DE3020630A1

DE3020630A1 - Vorrichtung zum reinigen von abgasen

Info

Publication number: DE3020630A1
Application number: DE19803020630
Authority: DE
Inventors: Seiji Aichi Izuhara; Tsuneaki Yokohama Narumiya
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1980-03-10
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1981-10-01
Also published as: DE3020630C2; GB2070957B; GB2070957A; FR2477629A1; FR2477629B1; US4308233A

Description

DECKBLATT FÜR DRUCKZEICHNUNG

1A-53 688 Anm.: Bridgestone Tire Company Limited

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Anm.: Bridgestone Tire Co. Ltd.

Beschrel bung

Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen, und zwar unangenehm riechenden und/oder giftigen Gasen, Kohlenmonoxid und ähnliches, insbesondere von solchen, die von Kleinverbrennungsanlagen wie Ölheizungen vor allem beim Entzünden und Erlöschen erzeugt werden.

In jüngerer Zeit hat die Nachfrage nach Hausfeuerungsanlagen auf ölbasis stark zugenommen und derartige Ölheizungen sind vielfach in Gebrauch genommen worden. Bei Ölheizungen dieser Art werden aber übelriechende und/oder giftige Gase, Kohlenmonoxid und anderes mehr vor allem unmittelbar nach dem Entzünden oder Auslöschen der Flamme erzeugt und an die Umwelt abgegeben; in dem Maße, in dem derartige Feuerungsstellen zunehmen, stellt diese Umweltverschmutzung vor allem in dicht bebauten Gebieten eine erhebliche Beeinträchtigung der Öffentlichkeit dar. Auch werden zahlreiche dieser Heizungen, die allgemein als Zwangssysteme (forced-flue system) bekannt sind, durch Einzelölöfen ersetzt, um öl zu sparen. In diesem Falle kann das Zimmer mit übersehendem Gas, Kohlenmon oxid und anderem angefüllt werden unmittelbar nach dem Anzünden oder Ausmachen des Ofens; dies wirkt sich gesundsheitsschädlich aus.

Es ist bekannt, daß Abgase von derartigen Heizanlagen oder Einzelöfen unter Verwendung eines EdelmetallkatalysaiDrs

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als Oxidationskatalysator für Abgase gereinigt werden können. In klein bemessenen ölofen oder ölverbrennungsanlagen ist jedoch keine Vorrichtung für die Reinigung von Abgasen vorgesehen, so daß üblicherweise meist die Abgase aus dem Zimmer abgegeben werden und eine Oxidationsbehandlung des Abgases nicht stattfindet. Das Ergebnis hiervon ist, daß in Ballungsgebieten und anderen dicht bebauten Gegenden ein schlechter Geruch auftritt und durch die Ansammlung von Abgasen in den Räumen die Gesundheit beeinträchtigt wird. Es ist daher zunehmend notwendig, die Abgase aus ölverbrennungsgeräten (Ölheizungen) einer Oxidationsbehandlung zu unterwerfen und es besteht infolgedessen ein starker Bedarf nach der Entwicklung von Reinigungsvorrichtungen, die für die Abgasreinigung geeignet sind.

Vorrichtungen für die Reinigung von Abgasen aus ölbrennern müssen folgenden Bedingungen genügen:

1.) geringer Druckverlust; 2.) hohe Hitzebeständigkeit; 3.) geringe Wärmekapazität;

4.) eine Struktur oder ein Gefüge, das den direkten Durchgang von nicht umgesetztem Gas verhindert und 5.) großes Porenvolumen.

In den Ölheizungsanlagen wird die für die vollständige Verbrennung benötigte Luft meistens durch Verwendung einer natürlichen Konvektion oder eines kleinen Gebläses zugeführt, so daß bei hohem Druckabfall der Reinigungsvorrichtung der normale Verbrennungsvorgang gestört werden kann. Weiterhin können die Verbrennungsgase in der Kammer der Ölheizung tausend und einige hundert Grad aufweisen und häufig noch einige hundert Grad nach erfolgtem Wärmeaustausch. Der Abgasreiniger muß daher aus einem Material bestehen, das eine entsprechend hohe Erweichungstemperatur aufweist und die hohen Temperaturbedingungen aushält. Gleichzeitig ist eine solche Abgas-

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reinigungsvorrichtung stets strengen Temperatur-Wechselbedingungen ausgesetzt, da die Temperatur wiederholt und häufig schwankt zwischen atmosphärischer oder Raumtemperatur und hohen Temperaturen. Das Material bzw. der Werkstoff und die Struktur oder das Gefüge müssen unter diesen strengen Hitzebedingungen beständig bleiben.

Darüberhinaus ist es wünschenswert, daß dieReinigungsvorrichtung durch ihre Struktur die Wärmespannung verteilt und daß Risse, selbst wenn sie durch die Hitzebeanspruchung entstanden sind, nicht oder kaum größer werden. Bei ölbrennern treten übelriechende Gase (Schwefelwasserstoff) , Kohlenmonoxid und ähnliches häufig unmittelbar nach dem Entzünden oder nach dem Auslöschen der Flamme auf, so daß die Oxidationsreaktion der Reinigungsvorrichtung für Ölheizungen schnell ansteigen bzw. anspringen muß, selbst bei zu geringer Temperatur unmittelbar nach dem Entzünden (der Flamme). Hierzu wird eine geringe Wärmekapazität benötigt, so daß die Temperatur der Reinigungsvorrichtung schnell dem Anstieg der Umgebungstemperatur folgt und auch die entsprechende Reaktionswärme spürbar ansteigt. Da der unangenehme Geruch bei ölverbrennung selbst bei einer Konzentration von weniger als einigen ppm beobachtet wird, muß ein Katalysator für die Reinigungsbehandlung verwendet werden, der eine sehr hohe Aktivität aufweist, selbst in einem Bereich eines hohen Umwandlungsgrades. Jedoch wird die Reaktion zunächst von der Reaktionsgeschwindigkeit und dann von der Diffusionsgeschwindigkeit gesteuert, wenn die Konzentration des Reaktionspartners sehr stark abnimmt. Infolgedessen wird die Reaktionsgeschwindigkeit in dem Bereich hoher Umwandlung lediglich durch Verstärkung der Aktivität des Katalysators nicht stark erhöht. Es wird deshalb wichtig die Diffusion des Reaktionspartners in die Oberfläche des Katalysators in dem Bereich hoher Umwandlung zu verstärken. Hierzu muß die Reinigungsvorrichtung

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eine solche Struktur bzw. ein solches Gefüge aufweisen, daß das Gas, welches reagieren soll, stets mit der Oberfläche des Katalysators in Berührung steht, um die Gasdiffusion zu beschleunigen und den direkten Durchgang von nicht reagiertem Gas zu verhindern. Außerdem muß die Reinigungsvorrichtung ein großes Porenvolumen aufweisen, damit in genügendem Ausmaße Adhäsion und Aktivieren des Katalysators stattfindet; außerdem muß sie sich durch eine hohe mechanische Festigkeit auszeichnen. Es besteht ein starker Bedarf nach Reinigungsvorrichtungen, die den obigen Anforderungen genügen und daher zur Reinigung von Abgasen aus ölverbrennungsanlagen eingesetzt werden können.

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Abgasreinigern, die sich für die Oxidationsbehandlung von Abgasen aus ölverbrennungsanlagen eignen, und die den obigen Bedingungen 1. bis 5. genügen und sich vor allem durch einen starken Anstieg der Katalysatoraktivität bei niederer Temperatur und durch eine hohe Aktivität im Bereich hoher Umwandlung auszeichnen und die weiterhin eine ausgezeichnete Wirkung als Diffusions-steuernder Körper entwickeln, der einen hohen Umwandlungsgrad bei der Behandlung von Abgasen in den ölheizungsanlagen benötigt.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen aus einer ölverbrennungsanlage bereitgestellt; der Abgasreiniger besteht aus einem keramischen porösen Körper, der eine dreidimensionale netzartige Zellstruktur mit zahlreichen untereinander verbundenen Hohlräumen aufweist und eine spezifische Dichte bzw. Schüttgewicht (bulk specific gravity) von 0,25 bis 0,6 aufweist; weiterhin eine Schicht aus aktivierter Tonerde, die auf die Oberfläche der Zellstränge oder Zellwände des porösen keramischen Körpers aufgebracht ist, in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers, sowie schließlich einer Edelmetallkatalysatorschicht auf der Schicht aus aktivierter Tonerde.

