DE69835696T2

DE69835696T2 - Katalysator zur abgasemissionskontrolle, katalysatorstruktur, verfahren zur herstellung derselben, verfahren und vorrichtung zur abgasemissionskontrolle

Info

Publication number: DE69835696T2
Application number: DE69835696T
Authority: DE
Inventors: Kato; Research Labor. of B Kure; Yoshinori Kure Works of Babcock-Hita NAGAI; Yokoyama; Research Lab. of Babco Kure; Yoshida; Research Labor. of Babco Kure; Takashi Akitsu Works of MICHIMOTO; Miyamoto; Research Labor. of Babcoc Kure; Fujisawa; Res. Lab. of Babcock Kure
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: EP1052019B1; EP1052019A4; JP4309046B2; ATE337091T1; WO1999024165A8; US6833117B1; KR100524182B1; EP1052019A1; AU739981B2; KR20010032047A; CN1153623C; TW396052B; WO1999024165A1; CN1282275A; AU1052799A; DE69835696D1; ES2270533T3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Katalysatorelemente und Katalysatorstrukturen für das Reinigen von Abgasen; auf Verfahren zur Herstellung der Katalysatorelemente und Katalysatorstrukturen; auf Vorrichtungen für das Reinigen von Abga- sen; und auf Prozesse für das Reinigen von Abgasen durch Verwenden der Vorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Katalysatorelemente und Katalysatorstrukturen, die für das Reinigen von Abgasen verwendet werden, in denen der Luftstromverlust klein ist, in einem Abgas enthaltener Staub kaum abgelagert wird, und der Kontakt zwischen dem zu behandelnden Gas und einem Katalysator gesteigert wird, um die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich anzuheben; auf Verfahren für die Herstellung der Katalysatorelemente und Katalysatorstrukturen; auf Vorrichtungen für das Reinigen von Abgasen; auf Verfahren für das Reinigen von Abgasen durch Verwenden der Vorrichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Stickstoffoxide (No_x) in von Kraftwerken, verschiedenen Anlagen, Automobilen und anderen ausgestoßenen Abgasen sind verursachende Mittel für photochemischen Smog und sauren Regen. Als ein Verfahren für die effektive Entfernung von No_x ist häufig ein Verfahren zur Denitrierung von Abgasen durch selektive katalytische Reduktion unter Verwendung von Ammoniak (NH₃) oder Ähnlichem als Reduktionsmittel verwendet worden. Als Katalysator wurde ein Typ von Katalysator verwendet, der auf Titandioxid (TiO₂) basiert und Vanadium (V), Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) als aktive Komponenten enthält. Insbesondere etablierte sich ein Katalysator, der Vanadium als eine der aktiven Komponenten enthält als Hauptanwendung in den gegenwärtigen Katalysatoren zur Denitrierung, da der Katalysator nicht nur eine hohe Aktivität aufweist, sondern auch geringen Verschleiß auf Grund von in den Abgasen enthaltenen Verunreinigungen aufweist und bereits ab relativ niedrigen Temperaturen verwendet werden kann (offen gelegte japanische Patentanmel- dung Nr. Sho 50-128681 und Andere).
Zum Beispiel ist eine Katalysatorstruktur bekannt, die hergestellt wird durch die Verwendung von Metalllatten, auf die Aluminium durch Flammspritzen aufgetragen wird, oder von gewebten Stoffe oder nicht gewebten Stoffe aus keramischen Fasern als Substrate, deren Beschichtung mit einer darauf angeordneten Katalysatorkomponente, Rollen der Metalllatten oder der Stoffe, um plattenförmige Katalysatoren (Katalysatorelemente) zu erzielen, diese in eine solche Wellenform zu verarbeiten, wie in 15(a) gezeigt und darauf folgendes Zusammensetzen von zwei oder mehr dieser Wellenformkatalysatoren in einen gestapelten Zustand, wie dessen Seitenansicht im Querschnitt in 15(b) gezeigt wird (offen gelegte japanische Patentanmeldungen Nr. Sho 54-79188 und Nr. Sho 59-73053). Andererseits sind andere Katalysatorstrukturen bekannt, in wel- chen andere Wellenformen von Katalysatoren oder andere Wellenformen von Katalysatoren und flache Katalysatoren kombiniert werden. Insbesondere sind zum Beispiel Katalysatorstrukturen bekannt, deren Seitenansichten im Querschnitt in den 16(a), (b), oder (c) gezeigt werden (offen gelegte japanische Patentanmeldungen Nr. Sho 53-136656 und Nr. Sho 64-12627).
Durch Stapeln von konventionellen Katalysatorelementen hergestellte Katalysatorstrukturen weisen jedoch einen hohen Druckverlust auf. Außerdem ist es schwierig, aus konventionellen Katalysatorelementen Katalysatorstrukturen zu erzielen, die eine ausreichend hohe Festigkeit aufweisen, da sie dazu neigen, sich zu verformen. Weiterhin weisen konventionelle Katalysatorstrukturen solch ein Problem auf, dass eine hohe katalytische Aktivität nicht erzielt werden kann, da der Kontaktbereich zwischen den Katalysatorelementen groß ist und zu einem eingeengten effektiven Katalysatorbereich führt und Staub auf diese Weise dazu neigt, sich in den Strukturen abzulagern.
Es ist das erste Ziel der vorliegenden Erfindung, Katalysatorelemente und Katalysatorstrukturen zur Verfügung zu stellen, die die Vorzüge aufweisen, dass kaum Staub zwischen den Katalysatorelementen abgelagert wird und dass die Elemente und Strukturen sogar dann eine ausreichend hohe Festigkeit aufweisen, wenn die Dicke der Elemente reduziert wird.
Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe Katalysatorelemente und Katalysatorstrukturen wirtschaftlich und in großen Mengen hergestellt werden können.
Das dritte Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Katalysatorstrukturen zur Verfügung zu stellen, in denen der Kontaktbereich zwischen den Katalysatorelementen klein ist und die Katalysatoren auf diese Weise effizient verwendet werden.
Das vierte Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Katalysatorstrukturen zur Verfügung zu stellen, in denen der Gasfluss in einer Gasflusspassage verwirbelt wird, um den Kontakt mit dem mit einem Katalysator zu behandelnden Gas zu steigern, wodurch die katalytische Aktivität verbessert werden kann.
Die JP 55134644 offenbart einen bienenwabenartigen Katalysator, der für die Verwendung als Katalysator zur Denitrierung geeignet ist. Der Katalysator umfasst eine Anzahl von metallenen Drahtnetzen, die so übereinander gelegt sind, dass sie ei nen bienenwabenartigen Kern ausformen, der dann mit Katalysatormaterial bestückt wird.
Die JP 486208 offenbart eine keramische Struktur, die wellige. keramische Platten umfasst, die ungleiche Seiten aufweisen und die so zusammengesetzt sind, dass sie eine Vielzahl von Abschnitten mit Durchflusspfaden erzeugen, von denen jeder jeweils einen rechteckigen Abschnitt aufweist.
Die vorliegende Erfindung wird wie folgt zusammengefasst:

(1) Eine Katalysatorstruktur für das Reinigen eines Abgases, die einen Stapel von zwei oder mehr Katalysatorelementen und einen Rahmen umfasst, um den Stapel unterzubringen, wobei jedes der Katalysatorelemente aus einem rechteckigen oder viereckigen flachen plattenähnlichen Substrat ausgeformt wird, in jedem der Katalysatorelemente flache Plattenteilabschnitte und höhenändernde Teilabschnitte in einer Form von Stufen abwechselnd in der zu einem Paar von Seiten des plattenähnlichen Substrats parallelen Richtung in einem festgelegten Intervall ausgeformt werden, jedes der Katalysatorelemente eine Katalysatorkomponente auf seiner Oberfläche trägt, in jedem der Katalysatorelemente eine Beziehung von p > s zwischen der Länge p des flachen Platteteils und der Höhe s des höhenändernden Teils gebildet wird, der zwischen der Oberfläche der höhenändernden Teilabschnitte und der Oberfläche der flachen Plattenteilabschnitte ausgeformte Winkel weniger als 90° beträgt, die die Gasflusspassagen ausformenden Katalysatorelemente einen rechteckigen oder rhombischen Querschnitt zwischen den benachbarten Katalysatorelementen aufweisen, jedes der Katalysatorelemente ein metallisches, keramisches oder glasartiges netzartiges Substrat in den Maschen umfasst, von denen mindestens ein Katalysatorelement aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Molybdänoxid, Titanoxid, Vanadiumoxid und Wolframoxid besteht und darauf beschichtet wird, um die Maschen zu füllen und die Katalysatorelemente so gestapelt werden, dass benachbarte Katalysatorelemente einander mindestens an überlappenden Teilabschnitten der flachen Plattenteilabschnitte kontaktieren, die zu den höhenändernden Teilabschnitten benachbart sind.
(2) Die Katalysatorstruktur für das Reinigen eines Abgases gemäß Absatz (1), wobei die Katalysatorelemente durch ein dazwischen eingebrachtes metallisches, keramisches, oder glasartiges netzartiges Element gestapelt werden und eine große Anzahl von perforierten Löchern aufweisen.
(3) Ein Verfahren für die Herstellung einer Katalysatorstruktur das nachfolgendes umfasst: Aufbringen des mindestens einen Katalysatorelements in die Maschen des netzartigen Substrats, so dass das Katalysatorelement in die Maschen gefüllt wird, um ein gürtelförmiges Substrat für das Katalysatorelement auszuformen, Ausformen der höhenändernden Teilabschnitte im gürtelförmigen Substrat, so dass eine festgelegte Länge von flachen Plattenteilabschnitten und eine festgelegte Höhe von treppenförmigen höhenändernden Teilabschnitten abwechselnd in dem gürtelförmigen Substrat zur Verfügung gestellt werden, Schneiden der flachen Teilabschnitte in Richtung parallel zu der von den höhenändernden Teilabschnitten und den flachen Plattenteilabschnitten ausgeformten Kanten, um zwei oder mehr Katalysatorelemente so zu erzielen, dass die nachfolgende Beziehung zwischen der gesamten Länge W von jedem der geschnittenen Ka- talysatorelemente und dem Abstand L zwischen den benachbarten höhenveränderlichen Teilabschnitten in jedem von den Katalysatorelementen hergestellt wird: W = n × L + L – dwobei n die Anzahl der höhenändernden Teilabschnitte pro einzelnem Blatt der Katalysatorelemente darstellt und d eine Konstante darstellt, die kleiner als L, aber größer als 0 ist, Stapeln der Katalysatorelemente und darauf folgend Unterbringung der gestapelten Katalysatorelemente im Rahmen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht von einem Katalysatorelement, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht und 1(b) zeigt eine Ansicht im Querschnitt auf die Katalysatorstruktur, die durch das Stapeln von zwei oder mehr von den Katalysatorelementen erzielt wurde.
2 zeigt ein Diagramm, das Messungen eines Katalysatorelements zeigt, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht.
