DE3613745A1

DE3613745A1 - Schutzgehaeuse fuer festkoerperkatalysatoren

Info

Publication number: DE3613745A1
Application number: DE19863613745
Authority: DE
Inventors: Klaus Becher
Original assignee: Steuler Industriewerke GmbH
Current assignee: Steuler Industriewerke GmbH
Priority date: 1986-04-23
Filing date: 1986-04-23
Publication date: 1987-10-29

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.

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.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, derartige Beschä digungen des Katalysatorkörpers zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, den Katalysa torkörper in ein Schutzgehäuse aus steifem, festem und hitzebe ständigem Material einzupacken. Als derartiges Material eignet sich insbesondere Stahlblech, z.B. 15 Mo3 oder St37.

Bei der Herstellung des Katalysatorkörpers wird das Material üblicherweise naß extrudiert und auf einem Brett getrocknet. Anschließend wird der Körper bei etwa 550°C gebrannt. Nach Austreten von Kristallwasser und Abkühlen wird der Körper mittels einer Säge in geeigneter Weise zerteilt. Bei dieser Herstellung des Katalysatorkörpers treten Formänderungen und Maßungenauigkei ten auf, beispielsweise durch Schwindung.

Das erfindungsgemäße Schutzgehäuse ist vorzugsweise derart ausge bildet und bemessen, daß es nach der während der Herstellung erfolgten Formänderung des Katalysatorkörpers schlüssig an diesem anliegt.

Zu diesem Zweck besteht das Gehäuse vorteilhafterweise aus mehre ren, vorzugsweise zwei in Längsrichtung aufgeschnittenen Gehäuse teilen. Der Katalysatorkörper kann dann noch in nassem Zustand in die Gehäuseteile eingeschoben werden, die sich bei der weiteren Herstellung an den Katalysatorkörper anpassen und anlegen, wenn dieser seine Form ändert.

Die beiden Gehäuseteile weisen zusammengenommen den gleichen inneren Umfangsquerschnitt auf wie der Katalysatorkörper. Ihre Form hängt von der Form des Katalysatorkörpers ab, der quadra tisch, in Form eines Vielecks, vorzugsweise eines Sechsecks, rund oder elliptisch ausgebildet sein kann. Entsprechend sind die beiden Gehäuseteile beispielsweise winkel- oder L-förmig oder sind als Halbschalen ausgebildet.

Die losen Gehäuseteile, die die nicht gasdurchlässigen Seitenflä chen des Katalysators bedecken, werden von Kappen, die die Ecken des Katalysatorkörpers bedecken, und/oder von im Abstand zwischen den Endkappen angeordneten Bandagen zusammengehalten, deren Quer schnitt an den Querschnitt des Katalysatorkörpers angepaßt ist.

Die Kappen und die Bandagen können durch Schweißen oder mechani sches Verspannen mit den losen Gehäuseteilen verbunden werden. Die Kappen weisen vorzugsweise eine Abschlußfläche oder Kante auf, die um die Kante der Gehäuseteile umgebördelt ist.

Das Gehäuse kann auch einstückig aus einem Rohr hergestellt sein, dessen innerer Querschnitt etwa dem Außenquerschnitt des Kataly satorkörpers entspricht. Hierdurch wird die Herstellung verein facht, das Gehäuse kann jedoch nicht so einfach an die Form des Katalysatorkörpers angepaßt werden.

Wie bereits vorstehend erläutert, weisen die bekannten Festkör perkatalysatoren aufgrund ihres Werkstoffes, dessen Wahl durch die Funktion des Katalysators bedingt ist, und aufgrund ihres wabenförmigen Aufbaus mit geringer Wandstärke eine geringe mecha nische Festigkeit auf. Beim Durchströmen des mit Feststoffen und Staub beladenen Gasstromes durch den Katalysator und beim Abrei nigen des Katalysators mit einem Gasstrom unter erhöhtem Druck wird der Festkörperkatalysator insbesondere in und auf seinem Anströmquerschnitt bzw. seiner Gaseintrittsfläche beschädigt und abgetragen. Diese Beschädigung wird vorteilhafterweise dadurch verhindert, daß am Gaseintritt des Katalysators ein abriebfester und hitzebeständiger Schutzkörper angeordnet wird, der die mecha nischen Angriffe auf die Anströmfläche aushält und gleichzeitig den Gasstrom so richtet, daß in den Kanälen des Feststoffkataly sators keine mechanischen Angriffe mehr erfolgen. Dieser Schutz körper wird in vorteilhafter Weise gemeinsam mit dem vorstehend erläuterten Schutzgehäuse verwendet, erfindungsgemäß kann der Schutzkörper aber auch ohne ein derartiges Gehäuse direkt am Katalysatorkörper angebracht werden.

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. Falls die Waben quadratisch ausgebildet sind, ist unter dem Durchmesser dabei die Länge einer Seitenkante des Quadrates zu verstehen. Falls die Waben sechseckig oder rechteckig ausgebildet sind, wird hierbei unter dem Durchmesser etwa der mittlere Querschnitt einer Wabe verstanden.

Der Schutzkörper wird vorzugsweise mittels einer Muffe auf den Katalysatorkörper bzw. auf die Kappe des Schutzgehäuses des Kata lysators aufgeschoben.