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Dieser Abgasreiniger eignet sich zum Oxidieren und Entfernen von Abgasen wie übelriechenden Gasen, Kohlenmonoxid und anderen mehr, die bei der ölverbrennung entstehen und wirkt als ausgezeichneter Redoxkatalysator, weil aufgrund seines Gefüges das hindurchströmende Gas eng mit den Zellwänden des porösen keramischen Körpers in Berührung kommt, auf denen sich die Schicht aus aktivierter Tonerde und der Edelmetallkatalysator befinden. Der erfindungsgemäße Abgasreiniger zeichnet sich vor allem durch eira^nfangs-Anstieg der Katalysatoraktivität unmittelbar nach dem Entzünden der Flamme aus.

In weiteren Untersuchungen über die erste Ausführungsform des erfindungsgeraäßen Abgasreinigers wurde gefunden, daß beim Behandeln des Abgases mit einem auf die Ölheizung montierten, den Edelmetallkatalysator enthaltenden Abgasreiniger, lediglich durch den Katalysator die übelriechenden Gase, die beim Entzünden oder Auslöschen der ölflamme entstehen, nur schwer entfernt werden; dieser unangenehme Geruch wird bei einer niederen Temperatur als der Aktivierungstemperatur für den Katalysator in der ölverbrennungsanlage, vor allem in ölofen erzeugt. In den klein bemessenen Verbrennungseinrichtungen dieser Art, vor allem ölofen, kann der Abstand zwischen der Flamme und der Anordnung des Abgasreinigers nicht vergrößert werden, wobei Luft» die für vollständige Verbrennung benötigt wird, meistens unter Verwendung eines natürlichen Konvektionsstromes oder eines kleinen Gebläses zugeführt wird. Infolgedessen weist das aus dem Brenner in den Abgasreiniger strömende Gas eine ungleichmäßige Zusammensetzung und Temperatur auf, so daß die Effizienz des Katalysators auf der Reinigungsvorrichtung verringert und die Leistung des Katalysators selbst nicht ausreichend entwickelt werden kann; infolgedessen kann der Umwandlungsgrad für das Abgas abnehmen. Vor allem nimmt mit zunehmender Dicke des Abgasreinigers für Haushaltsfeuerung die Menge an Edelmetallkatalysator in der Vorrichtung zu;.dies führt

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zu wirtschaftlichen Problemen. Infolgedessen soll die Stärke eines solchen Abgasreinigers vorzugsweise nicht mehr als 40 mm, allgemein etwa 10 bis 20 mm betragen. Die oben erwähnten Nachteile können aber auch mitjüblichen Abgasreinigern geringer Stärke auftreten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Reinigungsvorrichtung für Abgase (Abgasreiniger) von klein bemessenen Heizanlagen bereitzustellen, mit deren Hilfe erfolgreich der unangenehme Geruch beseitigt werden kann, der bei niederer Temperatur als der Aktivierungstemperatur für den Katalysator beim Entzünden, Auslöschen der Flamme und ähnlichem entsteht; der Abgasreiniger soll wirksam die Leistung des Edelmetallkatalysators entwickeln und verstärken, um das Abgas zu reinigen, selbst wenn die Stärke der Vorrichtung, welche den Katalysator trägt, relativ gering ist und das in der Feuerungsstelle, beispielsweise einem ölofen erzeugte Abgas mit unterschiedlicher Zasammensetzung und Temperatur ohne Verteilung und Mischung aus der Verbrennungsstelle in den Abgasreiriger strömt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Abgasreiniger für Haushalts-Feuerungsstellen bereitgestellt, der zusammengesetzt ist aus a) einem Reaktionsteil oder -element bestehend aus einem keramischen porösen Körper mit einer dreidimensionalen netzartigen Zellstruktur und zahlreichen untereinander verbundenen Hohlräumen, einer spezifischen Dichte von 0,25 bis 0,6, einer Schicht aus aktivierter Tonerde bzw. aktiviertem Aluminiumoxid auf den Oberflächen der Zellstränge des porösen keramischen Körpers in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers sowie einem Edelmetallkatalysator auf der Schicht aus aktivierter Tonerde, und b) einem Misch- oder Homogenisierteil (Element),angeordnet auf der Seite, auf welcher das Abgas zuströmt und bestehend aus einem porösen keramischen

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Körper mit einer dreidimensionalen netzartigen Zellstruktur mit zahlreichen untereinander verbundenen Hohlräumen.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Abgasreiniger für Haushaltsheizung bereitgestellt, der besteht aus a) einem Reaktionsteil bestehend aus einem porösen keramischen Körper mit einer dreidimensionalen netzartigen Zellstruktur und einer Vielzahl von untereinander verbundenen Hohlräumen und einer Dichte/0,25 bis 0,6, einer Schicht aus aktivierter Tonerde auf der Oberfläche der Zellstränge des porösen keramischen Körpers in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-%,bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers und einem Edelmetallkatalysator, aufgebracht auf die Schicht aus aktivierter Tonerde, sowie b) einem Gas adsorbierenden Teil, das aus einem porösen keramischen Körper mit dreidimendonaler netzartiger Zellstruktur und einer Vielzahl von untereinander, verbundenen Hohlräumen sowie einem Gas adsorbierenden Mittel, aufgebracht auf die Oberfläche der Zellstränge des porösen keramischen Körpers besteht.

Die Erfindung wird nun im einzelnen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; in dieser «eigen»

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Abgasreinigers entsprechend der ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 3 ein vergrößerter Querschnitt eines Zellstranges oder Zellenelementes in dem porösen keramischen Körper nach der Erfindung;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der zweiten AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Abgasreinigers;

Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt durch eine ölfeuerungsanlage (ölofen) mit darin angeordnetem Abgasreiniger und

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Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Aueführungsform des erfindungsgemäßen Abgasreinigers entsprechend dem dritten Aspekt der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Abgasreinigers 1 für ölofen und dergleichen entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung der hergestellt wird unter Verwendung eines offenzelligen flexiblen Polyurethan-Schaumstoffs als Substrat, das durch ein keramisches Material ersetzt wird. Der Abgasreiniger 1 besteht aus einem säulenförmigen (zylindrischen) porösen keramischen Körper 3» dieser weist eine dreidimensional netzartige Zellstruktur mit zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen 2,wie in Fig. 2 gezeigt/auf, eine aktivierte Tonerde schicht 4 aus Jf-Al^O.* oder ähnlichem, die die gesamten Oberflächen (Außenflächen) der Zellstränge oder Zellelemente 3a des porösen keramischen Körpers 3 bedeckt, sowie eine Schicht 5 des Edelmetallkatalysators, die auf der aktivierten Tonerdeschicht 4 angeordnet ist. Im zentralen Bereich des Zellelementes 3a ist ein durchgehender (kontinuierlicher) Hohlraum 6 vorhanden, der der Form des Polyurethan-Schaumstoffsubstrates entspricht, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Abgasreiniger 1 (oder poröse keramische Körper 3) weist im wesentlichen das gleiche zellartige Skelett auf, wie der biegsame Polyurethan-Schaumstoff. Weiterhin weist der poröse keramische Körper 3 eine Dichte von 0,25 bis 0,6 auf. Die Schicht 4 aus aktivierter Tonerde bedeckt gleichförmig die Oberfläche der Zellelemente 3a in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers 3.

