DE3619360A1 - Verfahren zur herstellung von katalysatorkoerpern aus metallschaum - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs. Beispielsweise für die Ent­ stickung der Abgase von Kraftwerken sind Katalysatoren bekannt, die durch Aufbringen einer katalytisch wirksamen Substanz auf plattenförmige metallische Träger gebildet werden, die zu Paketen vereinigt werden, wobei der für das Durchströmen der Abgase erforderliche Zwischenraum dadurch gebildet wird, daß in die Platten Sicken als Abstandshalter eingeprägt werden. Um eine ausreichende Standzeit der Ka­ talysatoren (das Auswechseln derselben bedingt eine vor­ übergehende Stillegung des Kraftwerks) in den stark korro­ siven Abgasen zu erreichen, kommen als metallisches Trä­ germaterial nur solche Werkstoffe in Frage, die eine er­ höhte Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Diese werden oft in der Form von Streckmetall hergestellt, wie in der DE-A-22 26 662 vorgeschlagen, wodurch nicht nur teures Trägermaterial gespart wird, sondern auch eine verbesserte Haftung der auf den Träger aufgebrachten eigentlichen ka­ talytischen Substanz erreicht wird, indem diese auch die Öffnungen des Streckmetalls ausfüllt. Als katalytische Substanz werden vorzugsweise keramische Mischkatalysatoren verwendet, die in Form einer fließfähigen Masse auf den Träger aufgebracht, getrocknet und anschließend kalziniert werden. Es hat sich gezeigt, daß die Langzeithaftung die­ ser katalytischen Substanzen auf den zur Verfügung stehen­ den korrosionsfesten Trägermaterialien unzureichend ist, trotz deren Verklammerung im Streckmetall. Unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Keramik führen in letzterer zu Schwindrissen, von denen aus die Ab­ lösung vom Träger einsetzen kann. Um diesem Übelstand ab­ zuhelfen, ist bereits vorgeschlagen worden, auf den Träger vor dem Beschichten mittels Flammspritzen eine rauhe Haft­ schicht aus z. B. Aluminium aufzubringen. Dies stellt einen zu­ sätzlichen, kostspieligen und mit Belastungen für die Um­ welt verbundenen Arbeitsgang dar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung derartiger Katalysatorkörper bzw. der zu ihrem Aufbau verwendeten Einzelbleche, vermittels dessen eine so innige Verzahnung der katalytisch wirksamen keramischen Schicht mit dem metallischen Träger erzielt wird, daß die Haftfestigkeit des ersteren auch ohne den Einsatz einer Zwischenschicht als Haftvermittler über längere Zeiträume ausreicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeich­ nenden Teil des 1. Anspruchs angegebenen Schritte. Es ist bereits Nickelschaum mit einem freien Volumen von mehr als 90% und einer Stegdicke von etwa 0,1 mm bekannt, der we­ gen seiner großen Oberfläche bereits für sich als Kataly­ sator Verwendung findet, und nicht, wie hier vorgeschlagen, als Armierung eines im wesentlichen keramischen Körpers. Für letzteren Zweck würde aus Kostengründen auch ein Schaum aus Edelstahl bevorzugt werden. Die einzelnen Keramik­ "brocken" in dem so erzielten Verbundkörper sind nur klein und die Metallmatrix nachgiebig genug, um die unterschied­ lichen Wärmedehnungen auszugleichen. Von der geometrischen Struktur her ergibt sich eine wesentlich innigere Verzah­ nung der katalytisch aktiven Substanz mit dem Trägerma­ terial. Dieses weist gegenüber dem bislang verwendeten Streckmetall noch den weiteren Vorzug auf, daß die Bleche in planer Form vorliegen, wogegen letzteres fabrikations­ bedingt in der Fläche gekrümmt ist, was beim Durchlauf der Bleche durch eine Beschichtungseinrichtung zu mög­ licherweise unterschiedlichen Schichtdicken der Keramik an verschiedenen Punkten des Bleches führt.

