DE2305034A1 - Katalysatortraeger fuer anlagen zur reinigung von motorabgasen - Google Patents

Katalysatortraeger fuer anlagen zur reinigung von motorabgasen

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DE2305034A1
DE2305034A1 DE2305034A DE2305034A DE2305034A1 DE 2305034 A1 DE2305034 A1 DE 2305034A1 DE 2305034 A DE2305034 A DE 2305034A DE 2305034 A DE2305034 A DE 2305034A DE 2305034 A1 DE2305034 A1 DE 2305034A1
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refractory
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Jean Pierre Kiehl
Gabriel Pupier
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Societe Europeenne des Produits Refractaires SAS
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Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER
8 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90
Köln, den 30.1.1973 1 Eg/Ax
SOCIETE GENERALE DES PRODUITS REPRACTAIRES, 60 rue Sant-Lazare, Baris, Frankreich
Katalysatorträger für Anlagen zur Reinigung von Motorabgasen
Die Erfindung betrifft Katalysatorträger und Vorrichtungen zur Reinigung der Abgase von Motoren mit Hilfe dieser Katalysatorträger,
Die Reinigung von Auspuffgasen besteht insbesondere aus der Oxydation des CO zu CO2 und aus der Reduktion des NO. Hierzu genügt es, geeignete Katalysatoren auszuwählen, über die die Abgase geleitet werden. Als Träger haben diese Katalysatoren im allgemeinen Kugeln oder Tabletten aus porösem Keramikmaterial, dünne starre keramische Formteile in Bienenwabenkonstruktion und Kugeln oder Scheiben aus verfilzten Keramikfaeern. Sie sind in einem Metallgehäuse angeordnet, in dem sie beispielsweise mit Metallgittern oder Drahtnetzen gehalten werden*
Es wurde festgestellt, daß diese Vorrichtungen im Betrieb beschädigt werden. Sie aind den durch»trömenden heißen Oasen, den Erschütterungen dee Fahrzeuge, den auf die Schwingungen des Motor« awrüokzufUhrenden Resonanzen und plötzlichen Temperaturänderungen beim Start, beim Stillstand und bei Belastungeänderungen des Motors ausgesetzt.
Die Katalysatorträger in Farm loaer SohUttungen, aus starren porösen keramischen Materialien oder aus Keramikfasern werden durch Abrieb zeretört. Außerdem werden die
Metallgitter, die die Katalysatorträger halten, unter dem Einfluß der Hitze der Abgase (8000C)' und des schlagartigen Erhitzens und Abkühlens deformiert, wodurch die Rüttelbewegung der Katalysatorträger noch verstärkt werden.
Die starren keramischen Träger in Bienenwabenkonstruktion unterliegen den gleichen Beanspruchungen und widerstehen ihnen nicht besser, denn ihre Beständigkeit gegen schlagartige Temperaturschwankungen ..st mäßig.
Gegenstand der Erfindung sind Katalysatorträger, die den besonderen Problemen in Auspufftopfen besser angepasst sind, und ihre Anordnung in Reinigungssystemen für Abgase von Motoren .
Ein Katalysatorträgerelement gemäß der Erfindung für Vorrichtungen zur Reinigung der Abgase von Motoren auf Basis von abgebundenen Keramikfasern und einem feuerfesten keramischen Bindemittel, mit großer Porosität, Durchlässigkeit und grossem Absorptionsvermögen für Wasser in Form einer mit axialen Löchern perforierten Scheibe ist gekennzeichnet durch einen um den Umfang verlaufenden Abstandsring, der den Katalysatorträger an wenigstens einer Seite verlängert und der am Umfangeine weniger erhöhte mittlere thermische Leitfähigkeit aufweist als im Zentrum.
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform besitzt nur der zentrale Teil der Scheibe axiale Kanäle. Er ist von einer Randzone umgeben, die keine Kanäle besitzt.
Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die mittlere Anzahl der axialen Löcher pro Oberflächeneinheit der Scheibe in der peripheren Zone geringer als im Zentrum. Es ist vorteilhaft, wenn die mittlere Dichte der Löcher dieser
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peripheren Zone sich nach außen hin zunehmend verringert.
Unter einer Scheibe ist sowohl ein Prisma als auch ein Zylinder zu verstehen, deren Basisabmessungen wesentlich grosser sind als die Höhe.