Zur Herstellung des Abgasreinigers 1 wird wie folgt verfahren:

Zunächst wird ein säulenförmiger (zylindrischer) biegsamer _r Polyurethan-Schaumstoff (offenzelliger Schaumstoff) mit einem im wesentlichen offenzelligen Skelett oder dreidimensio naler netzartiger zelliger Struktur in eine Aufschlämmung

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eines keramischen Materials getaucht. Als offenzelliger biegsamer Polyurethan-Schaumstoff können solche Schaumstoffe verwendet werden, die nach Entfernen der Zellmembrane durch gesteuertes Aufschäumen, mittels Hitze, oder

mittels einer Alkali- oder Wasserdruckbehandlung und ähnlichem erhalten werden; bevorzugt werden die Schaumstoffe,die nach einer Alkali- oder Hitzebehandlung * im Hinblick auf die vollständige Entfernung der Zellmembranen (Zellhäute bzw. Zeilzwischenwände)

Der Zellendurchmesser des PolyureHan-Weichschaumstoffes 1st nicht besonders kritisch; bevorzugt soll er im Bereich von 1 bis 7 mm liegen. Beträgt der Zellendurchmesser des Polyurethan-Weichschaumstoffes bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Abgasreinigers weniger als 1 mm, so wird der Druckabfall in dem fertigen Produkt ungünstig stark; bei einem Zellendurchmesser von über 7 mm hingegen ist es schwer, die Leistung des Reinigers bei einem hohem Umwandlungsgrad zu halten. Infolgedessen werden Zellendurchmesser von 1 bis 7 mm bevorzugt, um die besten Ergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Abgasreiniger zu erzielen.

Art und Körnung des keramischen Materials, das zur Herstellung der keramischen Aufschlämmung verwendet werden soll, sind nicht besonders beschränkt; es ist aber wünschenswert, ein keramisches Material zu verwenden, das eine große Hitzebeständigkeit aufweist, vorzugsweise eine *k-Tonerde bzw. θ·*-Α1ρΟ, oder ein Cordierit-Material. Hierzu wird üblicherweise ein keramisches Material verwendet, das im wesentlichen aus Kieselsäure, Tonerde und Magnesia besteht und dessen Korngröße vorzugsweise nicht mehr als hO /um beträgt. Als Dispergiermedium für die keramische Aufschlämmung wird allgemein Wasser verwendet, aber andere Dispergiermedien können ebenfalls Verwendung finden, ebenso ein Klebstoff oder ähnliches.

* erhalten worden sind.

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Dann wird der Polyurethan-Weichschaumstoff, der um seine Zellstränge herum mit den feinen Teilchen des keramischen Materials bedeckt ist, aus der keramischen Aufschlämmung herausgenommen und der Überschuß an Aufschlämmung wird mit Luft abgeblasen oder mit einem ähnlichen Mittel entfernt. Darauf wird die haftende Aufschlämmung getrocknet, verfestigt und das Ganze gebrannt bei einer Temperatur^ die der Zusammensetzung der Aufschlämmung entspricht, so daß das keramische Material zusammensintert und der

Polyurethan-Schaumstoff carbonisiert; hierdurch erhält man den keramischen porösen Körper 3, der im wesentlichen die gleiche zellige Struktur aufweist wie der Schaumstoff und den durchgehenden Hohlraum bzw. die Ausnehmung 6 aufweist, der/die der Formgebung des Schaumstoffes im Innern entspricht. Das keramische Material wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 1000 bis 1800⁰C, vorzugsweise über 1300⁰C gebrannt. Bei so hohen Brenntemperaturen wird ein poröser keramischer Körper erhalten mit ausreichend hoher mechanischer Festigkeit,

sehr

selbst wenn die Dichte/gering ist. Liegt die Brenntemperatur unterhalb der angegebenen unteren Grenze, so ist die mechanische Festigkeit häufig ungenügend. Die Dichte des porösen keramischen Körpers 3 wird auf den Bereich von 0,25 bis 0,6 eingestellt durch entsprechende Anpassung des Zellendurchmessers und der Porosität des Polyurethan-Schaumstoffes und der Menge der darauf abgelagerten keramischen Aufschlämmung. Liegt die Dichte innerhalb des Bereiches von 0,25 bis 0,6, so besitzt der fertig gestellte poröse keramische Körper eine geringe Hitzekapazität, ein gutes Ansteigen bzw. Anspringen der katalytischen Aktivität bei niederen Temperaturen, einen geringen Druckabfall und ausreichende mechanische Festigkeit, die allen Erfordernissen für die Verwendung in der Reinigungsvorrichtung entspricht. Liegt die Dichte oberhalb 0,6, so werden die eben aufgezeigten Eigenschaften nicht zufriedenstellend entwickelt; beträgt die Dichte weniger als 0,25, so wird die mechanische Festigkeit erheblich verringert.

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Die Oberflächen der Zellstränge 3a des auf diese Weise erhaltenen porösen keramischen Körpers 3 werden gleichmäßig bedeckt oder beschichtet mit einer aktivierten Tonerde, beispielsweise ^f-Al₂O, oder einem ähnlichen Material. Beispielsweise wird die aktivierte Tonerdeschicht 4 auf den Oberflächen der Zellstränge 3a des porösen keramischen Körpers 3 mit zelliger Struktur gebildet, indem eine Aufschlämmung eines aktivierten Tonerdematerials auf den zuvor bei erhöhter Temperatur gebrannten porösen keramischen Körper aufgebracht, dann getrocknet und bei einer Temperatur von 400 bis 800⁰C gebrannt wird, nachdem der Überschuß an Aufschlämmung entfernt worden ist, damit die untereinander in Verbindung stehenden Hohlräume nicht verstopfen oder verkleben. Die Entstehung der aktivierten Tonerdeschicht 4 verbessert die Fähigkeit oder Eigenschaften den Katalysator zu tragen sowie die Katalysatoraktivität. Beim Brauen des porösen keramischen Körpers bei einer Brenntemperatur von 1000 ⁰C oder mehr nimmt das Porenvolumen in der Zellstrangoberfläche des gebrannten Körpers (poröser keramischer Körper) ab und infolgedessen ist es häufig schwierig, die notwendige Menge Katalysatorkomponente an der Zellstrangoberfläche zum Haften zu bringen; aber die Bildung der aktivierten Tonerdeschicht - wie oben beschrieben - hat mit Sicherheit den Effekt, daß die Katalysatorkomponente in ausreichendem Maße an der Zellstrangoberfläche haftet. Die Menge an aufgebrachter aktivierter Tonerde soll 3 bis 30 Gew.-96 betragen, bezogen auf das Gewicht der porösen keramischen Körpers. Macht der Anteil an aktivierter Tonerde weniger als 3 Gew.-% aus, so wird das Porenvolumen geringer und die Haftung der Katalysatorkomponente ist unzureichend; ein Anteil von über 30 Gew. -% hingegen führt zur Ausbildung von unnötig viel aktivierter Tonerdeschicht.

Anschließend wird die Edelmetall-Katalysatorschicht 5 auf die aktivierte Tonerdeschicht 4 in an sich bekannter Weise

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aufgebracht. Beispielsweise wird eine Lösung aus 1 g Vanadiumchlorid in 3 1 verdünnter Salzsäure zu einer Lösung aus Platinsäure-Hydrochlorid/in 3 1 destilliertem Wasser gegeben und dann der pH-Wert mit verdünnter Salzsäure unter Rühren auf etwa 2 eingestellt. Darauf wird der poröse keramische Körper, beschichtet mit /-ΑΙ,,Ο, etwa 1 Stunde in die er-

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haltene Lösung eingetaucht, herausgenommen und bei 11O°C getrocknet.

