AT394145B - Verfahren zum beschichten eines katalysators - Google Patents

Description

AT 394 145 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Katalysators zur Reinigung der Luft von Schadstoffen wie nicht oder unvollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen, Ozon, Stickoxiden und Kohlenmonoxid, wobei das katalytische Beschichtungsmaterial in Form eines schwebefähigen Aerosols mit Trägergas in den Katalysator eingetragen und dort zum Haften xgebracht wird.

Solche Beschichtungsverfahren werden heutzutage unter Verwendung von Oxidations- und Reduktions-katalysatoien vielfach zur Reinigung der Luft von Verbrennungsriickständen aus dem Hausbrand, aus dem Betrieb von Kraftfahrzeugen oder aus Industrieanlagen eingesetzt. Die für diese Zwecke verwendeten Katalysatoren sind zumeist Waben- oder Zellenfilter, die aus aneinanderliegenden langen Filterzellen mit in der Regel quadratischem Querschnitt bestehen. Die Filter sind zumeist aus hochtemperaturfestem Keramikmaterial hergestellt und homogen oder heterogen mit katalytischen Substanzen beschichtet oder gedopt. Die so ausgebildeten Filter haben jedoch den Nachteil, daß eine wirkungsvolle Abscheidung der Schadstoffe erst bei relativ hohen Temperaturen möglich ist und die Katalysatoren somit bei Zimmertemperatur keine luftreinigende Wirkung zeigen. Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Filter besteht darin, daß die Filterleistung nicht exakt an die jeweils vorliegende Schadstoffkonzentration angepaßt werden kann, wodurch der Gesamtwirkungsgrad deutlich herabgesetzt wird.

Die DE-OS 3 346 360 beschreibt ein Verfahren zum Befestigen eines Reaktionsbeschleunigers auf einer als Trägeikörper dienenden metallischen Platte, welche temporär oder permanent magnetisiert oder elektrisch aufgeladen wird, wodurch ein magnetisierbarer oder elektrostatisch aufladbarer Reaktionsbeschleuniger zum Haften gebracht wird. Die Anbringung des Reaktionsbeschleunigers kann dabei auch direkt auf den Elektroden eines Elektrofilters erfolgen, sodaß der Reaktionsbeschleuniger ähnlich wie der abgeschiedene Staub durch das elektrische Feld an den Elektroden festgehalten wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das Verfahren nicht wirkungsvoll bei Zimmertemperatur abläuft und trotz der im Elektrofilter angelegten Abscheidespannung sich allein durch die Elektroden des Elektrofilters im Zusammenwirken mit den Staubteilchen nicht der für eine nennenswerte Ohmsche Aufheizung erforderliche Widerstand ergibt. Ein Abbrennen von Rußpartikeln und dgl. ist daher nicht möglich. Ähnliche Verfahren zum Beschichten eines Katalysatorkörpers, beispielsweise durch Aufbringen des Katalysatormaterials mit einem Flüssigkeitsnebel bzw. durch Sprühen oder Sprühpyrolyse beschreiben die DE-OS 3 729 912, die DE-OS 3 436 400 oder die DE-OS 2 225 336. Auch diese Verfahren ermöglichen kein Abbrennen der Rußpartikel über den Widerstand der Beschichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angeführten Art zu schaffen, welches so aufgebaut ist, daß die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren bei möglichst geringem technischen Aufwand vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß eine heterogene Beschichtung in einem Katalysator durch Aufladung und Abscheidung der katalytischen Substanz im aerosolförmigen Zustand aus derGaspbase mittels senkrecht zur Strömungsrichtung des Trägergases stehender elektrischer Felder erfolgt.

Die Aerosolbeschichtung ist besonders vorteilhaft für die heterogene Beschichtung der Katalysatorwände, sodaß verschiedene Flächen des Katalysators verschieden beschichtet werden können. Durch die elektrischen Felder wird das Aerosol ebenso wie die Schadstoffe abgeschieden. Im Zusammenwirken mit dem beheizten Wabenkörper und der Menge der abgeschiedenen Rußpartikel ergibt sich ein immer kleinerer Widerstand, wodurch die Rußpartikel abbrennen.