Der nicht perforierte Ring, der den nicht perforierten Umfang der Scheibe verlängert, ist kraftschlüssig mit dieser verbunden, da er mit der Scheibe entweder in einem Stück geformt oder getrennt hergestellt und dann mit einem feuerfesten Zement fest mit der Scheibe verbunden wird.
Im Falle eines Zylinders haben diese Formteile vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5o und 25o mm und eine Höhe zwischen 2o und 60 mm. Die axialen Löcher haben einen Durchmesser von 1 bis 8 mm, vorzugsweise 1,5 bis 3 mm,
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jedoch körinen sie auch eine beliebige andere geometrische Form mit gleicher Oberfläche haben. Ihre Gesamtquersohnittsfläohe liegt über 2596* vorzugsweise über 35# der Oberfläche des zentralen Teils der Scheibe.
Der um den Umfang verlaufende Ring oder Kragen hat eine Höhe von 2 bis 20 mm, vorzugsweise etwa 3 mm. Die Dicke des Rings hängt von seinem Werkstoff und seinen Einsatzbedingungen ab. Hierauf wird später eingegangen."
Die Fasern, die den Katalysatorträger bilden, bestehen vorzugsweise aus aktivem Aluminiumoxyd (französische Patentschriften 1 526 150, 1 568 996 und 1 602 966 der Anmelderin) oder aus keramischem Material mit 40 bis 50$ !Tonerde, jedoch können sie auch aus Asbest, Gesteinswolle oder Schlackenwolle bestehen. Ihre lineare Schrumpfung darf nicht größer sein als 2?6 bei der maximalen Gastemperatur von etwa 8000O. Gemische dieser verschiedenen Fasern können ebenfalls verwendet werden.
Als Bindemittel, die zur Abbindung der Fasern untereinander dienen und dem Formteil die notwendige Steifigkeit verleihen, um der Erosion durch die Gase zu widerstehen, werden vorzugsweise Aluminiumphosphat, feuerfeste Tone, Bentonite, Kieselgur, Gele oder Sole von einfachen oder gemischten feuerfesten Oxyden von Metallen wie Silicium, Aluminium, Zirkon und Chrom verwendet. Vorzugsweise werden Aluminiumoxydgel oder -sol und/oder Boehmit verwendet, die außer ihrem Bindevermögen eine hohe Feuerfestigkeit aufweisen und leicht mit den Grundfasern reagieren und dem Formkörper eine gute mechanische Festigkeit verleihen· ' Der Anteil des Bindemittels beträgt 10 bis 60#, vorzugsweise 30 bis 40# des Elements.
Die größte Aktivität haben Katalysatoren auf Basis von Platin. Es werden jedooh auch Salze und Oxyde von weniger teuren Übergangsmetallen verwendet, die ebenso wirksam sind, vorausgesetzt, daß eine.größere Gewichtsftenge verwendet wird,
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Zur Herstellung der Formkörper gemäß der Erfindung wird ein Schlicker hergestellt, der die Fasern und das Bindemittel in geeigneten Mengenverhältnissen enthält. Die Masse wird in einer Form gepresst oder filtriert. Die Fasern bleiben zusammenhängend auf dem Filter, aber das Bindemittel wird nur teilweise aufgenommen, während ein Teil in den Ablauf übergeht. Dieser Ablauf wird zur Herstellung von weiterem Schlicker wiederverwendet, wobei er erneut mit Fasern gefüllt und sein Gehalt an Bindemittel ergänzt wird. Die Herstellung kann auch nach anderen Verfahren erfolgen. Der Formkörper wird anschließend getrocknet.
Bei Verwendung von Fasern mit genügender Feuerfestigkeit genügt es, die in dieser Weise hergestellten Teile bei einer Temperatur von wenigstens 60O0C zu brennen, damit das Bindemittel mit der Faser reagiert und das ganze in ein neues, starres, teilweise kristallisiertes und maßhaltiges Material überführt wird.
Bei Verwendung von Fasern mit geringerer thermischer Stabilität wird ein erster Brand bei 1200 bis 13000C vorgenommen, wobei gute Stabilität durch Reaktion zwischen den Fasern und dem feuerfesten Bindemittel erreicht wird. Anschließend werden die erhaltenen Teile erneut mit einem Gel oder Sol von einfachen oder gemischten feuerfesten Oxyden von Metallen wie Silicium, Aluminium, Zirkon und Chrom imprägniert, getrocknet und dann bei 600 bis 8000C calciniert. Durch diese zweite Behandlung werden die Katalysatorträger verfestigt und durch Vergrößerung ihrer spezifischen Oberfläche aktiv gemacht.