3 und 4 zeigen Diagramme zur Veranschaulichung eines Verfahrens für die Herstellung eines Katalysatorelements, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht.
5 zeigt eine unterstützende Darstellung für die Veranschaulichung eines Problems von mit der konventionellen Technologie hergestellten Katalysatorstrukturen.
6 zeigt eine Darstellung für die Veranschaulichung eines Merkmals einer Anordnung, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht.
7(a) und (b) stellen Diagramme dar, die ein Katalysatorelement der vorliegenden Erfindung beziehungsweise die Kataly satorstruktur zeigen, die durch Stapeln von zwei oder mehr der Katalysatorelemente erzielt wird.
8 und 9 sind teilweise vergrößerte Ansichten von weiteren Katalysatorelementen der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
10(a) zeigt ein Diagramm, das den gestapelten Zustand eines Katalysatorelements darstellt, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, während 10(b) ein Diagramm zeigt, das den gestapelten Zustand eines Katalysatorelements entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 zeigt eine vergrößerte Abbildung, die die Beschaffenheit eines Endes eines gestapelten Katalysatorelements in einer weiteren Katalysatorstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
12(a), (b) und (c) dienen als Darstellungen zur Veranschaulichung eines Beispiels, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht und in dem netzartige Elemente zwischen Katalysatorelementen eingebracht sind.
13 zeigt eine Teilansicht im Querschnitt zur Veranschau- lichung einer Funktion der in 12(c) gezeigten Anordnung.
14 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Durchmesser von in der vorliegenden Erfindung verwendeten und der Länge nach oder seitwärts angeordneter Fasern in einem gewebten Stoff beziehungsweise der Richtung des Gasflusses darstellt.
15(a) und (b) zeigen Diagramme, die ein weiteres durch konventionelle Technik hergestelltes Katalysatorelement beziehungsweise einen gestapelten Zustand von diesem darstellen.
16(a), (b), (c) zeigen Diagramme, die noch weitere Beispiele für mit konventioneller Technik hergestellte Katalysatorstrukturen darstellen.
BESTER MODUS FÜR DAS AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Wie in 1(a) gezeigt, wird ein Katalysatorelement 1, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, hergestellt, in dem ein Katalysatorelement mit einem Substrat auf seiner Oberfläche gelagert wird und wiederholt flache Plattenteilabschnitte 5 und höhenändernde Teilabschnitte 4 abwechselnd in einem Intervall in einen treppenförmig Teilabschnitt ausgeformt werden. Wie in 1(b) gezeigt, werden zwei oder mehr Katalysatorelemente 1 in einem Rahmen 2 gestapelt, um eine Katalysatorstruktur auszuformen, die eine Aussparung aufweist, die die Gasflusspassage 3 bildet.
Wie aus 1(a) ersehen werden kann, werden die höhenändernden Teilabschnitte 4 in Katalysatorelement 1 durch Biegen von gegenüberliegenden Richtungen eines rechteckigen oder viereckigen plattenähnlichen Substrats in einem festgelegten Intervall in der zu einem Paar von Seiten 1A parallelen Rich- tung ausgeformt. Wie in 2 dargestellt, werden Winkel a und Winkel b der Biegung in gegenüberliegenden Richtungen an den höhenändernden Teilabschnitten die gleichen oder etwa die gleichen. In diesem Zusammenhang können Biegewinkel a und Biegewinkel b theoretisch jeden Wert annehmen, sie sind aber in üblichen Fällen vorzugsweise ein stumpfer Winkel nahe bei 90°. Die Länge p von flachen Plattenteilabschnitten und die Höhe s von höhenändernden Teilabschnitten können den gleichen Wert aufweisen, es ist aber vorteilhaft einen größeren Wert für die Länge p als für die Höhe s zu wählen, da eine Katalysatorstruktur erreicht werden kann, die eine kleinere Anzahl von
Eckteilen aufweist, die an den Orten ausgeformt sind, an denen benachbarte Katalysatorelemente 1 mit einander in Kontakt kommen wenn die Katalysatorelemente gestapelt werden und auf diese Weise die Ablagerung von Staub verhindert werden kann.
Während jeder beliebige Wert für die Höhe s der höhenändernden Teilabschnitte gewählt werden kann, bestimmt dieser Wert die Aussparung (Abstand) zwischen den gestapelten Katalysatorelementen. Dementsprechend wird für ein Katalysatorelement, in welchem der Winkel a etwa 90° beträgt und das für das Reinigen eines Abgases verwendet wird, die Aussparung im Allgemeinen kleiner als 10 mm und vorzugsweise etwa zu 6 bis etwa 3 mm gewählt.
Während sie von der Höhe der höhenändernden Teilabschnitte und dem Intervall zwischen den höhenändernden Teilabschnitten ab- hängt, beträgt die Länge d, auf der benachbarte Katalysatorelemente eines auf dem anderen liegen wenn sie gestapelt werden, normalerweise weniger als 1/2 von der Höhe s der höhenändernden Teilabschnitte und vorzugsweise 2 bis 5 mm in der praktischen Anwendung.
Eine Katalysatorstruktur, wie in 1(b) gezeigt, kann durch Anordnen von benachbarten Katalysatorelementen durch abwechselnde Positionierung von in der um eine festgelegte Länge d zwischen benachbarten Katalysatorelementen versetzten höhenändernden Teilabschnitten erreicht werden. Während mehrere Methoden für ein solches Verfahren verfügbar sind, wird eine Katalysatorstruktur, in welcher die Position von höhenändernden Teilabschnitten regelmäßig versetzt ist, erzielt, wenn die Katalysatorelemente 1 gemäß der nachfolgenden Verfahren hergestellt werden:

(1) Plattenartiges Material für ein Katalysatorelement wird im Voraus auf eine festgelegte Länge geschnitten und in Katalysatorelemente ausgeformt, so dass die Länge von flachen Platten teilabschnitten p ein ganzzahliges Vielfaches der Höhe s der höhenändernden Teilabschnitte beträgt und die Position der höhenändernden Teilabschnitte wird jede um ein ganzzahliges Vielfaches der Höhe s der höhenändernden Teilabschnitte versetzt.
(2) Die festgelegte Länge von flachen Plattenteilabschnitten und eine festgelegte Höhe von höhenändernden Teilabschnitten werden fortlaufend in ein flaches gürtelförmiges Substrat für ein Katalysatorelement ausgeformt und die flachen Plattenteilabschnitte werden dann abwechselnd so geschnitten, dass die nachfolgende Beziehung zwischen der gesamten Länge W von jedem der geschnittenen Katalysatorelemente und dem Abstand L zwischen den benachbarten höhenändernden Teilabschnitten in jedem der Elemente wie in 3 gezeigt hergestellt wird: W = n × L + L – d (1)wobei n die Anzahl der höhenändernden Teilabschnitte pro einzelnes Blatt der Katalysatorelemente darstellt und d eine Länge d (Konstante) darstellt, die kleiner als L, aber größer als 0 ist.

Durch dieses Verfahren kann leicht eine große Anzahl von Katalysatorelementen 1 erzielt werden.
Wie weiter oben beschrieben, kann solch eine Katalysatorstruktur, wie in 1(b) gezeigt, leicht durch Auswählen der gesamten Länge W und des Abstands L zwischen zwei benachbarten höhenändernden Teilabschnitten, wiederkehrende Ausformung der höhenändernden Teilabschnitte, Schneiden des Substrats auf eine jeweils festgelegte Länge W und durch nachfolgendes Stapeln der geschnittenen Substrate erzielt werden.

(3) In einem alternativen Verfahren können, wenn die gesamte Länge des Katalysatorelements 1 nach einer festgelegten Länge von flachen Plattenteilabschnitten und einer festgelegten Höhe von höhenändernden Teilabschnitten zu W festgelegt wurde, Katalysatorelemente durch das Schneiden von Material (Substrat) 1', das für die Herstellung des Katalysatorelements 1 mit solch einer Länge verwendet wird, dass die oben beschriebene festgelegte Länge W erzielt werden kann und durch nachfolgen- des Ausformen der geschnittenen Materialien in Katalysatorelemente unter Verwendung einer Gussform 6, durch die während der Verschiebung um eine festgelegte Länge d der Abstand L wie in 4 gezeigt ausgeformt werden kann, erzeugt werden. Durch diese Verfahren kann ein Katalysatorelement 1 erzielt werden, das die Beziehung der oben beschriebenen Gleichung (1) erfüllt.

Solch eine Katalysatorstruktur, wie in 1(b) gezeigt, kann leicht durch abwechselndes Stapeln der nach dem beschriebenen Verfahren (3) erzielten Katalysatorelemente 1 in dem Rahmen 2 erzielt werden.
Obwohl es wünschenswert ist, dass die Länge von allen der flachen Platteteilabschnitte in den Katalysatorelementen dieselbe ist und die Höhe aller höhenändernden Teilabschnitte in den Katalysatorelementen ebenfalls dieselbe ist, ist es möglich, diese in anderen Dimensionen herzustellen, es sei denn, das Ziel der vorliegenden Erfindung wird dadurch vereitelt.
Katalysatorelemente werden durch Aufbringen einer Katalysatorkomponente auf die Oberfläche eines keramischen netzartigen Substrats oder einer netzartigen metallischen Platte so erzeugt, dass die Katalysatorkomponente in die vorzugsweise verwendeten Maschen gefüllt wird.
Man erhält Katalysatorelemente, in dem ein Substrat für eine gürtelförmige Lagerung des Katalysatorelements hergestellt wird, in dem ein darauf befindliches Katalysatorelement, das eine katalytische Aktivität vor oder nach dem gürtelförmigen Substrat aufweist, in Katalysatorelemente geschnitten wird, die eine festgelegte Gesamtlänge aufweisen.
Es wird ebenfalls eine Vorrichtung für das Reinigen eines Abgases zur Verfügung gestellt, die die oben beschriebene Katalysatorstruktur umfasst und in einer Abgasflusspassage platziert wird, so dass der Querschnitt der gestapelten Katalysatorelemente zu einer Flusspassage eines Abgases wird.
Benachbarte Katalysatorelemente werden so angeordnet, dass sie, wie in 6 gezeigt, mit mindestens drei Punkten (A, B und C) in Kontakt kommen und die Katalysatorstruktur auf diese Weise in eine Form ausgebildet wird, in der eine Verformung von der in der Figur gezeigten Kraft in seitlicher Richtung kaum auftritt.
Im Gegensatz dazu sind konventionelle Katalysatorstrukturen leicht deformierbar, wenn eine Kraft, wie in 5 gezeigt, in einer seitlichen Richtung angewandt (oder ausgeübt) wird und auf diese Weise der Abstand zwischen benachbarten Katalysatorelementen, die einen Gasflusspassage ausformen, klein wird. Dementsprechend konnte in konventionellen Katalysatorstrukturen eine ausreichende Festigkeit nicht erzielt werden.
