DE112012001175T5 - Catalyst device for exhaust gas purification - Google Patents
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Abstract
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung bereitzustellen, die eine hohe Dauerhaltbarkeit gegenüber Schwingungen und gegenüber einer hohen Temperatur aufweist und die während des Gebrauchs das Abschälen der Katalysatorschicht von dem Katalysatorträger (P) unterdrücken kann und die nach dem Gebrauch den metallischen Katalysator leicht zurückgewinnen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung bereitgestellt, die ein Katalysatorträgerelement (1) umfasst, auf dem ein metallische Katalysator zur Abgasreinigung getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorträgerelement (1) aus einem folienähnlichen Katalysatorträger (P) durch ein Nasspapierherstellungsverfahren hergestellt worden ist, und dass der metallische Katalysator als eine Katalysatorschicht auf den Oberflächen des folienähnlichen Katalysatorträgers (P) getragen wird, nachdem der folienähnliche Katalysatorträger (P) gebrannt worden ist.An object of the present invention is to provide a catalyst device for exhaust gas purification which has a high durability against vibration and high temperature and which can suppress the peeling of the catalyst layer from the catalyst carrier (P) during use, and the metallic one after use Catalyst can recover easily. According to the present invention, there is provided an exhaust gas purification catalyst device comprising a catalyst support member (1) on which a metallic exhaust gas purification catalyst is carried, characterized in that the catalyst support member (1) is made of a sheet-like catalyst carrier (P) by a wet paper making process and that the metallic catalyst is carried as a catalyst layer on the surfaces of the sheet-like catalyst carrier (P) after the sheet-like catalyst carrier (P) has been fired.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, die ein Katalysatorträgerelement umfasst, um darauf einen metallischen Katalysator für die Abgasreinigung zu tragen.The present invention relates to a catalyst device for exhaust gas purification comprising a catalyst support member for carrying thereon a metallic catalyst for exhaust gas purification.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIKDESCRIPTION OF THE PRIOR ART
Die Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung, um das Abgas von einer Maschine eines Fahrzeugs zu reinigen, umfasst ein Katalysatorträgerelement (Katalysatorträger), um darauf ein Edelmetall als Katalysator wie etwa Platin, Rhodium, Palladium usw. zu tragen. Insbesondere in Maschinen für allgemeine Anwendungen für Motorräder und tragbare elektrische Generatoren usw. ist eine metallische Honigwabenstruktur mit einer hohen Dauerhaltbarkeit gegenüber einer heftigen Maschinenschwingung und einer hohen Abgastemperatur hauptsächlich als ein Katalysatorträger verwendet worden, auf dessen Oberfläche eine Katalysatorschicht aufgetragen ist.The exhaust gas purification catalyst device for purifying the exhaust gas from an engine of a vehicle includes a catalyst carrier member (catalyst carrier) for carrying thereon a noble metal as a catalyst such as platinum, rhodium, palladium and so forth. Especially in general application machines for motorcycles and portable electric generators, etc., a metallic honeycomb structure having a high durability against a severe engine vibration and a high exhaust gas temperature has been mainly used as a catalyst carrier on the surface of which a catalyst layer is applied.