Die erhaltenen Teile müssen in ihrer Masse unabhängig von den axialen Kanälen die folgenden Eigenschaften aufweisen: Dichte unter 0,6, vorzugsweise unter 0,4 offene Poren über 70$, vorzugsweise über 80$ Druckfestigkeit bei Umgebungstemperatur und bis 8000C
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über 3 kg/cm , vorzugsweise über 4 kg/cm · Wasserabsorption über 100$.
Keine Schädigung nach 100 Hitzeschocks (plötzliche Einführung in einen bei 8000O gehaltenen Raum, Verweilzeit in diesem Raum 15 Minuten, Abkühlung an der Umgebungsluft). Nachschrumpfung bei 10000C unter 296, vorzugsweise unter 1$, Die spezifische Oberfläche beträgt vorzugsweise wenigstens
ρ ρ
10 m /g, zuweilen mehr als 30 m /g.
Beispiel 1
Ein Ausführungsbeispiel eines Katalysatorelements gemäß der Erfindung ist in Fig.1 in Draufsicht und in fig.2 in Seitenansicht und teilweise .als Längsschnitt längs der Linie a-a dargestellt. In einem Kneter wird ein Schlicker aus 3 Gew.-96 Aluminiumoxydfasern, 3 Gew.-^ Keramikfasern, 1,5 Gew.-# Asbestfasern, 1 Gew,-96 Kieselsol, 6 Gew.-96 kolloidalem Boehmit in Pulverform, 40 Gew.-# Aluminium- ' phosphat und 45,5 Gew.-^ Wasser hergestellt. Die Fasern
Al2O3 TiO2 Ie2O3 CaO MgO Na2O K2O
8596 0,196 0,296 Spur 0,196 0,196 Spur
aus aktivem Aluminiumoxyd mit einem Durchmesser von 4 bis
20 a. und einer spezifischen Oberfläche von 70 m /g hatten die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung:
SiO2
14,596
Die Keramikfasern mit einem mittleren Durchmesser von 3 >u
2 / ' und einer spezifischen Oberfläche von 1,5 m /g hatten die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung:
K2O Spur
Die !Fasern aus Amosit-Asbest mit einem mittleren Durchmesser von 5 λ und einer spezifischen Oberfläche von 1 m /g hatten die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung:
SiO2 Al2O3 Fe 2°3 Ti O2 CaO MgQ Na2O
53,696 459^ ο, 596 0, 596 0,196 Spur 0,396
SiO 2 Al 2°3 Fe 2°3 CaO MgO Na2O
60, 496 1 ,596 28 ,196 Spur 796 296
Das Aluminiumphosphat hatte eine Dichte von 1,48 und ent-
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hielt 34$ ^2 Ο5* 6*8^ A12°3 und 59.2* H2O. Das Kieselsol enthielt 40? SiO2 und 60* H2O und hatte eine Dichte von 1,3* Der Boehmit enthielt 70* Al2O, und 30* HgO·
Der Schlicker wurde in einer Form filtriert, die die Herstellung der in Fig.1 und Pig.2 dargestellten Formkörper mit folgenden Abmessungen ermöglichte:
Durchmesser des Elements 140 mm
Dicke des Ringes (1) 15 mm
Höhe des perforierten zentralen Teils (2) 30 mm
Höhe des Ringes (1) 10 mm 107 axiale Löcher (3) von 6 mm Durchmesser
Die Gesamtquerschnittsfläche dieser Kanäle machte 25* der Oberfläche des zentralen !Teils des Elements aus. Nach der Trocknung und Galcinierung bei 8000G hatten die Teile die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung und Eigenschaften ihres Materials»
SiO2 Al2O3 TiO2 Fe 2°3 OaO MgO Na2O K2O P2O5
26* 45* 0,1* 3, 8* Spur 0,8* 0,3* 0,1* 23,9*
Raumgewicht 0,42
Offene Poren 85*
Wasserabsorption 150*
Druckfestigkeit 9 kg/cm2
Spezifische Oberfläche 5 m2/g
Nachschwindung bei 1000° G 0.5*
Gasd urchlässigkeit 600 Nanoperm
Wärmeleitfähigkeit bei einer mittleren Temperatur von 40O0C 0,14
Stunde
Ausdehnungskoeffizient zwischen 20 und 80O0Q 5,2x1O~6 Hitzeschookbeständigkeit (20°C-8000C-20°C) mehr als
200 Zyklen
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Beispiel 2
In einem Kneter wurde ein Schlicker aus 13 Gew.-56 Aluminiumoxydfasern., 23 Gew.-$ kolloidalem Boehmit in Pulverform, 3 Gew.-$ Kieselsol und 60 Gew,-$ Wasser hergestellt. Die Bestandteile hatten ähnliche Eigenschaften wie die gemäß Beispiel 1 verwendeten Bestandteile.
