DE2437035A1

DE2437035A1 - Neue katalytische strukturen und die vorrichtung fuer ihre befestigung in einer abgasableitung

Info

Publication number: DE2437035A1
Application number: DE2437035A
Authority: DE
Inventors: Roger Claude Lacroix
Original assignee: LOUYOT COMPTOIR LYON ALEMAND
Current assignee: LOUYOT COMPTOIR LYON ALEMAND
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1974-08-01
Publication date: 1975-03-06
Also published as: NL7410481A; BE817645R; JPS5044975A; FR2240047A1; GB1485042A; IT1046139B; DE2437035C2; US3944505A; FR2240047B1; ES428979A2

Description

Die Erfindung betrifft neue katalytische Strukturen und die Vorrichtung für ihre Befestigung in einer Abgasableitung.

Im Hauptpatent wurden bereits Katalysatoren sowie gleichzeitig die aus diesen Katalysatoren geschaffenen Strukturen zur Umwandlung der schädlichen Gase vorgeschlagen, die sich allgemein in den Auspuffgasen von Motoren befinden. Dort werden im besonderen wabenförmig© Strukturen beschrieben, die aus übereinandergestapelten abwechselnd glatten und gewellten Blechen bestehen.

Die Bleche sind aus rostfreiem Stahl, vorzugsweise aus gestrecltem Stahlblech.

Die Streckbleche bestehen aus:

- einer Schicht mindestens einer Nickel- od. Kobaltaluminiur;

- einer Od Aluminiumoxydschicht; und

- mindestens einer katalytischen Oberschicht, die auf eine Gamma- od. Beta-Aluminiumoxydschicht aufgebracht werden kann.

Die speziell auf den vorstehend erwähnten Gebieten verwendbaren Katalysatoren bzw. katalytischen Strukturen müssen folgende Eigenschaften aufweisen:

- eine im Verhältnis zum Schüttvolumen große Oberfläche;

- eine Kontaktfläche, die für den Kontakt mit dem zu behandelnden Fluid so groß wie möglich sein muß;

- einen minimalen Druckverlust gegenüber der Strömung des Fluids;

- Beständigkeit gegenüber Wärmeschocks;

- Beständigkeit gegenüber mechanischen Stößen und Schwingungsbeständigkeit;

- Korrosionsbeständigkeit;

- im Laufe der Zeit darf die· einwandfreie katalytische Wirkung nicht verlorengehen.

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Die neuen erfindungsgemäßen katalytischen Strukturen weisen diese Eigenschaften auf.

Die Erfindung betrifft neue katalytische Strukturen aus Metallfolien od. Folien aus Metallegierungen, die ihrerseits gebildet werden aus:

- einer Schicht mindestens einer Nickel- od. Kobalt-Metallaluminiur;

- einer cc Aluminiumoxydschicht;

- und mindestens einer katalytischen Oberschicht, die auf eine Gamma- od. Eta-Aluminiumoxydschicht aufgebracht werden kann;

dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Strukturen aus übereinander gestapelten glatten gestreckten Folien gebildet werden, die in einem gewissen Abstand zueinander gehalten werden und im Innern eines starren Blocks angeordnet sind;

- der Folienabstand beträgt 0,5 - 2,5 mm;

- die Transparenz der Folien liegt zwischen 20 und 80 %\

- die Stärke der Folien vor dem Strecken beträgt 0,05 0,25 nun.

Die Folien können durch Abstandsdrähte in einem gewissen Abstand zueinander gehalten werden, so daß sich parallele Kanäle von rechteckigem Querschnitt ergeben.

Die Folien können auch durch die genannten Abstandsdrähte aneinandergeschweißt werden.

Gemäß einer der bevorzugten Ausführungsarten der Erfindung haben die gestreckten Folien eine Transparenz von ^5 - 60 % und weisen Zellen auf, deren große Diagonale 1,2 - 4 mm beträgt, die Breite des zwischen zwei aneinandergrenzenden

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Zellen liegenden Striefere beträgt 0,1 - 0,4 mm.

Jedes Streckfolienmodell wird im allgemeinen durch drei Zahlengruppen bestimmt. Die erste Gruppe gibt die Länge der größten Diagonale der Elementarzelle in mm an, die zweite Gruppe die Breite des Streifens in 1/100 mm, die dritte Gruppe die Stärke der Folie vor dem Strecken in 1/100 mm.

