist im wesentlichen von Stickoxiden befreit, enthält Jedoch noch weitere schädliche Bestandteilej, wie oben ausgeführt, die durch eine Hochtemperatur-Oxid-tionsreaktion zerstört werden. Der nach unten strömende Gasstrom wird horizontal und seitlich unterhalb des Betts 8 durch die im wesentlichen horizontale Trennwand 9 abgelenkt,welche sich durch den Behälter von einer flüssigkeitsundurchlässigen Verbindung mit dem unteren Ende der Trennwand 6 erstreckt. Ein vorerhitzter heißer Luftstrom wird in das teilweise umgesetzte Abgas zwischen der Wand 5 und dem Ende der Trennwand 9» die an die Wand 5 angrenzt und davon im Abstand angeordnet ist, über den sich erweiternden Auslaß des Übergangskanals 10 ausgetragen. Das resultierende heiBe Gemisch des Abgases mit der Luft strömt nach unten zwischen der Wand 5 und dem Gasablenkungsblech 11, welches TOssi Ende dar Trennwand oder des Bleche angrenzend an die Wand 5 herunterhingt. Das heiße Gasgemisch fliegt dann durch das KatalysatorsMrückhaltungssieb 12 und naeli oben durch das Cteiüatlonskatalysatorbett 13· Dieses ist bekannter ZusasEsensetEüns *and dient dazu^ die Oxidation von Kohlenwasserstoffdas»?. Kohlenmonoxid etc.The downflowing hot, partially converted gas stream discharged below bed 8 is essentially freed from nitrogen oxides, but also contains other harmful components, as explained above, which are caused by a High-temperature oxidation reaction are destroyed. The after The gas stream flowing below is horizontal and laterally below the bed 8 through the essentially horizontal partition 9, which extends through the container from a liquid-impermeable connection to the lower end the partition 6 extends. A preheated hot air stream is in the partially converted exhaust gas between the Wall 5 and the end of the partition wall 9 »which adjoins the wall 5 and is spaced therefrom, discharged via the widening outlet of the transition channel 10. The resulting hot mixture of the exhaust gas with the air flows downward between the wall 5 and the gas baffle 11, which TOssi end of the partition or sheet metal hanging down adjacent to the wall 5. The hot gas mixture then flies through the catalyst retention screen 12 and naeli up through the catalyst bed 13 This is a well-known addition and serves to do this Oxidation of hydrocarbon that »?. Carbon monoxide etc.

^ im Abgas au unsch£dlieli@R Komp©H©afesne wie Kohlendioxid und Wasserdampf zu katalysieren. Is Izimn ?lt den ofoengenanntan Katalysatoren oder Katalysatormischungen gefüllt sein.^ in the exhaust gas au dlieli @ R comp © H © afesn e such as carbon dioxide and water vapor to catalyze. Is Izimn ? Lt the oen called catalysts or catalyst mixtures be filled.

Der erhalten© heiße vollkoasnsn !angesetzt© AbgasstroRj, · der nach oben aus dem Bett I3 abgegeben wird, hat nun eine geeignete ZusaiuBiensetzung unä ist Im wesentlichen won achäd-The get hot © vollkoasnsn! © set AbgasstroRj · discharged upwards out of bed I3, now has a suitable ZusaiuBiensetzung UNAE is Essentially won achäd-

