DE2539763B2

DE2539763B2 - Verfahren zum impraegnieren eines blockfoermigen grundgefueges, das mit einem aktiven metalloxid ueberzogen ist, mit einem katalytischen metall und vorrichtungen zum ausueben des verfahrens

Info

Publication number: DE2539763B2
Application number: DE19752539763
Authority: DE
Inventors: William Bennett West Chester Pa. Retallick (V.StA.)
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1974-09-11
Filing date: 1975-09-06
Publication date: 1977-09-01
Also published as: IT1060815B; GB1507168A; CA1063087A; DE2539763A1; JPS51128691A; FR2284371A1; FR2284371B1; DE2539763C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren eines blockförmigem Grundgcfüges, das mit einem aktiven Metalloxid überzogen ist, mit einem katalytischen Metall und Vorrichtungen zum Ausüben des Verfahrens.

Bei dem Grundgefüge handelt es sich um einen hitzebeständigen Block (Monolithen), dessen Oberflii ehe eine innere Zone darstellt, auf die ein katalytisches Metall aufzubringen ist, und der mit einer äußeren Zone

η rorrn eines Filmes aus einem Oxid wie etwa Aluminiumoxid überzogen ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung darauf, einen derartigen mit einem Film überzogenen (beschichteten) Monolithen mil präzise vorgegebenen Gewichtsanteilen des katalytischen Metalls zu imprägnieren und auf diese Weise einen monolithischen Katalysator zu schaffen, der für die Behandlung von insbesondere Kraftfahrzeugmotor-Abgasen geeignet ist.

Starre, einstückige oder homogene sogenannte »gestrickte« Grundgefüge (nestartige Strukturen), die oft als monolithische Strukturen bezeichnet werden, haben einen weiten Anwendungsbereich bei der Herstellung von Katalysatoren zum Umwandeln von Abgasen, die brennbare Verunreinigungen aufweisen, gefunden. Diese Bedeutung erlangten derartige Monoli the aufgrund ihrer Kompaktheit und leichten ι Handhab barkeit sowie leichten Austauschbarkeit. Gewöhnlich sind diese Strukturen so aufgebaut, daß sie eine Vielzahl an Durchlaß-Kanälen für die Abgase aufweisen. Sie enthalten einen dünnen Film als äußere Zone, und ein anorganisches Oxid ist auf der inneren Zone in Form des hitzebeständigen Monolithen niedergeschlagen. Die beschichtete monolithische Struktur wird gewöhnlich mit einem katalytischen aktiven Metall, etwa einem Metall aus der Platin-Gruppe, imprägniert. Der so entstehende Katalysator kann dann in einen geeigneten Behälter für die Behandlung von Abgasen eingesetzt werden.

Die einzige bekannte Methode zum Imprägnieren derartiger Monolithe mit einem bestimmten Gewichtsanteil eines Metalls aus der Platin-Gruppe besteht darin, den Monolith in ein Bad einer Lösung einzutauchen, das exakt das Gewicht (die Menge) desjenigen Metalls enthält, mit dem der Monolith imprägniert werden soll. Diese Methode gewährleistet zwar die Imprägnierung mit einer präzise vorgegebenen Metallmenge, aber dieses Verfahren verläuft viel zu langsam für eine kommerzielle Produktion derartiger Katalysatoren. Der Monolith muß zum Aufsaugen des Metalls stundenlang oder sogar tagelang eingetaucht bleiben, um sicherzustellen, daß die gesamte Menge des Metalis aus der Hlatin-gruppe die im Bad enthalten war, auf den Monolithen niedergeschlagen wird.