In den Katalysatorstrukturen wird die Gasflusspassage 3 mit einem rechteckigen Querschnitt ausgeformt durch das Kombinieren von Katalysatorelementen 1 als Grundeinheit, die kaum Verformung durch die Kraft in der seitlichen Richtung erzeugen, wie zum Beispiel in 1(b) gezeigt. Deshalb sind die Katalysatorstrukturen sehr stark, erzeugen sogar wenn sie über einen langen Zeitraum verwendet werden keine Lücken, die durch eine Absenkung des Drucks zwischen benachbarten Katalysatorelementen ausgelöst werden und verursachen kein solches Probleme wie zum Beispiel Vibration durch den Gasfluss. Die Kata- lysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere hinsichtlich Vibration stabil.
Weiterhin ist der Querschnitt der zwischen den Katalysatorelementen in den Strukturen ausgeformten Gasflusspassagen recht- eckig. Dementsprechend kann die Anzahl von Eckteilen, die eine Ursache für die Ablagerung von Staub sind, deutlich reduziert werden, in dem eine ausreichend größere Länge der langen Seite im Rechteck gewählt wird als diejenige für die kurzen Seite. Auf diese Weise wird, verglichen mit konventionellen bienenwabenförmigen Katalysatorstrukturen, fast gar kein Staub in den Katalysatorstrukturen abgelagert.
Deshalb können die Katalysatorstrukturen in einem kleineren Abstand verwendet werden und kompakte Vorrichtungen zur Denitrierung sogar bei den Anwendungen zur Verfügung stellen, in denen die Staubkonzentration hoch ist.
Die in den Katalysatorstrukturen zwischen den Katalysatorelementen 1 ausgeformten Gasflusspassagen sind, wie in 1(b) gezeigt, einfach im Vergleich zu Gasflusspassagen in konventioneller Technik, wie zum Beispiel in 15(b) gezeigt und auf diese Weise tritt eine Ablenkung des Gases nicht auf. Außerdem tritt dort kein Fall auf, in dem die Geschwindigkeit des Gasflusses örtlich hoch wird. Dementsprechend nutzen sich die Katalysatorstrukturen lokal nicht ab, selbst wenn ein solches Gas passieren würde, das ein großes Maß an staubigem Rauch enthält, wie zum Beispiel ein Kohleabgas.
Weiterhin wird keine unangemessene Beanspruchung aufgebracht, wenn die Katalysatorelemente 1 ausgeformt werden, weil die Form der in jedem der Substrate für die Katalysatorelemente ausgeformten höhenändernden Teilabschnitte 4 in den Katalysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung einfach ist, wie in 1(a) gezeigt, und die Elemente werden hergestellt durch das Ausformen von plattenähnlichen Substraten in eine Form, in der die plattenähnliche Substrate abwechselnd in einen rechten Winkel oder in einen stumpfen Winkel nahe zu diesem gebogen werden; und es gibt keinen Fall, in dem die Elemente abgeris sen werden oder eine Verringerung in der Festigkeit verursachen. Deshalb können sogar dünne Katalysatorelemente leicht ausgeformt werden.
Da es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist, eine komplexe Gestalt auszuformen, ist es leicht möglich, Katalysatorstrukturen zu erzielen, in denen der Abstand zwischen benachbarten Katalysatorelementen gering ist.
Die 7(a) und (b) zeigen nachfolgend Darstellungen zur Veranschaulichung des Katalysatorelements und der Katalysatorstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 8 und 9 veranschaulichen die Details der Katalysatorelemente. Die Katalysatorelemente gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden durch Biegen einer rechteckigen oder viereckigen Platte erzeugt, auf der ein Katalysatorelement in einem festgelegten Abstand in einer treppenförmige Form in der Richtung parallel zu der von der Seite 1A von einem Paar von Seiten gelagert wird, so dass abwechselnd flache Platteteilabschnitte 5 und höhenändernde Teilabschnitte 4 ausgeformt werden. Der Unterschied zu dem in 1 gezeigten Katalysatorelement ist, dass die zwischen den flachen Plattenteilabschnitten 5 und den höhenändernden Teilabschnitten 4 ausgeformten Winkel a und b so konzipiert sind, dass sie den gleichen spitzen Winkel aufweisen. Durch solche Anordnungen wird es wie in 7(b) gezeigt möglich, viele Katalysatorelemente derselben Form zu stapeln. In den Katalysatorelementen der vorliegenden Erfindung wird der Winkel a, der zwischen der Linie 5A, die die entsprechenden Scheitel von benachbarten höhenändernden Teilabschnitten verbindet und der flache Oberfläche des höhenändernden Teilabschnitts 4 ausgeformt wird zu kleiner als 90° gewählt, vorzugsweise zu 60° bis 90° und noch wünschenswerter zu 70° bis 85°, wie in 9 gezeigt. Während sich der Winkel a entsprechend der Dicke der Katalysatorhöhe und des Abstandes zwischen den Katalysatorele menten verändert, werden in der praktischen Anwendung 70°, 80° oder 85° gewählt.
In den Katalysatorelementen der vorliegenden Erfindung werden höhenändernde Teilabschnitte 4 an beiden Enden der flachen Plattenteilabschnitte 5 entlang der Richtung zur Verfügung gestellt, in der die flache Plattenteilabschnitte und die höhenändernden Teilabschnitte in einer Linie angeordnet sind, wie in 7(a) gezeigt; und der zwischen den Teilabschnitte mit flacher Oberfläche an den beiden Enden der höhenändernden Teilabschnitten 4 und der oben beschriebenen, die entsprechenden Scheitel von benachbarten höhenändernden Teilabschnitten verbindende Linie 5A ausgeformte Winkel a wird zu einem Winkel gewählt, der einem Rahmen entspricht, normalerweise 90°.
Insbesondere werden die Katalysatorelemente der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Pressvorrichtung mit Heizmitteln durch Ausformen von plattenähnlichen Katalysatoren erzeugt, die durch Aufbringen eines Katalysatorelements auf ein metallisches Substrat, ein keramisches Substrat oder Ähnliches in integrierte Produkte hergestellt werden, die, wie in 7(a) gezeigt, abwechselnd höhenändernde Teilabschnitte 4 und flache Teilabschnitte 5 aufweisen. Als eine mit Heizmitteln ausgestattete Vorrichtung können zum Beispiel ein maschinell herstellendes Gerät wie eine Rollenpresse und eine Flachpresse erwähnt werden.
Die Abmessungen für die Ausformung können grundsätzlich jedes Maß annehmen, wie in 8 gezeigt beträgt in gewöhnlichen Katalysatoren für das Reinigen eines Abgases die Dicke 0,5 bis 2 mm, die Länge L der flachen Platteteilabschnitte 20 bis 100 mm und die Höhe h von höhenändernden Teilabschnitten 2 bis 10 mm.
Eines der Merkmale der zweiten Ausführungsform der vorliegenden, oben beschriebenen Erfindung ist, dass die Katalysator strukturen durch ein Verfahren hergestellt werden, das eine Verbesserung darstellt gegenüber der Anordnung, die nicht entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist (1(a), (b)), in der zwei oder mehr Arten von Katalysatorelementen verwendet werden, die unterschiedliche Enden aufzuweisen. Ausdrücklich werden in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Katalysatorelemente verwendet, die dieselbe Form aufweisen.
10(a) zeigt eine Darstellung des Zustandes, bei dem Ka- talysatorelemente, bei denen der zwischen der Linie, die entsprechende Scheitel von benachbarten höhenändernden Teilabschnitten verbindet und der flachen Oberfläche von höhenändernden Teilabschnitten ausgeformte Winkel a größer ist als 90° auf eine Weise gestapelt sind, dass der überlappende Teilabschnitt d (siehe 6) in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu 0 wird. Andererseits zeigt 10(b) eine Darstellung des Zustandes, bei dem zwei oder mehr Katalysatorelemente, bei denen der oben beschriebene Winkel a kleiner ist als 90° gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestapelt sind. Im Falle von 10(a) ist es notwendig, Katalysatorelemente so zu stapeln, dass ein oberes Katalysatorelement und ein unteres Katalysatorelement um eine gewisse Länge an den Scheitelteilabschnitten überlappen, so dass die Position jedes Katalysatorelements um die Länge d versetzt wird, um stabilisierte Katalysatorstrukturen auszuformen. Dementsprechend ist es notwendig, wie in 1(b) gezeigt, Katalysatorelemente mit verschiedenen Formen herzustellen, um Katalysatorelemente in eine Einheit von festgelegten Abmessungen zusammenzusetzen. In der in 7(b) gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, einen gewisse überlappenden Teilabschnitt d an den Punkten aufrecht zu erhalten, an denen benachbarte Katalysatorelemente einander kontaktieren, und auf diese Weise können Katalysatorstrukturen alleine aus Katalysatorelementen der gleichen Form ausgeformt werden, sogar dann wenn eine große Anzahl von Katalysatorelementen ohne Versatz nach oben und unten gestapelt werden, in dem der Winkel a zu kleiner als 90° gewählt wird. Dementsprechend wird die Leistungsfähigkeit von Katalysatorstrukturen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verglichen mit der in den 1(a) und (b) gezeigten Anordnung beträchtlich erhöht.
Obwohl der oben beschriebene überlappende Teilabschnitt d in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Linienkontakt sein kann, beträgt er normalerweise auf dieselbe Weise wie in der ersten oben beschriebenen Ausführungsform weniger als 1/2 der Höhe der höhenändernden Teilabschnitte und vorzugsweise 2 bis 5 mm in der praktischen Anwendung.
Weiterhin wird in dem Katalysatorelement gemäß 7(b) der zwischen den beiden Enden der flachen Oberfläche 4A der höhenändernden Teilabschnitte und der die entsprechenden Scheitel von benachbarten höhenändernden Teilabschnitten verbindende Linie 5A ausgeformte Winkel a zu 90° gewählt. Auf Grundlage dieser Anordnung, agiert die an den Enden eines Katalysatorelements positionierte flache Oberfläche 4A von höhenändernden Teilabschnitten als ein Abstandsstück um zu verhindern, dass ein Katalysatorelements an den Enden ein benachbartes Element kontaktiert und das 4A des oben beschriebenen höhenändernden Teilabschnitts kann das eigene Gewicht des Katalysators als Planfläche lagern. Entsprechend der vorliegenden Erfindung können Unregelmäßigkeiten in dem Abstand zwischen Katalysatorelementen an den Enden von oben beschriebenen Katalysatorelementen und unzulängliche Festigkeit, verursacht von der Tatsache, dass der Kontakt zwischen den Enden der Katalysatorelemente und dem Katalysatorrahmen ein Linienkontakt ist, aufgelöst werden und ein Schaden an den Katalysatorelementen kann verhindert werden.