Der Schlicker wurde in der Form filtriert, wo"bei Formteile mit den gleichen Außenabmessungen wie in Beispiel 1, jedoch mit 600 axialen Kanälen von 3 mm Durchmesser erhalten wurden. Die Gesamtquersohnittsfläche der löcher machte 35$ der Oberfläche des zentralen Teils des Elements aus. Nach der Trocknung und Caloinierung bei 8000C hatte das • Material des Elements die folgenden Eigenschaften»
Chemische Analyse;
SiO2 Al2O3 Pe2O5 TiO2 CaO MgO Na2O K2O 13,Ο9έ 86,5$ 0,25$ Spur Spur Spur 0,25$ Spur
Raumgewicht 0,35
Offene Poren 88$
Wasserabsorption 200$
Spezifische Oberfläche 85 m /g
Druckfestigkeit 6 kg/cm
Nachschwindung bei 10000C 0,8$
Gasdurchlässigkeit 1200 Nanoperm
Wärmeleitfähigkeit bei einer mittleren «
Temperatur von 40O0C 0,12 kcal/m/m /C/
Stunde
Ausdehnungskoeffizient zwischen c
20 und 8OOOC 5 x 10~ö
Hitzeschockbeständigkeit 20°C/800°C mehr als 200 Zyklen
Beispiel 3
In einem Kneter wurde ein Schlicker aus 5 Gew.-56 Keramikfasern mit 45$ Al2O,, 36 Gew.-# Aluminiumoxydsol in Pastenform mit 20$ AIgO,, 2 Gew.-$ Kieselsol mit 40$ SiO« und 57 Gew.-$ Wasser hergestellt. Der Schlicker wurde in der Form filtriert, ·
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und es wurden Teile in Form von Scheiben, die in ihrem zentralen Teil axial perforiert waren und einen um den Umfang verlaufenden Ring besaßen, mit den folgenden Abmessungen erhalten:
Außendurchmesser 120 ca
Dicke des Ringes (1) 15 cm
Höhe des perforierten zentralen Teils 27 mn Höhe des Rings (1) 3 ca
613 Löcher (3) von 2 mm Durchmesser Die Gesamtquerschnittsfläche dieser Kanäle machte 26$ der Oberfläche des zentralen Teils des Elements aus. !lach des Trocknen und Brennen bei 125O0C hatte das Material des Formteils die folgende Zusammensetzung und die folgenden Eigenschaften}
SiO2 Al2O5 Fe2O5 TiO2 CaO MgO Ha2O K2O 46,25$ 53$ 0,35$ Spur Spur Spur 0,35$ 0,05$
Raumgewicht 0,28
Porosität 90$
Spezifische Oberfläche 3 m /g
Druckfestigkeit 4 kg/ca
Diese Teile wurden durch Eintauchen in einen Schlicker der folgenden gewichtsmäßigen Zusammensetzung imprägniert! 36$ Aluminiumoxydsol mit 20$ Al2O5, 2$ Kieselsol mit 40$ SiO2 und 62$ V/asser. Nach dem Trocknen und Brennen bei 8000C hatte das Material des Formteils die folgende chemische Zusammensetzung und die folgenden Eigenschaften;
SiO2 Al2O5 Fe2O5 TiO2 CaO MgO Ua2O K2O
39,1$ 60,1$ 0,3$ Spur Spur Spur 0,4$ 0,05
Raumgewicht 0,35
Porosität 88$
Wasserabsorption ■ 220$
Spezifische Oberfläche 40 m2/g
Druckfestigkeit 6 kg/ca2
Nachschwindung bei 1000 0C 0,8$
Gasdurohlässigkeit 1.000 Nan operin
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Io
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Wärmeleitfähigkeit bei einer
mittleren Temperatur von 4-00 C 0,12 kcal/m/m /C/Std.