Ein anderes Verfahren zum Imprägnieren eines Monolithen besteht darin, einfach den Monolith in eine Lösung einzutauchen, ihn aus der Lösung wieder herauszunehmen und dann zu schleudern, um die überschüssige Lösung zu entfernen. Dieses Verfahren lauft zwar schnell ab, aber es weist den Nachteil auf, nicht ein präzise vorgegebenes Metallgewicht auf den Monolithen abzulagern. Denn die Aufnahmefähigkeit für Wasser ist für die verschiedenen beschichteten Monolithe unterschiedlich, sogar unterschiedlich für Monolithe desselben Produktionsganges. Dementsprechend muß auch das Gewicht des Metalls schwanken, mit dem die Monolithe nach diesem Verfahren imprägniert sind. Wenn die Imprägnicrmeialle aus der kostspieligen Platin-Gruppe stammen, dann isi es besonders wichtig, ein präzise vorgegebenes Metallgewicht auf jeden Monolithen zu übertragen.

Die Aufgabe, eine exakt «teuerbare Imprägnierung auf t'.n Grundgefüge der vorstehend erläuterten Art rasch aufzubringen, ist erfindungsgemäß im wesenth chen durch die Folge folgender Veriahrensschruie gelöst:

a) ein Katalysator-Träger, der eine monolithische .Struktur aufweist, die mit einem aktiven Metalloxid überzogen ist und die einen zentralen Hohlraum, der sich longitudinal durch den Monolithen erstreckt, sowie radial verlaufende Kanäle aufweist, wird um seine longitudinal Achse geschleudert,
s b) ein Strahl einer Lösung eines katalytischen Metalles wird gegen die Wand des Hohlraumes gespritzt, während der Träger geschleudert wird,

c) der Verfahrensschritt b) wird abgebrochen, wenn im wesentlichen die gesamte Oberfläche der

ίο Kanäle mit dem katalytischen Metall imprägniert

ist, und

d) der imprägnierte Träger wird bei einer Temperatur im Bereiche zwischen etwa 205⁰C und 98O⁰C geröstet.

is Eine der monolithischen Strukturen,die bevorzugt als Katalysator-Träger in Betracht gezogen werden, um nach dem erfindungsgemäBen Verfahren behandelt zu werden, besteht aus einem im wesentlichen kontinuierlichen Gespinst eines keramischen Materials wie etwa

:o Alpha-Aluminiumoxid, Sillimanit, Petalit, Cordierit,

(2 MgO · 2 AI₂Oj · 5 SiO₂),

Mullit, (3Al₁Oi- 2 SiO₂, Zirkonsilikat, Zirkon-Mullit, Spodumen, Magnesium-Silicate, Alumino-Silicate und

>s dergleichen. Dieses Material ist kreuzweise nach Art eines Fischgrätenmusters angeordnet und bildet einen Zylinder, der einen longitudinal innen hindurch sich erstreckenden zentralen Hohlraum und eine Vielzahl unregelmäßig verteilter Kanäle oder Durchlässe auf-

>> weist. Ein Teil dieser Kanäle erstreckt sich radial vom zentralen inneren Hohlraum aus durch den Monolith zu seiner äußeren Umrandung hin. Der Durchmesser der Kanäle sollte wenigstens etwa 0.5 mm betragen, um sicherzustellen, daß die Imprägnierlösung beim Verfahrensschritt des Imprägnieren hindurchfließt.

Zu den Materialien der äußeren Zone aus aktivem Metalloxid, mit dem der Monolith beschichtet ist, zählen bevorzugt Aluminiumoxid, Kieselsäure, Zirkondioxid, Alumino-Silicate, Alumino-Zirkonate und dergleichen.

Als ganz besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, als aktives Metalloxid das Aluminiumoxid zu benutzen, das auf den monolithischen Träger in Form einer Suspension oder eines 1 lydro-Sol aufgebracht und danach durch Rösten in Gamma-Aluminiumoxid umgewandelt wird.

Die Aluminiumoxid-Suspension wird zweckmäßigerweise dadurch gebildet, daß ein Überschuß an Aluminium-Metall mit Säure versetzt wird, die aus der Gruppe stammt, zu der HCl, HBr und Hl gehören, oder

so mit einem Aluminiumsalz wie etwa Aluminium-Clorid, Bromid oder Iodid, so lange, bis sich kein Wasserstoff mehr entwickelt. Die so gewonnene Suspension des Hydro-Sol unterscheidet sich von einer gallertartigen Suspension mit diskreten Partikeln aus Aluminiumoxid

ss Eine ausführliche Beschreibung der Gewinnung einei solchen Suspension findet sich in dem US-Paten 33 46 336, auf dessen Beschreibung hiermit Bezuj genommen wird.