Weil die Oberflächen der metallischen Honigwabenstruktur glatt sind und daher die Haftung der Katalysatorschicht an der metallischen Honigwabenstruktur nicht ausreichend ist, wird jedoch in der Katalysatorvorrichtung mit der metallischen Honigwabenstruktur nach dem Stand der Technik befürchtet, dass die Katalysatorschicht, die auf den metallischen Träger aufgetragen ist, davon abgeschält werden würde. Verschiedene Mittel nach dem Stand der Technik zur Unterdrückung des Abschälens der Katalysatorschicht von dem metallischen Träger vorgeschlagen worden. Zum Beispiel werden Mikroprojektionen auf den Oberflächen der metallischen Honigwabenstruktur ausgebildet, um die Katalysatorschicht einzuspannen, wie es in den unten stehenden Patentdokumenten 1 und 2 offenbart ist, und eine metallische Oxidbeschichtung zum Einspannen der Katalysatorschicht ist auf den Oberflächen der metallischen Honigwabenstruktur ausgebildet, wie es in dem unten stehenden Patentdokument 3 offenbart ist.However, because the surfaces of the metallic honeycomb structure are smooth, and therefore, the adhesion of the catalyst layer to the metallic honeycomb structure is insufficient, in the prior art metal honeycomb structure catalyst device, it is feared that the catalyst layer coated on the metallic substrate would it would be peeled off. Various prior art agents for suppressing the peeling of the catalyst layer from the metallic carrier have been proposed. For example, micro projections are formed on the surfaces of the metallic honeycomb structure to clamp the catalyst layer as disclosed in the below-mentioned
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIKDOCUMENTS OF THE PRIOR ART
PATENTDOKUMENTEPATENT DOCUMENTS
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Patentdokument 1:
JP 2004-169111 A JP 2004-169111 A -
Patentdokument 2:
JP 08-299808 A JP 08-299808 A -
Patentdokument 3:
JP 06-71185 A JP 06-71185 A
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLENPROBLEMS TO BE SOLVED BY THE INVENTION
Da es jedoch notwendig ist, Mittel auszubilden, um das Abschälen der Katalysatorschicht auf dem Katalysatorträgerelement zu verhindern (z. B. durch Mikroprojektionen oder durch Metalloxidbeschichtung), würden die Herstellungsschritte und daher die Herstellungskosten erhöht werden. Obwohl es möglich ist, eine Katalysatorvorrichtung zu haben, die ein Abschälen oder eine Abtrennung des metallischen Katalysators von dem Katalysatorträgerelement sicher verhindern kann, wobei dann das Katalysatorträgerelement aus anderen Materialien als aus Metall mit seiner hohen Dauerhaltbarkeit gegenüber Schwingungen oder gegenüber einer hohen Temperatur hergestellt ist und der metallische Katalysator innerhalb des Katalysatorträgerelements enthalten ist, würde andererseits selbst dann in diesem Fall ein anderes Problem entstehen, dass es nämlich sehr schwierig ist, den metallischen Katalysator zurückzugewinnen, wenn die Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach dem Gebrauch verschrottet wird.However, since it is necessary to form means to prevent peeling of the catalyst layer on the catalyst support member (e.g., by microprojection or metal oxide coating), the manufacturing steps and hence the manufacturing cost would be increased. Although it is possible to have a catalyst device which can surely prevent peeling or separation of the metallic catalyst from the catalyst support member, in which case the catalyst support member is made of materials other than metal having high durability against vibration or high temperature, and On the other hand, even if the metallic catalyst is contained inside the catalyst support member, there would be another problem even in this case that it is very difficult to recover the metallic catalyst when the exhaust gas purification catalyst apparatus is scrapped after use.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung bereitzustellen, die eine hohe Dauerhaltbarkeit gegenüber Schwingungen und gegenüber einer hohen Temperatur aufweist und die während des Gebrauchs das Abschälen der Katalysatorschicht von dem Katalysatorträger unterdrücken kann und die nach dem Gebrauch den metallischen Katalysator leicht zurückgewinnen kann.It is therefore an object of the present invention to provide a catalyst device for exhaust gas purification which has high durability against vibration and high temperature and which can suppress the peeling of the catalyst layer from the catalyst carrier during use and which easily makes the metallic catalyst after use can win back.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEMEMEANS OF SOLVING THE PROBLEMS
Zur Lösung der oben erwähnten Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung bereitgestellt, die ein Katalysatorträgerelement umfasst, auf dem ein metallischer Katalysator zur Abgasreinigung getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorträgerelement aus einem folienähnlichen Katalysatorträger geformt ist, der durch ein Nasspapierherstellungsverfahren hergestellt worden ist, und dass der metallische Katalysator als eine Katalysatorschicht auf den Oberflächen des folienähnlichen Katalysatorträgers getragen wird, nachdem der folienähnliche Katalysatorträger gebrannt worden ist.In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention as claimed in
Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 2 ist eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach Anspruch 1, wobei der folienähnliche Katalysatorträger Keramikpulver und Aluminiumoxid-/Siliziumdioxidfasern enthält.The present invention according to
Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 3 ist eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach Anspruch 1, wobei das Keramikpulver Aluminiumoxid enthält.The present invention according to
Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 4 ist eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach Anspruch 3, wobei das Gewichtsverhältnis der Aluminiumoxid-/Siliziumdioxidfasern zu dem Keramikpulver des Aluminiumoxids, das in dem Katalysatorträgerelement enthalten ist, innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 2,5 liegt.The present invention according to
Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 5 ist eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brenntemperatur innerhalb eines Bereiches von 1.450 bis 1.550°C liegt.The present invention according to
Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 6 ist eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Katalysatorträgerelement durch einen Folienherstellungsschritt hergestellt wird, um das Papier des folienähnlichen Katalysatorträgers aus Flocken herzustellen, indem ein Flockungsmittel in eine Aufschwämmung einer vorgegebenen Menge von Wasser, das mit vorgegebenen Fasern und Bindemitteln vermischt ist, hinzugegeben wird; und durch einen Brennschritt zum Brennen des folienähnlichen Katalysatorträgers, der in dem Folienherstellungsschritt erhalten worden ist; und durch einen Auftragungsschritt des metallischen Katalysators, um den metallischen Katalysator auf die Oberflächen des Katalysatorträgerelements, das in dem Brennschritt erhalten worden ist, aufzutragen.The present invention according to
Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 7 ist eine Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Katalysatorträgerelement eine Honigwabenstruktur aufweist, die durch ein Anhaften eines gewellten folienähnlichen Katalysatorträgers auf mindestens einer Oberfläche eines flachen folienähnlichen Katalysatorträgers und durch ein Aufwickeln der Katalysatorträger auf eine Rolle gebildet wird.The present invention of
WIRKUNGEN DER ERFINDUNGEFFECTS OF THE INVENTION
Da die Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Katalysatorträgerelement umfasst, das aus einem folienähnlichen Katalysatorträger, der durch ein Nasspapierherstellungsverfahren hergestellt worden ist, gebildet worden ist und der metallische Katalysator als eine Katalysatorschicht auf den Oberflächen des Katalysatorträgerelement getragen wird, nachdem das Katalysatorträgerelement gebrannt worden ist, ist es möglich, eine hohe Dauerhaltbarkeit gegenüber Schwingungen oder gegenüber einer hohen Temperatur aufzuweisen und während des Gebrauchs das Abschälen der Katalysatorschicht von dem Katalysatorträgerelement zu unterdrücken kann und nach dem Gebrauch den metallischen Katalysator leicht zurückzugewinnen.Since the exhaust gas purification catalytic device according to the present invention comprises a catalyst support member formed of a sheet-like catalyst carrier prepared by a wet paper-making method, and the metallic catalyst is carried as a catalyst layer on the surfaces of the catalyst support member after the catalyst support member has been fired For example, it is possible to have high durability against vibration or high temperature, and to suppress peeling of the catalyst layer from the catalyst support member in use and to easily recover the metallic catalyst after use.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
EINE BEVORZUGTE ART FÜR DIE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGA PREFERRED EMBODIMENT FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.A preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
Die Katalysatorvorrichtung zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung ist eine solche, die verwendet wird, um Abgase, die aus allgemeinen Maschinen wie z. B. aus Motorrädern und tragbaren elektrischen Generatoren usw. ausgestoßen werden, zu reinigen, und sie umfasst ein zylindrisches Katalysatorträgerelement (Katalysatorträger)
Das Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung 1 zur Abgasreinigung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf das Ablaufdiagramm
Zuallererst wird eine wässrige Lösung hergestellt, indem keramische Pulver, vorgegebene Fasern (hitzebeständige Fasern) einschließlich Aluminiumoxid-/Siliziumdioxidfasern, anorganische Bindemittel und ein die Poren steuerndes Mittel usw. in eine vorgegebene Menge an Wasser hinzugegeben werden, um eine Aufschlämmung herzustellen, in der die Zusatzstoffe gleichmäßig verteilt sind (Schritt S1 der Aufschlämmungsherstellung). Dann werden Flocken gebildet, indem Flockungsmittel zu der Aufschwämmung hinzugegeben werden (Schritt S2 der Flockenbildung) und dann wird die folienähnliche (papierähnliche) poröse Struktur (Schritt S3 der Folienherstellung) durch Papierherstellung aus den Flocken geformt.First of all, an aqueous solution is prepared by adding ceramic powders, predetermined fibers (refractory fibers) including alumina / silica fibers, inorganic binders, and a pore-controlling agent, etc. into a predetermined amount of water to prepare a slurry in which the Additives are evenly distributed (step S1 of the slurry production). Then, flakes are formed by adding flocculant to the slurry (step S2 of flocculation), and then the sheet-like (paper-like) porous structure (step S3 of film production) is formed by papermaking from the flocs.
