DE2226608A1 - Katalysatormaterial für die Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Katalysatormaterial für die Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number
DE2226608A1
DE2226608A1 DE19722226608 DE2226608A DE2226608A1 DE 2226608 A1 DE2226608 A1 DE 2226608A1 DE 19722226608 DE19722226608 DE 19722226608 DE 2226608 A DE2226608 A DE 2226608A DE 2226608 A1 DE2226608 A1 DE 2226608A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
expanded metal
layers
catalyst structure
structure according
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19722226608
Other languages
English (en)
Inventor
Robert J. Westlake; Ogden Cameron S. Hudson; Ohio Fedor (V.St.A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gould Inc
Original Assignee
Gould Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gould Inc filed Critical Gould Inc
Publication of DE2226608A1 publication Critical patent/DE2226608A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/945Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9413Processes characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9431Processes characterised by a specific device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/9454Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/85Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/86Chromium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/85Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/86Chromium
    • B01J23/866Nickel and chromium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215Coating
    • B01J37/0225Coating of metal substrates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807Metal other than sintered metal
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2842Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for monolithic supports, e.g. of honeycomb type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/2073Manganese
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20738Iron
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20746Cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20753Nickel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20761Copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/902Multilayered catalyst
    • B01D2255/9027More than three layers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/02Metallic plates or honeycombs, e.g. superposed or rolled-up corrugated or otherwise deformed sheet metal
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/24Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by bolts, screws, rivets or the like
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

Katalysatormaterial für die Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein .Katalysatormaterial für die Entgiftung von Abgasen aus Automobilen oder anderen Anlagen mit Verbrennungskraftmaschinen hinsichtlich des Gehaltes an Stickoxiden. Dieses Katalysatormaterial ist aufgebaut aus einer Vielzahl von Streckmetallagen,von denen zumindest die eine einige Öffnungen enthält, die eine andere Größe besitzen als zumindest einige Öffnungen der anliegenden Streckmetalllagen.
Die Erfindung geht aus von Abgas- Reinigungs- und Entgiftungsvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen, wobei die Stickoxide (die zu der Bezeichnung ΪΓΟ zusammengefaßt werden) , weitgehend eliminiert werden sollen. Die erfindungsgemäßen Katalysatormaterialien eignen sich für die Verringerung des Gehaltes an Stickoxiden bei Temperaturen von zumindest rund 60O0C. -2-
20985 1 /0844
U-41 475
Bekanntlich enthalten die Abgase aus Verbrennungskraftmaschinen teils harmlose, teils gefährliche Gase wie Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und die Oxide von Stickstoff. Es wurden schon die verschiedensten Untersuchungen angeführt, um mit Hilfe eines metallurgischen Systems die Entfernung von Kohlenmonoxid und nicht abgebrannten Kohlenwasserstoffen durch thermische oder katalytische Oxidation zu erreichen. Die Eliminierung oder Verminderung des Anteils an Stickoxiden erfolgt durch katalytische Reduktion.Naeh den derzeitigen Vorschriften muß zumindest 90 $ des Stickoxidgehaltes der Abgase entfernt werden. Die bisher dafür herangezogenen Katalysatormaterialien waren als Sattelkörper ausgebildet oder stellten die metallische katalytisch v/irksame Substanz auf keramischem Trägermaterial dar.
Es wurden schon eine ganze Reihe von Katalysatoren bekannt, die zumindest theoretisch für die Reduzierung der Stickoxide zu harmlosen Substanzen in der Lage sind. Jedoch gibt es keine Hinweise, wie die verschiedenen Katalysatoren zur Anwendung gebracht werden sollen und eine ausreichende Lebensdauer erreichen können. Es kann angenommen werden, daß zumindest teilweise das Fehlen solcher Angaben auf den strukturellen Eigenschaften dieser metallurgischen Systeme, insbesondere der geometrischen Konfiguration beruhen.
