DE3436443A1

DE3436443A1 - Kugelpaket-abgaskatalysator

Info

Publication number: DE3436443A1
Application number: DE19843436443
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8177 Bichl Vester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-04
Filing date: 1984-10-04
Publication date: 1986-04-10

Description

#1 Kugelpaket - Abgaskatalysator '
Die Erfindung betrifft einen Kugelpaket-Abgaskatalysator.
Abgaskatalysatoren für Kraftfahrzeuge dienen der katalytischen Abgasreini gung.
Dabei werden die giftigen Abgasbestandteile Stickoxid und Kohlenmonoxid in die ungiftigen Verbindungen Stickstoff und Kohlendioxid umgewandelt.
Diese Abgaskatalysatoren sind bekannt und werden im Kfz-Bereich in den USA und in Japan bereits seit Jahren eingesetzt..
Die bisher gebräuchlichen Abgaskatalysatoren enthalten die teueren Edelmetallkombinationen Platin/Palladium oder Platin/Rhodium; meist auf wabenförmigen Keramikröhren aufgebracht, bezw. als Kügelchen in den Waben dieser Keramikröhre enthalten.
Die Rückgewinnung der Edelmetalle aus den verbrauchten Katalysatoren ist coußerst aufwendig Dabei tritt unvermeidlich auch ein Verlust von einigen Prozenten ein. In den USA müssen Jhrlich etwa 50 Tonnen Palladium ersetzt werden, die in den Auspufftöpfen der Autos verschwunden sind.
Gearbeitet wird auch an der Verwendung von Phthalocanine als Katalysatoren. Diese werden bereits seit langem als leuchtend blaue Frabstoffe benutzt. Es handelt sich dabei um metallorganische Verbindungen, die keine Edelmetalle enthalten, ungiftig und nicht teuer sind. Statt Platin sind in ihnen Eisen, Kobalt, Nickel und Mangan eingebaut, Auch bei den Arbeiten zur Verwendung von Phthalocyanine zur Entgiftung von Autoabgasen, werden diese auf handelsüblichen Keramikrö:hren, die auch bei den Edelmetallkatalysatoren die Trägersub stanz bilden, in den Abgasstrom eingebracht. Noch ist es aber nicht gelungen, die Phthalocyanine dauerhaft auf dieser Keramik zu verankern. Noch tragt der heiße Abgasstrom die Katalysatorsubstanz aus dem Auspuff heraus, ohne daß die gewünschte Entgiftung uollst.Sndig abgelaufen ware.
Die übliche Katalysator-Tr#gerstruktur, die wäbenförmige Keramikröhre, bezw. Keramikröhre mit feinen Durchl#ssen, ist das generelle Hauptproblem aller bekannten Abgaskatalysatoren.
Aus folgenden Gründen: a) Der relativ teueren Aufbringung des Katalysators, die ja so erfolgen muß, daß die Waben bezw. Durchläße nicht zugesetzt, also verstopft werden.
b) Der relativ geringen Katalysatorflri:che, die von dem Abgasstrom jeweils bestrichen wird = beschränkter Wirkungsgrad.
c) Die aufwendige und teuere "Reinigung".
d) Die aufwendige und teuere Rückgewinnung der Edelmetalle aus den verbrauchten Katalysatoren.
e) Die Zusetzung, bezw. Verstopfung der Waben, bezw. Durchlässe, durch Ablagerungen aus dem Abgasstrom.
f) Die deswegen rasch abnehmende vol#Funktionstüchtigkeit und relativ kurz bemessene Gebrauchsfähigkei t.
g) Die hohen Temperaturen, die in diesen Abgaskatalysatoren bis zu 8000 C betragen können durch die im Betrieb ständig aufgeheizte Keramikröhre = Material von hoher Wärmespeicherungskapazitats mit relativ geringen Außenflächen = Kühiflächen.
Bekanntlich haben einige Kfz.-Hersteller damit große Probleme.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelpaket-Abgaskatalysato r für Kraftfahrzeuge -jedoch auch für die Abgase von Verbrennungakraftwerken, Industiqie und Wohnhäusern- zu schaffen, der a) In der Herstellung preisgünstiger ist b) Durch Vervielfachung der vom Abgasstrom jeweils bestrichenen Katalysatorflp:chen einen höheren Wirkungsgrad aufweist.
c) Die "Reinigung" verbilligt.
d) Die Rückgewinnung der Edelmetalle aus den verbrauchten Katalysatoren verbilligt.
e) Die Zusetzung, bezw. Verstopfung des Katalysators durch Ablagerungen aus dem Abgasstrom weitgehend ausschließt.
f) Die volle Funktionstüchtigkeit und die Gebrauchsfähigkeit verlängert.
g) Durch Vervielfachung der Außenseiten = Kühlllächen der Trgerstrutur, die Temperaturen nicht ganz so hoch werden läßt.
h) Die Verwendung der Phthalocyanine und anderer Katalysatoren ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß als Trägerstruktur, auf die der Katalysator aufgebracht ist, anstatt der bislang dafür verwendeten Keramikröhre, viele kleine Kügelchen, die mit dem Katalysator beschichtet oder bedampft sind, oder aber aus diesem bestehen, die in einem Kugelpaket eng und dichtgepackt sind -in einem Netz aus hitzebständigen Material, oder aber durch Siebes Gitter, oder dergleichen in dem Abgaskatalysatorrohrleitungsstück fest zusammengepreßt in den Abgasstrom eingebracht werden.
Die Kügelchen dieses erfindungsgemiißen Kugelpaket-Abgaskatalysators können aus jeglichem hitzebestlandigen Material bestehen, z.B. aus Metall oder Keramik.
In Weiterführung dieser Erfindung wird dafür auch erfindungsgemäß die Verwendung von Silicium, bezw, von Silicium-Verbindungen, wie Silicium-Corund oder Silicium-Carbid vorgeschlagen.