Ein weiteres Merkmal des erfmdungsgemäßen Verfahrens besteht darin, das elektrische Abscheidefeld oder das Vorzeichen der elektrischen Aufladung während oder zwischen verschiedenen Beschichtungsvorgängen umgepolt werden. Auf diese Weise wird eine einseitige Ablagerung des Aerosols in den Wabenkanälen des Katalysators vermieden.

Weiters kann vorgesehen sein, daß verschiedene Seiten der Wabenkanäle eines Katalysators mit unterschiedlichen katalytischen Materialien beschichtet oder freigelassen werden.

Die so erzielte heterogene Beschichtung ermöglicht eine optimale Anpassung der Filterleistung an die gestellten Anforderungen und insbesondere einen optimalen Wirkungsgrad bei Anwendung der Aerosolbeschichtungsmethode.

Außerdem kann vorgesehen sein, daß der Katalysator oder das elektrische Feld während dem Beschichtungsvorgang um eine parallel zu den Wabenkanälen verlaufende Achse gedreht werden. Durch die Drehung des Katalysators oder des elektrischen Feldes kann bei entsprechender Wahl der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Stärke des elektrischen Feldes eine homogene Beschichtung in Längsrichtung erzielt werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Wabenkörper eines Katalysators nacheinander von beiden Seiten mit dem das katalytische Aerosol tragenden Trägergas beschickt werden. Katalysatoren oder Wabenfilter, die bereits in Kraftfahrzeugen eingebaut sind, können erfindungsgemäß bei laufendem Motor oder über ein vorzugsweise an der Abgasleitung angeschlossenes Hilfsgebläse durch Aerosolbeschichtung regeneriert werden.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt; - Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur inhomogenen Beschichtung von keramischen Monolithen nach dem erfmdungsgemäßen Verfahren und -2-

Claims (6)