In einem nicht vorveröffentlichten Aufsatz sind verschiedene Katalysatorsturkturen und die damit auftretenden Probleme abgehandelt (Society of Automotive Engineers, 11 Juli 1971» "N0v Reduction Catalyst for Vehicle Emission Control" SAE, paper No. 710291). Diese Untersuchungen basieren im wesentlichen auf Drahtnetzai aus Kupfer oder korrosionsbeständigem Stahl. Y/eitere Versuche (US-PS 3 565 574 und GB-PS 1 058 706) gehen nun dahin,keramische Trägermaterialien mit zur Stickoxidreduktion geeigneten Katalysatorsubstanzen zu bedecken.
209851/08A4
1A-41 475
Ein v/es ent lieber Nachteil dieser bekannten Katalysatorsturkturen liegt in dem relativ geringen Verhältnis zwischen wirksamer Oberfläche und Masse. Daher ist es folglich auch erforderlich, eine relativ lange Zeit anzuwenden, um diese Katalysatorstrukturen auf Betriebstemperatur zu bringen. Während dieser Aufheizzeit entweichen jedoch die beim Verbrennungsprozeß gebildeten Stickoxide. Darüberhinaus kann man ganz allgemein feststellen, daß die Wirksamkeit hinsichtlich der Stickoxidreduktion um so größer ist, je größer die Fläche der katalytisch wirksamen Substanz ist. Demzufolge werden Strukturen, die ein niederes. Verhältnis Fläche zu Masse besitzen, nicht so wirksam sein als sie sein könnten bei einem entsprechend höheren Verhältnis.
Versuche zur Vergrößerung der Oberfläche derartiger Sturkturen führten bisher immer zu einer größeren katalytischen Masse und folglich zu einer verlängerten Aufheizzeit und damit verringerter Katalysatorwirksamkeit. Die Einbringung größerer Massen innerhalb des Abgasstromes sind wegen der nachteiligen Beeinflußung der Gasströmung nicht wünschenswert. Außerdem bildet sich ein Rückstau aus,der seinerseits wieder den Motorbetrieb nachteilig beeinflußt. ,,
Nach der Erfindung gelingt nun die Überwindung dieser Probleme und eine wirksame dauerhafte Entfernung der Stickoxide während langer Arbeitszeit bei hoher Wirksamkeit und sehr geringem Rückstau der Gase. Bei den erfindungsgemäßen Produkten ist das Verhältnis Fläche zu Masse sehr hoch.
Die erfindungsgemäßen Katalysatormaterialien werden in einem Gehäuse untergebracht, welches von den Abgasen'durchströmt wird, l-as Katalysatormaterial ist aufgebaut aus einer durchbrochenen,, ^.nnen Metallfolie eines zur Reduktion der Stick-
ox? ie katalytisch, v/irksamen Materials. Fach einer bevorzugten iusfiihrungsform der erfindungsgemäßen Katalysatormaterialien
209851/08 4 4
1A-41 475
liegt das Verhältnis Fläche zu Masse in der Größenordnung von etwa 13 bis 104 cm /g (2 bis 16 sq.in/g). Diese Fläche ist ermittelt nur anhand der Lineardimension, d.h. es werden davon nicht umfaßt zusätzliche Oberflächenbereiche durch Erhebungen oder Vertiefungen in dem folienartigen Materialiwie man sie durch eine Oberflächenbehandlung erreichen kann, z.B. durch Aufrauhen der Blechoberfläche. Es ist offensichtlich, daß bei einem so großen Verhältnis das Aufheizen schnell erfolgt, die Wirksamkeit hoch ist und der Rückstau minimal.