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Das heiße vollkommen umgesetzte Gas wird seitlich und horizontal in Richtung auf die Endwand 3J unterhalb der Trennwand 9 abgelenkt und das heiße Gas fließt dann in den im wesentlichen horizontalen Kanal 14, welcher im allgemeinen mit dem horizontalen Behälter koaxial angeordnet ist, welcher durch die Wand 4 und die Endwände 3 und 5 definiert wird. Wie näher ausgeführt· werden wird, wird das heiße Gas, das durch den Kanal 14 strömt, durch indirekten Wärmeaustausch mit Luft, die außerhalb zu dem Kanal 14 strömt« abgekühlt und der abgekühlte, vollkommen umgesetzte und unschädliche Abgasstrom wird aus dem Kanal 14 als Strom 15 abgegeben. Dieser kann durch ein Auspuffrohr zu einem HilfsSchalldämpfer (nicht gezeigt) geleitet werden oder direkt in die Atmosphäre abgegeben werden.The hot fully reacted gas is directed laterally and horizontally towards the end wall 3J below the partition 9 deflected and the hot gas then flows into the substantially horizontal channel 14, which is generally is coaxial with the horizontal container defined by wall 4 and end walls 3 and 5 will. As will be explained in more detail, the hot gas flowing through the channel 14 is caused by indirect heat exchange with air that flows outside to the channel 14 «and the cooled, completely converted and harmless Exhaust gas flow is discharged from channel 14 as flow 15. This can go through an exhaust pipe to an auxiliary silencer (not shown) or released directly into the atmosphere.

Der Luftstrom, der gemäß der Erfindung vorerhitzt wird, rührt von einem Strom 16 aus einem geeigneten Gebläse oder dergleichen (nicht gezeigt) her, das durch eine Rolle angetrieben werden kann, welches durch den Ventilatorriemen des Motors gedreht werden kann. In jedem Fall wird der Strom in die Einrichtung durch das Übergangsrohr oder Element 17 geleitet, das den vorzugsweise aus Umgebungsluft bestehenden Strom 16 tangential über ein tangentiales Übergangsstück in einen ringförmigen Kanal leitet, der zwischen dem Kanal 14 und dem äußeren konzentrischen Kanal gebildet ist. Auf diese Weise strömt die Luft durch den ringförmigen Kanal zwischen den Kanälen 14 und 18 in einem spiralförmigen Strömungsweg. Die spiralförmig strömende Luft wird durch indirekten Wärmeaustausch mit den heißen vollkommen umgesetzten Abgasen indirekt erhitzt, die innerhalb des Kanals 14 strömen. Die resultierende vorerhitzte Luft wird aus dem ringförmigen Kanal zwischen den Kanälen 14 und 18 über ein tangentiales Übergangsstück oder eineThe air stream that is preheated according to the invention, comes from a stream 16 from a suitable fan or the like (not shown) passing through a roller which can be rotated by the fan belt of the motor. In any case it will the flow into the facility through the transition tube or Element 17 passed, which preferably consists of ambient air stream 16 tangentially over a tangential Transition piece leads into an annular channel between the channel 14 and the outer concentric channel is formed. In this way, the air flows through the annular channel between the channels 14 and 18 in one spiral flow path. The spirally flowing air is through indirect heat exchange with the hot completely converted exhaust gases which flow within the channel 14 are indirectly heated. The resulting preheated Air gets out of the annular channel between the channels 14 and 18 via a tangential transition piece or a

6/0^916/0 ^ 91

Zone des Rohrs 10 entfernt, wobei die tangential© Entfernung der vorerhitzten Luft über das Element 10 den spiralförmigen Strom der. Luft unterstützt. Die erhitzte Luft wird aus dem Rohr oder dem Kanal 10 in das teilweise umgesetzte Abgas, wie obenstehend beschrieben, eingeführt.Zone of the tube 10 removed, the tangential © removal of the preheated air over the element 10 the spiral flow of the. Air supports. The heated air is introduced from the pipe or duct 10 into the partially converted exhaust gas as described above.

