DE2226761A1

DE2226761A1 - Gaskonverter

Info

Publication number: DE2226761A1
Application number: DE19722226761
Authority: DE
Inventors: Hinrich Richard Nechells Birmingham Neumann (Großbritannien). BOIj 9-04
Original assignee: Foseco Trading AG, Chur, Graubünden (Schweiz)
Priority date: 1971-06-02
Filing date: 1972-06-02
Publication date: 1972-12-14
Also published as: FR2140083B1; FR2140083A1; GB1393247A; IT959029B

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GÜNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 Köln 51, Oberländer Ufer 9o ' ooir^ri

Köln, den 29. Mai 1972 Eg/Me

Foseco Trading AG._f Langenjohnstrasse 9, .
Chur / Schweiz""

Gaskonverter

Grosse Bemühungen werden zur Zeit unternommen, Gaskonverter zu entwickeln, in denen schädliche oder unerwünschte
Bestandteile in Abgasen und Auspuffgasen einer Behandlung unterworfen werden, durch die sie in weniger schädliche
und harmlose Stoffe umgewandelt werden. Beispielsweise
können die Auspuffgase von Verbrennungsmotoren, die unerwünschtes Kohlenoxyd enthalten, in Gaskonvertern so behandelt werden, dass das Kohlenoxyd in Kohlendioxyd umgewandelt wird. Bemerkenswert ist ferner die Umwandlung von Stickstoffoxyden in Stickstoff und Wasser und die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Kohlendioxyd und Wasser.

Gaskonverter für diese Zwecke bestehen im allgemeinen aus einer häufig zylindrischen Kammer, die so ausgebildet und bemessen ist, dass sie längs der Seite des Zylinderblocks der Verbrennungsmotoren angebracht werden kann. Die Aussenabmessungen betragen demgemäss im allgemeinen 25 bis 75 cm in der Länge und 5 bis 15 cm im Durchmesser. Die Kammer
kann mit einer Wandstärke von 3 bis 12 mm gegossen oder aus Blech in einer Dicke von gewöhnlich ο,75 bis 2,5 mm Dicke

209851/1095

hergestellt werden. Sie kann mit einer Anzahl von Eintrittsöffnungen und (gewöhnlich) einer Auspufföffnung versehen werden. Der Konverter kann mit den notwendigen Rohren und Leitungen für die Auspuffgase in einem Stück ausgebildet werden. Weitere allgemeine Angaben über Gaskonverter dieser Art sind beispielsweise im Society of Automotive Engineers Paper 7lo293 (SP-361), Jaimee, Schneider, Rosmanith and Sjoberg, 1971, zu finden.

Bei vielen Typen von Gaskonvertern, die zur Zeit im Gebrauch oder in der Entwicklung sind, muss die Arbeitstemperatur des Gasstromes hoch sein und im allgemeinen im Bereich von 6oo bis .looo°C liegen, damit die gewünschte Umwandlung wirksam stattfindet. Durch dieses Erfordernis wird der Werkstoff, aus dem die Reaktionskammer o.dgl. des Gaskonverters besteht, hohen Beanspruchungen unterworfen. Anforderungen wie Beständigkeit gegen Gase, die bei 6oo bis looo C durchströmen und je nach der Art des häufig bei hohem und schwankendem Druck anfallenden Abgases oder Auspuffgases oxydierend oder reduzierend sein können, erfordern die Verwendung von teuren Werkstoffen, z.B. Nickellegierungen. Dies ist nachteilig.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gaskonverter mit einer Reaktionskammer, die aus einem Metallgehäuse besteht, das wenigstens teilweise mit einer Schicht eines feuerfesten Wärmeisoliermaterials ausgekleidet ist, das aus einer trockenen Masse gebildet wird, die anorganische feuerfeste Fasern und ein wasserlösliches anorganisches Bindemittel enthält und in Form eines Gemisches vorliegt, das durch das anorganische Bindemittel durch und durch fest abgebunden ist.