Wie weiter oben beschrieben, verbessert die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zuvor beschriebene Anordnung und erreicht auf diese Weise die Wirkung, dass Druckverlust und die Ablagerung von Staub gering sind, da der Querschnitt von Gasflusspassagen in den Katalysatorstrukturen auf dieselbe Weise wie in der zuvor beschriebenen Anordnung nahezu rechteckig wird, dass Verwirbelung und Unterschiede in der Flussgeschwindigkeit eines Gases kaum noch auftreten können, da die Anzahl von Kontaktpunkten zwischen den Katalysatorelementen und Katalysatorbereiche, die unwirksam werden, klein sind und die Form von Gasflusspassagen einförmig wird und die Leistungsfähigkeit des Katalysators auf diese Weise bemerkenswert verbessert werden.
Katalysatorstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Zusammensetzen von Katalysatorelementen der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, die flache Plattenteilabschnitte und höhenändernde Teilabschnitte umfassen, die weiter oben durch flache netzartige Produkte beschrieben wurden.
In der vorliegenden Erfindung werden Katalysatorelemente hergestellt durch das Aufbringen einer Katalysatorpaste, die als Hauptbestandteil Titanoxid enthält und durch das Aufbringen von einer oder mehreren aktive Denitrierungskomponenten aus solchen Oxiden wie zum Beispiel Vanadium, Molybdän und Wolfram auf ein Katalysatorsubstrat, so dass dessen Maschen von der Paste ausgefüllt werden, Pressen des Substrats und nachfolgender Ausformung in eine bestimmte Form, wie oben beschrieben. Zu der Katalysatorpaste können anorganische Fasern und ein Haftmittel hinzugefügt werden.
Als Katalysatorsubstrat werden ein metallisches Substrat, das Perforationen wie ein Drahttuch und Metalllatten aufweist, ein gewebter Stoff, erzeugt durch das Weben von Garnen aus anorganischen Fasern wie zum Beispiel Keramik- und Glasfasern in ei ne netzartige Struktur, oder ein Produkt, hergestellt durch Imprägnierung oder Beschichtung des gewebten Stoffs mit einem anorganischen Haftmittel zur Verstärkung der Festigkeit des gewebten Stoffes verwendet. Das Katalysatorsubstrat stellt bessere Ergebnisse zu Verfügung in dem Maße, in dem die Größe der darin enthaltenen Öffnungen in dem Bereich größer wird, den die Festigkeit des Substrats zum Zeitpunkt des Stapelns erlaubt. Der Begriff "Metalllatten" bedeutet in dieser Beschreibung eine metallische Platte, die in ein netzartiges Produkt ausgeformt wird, in dem in einer metallischen Platte eine festgelegte Länge von Schnitten in einem festgelegten Abstand in einem Zickzackmuster ausgeformt wird, die metallische Platte in der zu der Richtung der Schnitte senkrechten Richtung mit einer festgelegten Kraft gedehnt wird, um eine große Anzahl von Perforationen (kleinen durchgängigen Löchern) zu erzeugen, die durch eine Verformung der Schnitte ausgeformt werden.
Als das oben beschriebene netzartige Produkt kann ein Material verwendet werden das hergestellt wird, in dem ein Katalysatorelement durch Ablagerung oder Beschichten in einer Weise auf die Oberfläche eines netzähnlichen Produkts aus metallischen Fasern oder anorganischen Fasern aufgebracht wird, dass die Perforationen der Maschen nicht verstopft werden.
Die 12(a), (b), und (c) zeigen Abbildungen, die die Katalysatorstruktur darstellen, die durch das Stapeln von Katalysatorelementen 1 (die nicht der vorliegenden Erfindung entsprechen) durch das netzartiges Produkt 23 hergestellt wurden. In der 12(c) dargestellt ist die Katalysatorstruktur 24, die eine große Anzahl von flache Plattenteilabschnitte 7 und höhenändernde Teilabschnitte 8 aufweisende Katalysatorelemente 1 und abwechselnd gestapelte und in Rahmen 2 untergebrachte netzartige Produkte 23 umfasst.
Entsprechend der oben beschriebenen Katalysatorstruktur wird ein das Gas vermischender Effekt durch das netzartige Produkt entwickelt und die Effizienz der Katalysatorreaktion wird auf diese Weise gesteigert. Im Allgemeinen formt das Gas in Katalysatorstrukturen, in denen Gasflusspassagen in einer Richtung parallel zu einem Gasfluss ausgeformt sind, einen laminaren Fluss in den Passagen aus, und die Geschwindigkeit, mit der sich gegenständlichen Komponenten im mittleren Teil der Flusspassagen zur Oberfläche des Katalysators verbreiten, wird außergewöhnlich langsam. Im Gegensatz zu solchen Strukturen wird, da netzartige Produkte in den Katalysatorstrukturen der beschriebenen vorliegenden Erfindung so angeordnet sind, dass sich die netzartigen Produkte über den mittleren Teilbereich in den Gasflusspassagen erstrecken, wo die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Gases langsam wird, der Gasfluss im mittleren Teilbereich durch Kármán Wirbel, ausgeformt durch Auskragungen und Einbuchtungen auf der Oberfläche der netzartigen Produkte oder durch die netzartigen Produkte selbst gestört. Dementsprechend wird die Ausbreitung von gegenständlichen Komponenten zur Katalysatoroberfläche deutlich gesteigert. Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung sogar durch die gleiche Menge an Katalysator eine äußerst hohe Leistungsfähigkeit des Katalysators erzielt werden.
13 zeigt eine schematische Abbildung, die einen Teilabschnitt des Querschnitts der Katalysatorstruktur gemäß 12(c) in der Richtung parallel zu dem Gasfluss darstellt. In der Figur sind Gasflusspassagen 3 zwischen Katalysatorelementen 1 ausgeformt. Im mittleren Teilbereich der Gasflusspassagen 3 werden netzartige Produkte 23 platziert und durch die netzartigen Produkten 23 werden Kármán Wirbel 26 in einem Abgas ausgeformt.
Wenn gewebte Stoffe aus Keramik- oder Glasfasern oder Drahtgewebe als netzartiges Produkt angewendet werden, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird es bevorzugt, gewebte Strukturen aus Keramik- oder Glasfasern zu verwenden, oder Drahtgewebe, in dem die Durchmesser der Fasern oder Drähte 27 (nachstehend der Einfachheit halber als Faserdurchmesser bezeichnet) in der zum Gasfluss senkrechten Richtung, das heißt der Richtung 29, in die das Gas fließt, größer ist als der Faserdurchmesser 28 entlang der Richtung des Gasflusses. Durch diese Anordnung wir der Gasfluss verwirbelt, um die Katalysatorreaktion zu fördern, und eine Zunahme von Druckverlust, der durch die Verformung der Gasflusspassage verursacht wird, wird unterdrückt, und der Aufwand bei der Zuführung des Gases kann reduziert werden, da die Festigkeit der Katalysatorstrukturen gesteigert ist.
In der vorliegenden Erfindung können bessere Ergebnisse in der Festigkeit von Katalysatorstrukturen und der Leistungsfähigkeit von Katalysatoren erzielt werden, wenn die Größe der Fasern oder Drähte, die in der zu dem Gasfluss senkrechten Richtung in den bei der Stapelung der Elemente zwischen den Katalysatorelementen angeordneten gewebten Stoffen oder dem Drahtgewebe größer wird, es sei denn, die Öffnungen in den gewebten Stoffen oder den Drahtgeweben, die zur Verwirbelung des Gasflusses in der Umgebung der Stoffe oder Gewebe verwendet werden, werden blockiert. Auf der anderen Seite können bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn die Größe der Fasern oder Drähte, die in die zu dem Gasfluss parallele Richtung platziert werden, kleiner wird, wenn sie sich in dem Bereich befindet, in dem die Festigkeit der Katalysatorelemente zu dem Zeitpunkt zu dem diese gestapelt werden sicher gestellt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die gewebten Stoffe, die zwischen den Katalysatorelementen angeordnet sind, durch Weben von verdrillten Garnen aus anorganischen Fasern, wie zum Beispiel keramische Fasern und Glasfasern in netzartige Produkte ausgebildet. Das Verfahren des Webens ist nicht aus drücklich eingeschränkt, es werden aber im Allgemeinen einfaches Weben, einfaches Übersprungweben oder Dreherbindung verwendet und die Dreherbindung stellt unter dem Aspekt der Festigkeit ein bevorzugtes Ergebnis zur Verfügung. Gewebte Stoffe werden vorzugsweise mit einem anorganischen Haftmittel verstärkt, das Kieselerde und Titan umfasst, um Festigkeit zu verleihen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, ein Katalysatorelement in einem solchen Maß auf der Oberfläche von zwischen Katalysatorelementen angeordneten gewebten Stoffen oder Drahtgeweben aufzubringen oder zu beschichten, dass die Perforationen, die in den Maschen der gewebten Stoffe oder dem Drahtgewebe existieren, nicht blockiert werden. Das Katalysatorelement enthält zum Beispiel Titanoxid und ein oder mehrere Oxide von Vanadium, Molybdän oder Wolfram. Gewebte Stoffe oder Drahtgewebe stellen bessere Ergebnisse zur Verfügung, wenn die Größe der Öffnungen darin größer wird in einem Bereich, in dem es die Festigkeit von Katalysatorelementen zu dem Zeitpunkt, zu dem diese gestapelt werden, erlaubt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgen mit Bezug auf spezifische Beispiele detaillierter beschrieben.
Beispiel 1 (nicht der vorliegenden Erfindung entsprechend)
Katalysatorsubstrate werden durch das Imprägnieren von netzartigen Produkten erzielt, die durch einfaches Weben verdrehter Garne hergestellt werden, wobei jede der 1400 E Glasfasern einen Faserdurchmesser von 9 μm bei einer Dichte von 10 Garnen/25,4 mm mit einer Aufschlämmung aus 40 % Titan, 20 % Kieselerdesole und 1 % Polyvinylalkohol aufweist und nachfolgend bei 150°C getrocknet wird, um Festigkeit zu verleihen.
Auf der anderen Seite wurden in einem getrennten Schritt 25 kg Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O), 23 kg Ammoniummetava nadat (NH₄VO₃) und 30 kg Oxalsäure zu 120 kg Titanoxid hinzugefügt, das einen spezifischen Oberflächenbereich von 270 m²/g aufweist, eine Kieselerdesole von 20 % im Gewichtsanteil wurde weiterhin hinzugefügt in einer Menge von 8 % im Gewichtsanteil in Bezug auf SiO₂, und dann wurde die Mischung geknetet während Wasser hinzugefügt wurde, um eine Paste auszuformen. Zu dieser Paste wurden 30 kg kaolinartige anorganische Fasern hinzugefügt (hergestellt von Isolite Insulating Products Co., Ltd.; Handelsname Kaowool) und weiter geknetet, um eine Paste zu erzielen, die einen Wassergehalt von 30,5 % aufweist.