Hitzeschockbeständigkeit 20°C/800°C mehr als 200 Zyklen
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Abgasreinigung, in denen die vorstehend beschriebenen katalytischen Elemente verwendet werden, bestehen im wesentlichen aus einem Metallgehäuse mit Gaseintritts- und -austrittsöffnungen, einem Stapel von katalytischen Elementen, die starr miteinander verbunden und so angeordnet sind, daß jeweils ein Raum zwischen den zentralen Teilen von zwei aufeinanderfolgenden Elementen verbleibt, und einem Material mit elastischen Eigenschaften, das zwischen den Elementen und dem Gehäuse angeordnet ist.
Der Ring oder Kragen ermöglicht es, einen Abstand zwischen den Elementen zu halten und Turbulenz- und Verbrennungskammern zwischen ihnen zu bilden, durch die die Reinigungswirkung verbessert wird. Außerdem werden die Druckverluste verringert«
Dem nicht perforierte Umfangsteil und dem Ring oder Kragen, die auf G-rund ihrer Zusammensetzung isolierende Eigenschaften haben, wird eine solche Dicke gegeben, daß die Temperatur der äußeren Oberfläche des Elements unter den Einsatzbedingungen der Vorrichtung, d.h. bei Gasteciperaturen von etwa 8000C, 4000C nicht überschreitet. Dies ist sehr wichtig, da hierdurch für die weiche und geschmeidige Ausfütterung zwischen den Elementen und dem Gehäuse zahlreiche Materialien verfügbar sind, deren
Elastizität bei einer Temperatur von nicht mehr als 4-000C unverändert erhalten bleibt. Bevorzugt für diesen Zweck werden Asbest, Glasfasern, Metallfasern, Asbestgewebe, Glasgewebe und feine Metallnetze oder -gewebe.
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Die aufeinanderfolgenden Elemente werden starr miteinander verbunden, z.B. durch Vereinigung des Randes des Ringes oder Kragens mit dem Umfang der angrenzenden Scheibe mit Hilfe von feuerfestem Zement. Auf diese Weise wird ein aus einem Stück bestehender starrer Block mit einem perforierten Teil, der eine katalytische Wirkung ausübt, und einer geschlossenen Außenwand, die die Wärmeisolierung gewährleistet, erhalten. Dieser Block wird mit Hilfe des elastischen Materials federnd in das Gehäuse eingesetzt. Da keine relative Verschiebung zwischen dem katalytischen Teil und dem isolierenden Teil, dessen Außenseite eine Temperatur unter 4oo°C hat, stattfindet, werden die Elastizitätsprobleme in die bei niedriger Temperatur befindliche Zone verlegt, d.h. in der heißen zentralen Zone gibt es diese Probleme nicht. Die Kombination dieser elastischen Aufhängung und ihre Anordnung in einer Zone mäßiger Temperatur gewährleistet die lange Lebensdauer der Vorrichtung.
Es ist zu bemerken, daß die Steifigkeit der katalytischen Elemente gemäß der Erfindung zwar genügt, um nachteilige Wirkungen der Erosion durch den Gasstrom auszuschalten, jedoch nicht zu hoch ist, so daß die Elemente eine gute Hitzeschockbeständigkeit haben.
Eine Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist in Fig. im Schnitt dargestellt. Sie besteht aus einem Stahlblechgehäuse (4), das einen Innendurchmesser von 15o mm hat und drei Scheiben (5) gemäß Beispiel 2 enthält. (Die Scheiben entsprechen der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung). Die Scheiben sind mit einer Hexachlorplatinsäurelösung in einer solchen Menge imprägniert, daß sie einen Platinüberzug, der o,l % ihres Gewichts ausmacht, aufweisen. Ihre Aktivierung wird vorgenommen, indem sie 4 Stunden bei 45o°C gehalten werden. Sie werden mit einem Zement mit 7o % feinstgemahlener Tonerde und 3o % Aluminiumphosphat ähnlich dem von Beispiel 2 miteinander verbunden. Nach dem Brennen war die Zugfestigkeit
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der Verbindungsfugen höher als die der katalytischen Elemente. Der elastische Einbau wurde erzielt, indem loser Asbest (8) in den leeren Raum von 5 mm zwischen dem Gehäuse und den Elementen gestopft wurde. Die Flanschen wurden ebenfalls mit einer elastischen Dichtung aus Asbestpappe von 5 mm Dicke, die durch einen Metallring in ihrer Lage gehalten wurde, befestigt.