Bei der Folie kann es sich vorzugsweise um ein Streckmetall handeln, um ein weitmaschiges Gefüge zu erreichen, welches aufgewickelt ist zu einer viellagigen Helixwicklung. Darüber können Teile des Materials zwischen den Öffnungen in dem Streckmetall gegenüber der Hauptebene der Folie verdreht und/oder geneigt sein. Wird das ganze also zu einer mehrlagigen Struktur zusammengefügt, so muß das Gas in einem extrem gewundenen Pfad mit vielen Umlenkungen und Stoßstellen an und gegen die Katalysatorflächen durchfließen, wodurch der Wascheffekt besonders hoch wird. Die Struktur kann eine Dichte im Bereich von nur 2 bis 12 9^ eines äquivalenten Feststoffvolumens des folienförmigen Bereichs ausmachen. Bei der Metallfolie muß es sich natürlich um einen Werkstoff handeln, der besonders gute Korrosionsbeständigkeit und Warmfestigkeit aufweist, z.B. ein korrosionsbeständiges Metallblech als Trägermaterial und darauf als Katalysator für die Reduktion der Stickoxide metallurgisch gebunden Eisen, Nickel, Kobalt, Kupfer und/oder Mangan. In gleichzeitigen Anmeldungen sind weitere Arten unter-r schiedlicher Trägermaterialien und Katalysatormaterialien vorgeschlagen, wie Katalysatoren auf der Basis von Nickel oder Kobalt, selbsttragende Katalysatoren, Katalysatorsturkturen auf der Basis eines chrom- oder aluminiumhaltigen
208851/08U
U-41 475 - 5 -
Eisenwerkstoffs.
Die erfindungsgemäße Katalysatorstruktur kann z.B. hergestellt werden durch Aufrollen eines Streckmetalls uia einen Dorn mit kleinem Durchmesser. Die Katalysatorstruktur feann aber auch eine hohle enggewickelte Spule sein, die. sich in einem Gehäuse befindet und die von dem Gasstrom radial durchdrungen wird. Bei beiden Ausführungsformen erhält man einen sehr vielfältigen und verschlungenen Gasweg.
Es ist jedoch auch möglich, das Gehäuse mit einzelnen getrennten lagen dicht zu packen. Die Katalysatorstruktur sollte unabhängig von ihrer jeweiligen Form zweckmäßigerweise den Querschnitt des Gehäuses vollständig erfüllen, so daß der Hauptanteil des durch das Gehäuse streichenden Gases durch den Katalysator dringen muß.
Untersuchungen ergaben, daß die erfindungsgemäßen Katalysatorstrukturen wesentliche Vorteile gegenüber üblichen, v/ie gitterartigen oder in der Art von Sattelkörpern^aufweisen. Es ist möglich, daß diese Vorteile zumindest teilweise darauf beruhen, daß ein Streckmetall angewandt wird, daß ein Verhältnis geringer Masse su hoher Oberfläche vorliegt, und daß die öffnungen in dem Folienmaterial von scharfen bzw. schrägen Kanten begrenzt werden, wodurch die Berührung zwischen Gas und Metall vergrößert wird.
Aus den Figuren erkennt man das rautenförmige Muster des Streckmetalls, bei dem der Hauptanteil der Fläche in einem N Winkel zu der Ebene des Streckmetalls steht und die einzelnen Stege zueinander in einem Winkel angeordnet sind. Diese Art der Struktur in Zusammenwirkung mit der vergrößerten Oberfläche scheint die geeignete Umgebung für das Gas zu sein,daß also eine gute Viechseiwirkung zwischen den Gasen und dem metallurgischen System gewährleistet wird.