Nachdem die auf diese Weise erhaltene Paste zwischen zwei mit Hilfe der vorangegangenen Verfahren hergestellte Bleche der Substrate mit einer Breite von 500 mm platziert wurde und durch Pressen derselben mit einem Paar von Rollenpressen auf die Oberfläche der netzartigen Produkte und in deren Maschen aufgebracht wurde, wurden die Substrate auf eine Länge von 480 mm geschnitten, um plattenähnliche Katalysatorelemente mit der Dicke von 1,1 mm zu erzielen. Anschließend wurde jedes der Katalysatorelemente in die Form 6 (siehe 4) eingeführt, die Teilabschnitte aufweist, die den in 2 gezeigten höhenändernden Teilabschnitten entsprechen, und mit Hilfe der Form gepresst während sie zur Trocknung erwärmt wurden, um höhenändernde Teilabschnitte auszuformen.
In diesem Fall war die Form der ausgeformten Katalysatorelemente wie folgt:
Die Länge p der flachen Plattenteilabschnitte betrug 44 mm, die Höhe s der höhenändernden Teilabschnitten betrug 4 mm, der zwischen den flachen Plattenteilabschnitten und den höhenändernden Teilabschnitten ausgeformte Winkel betrug 90° (siehe 2) und die Position, bei der höhenändernde Teilabschnitte ausgeformt wurden, wurde wiederum abwechselnd für jedes Katalysatorelement um einem Abstand d von 4 mm versetzt.
Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente wurden in einem Metallrahmen zusammengesetzt und kalziniert, während sie bei 500°C für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen, wie sie in 1(b) gezeigt wird.
Beispiel 2 (nicht der vorliegenden Erfindung entsprechend)
Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O) in einer Menge von 2,4 kg und 1,28 kg von Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) wurden zu 67 kg einer Aufschlämmung aus metatitanischer Säure hinzugefügt (Anteil an TiO₂: 30 % in Gewichtsanteilen, Anteil an SO₄: 8 % in Gewichtsanteilen) und geknetet unter Verwendung einer Heizknetmaschine, während Wasser verdunstet wurde, um eine Paste zu erzielen, die etwa 36 % Wasser enthält. Anschließend wurde diese Paste in ein stangenartiges Material mit Durchmesser 3 extrudiert, pelletiert, in einem Flüssigtrockner getrocknet und wurde dann bei 250°C für die Dauer von 2 Stunden in der Atmosphäre kalziniert. Die auf diese Weise erzielten Pellets wurden mit einer Hammermühle in Pulver gemahlen, das einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 μm aufwies, um ein erstes Element zu erzielen. Das Verhältnis jeder der Komponenten V/Mo/Ti zu diesem Zeitpunkt betrug 4/5/9 (atomares Verhältnis). Das auf diese Weise erhaltene Pulver in einer Menge von 20 kg, 3 kg von Al₂O₃ SiO₂ anorganische Fasern und 10 kg Wasser wurden unter Verwenden einer Knetmaschine für die Dauer von 1 Stunde geknetet, um sie in die Form einer Paste zu bringen. Diese Katalysatorpaste wurde durch Anwendung einer Walzenpresse auf die Oberfläche und in die Maschen von SUS304 Metalllattensubstraten auf- beziehungsweise eingebracht, die eine Breite von 490 mm und eine Dicke von 0,2 mm aufwiesen, um einen plattenähnlichen Katalysator mit der Dicke von 0,9 mm zu erzielen. Die flachen plattenähnlichen Substrate für die Katalysatorelemente wurden wiederum mit der Pressform 6 ausgeformt, die Teilabschnitte aufweist, die den flachen Plattenteilab schnitten entsprechen, die eine Länge p von 64 mm und sieben Teilbereiche entsprechend den höhenändernden Teilbereichen aufweisen, die ein Höhe s von 6 mm aufweisen. In diesem Fall wurden die Substrate zu Katalysatorelementen ausgeformt, während die Position der auszuformenden höhenändernden Teilabschnitte für jedes Substrat jedes Mal um 6 mm versetzt wurde. Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente wurden in einem Metallrahmen zusammengesetzt und kalziniert, während sie bei 500°C für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen, wie sie in 1(b) gezeigt wird.
Vergleichendes Beispiel 1
Nachdem wellenförmige Katalysatorelemente, die etwa dieselben Dimensionen wie jene der Katalysatorelemente in Beispiel 1 aufweisen ausgeformt wurden, wurde eine Katalysatorstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 erzeugt mit der Ausnahme, dass die oben beschriebenen wellenförmigen Katalysatorelemente gestapelt wurden, während die Richtung von deren oberer und unterer Seiten, wie in 15(b) gezeigt, abwechselnd geändert wurde.
Vergleichendes Beispiel 2
Nachdem wellenförmige Katalysatorelemente, die etwa dieselben Dimensionen wie jene der Katalysatorelemente in Beispiel 2 aufweisen ausgeformt wurden, wurde eine Katalysatorstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 2 erzeugt mit der Ausnahme, dass die oben beschriebenen wellenförmigen Katalysatorelemente gestapelt wurden, während die Richtung von deren oberer und unterer Seiten, wie in 15(b) gezeigt, abwechselnd geändert wurde.
Druckverlust und Denitrierungsverhältnis wurden für jede der Katalysatorstrukturen gemäß Beispiel 1, Beispiel 2, verglei chendem Beispiel 1 und vergleichendem Beispiel 2 unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen bestimmt. Die auf diese Weise erzielten Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Aus diesen Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass die Katalysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung verglichenem mit konventionellen Katalysatorstrukturen einen geringen Druckverlust und ein hohes Denitrierungsverhältnis aufweisen. In den Katalysatorstrukturen der vergleichenden Beispiele ist der effektive Querschnittsbereich der Gasflusspassagen reduziert, um den Druckverlust zu erhöhen und die Gasflussrate wird zur gleichen Zeit an den Wellenteilen in der Umgebung der erhobenen Teilabschnitte (Scheitel) gesteigert, da eine komplexe wellenförmige Struktur als Abstandsstück verwendet wird und auf diese Weise nur ein niedriges Denitrierungsverhältnis erzielt wird. Im Gegensatz dazu kann durch die Katalysatorstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung ein hohes Denitrierungsverhältnis erzielt werden, da die Form der Gasflusspassage darin in etwa rechteckig ist.
Außerdem sind die Katalysatorstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen mit den vergleichenden Beispielen sogar ausgezeichnet in ihrer Festigkeit. Wenn insbesondere der Katalysator gemäß Beispiel 1, bei dem keramische Substrate verwendet wurden, und der Katalysator gemäß vergleichendem Beispiel 1 verglichen werden, kann ersehen werden, dass die Katalysatorstruktur der vorliegenden Erfindung das Ergebnis bewirkt, dass die Verformung der Struktur, die von der Kompression und der Verwirbelung durch die Form der Gasflusspassagen verursacht werden, gering sind.
Beispiel 3 (nicht der vorliegenden Erfindung entsprechend)
Katalysatorsubstrate wurden hergestellt durch Imprägnierung von netzartigen Produkten, die hergestellt wurden durch Dreherbindung von verdrillten Garnen, jedes bestehend aus 1000 E Glasfasern, die einen Faserdurchmesser von 9 μm bei einer Dichte von 10 Garnen/25,4 mm mit einer Aufschlämmung, die 40 Titan, 20 % Kieselerdesole und 1 % Polyvinylalkohol aufweist und nachfolgend bei 150°C getrocknet wird, um Festigkeit zu verleihen.
Auf der anderen Seite wurden in einem getrennten Schritt 25 kg Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O), 23 kg Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) und 30 kg Oxalsäure zu 120 kg Titanoxid hinzugefügt, das einen spezifischen Oberflächenbereich von 270 m²/g aufweist, eine Kieselerdesole von 20 % im Gewichtsanteil wurde weiterhin hinzugefügt in einer Menge von 8 % im Gewichtsanteil in Bezug auf SiO₂, und dann wurde die Mischung geknetet während Wasser hinzugefügt wurde, um eine Paste auszuformen. Zu dieser Paste wurden 30 kg kaolinartige anorganische Fasern hinzugefügt (hergestellt von Isolite Insulating Products Co., Ltd.; Handelsname Kaowool) und weiter geknetet, um eine Paste zu erzielen, die einen Wassergehalt von 30,5 % aufweist.
Nachdem die auf diese Weise erhaltene Paste zwischen zwei mit Hilfe der vorangegangenen Verfahren hergestellte Bleche der Substrate mit einer Breite von 500 mm platziert wurde und durch Pressen derselben mit einem Paar von Rollenpressen auf die Oberfläche der netzartigen Produkte und in deren Maschen aufgebracht wurde, wurden gürtelförmige Katalysatorelemente mit der Dicke von 0,6 mm erzielt. Der auf diese Weise erhaltene bänderförmige Katalysator wurde durch ein Paar geheizte Pressrollen geleitet, die die in 2 gezeigte treppenförmige Form aufweisen und in denen p 35 mm beträgt, s 3 mm beträgt und a 100° beträgt, um die höhenändernden Teilbereiche darin stetig auszuformen. Anschließend wurde das auf diese Weise erhaltene, bänderförmig ausgeformte Produkt wiederum auf eine Länge von 487 mm geschnitten.
Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente wurden in einem Metallrahmen zusammengesetzt und kalziniert, währen sie bei 500°C für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur, wie in 1(b) gezeigt, zu erzielen.
Vergleichendes Beispiel 3
Während ein Versuch für das Herstellen einer Katalysatorstruktur von Katalysatorelementen durchgeführt wurde, die eine zu den Katalysatorelementen des vergleichenden Beispiels 1 gleichwertige Form aufweisen und eine Höhe der Erhebungen von 3 mm aufweisen, war es auf Grund des Schneidens der keramischen Siebe und einer niedrigen Festigkeit der Elemente nach der Ausformung nicht möglich eine Katalysatorstruktur herzustellen, die eine hohe Festigkeit aufwies.
Wie weiter oben beschrieben können entsprechend der vorliegenden Erfindung durch Verwenden von plattenähnlichen Katalysatorelementen Katalysatorstrukturen erzielt werden, die rechteckige Gasflusspassagen einer hohen Festigkeit aufweisen. Die Katalysatorstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung machen es möglich, Vorrichtungen zur Reinigung von Abgas zur Verfügung zu stellen, die einen geringen Druckverlust aufweisen und ausgezeichnet sind in ihrer Leistungsfähigkeit der Denitrierung. Außerdem können Katalysatorstrukturen, die eine hohe Festigkeit aufweisen, sogar erzielt werden, wenn die Dicke von Katalysatorelementen und der Abstand zwischen Katalysatorelementen entsprechend der vorliegenden Erfindung gering sind, da die Katalysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung eine einfache Form aufweisen. Auf Grundlage von diesen Fakten können entsprechend der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen verwirklicht werden, die kompakt sind und Abgase mit einer hohen Flussrate reinigen können.