Die Fig. 2 zeigt einen Aufriß des Vorderendes der Einrichtung der Fig. 1, wobei ausgewählte innere Elemente, gesehen von der Vorderwand 3» dargestellt sind. Die Fig. 2 zeigt den allgemeinen elliptischen Querschnitt der Einrichtung über das Wandelement 4, wobei die vertikale Achse des elliptischen Elements 4 langer als die horizontale Achse ist. Der tangentiale Eintritt des Stroms . 16 über das Rohr 17 in den ringförmigen Kanal zwischen den Kanälen 14 und 18 wird gezeigt, sowie die tangentiale Entfernung der vorerhitzten Luft aus dem tangentialen Kanal über das Rohr 10. Schließlich zeigt die Figur die horizontale Trennwand 9, die sich zwischen dem äußeren Kanal 18 und der Wand 4 erstreckt. In der Figur wurden Teile des Katalysatorbetts 8 und des Siebes im Interesse einer größeren Klarheit weggelassen. In dieser Hinsicht wird es aus Fig. 2 ersichtlich, daß sich die Elemente 8 und 7 seitlich zwischen der oberen Hälfte des Kanals 18 und der Wand 4 zu einem unteren Ende der Trennwand 9 nach unten erstrecken können* Ähnliche Erwägungen gelten auch für die obere Hinterseite des Katalysatorbetts 13 und des Siebes 12, die sich zu einem oberen Ende erstrecken können, welches an die Trennwand 9 auf jeder Seite zwischen der unteren Hälfte des Kanals 18 und der Wand 4,angrenzend an das Blech 11, anstößt.Figure 2 is an elevational view of the front end of the device of Figure 1 showing selected internal elements as seen from the front wall 3 '. Figure 2 shows the general elliptical cross-section of the device across the wall element 4, the vertical axis of the elliptical element 4 being longer than the horizontal axis. The tangential entry of the stream. 16 via the pipe 17 into the annular channel between the channels 14 and 18 is shown, as well as the tangential removal of the preheated air from the tangential channel via the pipe 10. Finally, the figure shows the horizontal partition 9, which extends between the outer channel 18 and the wall 4 extends. In the figure, parts of the catalyst bed 8 and the screen have been omitted for the sake of clarity. In this regard it will be seen from Fig. 2 that the elements 8 and 7 can extend laterally between the upper half of the channel 18 and the wall 4 downwards to a lower end of the partition wall 9. Similar considerations also apply to the upper rear of the catalyst bed 13 and the screen 12, which may extend to an upper end which abuts the partition 9 on either side between the lower half of the channel 18 and the wall 4 adjacent to the sheet 11.

Die Fig. 3 zeigt eine Alternative und vereinfachte Ausführungsform der Erfindung,in welcher rechtwinkelige Elemente3 shows an alternative and simplified embodiment of the invention in which rectangular elements

2 0 3 9 A G / 0 A 9 ι2 0 3 9 A G / 0 A 9 ι

und Kanäle vorgesehen sind. Die Einheit 19 ist eine Verbrennungsmaschine, z.B. eines benzinverbrennenden Automobils und der Abgasstrom 20 strömt von der Einheit 19 in das Rohr 21, das sich durch die Vorderwand 22 erstreckt und welches das Abgas in die rechtwinkelige Einrichtung dieser Ausführungsform abgibt. Die Einrichtung wird durch eine Vorderwand 22, Oberwand 23, Bodenwand 24 und Hinterwand 25 gebildet. Das Abgas strömt nach unten durch das flach geneigte Einlaßsieb 26 mit einem Winkel, welcher typischerweise 2 bis 45° von der Horizontale beträgt. Das Reduktionskatalysatorbett 27 erstreckt sich zwischen dem Sieb 26 und dem unteren Sieb 28, welches vorzugsweise im wesentlichen parallel zu dem Sieb 26 angeordnet ist. Der Gehalt an Stickoxiden des heißen Abgases, das nach unten durch dae Bett 27 strömt, wird katalytisch zu unschädlichen Bestandteilen, wie elementarem Stickstoff und Wasserdampf und/oder Kohlendioxid reduziert.and channels are provided. The unit 19 is an internal combustion engine, e.g., a gasoline-burning automobile and the exhaust gas stream 20 flows from the unit 19 into the pipe 21 which extends through the front wall 22 and which the exhaust gas into the right-angled device this embodiment gives off. The device is made up of a front wall 22, top wall 23, bottom wall 24 and rear wall 25 formed. The exhaust gas flows down through the flat inclined inlet screen 26 at an angle which typically 2 to 45 degrees from horizontal. The reduction catalyst bed 27 extends between the sieve 26 and the lower sieve 28, which is preferably arranged essentially parallel to the sieve 26. The nitrogen oxide content of the hot exhaust gas flowing down through the bed 27 becomes catalytically harmless Constituents such as elemental nitrogen and water vapor and / or carbon dioxide reduced.