Die monolithische Struktur kann mit tier Aluminium

c oxid-Suspension mittels herkömmlicher Technikei beschichtet werden. Bevorzugt wird für dieses Beschich ten aber das Verfahren benutzt, das in der gleichzeiti; eingereichten Anmeldung der Anmelderin unter de Bezeichnung »Vorfahren zum Beschichten eines hitze

"s beständigen ! rägermaterials mit einem aktiven Metal' oxid-Film« beschrieben ist und auf die vollinhaltlic Bezug genommen wird.

Lediglich vorsorglich sei hier wiederholt, daß bi

jener parallelen Anmeldung die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen sind:

— Eintauchen der monolithischen Struktur in eine Suspension eines aktiven Metalloxides,

— Entfernen des.Monolithen aus der Suspension,

— Schleudern des so beschichteten Monolithen, bis im wesentlichen der gesamte Überschuß der Suspension entfernt ist, um nur einen Film aus aktivem Metalloxid von im wesentlichen gleichförmiger Stärke zurückzulassen, und

— Rösten dieses beschichteten Monolithen bei einer Temperatur im Bereiche von etwa 400⁰C bis 980°C.

Der Verfahrensschritt des Schleuderns nach der vorliegenden Erfindung wird zweckmäßigerweise dadurch realisiert, daß der beschichtete Monolith an einer Drehvorrichtung befestigt wird, die eine ausreichende Zentrifugal-Beschleunigung bewirkt, so daß die Lösung, die gegen die Wandung des zentralen Hohlraumes des Monolithen gespritzt wird, die Beschichtung aus aktivem Aluminiumoxid im wesentlichen gleichförmig durch den gesamten hiermit beschichteten Monolithen imprägniert. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, eine Zentrifugal-Beschleunigung in der Größenordnung zwischen 2 und 15 g hierfür am Innenradius des Monolithen zu erzeugen. Die erforderliche Zeit für das Schleudern und Einspritzen ist sehr kurz; sie wird in der Größenordnung zwischen I und 100 Sekunden, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Sekunden gewählt.

Gegenstand dieser Erfindung ist außer der beschriebenen Verfahrensfolge eine zweckmäßige Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens, für die zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele unten anhand der Zeichnung näher beschrieben werden. Im wesentlichen handelt es sich bei diesen Vorrichtungen nach der Erfindung um ein Gefäß, das eine wäßrige Lösung eines oder mehrerer katalytisch aktiver Metalle aufweist, die in Strömungsverbindung mit dem zentralen Hohlraum des beschichteten Monolithen gebracht werden. Ein Strahl dieser Lösung wird dazu aus dem Gefäß heraus gegen die Wandung des zentralen Hohlraums des in Drehung befindlichen Monolithen gepumpt.

Das aktive Metall wird vorzugsweise aus der Gruppe VIII der Edelmetalle im periodischen System der Elemente, insbesondere aus der Gruppe der Edelmetalle Platin, Palladium, Rhodium oder Mischungen aus diesen, ausgewählt. Der Träger, also der beschichtete Monolith, wird mit einer wäßrigen Lösung aus Platin-Chlor-Wasserstoffsäure, Platin-Chlorid, Ammonium-Chloroplatinat, Dinitrodiamino· Platin od. tlcrgl. imprägniert.