'2 09861-/0844
U-41 475
Bei der Herstellung der erffndungsgemäßen Katalysatorstrukturen ist darauf zu achten, daß möglichst geringe
aas
Wahrscheinlichkeit "besteht, daß/übereinander angeordnete Streckmetall ineinander oder aufeinander gelangt, wodurch offensichtlich die Katalysatorwirksamkeit verringert würde. Der geeignete Abstand zwischen den Schichten kann durch verschiedene Methoden erreicht werden. Ein Möglichkeit ist, zumindest zwei mit katalytisch wirksamer Substanz überzogene Streckmetalle unterschiedlicher Öffnungsgrößen, wobei die Öffnungen im allgemeinen rautenförmig sind, anzuwenden. Man kann zwei Bleche aufeinanderlegen und diese dann zu Streckmetallen der gewünschten Konfiguration, z.B. als Helixwicklungen,verarbeiten. Dadurch wird der Betrieb der Katalysatorstruktur verbessert, ob er nun in Form einer Helixwiiklung, auf einander gestapelter Lagen oder dergleichen vorliegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, um ein Überdecken oder Ineinandergreifen zu vermeiden, die katalytischen Streckmetalle so anzuordnen, daß Öffnungen unterschiedlicher Größe zur Wirkung gelangen. Dies geschieht z.B. dadurch, daß man eine Zugspannung zwischen die entfernten Enden eines gleichmäßigen Streckmetalls anlegt, wodurch die Stege, die.die öffnungen be-
werfen sich grenzen, ungleichmäßig gestreckt/und/cTamit unterschiedlich große Öffnungen bilden. Aus diesem Streckmetall kann man nun die gewünschte Form oder Konfiguration bilden, z.B. eine Helixwjdclung oder einen Stapel von aufeinander gelegten Lagen.
Wie erwähnt, ist das Hauptziel der Erfindung eine verbesserte Katalysatorstruktur für hohe Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit bei geringem Gasrückstau zu liefern. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren zeichnen sich durch lange Arbeitsfähigkeit bei hohen Temperaturen aus ohne Absinken der Wirksamkeit oder Zunahme des Rückstaudrucks.
209851/08U
' u-41 475
Die Erfindung wird an den Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Katalysatoreinheit zur Verringerung der Stickoxidanteile, - · Fi.g 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2;
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer Anlage, die ähnlich der Fig. 2, jedoch mit gewissen Abwandlungen, ist; Fig. 4 zeigt einen Querschnitt nach 4-4 der in Fig. 3 gezeigten Anlage;
Fig. 5 zeigt eine Explosionsansicht einer besonderen Ausge-" staltungsform der Kätalysatorlagen; *
Fig. 6 zeigt ein Streckmetall in Detailansicht; Fig. 7 einen Querschnitt nach 7-7 der Fig. 6 des Streckmetalls; Fig. 8 zeigt eine Detaildraufsicht auf zwei übereinander liegende Streckmetalle,wobei das untere Heinere Öffnungen hat als das obere;
Fig. 9 schließlich zeigt eine Draufsicht auf ein Streckmetall, das so verzerrt ist,' daß sich Öffnungen unterschiedlicher Größe gebildet haben.
In den Fig. 1, 2 sind Abgas-Entgiftungsanlagen zur Reduzierung des Stickoxidanteiis gezeigt. Sie sind aufgebaut aus einem Gehäuse TO, welches in das Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine montiert werden kann. Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich die Katalysatorstruktur 12, die nach der dort . gezeigten Ausführungsform das ganze Gehäuse erfüllt, so daß praktisch das gesamte Gas durch die Katalysatorstruktur entweichen muß. ■
Die konstruktive Ausgestaltung des Gehäuses 10 und die Montagedetails oder dergleichen sind für die Erfindung nicht wesentlich und können daher je nach Wunsche variiert werden. Bei der hier gezeigten Form handelt es sich um zwei glockenförmige Teile 14, 16, die an ihren Flanschen 18, 20 über Schrauben, Bolzen oder
209851/0844
1A-41 47b - 8 - -
dergleichen verbunden sein können. Die Glockenteile 14» 16 weisen für den Ein- und Austritt des Abgases Öffnungen 22 bzw. 24 auf. An diese können die Abgasleitungen eines üblichen Systems aus einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen werden. Der Werkstoff, aus dem das Gehäuse besteht, kann sehr unterschiedlich sein. Er muß nur die nötige Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen die Arbeitsbedingungen und Temperaturen aufweisen, d.h. bis etwa 600 bis 9250C beständig sein.