Der auf diese Weise erhaltene Abgasreiniger 1 hat im wesentlichen die gleiche zellige Struktur wie das Skelett des flexiblen Polyurethan-Schaumstoffs; die aktivierte Tonerdeschicht 4 ist auf der Oberfläche der Zellstränge 3a des porösen keramischen Körpers 3 mit dreidimensionaler netzwerkartiger zelliger Struktur und zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen 2 erzeugt. Außerdem trägt dieser Abgasreiniger 1 einen gegebenen Katalysator - die Verwendung eines Edelmetall-Katalysators wird bevorzugt - weil die katalytlsche Aktivität bei niederen Temperaturen schnell erhöht werden muß. Zum Gebrauch wird der Abgasreiniger 1 in einem gegebenen Durchgang für Abgase aus einer Heizvorrichtung mit Ölbrenner angeordnet.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hat der Abgasreiniger ein großes Porenvolumen und eine hohe Katalysatorträgerfähigkeit und Aktivierungsfähigkeit, weil die Oberflächen der Zellstränge 3a des porösen keramischen Körpers 3 mit nicht weniger als 3 Gew.-96 an aktivierter Tonerde schicht bedeckt sind. Außerdem entfaltet der Abgasreiniger 1 eine hohe Aktivität in einem hohen Umwandlungsbereich, weil er eine dreidimensionale netzwerkartige zellige Struktur aufweist mit zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen, entsprechend dem Skelett des flexiblen Polyurethan-Schaumstoffs. Infolgedessen wird das vom Ölbrenner erzeugte Abgas ausreichend in dem Abgasreiniger verteilt, ohne daß nicht in Reaktion getretenes Gas hindurchströmif und kommt stets in Berührung mit der Oberfläche der Katalysatorschicht. Das Ergebnis ist, daß die übelriechenden Gase,

* (Platinchlorwasserstoffsäure) /*■*

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Kohlenmonoxid und anderes zuverlässig sogar bei niederer Konzentration oxidiert werden können. Der Abgasreiniger entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung entfaltet daher ausgezeichnete und unerwartete Wirkung als ein die Diffusion steuernder Körper, der einen hohen Umwandlungsgrad bei der Behandlung für Abgase aus Ölheizungsanlagen ergibt. Außerdem weist der Abgasreiniger 1 im wesentlichen die gleiche Struktur bzw. das gleiche Gefüge auf, wie das Skelett des flexiblen Schaumstoffs und der poröse keramische Körper 3» welcher das Gerüst für den Abgasreiniger bereitstellt, weist eine Dichte von 0,25 bis 0,6 auf, so daß die spezifische Wärme und auch die Wärmekapazität gering ist. Infolgedessen folgt der Abgasreiniger schnell dem Anstieg der atmosphärischen Temperatur und kann sich empfindlich der Reaktionshitze anpassen, so daß die Oxidationsreaktion schnell zunimmt, selbst unter ungenügenden Temperaturbedingungen unmittelbar nach dem Entzünden der Flamme; hierdurch kann die oxidative Entfernung von übelriechendem Gas, Kohlenmonoxidgas und anderen mehr, das bei niederer Temperatur unmittelbar nach der Entzündung der Flamme entsteht, glatt erfolgen. Da der Abgasreiniger 1 eine Struktur aufweist, welche den kontinuierlichen Hohlraum bzw./kontinuierlicher Ausnehmung 6 innerhalb des Zellstranges 3& des porösen keramischen Körpers 3 umfaßt, wird die Wärmekapazität weiter verringert, ohne daß die mechanische Festigkeit verringert ist; infolgedessen wird der Anstieg der katalytlschen Aktivität bei niederen Temperaturen zuverlässig verbessert und die Behandlung des Abgases wirksam erreicht.

Weiterhin ist der Druckabfall des Abgasreinigers 1 gering, weil dieser im wesentlichen aus dem porösen keramischen Körper 3 mit Dichte 0,25 bis 0,6 besteht und die gleiche zellige Struktur aufweist wie der Polyurethan-Schaumstoff und an seiner Oberfläche mit einer aWivierten Tonerdeschicht 4 und einer Katalysatorschicht 5 versehen ist; infolgedessen kann eine vollständige Verbrennung bewirkt werden, lediglich

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durch Zufuhr von Luft aufgrund natürlicher Konvektion oder mit Hilfe eines kleinen Gebläses, ohne daß die normale Verbrennung im ölofen gehindert wird. Schließlich ist die Wärmebeständigkeit des Abgasreinigers 1 ausgezeichnet und diese Vorrichtung ist ausreichend widerstandsfähig gegenüber heißen Abgasen oder wiederholten Wärmeschocks und bewirkt zufriedenstellend die Dispersion und Abschwächung der Wärmespannung; infolgedessen wird ein kontinuierliches Weiterwachsen von Rissen mit Sicherheit verhindert, selbst wenn diese Risse aufgrund der Wärmespannung entstehen.

Die Reinigungsvorrichtung entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung ist sebrprakti sch zur Verwendung für die Abgasreinigung einer Ölheizungsanlage, weil sie zufriedenstellend die Leistung des Katalysators entwickelt bzw. zur Geltung bringt und gleichzeitig die oxidative Entfernung der vom ölbrenner abgegebenen Abgase, übelriechende Gase und Kohlenmonoxid, wie sie beim Entzünden oder Auslöschen der Flamme entstehen, sicherstellt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wurde der Abgasreiniger ausgehend von flexiblem Polyurethan-Schaumstoff als Substrat hergestellt; andere synthetische Schaumstoffe oder poröse Körper mit einer offenzelligen Struktur können ebenfalls als Substrat Verwendung finden. Die erhaltenen Abgasreiniger haben dann im wesentlichen die gleiche zellige Struktur wie sie das Skelett des Kunstharz-Schaumstoffes aufweist und entfalten die gleiche Wirkung wie oben beschrieben. Auch ist die Herstellung des Abgasreinigers nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt. Weiterhin können Form und Abmessung des Abgasreinigers in Übereinstimmung mit den Gebrauchsbedingungen ausgewählt und festgelegt werden.

Der in Fig. 1 gezeigte Abgasreiniger besteht aus einem porösen keramischen Körper mit einer dreidimensionalen netzwerkartigen zelligen Struktur und zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen und einer Dichte von 0,25 bis 0,6; ferner eineraktiviertenTonerdeschicht,

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die auf die OberiSchen der Zellstränge des porösen keramischen Körpers in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-#, bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers, abgeschieden ist sowie einer Edelmetallschicht, die auf die aktivierte Tonerdeschicht aufgebracht ist. Er ist charakterisiert durch eine geringe Hitzekapazität, eine gute Zunahme bzw. guten Anstieg oder gutes Anspringen der Katalysatoraktivität bei niederer Temperatur; er verhindert den direkten Durchgang von nicht reagiertem Abgas, weist eine hohe Aktivität bei hohem Umwandlungsbereich auf, eine ausreichende Haftung des Katalysators, zeichnet sich durch geringen Druckabfall aus und hindert nicht die Verbrennung in den ölofen bzw. Ölheizungsanlagen und ist in hohem Maße hitzebeständig. Infolgedessen kann der Abgasreiniger wirksam zur Behandlung der Abgase aus ölofen und sonstigen Ölheizungsanlagen eingesetzt werden.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsfonn des erfindungsgemäßen Abgasreinigers entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung. In diesem Falle umfaßt der Abgasreiniger 10 ein scheibenförmiges Reaktionseleraent 11 und ein scheibenförmiges Misch- oder Homogenisierelement 12, das auf der Zustromseite des Abgases angeordnet ist.

Das Reaktionselement 11 weist den gleichen Aufbau auf wie

in Fig. 3 gezeigt. D.h., das Reaktionselement 11 besteht aus einem porösen keramischen Körper 3 mit dreidimensionaler netzwerkartiger zelliger Struktur mit zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen für den Durchgang von Abgasen; dieser Körper ist hergestellt worden durch Aufbringen einer keramischen Aufschlämmung aus ^s.-AIpO,, Cordierit oder einer ähnlichen Substanz auf einen flexiblen Polyurethan-Schaumstoff mit einer offenzelligen Skelettstruktur und einem Zellendurchmesser von 1 bis 7 mm;-anschließendes Brennen bei einer Temperatur von beispielsweise 1000 bis 1800⁰C, wobei der Schaumstoff carbonisiert

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xond entfernt wird; Aufbringen einer aktivierten Tonerdeschicht 4 aus ck-AlgO, oder einem ähnlichen Material, die die gesamten Oberflächen der Zellstränge 3a des porösen keramischen Körpers 3 bedeckt,sowie Aufbringen einer Edelmetall-Katalysatorschicht aus Platin oder einem ähnlichen Metall auf die als Träger wirkende Tonerdeschicht 4. In diesem Falle weist der poröse keramische Körper 3 eine Dichte von 0,25 bis 0,6 auf, im Hinblick auf Wärmekapazität, Druckabfall, mechanische Festigkeit und ähnliche Eigenschaften und der Anteil an aktivierter Tonerdeschicht 4 auf den Zellsträngen 3a macht 3 bis 30 Gew.-96 aus, bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers 3.