Das resultierende Abgas, das durch das Sieb 28 nach unten abgegeben wird, wird seitlich und horizontal durch die im wesentlichen horizontale Trennwand 29 und in Richtung der Hinterseite der Einrichtung abgelenkt, wo das Abgas zwischen dem Ende der Trennwand 29 und der Wand 25 und außerhalb des Austragungsrohrs 30 nach unten strömt. Es strömt weiter nach unten zwischen dem im wesentlichen vertikalen Blech 32 und der Wand 25. Das Blech 32 hängt vom Ende der Trennwand 29 herunter. Ein vorerhitzter Luftstrom wird in den nach unten strömenden Abgasstrom durch das Rohr 31 eingedüst. Das resultierende, nach unten strömende Gemisch aus dem heißen Abgas und vorerhitzter Luft fließt nach unten und horizontal unter das untere Ende des Bleches 32 und wird durch den Boden oder die Bodenwand 24 nach obenThe resulting exhaust gas, which is discharged down through the sieve 28, is laterally and horizontally through the im substantial horizontal partition 29 and deflected towards the rear of the device where the exhaust gas between the end of the partition wall 29 and the wall 25 and outside of the discharge pipe 30 flows downwards. It flows further down between the substantially vertical plate 32 and the wall 25. The plate 32 hangs from the end of the Partition 29 down. A preheated air stream is injected into the downward flowing exhaust gas stream through the pipe 31. The resulting downward-flowing mixture of the hot exhaust gas and preheated air flows downward and horizontally under the lower end of the sheet 32 and is up through the bottom or bottom wall 24

2 0 9 8 4 6/0491 r. 2 0 9 8 4 6/0491 r.

abgelenkt. Das heiße Gasgemisch fließt dann seitlich und oben durch das Sieb 33 und durch das Oxidations-Katalysatorbett 34, worin die schädlichen Bestandteile, wie Kohlenwasserstoffgase oder -Dämpfe und Kohlenmonoxid zu unschädlichen Bestandteilen, wie Wasserdampf und Kohlendioxid oxidiert werden. Das erhaltene heiße Gasgemisch strömt nach oben aus dem Katalysatorbett 34 durch das obere ZurUckhaltungssieb 35. Die Siebe 34 und 35 sind vorzugsweise parallel angeordnet und sie können mit einem größeren Winkel gegenüber der horizontalen geneigt sein, als die Siebe 26 und 28. Die Siebe 34 und 35 können auch in manchen Fällen zu den Sieben 26 und 28 im wesentlichen parallel angeordnet sein. In jedem Fall erstrecken sich die Siebe 34 und 35 von der unteren Vorderendwand 22 nach oben und seitlich zu dem unteren Ende des Blechs 32.diverted. The hot gas mixture then flows laterally and at the top through the sieve 33 and through the oxidation catalyst bed 34, in which the harmful ingredients, such as Hydrocarbon gases or vapors and carbon monoxide to harmless components such as water vapor and carbon dioxide be oxidized. The hot gas mixture obtained flows upwards from the catalyst bed 34 through the upper retention screen 35. Screens 34 and 35 are preferably arranged in parallel and they can be inclined at a greater angle to the horizontal, than screens 26 and 28. Screens 34 and 35 can also in some cases the screens 26 and 28 may be arranged substantially parallel to each other. In any case, extend the screens 34 and 35 from the lower front end wall 22 to above and laterally to the lower end of the sheet metal 32.