Die erfindungsgemäße Katalysatorstruktur 12 ist aufgebaut aus einem dünnen durchbrochenen Metallblech, welches relativ dicht gepackt ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform handelt es sich um ein Streckmetall 25, welches enge, um einen dünnen Stahldorn 26 aufgewickelt ist. Das ganze paßt eng in das Gehäuse 10. Die geometrische Form der Folie, der Dornoberfläche und der Gehäuseinnenfläche sollten derart sein, daß ein direkter Gasdurohgang-ohne durch die Katalysatorstruktur zu strömen-vermieden ist.
In den Fig. 6, 7 ist ein bevorzugt angewendetes Streckmetall für die Katalysatorlage 25 gezeigt. Es weist eng benachbarte Öffnungen 28 auf, die durch schmale gasundurchlässige Stege 50 begrenzt sind. Wie aus .der Fig. 7 deutlich hervorgeht, sind die Stegteile 29 zwischen den einzelnen Reihen der Öffnungen vorzugsweise zur Hauptebene der Lagen geneigt oder verdreht. Ein solches Streckmetall kann hergestellt werden, indem ein Metallblech geschlitzt und dann durch Zugspannung aufgezogen wird, und zwar im wesentlichen senkrecht zu der Schlitzrichtung. Dabei bildet sich eine Konfiguration im Sinne der Fig. 7 aus.
Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung soll das Streckmetall eine Stärke von vorzugsweise zwischen etwa 25 und 250/um aufweisen und das Verhältnis Fläche zu Masse zwischen etwa und 13 cm /g liegen. Dieses Verhältnis ist nur bestimmt anhand der Lineardimensionen. Weitere Flächen können erhalten werden durch übliche subtraktive, additive oder aufrauhende Ober- -
209851/0844
1A-41- 475
— 9 — -
flächen.
Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht ^ist das Streckmetall 25 eng aufgewickelt auf dem Dorn 26, wobei der Durchmesser der Wicklungen ständig zunimmt. Bei dieser Art der Anbringung ist der Anteil an freiem Raum sehr groß und das Gewicht dieser ganzen Packung entspricht etwa 2 bis 12 $> der wahren massiven Dichte bzw. dem Volumen des Metallstaus dem das Streckmetall besteht. Hier gibt es Variationsmöglichkeiten hinsichtlich des angewandten Streckmetalls und dessen Parameter. Zum Vergleich kann jedoch gesagt werden, daß eine derartige Struktur etwa 1/10 der Masse besitzt als die bisher angewandten Sattelkörper in Schüttung. Dadurch wird auch die Aufheizgeschwindigkeit um einen Faktor von 4 erhoht-r
Durch die Art der Folie und des Aufwickeins sind die Öffnungen 28 in der Lage gegenüber den benachbarten Lagen regellos angeordnet. Das Gas muß also bei seinem Durchgang einen vielfach umgelenkten Pfad passieren, wobei dauernd die Strömungsrichtung geändert wird, so daß es zu einer ununterbrochenen Berührung der Gasmoleküle mit der katalytisch wirksamen Oberfläche kommt. Andererseits ist jedoch infolge des hohen Anteils an freiem Raum und der relativ geringen Dichtedieser ganzen Anordnung der Rückstau des Abgases relativ gering.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind die Kanten der Streckmetalle durch Lochplatten 31 geschützt, die z.B. auf dem Dorn 26 aufgekeilt sein können. Sie dienen dazu, ein Ausbrechen der Streckmetalle an den Randbereichen während der Handhabung und Verfrachtung oder dergleichen zu verhindern. Auch könnten unter bestimmten Arbeitsbedingungen diese Endbereiche, wenn die Platten fehlen würden, "beschädigt werden. .·■ ■ .-χ··- ■ - 10 -
209851/0844
U-41 475 - 10 -
Die Lagen selbst können aus den unterschiedlichsten Werkstoffen, wie Metallen und/oder Legierungen bestehen. In einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung v/erden nähere Angaben über die verschiedenen Werkstoffe und deren Kombination gemacht. Zumindest der Hauptteil der Oberfläche sollte jedoch katalytisch wirksam zur Reduktion der Stickoxide sein.