Das Misch- oder Homogenisierelement 12 besteht aus einem porösen keramischen Körper mit dreidimensionaler netzwQrkartiger zelliger Struktur und zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen für den Durchgang von Abgasen; zu seiner Herstellung wird eine keramische Aufschlämmung aus 0^-Tonerde oder einem Cordierit-Material auf einen flexiblen Polyurethan-Schaumstoff mit offenzelliger Skelettstruktur aufgebracht und gebrannt, so daß wie oben beschrieben, der Schaumstoff carbonisiert und entfernt wird und in gleicher Weise wie oben beschrieben, der poröse keramische Körper 3 entsteht. In diesem Falle soll das Misch- oder Homogenisierelement 12, d.h. der poröse keramische Körper vorzugsweise eine Dichte von 0,25 bis 0,6 aufweisen.

Der fertiggestellt Abgasreiniger 10 wirdbeto Gebrauch in einer gegebenen Durchtrittsöffnung für Abgase aus einem ölofen oder einer anderen Ölheizungsanlage angeordnet, wie in Fig. 5 gezeigt. 13 bedeutet den Verbrennungsteil, d.h. den ölbrenner in ölofen und 14 ist eine zylindrische Abschirmplatte, die so angeordnet ist, daß sie den Brenner 13 abschirmt (Ofenwand). Der Abgasreiniger 10 wird so angeordnet, daß das Misch- oder Homogenisierelement 12 zum Brenner 13 hingerichtet ist und auf dem oberen Teil

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ORIGINAL INSPECTED

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der Abschirmplatte bzw. Ofenwand 14 angeordnet, so daß die oben befindliche öffnung der Abschirmplatte bedeckt ist. Das durch den ölbrenner erzeugte Abgas strömt in das Misch- bzw. Homogenisierelement des Abgasreinigers 10 ein und durch die untereinander in Verbindung stehenden Hohlräume dieses Mischteils und darauf in das Reaktionselement 11 und dort durch die untereinander in Verbindung stehenden Hohlräume; dabei wird das Abgas durch die Wirkung der Trägerkatalysatorschicht 5 gereinigt.

Im Abgasreiniger 10 wird der Misch- oder Homogenisierteil 12, bestehend aus dem porösen keramischen Körper auf der Zutrittsseite des Abgases zum Reaktionsteil 11 angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, daß auch Abgase unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlicher Temperatur ohne vorherige Vermischung zuverlässig mit den Zellsträngen des porösen keramischen Körpers, die das Mischelement 12 ausmachen, in Berührung kommt und wirksam von dem Misch- oder Homogenisierteil durchmischt wird. Das Ergebnis ist, daß das aus dem Misch- oder Homogenisierelement 12 in das Reaktionselement 11 einfließende Abgas homogene Zusammensetzung und Temperatur aufweist und die Katalysatorschicht 5 des Reaktionselementes 11 wirksam genutzt werden kann, um das Abgas zu reinigen. In zahlreichen Untersuchungen wurde bestätigt, daß bei Verwendung einer Schlitzplatte mit zahlreichen Schlitzen oder einer wabenartigen Struktur/als Misch - oder Homogenisierelement 12 anstelle des porösen keramischen Körpersein ausreichender Durchmischungseffekt nicht erwartet werden kann, während bei Benutzung des aus dem porösen keramischen Körper bestehenden Misch- oder Homogenisierelementes eine zuverlässige Durchmischung des Abgases zunächst erreicht wird. Das Misch- oder Homogen!vierteil 12 trägt somit wirksam zur Entfaltung der Leistung der Katalysatorschicht 5 im Reaktionsteil 11 bei und das Abgas wird wirksam gereinigt, selbst wenn das Reaktionsteil 11 relativ dünn und nicht stärker als 40 mm, üblicherweise etwa 10 bis 20 mm stark ist. Mit anderen Worten, das

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Misch- bzw. Homogenisierteil 12 dient dazu, daß die Leistung des Reaktionsteiles 11, bestehend im wesentlichen aus dem porösen keramischen Körper sicher entwickelt wird, selbst wenn die Stärke dieses Reaktionsteiles gering ist.

Da das Misch- bzw. Homogenisierteil 12 aus dem porösen keramischen Körper besteht, ist der Druckabfall gering. Infolgedessen behindert dieses Teil 12 nicht den normalen Verbrennungsvorgang des ölbrenners, wenn Luft mit Hilfe natürlicher Konvektion oder eines kleinen Gebläses zugeführt wird und fängt weiterhin zuverlässig öltröpfchen (Nebel), Ruß und andere Teilchen, die aus dem Ölbrenner 13 abgegeben werden ,ein und verhindert die Vergiftung der Katalysatorschicht 5 im Reaktionsteil 11. Außerdem werden die Öltröpfchen und ähnliche Stoffe verbrannt, wenn die Abgastemperatur zunimmt, und im Reaktionsteil 11 behandelt.

Der oben geschilderte Effekt des Misch- oder Homogenisierteils 12 wird zufriedenstellend dann erreicht, wenn die Dichte des porösen keramischen Körpers, der das Mischbzw. Homogenisierteil ausmacht, 0,25 bis 0,6 beträgt. Außerdem entfaltet dieses Teil 12 seine Leistung in zufriedenstellender Weise auch dann, wenn die Stärke relativ gering ist und nicht mehr als 40 mm beträgt, üblicherweise 10 bis 20 mm.

In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist der Abgasreiniger 10 insgesamt als Scheibe ausgebildet; die äußere Form kann aber zahlreichen Modifizierungen unterliegen, beispielsweise ein mit Kappe versehener Zylinder (topped cylindrical shape)/> der den Brennerteil 13 bedeckt. Weiterhin ist gemäß Fig. 4 das Reaktionsteil 11 eng mit dem Misch- bzw. Homogenisierteil 12 verbunden (laminiert); es. kann aber auch das Misch-' bzw. Homogenisier teil 12 in einer gegebenen Entfernung von dem Reaktionsteil 11 ange-

* sein

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u-53 688 -is--*³' ■-■· -3Ö206"3Ö'

ordnet sein. Der Abgasreiniger 10 kann auch aus einem einzigen porösen keramischen Körper bestehen, dessen obere Hälfte als Reaktionsteil ausgebildet und mit der aktivierten Tonerdeschicht und Katalysatorschicht versehen ist; während die andere Hälfte als Misch- bzw. Homogenisierteil wirkt. Weiterhin können Dichte, Porosität, Dicke und andere Eigenschaften sowohl des Reaktionsteiles als auch des Mischbzw. Homogenisierteiles verändert werden, je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird selbst wenn das Abgas aus einer kleinen Verbrennungsanlage, beispielsweise einem ölzimmerofen mit unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlicher Temperatur ohne Verteilung und Störung aus dem Brenner in den Abgasreiniger einströmt, das Abgas im Mischteil vollständig durchmischt und homogenisiert; es strömt dann in den Reaktionsteil, so daß die Leistung der Katalysatorschicht voll zur Entfaltung kommt, um das Abgas zu reinigen. In diesem Falle wird die Leistung der Katalysatorschicht zuverlässig auch dann entwickelt, wenn das Reaktionsteil relativ dünn ist, so daß das Reaktionsteil, welches einen kostspieligen Edelmetall-Katalysator enthält, in geringer Stärke ausgebildet werden kann und infolgedessen die Herstellungskosten gesenkt werden können. Durch das Misch- bzw. Homogenisierteil werden auch öltröpfchen, Rußteilchen und anderes mehr zuverlässig abgefangen, so daß keine Vergiftung der Katalysatorschicht im Reaktionsteil oder Reaktionselement verhindert wird und infolgedessen der Abgasreiniger über lange Zeit hinweg beständig und voll wirksam bleibt.