Vorzugsweise besteht der Schutzkörper aus demselben Material wie das Schutzgehäuse. Dieses Material sollte elektrisch leitfähig und vorzugsweise geerdet sein, da auf diese Weise statische Aufladungen des beladenen Gases vermieden werden und ein Anbacken der Staub- oder Festkörperteilchen des Gases an den Wänden des Katalysators verhindert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Exposionsansicht des erfindungsgemäßen Schutzge häuses für einen Katalysator,

Fig. 2 eine perspektivische Gesamtansicht des Katalysators mit Schutzgehäuse,

Fig. 3 einen Schutzkörper für die Anströmöffnung des Katalysa tors in perspektivischer Darstellung und

Fig. 4 das Anströmende des Katalysators mit Schutzkörper im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt einen rechteckigen Katalysatorkörper 2 mit Waben 4, die Kanäle 5 zum Durchströmen des beladenen Gases bilden. Das Gas durchströmt den Katalysator von der Gaseintrittsfläche 6 zur Gasaustrittsfläche 8.

Ein im Querschnitt rechteckiges Gehäuse 10 gemäß Fig. 1 besteht aus zwei winkel- oder L-förmigen Gehäuseteilen 12, 14. Bei der Herstellung wird der noch nasse Katalysatorkörper zwischen die beiden Gehäuseteile 12, 14 eingeschoben, wobei beispielsweise der Katalysator auf dem Gehäuseteil 12 aufliegt und durch das Gehäu seteil 14 abgedeckt ist. Bei einer Formänderung, z.B. einem Schwinden des Katalysators passen sich die Gehäuseteile 12, 14 von selbst dem Querschnitt des Katalysatorkörpers 2 an.

Ferner ist an der Gaseinströmöffnung des Katalysators eine Kappe 16 mit einer Bördelung oder Kante 18 sowie eine Kappe 20 für die Gasausströmöffnung mit einer Kante 22 vorgesehen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, decken die Kanten 18, 22 im zusammengebauten Zustand die Kanten der Gaseintrittsfläche bzw. der Gasaustrittsfläche des Katalysatorkörpers 2 ab.

In Längsrichtung des Katalysators sind mehrere, beispielsweise drei beabstandete Bandagen 24 zum Zusammenhalten und Stabili sieren des Gehäuses 10 vorgesehen. Die Kappen 16, 20 und die Bandagen 24 können mit den Gehäuseteilen 12, 14 verschweißt sein.

In Fig. 3 ist ein Schutzkörper 30 für die Gaseintrittsöffnung des Katalysatorköpers dargestellt, der mittels einer Muffe 32 über die Kappe 16 geschoben werden kann. Die Muffe 32 ist durch ein konisches Übergangsstück 34 mit einem Ansatz 36 verbunden, der etwa den gleichen Querschnitt und geometrisch den gleichen inneren Aufbau wie der Katalysatorkörper 2 aufweist. Hierzu sind wabenförmige Leitbleche 38 vorgesehen, die in ihrer Form den Katalysatorwaben entsprechen und mit den Katalysatorwaben fluch ten, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Durch diese Ausbildung der Leitbleche 38 ist eine laminare Strömung des Gases innerhalb des Katalysators 2 gewährleistet, insbesondere wenn die Länge des Schutzkörpers ein Mehrfaches des Wabenabstandes beträgt.

Aus Fig. 4 ist ebenfalls ersichtlich, daß die Muffe 32 über die Kappe 16 an der Gaseintrittsfläche des Katalysators geschoben ist und der Vorsprung oder Ansatz 36 mit den wabenförmigen Leitble chen 38 etwa um das 6-fache des Durchmessers eines Gaskanals über die Eintrittsfläche des Katalysatorkörpers vorspringt.

Claims

1. Festkörperkatalysator mit wabenförmigem Aufbau und mehreren Gaskanälen, gekennzeichnet durch ein festes, hitzebeständiges und steifes Gehäuse (10), das die nicht gasdurchlässigen Flächen und die Kanten der Gaseintrittsflächen (6) und der Gasaustrittsflä chen (8) des Katalysatorkörpers (2) bedeckt.

2. Festkörperkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) entlang seiner Längsachse in mindestens zwei Gehäuseteile (12, 14) geteilt ist.

3. Festkörperkatalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (12, 14) winkel- oder halbschalenförmig sind.

4. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Abdeckflächen an den Kanten der Gaseintrittsfläche (6) und der Gasaustrittsfläche (8) von Kappen (16, 20) gebildet werden.

5. Festkörperkatalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappen (16, 20) die Gehäuseteile (12, 14) umschließen und Abschlußflächen oder Kanten (18, 22) aufweisen.

6. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ge kennzeichnet durch mehrere, die Gehäuseteile (12, 14) umfassende und voneinander beabstandete Bandagen (24).

7. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (12, 14) von den Kappen (16, 20) und/oder den Bandagen (24) zusammengehalten wer den.

8. Festkörperkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einstückig ausgebildet ist.

9. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Schutzkörper (30) aus abriebfestem und hitzebeständigem Material vor der Gaseintrittsfläche (6).

10. Festkörperkatalysator nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schutzkörper (30) im Querschnitt etwa die gleichen Abmessungen aufweist wie der Körper (2) des Katalysa tors.

11. Festkörperkatalysator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schutzkörper (30) wabenförmige Leitbleche (38) aufweist.

12. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Schutzkörpers (30) etwa das 5-fache bis 10-fache des Durchmessers eines Gaskanals (5) des Katalysators beträgt.

13. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkörper (30) eine Muffe (32) aufweist, die auf die Kappe (16) an der Gaseintrittsfläche (6) des Katalysators aufgeschoben ist.

14. Festkörperkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) und/oder der Schutzkörper (30) aus elektrisch leitfähigem Material besteht.