In der vorliegenden Erfindung umfasst das Keramikpulver Aluminiumoxid und das Gewichtsverhältnis der Aluminiumoxid-/Siliziumdioxidfasern zu dem Keramikpulver des Aluminiumoxids, das in dem Katalysatorträgerelement
Gewichtsverhältnis der Aluminiumoxid-Siliziumdioxidfasern/Keramikpulver enthaltendes Aluminiumoxid), ist innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 2,5 festgesetzt.Weight ratio of alumina-silica fibers / alumina containing ceramic powder) is set within a range of 0.2 to 2.5.
Die hitzebeständigen Fasern umfassen amorphe Keramik, die aus den Hauptkomponenten Siliziumdioxid und Aluminiumoxid hergestellt ist und die zu einem folienähnlichen Katalysatorträger P durch das Nasspapierherstellungsverfahren hergestellt ist. Andere hitzebeständige Fasermaterialien, z. B. organische Fasern wie etwa Aramidfasern, können verwendet werden, wenn sie chemisch und physikalisch stabil sind und wenn sie eine hohe Festigkeitsstruktur von verwickelten, verwobenen Fasern in dem Papierherstellungsschritt erhalten können. Außerdem ist es möglich, den papierähnlichen Katalysatorträger P aus Glasfasern oder aus Kohlenstofffasern, die eine hohe Hitzeresistenz und chemisch und physikalisch stabile Eigenschaften durch das Nasspapierherstellungsverfahren aufweisen, herzustellen.The heat-resistant fibers include amorphous ceramics made of the main components of silica and alumina, which are made into a film-like catalyst carrier P by the wet paper-making method. Other heat-resistant fiber materials, e.g. Organic fibers such as aramid fibers can be used if they are chemically and physically stable and if they can obtain a high strength structure of entangled, interwoven fibers in the papermaking step. In addition, it is possible to prepare the paper-like catalyst carrier P from glass fibers or carbon fibers having high heat resistance and chemically and physically stable properties by the wet paper making method.
Das Flockungsmittel zur Bildung der Flocken enthält ein hochmolekulares Flockungsmittel und metallische Kationen und es weist eine starke elektrische Ladung auf. Daher neutralisiert das Flockungsmittel die elektrischen Ladungen in einer wässrigen Lösung von Fasern, die mit einer abtsoßenden Kraft gegenseitig aufeinander einwirken, und zwingt die Fasern, verwickelt zu werden. Das hochmolekulare Flockungsmittel neigt dazu, in die Zwischenräume zwischen den Fasern einzudringen und bewirkt damit, dass die Bindungskraft ansteigt. Andererseits werden Alaun, Aluminiumsulfat usw., die Al3+ Kationen in ihrer wässrigen Lösung enthalten, als metallische Kationen verwendet.The flocculant to form the floc contains a high molecular flocculant and metallic cations and has a strong electrical charge. Therefore, the flocculant neutralizes the electrical charges in an aqueous solution of fibers that interact with each other with a force of impact and forces the fibers to become entangled. The high molecular flocculant tends to penetrate into the interstices between the fibers, causing the bonding force to increase. On the other hand, alum, aluminum sulfate, etc. containing Al 3+ cations in their aqueous solution are used as metallic cations.