Fig. 6 zeigt eine Ausbildungsform des Abgasreinigers entsprechend dem dritten Aspekt der Erfindung. Hier ist der Abgasreiniger 20 insgesamt als Scheibe ausgebildet und besteht aus einem durchgehenden einzigen Körper, der entlang der strich-punktierten Linie in ein Reaktionsteil 21 und ein

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gasadsorbierendes Teil 22 unterteilt ist. Der Reaktionsteil 21 hat den in Fig. 3 gezeigten Aufbau. D.h, das Reaktionsteil 21 besteht aus einem porösen keramischen Körper 3 mit dreidimensionaler netzwerkartiger zelliger Struktur und zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen für den Durchgang des Abgases; zu seiner Herstellung ist eine te ramische Aufschlämmung aus 0.-AIpO,, Cordierit oder einem ähnlichen Material auf einem flexiblen Polyurethan-Schaumstoff mit offenzelliger Skelettstruktur und einem Zelldurchmesser von 1 bis 7 mm aufgebracht und dann bei einer Temperatur von beispielsweise 1000 bis 1800⁰C gebrannt worden, wodurch der Schaumstoff carbonisiert und entfernt wurde; eine aktivierte Tonerdeschicht 4 aus f -AIpO* oder ähnlichem Material bedeckt die gesamten Oberflächen der Zellstränge 3a des porösen keramischen Körpers 3 und eine Edelmetall-Katalysatorschicht 5 aus Platin oder einem ähnlichen Metall, ist auf die aktivierte Tonerdeschicht 4, die als Träger dient, aufgebracht. Das gasadsorbierende Teil 22 seinerseits besteht aus dem gleichen porösen keramischen Körper 3-wie oben beschrieben und einer aktivierten Tonerdeschicht 4, die als Gasadsorptionsschicht wirkt und alle Oberflächen der Zellstränge 3a des porösen keramischen körpers 3 bedeckt.

Der poröse keramische Körper ist in diesem Falle so ausgebildet, daß er eine Dichte von 0,25 bis 0,6 aufweist, im Hinblick auf Wärmekapazität, Druckabfall, mechanische Festigkeit und andere Eigenschaften, und die aktivierte Tonerdeschicht 4 ist auf die Zellstränge 3a in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-# aufgebracht, bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers 3·

Dieser Abgasreiniger 20 wird bei der Benützung in einem gegebenen Durchgang für Abgase aus einer ölverbrennungsanlage, wie in Fig. 5 gezeigt, angeordnet, in gleicher Weise wie bei Verwendung des Abgasreinigers 10. In diesem Falle ist das gasadsorbierende Teil 22 gegen den Brenner

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hingerichtet und auf dem oberen Teil der Abschirmplatte angeordnet Infolgedessen strömt das durch den Brenner erzeugte Abgas zunächst in den gasadsorbierenden Teil 22 des Abgasreinigers 20, durch die untereinander in Verbindung stehenden Hohlräume, und dann in den Reaktionsteil 21 und dessen untereinander in Verbindung stehende Hohlräume; dabei wird das Abgas durch die Wirkung der Trägerkatalysatorschicht 5 gereinigt.

Im Abgasreiniger 20 ist das gasadsorbierende Teil 22 mit der aktivierten Tonerdeschicht 4, welche die Zellstränge 3a des porösen keramischen Körpers 3 bedeckt, auf der Seite des Reaktionsteiles 21 angeordnet, auf der das Abgas zuströmt. Selbst wenn unangenehmer Geruch bei einer Temperatur unterhalb der Aktivierungstemperatür für die Katalysatorschicht 5 des Reaktionsteiles 21 beim Entzünden oder Auslöschen des Ölbrenners erzeugt wird, adsorbiert das Gasadsorptionsmittel des gasadsorbierenden Teiles 22, d.h. die aktivierte Tonerdeschicht 4, zuverlässig die übelriechenden Gase und vertilgt den unangenehmen Geruch und infolgedessen gelangt dieser nicht in das Zimmer. In diesem Falle besteht das gasadsorbierende Teil 22 in der Hauptsache aus dem porösen keramischen Körper mit einer Dichte von 0,25 bis 0,6, so daß der Druckabfall gering ist und infolgedessen das gasadsorbierende Teil 22 den normalen Verbrennungsgang des ölbrenners nicht hindert, wenn Luft durch natürliche Konvektion oder ein kleines Gebläse zugeführt wird. Außerdem kommt das Abgas zuverlässig in Berührung mit den Zellsträngen des gasadsorbierenden Teils 22, ohne direkt hindurchzuströmen, wodurch das übelriechende Gas zuverlässig adsorbiert und von seinem unangenehmen Geruch befreit ist durch das Gasadsorptionsmittel (aktivierte Tonerdeschicht 4). In zahlreichen Untersuchungen wurde bestätigt, daß bei Verwendung von Üblichen Tonerdekügelchen oder Molekularsiebpellets als gasadsorbierendes Teil der Druckabfall hoch ist und diese Mittel sich nicht zur Verwendung in klein bemessenen Heizungsvorrichtungen wie

* so daß dieses bedeckt ist.

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Zimmerölöfen oder ähnlichem eignen. Besteht das gasadsorbierende Teil hingegen überwiegend aus dem porösen keramischen Körper, dessen Zellstränge mit der aktivierten Tonerdeschicht 4 überzogen sind - wie oben beschrieben so ist der Druckabfall gering und der unangenehme Geruch bzw. die übelriechenden Gase, die beim Entzünden oder Auslöschen der ölflamme entstehen, werden zuverlässig entfernt durch Inberührungbringen des Abgases mit der aktivierten Tonerdeschicht 4 des gasadsorbierenden Teiles 11, selbst wenn das in das Gas-adsorbierende Teil einströmende Abgas ungleichmäßig zusammengesetzt ist und unterschiedliche Temperatur aufweist. Es wurde somit gefunden, daß wem der Abgasreiniger 20 auf einen Ölofen montiert und dieser in einem geschlossenen Raum entzündet und dann wieder ausgemacht wurde, die Entfernung des unangenehmen Geruches erheblich verbessert wurde.

Die bei einer Temperatur unterhalb der Aktivierungstemperatur der Katalysatorschicht 5 erzeugten übelriechenden Gase werden von der aktivierten Tonerdeschicht 4 adsorbiert; wird Jedoch die Katalysatorschicht 5 bei einer höheren Temperatur aktiviert, so wird das übelriechende Gas von der Schicht 4 abgetrennt und dann durch das Reaktionsteil 21 sein Geruch neutralisiert.

Das gasadsorbierende Teil 22 mischt und homogenisiert das Abgas, so daß dann die Reinigung des Abgases im Reaktionsteil 21 wirksam erfolgen kann. Selbst wenn das vom Ölbrenner 13 erzeugte Abgas unterschiedlich zusammengesetzt und mit unterschiedlicher Temperatur ohne Dispersion und Störung - wie oben beschrieben - in den gasadsorbierenden Teil 22 einströmt, gelangt es hier zuverlässig mit den Zellsträngen des gasadsorbierenden Teiles 22 in Berührung und wird wirksam durchmischt, bis eine gleichmäßige Zusammensetzung und Temperatur des Abgases erreicht ist; da'nr strömt es in das Reaktionsteil 21, in welchem die Leistung der Katalysatorschicht 5 wirksam entwickelt und das Abgas zufriedenstellend gereinigt wird. Das gasadsorbierende Teil

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22 trägt somit wirksam zur Leistung der Katalysatorschicht 5 im Reaktionsteil 21 bei, so daß das Abgas wirksam gereinigt wird, auch wenn die Stärke des Reaktionsteiles

21 relativ gering ist und nicht mehr als 40 mm, üblicherweise etwa 10 bis 20 mm beträgt. Mit anderen Worten, das gasadsorbierende Teil dient dazu, die Leistungen des Reaktionsteiles 21, bestehend im wesentlichen aus dem porösen keramischen Körper sicher zu entwickeln, selbst wenn die Stärke dieses Reaktionsteiles relativ gering ist.

