DE19627609A1

DE19627609A1 - Katalysator für die Abluftreinigung

Info

Publication number: DE19627609A1
Application number: DE19627609A
Authority: DE
Inventors: Johann Schaeffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-15
Also published as: DE59706729D1; EP0818614B1; ATE215177T1; EP0818614A1; ES2172716T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator für die Abluft reinigung, bestehend aus einem mindestens einteiligen, katalytisch wirkenden, eine sogenannte Wabe bildenden Ke ramikkörper, dessen katalytisch wirkende Fläche aus einer Vielzahl von den Keramikkörper durchgreifenden Durch strömbohrungen gebildet ist.

Bei der Abgasreinigung werden luftfremde aber gasförmige, organische Stoffe (vornehmlich sog. Kohlenwasserstoffe) durch Verbrennung in natürlich vorhandenes Kohlendioxid und Wasserdampf überführt. Neben der Verbrennung in der Flamme ist die sog. flammlose Oxidation an einem Kataly sator eine weitverbreitete Technik. Bei den dafür verwen deten Katalysatoren handelt es sich um sog. Edelmetallka talysatoren auf metallischem oder keramischem Träger. Von Letzterem wird nachfolgend ausgegangen.

Die katalytische Reaktion ist von mehreren Komponenten und Bedingungen abhängig. Ausgehend von den bekannten Be dingungen ist letztlich das "Anspringen" der Oxidation nur noch von der sogenannten "Zündtemperatur" abhängig. Für jeden Einzelstoff und rezepturabhängig hergestellten Katalysator ergibt sich eine ganz bestimmte Zündtempera tur, die die Reaktion in Gang setzt. Wesentlich ist dabei allein, daß sich die Zündtemperatur an der Katalysa toroberfläche dort einstellt, wo die eigentliche kataly tische Oxidation stattfinden soll.

Soweit bekannt, gehen die technischen und praktischen An wendungsfälle immer davon aus, daß die allgemeinen Be triebszustände so liegen, daß die Abgase mindestens in der Startphase mit einer Temperatur unterhalb der Zünd temperatur für die katalytische Reaktion geliefert wer den. Mit einer Zusatzheizung wird dieses Defizit ausge glichen, d. h., die Temperatur des zu reinigenden Abluft stromes wird auf die katalytisch erforderliche Zündtempe ratur gebracht, was, soweit bekannt, bislang und in rela tiv aufwendiger Weise einen Ablufterhitzer erforderte, wobei zu berücksichtigen ist, daß physikalisch technisch maximale Wärmestromdichten nicht überschritten werden können, und daß aufgrund der spezifischen Wärmekapazitä ten bestimmte Aufheizzeiten nicht weiter verkürzt werden können. Gestaltung und Gesamtmasse des Lufterhitzers be stimmen diese Zeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Katalysatoren der eingangs genannten Art und für den Zweck der Abluft reinigung dahingehend zu verbessern und auszugestalten, daß dieser ohne den Aufwand einer Abluftvorheizung aus kommt.

Gelöst ist diese Aufgabe mit einem Katalysator der ein gangs genannten Art nach der Erfindung dadurch, daß im Keramikkörper ein elektrischer Heizleiterwiderstand für die Heizung des Keramikkörpers auf katalytische "Zündtemperatur" im Bereich dessen katalytisch wirksamen im wesentlichen Gesamtoberfläche eingebunden ist.

Durch diese Lösung ist also der Umweg über eine Abluft bzw. Abgasvorheizung und die dafür erforderliche Gerät schaft vermieden, d. h., die erforderliche Heizenergie wird dem Katalysator direkt zugeführt, was außerdem mit einem vergleichweise wesentlich schnelleren "Anspringen" des Katalysators verbunden ist. Verwendet werden können dabei ohne Veränderung bspw. handelsübliche Platin-Kata lysatoren auf Keramikbasis, die zudem für den Heizleiter widerstand einen elektrischen Isolator darstellen.

