DE3613744A1 - Festkoerperkatalysatoren mit drahtfoermigen sonden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Festkörperkatalysator mit waben­ förmigem Aufbau und mehreren Gasdurchgängen oder Gaskanälen. Die Waben weisen typischerweise einen Querschnitt von 6×6 mm auf.

Ein Festkörperkatalysator mit wabenförmigem Aufbau und mehreren Gasdurchgängen ist beispielsweise aus der DE-PS 30 46 921 be­ kannt. Dieser Festkörperkatalysator ist aus mehreren rechtecki­ gen, gestapelten Festkörper-Einzelkatalysatoren zusammengesetzt, die durch Packungen voneinander getrennt sind.

Festkörperkatalysatoren werden insbesondere zur katalytischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, wie bei der Reinigung von Rauchgasen und Abgasen von Kraftfahrzeugen verwendet. Der kataly­ tische Wirkstoff kann dabei entweder als Schicht auf einen Träger aufgebracht werden, oder der gesamte wabenförmige Körper des Katalysators kann aus dem Wirkstoff hergestellt werden. Geeignete Materialien für Festkörperkatalysatoren sind beispielsweise Kera­ miken, wie Zeolith. Ein derartiger Zeolith ist beispielsweise in der DE-PS 17 67 235 beschrieben.

Das im Katalysator zu reinigende, beladene Gas lädt sich häufig statisch auf. In den Kanälen oder Durchströmöffnungen des Kataly­ sators bildet der durchströmende Staub durch statische Aufladung Anbackungen, die zum Verstopfen der Kanäle und damit zum Druckan­ stieg im Rauchgasstrom und zur Unwirksamkeit des Katalysator­ körpers führen können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der die statischen Aufladungen abgeführt und Verunreinigungen des Katalysators verhindert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, in die ein­ zelnen Gasdurchströmöffnungen eines wabenförmigen Katalysator­ körpers jeweils eine Sonde aus elektrisch leitfähigem, elasti­ schem Material einzuführen. Unter "Sonde" ist hierbei beispiels­ weise ein Draht mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm zu ver­ stehen.

Die drahtförmigen Sonden bestehen aus einem hitzebeständigen Material, wie Stahl, z.B. 15Mo3 oder St37.

Die durch die Kanäle hindurchragenden Sonden führen die beim Durchströmen des staubbeladenen Gases entstehenden statischen Aufladungen in den Kanälen ab. Außerdem reinigen die Sonden durch ihre im Gasstrom entstehenden Schwingungen den Kanal mechanisch, indem sie an die Wände der einzelnen Waben des Katalysators anschlagen. Die Stärke dieses Anschlagens kann durch die Wahl der Dicke und des Materials der Drahtsonde gesteuert werden. Bei einem Wabenquerschnitt von 6×6 mm beträgt der Drahtdurchmesser vorzugsweise etwa 0,3 bis 0,7 mm, besonders bevorzugt etwa 0,5 mm.

Zur Ableitung der statischen Aufladung sind die einzelnen Sonden jeweils geerdet. Vorzugsweise sind mehrere Sonden zu Sondenbün­ deln zusammengefaßt und elektrisch leitend miteinander verbunden. Besonders bevorzugt ist es, daß alle Sonden zu einer Art Draht­ gitter zusammengefaßt und elektrisch leitend miteinander verbun­ den sind. Hierzu kann beispielsweise auch ein einziger langer Draht nacheinander durch alle wabenförmigen Kanäle des Katalysa­ tors hindurchgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind jeweils zwei benachbar­ te Drahtsonden durch ein gekrümmtes Verbindungsstück außerhalb des Katalysatorkörpers miteinander verbunden. Die einzelnen Ver­ bindungsstücke von zwei benachbarten Reihen der Waben sind je­ weils durch einen Steg miteinander verbunden. Die einzelnen Stege sind ebenfalls wieder miteinander verbunden, so daß schließlich alle Drahtsonden des Katalysatorkörpers elektrisch leitend mit­ einander verbunden sind.