209851/1095

um die notwendige feste Abbindung durch die gesamte Masse hindurch zu gewährleisten, d.h. um jede Möglichkeit auszuschalten, dass die Auskleidung eine "weiche Mitte" hat, ist es im allgemeinen zweckmässig, bei der Herstellung des Materials wenigstens eine Bildungsstufe einzufügen, in der das Bindemittel gleichmässig in der Masse verteilt und daran gebunden wird. Beispielsweise kann das Bindemittel in Form einer wässrigen Lösung vorliegen, die nach einer Methode, z.B. mit Hilfe von Mikrowellen, bei der das Bindemittel während des Trocknens nicht zur Wanderung veranlasst wird, getrocknet werden kann.

Die Oberfläche der mit den Gasen in der Reaktionskammer in Berührung kommenden Schicht aus feuerfestem Wärmeisoliermaterial kann gegebenenfalls verstärkt werden, beispielsweise durch Dispergierung einer Lösung eines wasserlöslichen Bindemittels durch das gesamte Material hindurch und Trocknung des Materials nach einer Methode, bei der das Bindemittel veranlasst wird, zu der zu verstärkenden Oberfläche zu wandern, z.B. durch Trocknen in einem Heissluftofen.

Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Materialien für die Zwecke der Erfindung wird ein feuchtes Gemisch aus feuerfesten Fasern und wasserlöslichem Bindemittel in die gewünschte Form gebracht. Das Gemisch wird getrocknet und der getrocknete Formkörper in einer wässrigen Lösung des Bindemittels imprägniert und erneut getrocknet. Bei einer dieser Trocknungsmethoden wird die Wanderung des Bindemittels veranlasst, während dies bei der anderen Methode nicht der Fall ist. Die Trocknungsvorgänge können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Die

209fi51M09b

Verbrennungskammer kann mit einem oder mehreren vorgeformten Abschnitten von in dieser Weise gebildeten feuerfesten Wärmeisoliermaterialien ausgekleidet werden.

Als anorganische Fasern im Material der Auskleidung der Reaktionskammer kommen Fasern aus Aluminiumsilicat, Calciumsilicat, Asbest, Tonerde, Siliciumdioxyd, Zirkonoxyd oder Kohlefasern allein oder als Mehrkomponentengemisch von zwei oder mehr Bestandteilen in Frage. Geeignet als Bindemittel sind beispielsweise kolloidales Kieselsol, kolloidales Aluminiumoxydsol, Natriumsilicat, Kaliumsilicat, Äthylsilicat und Metallphosphate oder -borate. Die feuerfeste Wärmeisoliermasse kann gegebenenfalls ausserdem in einer Menge von beispielsweise bis zu Io Gew.-% ein feinteiliges feuerfestes Material, z.B. Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd, calcinierte Reishülsen, Diatomit, Kieselgur, Magnesiumoxyd, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder Schamotte, enthalten.

Eine besonders wertvolle Gruppe von Massen für solche Auskleidungen bilden Gemisphe von kolloidalem Kieselsol und Aluminiumsilicatfasern, wobei der Siliciumdioxydgehalt der trockenen Masse im Bereich von 55 bis 9o Gew.-% liegt. Diese Massen können in der oben beschriebenen Weise hergestellt werden, wobei jedoch bei einem zu niedrigen Siliciumdioxydgehalt des zuerst gebildeten trockenen Materials die Masse in weiteres Kieselsol getaucht und weiter getrocknet werden kann (entweder nach einer Methode, bei der wie beispielsweise bei der Trocknung mit Mikrowellen keine Wanderung des Kieselsols erfolgt, oder nach einer Methode, bei der das Kieselsol wandert), bis ein Material mit dem gewünschten Siliciumdioxydgehalt erhalten worden ist.

