DE102010053603A1 - Katalysator - Google Patents

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Abstract

Katalysator (1), insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator oder ein Partikelfilter mit katalytischer Beschichtung, zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, mit einer in Strömungsrichtung des Abgases, von dem Abgas durchströmbaren wabenförmigen Trägerstruktur (Monolith) mit einem Gesamtströmungsquerschnitt, wobei die Trägerstruktur mit einem katalytisch wirksamen Metall beladbar ist, wobei der Gesamtströmungsquerschnitt zumindest in einen ersten Teilquerschnitt (2) und einen zweiten Teilquerschnitt (3) mit unterschiedlicher Metallbeladung aufgeteilt ist und wobei der erste Teilquerschnitt (2) bei einer Teillast der Brennkraftmaschine stärker von dem Abgas durchströmt ist als der zweite Teilquerschnitt (3) und wobei der erste Teilquerschnitt (2) eine höhere Metallbeladung aufweist als der zweite Teilquerschnitt (3) und zumindest teilweise radial vom zweiten Teilquerschnitt (3) umschlossen ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Katalysators führt zu einer Kosteneinsparung durch eine geringere absolute Edelmetallmenge gegenüber dem Stand der Technik.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Katalysator mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der europäischen Patentschrift EP 0 399 203 B1 , von der diese Erfindung ausgeht, ist ein Katalysator zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine mit einer in Strömungsrichtung des Abgases von dem Abgas durchströmbaren wabenförmigen Trägerstruktur (Monolith) mit einem Gesamtströmungsquerschnitt bekannt. Die Trägerstruktur wird zur Wirksamkeit des Katalysators mit einem katalytisch wirksamen Metall beladen, wobei der Gesamtströmungsquerschnitt in drei konzentrische Teilquerschnitte mit unterschiedlicher Metallbeladung aufgeteilt ist. Der hierbei beschriebene Katalysator ist dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der katalytisch aktiven Komponente, dem Edelmetall, von der Mittelachse zur Peripherie des Trägers ansteigt. Durch die vorgeschlagene Konzentrationsverteilung wird eine ausgeglichenere Wärmeentwicklung beim Einsetzen und Ablaufen exothermer Reaktionen erzielt.
  • Da die Strömungsquerschnittsfläche quadratisch mit dem Radius des Monolithen zunimmt, nehmen auch die Kosten quadratisch mit dem Radius für die Edelmetallbeladung des Monolithen zu. Hieraus resultieren in nachteiliger Weise hohe Herstellkosten für den Katalysator.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, um die Herstellkosten eines gattungsgemäßen Katalysators zu senken, ohne die katalytische Wirkung des Katalysators zu verschlechtern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Katalysators werden Herstellkosten eingespart durch eine geringere absolut benötigte Edelmetallmenge, ohne dass durch die radial außen liegenden Randbereiche, die für die Abgasnachbehandlung notwendige katalytische Wirkung wesentlich verschlechtert wird, da diese Randbereiche so gut wie nicht von dem Abgas durchströmt werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
  • Die Ausgestaltungen gemäß der Patentansprüche 2 und 3 sind zwei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 verringert die Kosten für die Edelmetallbeladung des Monolithen nochmals.
  • Die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 5 und 6 sind wiederum besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Katalysator.
  • 1 zeigt einen Schnitt weitgehend senkrecht zu einer Strömungsrichtung eines Abgases, bzw. senkrecht zu einer Längsachse 6 durch einen erfindungsgemäßen Katalysator 1. Der Katalysator 1, bei dem es sich vorzugsweise um einen Oxidationskatalysator oder einen NOx-Speicherkatalysator oder ein Partikelfilter mit katalytischer Beschichtung zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (Diesel-Brennkraftmaschine) handelt, weist eine, in Strömungsrichtung des Abgases, von dem Abgas durchströmbare wabenförmige Trägerstruktur, einen Monolithen, auf. Der gesamte Querschnitt der Trägerstruktur entspricht einem Gesamtströmungsquerschnitt, der von dem Abgas durchströmbar ist. Damit die Trägerstruktur katalytisch wirksam ist, das heißt oxidierend für das Abgas wirkt, ist diese mit einem katalytisch wirksamen Metall, vorzugsweise einem Edelmetall wie z. B. einer Pt-Pd Beschichtung (Platin-Palladium), beladbar. Im Falle eines NOx-Speicherkatalysators kommt vorzugsweise mit Pt-Pd-Rh (Platin-Palladium-Rhodium) als Beladung zum Einsatz. Auch andere bekannte, katalytisch wirksame Edelmetalle sind möglich. Die Trägerstruktur, bzw. der Monolith ist für den Einbau in einer Abgasreinigungsanlage radial außen in einem Gehäuse 5 in bekannter Weise gelagert.
  • Gemäß der Erfindung ist der Gesamtströmungsquerschnitt – in einen kariert dargestellten-, in etwa kreisrunden ersten Teilquerschnitt 2 und in einen – liniert dargestellten -, zweiten Teilquerschnitt 3 mit unterschiedlicher Metallbeladung aufgeteilt. Ein strichpunktiert dargestellter Ring in dem ersten Teilquerschnitt 2 markiert einen Bereich, der bei einer Teillast der Brennkraftmaschine stärker von dem Abgas durchströmt ist als der zweite Teilquerschnitt 3, dem Haupteinströmbereich 4. Der Haupteinströmbereich 4 muss nicht zwangsläufig rund sein, er kann beispielsweise auch oval sein oder eine unregelmäßige Querschnittsfläche aufweisen, abhängig von einem Anströmwinkel oder einer Anströmgeometrie. Der restliche Bereich des Gesamtströmungsquerschnittes bildet den zweiten Teilquerschnitt 3, der erfindungsgemäß mit weniger Edelmetall beladen ist als der erste Teilquerschnitt 2.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Teilquerschnitt 2 weitgehend zentrisch in dem Gehäuse 5 angeordnet, er kann jedoch in anderen Ausführungsbeispielen, je nach der Geometrie der Abgasreinigungsanlage auch in einem Randbereich liegen. Somit kann der erste Teilquerschnitt 2 von dem zweiten Teilquerschnitt 3 statt vollständig auch nur zumindest teilweise radial umschlossen sein. In diesem Fall wird der restliche erste Teilquerschnitt 2 radial außen von dem Gehäuse 5 umschlossen.
  • In einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Metallbeladung vom ersten Teilquerschnitt 2 zum zweiten Teilquerschnitt 3 kontinuierlich abnimmt, beispielsweise von 160 g/ft3 auf 60 g/ft3.
  • In wiederum einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die Metallbeladung vom ersten Teilquerschnitt 2 zum zweiten Teilquerschnitt 3 in einer Stufenfunktion abnimmt beispielsweise von 160 g/ft3 auf 30 g/ft3. Für dieses Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass der zweite Teilquerschnitt 3 überhaupt keine Metallbeladung aufweist, dann beträgt die Beladung im ersten Teilquerschnitt 2 beispielsweise 160 g/ft3 und im zweiten Teilquerschnitt 3:0 g/ft3. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Abgas nur sehr lokal auf den Gesamtströmungsquerschnitt trifft, das heißt, wenn der Haupteinströmbereich 4 lokal sehr scharf begrenzt ist.
  • In einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator 1, im Falle eines Oxidationskatalysators oder eines NOx-Speicherkatalysators, ein nicht dargestellter Partikelfilter angeordnet, wobei der Katalysator 1 und der Partikelfilter vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 5 angeordnet sind. Dies erlaubt eine besonders kompakte Bauform.
  • Somit führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Katalysators 1 zu einer Kosteneinsparung durch eine geringere absolute Edelmetallmenge, die zur Beladung benötigt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Katalysator
    2
    erster Teilquerschnitt
    3
    zweiter Teilquerschnitt
    4
    Haupteinströmbereich
    5
    Gehäuse
    6
    Längsachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0399203 B1 [0002]