Die Katalysatorkörper der bekannten Festkörperkatalysatoren haben aufgrund ihrer physikalischen Funktion, ihres wabenförmigen Auf­ baues und ihrer Länge eine geringe mechanische Festigkeit, was beim Handhaben des Katalysatorkörpers bei der Herstellung und auch bei der Montage und beim Betrieb sowohl zur Beschädigung der Kanten als auch zum Bruch des Körpers quer zur Längsachse führen kann.

Zur Vermeidung dieser Beschädigungen des Katalysatorkörpers weist der Festkörperkatalysator vorzugsweise ein festes, hitzebestän­ diges und steifes Gehäuse auf, das die nicht gasdurchlässigen Flächen und die Kanten der Gaseintrittsflächen und der Gasaus­ trittsflächen des Katalysatorkörpers bedeckt und an die Form des Katalysatorkörpers angepaßt ist. Das Gehäuse kann entweder ein­ stückig ausgebildet sein oder zur leichteren Anpassung an mögli­ che Formänderungen des Katalysators bei der Herstellung aus mehreren, in Längsrichtung geschnittenen Gehäuseteilen bestehen. Diese losen Gehäuseteile können von Endkappen, die die Ecken des Katalysatorkörpers bedecken, und/oder von im Abstand zwischen den Endkappen angeordneten Bandagen zusammengehalten werden, deren Querschnitt an den Querschnitt des Katalysatorkörpers angepaßt ist und die beispielsweise durch Schweißen mit den Gehäuseteilen verbunden werden. Die Kappen weisen dabei eine Kante auf, die um die Kante der Gehäuseteile umgebördelt ist.

Beim Durchströmen des mit Feststoffen und Staub beladenen Gas­ stromes durch den Katalysator und beim Abreinigen des Katalysa­ tors mit einem Gasstrom unter erhöhtem Druck wird der Festkörper­ katalysator insbesondere in und auf seinem Anströmquerschnitt bzw. seiner Gaseintrittsfläche beschädigt und abgetragen. Diese Beschädigung kann dadurch verhindert werden, daß am Gaseintritt des Katalysators ein abriebfester und hitzebeständiger Schutzkörper angeordnet wird, der die mechanischen Angriffe auf die An­ strömfläche aushält und gleichzeitig den Gasstrom so richtet, daß in den Kanälen des Festkörperkatalysators keine mechanischen An­ griffe mehr erfolgen. Dieser Schutzkörper wird in vorteilhafter Weise gemeinsam mit dem vorstehend erläuterten Schutzgehäuse verwendet.

Der Schutzkörper ist so ausgebildet, daß sich innerhalb des Katalysators eine laminare, wirbelfreie Strömung ausbildet und die wabenförmigen Katalysatorwände nicht angegriffen werden. Zu diesem Zweck ist die Geometrie des Querschnittes des Schutz­ körpers vorzugsweise die gleiche wie diejenige des Körpers des Katalysators, d.h. der Schutzkörper weist denselben Querschnitt auf wie der Katalysator und ist in seinem Inneren ebenfalls wabenförmig aufgebaut. Die wabenförmigen Leitbleche des Schutz­ körpers bewirken insbesondere dann eine nahezu ideal laminare Strömung des Gases im Katalysator, wenn die Länge des Schutzkör­ pers etwa das 5- bis 10-fache des Durchmessers einer einzelnen Gasdurchströmöffnung bzw. eines einzelnen Kanals des Festkörper­ katalysators beträgt. Der Schutzkörper wird vorzugsweise mittels einer Muffe auf den Katalysatorkörper bzw. auf die Kappe des Schutzgehäuses des Katalysators aufgeschoben. Das Schutzgehäuse und der Schutzkörper bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, um statische Aufladungen des geladenen Gases und ein Anbacken der Staub- oder Festkörperteilchen des Gases an den Wänden des Katalysators zu verhindern.