209851/1095

Bestimmte nützliche Auskleidungen können durch Trocknen von Formungen aus Gemischen von wässrigem kolloidalem Kieselsol und Aluminiumsilicatfasern hergestellt werden. Der getrocknete Formkörper kann beispielsweise aus 34 Gew«-% Fasern und 66 Gew.-% Siliciumdioxyd bestehen. Calcinierte Reishülsen können einen Teil der Fasern in einem solchen Material ersetzen, z.B. in einer Masse, die aus 66 Gew.-% Siliciumdioxyd und bis zu Io Gew.-% palcinierten Reishülsen, Rest anorganische Fasern, besteht.

Falls gewünscht, kann die Auskleidung der Reaktionskammer aus · einem zweischichtigen Material gebildet werden, wobei jede Schicht die oben genannte Zusammensetzung, jedoch eine unterschiedliche Dichte hat. Die Schicht mit der niedrigeren Dichte kann, falls gewünscht, sogar wabenartig ausgebildet sein. Ferner können mehrschichtige Auskleidungsmaterialien hergestellt werden, indem an der Vorderseite oder Rückseite einer Auskleidungsschicht der oben genannten Zusammensetzung eine wärmereflektierende Schicht, z.B. eine Aluminiumfolie, vorgesehen wird.

Anstatt in der oben beschriebenen Weise durch eine Trocknungsmethode, bei der das Bindemittel durch die Masse wandert, verstärkt zu werden, kann die mit dem Gasstrom in Berührung kommende Oberfläche der Auskleidung mit einem feuerfesten überzug, z.B. aus einer wässrigen Suspension von Tonerde, Zirkonoxyd, Zirkonsilicat, Magnesiumoxyd oder Siliciumdioxyd, oder mit einem durch Flammspritzen aufgebrachten feuerfesten überzug versehen werden. Der feuerfeste überzug kann aus einem Bindemittel, z.B. kolloidalem Kieselsol oder Aluminiurnoxydsol, Natriumsilicat, Kaliumsilicat, Äthylsilicat oder Metallphosphat oder -borat, bestehen. Die Oberfläche kann gegebenenfalls sowohl umhüllt als auch verstärkt werden.

209851 M09S

"■ 6 —

Durch Anbringung einer Auskleidung der oben beschriebenen Art in einer Dicke von vorzugsweise 12 bis 75 mm, insbesondere 25 bis 4o mm, in der Reaktionskammer, kann der Schutz dieser Gehäuse erreicht und ihre lebensdauer erheblich verlängert werden. Während dieser Lebensdauer erfordert das Gehäuse wenig oder keine Wartung, und die Schicht aus feuerfestem Wärmeisoliermaterial führt nicht zu Instandhaltungsproblemen. Die Notwendigkeit der Verwendung von teuren Legierungen für das Metallgehäuse wird ferner ausgeschlossen. Im allgemeinen kann die erfindungsgemäss ausgekleidete Reaktionskammer aus Flußstahl hergestellt werden.

Die vorstehend beschriebenen Auskleidungen sind in hohem Masse wärmeisolierend, so dass nur eine verhältnismässig dünne Schicht notwendig ist. Sie widerstehen der Gaserosion und mechanischen Schaden beispielsweise durch Erschütterung. Die Kosten der Auskleidung selbst sind nicht hoch.

Die Auskleidung aus feuerfestem Wärmeisoliermaterial können nach jeder passenden Methode, z.B. durch Verkleben, Verschrauben oder Vernieten oder nach zwei oder mehr dieser Methoden befestigt werden. Wenn die Anbringung durch Verklebung erfolgt, wird vorzugsweise ein Klebstoff mit ziemlich hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet, um eine überhitzung des Klebstoffs selbst zu verhindern und Wärmespannungen weitgehend auszuschalten. Der Klebstoff muss ferner die erforderliche Hitzebeständigkeit aufweisen. Ein bevorzugter Klebstoff für diesen Zweck besteht aus einem Metallpulver und einem wässrigen Alkalisilicat und wird in der deutschen Patentschrift/Patentanmeldung P der Anmelderin vom gleichen Tage beschrieben.