1. AT 394 145 B Fig. 2a und 2b jeweils die Querschnitte von homogen und heterogen beschichteten Katalysatoren. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Beschichtung der Wabenwände eines keramischen Monolithen (8) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Diese Vorrichtung besitzt einen Absolutfilter (18), über den ein Trägergas angesaugt wird. Das Trägergas wird mit einer dem Absolutfilter (18) nachgeschalteten Luftheizung (19) beliebiger Bauart auf die zur Beschichtung notwendige Temperatur gebracht und dann einem Aerosolgenerator (20) zugeführt. Der Aerosolgenerator (20) überführt eine katalysierende Substanz in das Trägergas, entweder durch Ultraschall-Vernebelung einer Lösung oder über direkte Verdampfung eines Metalles, wozu im allgemeinen ein inertes Trägergas benötigt wird. Das so erzeugte Aerosol wird dann einer dem Aerosolgenerator (20) nachgeschalteten Gasentladungsvorrichtung (21) beliebiger Bauart zugeführt, dort unipolar aufgeladen und dann dem Monolithen (8) zugeführt. Über die Erdungselektrode (12) und die Hochspannungselektrode (13) wird im Wabenkörper des Monolithen (8) ein elektrisches Feld erzeugt, das zur einseitigen Ablagerung des unipolar aufgeladenen Aerosols in den Wabenkanälen des Monolithen (8) führt. Wenn man nun den Monolithen (8) entsprechend umdreht oder das durch die Elektroden (12) und (13) aufgespannte elektrische Feld umpolt, lassen sich verschiedene Seiten der Wabenkanäle unterschiedlich beschichten. Zur Erzielung einer einigermaßen homogenen Beschichtung in der Längsrichtung muß die Strömungsgeschwindigkeit durch den Wabenkörper so hoch gewählt werden und/oder das über die Hochspannungselektrode (13) und die Erdungselektrode (12) applizierte elektrische Feld so niedrig sein, daß sich durch die langsame Querdrift des Aerosols nur ein Teil der aufgeladenen Teilchen während des Durchströmens abscheidet. Ebenso kann der Wabenkörper des Monolithen (8) nacheinander von beiden Seiten von dem Aerosol durchströmt werden. Dem Wabenkörper des Monolithen (8) ist vorzugsweise ein weiterer Absolutfilter (18) oder eine entsprechende Rückgewinnungsanlage nachgeschaltet, der das Trägergas zugeführt wird, um die Katalysatorsubstanz zuriickzugewinnen, woraufhin das Gas entweder über eine Absaugvorrichtung (22), beispielsweise einen Ventilator, ins Freie gepumpt oder dem Prozeß erneut zugeführt wird. Die katalytische Beschichtung kann abschließend bei höherer Temperatur zusätzlich auf dem keramischen Träger fixiert werden. Fig. 2 zeigt den möglichen Querschnitt für einen homogen beschichteten Katalysator. Der Katalysator ist vorzugsweise ein Dieselfilter bekannter Bauart, der aus einer Mehrzahl von Strömungs- oder Wabenkanälen mit rechteckigem Querschnitt, die von oben und unten von Wänden (16,23) und seitlich durch die feldfreien Wände (9) und (10) aus Keramikmaterial umgeben sind, aufgebaut ist. Während die obere Begrenzungswand (23) mit einem Oxidationskatalysator (24) beschichtet ist, wird die als Sammelplatte wirkende untere Wand (16) durch die Wirkung des über die Elektroden (12) und (13) aufgespannten elektrischen Feldes mit den abgeschiedenen Rußpartikeln bedeckt. Aus Fig. 2 ist der Querschnitt eines heterogen beschichteten Katalysators ersichtlich. Der Katalysator ist ebenso wie der Katalysator gemäß Fig. 2a aus einer Mehrzahl von Wäbenkanälen mit rechteckigem Querschnitt aufgebaut. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jedoch die horizontalen bzw. in Strömungsrichtung verlaufenden Wände (26) mit einer ersten katalytischen Substanz (24) und die vertikalen bzw. senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden Wände (27) mit einer zweiten katalytischen Substanz (25) beschichtet. Die katalytischen Substanzen (24) und (25) sind jeweils für den Abbau verschiedener Schadstoffe bestimmt So kann beispielsweise die katalytische Substanz (24) auf den horizontalen Keramikwänden (26) für einen ersten Schadstoff, etwa Formaldehyd, und die zweite katalytische Substanz (25) auf den vertikalen Keramikwänden (27) für einen zweiten Schadstoff, etwa Dioxine oder Furane, gewählt werden. Ebenso ist es möglich, wahlweise Oxidations- und Reduktionskatalysatoren hintereinanderzuschalten, um Schadstoffe in Form von Kohlenwasserstoffen einerseits und Stickoxiden andererseits abzubauen. Geeignete katalytische Substanzen für die Beschichtung der Wände (23,26) und (27) sind beispielsweise Braunstein oder Kaliumpermanganat. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Beschichten eines Katalysators zur Reinigung der Luft von Schadstoffen wie nicht oder unvollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen, Ozon, Stickoxiden und Kohlenmonoxid, wobei das katalytische Beschichtungsmaterial in Form eines schwebefähigen Aerosols mit Trägergas in den Katalysator eingetragen und dort zum Haften gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine heterogene Beschichtung in einem Katalysator durch Aufladung und Abscheidung der katalytischen Substanz im aerosolförmigen Zustand aus der Gasphase mittels senkrecht zur Strömungsrichtung des Trägergases stehender elektrischer Felder erfolgt
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Abscheidefeld oder das Vorzeichen der elektrischen Aufladung während oder zwischen verschiedenen Beschichtungsvorgängen umgepolt werden. -3- AT394 145 B
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Seiten der Wabenkanäle eines Katalysators mit unterschiedliehen katalytischen Materialien beschichtet oder freigelassen werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator oder das elek- 5 trische Feld während dem Beschichtungsvorgang um eine parallel zu den Wabenkanälen verlaufende Achse gedreht werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenkörper eines Katalysators nacheinander von beiden Seiten mit dem das katalytische Aerosol tragenden Trägergas beschickt werden. 10
6. 6. Verfahren zum Regenerieren eines Katalysators zur Reinigung der Luft von Schadstoffen wie nicht oder unvollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen, Ozon, Stickoxiden und Kohlenmonoxid, dadurch gekennzeichnet, daß bereits in Kraftfahrzeugen eingebaute Katalysatoren oder Wabenfilter bei laufendem Motor oder über ein vorzugsweise an der Abgasleitung angeschlossenes Hilfsgebläse durch Aerosolbeschichtung regeneriert werden. 15 20 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-