Selbst wenn öltröpfchen und andere Partikel von dem Brenner 13 abgegeben werden, werden diese zuverlässig vom gasadsorbierenden Teil 22 eingefangen, so daß eine Vergiftung der Katalysatorschicht 5 im Reaktionsteil 21 verhindert wird.

Das gasadsorbierende Teil 22 entfaltet seine Leistung zuverlässig auch bei relativ geringer Stärke von nicht mehr als 40 mm, üblicherweise 10 bis 20 mm.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist der Abgasreiniger 20 hergestellt durch Ausformen des Reaktionsteiles 21 mit der Katalysatorschicht 5 und dem gasadsorbierenden Teil

22 als ein einziger poröser keramischer Körper 3» dessen Zellstrang-Oberflächen mit der aktivierten Tonerdeschicht 4 bedeckt sind; hierdurch wird nicht nur die Herstellung vereinfacht, sondern auch die Temperaturen des Reaktionsteiles 21 und des gasadsorbierenden Teiles 22 einander angeglichen, um die Reinigungsreaktion der abgetrennten Gase sicherzustellen; außerdem wird die Vorrichtung hierdurch einfach und kompakt.

Der Abgasreiniger 20 ist als eine einzige Scheibe ausgebildet; diese Form kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, beispielsweise kann der Abgasreiniger die Form eines abgedeckten Zylinders haben, der den Brennerteil 13 überdeckt. Außerdem sind in der Ausbildung nach Fig. 6 das Reaktionsteil 21 und das gasadsorbierende Teil 22 als

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einziger (durchgehender) poröser keramischer Körper ausgebildet. Diese Teile können natürlich auch getrennt voneinander hergestellt .und dann miteinander laminiert werden. Das gasadsorbierende Teil kann auch in einem gegebenen Abstand von dem Reaktionsteil angeordnet sein. Weiterhin kann als gasadsorbierendes Mittel im gasadsorbierenden Teil vorzugsweise Zeolith, der sich durch gute Wärmebeständigkeit und Feuerfestigkeit auszeichnet, sowie ähnliche Stoffe verwendet werden.

Entsprechend dem dritten Aspekt der Erfindung besteht der Abgasreiniger aus einem Reaktionsteil, bestehend überwiegend aus dem porösen keramischen Körper, welcher die Katalysatorschicht trägt, sowie aus einem gasadsorbierend« Teil, bestehend aus dem porösen keramischen Körper, bedeckt mit dem Gasadsorptionsmittel; das gasadsorbierende Teil ist auf der Seite angeordnet, auf der das Abgas zuströmt, so daß das bei einer niederen Temperatur als der Aktivierungstemperatur für den Katalysator, beim Entzünden oder Auslöschen der ölflamme erzeugte übelriechende Gas durch das Gasadsorptionsmittel des gasadsorbierenden Teiles adsorbiert und entfernt wird; weiterhin wird das adsorbierte übelriechende Gas aus dem gasadsorbierenden Teil abgetrennt, nachdem der Katalysator bei einer gegebenen höheren Temperatur aktiviert worden ist; darauf wird der Geruch im Reaktionsteil entfernt bzw. neutralisiert. Selbst wenn das in einer kleinen Heizvorrichtung, wie einem ölofen oder ähnlichem erzeugte Abgas mit unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlicher Temperatur in dem Abgasreiniger einströmt, wird nicht nur das übelriechende Gas zuverlässig mit dem Gasadsorption mittel in Berührung gebracht, sondern auch das Abgas vollständig durchmischt und homogenisiert, bevor es aus dem gasadsorbierenden Teil in den Reaktionsteil weiterströmt hierdurch wird die Leistung der Katalysatorschicht bei der Reinigung des Abgases wirksam unterstützt. Die Leistung

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der Katalysatorschicht wird zuverlässig entwickelt, selbst wenn die Stärke des Reaktionsteiles relativ gering ist, so daß das Reaktionsteil, welches einen teuren Edelmetall-Katalysator trägt, dünn ausgestaltet werden kann, wodurch die Produktionskosten vorteilhaft beeinflußt werden. Schließlich werden öltröpfchen, Rußteilchen und anderes mehr zuverlässig vom gasadsorbierenden Teil abgefangen und auf diese Weise die Vergiftung der Katalysatoi-schicht im Reaktionsteil verhindert, so daß das Abgas sicher und zuverlässig während einer langen Zeitspanne gereinigt weiden kann.

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Vergleichsbeispiel 1

Auf ein keramisches Schwalbennest!*, das durch Strangpressen erzeugt worden war und 15 öffnungen je Zoll (2,54 cm) sowie die Form einer Scheibe mit Durchmesser 150 mm und 10 mm Dicke aufwies, wurden 20 Gew.-96, bezogen auf das Gewicht des Schwalbennestes, aktivierte Tonerde aufgebracht und dann ein Mischkatalysator aus Platin und Palladium im Verhältnis 1:1, in einer Menge von 0,08 g je 1 Liter (Lösung); die fertige Vorrichtung wurde Abgasreiniger A bezeichnet.

Beispiel 1

Als Substrat wurde ein vernetzter flexibler Polyurethan-Schaumstoff verwendet, der je Zoll (2,54 cm) 13 miteinander in Verbindung stehende Hohlräume sowie die Form einer Scheibe mit Durchmesser 150 mm und Stärke 10 mm aufwies.

In einem Rührkessel wurde ein pulveriges Gemisch aus 50 Teilen Cordierit (hergestellt von Marusu Yuyaku Co., Ltd., Handelsbezeichnung K-8) und 50 Teilen Tonerde

* bzw. Wabengitter (honeycomb) /26

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(hergestellt von Sumitomo Aluminium Co., Ltd., Handelsbezeichnung AM-31) zusammen mit einem flüssigen Gemisch aus Kieselsäuresol und Wasser im Mischverhältnis 2:1, gegeben; nachdem die erhaltene keramische Aufschlämmung etwa 24 Stunden in Bewegung gehalten worden war, wurde die Viskosität auf 1,5 g/cm*s eingestellt.

Der flexible Polyurethan-Schaumstoff wurde mit der keramischen Aufschlämmung imprägniert. Der Schaumstoff wurde aus der Aufschlämmung herausgenommen und die überschüssige Aufschlämmung entfernt, ohne den Schaumstoff zu deformieren. Dann wurde der Schaumstoff mit daran haftender Aufechlämmung 24 Stunden bei 70°C getrocknet und darauf mit der keramischen Aufschlämmung, die/eine Viskosität von etwa 0,2 g/cm.s aufwies, imprägniert. Nach Entfernen der überschüssigen Aufschlämmung, wurde erneut 24 Stunden bei 70⁰C getrocknet. Diese Maßnahme wurde viermal wiederholt, um eine vorgegebene Dichte des porösen keramischen Körpers nach dem Brennen zu erzielen. Dann wurde der mit keramischer Aufschlämmung beschichtete flexible Polyurethan-Schaumstoff bei etwa 135O°Cgebrannt, wodurch man einen porösen keramischen Körper mit einer Dichte von 0,4 erhielt, ohne daß Hohlräume in irgendeiner Richtung verstopft waren.