Als besonders wirkungsvolle Art des Auftrags der kataly­ tisch aktiven Substanz auf den Träger wird die im 2. An­ spruch vorgeschlagene Ausgestaltung des Verfahrens vor­ geschlagen. Im Gegensatz zu einem an sich auch denkbaren Tauchverfahren kann hier eine Rohmasse von eher pastoser Konsistenz verwendet werden, die die weitere Handhabung der beschichteten Bleche erleichtert und die trotzdem fast alle Hohlräume der Metallstruktur ausfüllt.

Der Anpreßdruck der Walzen kann gemäß dem im 3. Anspruch gemachten Vorschlag durchaus so eingestellt werden, daß der Metallschaum im Verlaufe des Walzens in seiner Dicke herabgesetzt wird, wodurch ein noch festerer Einschluß der Keramikmasse in der metallischen Matrix erreicht wird.

Die im 4. Anspruch angegebene Ausgestaltung des Verfahrens dient gleichfalls der leichteren Handhabung des noch nassen beschichteten Bleches. Insbesondere können in das Blech bereits in diesem Zustand Sicken eingeprägt werden, ohne daß die hierzu verwendeten Zahnwalzen oder dergleichen durch die nasse Keramikmasse verschmutzt würden.

Der erfindungsgemäße Verfahrensgang ist schematisch in der Zeichnung dargestellt ohne Anspruch auf korrekte Maß­ verhältnisse. Insbesondere ist die Dicke eines Bleches 1 aus Metallschaum übertrieben dargestellt. Dieses, das in seiner Ausgangsform z. B. eine Dicke 2 mm aufweist, kann beim Hindurchziehen durch ein Walzenpaar 4 z. B. auf 2/3 der ursprünglichen Dicke zusammengedrückt werden. Auf die Walzen 4 wird mit Hilfe von geeigneten Zufuhreinrichtungen 5 eine dickflüssig bis pastose katalytisch aktive Substanz aufgebracht und in das Blech 1 eingewalzt, wobei die im Schaum vorhandenen Hohlräume weitgehend aufgefüllt werden und eine innige Verzahnung zwischen dieser Substanz und der Metallmatrix erfolgt. Ist die Verwendung der aus der­ artigen Blechen herstellbaren Katalysatorkörpern z. B. zur Reduktion von Stickoxiden bestimmt, kann es sich bei der kata­ lytisch aktiven Substanz um ein Gemisch aus Metalloxiden und Bindern handeln. Anschließend durchläuft das Blech 1 einen ersten Ofen 7, in dem die katalytisch aktive Substanz vorgetrock­ net wird und danach einen zweiten Ofen 9, in dem sie zu einer Keramik kalziniert wird. Zur besseren Handhabung des noch nassen Verbundkörpers bis zum Abschluß der Trock­ nung wird auf diesen eine Folie 3 mit Hilfe weiterer Wal­ zen 6 aufgebracht, und nach erfolgter Trocknung über wei­ tere Walzen 8 wieder abgezogen. Bei der Folie 3 kann es sich um eine schwer benetzbare Kunststoffolie handeln. Innerhalb dieses Verfahrensschrittes können (hier nicht dargestellt) in bekannter Weise in das Blech 1 Sicken ein­ geprägt werden, die als Abstandshalter zwischen den ein­ zelnen Blechen dieser Art dienen, die parallel angeordnet zu einem vollständigen Katalysatorkörper zusammengesetzt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Katalysatorkörpern aus einem metallischen Träger (1), der mit einer katalytisch aktiven Substanz (2) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger (1) ein Blech von schaumartiger Struktur verwendet wird, dessen Hohlräume mit der katalytisch ak­ tiven Substanz (2) gefüllt werden, die anschließend in an sich bekannter Weise getrocknet (7), kalziniert (9) und ggf. imprägniert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktive Substanz (2) in den Träger (1) eingewalzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) durch das Einwalzen der katalytisch ak­ tiven Substanz (2) plastisch verformt und in seiner Dicke herabgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Träger (1) und katalytisch aktive Substanz (2) zwischen der Beendigung des Einwalzens und dem Abschluß der Trock­ nung (7) zwischen Folien gehalten werden.