Der imprägnierte Träger wird dann oxidiert und/oder reduziert, um das aufgebrachte Platin-Metall in oxidiertem oder reduziertem Zustand zu erhallen. Die aufgebrachte Menge der katalytischen Komponente variiert in Abhängigkeit von df,r speziell vorgesehenen Endanwcndung des Katalysators, Im allgemeinen wird die Menge zwischen 0,05 und 10%, vorzugsweise im Hereich zwischen etwa 0,1 und 1% des Gewichts des gesamten Kalalysator-Grundgeiügcs liegen. Im Falle der Verwendung von Edelmetallen ist aus wirtschaftlichen Gründen darauf zu achten, daß nur gerade die Menge an Metall, die tatsächlich für den fertig behandelten Monolith benötigt wird, in dessen Hohlraum eingespritzt wird. Um dieses sicherzustellen, wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum Ausüben des erfinclungsgemllUen Verfahrens eine An von Flüssigkeilsheber ithnlich der Bauform einer Injektionsspritze benutzt, in der nur gerade die Menge an Lösung bereitgestellt wird, die die gewünschte Metallmenge für den fertig behandelten Katalysator ergibt.

Der Verfahrensschritt des Röstens besteht im wesentlichen aus einem Erhitzen des imprägnierten Monolithen bei einer Temperatur im Bereiche von etwa 205°C bis 980°C, vorzugsweise zwischen 205"C und 593°C, in einer oxidierenden Atmosphäre, etwa in Luft. Vor Anwendung des Verfahrensschrittes des Röstens kann es zweckmäßig sein, den imprägnierten Monolithen bei einer Zemperatur im Bereiche von etwa 93°C bis 205⁰C zu trocknen; dieser Verfahrensschritt ist aber für die Herstellung des Katalysators nicht zwingend notwendig.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung zweier in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrensschrittes des Schleuderns und Einspritzens des Monolithen,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Monolithen, wie er nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wird, in etwa natürlicher Größe und maßstabsgetreuer Darstellung,

F i g. 3 eine Ansicht einer gegenüber der Vorrichtung nach F i g. 1 abgewandelten Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrensschrittes des Schleuderns und Einspritzens des Monolithen.

Ein beschichteter Monolith 10, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, weist einen zentralen Hohlraum 11 (vgl. auch Schnittdarstelliing der Fig. 1 und Fig. 2) auf, der sich longitudinal durch den Monolith 10 hindurch. gestreckt. Dieser Monolith 10 ist mittels Zugstangen 12, die sich zwischen einer oberen Spannklammcr 14 und einer unteren Spannklammcr 16 erstrecken, in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung befestigt. Eine Welle 18 ist mit einem Ende an der unteren Spannklammer Ib befestigt, mit ihrem anderen Ende an einer Antriebsvorrichtung 20, mittels derer der Monolith 10 um seine Längsachse gedreht (geschleudert) wird. In einer Spritze 26 ist zwischen einem Stopfen 28 und einem Druckkolben 30 eine Lösung 24 katalytischen Metalls enthalten. Die Spritze 26 und der Druckkolben 30 in ihrem Innern sind gegeneinander verschiebbar. Wahrend der Monolith 10 geschleudert wird, wird die Spritze 26 - beispielsweise manuell — in Rieh!»»» dos in Fig, I eingetragenen Pfeiles hochgedrückt. Damit wird bewirkt, daß die zylindrische Wandung der Spritze 26 sich über den Druckkolben 30, der bezüglich der übrigen Vorrichtung fest angeordnet ist. hinüberschiebt, bis der Stopfen 28 gegen Druckkolben 30 anliegt. Auf diese Weise wird die Lösung 24 aus dem Innern der Spritze 26 verdrängt und durch ein Rohr 32 geilrückt, wodurch eine Düse 34 am unteren Ende des Rohres 32 die Lösung 24 gegen die Wandung des Hohlraumes M des Monolithen 10 spritzt. Der Hubweg der Spritze 26 wird gleich der Lllngc des llohlrnumcs II, der mit der Lösung 24 bespritzt werden soll, gewählt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Lösung 24 gleichförmig über die gesamte Lunge des Hohlraumes 11 verteilt wird, wobei das Maß der Gleichförmigkeit dieser Verteilung nicht davon abhängt, wie gleichförmig das Anheben der Spritze 26 gegen den Druckkolben 30

erfolgt. Das heißt also, Aufbau und Handhabung dieser Vorrichtung zum Verdrängen der Lösung 24 aus der Spritze 26 sind nicht kritisch, und dennoch wird der erfindungsgemäße Verfahrcnsablauf in hoher Güte sichergestellt. Die auf den rotierenden Monolith 10 und die Lösung 24 einwirkende Zentrifugalßeschleunigung bewirkt, daß die Lösung 24 von der Wandung des Hohlraumes 11 durch den Monolith 10 hindurch radial nach außen strömt, so daß die Oberflächen aller Kanäle im nestförmig aufgebauten Monolithen 10 gleichförmig imprägniert werden.