Diese können als grobkörniges Granulat mit dem Katalysator beschichtet werden, oder aber als feinkörniges Granulat zu Kügelchen geformt werden.
Bindemittel und Verfahren dafür sind aus der Schleifmittelindustrie bekannt, die damit aus diesen Siliciumverbindungen Schleifscheiben, Wetzsteine und dergl. fertigt.
Silicium und seine Verbindungen, zeichnet sich durch seine Härte und seine Hitze@eständigkeit aus, Im Kugelpaket-Abgaskatalysator bestreicht der Abgasstrom jeweils eine Vielzahl von Küg#elchen, zwischen denen er durch muß.
Diese Vervielfachung der vom ÅgasEaXa; strom jeweils bestrichenen Katalysatorflachen bedeutet einen höheren Wirkungsgrad der Katalyse.
Gleichzeitig aber auch eine Vervielfachung der Außenseiten = der Kühlflächen der Trägerstruktur also eine raschere Wärmeahleitung -die durch Kühlrippen auf der Außenseite des Pohrleitungsteilstückes noch verbessert werden kann-und damit eine Abflachung des Hitzestaues und der Hochtemperatur.
Phthalocyanine Rls Katalysator, werden auf Silicium und seinen Verbindungen besser haften, als auf Keramik.
Ganz unabhängig davon aber ist mit dem erfindungsgemäßen Kugelpakt-Äbgaskatalysato r die Verwendung von Phthalocanine als Katalysator selbst bei der Verwendung von Keramik als Tr<#gersubstanz der Katalysatorkügelchen, möglich.
In dieser Ausbildungstorm werden zwei oder mehrere Kugelpaket-Abgaskatalysatoren hintereinandergeschaltet, wovon zunächst nur die Kügelchen des ersten -in Strö:mungsrichtung der Äbgase- KugeXpaket-Abgaskatalysators die Beschichtung mit Phthalocanine als Katalysator aufweisen.
Der heiße Abgasstrom trägt diese Beschichtung auf der Einlaßseite immer mehr abee und auf die nachgeordneten Kügelchen auf, von dort auf die unbeschichteten Kügelchen des zweiten Kugelpaket-Abgaskatalysators, wo der Katalysator "Phthalocyanine" immer mehr und vollständiger auf den Kügelchen abgelagert wird,. bis schließlich der zweite -nachgeschaltete- Kugelpaket-Abgaskatalysator der eigentliche Abgaskatalysator ist, vom ersten aber der Katalysator abgetragen ist, also nicht mehr als Katalysator wirkt (bei einem nachgeschalteten dritten Kugelpaket-Abgaskatalysator, ohne Katalysatorbeschichtung der Kügelchen, ginge es so um eine Stufe weiter). Anläßlich der üblichen Kfz.-Inspektionen wird nunmehr der erste. Kugelpaket-Katalysator, dessen Katalysator-Beschiciitung vom heißen Abgasstrom abge.-tragen und auf den Kügelchen des nachgeschalteten zweiten Kugelpaket-Katalysators abgelagert ist, aus der Abgasleitung abgeflanscht und nach dem zweiten -jetzt aktiven- Kugelpaket-Abgaskatalysator wieder in die Abgasleitung eingeflanscht.
Dieser Wechsel kann im Prinzip beliebig oft wiederholt werden, da der Katalysator bei der Katalyse ja. nicht verbraucht wird, Verluste des Katalysators entstehen nur durch die Abtragungen, die aus dem Auspuff heraus getragen werde, Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, - daß der Kugelpaket-Äbgaskatalysator in der Herstellung preisgünstiger ist, - einen höheren Wirkungsgrad aufeist, - die "Reinigung" verbilligt, - die Funktionstüchtigkeit und Gebrauchsdauer verlängert, - die Temperatur etwas reduziert, -- die Verwendung der wesentlich billigeren.
Phthalocyanine und anderer Katalysatoren ermöglicht, - sowie bei Verwendung von Edelmetallen als Katalysator die Pückgewinnung dieser Edelmetalle aus den verbrauchten Katalysatoren verbilligtv Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgendem näher beschrieben. Es zeigen: Fig0.. 1 Einen er findungsgemäßen Kugelpaket-Abgaskatalysator im Längsschnitt. Gezeigt ist das festgepackte Kugelpaket mit einer Vielzahl Kügelchen, die aus dem Katalysator bestehen oder mit diesem beschichtet sind (1), die in einem Netz aus SeueF hitzefestem Material, bezw. einem Sieb, Gitter oder dergleichen, (2), fest in einem Rohrleitungsteilstück der.Abgasleitung angeordnet sind.
Fig . a Einen er ftndungsgem##ßen Kugelpaket-Abgaskatalysator insbesondere für die Verwendung preisgünstigerer Katalysatoren, wie Phthalocyanine und anderer, im Längsschnitt.
Gezeigt sind hier drei hintereinander geschaltete Kugelpaket-Abgaskatalysa@oren, wie in Fig. 1) beschrieben..
Die Kügelchen aller drei gezeigten Kugelpaket-Abgaskatalysatoren können aus dem Katalysator bestehen,. bezw. mit diesem beschichtet sein.
Es kann aber auch nur der erste (I) damit beschichtet sein und die Kugelpakete der nachgeschalteten beiden Kugelpaket-Abgaskatalysatoren (II + III) aus unbeschichteten Kügelchen, also nur aus der Trägersubstanz bestehen Ob alle drei, oder nur der erste (I) mit dem Katalysator beschichtet ist : In bestimmten Intervallen wird der jeweils vorderste Kugelpaket-Äbgaskatalysator aus der Abgasleitung abgeflanscht und nach dem jeweils letzten wieder in die Abgas~ leitung eingeflanscht.
So daß sich dann folgende. Reihenfolge ergibt: II - III - I III - I - II 1 - II - 111 USW, Der Wechsel und sein Rhythmus ist auch mit nur zwei, oder aber mit mehr als drei Kugelpaket- Abgaskatalysatoren möglich.
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Claims

