DE3619361A1 - Verfahren zur herstellung von katalysatorkoerpern aus mehreren streckmetallschichten - 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 Zwischen­ schicht aus 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. Werden mehrere dünne Lagen von Streckmetall (deren Gesamtdicke etwa derjenigen entspricht, die die bislang benutzte Einzellage aufweist) mit gegeneinander versetzten Stegen aufeinander­ gelegt, entsteht ein räumliches Gebilde mit Vor- und Rück­ sprüngen, in denen die zur Füllung verwendete katalytische Masse auch ohne Zwischenschaltung eine Haftvermittlungs­ schicht ausreichend sicher gehalten wird. Man erzielt so ver­ gleichsweise geringes Gewicht der Einzellagen bei gleicher Biegesteifigkeit (Preis) oder noch dünnere Einzel­ bleche um die Verformbarkeit zu verbessern bei gleicher Dicke des Blechpaketes (einfachere Sickenanformung).

Die im 2. Anspruch vorgeschlagene Ausgestaltung der Er­ findung, bei der die infolge des Fabrikationsprozesses in gerichteter Form vorliegenden Streckmetallagen nach Art der einzelnen Furniere in einer Sperrholzplatte im (vorzugsweise rechten) Winkel zueinander angeordnet sind, bewirkt eine höhere Steifigkeit des Bleches und weist noch den weiteren Vorzug auf, daß die Bleche eine plane Form annehmen, wogegen die einzelne Lage Streckmetall fabrikationsbedingt in der Fläche gekrümmt ist, was beim Durchlauf der Fläche durch eine Beschichtungseinrichtung zu möglicherweise unterschiedlichen Schichtdicken der Keramik an verschiedenen Punkten des Bleches führt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im 3. Anspruch vorgeschlagen, die einzelnen Lagen durch Diffusions­ schweißen flächig miteinander zu verbinden. Nach dem gleichen Verfahren sind bereits aufeinander gelegte Lagen von Draht­ gewebe zu besonders wirksamen Filtern verbunden worden.

Als besonders wirkungsvolle Art des Auftrags der kataly­ tisch aktiven Substanz auf den Träger wird die im 4. An­ spruch vorgeschlagene Ausgestaltung des Verfahrens vor­ geschlagen. Im Gegensatz zu einem an sich auch denkbaren Tauchverfahren kann hier eine Rohmasse von eher pastoser bis erd­ feuchter 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 5. Anspruch gemachten Vorschlag durchaus so eingestellt werden, daß die Streckmetallagen im Laufe des Walzens in ihrer Gesamt­ dicke geringfügig herabgesetzt werden, wodurch ein noch festerer Einschluß der Keramikmasse in der metallischen Matrix erreicht wird.

Die im 6. 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.

Das im 7. Anspruch vorgeschlagene zusätzliche Einwalzen von dünnen Matten aus Keramikfaservließ führt zu einer zusätzlichen Armierung der Oberfläche der katalytischen Substanz, wodurch z. B. das Auftreten von Schwindrissen in derselben während des Trocknungsvorganges erschwert wird.

Der erfindungsgemäße Verfahrensgang ist schematisch in der Zeichnung dargestellt ohne Anspruch auf korrekte Maßverhältnisse. Insbesondere ist die Dicke eines Bleches 1 übertrieben dargestellt, das aus im Beispiel zwei auf­ einander gelegten Lagen 1 a, 1 b von Streckmetall besteht, die abwechselnd zueinander im rechten Winkel aufeinander­ gelegt und durch Diffusionsschweißen miteinander ver­ bunden wurden. Das Blech, das in seiner Ausgangsform z. B. eine Dicke von 2 mm aufweist, kann beim Hindurchziehen durch ein Walzenpaar 4 z. B. auf eine Dicke von 1,4 mm zusammengedrückt werden. Auf die Walzen 4 wird mit Hilfe von geeigneten Zufuhreinrichtungen 5 eine dickflüssige bis pastose katalytisch aktive Substanz 2 aufgebracht und in das Blech 1 eingewalzt, wobei die im Streckmetall vor­ handenen Hohlräume weitgehend aufgefüllt werden und eine innige Verzahnung zwischen dieser Substanz und der Metall­ matrix erfolgt. Ist die Verwendung der aus derartigen Blechen herstellbaren Katalysatorkörpern z. B. zur Reduk­ tion 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 Sub­ stanz vorgetrocknet 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 Trocknung wird auf diesen eine Folie 3 mit Hilfe weiterer Walzen 6 aufgebracht, und nach erfolgter Trocknung über weitere Walzen 8 wieder abgezogen. Bei der Folie 3 kann es sich um eine schwer benetzbare Kunststoffolie han­ deln. Innerhalb dieses Verfahrensschrittes können in be­ kannter Weise in das Blech 1 Sicken 10 eingeprägt werden, die als Abstandshalter zwischen den einzelnen Blechen dieser Art dienen, die parallel angeordnet zu einem voll­ ständigen Katalysatorkörper zusammengesetzt werden.

Claims (7)

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 verwendet wird, das aus mindestens zwei miteinander verbundenen Lagen (1 a, 1 b) von Streckmetall besteht, wobei dessen Stege in den einzelnen Lagen gegeneinander versetzt sind, und dessen Hohlräume mit der katalytisch aktiven Substanz (2) gefüllt werden, die anschließend in an sich bekannter Weise ge­ trocknet (7), kalziniert (9) und gegebenenfalls imprägniert wird.

2. Blech zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (1 a, 1 b) abwechselnd zueinander im Winkel angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (1 a, 1 b) durch Diffusionsschweißen mit­ einander verbunden werden.

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

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) mittels Einwalzen der katalytisch aktiven Substanz (2) plastisch verformt in seiner Dicke herabgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Träger (1) und katalytisch aktive Substanz (2) beim Einwalzen und bis zum Abschluß der Trocknung (7) zwischen Folien gehalten werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der katalytisch aktiven Substanz (2) Keramikfaservließ eingewalzt wird.