Pig· 3 zeigt eine etwas andere Ausführungsform nach der Erfindung. Das Gehäuse entspricht in etwa dem der Fig. 1 und 2, so daß hier auch für diese Teile die gleichen Bezugszeichen angewandt werden. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Pig. 1 liegt jedoch in dem Glockenteil 14*, der hier langer ist als der Glockenteil 16*. Auch hat der Glockenteil H1 innen eine Schulter 15.
Das Streckmetall 25 ist hier spiralig aufgewickelt um einen freien Innendurchmesser 3o, der in etwa gleich ist der lichten Weite der Abgaszuleitung 22JDer Aussendurchmesser der V/icklung ist etv/as geringer als die lichte Weite des Gehäuses. Auf diese Weise erhält man einen freien Raum 31 rund um die Wicklung. An der Stirnseite der Wicklung innerhalb des . Gehäuses befindet sich eine Umlenkplatte 33, die in dem Gehäuse so fixiert ist, daß sie den Gasstrom über die Kanten nicht wesentlich beeinträchtigt, jedoch einen axialen Durchtritt des Gases durch die Katalysatormasse bewirkt. Bei dieser Ausführungsform durchdringt das Abgas in radialer Richtung die Katalysatormasse, wie dies in Fig. 4 noch deutlicher gezeigt ist.
In Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Katalysatorstruktur gezeigt. Diese besteht aus einer Vielzahl von Scheiben 34 aus dem Streckmetall 25· Sie sind dicht aufeinander gestapelt und gegeneinander ausgerichtet. Die öffnungen 28 jeder Scheibe sind gegenüber den benachbarten Scheiben vorzugsweise regellos angeordnet. Der Gasdurchtritt erfolgt -
209851/0844
• 1A-41 475 - 11 -
im Sinne des Pfeils, also axial durch die ganze Masse. Diese Anordnung der Streckmetalle kann jedoch, auch angewandt werden in Konstruktionen, wo der Gasdurchtritt entlang der Durchmesser stattfindet. -
Die gesamt benötigte Oberfläche'für eine bestimmte Anlage hängt natürlich von dem jeweils angewandten Katalysator selbst und der Stickoxidmenge im Abgas, dem Gasvolumen und verschiedenen Arbeitsbedingungen des Motors ab. In jedem Pail kann jedoch gesagt werden, daß die Masse an Katalysatorstruktur, die für die Bereitstellung der erforderlichen katalytisch wirksamen Oberfläche erforderlich ist^ gegenüber den bekannten Katalysatorstrukturen wesentlich-verringert werden konnte.
Pig. 8 zeigt eine Streekmetallanordnung und zwar die Lage 50 mit den Öffnungen 52, die aufliegt auf der Lage 54. Die Lage 54 hat wesentlich kleinere Öffnungen 56 als die in der Lage Dieses doppellagig© Material kann dann in die gewünschte Form gebracht werden, z.B.. aufgewickelt, wobei sich jedoch die Stege 58 der Lage 50 licht verhaken sollen oder überdecken sollen Sie Stege 60 der Lage 54. Es wird also dem durchtretenden Abgas eine größere katalytisch wirksame Fläche dargeboten, woduröh auch die Katalysatorwirksamkeit steigt.