Aktivierte Tonerde (hergestellt von Sumitomo Aluminium Co., Ltd., Handelsbezeichnung A-II) wurde in Wasser dispergiert, das 15 Gew.-% Kieselsäuresol enthielt, unter Bildung einer Tonerdeaufschlämmung mit einer Viskosität von 2 g/cm-s. Dann wurde der poröse keramische Körper gründlich mit dieser Tonerdeaufschiämmung imprägniert^ nach Entfernen des Überschusses an Aufschlämmung 12 Stunden bei 70⁰C getrocknet und dann 1 Stunde bei 600°C gebrannt, worauf man einen porösen keramischen Körper beschichtet mit 20 Gew.-96, bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers, an aktiver Tonerde erhielt. Darauf wurde ein Mischkatalysator aus Platin und Palladium im Verhältnis

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1:1 auf die aktivierte Tonerdeschicht aufgebracht, in einer Menge von 0,08 g je Liter; das fertiggestellte Produkt wurde Abgasreiniger B bezeichnet.

Beispiel 2

Es wurde der gleiche poröse keramische Körper mit dreidimensionaler netzwerkartiger zelliger Struktur mit 13 untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen je Zoll und einer Dichte von 0,4, wie in Beispiel 1 beschrieben , als Misch- bzw. Homogenisierteil verwendet und mit dem Abgasreiniger nach Beispiel 1 als Reaktionsteil vereinigt, unter Bildung des Abgasreinigers C.

Beispiel 3

Zu dem gleichen porösen keramischen Körper - wie in Beispiel 1 beschrieben - wurden 20 Gew.-#, bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers, an aktivierter Tonerde als Gasadsorptionsmittel gegeben, um ein gasadsorbierendes Teil herzustellen. Dann wurde dieses gasadsorbierende Teil mit dem Abgasreiniger nach Beispiel 1 vereinigt und die Kombination als Abgasreiniger D bezeichnet.

Anwendung

Jeder der vier Abgasreiniger A bis D wurde in einem Abstand von 9 cm über dem ölbrenner eines ölzimmerofens - wie in Fig. 5 gezeigt - angeordnet und die Reinigungsleistung mit Hilfe eines Gerucbäestes, der Bestimmung von Kohlenmonoxid und des Gesamt-Kohlenwasserstoffgehaltes bewertet. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 1 bis 3 zusammengefaßt.

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ess -aT-

1. Geruchstest

Es wurden Proben des vom ölbrenner erzeugten Abgases unterhalb der Reinigungsvorrichtung (unbehandeltes Gas) und oberhalb der Reinigungsvorrichtung (behandeltes Gas) entnommen. Jede Gasprobe wurde in einem Polytetrafluoräthylenbeutel in einen gut belüfteten Raum verbracht und dort ihr Geruch bewertet.

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Tabelle

OO -J co

Abgasreiniger	30 S nach Entzünden	unangenehmer Geruch des behandelten - Gases	5 min nach Auslöschen	unangenehmer Geruch des behandelten Gases
	Temperatur der oberen Außenfläche des Abgasrei nigers, ⁰C	der gleiche unan genehme Geruch wie bei unbehandeltem Gas	Temperatur der oberen Außenfläche des Abgasrei nigers, ⁰C	der gleiche unan genehme Geruch wie bei unbehandeltem Gas
Δ	21	Geruch viel schwächer als bei nicht behandeltem Gas	106	Geruch viel schwächer als bei nicht behandeltem Gas
B	53	Geruch viel schwächer als bei nicht behandeltem Gas	28	wenig Geruch
C	45	praktisch geruchs frei	45	praktisch geruchs frei
D	43	45

VJI VjJ

σ» oo ω

VjJ O

OJ CD K) CD CD OJ CD

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2. Kohlenmonoxidgehalt

10 Minuten nach dem Entzünden der Flamme wurden - wie oben beschrieben - Proben des behandelten Abgases entnommen und der Kohlenmonoxidgehalt mit Hilfe des Meßgerätes CGT 101 der Firma Shimazu Seisakusho bestimmt.

Tabelle

Abgasreiniger - A B C D CO-Gehalt, ppm 30 25 6 <1 <Λ

3. Gesamt-Kohlenwasserstoffgehalt

Der Gesamt-Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases wurde mit einem Gaschromatographen des FID-Systems bestimmt.

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Tabelle

to O O

Abgas reiniger	30 s nach Entzünden	im nicht behandel ten Gas, ppm	im be handel ten Gas, ppm	nach 6 min Brenndauer	im nicht behandel ten Gas, ppm	im be handel ten Gas, ppm	5 min nach Verlöschen	im nicht im be- behandel- handel ten Gas, ten Gas, ppm ppm	140
	Temperatur der oberen Außenfläche des Abgas- reinigers, ⁰C	10	8	Tempera tur der oberen Außenflä che des Abgasrei nigers , ⁰C	2,5	nicht meßbar*	Tempera tur der oberen Außenflä che des Abgasrei nigers, o_c	150	50 )
A	21	15	15	590	2,5	nicht meßbar*	106	150	50 ; ', • i »
B ·	53	10	8	620	2,5	nicht meßbar*	28	150	10 :,.
C	45	20	3	615	2,5	nicht meßbar*	45	150
D	43		615	45

ro

* Das Abgas war vollständig frei von Kohlenwasserstoffen; kein Meßwert im Gaschromatogramm ο

cn co ■ο

1A-53 esa - j<r- ■■ 302063Q

Aus den Tabellen 1 bis 3 ist zu entnehmen, daß die erfindungsgemäßen Abgasreiniger außerordentlich wirksam sind bei der Reinigung von Abgasen, das in klein bemessenen Ölheizungseinrichtungen wie Zimmeröfen und ählichen erzeugt wird.

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Claims

WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ ΐ^^Α

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEPORB THE EUROPEAN PATENT OFPICB DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGRe6s PRES l'OFFICB BUROPEBN DBS BREVETS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPBRT COBTZ

1A-53 688 D-8000 MÜNCHEN 90

Anm.: Bridgestone Tire Co. Ltd. Schweigerstrasse2

telefon: (089) 66 20 ji telegramm: protectpatent telex: 524070

Ansprüche

Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen, bestehend aus a) einem porösen keramischen Körper (3) mit einer dreidimensionalen netzwerkartigen zelligen Struktur und zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen (2) sowie einer Dichte von 0,25 bis 0,6, b) einer Schicht (4) aus aktivierter Tonerde auf den Oberflächen der Zellstränge (3a) des porösen keramischen Körpers (3) in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des porösen keramischen Körpers sowie c) einer Schicht (5) eines Edelmetall-Katalysators auf einer Schicht aus aktivierter Tonerde.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Bereich der Zellstränge (3a) des porösen keramischen Körpers (3) ein durchgehender Hohlraum (6) enthalten ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich zu dem Reaktionsteil ein Mischteil, bestehend aus einem porösen keramischen Körper (3) mit dreidimensionaler netzwerkartiger zelliger Struktur und zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen (2) umfaßt.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsteil (11) und der Mischteil (12) als gemeinsamer poröser keramischer Körper (3) ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich zu dem Reaktionsteil einen gasadsorbierenden Teil, bestehend aus einem porösen keramischen Körper (3) mit dreidimensionaler netzwerkartiger zelliger Struktur und zahlreichen untereinander in Verbindung stehenden Hohlräumen (2) sowie einem auf die Oberflächen der Zellstränge (3a) des porösen keramischen Körpers (3) aufgebrachten Gasadsorptionsmittel, umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Gasadsorptionsmittel ein Zeolith oder aktivierte Tonerde ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Reaktionsteil (21) und der gasadsorbierende Teil (22) in einem gemeinsamen porösen keramischen Körper (3) ausgebildet sind.
8. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach einem Anspruchs 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß man zur Herstellung des porösen keramischen Körpers eine keramische Aufschlämmung auf einen offenzelligen Schaumstoff aufbringt und den Schaumstoff durch Brennen carbonisiert und entfernt, worauf man auf die Zellstränge des porösen keramischen Körpers die aktivierte Tonerde und auf diese den Edelmetall-Katalysator aufbringt und gegebenenfalls den so erhaltenen Reaktionsteil mit dem Mischteil oder Gasadsorptionsteil kombiniert.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als offenzelligen Schaumstoff einen offenzelligen Polyurethan-Weichschaumstoff verwendet.
10. Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Ölheizungsanlagen bzw. ölofen.

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