Neben den verfahrenstechnischen Auswahlkriterien für einen Katalysator ist dessen Bemessung von zwei Kenngrö ßen abhängig, nämlich der linearen Anströmgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit im Katalysator. Daraus ermitteln sich die Abmessungen Anströmfläche und Durchströmtiefe. Im Umkehrschluß ist mit einer bestehenden Wabe bestimmter Tiefe ein spezifischer Abgasstrom zu behandeln. Das er forderliche Gesamtkatalysatorvolumen für einen indivi duellen Gasstrom ist dann als Quotient aus Abgas -Volumen strom und spezifischer Abgasstrom pro Wabe definiert. Dieser spezifische Abgasstrom benötigt bezogen auf seine Lieferbedingungen eine spezifische Zusatzheizung. Wenn diese Heizung jedem Wabenelement zugeordnet und verbaut wird, ergibt sich damit die universale Möglichkeit, mit dem konventionell dimensionierten Katalysatorvolumen auch gleich die äquivalente max. zu installierende Zusatzhei zung dimensioniert zu haben.

Beispiel

Eine Wabe der Abmessung ⌀ 80 mm mit einer entsprechenden Vielzahl von Durchströmbohrungen ⌀ 2,3 mm und einer Wa benhöhe von 90 mm ist für die Beaufschlagung von bis zu 3,0 Nm³/h geeignet. Diese Luft- bzw. Abgasmenge ist im äußersten Fall von Umgebungstemperatur 20°C auf katalyti sche Reaktionstemperatur 500°C aufzuheizen. Dafür werden netto 500 Watt benötigt. 10 Stück solcher Waben in Paral lelschaltung sind somit für 30 Nm³/h geeignet. Die dafür erforderliche und installierte Leistung beträgt gesamt 5,0 KW. Die zu installierende Heizleistung pro Wabe wird auch von der gewünschten Aufheizzeit bestimmt, d. h. für eine gewünschte kurze Aufheizzeit muß deshalb unter Um ständen eine angemessene Reserve installiert werden.

Der wabenspezifische Heizleiterwiderstand wird mit einer offenen Heizwendel, die in die Struktur der Wabe verwirkt ist, eingebracht, wobei die keramische Wabe als Isolator für den Heizleiterwiderstand dient. Ausgehend von der zu installierenden Heizleistung pro Wabe und dem verwendeten spezifischen Heizleiterdraht (Legierung und Durchmesser) ergibt sich die Heizschleifenlänge. Diese Drahtlänge ist mäanderförmig in die Wabe einzubringen, d. h., die gesamte Heizleiterwiderstandslänge müßte in die in der Wabe vor handenen Durchströmbohrungen eingefädelt werden, was zwar möglich, aber umständlich und entsprechend kostenträchtig wäre. Eine diesbezüglich vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Katalysators besteht deshalb darin, daß der Heizleiterwiderstand in Form einer Vielzahl von u-förmigen Heizleiterteilstücken ausgebildet ist, die im wesentlichen gleichmäßig über den Querschnitt des Kera mikkörpers verteilt mit ihren Schenkeln die Durchström bohrungen durchgreifen, wobei die aus dem Keramikkörper auf der anderen Seite herausragenden Enden der Schenkel mit den Enden der Schenkel jeweils benachbarter Heizlei terstücke zum einsträngigen Heizleiterwiderstand verbun den sind.

Der erfindungsgemäße Katalysator wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispie les näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 perspektivisch den Katalysator mit dem einge bauten Heizleiterwiderstand;

Fig. 2 den Katalysator gemäß Fig. 1 in Ansicht in Pfeilrichtung A;

Fig. 3 in Seitenansicht ein Heizleiterteilstück;

Fig. 4 schematisch den aus den Heizleiterteilstücken gemäß Fig. 3 zusammengefügten gesamten Heizlei terwiderstand und

Fig. 5 schematisch die Verwendung des Katalysators in einem Abluftreinigungssystem.

Der Katalysator für die Abluftreinigung besteht in be kannter Weise aus einem mindestens einteiligen, kataly tisch wirkenden Keramikkörper 1, dessen katalytisch wir kende Fläche aus einer Vielzahl von den Keramikkörper durchgreifenden Durchströmbohrungen 3 gebildet ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind dabei solche, auch als Kata lysatorwabe bezeichnete Keramikkörper 1 in der Regel aus mehreren Scheiben 1′ gebildet.