Die bei dieser Erfindung vorzugsweise verwendeten Modelle sind folgende:

a) 1,45-12-10 mit 18 600 Zellen pro dm² und einer"Lichtdurchlässigkeit von 52 %',

b) 1,45-12-20 mit 18 600 Zellen pro dm und einer Transparenz von 50 %\

c) 2,5-25-20 mit 7 400 Zellen pro dm und einer Transparenz

von 48 %\

d) 3-34-20 mit 3 940 Zellen/dm² und einer Transparenz von 58 %.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Befestigung einer katalytisehen Struktur im Innern eines Gehäuses, das zu einer Abgasableitung gehört, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Struktur in dem genannten Gehäuse durch mindestens ein Metallkissen festgehalten wird, das über die ganze od. einen Teil der blinden Außenfläche der genannten Struktur angeordnet ist.

Die blinde Außenfläche der Struktur ist die Außenfläche des starren Blocks, der den Polienstapel teilweise umgibt.

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-ν-

Die Abgase können, wenn sie die katalytische Struktur verlassen, in eine Auspuffleitung gelangen, die sich in dem Gehäuse befindet und in die genannte Struktur eingefügt ist und die im Innern des Gehäuses möglicherweise durch mindestens ein Metallkissen festgehalten wird. Diese Leitung hat vor allem den Zweck, den größten Teil der Auspuffgase durch die katalytische StrukturVleiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhafterweise durch eine Gaseinlaßleitung ergänzt werden, die an das Gehäuse geschweißt, in die Struktur eingefügt und mit Leitschaufeln ausgerüstet ist, durch die der Gasstrom, gelenkt werden kann, so daß er gleichmäßig in die ganze katalytische Struktur fließt.

Weitere charakteristische Merkmale und Vorteile ergeben sich aus folgenden Beispielen, die zur Veranschaulichung gegeben werden, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

- Abb. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen katalytischen Struktur ist;

- Abb. 2 ist eine schematische Darstellung einer gestreckten Folie;

- Abb. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Befestigungsvorrichtung für eine katalytische Struktur;

- Abb. 4 ist eine Schnitthälfte nach IV-IV von Abb. 3.

BEISPIEL 1

Ausführung einer erfindungsgemäßen katalytischen Struktur des »Mehrfachkanaltyps" (Abb. 1+2).

Aus diesen Abbildungen ist zu ersehen, daß diese Struktur aus übereinandergestapelten Folien besteht, die, wie 1 und 2, aneinandergeschweißt sein können und sich in einer starren Struktur 3 befinden.

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Diese Folien werden durch dazwischen liegende Drähte 4 in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten, so daß dadurch Kanäle von rechteckigem Querschnitt 5 gebildet werden.

Jede Folie ist 35 χ 80 mm groß. Der Stapel besteht aus 25 Folien. Die Folien sind aus gestrecktem Inconel, wobei die Streckung folgende Merkmale'aufweist:

- Größe der größten Diagonale⁰ : 3 mm

- Breite der Metallstreifen : 0,3^ mm

- Stärke des Blechs vor der Streckung: 0,2 mm

- Gesamtsträrke des gestreckten Bleches: 0,4 mm.

Die Abstandsdrähte haben einen Durchmesser von 1,2 mm. Sie werden durch Elektroschweißung mit dem Streckmetall verbunden. Die einzelnen Folien sind entlang der Mantellinien der zylindrischen Elemente, den Abstandsdrähten, übereinandergestapelt bzw. aneinandergeschweißt.

Der dem Durchfluß des Fluids freistehende Querschnitt beträgt ca. 62$ des gesamtquerSchnitts. Bei einem 19 Folien umfassenden Block beträgt der Druckverlust für ein Gas bei 315° C und einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 Volumen pro Stunde ca. 22 mm Wasser.

BEISPIEL 2

In diesem Beispiel wird die katalytische Wirksamkeit und die Stoßfestigkeit einer wie in Beispiel 1 beschriebenen katalytischen Struktur beschrieben, die aus 25 Folien besteht, auf denen insgesamt 0,3 g Platin aufgebracht wurden.

Durch diese Struktur wird ein Gas geleitet, das volumenmäßig folgende Zusammensetzung aufweist:

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- T-

co

NO C₃H₈

COj

0,21 %
190 ppm

1,^5 % 83,39 %

Der Durchsatz beträgt 50 000 Volumen/h.