Weiterhin werden Gasflusspassagen in Katalysatorstrukturen entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht durch Staub verstopft, da die Anzahl von Ecken, in denen Rauchstaub in Abgasen dazu neigt, sich in Katalysatorstrukturen abzulagern, gering ist. Dementsprechend können Vorrichtungen für das Reini- gen von Abgasen, die die Katalysatorstruktur der vorliegenden Erfindung verwenden, für einen langen Zeitraum hinweg stabil betrieben werden, wie zum Beispiel Vorrichtungen für die Denitrierung der Gase von Dampferzeugern, die Schweröl oder Kohle verbrennen.
Beispiel 4
Katalysatorsubstrate, die eine Festigkeit aufweisen, wurden hergestellt durch Imprägnierung von netzartigen Produkten, die hergestellt wurden durch einfaches Weben von verdrillten Garnen, jedes bestehend aus 1000 E Glasfasern, die einen Faserdurchmesser von 9 μm bei einer Dichte von 10 Garnen/25,4 mm mit einer Aufschlämmung, die 40 % Titan, 20 % Kieselerdesole und 1 % Polyvinylalkohol aufweist und nachfolgend bei 150°C getrocknet wird, um Festigkeit zu verleihen.
Auf der anderen Seite wurden in einem getrennten Schritt 0,25 kg Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O), 0,23 kg Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) und 0,3 kg Oxalsäure zu 1,2 kg Titanoxid hinzugefügt, das einen spezifischen Oberflächenbereich von 270 m²/g aufweist, eine Kieselerdesole von 20 % im Gewichtsanteil wurde weiterhin hinzugefügt in einer Menge von 8 % im Gewichtsanteil in Bezug auf SiO₂, und dann wurde die Mischung geknetet während Wasser hinzugefügt wurde, um eine Paste auszu- formen. Zu dieser Paste wurden kaolinartige anorganische Fasern hinzugefügt (Handelsname Kaowool) und weiter geknetet, um eine Paste zu erzielen, die einen Wassergehalt von 30,5 % aufweist.
Nachdem die auf diese Weise erhaltene Paste zwischen zwei mit Hilfe der vorangegangenen Verfahren hergestellte Leche der Substrate mit einer Breite von 500 mm platziert wurde und durch Pressen derselben mit einem Paar von Rollenpressen auf die Oberfläche der netzartigen Produkte und in deren Maschen aufgebracht wurde, wurden die Substrate auf eine Länge von 480 mm geschnitten, um plattenähnliche Katalysatorsubstrate mit der Dicke von 0,7 mm für die Katalysatorelemente zu erzielen.
Anschließend wurde jedes der Substrate in eine Form für das Ausformen von Katalysatorelementen eingeführt, die höhenän- dernde Teilabschnitte aufweist wie in 7(a) gezeigt und gepresst während sie erwärmt wurden, um zu trocknen und um höhenändernde Teilabschnitte auszuformen. In diesem Fall war die Form der ausgeformten Katalysatorelemente wie folgt:
Die Länge p der flachen Plattenteilabschnitte betrug 44 mm, die Höhe s der höhenändernden Teilabschnitten betrug 4 mm, der zwischen den flachen Oberflächenteilabschnitten 4A an den beiden Enden in den höhenändernden Teilabschnitten und der die entsprechenden Scheitel von benachbarten höhenändernden Teilabschnitten verbindenden Linie ausgeformte Winkel betrug 90° (siehe 2) und der zwischen den flachen Oberflächenteilabschnitten in den höhenändernden Teilabschnitten in den zu den Eckpositionen unterschiedlichen Teilabschnitten und der die Scheitel verbindenden Linie ausgeformte Winkel betrug 70° (siehe 9).
Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente wurden in einem Metallrahmen zusammengesetzt und kalziniert, während sie bei 500°C für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen, wie in 7(b) gezeigt.
Beispiel 5
Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O) in einer Menge von 2,4 kg und 1,28 kg von Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) wurden zu 67 kg einer Aufschlämmung aus metatitanischer Säure hinzugefügt (Anteil an TiO₂: 30 % in Gewichtsanteilen, Anteil an SO₄: 8 % in Gewichtsanteilen) und geknetet unter Verwendung einer Heizknetmaschine, während Wasser verdunstet wurde, um eine Paste zu erzielen, die etwa 36 % Wasser enthält. Anschließend wurde diese Paste in ein stangenartiges Material mit Durchmesser 3 extrudiert, pelletiert, getrocknet in einem Flüssigtrockner und wurde dann bei 250°C für die Dauer von 2 Stunden in der Atmosphäre kalziniert. Die auf diese Weise erzielten Pellets wurden mit einer Hammermühle in Pulver gemahlen, das einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 μm aufwies, um ein erstes Element zu erzielen. Das Verhältnis jeder der Komponenten V/Mo/Ti zu diesem Zeitpunkt betrug 4/5/9 (atomares Verhältnis).
Das auf diese Weise erhaltene Pulver in einer Menge von 20 kg, 3 kg von Al₂O₃ SiO₂ anorganischen Fasern und 10 kg Wasser wurden unter Verwenden einer Knetmaschine für die Dauer von 1 Stunde geknetet, um sie in die Form einer Paste zu bringen. Diese Katalysatorpaste wurde durch Anwendung einer Walzenpresse auf die Oberfläche und in die Maschen von SUS304 Metalllattensubstraten auf- beziehungsweise eingebracht, die eine Breite von 490 mm und eine Dicke von 0,2 mm aufwiesen, um einen plattenähnlichen Katalysator mit der Dicke von 0,9 mm zu erzielen. Die Substrate wurden wiederum mit einer Pressform ausgeformt, die entworfen wurde, um Katalysatorelemente auszuformen, die eine Länge L der flachen Plattenteilabschnitte von 64 mm, die Höhe h der höhenändernden Teilabschnitte von 6 mm, den zwischen den flachen Oberflächenteilabschnitten 4A an den beiden Enden in den höhenändernden Teilabschnitten und der die entsprechenden Scheitel von benachbarten höhenändernden Teilabschnitten verbindende Linie ausgeformten Winkel a mit 90° und den zwischen den flachen Oberflächenteilabschnitten in den höhenändernden Teilabschnitten in den zu den Eckpositionen unterschiedlichen Teilabschnitten und der die Scheitel verbindenden Linie ausgeformte Winkel a mit 80° (siehe 9) aufwiesen.
Die auf diese weise erzielten Katalysatorelemente wurden in einem Metallrahmen zusammengesetzt und kalziniert, während sie bei 500°C für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen, wie sie in 7(b) gezeigt wird.
Vergleichendes Beispiel 4
Die Katalysatorstruktur des vergleichenden Beispiels 4 wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie in dem oben beschriebenen Beispiel 4 mit der Ausnahme, dass die Katalysatorelemente gestapelt wurden, während die Richtung der oberen und unteren Seiten wie in 15(b) gezeigt abwechselnd geändert wurde, nachdem die Substrate für die Katalysatorelemente in Welleformen ausgeformt wurden, die die gleichen Abmessungen aufweisen wie diejenigen des Katalysators gemäß Beispiel 4.
Vergleichendes Beispiel 5
Die Katalysatorstruktur des vergleichenden Beispiels 5 wurde auf die gleiche Weise hergestellt, wie in dem oben beschriebenen Beispiel 5 mit der Ausnahme, dass die Katalysatorelemente gestapelt wurden, während die Richtung der oberen und unteren Seiten abwechselnd geändert wurde, wie in 15(b) gezeigt, nachdem die Substrate für die Katalysatorelemente in Welleformen ausgeformt wurden, die die gleichen Abmessungen aufweisen wie diejenigen des Katalysators gemäß Beispiel 5.
Druckverlust und Denitrierungsverhältnis wurden für jede der Katalysatorstrukturen gemäß Beispiel 4 und 5 und die vergleichenden Beispiele 4 und 5 unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen bestimmt. Die auf diese Weise erzielten Ergebnisse werden in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 3
Tabelle 4
Aus Tabelle 4 kann abgeleitet werden, dass die Katalysatorstrukturen gemäß der Beispiele 4 und 5 verglichenem mit denen der vergleichenden Beispiele einen geringen Druckverlust und ein hohes Denitrierungsverhältnis aufweisen. Das heißt, dass die Katalysatorstrukturen gemäß der Beispiele für die vorliegende Erfindung eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, da die Form des Querschnitts der Gasflusspassagen nahezu einem Rechteck entspricht und die Katalysatorstrukturen der Beispiele außerdem einen großen effektiven Oberflächenbereich aufweisen. Dementsprechend können die Katalysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung den Druckverlust gering halten. Weiterhin können die Katalysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung eine gleichmäßige Verteilung der Flussrate von Abgasen und ein hohes Denitrierungsverhältnis erreichen, da die Katalysatorelemente nicht eine solch komplexe Form aufweisen, wie die in den vergleichenden Beispielen. Außerdem sind die Katalysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung verglichen mit jenen der vergleichenden Beispiele sogar in ihrer Festigkeit ausgezeichnet. Wenn Beispiel 4, in dem keramischen Substrate verwendet wurden, und das vergleichende Beispiel 4 im Besonderen verglichen werden, kann ersehen werden, dass die Katalysatorstruktur des Beispiels 4 das Ergebnis hervorbringt, dass die Verformung der Struktur und die Störungen in der Form der Gasflusspassagen, die durch Kompression verursacht werden, klein sind.
Das heißt, dass die Katalysatorelemente gemäß den Beispielen 4 und 5 sogar dann Schäden vermeiden können, wenn zum Beispiel keramische Substrate verwendet werden, da ihre Form einfach ist. Weiterhin können Katalysatorstrukturen, die eine hohe Festigkeit aufweisen, sogar dann erzielt werden, wenn die Di- cke von Katalysatorelementen und der Abstand zwischen den Katalysatorelementen entsprechend der vorliegenden Erfindung klein sind. Dementsprechend können die Katalysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung ausreichend mit den Anforderungen zurechtkommen, kompakt ausgeführt zu sein und Abgase bei einer hohen Flussrate zu behandeln.
Beispiel 6-1
Katalysatorsubstrate wurden erzielt durch Imprägnierung von netzartigen Produkten, die hergestellt wurden durch Dreherbindung von verdrillten Garnen, jedes bestehend aus 1000 E Glasfasern, die einen Faserdurchmesser von 9 μm bei einer Dichte von 10 Garnen/25,4 mm mit einer Aufschlämmung, die 40 % Titan, 20 % Kieselerdesole und 1 % Polyvinylalkohol aufweist und nachfolgende Trocknung bei 150°C, um Festigkeit zu verleihen.