Das nach oben von dem Sieb 35 abgegebene heiße gasförmige Gemisch ist nun geeignet, um in die Atmosphäre abgelassen zu werden können, ohne daß eine Gefahr einer Luftverschmutzung bestünde, doch wird das heiße Gasgemisch gemäß der Erfindung dazu verwendet, um die Reaktionsluft durch indirekten Wärmeaustausch vorzuerhitseric Bas aufsteigende heiße Gasgemisch wird horizontal unter die untere im wesentlichen horizontale Trennwand abgelenkt yma strömt nach oben zwischen dem Ende der Trennwand 36 und uqw !förderwand 22. Da« heiße Gasgemisch strömt sodann horizontal durch den Kanal, der zwischen den Trennwänden 36 und 29 definiert wird, und erhitzt die innerhalb dea Rohres 31 strömende Luft, welches zwischen den horizontalen Trennwänden 36 und 29 angeordnet ist. Die vorerhitzte Luft wird aus dem Rohr 3I, wi© oben beschrieben, abgegeben. Das etwas abgekühlte Gasgemisch wird aus dem Kanal zwischen den Trennwänden 36 und 29 durchThe hot gaseous mixture discharged upwards from the sieve 35 is now suitable for being able to be discharged into the atmosphere without the risk of air pollution, but the hot gas mixture according to the invention is used to preheat the reaction air by indirect heat exchange The rising hot gas mixture is diverted horizontally under the lower, essentially horizontal partition wall and flows upwards between the end of the partition wall 36 and the conveying wall 22. The hot gas mixture then flows horizontally through the channel defined between the partition walls 36 and 29 , and heats the air flowing inside the pipe 31, which is arranged between the horizontal partition walls 36 and 29. The preheated air is discharged from the pipe 3I as described above. The somewhat cooled gas mixture flows out of the channel between the partition walls 36 and 29

das Rohr 30 abgegeben. Das Gemisch kann nun in die Atmosphäre geleitet oder, wie oben beschrieben, in einen weiteren Schalldämpfer Überführt werden.the tube 30 delivered. The mixture can now be released into the atmosphere or, as described above, transferred to another silencer.

Die vorerhitfete Luft leitet sich von dem Umgebungsluftstrom 38 ab, der Über einen Ventilator oder ein Gebläse 39 als Strom 4o zu dem Haupteinlaßrohr 4l geleitet wird. Von diesem wird ein Teil der Luft durch eine Schulterrohrverbindung 42 zu einem Rohr 31 geleitet, um, wie beschrieben, vorerhitzt und verwertet zu werden.The preheated air derives from the ambient air flow 38 from which via a fan or blower 39 is passed as stream 4o to the main inlet pipe 4l. from part of the air is directed to this through a shoulder tube connection 42 to a tube 31 in order, as described, to be preheated and recycled.

Die Fig. 4 zeigt einen Aufriß des Vorderendes oder Abgas- und Lufteinlaßendes der Einrichtung. Die Pig. 4 zeigt die Oberwand 23, die Bodenwand 24 sowie die Seitenwände 43 und 44 der rechtwinkeligen Einrichtung der Fig. 3· Darüber hinaus zeigt die Fig. 4 ein zweites Luftvorerhitzungsrohr 45, das parallel zum Rohr 31 angeordnet ist und das die Luft zum Vorerhitzen über das Mittelrohr 41 und die Schulterrohverbindung 46 erhält.Fig. 4 shows an elevation of the front end or exhaust and air inlet end of the device. The Pig. 4 shows the top wall 23, the bottom wall 24 and the side walls 43 and 44 of the right angle device of Fig. 3. Furthermore, Fig. 4 shows a second air preheat tube 45 which is arranged parallel to the pipe 31 and that the air to Preheating via the central tube 41 and the shoulder tube connection 46 is obtained.