Pig. 9 zeigt ein Streckmetall 70, welches so aufgezogen ist, daß unterschiedliche Öffnungsgrößen vorliegen, und zwar sind die Öffnungen 72 größer hinsichtlich .ihrer Breite zwischen den Punkten 74 gegenüber den Öffnungen 76 zwischen Punkten Dies erreicht man durch Anlegung von Zugkraft auf das Streckmetall. Wenn ein solches Metall in die gewünschte Form gebracht wird, z.B. aufgewickelt wird, so daß die weiter aussen liegenden Wicklungen größer sind, so haken die aufeinander liegenden Lagen nicht ineinander ein oder überdecken sich nicht direkt. Die den Abgasen gebotene katalytisch wirksame Fläche ist daher größer und damit auch die Katalysatorwirksamkeit als ganze besser«
: -12-
209851/0844
1A-41 475
- 12 -
Auch im Hinblick auf die Ausführungsformen nach den Fig. 8 und 9 ist offensichtlich,daß zur Erreichung gleicher Ergebnisse die verschiedensten Möglichkeiten bestehen. So kann man z.B. 3 oder mehrere Lagen von Streckmetall unterschiedlicher Öffnungsgröße aufeinander schichten und so die gewünschte Katalysator-Struktur aufbauen. Auch kann darüberhinaus das Streckmetall wieder in gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Art verzerrt werden, So kann man z.B. einen Teil des Streckmetalls verzerren oder das ganze Streckmetall gekrümmt oder gewellt werden.
Patentansprüche
209851/08U

Claims (10)

Patentansprüche-
1. Katalysatorstruktur zur reduktiven Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennz eichnet, daß sie aufgebaut ist aus einer Vielzahl von durchbrochenen Metallagen, vorzugsweise aus Streckmetall·
2. Katalysatorstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Streckmetallstege in einem Winkel zur Ebene der ursprünglichen Metallfolie liegen·
3. Katalysatorstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest eine der Lagen zumindest einige Öffnungen aufweist, die gegenüber den benachbarten Lagen regellos angeordnet sind.
4. Katalysatorstruktur nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der Metalllagen Fläche : Masse 13 bis 104 cm/g beträgt.
5. Katalysatorstruktur nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet , daß die Metallagen eine Dicke von «^ etwa 25 /um haben.
6. Katalysatorstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Streckmetallagen spiralig aufgewickelt sind, vorzugsweise mit einem Verhältnis Länge : Durchmesser 3 : 1 bis 0,5 : 1.
2098S1/0844
2276RÜ8
-H- U-41 475
7. Katalysatorstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagen um einen Metalldorn aufgewickelt sind oder die Wicklung hohl ist.
8. Katalysatorstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie aufgebaut ist aus einer Vielzahl von Streckmetallagen, wobei zumindest eine der lagen zumindest einige Öffnungen aufweist, die unterschiedliche Größe gegenüber zumindest einigen Öffnungen in den benachbarten Lagen hat.
9. KataIysatorstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Streckmetallagen aufeinander aufgeschichtet, sind.
10. Katalyse tor struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Streckmetall aufgewickelt sind, die unterschiedliche Öffnungsweiten besitzen.