Ein Auffanggefäß 40 umgibt den Monolithen 10 und ist derart gestaltet, daß etwaige überschüssige Lösung 24, die durch den Monolith 10 hindurch und an dessen äußerer Oberfläche austritt, aufgefangen wird.

Der derart imprägnierte Monolith 10 wird dann, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, bei einer Temperatur in vorzugsweise der Größenordnung von 205⁰C bis 593°C geröstet, um das Metall in sein aktiviertes Oxid umzuwandeln.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann eine Serie von Schleuder- und Spritzvorrichtungen nach Fig. 1 für die Beschickung eines gemeinsamen Trockners und Rösters vorgesehen sein, um eine kontinuierliche oder wenigstens halb-kontinuierliche Katalysatorherstellung zu ermöglichen.

In F i g. 3 ist eine abgewandelte Vorrichtung entsprechend derjenigen nach F i g. 1 dargestellt, mit der also wiederum die Lösung 24 gegen die Wandung des zentralen Hohlraumes 11 gespritzt wird. Die Lösung 24 ist hier in einem Vorratsbehälter 48 enthalten, von dem eine Strömungsverbindung über ein Rohr 50 zu einer Mehrzahl mit gleichen Abständen zueinander angeordneten Düsen 52 führt. Eine Pumpe 56 pumpt die Lösung 24 aus dem Vorratsbehälter 48 durch das Rohr 50 zu den Düsen 52 und aus diesen heraus gegen die Wandung des Hohlraumes 11 des Monolithen 10. Diese gcrätctechnische Alternative weist den Vorteil auf, daß gegenüber der Vorrichtung nach I·' i g. 1 nicht mehr ein Behälter mil dosiertem Inhalt zum Einspritzen des Monolithen 10 bewegt werden muß; bei der Vorrichtung nach Fig. 3 wird vielmehr die Mengenvorgabe durch entsprechen den Betrieb der Pumpe 56 sichergestellt.

Die in der unten angegebenen Tabelle aufgeführten Beispiele dienen der Darstellung des crfindungsgemäßcn Verfahrens zum Präparieren von Katalysatoren, die als Katalysatoren für die Behandlung von l'ahiveugmotor-Abgasen vorgesehen sind.

Die für die angegebenen vier Beispiele benutzten Monolithe waren keramische Alpha-Aluminiumoxid-Monolithe, deren Aufbau fischgrätenähnlich gewickelten Bllllcn aus einem Strang tthnclt, wobei clic einzelnen Strähnen kreuzweise übereinander verlaufen, um einen Monolithen 10 in Form eines verwobenen. zylindrischen »Nestes« zu bilden, tier einen axial hindurch verlaufenden zentralen Hohlraum 11 aufweist, wie in I'ig. 2 der Zeichnung dargestellt. Durch die krruzweise übereinander aufgewickelten Strittige sind Kanitle gebildet, von denen einige nahezu senkrecht zur Längsachse des Monolithen verlaufen, so daß die resultierende Abgas-Strömung, wenn der fertig bearbeitete Katalysator in einen katalytischen Auspuff oder Schalldämpfer eingesetzt ist, entweder vom axialen Hohlraum radial nach außen durch dieses »Nest« oder von der äußeren Oberfläche des Monolithen durch dieses »Nest« hindurch zu dcsscm zentralen Hohlraum hin verlauft. Die Abmessungen der für die Beispiele benutzten Monolithen betrugen 15 cm Höhe, 10 cm Außendurchmesser und 4,5 cm Hohlraum-Durchmesser. Das Massenvolumen des Monolithen betrug ein Liter.