Die Fig. 5 stellt einen Grundriß der Fig. 4, aufgenommen in der Zone 5-5 dar, und zeigt die parallelen Luftvorerhitzungsrohre 31 und 45, die den Luftstrom 4o über das Rohr Hl und die Schulterrohrverbindungen oder Übergangsteile 4l und 46 empfangen und die die heiße Luft in das teilweise umgesetzte heiße Abgas zwischen dem Blech oder der Trennwand 32 und der Hinterwand 25 abgeben. In der Praxis können ein oder mehr als zwei Luftvorerhitzungsröhre wie die Elemente 31 und 45 vorgesehen werden. Das Rohr 30, das zur Austragung des vollkommen umgesetzten und unschädlichen Abgases von der Einrichtung außerhalb die Hinterwand 25 dient, ist gleichfalls gezeigt.The Fig. 5 is a plan view of Fig. 4, received in the Zone 5-5 represents, and shows the parallel Luftvorerhitzungsrohre 31 and 45, 4o receive the flow of air through the tube Hl and the shoulder pipe joints or transition portions 4l and 46 and the Release hot air into the partially converted hot exhaust gas between the sheet metal or the partition 32 and the rear wall 25. In practice, one or more than two air preheating tubes such as elements 31 and 45 can be provided. The pipe 30, which serves to discharge the completely converted and harmless exhaust gas from the device outside the rear wall 25, is also shown.

209846/0^91209846/0 ^ 91

Die Pig. 6 stellt einer Aufriß eines Teile der Einrichtung der Pig. 3 dar, aufgenommen in der Zone 6-6, und zeigt die Anordnung der Rohre 31 und 45, des zentralen Abgasableltungsrohres 30, die alle zwischen den horizontalen Trennwänden 29 und 36 angeordnet sind.The Pig. Figure 6 is an elevation of part of the Pig's facility. 3, taken in zone 6-6, and shows the arrangement of the pipes 31 and 45, of the central exhaust gas discharge pipe 30, which are all arranged between the horizontal partitions 29 and 36.

In Rahmen der Erfindung eind zahlreiche Alternativen denkbar. So kann beispielsweise das Luftgebläse durch einen Ventilatorriemen des Motors angetrieben werden. Somit kann der Ventilatorriemen oder ein Hilfsgetriebe des Motors 19 das Gebläse 39 bewegen. Die Katalysatorbetten könnten in entgegengesetzter Richtung nach unten abfallend von der Vorderwand der Einrichtung zu der Hinterwand geneigt sein.Numerous alternatives are conceivable within the scope of the invention. For example, the air blower can be driven by a fan belt of the motor. Thus can the fan belt or an auxiliary gear of the motor 19 move the fan 39. The catalyst beds could be in in the opposite direction sloping downwards from the front wall of the device to the rear wall.

Nachstehend wird ein Beispiel der Untersuchung einer hergestellten Einrichtung gemäß der Flg. 1 in Anwendung auf einen handelsüblichen benzinverbrennenden Lastwagenmotor beschrieben.The following is an example of examining a manufactured Facility according to Flg. 1 as applied to a commercial gasoline-burning truck engine described.

Beispielexample

Die Einrichtung gemäß der Flg. 1 wurde hergestellt und bei einer handelsüblichen Lastwagenmaschine untersucht. Die Katalysatorfläche in der reduzierenden Zone betrug zwar 0,058 m . Das Katalysatorvolumen betrug 0,0045 nr*. Die Fläche des Katalysators in der oxidierenden Zone betrug 0,05^ m , das Katalysatorvolumen 0,0039 m · Die Katalysatormass© bestand aus einem reduzierten Gemisch der Oxide von Nickel Kobalt und Mangan, das auf alpha-Aluminlumoxldteilohen abgeschieden worden war. Die vorläufige Reduktion erfolgte unter Verwendung von Wasserstoff, das einen Teil der Oxide in den metallischen Zustand reduzierte. Die gleiche K&talyaatormasse wurde sowohl für den reduzierenden als auch den oxidierenden Katalysator verwendet. Es wurden dabei fol- gende Versuehsergebnlsse erhalten:The facility according to Flg. 1 was manufactured and tested on a commercial truck machine. The catalyst area in the reducing zone was 0.058 m. The catalyst volume was 0.0045 nr *. The area of the catalyst in the oxidizing zone was 0.05 m, the catalyst volume 0.0039 m · the catalyst mass © consisted of a reduced mixture of the oxides of nickel, cobalt and manganese, based on alpha-aluminum oxide had been deposited. The preliminary reduction was carried out using hydrogen, which is a part which reduced the oxides to the metallic state. The same catalyst composition was used for both the reducing and the used the oxidizing catalyst. There were the following Test results obtained:

209846/0/, 31209846/0 /, 31

Reduzierende ZoneReducing zone

Motorgeschwindigkeit,km/hEngine speed, km / h 2424 4343 3232 6060 4848 6565 2222nd 8080 5050 Gasvolumen, nr Gas volume, no 0,0, 0,0, 0,910.91 1,1, 1,1, Einlaßgeschwindigkeit,m/sec.Inlet speed, m / sec. 4141 1212th 5858 1717th 8888 119/119 / 3232 147147 4242 Geschwindigkeit in Kataly-Speed in cataly- 0,0, 0,0, 0,250.25 0,0, 0,0,

g
satorbetten, m/sec.
G
Sator beds, m / sec.

Raumgeschwindigkeit/h 58OO 8IOO 12300 I67OO 20500Space velocity / h 58OO 8IOO 12300 I67OO 20500

cm Wasser 0,025 1,02 2,66 4,40 5,83cm of water 0.025 1.02 2.66 4.40 5.83

(Druckabfall)(Pressure drop)

2424 4848 3232 6868 4848 6565 8080 0,0, 1515th 0,0, 2121st 1,031.03 1,391.39 1,731.73 0,0, 0,0, 0,320.32 0,420.42 0,530.53

Oxidierende Zone, 15 Oxidising zone, 15 % % überschüssige Luftexcess air

Motorgeschwindigkeit,km/h Gasvolumen, nr Engine speed, km / h gas volume, no

Geschwindigkeit durch den Katalysator, m/sec.Speed through the catalyst, m / sec.

Raumgeschwindigkeit/h 7200 10200 15400 20600 25500Space velocity / h 7200 10200 15400 20600 25500

cm Wasser 0,76 1,90 3,93 6,10 8,13cm of water 0.76 1.90 3.93 6.10 8.13

(Druckabfall)(Pressure drop)

Bei den Testversuchen waren alle Oberflächen mit 1,27 om einer Isolierung versehen.In the tests, all surfaces were provided with 1.27 Ω of insulation.

Das Einlaß-Abgas enthielt 1θ4θ ppm Stickoxide, die auf weniger als 75 ppm in dem Endabgas reduziert wurden. In der oxidierenden Zone wurde eine im wesentlichen vollständige Zerstörung der Kohlenwasserstoffdämpfe und des Kohlenmonoxlds erreicht. Das behandelte Abgas war im wesentlichen von diesen Komponenten frei.The inlet exhaust gas contained 1θ4θ ppm nitrogen oxides, which were less than 75 ppm in the final exhaust gas was reduced. There was essentially complete destruction in the oxidizing zone of hydrocarbon vapors and carbon monoxide. The treated exhaust gas was essentially free of these components.

209846/0491209846/0491

Claims (8)