Das Gas wird mit wachsender Temperatur erhitzt, man notiert die Temperatur des Katalysators und bestimmt am Auslaß den CO-Gehalt des ausströmenden Gases.

Die katalytische Wirksamkeit wird gemessen durch:

- die maximale Leistung der Umwandlung von CO in CO₂, die so hoch wie möglich sein muß;

- die Temperatur, bei der die Leistung 90 % beträgt;

- die Temperatur, die der maximalen Leistung entspricht.

Die ermittelten Werte lauten wie folgt:

- maximale Leistung : 98 %

- Temperatur bei einer Leistung von 90 % : 352° C.

- Temperatur äer maximalen Leistung : 370° C

Zur Messung der Stpßfestigkeit werden die 25 Folien in dem starren Inconel-Block wie in Abbildung 1 dargestellt angeordnet.

Der Block und dessen Inhalt werden anschließend in ein Gehäuse montiert, das dem bei Kraftfahrzeugen eingebauten Gehäuse ähnlich ist: zwischen dem Gehäuse und dem starren Block werden elastische Metallkissen eingefügt. Die Stöße werden dadurch erzeugt, daß man die gesamte im Vorstehenden beschriebene Vorrichtung aus bekannter Höhe auf eine Stahl-

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platte fallen läßt. Die Stärke eines Stoßes beträgt 0,0485 kgm. Der Fallversuch wird 775 mal durchgeführt, was 37,5 bedeutet; nach dieser Behandlung war bei der erfindungsgemäßen Struktur keinerlei Materialverlust festzustellen, die katalytische Wirksamkeit bleibt vollständig erhalten.

Somit stellt man überraschend fest, daß:

- aufgrund einer synergetisehen Wirkung zwischen der Struktur und dem katalytisehen Niederschlag die katalytische Wirksamkeit von Katalysatoren, die mit den erfindungsgemäßen Strukturen gewonnen werden, größer ist als die der gleichen katalytisehen Niederschläge auf den bekannten Strukturen;

- die Stoßfestigkeit und Schwingungsbeständigkeit der erfindungsgemäßen metallisch-keramischen Strukturen ungleich höher sind als die der bekannten Strukturen;

- die vorgenannten Vorteile erreicht werden, ohne daß der dem Durchfluß der Fluide entgegentretende Widerstand größer ist als der bei den besten bekannten katalytisehen Strukturen festgestellte Widerstand.

BEISPIEL 3

Ausführung einer Vorrichtung zur Befestigung einer erfindungsgemäßen katalytisehen Struktur in einem Gehäuse,, das zu einer Abgasableitung gehört.

Aus den Abbildungen 3 und k ist zu ersehen, daß die katalytische Struktur 6 in das Gehäuse 7 eingefügt.ist.

Die Struktur 6 wird durch zwei Metallkissen 8 und 9 in der senkrechten Richtung gut festgehalten.

In der Längsrichtung wird die Struktur 6 vorne durch die Verlängerung 10 des Gaseinlaßrohres 11 und'hinten durch das ' Ringkissen 12 und den Auspuffrohrstutzen 13 festgehalten, der auf dem Auspuffrohr Ik aufliegt.

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Die Verlängerung 10 des Gaseinlaßrohres 11 und der Rohrstutzen 13 sind in die Struktur 6 eingefügt. In dem Rohr 11 befinden sich Leitschaufeln I5, durch die der Gasstrom gelenkt werden kann, so daß er gleichmäßig in die ganze Struktur 6 fließt.

Die gesamte Vorrichtung wird durch die Bolzen 16 und die Flansche I7 und 18 fest montiert.

Das Ringkissen 12 besteht wie die Kissen 8 und 9 aus Metallgewebe od. aus gewelltem Streckmetall. Die Dichtigkeit des Ganzen wird durch die Dichtungen 19 gewährleistet.

Dank des Rohrstutzens I3 kann der größte Teil der Auspuffgase durch die Struktur 6 fließen. Infolgedessen fließt nur wenig od. gar kein Gas durch die Kissen 8 und 9, und zwar trotz des Fehlens einer plastischen Dichtung aus Asbest od. Elastomer zwischen der Struktur 6 und dem Gehäuse 7. Die mit hoher Geschwindigkeit aus dem Rohr 11 kommenden Gase erzeugen aufgrund der dynamischen Wirkung einen Unterdruck in dem Zwischenraum 20 und einen Druck in dem Zwischenraum 22. Aufgrund dieses Phänomens wird das Entweichen von Gasen vermindert bzw. vollständig ausgeschaltet.