Die Monolithe wurden wie folgt mit aktivem Aluminiumoxid beschichtet:

Auf die beiden Enden des axialen Hohlraumes des Monolithen wurden Gummi-Stopfen aufgebracht und durch axiale öffnungen in diesen beiden Stopfen wurde eine Drehwelle aus rostfreiem Stahl eingeführt. Diese Drehwelle wurde in das Spannfutter eines Preßluft-Motors eingesetzt. In einen Becher wurde Aluminiumoxid-Hydro-Sol mit einer Dichte von 1,41 g/cm¹ gegeben, das durch Versetzen von 1300 g Aluminium-Spänen mit einem Liter Chlorwasserstoff zuzüglich drei Liter Wasser in einem Rücklfußkühlcr nach 100 Stunden gewonnen wurde. Das ungelöste Aluminium wurde in das nächste Bad übertragen. Der Becher wurde um die Drehwelle gehoben, um den Monolithen 5 bis 10 Sekunden lang bei Raumtemperatur vollständig einzutauchen, und der Becher wurde dann wieder abgesenkt. Der Monolith wurde daraufhin gedreht, und zwar so schnell, daß für eine Zentrifugal-Beschleunigung von etwa 2 g über 10 bis 20 Sekunden lang am Innenradius gesorgt wurde, nämlich so lange, bis der beschichtete Monolith nahezu berütirungstrockcn war. Dadurch wurde das Aluminiumoxid-Hydro-Sol, das den Monolithen umgibt, gleichförmig über dessen gesamte Oberfläche verteilt. Es verblieb nach diesem Behandlungsschritt keinerlei reflektierend wirkende helle Zone. Alle Durchlaß-Kanäle im Monolithen waren also offen und frei von Anlagerungen aus Aluminiumoxid. Der derart beschichtete Monolith wurde dann bei einer Temperatur von etwa 120⁰C getrocknet und daraufhin bei 593°C geröstet, nämlich zwei Stunden lang an Luft in einem Muffelofen. Diese Behandlungsfolgc wurde dreimal wiederholt, um 0,1 g Aluminiumoxid-Beschichtung je Gramm des bloßen Monolithen niederzuschlagen, also 10 Gewichtsprozent Aluminiumoxid bezogen auf den fertig behandelten Katalysator-Trager.

Die Rösl-Temperaluir von 593"C für den beschichte len Monolith nach jedem Eintauchen reichte aus, um das AluminiumoxidSol aul dem Monolithen festzusetzen und in hinreichender Menge Chlor-Wasserstoff auszutreiben, so daß die GsmimaAluminiumoxid- Beschichtung während des nächstfolgenden Tauchvorganges nicht erweichte. Allerdings hai es sich als zweckmäßig erwiesen, nach dem lcl/tcn Tauchvorgang die Temperatur für das Rösten auf etwa 790"C anzuheben, um den Gehalt an Chlorid-Ionen beim (erlig bearbeiteten Katalysator zu vermindern und somit seine Aktivität zu inaximieren. Die Abschluß-Röstung bei etwa 7WC win de zwei Stunden lang durchgeführt.

leder der vier für die Vergleichs Beispiele bemit/len Monolithe wurde mit einer Vorrichtung, wie sie in !•'ig. I der Zeichnung dargestellt ist. imprägniert. Die Gewichlsantcile an Platin und Palladium, mil denen jeder der Monolithe imprägniert wurde, waren im wesentlichen dieselben und betrugen 1,2 g bzw. 0,24 g. Das Volumen der eingespritzten Lösung war nahe/.u konstant und betrug etwa 74 bis 7b cm¹. Das Platin wurde der Lösung als IbPtCl,, und das Palladium als PdCb zugeführt. Weiiin HCI das Zusatzmittel in der Lösung war, dann lag die Menge bei 0,5 cm¹; wenn das /usatzmittel Essigsaure war, dann betrug die Menge etwa 10 cm¹. Die Einspritzzeit erstreckte sich über 50 bis 60 Sekunden. Nach diesem Imprägnieren wurden die Monolithe jeweils bei etwa 150"C getrocknet und daraufhin in Luft bei 315^UC geröstet. Aus jedem Monolithen wurden zwei Teile herausgeschnitten und in

ίο

einem Motoren-Labor bei 35 000 GHSV (das ist die Geschwindigkeit einer Gasvolumeneinheit bezogen auf das Katalysatorvolumen, gemessen in h ') getestet. Der Zweck des Herausschneidens dieser beiden Teile aus jcdcpi der vier Monolithe war es lediglich, ein Duplikat für Überprüfungszwecke zur Verlügung /u haben.