PatentansprücheClaims 1. Katalytischer Abgaskonverter mit einem Behälter mit einem oder mehreren, darin angeordneten Katalysatorbetten, in welchem das Oas nacheinander durch die Betten strömt, dadurch gekennzei chnet , dafl zwei Betten (8, 13) mit einem Einlaß (10) für die erhitzte Luft zwischen den Betten und ein Wärmeaustauscher (14, 17, 18), durch welchen das Abgas aus dem letzten Bett strömt, um die eintretende Luft aufzuheizen, vorgesehen ist.1. Catalytic exhaust gas converter with a container with one or more catalyst beds arranged therein, in which the oas flows through the beds one after the other, marked by the fact that two Beds (8, 13) with an inlet (10) for the heated air between the beds and a heat exchanger (14, 17, 18), through which the exhaust gas flows from the last bed to heat the incoming air is provided. 2. Abgaskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dafl der Behälter (4) horizontal und die Betten (8, 13) parallel und übereinander und nach oben von der Vorder- zu der Hinterwand des Behälters geneigt angeordnet sind, dafl der Einlafl (2) für das Gas in der Vorderwand oberhalb dea ersten Bettes ist und daß der Wärmeaustauscher zwischen den Betten angeordnet ist.2. Exhaust converter according to claim 1, characterized in that the container (4) is horizontal and the beds (8, 13) parallel and one above the other and inclined upwards from the front to the rear wall of the container, so that the inlet (2) for the gas is in the front wall above the first bed and that the heat exchanger is arranged between the beds. 3. Abgaskonverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Betten (8, 13) in einem Winkel von2bis 45° von der Horizontalen geneigt sind.3. Exhaust converter according to claim 2, characterized in that the beds (8, 13) in are inclined at an angle of 2 to 45 degrees from the horizontal. 4. ' Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 3# dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen oberen und einen unteren Teil, die durch ein zentrales Blech (9) abgetrennt sind, wobei ein Kanal durch das Blech an der Hinterseite des Behälters vorgesehen ist, wodurch das Oas durch das Katalysatorbett und £ur Hinteraeite des Behälters striimt und nach unten und oben durch daa untere4. 'Exhaust converter according to one of claims 1 to 3 # characterized in that the container has an upper and a lower part passing through a central Sheet metal (9) are separated, with a channel through the sheet metal is provided at the rear of the container, whereby the oas flows through the catalyst bed and at the back of the container and up and down through the lower one Bstt in Richtung auf den Einla3 (14) dea WKrxeauetaueohers ;, der an dem Vorderende des Behälters angeordnet 1st.Bstt in the direction of the inlet (14) dea WKrxeauetaueohers ; located at the front end of the container. 209 8^-6/CH 9209 8 ^ -6 / CH 9 5. Abgaskonverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (4) Im wesentlichen elliptisch und im Querschnitt vertikal ist, wobei der elliptische Querschnitt eine vertikale Achse hat, die länger als eine horizontale Achse ist.5. Exhaust converter according to one of the preceding claims, characterized in that the container (4) is substantially elliptical and vertical in cross-section, the elliptical cross-section has a vertical axis longer than a horizontal axis. 6. Abgaskonverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher ein Mittelrohr (31) und einen koaxialen Kanal (18) darum umfaßt, wobei der Einlaß für die heißen Oase von dem zweiten Bett zu dem Rohr an der Vorderseite des Behälters befindlich ist, der Einlaß für die Luft zu dem Kanal führt und der Auslaß (10) für die Luft von dem Kanal sich an der Hinterseite des Behälters befindet.6. Exhaust converter according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger comprises a central tube (31) and a coaxial channel (18) around it, the inlet for the hot oasis from the second bed to the tube located at the front of the container is the inlet for the air leads to the duct and the outlet (10) for the air from the duct is at the rear of the container. 7. Abgaskonverter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in den ringförmigen Kanal tangential hierzu eingelassen wird und tangential entfernt wird, um durch den ringförmigen Kanal einen spiralförmigen Strom zu ergeben·7. Exhaust converter according to claim 6, characterized in that the air is admitted into the annular channel tangentially thereto and tangentially is removed to give a spiral flow through the annular channel 8. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter8. Exhaust converter according to one of claims 1 to k, characterized in that the container (23)in dem vertikalen Querschnitt rechtwinkelig ist und mit einem zentralen rechtwinkeligen Kanal (29* 36) versehen 1st, worin mindestens ein Rohr (11, 45) für die Luft angeordnet ist, um den Wärmeaustausch vorzusehen.(23) is rectangular in the vertical cross-section and with a central rectangular duct (29 * 36) is provided in which at least one tube (11, 45) for the air is arranged is to provide the heat exchange. 2098A6/04912098A6 / 0491 LeerseiteBlank page
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