Die Vorrichtung wurde an einem I2oo cm -Motor im Abstand von 1 m von den Auspufföffnungen montiert. Zusatzluft für eine · maximale Nachverbrennung von CO zu CO0 wurde in einer Menge
von 8 m/Stunde durch eine geeignete Vorrichtung in die Auspuff leitungen des Motors eingeblasen.
Bei einer maximalen Drehzahl des Motors von 45oo UpM betrug die Temperatur im Innern der Reinigungsvorrichtung 67o°C. Die Temperatur der heißen Seite der Asbestschicht betrug nur 22o°C. Der gesamte Druckverlust der Vorrichtung lag bei 15o mm WS.
Nach einer Betriebsdauer von 2oo Stunden wurde keine Schädigung der katalytischen Elemente noch ein Elastizitätsverlust der Asbestschicht festgestellt. Die bei der Reinigung erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 4 graphisch dargestellt. Diese Abbildung zeigt die Kurven für die Höhe der Umwandlung von CO zu CO2 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors in UpM bei den vier Gängen des Getriebes (Kurven 1-2-3-4) und im Leerlauf (Kurve 0). Die Kurven zeigen, daß die Reinigung selbst im Leerlauf ausgezeichnet ist.
Die Elemente mit nicht perforierter Peripherie entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform sind in zahlreichen Fallen angebracht. Dennoch kann beim Inbetriebnehmen des Motors unter bestimmten Umständen, insbesondere bei großer Kälte, die plötzliche Verbrennung der im Inneren der Elemente kondensierten Kohlenwasserstoffe eine nahezu augenblickliche Temperaturerhöhung des zentralen Teils auf Temperaturen von
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8oo°C und mehr bewirken. Die durch die unterschiedliche Ausdehnung zwischen dem zentralen Teil und der Peripherie entstandenen Spannungen können zum Bruch des Elements in dieser Zone führen. Diese Gefahr wird durch die Elemente entsprechend der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform gebannt, bei denen der periphere Bereich weniger dicht stehende Löcher als der zentrale Bereich besitzt. Dieser periphere Bereich ist im allgemeinen stärker als der nicht perforierte periphere Bereich der Elemente nach der ersten bevorzugten Ausführungsform. Die gesamte Anzahl an Löchern ist im allgemeinen für die Elemente nach beiden bevorzugten Äusführungsformen bei denselben Motoren gleich, um den gleichen Querschnitt für das Hindurchstreichen der Gase zu gewährleisten.
Zum Vergleich wurden unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 3 zwei Serien von Scheiben mit lol,6 mm Durchmesser und 3o mm Höhe hergestellt, die an der einen Seite einen 3 mm hohen Kragen besaßen.
Die Ele-mente der ersten Serie besaßen einen zentralen Bereich von 81,6 mm Durchmesser, der mit 888 axialen Kanälen von 1,7 mm Durchmesser perforiert war (das entspricht etwa 17
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Löchern pro cm ) und einen peripheren, nicht perforierten isolierenden Bereich von Io mm Breite.
Die Elemente der zweiten Serie besaßen einen zentralen Bereich von 61,6 mm Durchmesser, der mit 516 axialen Kanälen von 1,7 mm Durchmesser perforiert war (dies entspricht etwa 17 Lö-
ehern pro cm ) und einen peripheren Bereich verringerter Wärmeleitfähigkeit, der 2o mm breit war und mit 372 axialen Kanälen von 1,7 mm Durchmesser perforiert war (entsprechend
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etwa 7 Löchern pro cm ), deren Abstand voneinander nach außen hin zunehmend größer wurde. Es war daher der gesamte Quer-
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schnitt der Kanäle derselbe wie bei der ersten Serie, nur war ihre Verteilung anders.