Nach diesem ersten Test im frischen Zustand wurden die herausgeschnittenen Stücke 24 Stunden lang bei ca. 980⁰C künstlich gealtert und dann erneut getestet. Sämtliche Testresultate sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Alle vier Monolithe zeigten also gute Aktivität sowohl im frischen als auch im gealterten Zustand. Die Testergebnisse bezeichnen dabei die

Tabelle

Temperaturen, bei denen 50% (bzw. 80%) des Kohlenmonoxid (CO) im Besehickungsgas (Abgas) in Kuhlendioxid resp. der Kohlenwasserstoffe (HC) in CO; und 11/) umgewandelt wurde; für die Tctnperaturanga· ben sind in der Tabelle die Original-Meliergebnisse in "C eingesetzt.

Ein nach der Erfindung erstellter Katalysatoi zeichnet sich also durch hohe Aktivität aus, auch ii Vergleich zu anderen Katalysatoren für die Behandlung von Kraftfahrzeugmotor-Abgasen, wobei die niedriger Temperaturen, bei denen die Umwandlungen in einerr vorgegebenen Maße stattfinden, ein Vergleichsmaßstat für die Aktivität der Katalysatoren sind.

	Beispiel	Nr.	2Λ	2 B	JA	3B	145	4A	4 B	129
	IA	IB	0,12		0,13		149	0,13		176
Gramm Aluminiumoxid-Überzug je	0,12						149			152
Gramm bloßen Monolithen			1,19		1,21		158	1,21		162
Palladium-Imprägnierung (Gramm)	1,18		0,24		0,24			0,24
Platin-Imprägnierung (Gramm)	0,24		HCI			Essigsäure			Essigsäure¹)
Zusatzmittcl in der Imprägnierlösung	HCl		75		76	182	75	191
Aufgespritzte Lösung (ecm)	74					189		18t
Motoren-Testlabor (frischer Zustand)			154	149	144	191	159	201
Ty₁CO	147	144	157	149	147	205	170	218
TwIlC	149	149	161	149	150		199
T₈₁₁CO	166	157	190	156	161	204
T„„HC	183	173
Motoren-Testlabor (nach 24stündiger
Alterung bei 982° C)			181	181	178	193
T,„CO	201	198	184	200	183	200
Tv₁HC	204	203	186	202	183	201
T_m,CO	206	206	207	219	187	224
Tm₁HC	219	216

') Der Mutuilith wurik' zusätzlich in l>.sif.'s;iiirc

rr iinprnunicri imcl ilaiin gi

wurde.

llk-i/ti 1

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Imprägnieren eines blockförmi- ;en Grundgefüges, das mit einem aktiven Metalloxid iberzogen ist, mit einem katalytischen Metall, ;ekennzeichnet durch die Folge folgender i'erfahrensschritte:

a) ein Katalysator-Träger, der eine monolithische Struktur aufweist, die mit einem aktiven Metalloxid überzogen ist und die einen zentralen Hohlraum, der sich longitudinal durch den Monolithen erstreckt, sowie radial verlaufende Kanäle aufweist, wird um seine longitudinal Achse geschleudert,

b) ein Strahl einer Lösung eines katalytischen Meiaüs wird gegen die Wand des Hohlraumes gespritzt, während der Träger geschleudert wird,

c) der Verfahrensschritt b) wird abgebrochen, wenn im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Kanäle mit dem katalytischen Metall imprägniert ist, und

d) der imprägnierte Träger wird bei einer Temperatur im Bereiche zwischen etwa 2O5°C und 980° C geröstet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Träger mit einer Zentrifugal-Beschleunigung von 2 bis 15 g geschleudert wird, bezogen auf den Innenradius des Monolithen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Gamma-Aluminiumoxid als aktives Metalloxid.