Wie in
Der folienähnliche Katalysatorträger P, der durch die Walzenpresse
In dem Herstellungsschritt S5 wird der folienähnliche Katalysatorträger P, der durch die Aufwickelmaschine
Das Honigwabenkatalysatorträgerelement
Dann wird die Oberfläche
Die technischen Vorteile des Honigwabenkatalysatorträgerelements
Das Gewicht der Katalysatorschicht, die auf die Oberfläche des Katalysatorträgerelements der vorliegenden Erfindung aufgetragen worden ist, betrug 1.3572 (g) und das des Katalysatorträgerelements nach dem Stand der Technik betrug 2.0414 (g), was erhalten worden ist durch Berechnen des Gewichts der Katalysatorschicht, indem Differenzen bei dem Gewicht vor und nach der Auftragung der Aufschlämmung und der Wärmebehandlung gemessen worden sind. Dann wurden beide Proben in einem elektrischen Ofen bei 1000°C während einer Dauer von 10 Minuten gehalten und dann daraus herausgenommen und auf Raumtemperatur abgekühlt.The weight of the catalyst layer coated on the surface of the catalyst support member of the present invention was 1.3572 (g) and that of the prior art catalyst support member was 2.0414 (g), which was obtained by calculating the weight of the catalyst layer by Differences in the weight before and after the application of the slurry and the heat treatment have been measured. Then both samples were kept in an electric oven at 1000 ° C for a period of 10 minutes and then taken out therefrom and cooled to room temperature.
Dann wurde der Abschälungstest durchgeführt, indem beide Proben in einen Wassertank eines Ultraschallvibrators (180 W, 42 Hz) eingetaucht wurden und sie in dem Wassertank unter Anwendung von Ultraschallschwingungen gehalten wurden. Dieser Abschälungstest wurde 5-mal wiederholt und der Abschälungsanteil der Katalysatorschicht wurde aus der Gewichtsveränderung vor und nach den Abschälungstests berechnet. Wie in
Da die metallische Katalysatorschicht auf rauen Oberflächen des Katalysatorträgerelements
Da außerdem das Katalysatorträgerelement
Da das Katalysatorträgerelement
Die vorliegende Erfindung ist mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden. Beim Lesen und Verstehen der vorstehenden detaillierten Beschreibung werden dem Durchschnittsfachmann Modifikationen und Änderungen offensichtlich vorkommen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung dahingehend ausgelegt werden soll, dass alle diese Modifikationen und Änderungen insoweit mit eingeschlossen sein sollen, wie sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche oder der Äquivalente derselben liegen. Zum Beispiel können die Edelmetalle, die in dem Schritt S7 zum Auftragen des metallischen Katalysators getragen werden sollen, andere Katalysatormetalle als Platin, Rhodium und Palladium sein. Außerdem kann der folienähnliche Katalysatorträger P aus anderen Materialien hergestellt sein als aus Keramikpulver und Aluminiumoxid-/Siliziumdioxidfasern und andere Keramikpulver als Aluminiumoxid können verwendet werden. Außerdem kann das Gewichtsverhältnis der Aluminiumoxid-/Siliziumdioxidfasern zu dem Keramikpulver des Aluminiumoxids, das in dem Katalysatorträgerelement
ANWENDBARKEIT IN DER INDUSTRIEAPPLICABILITY IN INDUSTRY
Die vorliegende Erfindung kann auf andere Typen einer Vorrichtung zur Abgasreinigung als die für ein Fahrzeug angewendet werden, so lange die Vorrichtung aus der folienähnlichen Katalysatorstruktur hergestellt ist, auf deren Oberflächen ein metallischer Kondensator getragen wird durch Bildung der Katalysatorschicht, nachdem die folienähnliche Katalysatorstruktur, die durch das Nasspapierherstellungsverfahren hergestellt worden ist,The present invention can be applied to other types of exhaust purification apparatus than those for a vehicle as long as the apparatus is made of the sheet-like catalyst structure on the surfaces of which a metallic capacitor is supported by forming the catalyst layer after the sheet-like catalyst structure formed by the wet papermaking process has been produced,
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- KatalysatorträgerelementCatalyst support element
- 22
- Tanktank
- 33
- Rundsiebzylindercylinder mold
- 44
- Tanktank
- 55
- Walzenpresseroll press
- 66
- Trocknungsmaschinedrying machine
- 77
- Aufwickelmaschinerewinder
- PP
- folienähnlicher Katalysatorträgerfoil-like catalyst support
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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