Man ließ Abgase durch zwei Vorrichtungen zur Reinigung hindurchstreichen, wobei die erste aus Scheiben der ersten Serie, die zweite aus Scheiben der zweiten Serie bestand. Es wurde festgestellt, daß im ersten Fall die Temperatur der durchströmten Elemente nahezu linear 7oo bis zur Grenze des perforierten Bereichs und 3oo auf der äußeren Oberfläche war, wobei die Temperaturänderung in der Zwischenzone sehr plötzlich war. Im zweiten Fall wurden Temperaturen von,7000C in 25 mm Entfernung vom Mittelpunkt bis zu 3oo C auf der äußeren Oberfläche gemessen, wobei es keine plötzliche Temperaturänderung in der Zwischenzone gab.
Die plötzliche Temperaturänderung im Inneren der Elemente ist sehr schädlich, wenn die Maximaltemperatur im zentralen Bereich sehr schnell erreicht wird. Sie kann vom Material ertragen werden, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung genügend langsam in Dauerbetrieb genommen wird.
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Claims (14)

Patentansprüche
1. Katalysatorträger für Vorrichtungen zur Reinigung der Abgase von Motoren, gekennzeichnet durch ein aus einem starren Block aus verfilzten Keramikfasern und einem feuerfesten mineralischen Bindemittel bestehendes Element, dessen Material ein Raumgewicht von nicht mehr als o,6 wenigstens 7o % offene Poren, eine Druckfestigkeit von wenigstens 3 kg/cm , ein Aufsägevermögen für Wasser von wenigstens loo %, eine Nachschwindung von nicht mehr als 2 % bei looo°C und eine Hitzeschockbeständigkeit von wenigstens loo Zyklen (8oo°C - Umgebungstemperatur) besitzt.
2. Katalysatorträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der periphere Bereich keine axialen Löcher besitzt.
3. Katalysatorträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der periphere Bereich eine geringere Dichte an Löchern aufweist als der zentrale Bereich.
4. Katalysatorträger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des feuerfesten Bindemittels Io bis 6o Gew.%, vorzugsweise 3o bis 4o Gew.%, beträgt.
5. Katalysatorträger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Kanäle (3) einen Durchmesser von 1 bis 8 mm, vorzugsweise von etwa 1,5 bis 3 mm haben.
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— Ib —
6. Katalysatorträger nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche der Kanäle (3) wenigstens 2o %, vorzugsweise wenigstens 3o % der Querschnittsfläche des zentralen Teils (2) beträgt.
7. Katalysatorträger nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) eine Höhe von 2 bis 5o mm^ vorzugsweise von etwa 3 mm hat.
8. Katalysatorträger nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) durch gemeinsame Formgebung mit der Scheibe gebildet worden ist.
9. Katalysatorträger nach Anspruch. 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine spezifische Oberfläche von wenigstens Io m2/g hat.
10. Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Motoren, gekennzeichnet durch ein Metallgehäuse (4) mit Gaseintritts- und -austrittsöffnungen, katalytische Elemente (5, 6, 7) nach Anspruch 1 bis 6, die im Gehäuse (4) so ubereinandergestapelt sind, daß ein Raum zwischen den zentralen Teilen (2) von zwei aufeinanderfolgenden Elementen bleibt, und die starr miteinander verbunden sind, und ein in den Zwischenraum zwischen den Elementen (5, 6, 7) und dem Gehäuse (4) eingefügtes elastisches Material (8).
11. Vorrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht perforierte Umfangsteil der katalytischen Elemente (5, 6, 7) eine Dicke von wenigstens 6 mm hat.
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12. Vorrichtung nach Anspruch Io oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente mit einem feuerfesten Zement miteinander verbunden sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch Io bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material (8) aus verfilzten Mineral- oder Metallfasern oder aus Geweben der gleichen Fasern besteht.
14. Verfahren zur Herstellung von katalytischen Elementen nach Anspruch 1 bis 7, wobei man einen Schlicker aus Fasern und Bindemittel herstellt, diesen Schlicker in einer Form zum Formkörper formt, trocknet und brennt, dadurch gekennzeichnet, daß man einen ersten Brand bei I2oo bis 13oo°C vornimmt, den Formkörper erneut mit einem Gel oder Sol von einfachen oder gemischten feuerfesten Oxyden von Metallen wie Si, Al, Zr und Cr imprägniert, die Formkörper trocknet und erneut bei 6oo bis 8oo°C brennt.
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