209851 Π09Β

Es ist auch möglich, eine Masse in Form eines Breies oder einer Paste auf die Innenfläche der Reaktionskammer aufzubringen und dann das ganze zu trocknen, wobei die gewünschte Kammer erhalten wird, die mit einer Schicht aus dem feuerfesten Wärmeisoliermaterial ausgekleidet ist.

Beispiel 1

Eine vorgebildete Schicht aus mit kolloidalem Kieselsol abgebundenen Aluminiumsilicatfasern wurde in einer Dicke von 25 mm mit einem Klebstoff auf Natriumsxlicatbasis mit der Innenseite einer Verbrennungskammer eines Gaskonverters verklebt und durch Vernieten an ihren Rändern befestigt. Der Klebstoff hatte die folgende Zusammensetzung:

Bindeton Io Gew.-%

Natriumsilicat (38%ige wässrige

Lösung, SiO₂/Na₂O-Verhältnis 3,3:1) 33,3 "

Amositasbest 7,4 ^M

Zirkon 2,ο "

Eisenpulver 45,3 "

Oberflächenaktive Verbindung 2,ο "

Als oberflächenaktives Mittel wurde eine amphotere oder ampholytische Verbindung der Formel

N - C₂H₄OCH₂COONa

HO CH₂COONa

in der R eine Kombination von Caprylsäure- und Äthylhexansäuregruppen ist, verwendet.

209851 M095

- 8 Beispiel 2

Eine Schicht einer Dicke von 25 mm wurde aus einer Masse gebildet, die Kieselsol, calcinierte Reishülsen und Aluminiumsilicatfasern enthielt und mit Mikrowellen getrocknet wurde, worauf die Masse die folgende Zusammensetzung hatte:

Siliciumdioxyd 66 Gew.-%

Aluminiumsilicatfasern 27 Gew.-%

Calcinierte Reishülsen 7 Gew.-%

Diese Schicht wurde mit der Innenseite der Reaktionskammer eines Gaskonverters verklebt und an ihren Rändern durch Vernieten befestigt.

209851 M09E

Claims

- 9 Pat en tansprüche

1. Gaskonverter mit einer Reaktionskammer, die aus einem Metallgehäuse besteht, das wenigstens teilweise mit einer Schicht eines feuerfesten Wärmeisoliermaterials ausgekleidet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Wärmeisoliermaterial aus· einem trockenen' Gemisch aus anorganischen feuerfesten Fasern und einem wasserlöslichen anorganischen Bindemittel besteht, und so zusammengesetzt ist, dass es durch das anorganische Bindemittel vollständig und fest abgebunden ist.

2. Gaskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Wärmeisoliermaterial aus mit kolloidalem Kieselsol abgebundenen Aluminiumsilicatfasern besteht.

3. Gaskonverter nach Anspruch l.oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus feuerfestem Wärmeisoliermaterial nach einem Verfahren gebildet worden ist, bei dem man aus einem nassen Gemisch aus feuerfesten Pasern und Bindemittel einen Formkörper bildet, diesen Formkörper trocknet, den so erhaltenen trockenen Formkörper mit einer wässrigen Lösung des Bindemittels imprägniert und erneut trocknet, wobei der eine Trocknungsvorgang so durchgeführt wird, dass eine Wanderung des Bindemittels verursacht wird, und der andere Trocknungsvorgang so durchgeführt wird, dass keine Wanderung des Bindemittels stattfindet.

209851 MÖ95

- Io -

4. Gaskonverter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Trockenmethode, bei der keine Wanderung des Bindemittels bewirkt wird, die Trocknung mit Mikrowellen vorgenommen worden ist.

5. Gaskonverter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht des feuerfesten Wärmeisoliermaterials mit einer wärmereflektierenden Schicht hinterlegt ist.

6. Gaskonverter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gasstrom in Berührung kommende Oberfläche des feuerfesten Wärmeisoliermaterials mit einem feuerfesten Überzug versehen ist.

7. Gaskonverter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Wärmeisoliermaterial mit einem aus einem Metallpulver und einem wässrigen Alkalimetallsilicat gebildeten Klebstoff in seiner Lage im Gehäuse gehalten wird.