Danach wurde die gemäß Beispiel 4 erhaltene Paste, die 30,5 Wasser enthält, zwischen zwei Bleche der Substrate mit einer Breite von 500 mm gemäß der vorherigen Verfahren zubereitet und auf die Oberfläche der netzartigen Produkte und in deren Maschen aufgetragen beziehungsweise eingebracht, in dem diese Blätter mit einem Paar von Presserollen gepresst wurden, um Substrate eines gürtelförmigen Katalysators der Dicke von 0,6 mm zu erzielen. Die auf diese Weise erzielten Substrate wurden auf eine Länge von 480 mm geschnitten und mit einem Paar von treppenförmigen geheizten Formpressen gepresst, die Dimensionen und Winkel aufweisen, die einem Katalysatorelement entsprechen, das die Länge L der flachen Platteteilabschnitte 5 von 35 mm und das die Höhe h der höhenändernden Teilabschnitte 4 von 3 mm (8), den zwischen der flachen Oberfläche des Teilabschnitts 4A an beiden Enden des höhenändernden Teilabschnitts und der Linie, die die Scheitel von benachbarten höhenändernden Teilabschnitten verbindet ausgeformten Winkel von 90° und den zwischen den flachen Oberflächen der Teilabschnitte in den höhenändernden Teilabschnitten an anderen Positionen als den Enden und der Linie, die die Scheitel verbindet ausgeformten Winkel von 85° (siehe 9) aufweist, um Katalysatorelemente auszuformen. Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente wurden in einem Metallrahmen zusammengesetzt und kalziniert, während sie bei 500° für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur, wie in 7(b) gezeigt, zu erzielen.
Beispiel 6-2 (nicht der vorliegenden Erfindung entsprechend)
Katalysatorelemente, die jenen des Beispiels 6-1 ähnlich sind, wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 6-1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass alle der Winkel a, die zwischen allen der flachen Oberflächenteilabschnitte in den höhenändernden Teilabschnitten, einschließlich derjenigen an beiden Enden der Elemente und der Linie, die entsprechende Scheitel von benachbarten höhenändernden Teilabschnitten verbindet so gewählt wurden, dass sie 97° betrugen. Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente wurden in einem Metallrahmen zusammengesetzt und kalziniert, während sie bei 500°C für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen, wie sie in 1(b) gezeigt wird.
Die gemäß Beispiel 6-1 beziehungsweise Beispiel 6-2 erzielten Katalysatorstrukturen wurden auf die Ladefläche eines Lastkraftwagens verladen, wobei die Elemente, wie in 11 gezeigt, in einer senkrechten Richtung ausgerichtet wurden. Der Lastkraftwagen wurde für die Dauer von zwei Stunden auf einer normalen Straße gefahren und das Ausmaß an Verschiebung und von Schäden an den Katalysatorelementen wurde kontrolliert. In der Katalysatorstruktur des Beispiels 6-1 wurde nach dem Test keine Verschiebung oder ein Schaden an den Katalysatorelementen festgestellt, da die Enden der Katalysatorelemente von der flachen Oberfläche in den höhenändernden Teilabschnitten gelagert wurden und die höhenändernden Teilabschnitten am Ende agierten auch als Abstandsstück. Im Gegensatz dazu wurden zur Zeit des Fahrens die Endteile in der Katalysatorstruktur des Beispiels 6-2 durch Stöße beschädigt und ein Phänomen, bei dem der Abstand zwischen den Elementen an den Enden ungleich wurde, wurde festgestellt.
Aus diesen Fakten wird klar, dass die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung der ersten Ausführungsform darstellt und die Katalysatorstrukturen der zweiten Ausführungsform ausgezeichnet sind und eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
Beispiel 7
Katalysatorsubstrate wurden durch das Imprägnieren von netzartigen Produkten, die durch einfaches Weben verdrehter Garne hergestellt wurden, wobei jede der 1400 E Glasfasern einen Faserdurchmesser von 9 μm bei einer Dichte von 10 Garnen/25,4 mm mit einer Aufschlämmung aus 40 % Titan, 20 % Kieselerdesole und 1 % Polyvinylalkohol erzielt und nachfolgend bei 150°C getrocknet, um Festigkeit zu verleihen.
Auf der anderen Seite wurden in einem getrennten Schritt 0,25 kg Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O), 0,23 kg Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) und 0,3 kg Oxalsäure zu 1,2 kg Titanoxid hinzugefügt, das einen spezifischen Oberflächenbereich von 270 m²/g aufweist, eine Kieselerdesole von 20 % im Gewichtsanteil wurde weiterhin hinzugefügt in einer Menge von 8 % im Gewichtsanteil in Bezug auf SiO₂, und dann wurde die Mischung geknetet während Wasser hinzugefügt wurde, um eine Paste auszuformen. Zu dieser Paste wurden kaolinartige anorganische Fasern hinzugefügt (Handelsname Kaowool) und weiter geknetet, um eine Paste zu erzielen, die einen Wassergehalt von 30,5 % aufweist.
Nachdem die auf diese Weise erhaltene Paste zwischen zwei Bleche der gemäß der vorherigen Verfahren hergestellten Katalysatorsubstrate der Breite von 500 mm und durch Pressen mit einem Paar von Presserollen auf die Oberfläche des netzartigen Produkts und in die Maschen davon eingebracht wurde, wurden die Substrate auf eine Länge von 480 mm geschnitten, um platten ähnliche Katalysatorsubstrate von 0,7 mm in der Dicke zu erzielen.
Anschließend wurde jedes der Substrate in eine Form eingeführt und gepresst während es erwärmt wurde um zu trocknen, um Katalysatorelemente auszuformen, die viele flache Plattenteilabschnitte aufweisen, die eine Länge L von 44 mm und höhenändernde Teilabschnitte aufweisen, die eine Höhe h von 1,8 mm aufweisen. Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente wurden durch netzartige Produkte gestapelt, die hergestellt wurden durch das Schneiden eines mit einer oben beschriebenen Festigkeit versehenen, aus E Glasfasern zusammengesetzten gewebten Stoffs und als Katalysatorsubstrate in quadratischer Form mit einer Kantenlänge von jeweils 480 mm verwendet, in einem metallischen Rahmen platziert und kalziniert, während sie bei 500°C für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen.
Beispiel 8
Ammoniummetatungstat ((NH₄)₆ H₂W₁₂O₄₀ 23H₂O) in einer Menge von 3,8 kg und 1,28 kg von Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) wurden zu 67 kg einer Aufschlämmung aus metatitanischer Säure hinzugefügt (Anteil an TiO₂: 30 % in Gewichtsanteilen, Anteil an SO₄: 8 % in Gewichtsanteilen) und geknetet unter Verwendung einer Heizknetmaschine, während Wasser verdunstet wurde, um eine Paste zu erzielen, die etwa 36 % Wasser enthält. Anschließend wurde diese Paste in ein stangenartiges Material mit Durchmesser 3 extrudiert, pelletiert, in einem Flüssigtrockner getrocknet und wurde dann bei 250°C für die Dauer von 2 Stunden in der Atmosphäre kalziniert. Die auf diese Weise erzielten Pellets wurden mit einer Hammermühle in Pulver gemahlen, das einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 μm aufwies. Das auf diese Weise erhaltene Pulver in einer Menge von 20 kg, 3 kg von Al₂O₃ SiO₂ anorganische Fasern und 10 kg Wasser wurden unter Verwenden einer Knetmaschine für die Dauer von 1 Stunde geknetet, um sie in die Form einer Paste zu bringen. Diese Katalysatorpaste wurde durch Anwendung einer Walzenpresse auf die Oberfläche und in die Maschen von SUS304 Metalllattensubstraten auf- beziehungsweise eingebracht, die eine Breite von 490 mm und eine Dicke von 0,2 mm aufwiesen, um einen plattenähnlichen Katalysator mit der Dicke von 0,9 mm zu erzielen. Die flachen Katalysatorsubstrate wurden wiederum mit einer Pressform in Katalysatorelemente ausgeformt, so dass die Länge L der flachen Plattenteilabschnitte zu 60 mm wurde und die Höhe h der höhenändernden Teilabschnitte zu 5 mm wurde. Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente wurden durch die netzartigen Produkte gestapelt, die durch Schneiden der beschriebenen SUS304 Metalllattensubstrate hergestellt wurden und als Substrate für die quadratischen Katalysatorelemente mit einer Seitenlänge von 480 mm je Seite verwendet, in einem metallischen Rahmen platziert und kalziniert, während sie bei 500° für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen.
Beispiele 9 und 10
Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O) in einer Menge von 0,25 kg, 0,23 kg Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) und 0,3 kg Oxalsäure wurden zu 1,2 kg Titanoxid hinzugefügt, das einen spezifischen Oberflächenbereich von 270 m²/g aufweist, und die Mischung wurde geknetet während Wasser hinzufügt wurde, um ein lehmähnliches Material auszuformen, und dann in ein stangenförmiges Material des Durchmessers 3 extrudiert und dann durch Verwenden eines Extruders und Pelletierers pelletiert. Die auf diese Weise erzielten Pellets wurden getrocknet, für die Dauer von 2 Stunden bei 250°C kalziniert, mit einem Pulverisierer gemahlen, um Katalysatorpulver zu erzielen, von dem mehr als 60 % Partikeldurchmesser von weniger als 1 μm aufwies. Wasser wurde dem auf diese Weise erzielt Pulver hinzugefügt, um eine Katalysatoraufschlämmung zuzubereiten, die einen festen Be standteil von 40 % aufwies. Die in den Beispielen 7 beziehungsweise 8 verwendeten netzartigen Produkten wurden mit der Katalysatoraufschlämmung imprägniert, aus der Aufschlämmung heraus gezogen, einem Luftstrom ausgesetzt, um ein Überschussmaß der Aufschlämmung zu entfernen, das in den Maschen des netzartigen Produkten vorhanden ist und dann weiterhin getrocknet, um netzartige Produkte zu erzielen, auf deren Ober- fläche das Katalysatorelement als Schicht aufgetragen ist. Die Katalysatorstrukturen gemäß Beispiel 9 und Beispiel 10 wurden durch Verwenden der netzartigen Produkte erzielten, die auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 und Beispiel 8 erzielt wurden mit der Ausnahme, dass die netzartigen Produkte gemäß der Beispiele 9 und 10 verwendet wurden, statt jener gemäß den Beispielen 7 und 8.
In Bezug auf die Katalysatorstrukturen in den Beispielen 7 bis 10 wurde die Verformung der Form der Gasflusspassagen an beiden Enden der Katalysatorstrukturen geprüft und die Leistungsfähigkeit der Denitrierung wurde unter den in Tabelle 5 gezeigten Bedingungen bestimmt. Die auf diese Weise erzielten Ergebnisse werden in Tabelle 6 gezeigt.
Tabelle 5
Tabelle 6
Wie aus den Beispielen 7 und 8 der Tabelle 6 ersehen werden kann, wurde keine Verformung der Form der Gasflusspassagen an den beiden Enden der Katalysatorstrukturen festgestellt und das Denitrierungsverhältnis wurde im Vergleich zu dem Fall, in dem keine netzartigen Produkte verwendet werden gesteigert auf Grund des Effekts der Verwirbelung (Umwälzung) des Gasflusses, der von den zwischen den Katalysatorelementen angeordneten netzartigen Produkten herrührt. Aus diesen Fakten kann ersehen werden, dass die Katalysatorstrukturen der vorliegenden Erfindung eine hohe Festigkeit, gleichförmige Gasflusspassagen und ein gesteigertes Denitrierungsverhältnis aufweisen.