Wenn der Katalysatorkörper ein derartiges Schutzgehäuse und gege­ benenfalls einen zusätzlichen Schutzkörper für die Anströmöffnung aufweist, ist es besonders bevorzugt, daß die Drahtsonden mit dem elektrisch leitfähigen Schutzgehäuse leitend verbunden sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß in den Kanälen entstehende statische Aufladungen sicher abgeführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Festkörperkatalysators mit Schutzgehäuse,

Fig. 2 eine Seitenansicht in Querschnitt eines erfindungsgemäßen Festkörperkatalysators mit Drahtsonden, und

Fig. 3 eine Stirnansicht der Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Festkörperkatalysators gemäß Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 weist der rechteckige Katalysatorkörper Waben 4 auf, die Kanäle 5 zum Durchströmen des beladenen Gases bilden, das an der Gaseintrittsfläche 6 in den Katalysator eintritt.

Ein im Querschnitt rechteckiges Gehäuse 10 umschließt den Kataly­ satorkörper und besteht aus zwei L-förmigen Gehäuseteilen 12, 14. An der Einströmöffnung des Katalysators ist eine Kappe 16 mit einer Bördelung oder Kante 18 und an der Austrittsöffnung ist ebenfalls eine Kappe 20 mit einer Kante vorgesehen, wobei die Kanten der Kappen die Kanten der Gaseintrittsfläche bzw. der Gasaustrittsfläche des Katalysatorkörpers abdecken. In Längsrich­ tung des Katalysators sind drei beabstandete Bandagen 24 zum Zusammenhalten und Stabilisieren des Gehäuses 10 vorgesehen. Die Kappen 16, 20 und die Bandagen 24 können mit den Gehäuseteilen 12, 14 verschweißt sein.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Festkörperkatalysators mit einer Vielzahl von Waben 4 und Durchströmöffnungen oder Kanälen 5. Durch jeden Kanal 5 ist eine drahtförmige Sonde 40 hindurchgeführt. Die Sonden bestehen aus hitzebeständigem, elektrisch leitfähigem und elasti­ schem Material, wie Stahl, z.B. hochlegiertem Stahl, so daß sie durch die Gasströmung in Schwingungen versetzt werden und an die Wände oder Waben 4 des Katalysatorkörpers anschlagen bzw. diese berühren können. Auf diese Weise werden der Kanal 5 und die Wabenwände des Katalyators mechanisch gereinigt und das Auftre­ ten von Anbackungen verhindert.

Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, sind die drahtförmigen Sonden 40 zweier benachbarter Kanäle 5 durch ein gekrümmtes Verbindungsstück 42 außerhalb des Katalysators miteinander ver­ bunden. Die Verbindungsstücke 42 zweier benachbarter Reihen von Kanälen 5 sind jeweils durch einen durchgehenden Steg 44 mitein­ ander verbunden, so daß die einzelnen Sonden 40 zu Sondenbündeln zusammengefaßt sind. Die einzelnen Stege 44 sind ihrerseits, wie in Fig. 3 gestrichelt angedeutet, durch Verbindungsleitungen 46 miteinander verbunden, so daß schließlich alle Sonden 40 leitend miteinander verbunden sind.

In der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform weist der Katalysatorkörper kein Gehäuse auf. Falls der Katalysatorkörper ein Gehäuse 10 aufweist, wie es beispielsweise in Fig. 1 darge­ stellt ist, ist es besonders bevorzugt, daß die miteinander verbundenen Sonden 40 außerdem elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden sind, um statische Aufladungen zu verhindern.

Claims (7)

1. Festkörperkatalysator mit wabenförmigem Aufbau und mehreren Gaskanälen, gekennzeichnet durch drahtförmige Sonden (40) aus hitzebeständigem, elektrisch leitfähigem und elastischem Material, die durch die Gaskanäle (5) des Katalysatorkörpers hindurchragen.

2. Festkörperkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch jeden Gaskanal (5) je eine Sonde (40) hindurchragt.

3. Festkörperkatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Sonden (40) elektrisch leitend zu Sondenbündeln verbunden sind.

4. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (40) mit einem den Katalysator­ körper umgebenden, elektrisch leitfähigen Gehäuse (10) leitend verbunden sind.

5. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß je zwei Sonden (40) durch ein Verbin­ dungsstück (42) miteinander verbunden sind.

6. Festkörperkatalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbindungsstücke (42) mit einem Steg (44) leitend miteinander verbunden sind.

7. Festkörperkatalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stege (44) leitend miteinander verbunden sind.