A N S P R Ü C H E : 1. Kugelpaket-Abgaskatalysator dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem eng und dichtge#ackten. Paket vieler kleiner Kügelchen besteht, die mit dem Katalysator, Edelmetallkombinationen wie. Platin/Palladium oder Platin/Rhodium, oder aber Phthalocyaninen oderanderen, beschichtet oder bedampft sind, oder aber aus diesen bestehen; die Kügelchen als 'l'ragersubstanz ausausjeglichem hitzebesta#ndigen Material bestehen ko##nen, wie Metall oder Keramik, insbesondere auch aus Silicium, bezw. Silicium-Verbindungen, wie Silicium-Corund oder Silicium-Carbid, in zur von grobkörnigem Granulat oder aber feinkörnigem Granulat zu Kügelchen geformt die in einem ifetz aus hitzebständigem Material, oder aber in einem Sieb, Gitter, oder dergleichen, ebenfalls aus hitzebst#ndigem Material, fest zusammengepackt in dem Abgaskatalysatorrohrleitungsteilstück in den Abgasstrom eingebracht. werde.; sowie, daß zwei oder mehr dieser Kugelpaket Abgaskatalysatoren,- mittels Flanschen austausch-und wechselbar, im Abgasstrom hintereinander angeordnet werden können, wobei die Kügelchen aller so hintereinandergeschalteten Kugelpaket-abgaskatalysatoren aus dem Katalysator bestehen,. hezw. mit. diesem beschichtet sein können, oder aber nur die Kügelchen des ersten derartigen Kugelpaket-Abgaskatalysators, während die Kügelchen der nachgeschalteten Kugelpaket-Abgaskatalysatoren dann aus der unbeschichteten Tragersubstanz bestehen.