Claims (6)

  1. Katalysator (1), insbesondere ein Oxidationskatalysator oder NOx-Speicherkatalysator oder ein Partikelfilter mit katalytischer Beschichtung, zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, mit einer in Strömungsrichtung des Abgases, von dem Abgas durchströmbaren wabenförmigen Trägerstruktur (Monolith) mit einem Gesamtströmungsquerschnitt, wobei die Trägerstruktur mit einem katalytisch wirksamen Metall beladbar ist, wobei der Gesamtströmungsquerschnitt zumindest in einen ersten Teilquerschnitt (2) und einen zweiten Teilquerschnitt (3) mit unterschiedlicher Metallbeladung aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet dass, der erste Teilquerschnitt (2) bei einer Teillast der Brennkraftmaschine stärker von dem Abgas durchströmt ist als der zweite Teilquerschnitt (3) und wobei der erste Teilquerschnitt (2) eine höhere Metallbeladung aufweist als der zweite Teilquerschnitt (3) und zumindest teilweise radial vom zweiten Teilquerschnitt (3) umschlossen ist.
  2. Katalysator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeladung vom ersten Teilquerschnitt (2) zum zweiten Teilquerschnitt (3) kontinuierlich abnimmt.
  3. Katalysator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeladung vom ersten Teilquerschnitt (2) zum zweiten Teilquerschnitt (3) als eine Stufenfunktion abnimmt.
  4. Katalysator nach einem der Patentansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilquerschnitt (3) keine Metallbeladung aufweist.
  5. Katalysator nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator (1) ein Partikelfilter angeordnet ist.
  6. Katalysator nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (1) und der Partikelfilter in einem gemeinsamen Gehäuse (5) angeordnet sind.
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