Für einen solchen Katalysator ist nun wesentlich, daß im Keramikkörper 1 ein elektrischer Heizleiterwiderstand 2 für die Heizung des Keramikkörpers auf katalytische "Zündtemperatur" im Bereich dessen katalytisch wirkender im wesentlichen Gesamtoberfläche eingebunden ist. Beim etwa im Maßstab 1 : 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Keramikkörpers wären, orientiert an den einleitend vorer wähnten Maßgaben ca. 11 m Heizleiterwiderstand 2 in diese Katalysatorwabe einzubinden, die etwa 450 Durchströmboh rungen 3 aufweist. Dies wird in bevorzugter Ausführungs form unter zusätzlichem Verweis auf die Fig. 2 bis 4 da durch bewältigt, daß der Heizleiterwiderstand 2 in Form einer Vielzahl von u-förmigen Heizleiterteilstücken 2′ (Fig. 3) ausgebildet ist, die im wesentlichen gleichmäßig über den Querschnitt des Keramikkörpers 1 (Fig. 2) ver teilt mit ihren Schenkeln 4 die Durchströmbohrungen 3 durchgreifen, wobei die aus dem Keramikkörper 1 auf der anderen Seite herausragenden Enden 4′ der Schenkel 4 mit den Enden 4′ der Schenkel 4 jeweils benachbarter Heizlei terstücke 2′ zum einsträngigen Heizleiterwiderstand 2 (Fig. 4) verbunden sind. Die Basisstücke 4′′ der Heizlei terteilstücke 2′ stellen sich dabei, gleichmäßig über den Querschnitt des Keramikkörpers verteilt und wie in Fig. 2 verdeutlicht, dar.

Diese Art der Einbindung ist, wie ohne weiteres vorstell bar, einer automatischen Fertigung zugänglich, und zwar was sowohl den Einschub der u-förmigen Heizleiterteil stücke 2′ betrifft als auch deren Schweißverbindung an den auf der anderen Seite herausragenden Enden 4′ der Heizleiterteilstücke 2′.

Da der Katalysator mit hoher Temperatur betrieben werden muß, ist dessen Verwendung vorteilhaft in einem Gesamtsy stem gemäß Fig. 5 vorgesehen, d. h., dieser ist in einem Abluft- bzw. Abgasförderrohr 5 angeordnet, in dem dem Ke ramikkörper 1 ein Frischluftinjektor 6 nachgeschaltet ist, der die zu reinigende Abluft durch den Katalysator saugt.

Claims

1. Katalysator für die Abluftreinigung, bestehend aus einem mindestens einteiligen, katalytisch wirkenden, eine sogenannte Wabe bildenden Keramikkörper (1), dessen katalytisch wirkende Fläche aus einer Viel zahl von den Keramikkörper durchgreifenden Durch strömbohrungen (3) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Keramikkörper (1) ein elektrischer Heizlei terwiderstand (2) für die Heizung des Keramikkörpers auf katalytische "Zündtemperatur" im Bereich dessen katalytisch wirkender im wesentlichen Gesamtoberflä che eingebunden ist.

2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiterwiderstand (2) in Form einer Viel zahl von u-förmigen Heizleiterteilstücken (2′) aus gebildet ist, die im wesentlichen gleichmäßig über den Querschnitt des Keramikkörpers (1) verteilt mit ihren Schenkeln (4) die Durchströmbohrungen (3) durchgreifen, wobei die aus dem Keramikkörper (1) auf der anderen Seite herausragenden Enden (4′) je weils benachbarter Heizleiterstücke (2′) zum ein strängigen Heizleiterwiderstand (2) verbunden sind.

3. Verwendung des Katalysators nach Anspruch 1 oder 2, in einem Abluft- bzw. Abgasförderrohr (5), in dem dem Keramikkörper (1) ein Frischluftinjektor (6) nachgeschaltet ist.