209851
Leerseite
DE19722226608 1971-06-02 1972-05-31 Katalysatormaterial für die Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen Pending DE2226608A1 (de)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14933171A 1971-06-02 1971-06-02
US20733771A 1971-12-13 1971-12-13
US20730371A 1971-12-13 1971-12-13
US20733871A 1971-12-13 1971-12-13
US20728471A 1971-12-13 1971-12-13
US20728171A 1971-12-13 1971-12-13
US20752571A 1971-12-13 1971-12-13
US24988472A 1972-05-03 1972-05-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2226608A1 true DE2226608A1 (de) 1972-12-14

Family

ID=27574966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19722226608 Pending DE2226608A1 (de) 1971-06-02 1972-05-31 Katalysatormaterial für die Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU462453B2 (de)
DE (1) DE2226608A1 (de)
FR (1) FR2140110A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0035053B1 (de) * 1979-12-20 1984-02-01 Degussa Aktiengesellschaft Katalytisches Filter für die Dieselabgasreinigung
EP0244798A1 (de) * 1986-05-05 1987-11-11 W.R. Grace & Co.-Conn. Katalytischer Umwandler für Dieselmotoren
EP0247292A1 (de) * 1986-05-17 1987-12-02 Didier-Werke Ag Bauteil zum Beseitigen von NOx

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4065268A (en) * 1975-09-15 1977-12-27 Betz Erwin C Non-uniform crimped metal ribbon packed catalyst bed and method using same
DE3530893A1 (de) * 1985-08-29 1987-03-05 Interatom Wachstumskompensierender metallischer abgaskatalysatortraegerkoerper und blech zu seiner herstellung
FR2617903B1 (fr) * 1987-07-08 1992-08-07 Rosi Sa Ets Pot d'echappement de gaz brules

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3565574A (en) * 1968-04-23 1971-02-23 Exxon Research Engineering Co Catalytic conversion of exhaust gas impurities

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0035053B1 (de) * 1979-12-20 1984-02-01 Degussa Aktiengesellschaft Katalytisches Filter für die Dieselabgasreinigung
EP0244798A1 (de) * 1986-05-05 1987-11-11 W.R. Grace & Co.-Conn. Katalytischer Umwandler für Dieselmotoren
EP0247292A1 (de) * 1986-05-17 1987-12-02 Didier-Werke Ag Bauteil zum Beseitigen von NOx

Also Published As

Publication number Publication date
FR2140110B1 (de) 1977-12-23
AU462453B2 (en) 1975-06-26
FR2140110A1 (en) 1973-01-12
AU4274372A (en) 1973-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2902779C2 (de) Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen
DE4014215A1 (de) Abgasreinigungsvorrichtung
DE2302746A1 (de) Traegermatrix fuer einen katalytischen reaktor zur abgasreinigung bei brennkraftmaschinen, insb. ottomotoren von kraftfahrzeugen, sowie ein herstellungsverfahren
EP1853800B1 (de) Wabenkörper mit zerklüfteten stirnseiten
EP0484364A1 (de) Wabenkörper mit internen anströmkanten, insbesondere katalysatorkörper für kraftfahrzeuge.
DE3123817A1 (de) Wickelfolien-katalysatorwandler-aufbau und verfahren zu seiner herstellung
DE2733640A1 (de) Traegermatrix fuer einen katalytischen reaktor zur abgasreinigung bei brennkraftmaschinen, insbesondere ottomotoren, von kraftfahrzeugen
DE8438260U1 (de) Traegermatrix, insbesondere fuer einen katalytischen reaktor zur abgasreinigung
EP0379032A1 (de) Abgasfilter
EP0929738B1 (de) Wabenkörper mit wärmeisolierung, vorzugsweise für einen abgaskatalysator
DE4313187A1 (de) Metallischer Trägerkörper für Abgasreinigungskatalysator-Material
DE2937757A1 (de) Mechanisch stabile siebgewebeanordnung aus metall
EP1089819B1 (de) Monolithischer metallischer wabenkörper mit variierender kanalzahl
EP0152560B1 (de) Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung
DE112010001221T5 (de) Monolithische abgasbehandlungseinheit zur behandlung
DE3923094C2 (de) Katalysator-Trägerkörper
DE19581812B4 (de) Metallwabenkörper
DE2226608A1 (de) Katalysatormaterial für die Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen
DE2826843C2 (de)
DE19912846A1 (de) Katalysatorkörper mit anströmseitig verringerter Wanddicke
DE4116904A1 (de) Abgasreinigungsvorrichtung
WO2023061746A1 (de) Wabenkörper zum zwecke der abgasnachbehandlung mit geschlitzten metallfolien
DE3515681A1 (de) Metalltraeger in einfolienausfuehrung
DE3844350A1 (de) Traegerkoerper fuer einen katalytischen reaktor zur abgasreinigung
DE3010997C2 (de) Im Querschnitt elliptisches, zylindrisches, katalytisch aktives Metallsubstrat und Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
OHA Expiration of time for request for examination