4. Verfahren nach Anspruch :>, dadurch gekennzeichnet, daß der Monolith Alpha-Aluminiumoxid enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Metall aus der Platin-Gruppe als katalytisches Metall.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Katalysator nach dem Rösten 0,05 bis 10 Gewichtsprozent des Metalls aus der Platin-Gruppe enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzen des katalytischen Metalls gegen die Wandung des Hohlraumes des Monolithen mittels wenigstens einer Düse erfolgt, die aus einem Vorratsgefäß für die Lösung gespeist wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß für die Lösung zu Beginn des Imprägnierens (Einspritzen des Monolithen) gerade die Menge an Lösung enthält, die für die Behandlung des angestrebten Katalysators genügt, auf den diese Menge übertragen werden soll, und daß das Einspritzen der Lösung so lange durchzuführt wird, bis die gesamte im VorraisgefälJ vorgegebene Lösung in den zentralen I lohlraum des Monolythen eingespritzt ist.

9. Vorrichtung zum Imprägnieren eines Katalysator-1 rägers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hinspannbefestigung (14, 12) zum Haltern des Katalysator-Trägers (Monolith 10) mit /en.ralem Hohlraum (11) vorgesehen ist, an der ein Finde oiner Welle (18) befestigt ist, deren anderes Ende m.t einer Antriebsvorrichtung (20) zum Schleudern des

Monolithen (10) drehstarr verbunden ist, daß ferner ein Vorratsbehälter für eine Lösung; (24) eines kaialytischen Metalls vorgesehen ist, an dem ein Rohr angeschlossen ist, dessen anderes Ende in das Innere des Hohlraumes (11) des Monolithen (10) hineinragt, und daß eine mit dem Rohr gekoppelte Vorrichtung zum gleichförmigen Einsprühen der Oberfläche des Hohlraumes (U) des sich drehenden Monolithen (10) mit der Lösung des katalytischen Metalles vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auffangbehälter (40) den Monolithen (10) umgibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter Für genau die Menge an Lösung (24) bemessen ist, die für das Imprägnieren des jeweiligen Monolythen (10) mit einer vorgegebenen Menge an Metall vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter als Sprühvorrichtung in Form einer Spritze (26) mit darin verschiebbarem Druckkolben (30) ausgebildet ist, die dem Druckkolben (30) gegenüber einen Verschluß-Stopfen (28) aulweist, durch den das Rohr (32) hindurchragt, so daß die Lösung (24) in der Spritze (26) zwischen dem Stopfen (28) und dem Druckkolben (30) durch das Rohr (32) und die Düse (34) herausgedrückt wird, wenn die Spritze (26) mit dem Stopfen (28) und der Düse (34) gegen den Druckkolben (30) verschoben wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub-Weg der Spritze (26) gegenüber dem bezüglich des Monrlithen (10) feststehenden Druckkolben (30) etwa der Länge des Hohlraumes (11) des Monolithen (10) entspricht, so daß, wenn die Lösung (24) vollständig aus der Spritze (26) herausgedrückt wurde, die Düse (34) sich über die Höhe des Monolithen (10) bewegt hat und den gesamten Monolithen (10) vom Hohlraum (11) her mit der Lösung (24) besprüht hat.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil eines Endes des Rohres im Inneren des Hohlraumes (11) des Monolithen (10) längs dessen gesamter Länge angeordnet ist und eine Mehrzahl von Düsen (52) mit gleichem Abstand voneinander aufweist und daß ein Ende davon als Rohr (50) an eine Pumpe (56) zum Hindurchpumpen einer dosierten Menge der Lösung (24) aus einem Vorratsbehälter (48) zu den Düsen (52) hin angeschlossen ist, um den rotierenden Monolithen (10) gleichlörmig zu imprägnieren.