Ferner ist die katalytische Struktur in der erfindungsgemaßen Vorrichtung offensichtlich durch keine Niete bzw. durch keinen Bolzen an den verschiedenen Elementen befestigt, die die Strömung der Gase leiten.

Dadurch wird die Vorrichtung leichter und die Auswirkungen von Stoßen und Schwingungen werden abgeschwächt.

Die Kanäle 5, die. durch die Folien 1 und 2 und die Abstanddrähte 4 begrenzt werden, ermöglichen das Durchfließen der Struktur 6 ohne eine· zu große Wirbe!bildung der Gase und

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infolgedessen ohne einen übermäßigen Druckverlust gegenüber der genannten Strömung.

Dabei wird darauf geachtet, daß die Temperatur der Struktur nicht über 700° G hinausgeht. Dies wird durch ihre spezielle Form erreicht, die Außenfläche des starren Blocks 3 ist im Verhältnis zum Volumen der Struktur groß, und/od. durch ein bekanntes Mittel, wie das Einsprühen von Frischluft in bestimmte Teile der· Vorrichtung.

Gemäß einer Variante der Ausführung kann die gesamte Außenfläche des starren Blocks 3 von Metallkissen umgeben werden.

Die bei dieser Erfindung verwendeten Luftkissen können aus Ketaligewebe sein od. auch aus mindestens einer gewellten Metallfolie, die zwischen zwei glatten Folien festgehalten wird. Die gewellte(n) Folie(n) kann (können) aus Streckmetall sein.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(Ij) Neue 'katalytische Strukturen aus Metallfolien od. Folien aus einer Metallegierung, die ihrerseits gebildet werden aus:

- einer Schicht aus mindestens einem Nickel- od. Kobalt-Aluminiurmetall;

- einer c£ Aluminiumoxydschicht;

- und mindestens einer katalytischen Oberschicht, die auf eine Gamma- od. Eta-Aluminiumoxydschicht gelegt werden kann,

dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Strukturen aus übereinander ge st ape It en gestreckten glatten Folien gebildet werden, die in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten werden und sich in einem starren Block befinden;

- der Folienabstand beträgt 0,5 - 2,5 mm;

- die Transparenz der Folien beträgt zwischen 20 und 80 %\

- die Stärke der Folien vor der Streckung beträgt 0,05 0,25 mm.

2) Strukturen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien durch Abstanddrähte in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten werden.

3) Strukturen gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien durch die genannten Abstanddrähte aneinandergeschweißt werden können.

^) Strukturen gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die gestreckten Folien eine Transparenz

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von 45 - 60 % haben und Zellen aufweisen, deren große Diagonale 1,2 - 4 mm beträgt, die Breite des Streifens, der zwei aneinandergrenzende Zellen trennt, beträgt 0,1 - 0,4 mm.

5) Vorrichtung zur Befestigung einer in irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche beschriebenen katalytischem Struktur in einem Gehäuse, das zu einer Abgasableitung gehört, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Struktur in dem genannten Gehäuse durch mindestens ein Metallkissen festgehalten wird, das auf der ganzen Od. auf einem Teil der blinden Oberfläche der genannten Struktur angeordnet ist.

6) Vorrichtung gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,

daß die Abgase, wenn sie die katalytische Struktur verlassen, in ein Auspuffrohr gelangen, das sich in dem Gehäuse befindet und in die genannte Struktur eingefügt ist.

7) Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspuffrohr im Innern des Gehäuses durch mindestens ein Metallkissen festgehalten wird.

8) Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase, bevor sie in die katalytische Struktur gelangen, in einen Zuleitungsrohrstutzen strömen, der in die Struktur eingefügt ist und der innen mit Leitschaufeln ausgerüstet ist.

9) Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkissen aus mindestens einer gewellten Metallfolie bestehen, die zwischen zwei glatten Metallfolien festgehalten wird.

10) Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gewellte(n) Folie(n) der Metallkissen aus Streckmetall ist (sind).

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11) Vorrichtung gemäß irgendeinem· der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkissen aus einem Metallgewebe bestehen.

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