Nachfolgend kann, wenn die Beispiele 7 und 8 mit den Beispielen 9 und 10 verglichen werden, ersehen werden, dass die Leistungsfähigkeit eines Katalysators gemäß der Beispiele 7 und 8 im Vergleich zu den Beispielen 9 und 10 gesteigert wird auf Grund der Tatsache, dass mit einem Katalysatorelement beschichtete netzartige Produkte verwendet wurden und der Katalysator auf diese Weise in den Gasflusspassagen positioniert wird, die den größten Effekt auf die Verwirbelung des Gasflusses aufweisen.
Wie weiter oben beschrieben können entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht nur Katalysatorstrukturen erzielt werden, die kaum einen Konflikt mit oder die Verformung von Gasflusspassagen verursachen und eine hohe Festigkeit aufweisen, sondern es wird auch die Leistungsfähigkeit des Katalysators außergewöhnlich verbessert.
Beispiel 11 (nicht der vorliegenden Erfindung entsprechend)
Katalysatorsubstrate wurden erzielt durch die Imprägnierung von durch einfaches Weben hergestellten netzartigen Produkten, hergestellt durch die Verwendung von verdrillten, jeweils aus 800 E Glasfasern bestehenden, einen Faserdurchmesser von 9 μm aufweisenden Garnen als Ketten und verdrillten, jeweils aus 800 E Glasfasern bestehenden Garnen als Schuss mit einer Dichte von 10 Garnen/25,4 mm mit einer Aufschlämmung, die 40 % Titan, 20 % Kieselerdesole und 1 % Polyvinylalkohol enthält und. dann bei 150°C getrocknet wurde, um Festigkeit zu verleihen.
Auf der anderen Seite wurden in einem getrennten Schritt 0,25 kg Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O), 0,23 kg Ammonium metavanadat (NH₄VO₃) und 0,3 kg Oxalsäure zu 1,2 kg Titanoxid hinzugefügt, das einen spezifischen Oberflächenbereich von 270 m²/g aufweist, eine Kieselerdesole mit 20 % im Gewichtsanteil wurde weiterhin hinzugefügt in einer Menge von 8 % im Gewichtsanteil in Bezug auf SiO₂, und dann wurde die Mischung geknetet während Wasser hinzugefügt wurde, um eine Paste auszuformen. Zu dieser Paste wurden kaolinartige anorganische Fasern (Handelsname Kaowool) in einer Menge von 15 % im Gewichtsanteil hinzugefügt und weiter geknetet, um eine Paste zu erzielen, die einen Wassergehalt von 30,5 % aufweist.
Nachdem die auf diese Weise erhaltene Paste zwischen zwei Bleche der gemäß der vorherigen Verfahren hergestellten Substrate der Breite von 500 mm und durch Pressen mit einem Paar von Pressrollen auf die Oberfläche des netzartigen Produkts und in die Maschen davon eingebracht wurde, wurden die Substrate auf eine Länge von 480 mm geschnitten, um plattenähnliche Katalysatorsubstrate von 0,7 mm in der Dicke zu erzielen. Nachfolgend wurde jedes der Katalysatorsubstrate in eine Pressform eingelegt und gepresst, während es zur Trocknung erwärmt wur- de, um die Katalysatorelemente 1 auszuformen, die höhenändernde Teilabschnitte aufweisen wie in 12(a) gezeigt.
Die Katalysatorelemente 1 und die gewebten Stoffe 23, die durch Schneiden derjenigen Katalysatorsubstrate in Quadrate mit einer jeweiligen Kantenlänge von 480 mm hergestellt wurden, die im Voraus mit einer Festigkeit versehen und weiter oben beschrieben wurden und verwendet wurden, um Katalysatorstrukturen zu erzielen, wurden wie in 12(c) gezeigt abwechselnd gestapelt. Dieses Mal wurden die Stoffe so angeordnet, dass die Richtung der Ketten parallel zu der des Gasflusses ausgerichtet war. Die auf diese Weise erzielten gestapelten Elemente wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen, in einen metallischen Rahmen 2 platziert und kalziniert, wäh rend sie bei 500°C für die Dauer von 2 Stunden belüftet wurden.
Beispiel 12
Pulver aus Titanoxid (TiO₂), Ammoniummetatungstat ((NH₄)₆ H₂W₁₂O₄₀ 23H₂O) beziehungsweise Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) wurden gewogen, so dass das molare Verhältnis von Ti/W/V zu 89/5/6 wurde. Wasser wurde basierend auf der Menge des oben beschriebenen Titanoxids in einer Menge von 30 % an Gewichtsanteilen zur Mischung hinzugefügt und für die Dauer von 30 Minuten geknetet und kaolinartige anorganische Fasern (Handelsname Kaowool) wurden weiterhin dazu hinzugefügt in einer Menge von 25 % Gewicht basierend auf der Menge des Titanoxids und für die Dauer von 30 Minuten geknetet, um eine Katalysatorpaste zu erzielen. Die Katalysatorpaste wurde auf Substrate aus Stoffen aufgebracht, die aus einer keramischen Faser gewebt wurden und eine Breite von 500 mm und eine Dicke von 0,34 mm aufwiesen, um flache plattenähnliche Katalysatorsubstrate mit einer Dicke von 0,7 mm zu erzielen. Die Katalysatorsubstrate wurden in ein Quadrat mit jeweils 480 mm Kantenlänge geschnitten und unter Verwendung einer Heizform ausgeformt, um Katalysatorelemente zu erzielen, die höhenändernde Teilabschnitte aufwiesen, die parallel ausgerichtet waren zu einer der Seiten davon.
Auf der anderen Seite wurde ein mittels Dreherbindung unter Verwendung von verdrillten Garnen aus 200 und 800 E Glasfasern als Kette beziehungsweise Schuss, die einen Faserdurchmesser von 9 μm aufwiesen, hergestellter gewebter Stoff zu einem Quadrat mit jeweils 480 mm Seitenlänge geschnitten und als gewebter Stoff verwendet, um eine Katalysatorstruktur zu erzie- len. Die Dichte des gewebten Stoffes, der Maschen aufwies, betrug 9,8 Garne/25 mm.
Die auf diese Weise erzielten Katalysatorelemente und die gewebten Stoffe wurden, um eine Katalysatorstruktur zu erzielen, abwechselnd gestapelt, wobei die Ausrichtung der Ketten parallel zu der des Gasflusses angeordnet wurde, in einen metallischen Rahmen platziert und kalziniert, während sie für die Dauer von 2 Stunden bei 500°C belüftet wurden.
Beispiel 13 (nicht der vorliegenden Erfindung entsprechend)
Ammoniumparamolybdat ((NH₄)₆ Mo₇O₂₄ 4H₂O) in einer Menge von 0,25 kg, 0,23 kg Ammoniummetavanadat (NH₄VO₃) und 0,3 kg Oxalsäure wurde zu 1,2 kg Titanoxid hinzugefügt, das einen spezi- fischen Oberflächenbereich von 270 m²/g aufweist, und die Mischung wurde geknetet während Wasser hinzufügt wurde, um ein lehmähnliches Material auszuformen, dann in ein stangenförmiges Material des Durchmessers 3 extrudiert und dann durch Verwenden eines Extruders und Pelletierers pelletiert. Die auf diese Weise erzielten Pellets wurden getrocknet, für die Dauer von 2 Stunden bei 250°C kalziniert, mit einem Pulverisierer gemahlen, um Katalysatorpulver zu erzielen, von dem mehr als 60 % der Partikeldurchmesser weniger als 1 μm aufwies. Wasser wurde dem auf diese Weise erzielten Pulver hinzugefügt, um eine Katalysatoraufschlämmung zuzubereiten, die einen festen Bestandteil von 40 % aufwies. Die in dem Beispiel 11 verwendeten netzartigen Produkte wurden mit der Katalysatoraufschlämmung imprägniert, aus der Aufschlämmung heraus gezogen, einem Luft strom ausgesetzt, um ein Überschussmaß der Aufschlämmung zu entfernen, die in den Maschen des netzartigen Produkten vorhanden ist und dann getrocknet, um netzartige Produkte zu erzielen, auf deren Oberfläche das Katalysatorelement als Schicht aufgetragen ist. Ähnliche Katalysatorstrukturen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 11 erzielt mit der Ausnahme, dass die erzielten netzartigen Produkte als solche verwendet wurden, um diese zwischen den Katalysatorelementen anzuordnen.
Beispiel 14 (nicht der vorliegenden Erfindung entsprechend)
Eine Katalysatorstruktur wurde auf dieselbe Weise wie gemäß Beispiel 11 erzielt mit der Ausnahme, dass die Dichte des gewebten Stoffes und der Schüsse von Beispiel 11 in 9 Garne/25,4 mm beziehungsweise verdrillte Garne aus 2220 E Glasfasern geändert wurde.
Beispiel 15
Eine Katalysatorstruktur wurde auf dieselbe Weise wie gemäß Beispiel 11 erzielt mit der Ausnahme, dass die Dichte des gewebten Stoffes und der Schüsse von Beispiel 11 in 8 Garne/25,4 mm beziehungsweise verdrillte Garne aus 2500 E Glasfasern ge- ändert wurde. (Das vergleichende Beispiel 6 wurde ausgelassen.)
Vergleichendes Beispiel 7
Eine Katalysatorstruktur wurde auf dieselbe Weise wie in Bei- spiel 11 erzielt mit der Ausnahme, dass die Nummer der E Glasfasern in beiden verdrillten Garnen für die Ketten und Schüsse von Beispiel 11 in 1400 geändert wurde.
Vergleichendes Beispiel 8
Eine Katalysatorstruktur wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 11 erzielt mit der Ausnahme, dass die Nummer der E Glasfasern in beiden verdrillten Garnen für die Ketten und Schüsse von Beispiel 11 in 2000 geändert wurde.
In Bezug auf die Katalysatorstrukturen gemäß der Beispiele 11, 14 und 15 und der vergleichenden Beispiele 7 und 8 wurde die Form der gewebten Stoffen untersucht und die Leistungsfähigkeit der Denitrierung wurde unter den in Tabelle 7 gezeigten Bedingungen bestimmt. Die auf diese Weise erzielten Ergebnisse werden in Tabelle 8 dargestellt.
Tabelle 7
Tabelle 8
Aus der Tabelle 8 kann ersehen werden, dass bei einem Vergleich der Denitrierungsverhältnisse zwischen Beispiel 11 und vergleichendem Beispiel 7 das Denitrierungsverhältnis in Beispiel 11, in welchen Garne, die einen größeren Durchmesser aufweisen, in der Richtung senkrecht zu der des Gasflusses angeordnet wurden, höher war als gemäß dem vergleichenden Beispiel 7, in dem der Durchmesser der Garne der Gleiche war in zwei Richtungen, der senkrechten und der waagerechten. Außerdem kann aus dem Vergleich zwischen dem vergleichenden Beispiel 7 und dem vergleichenden Beispiel 8 ersehen werden, dass das Denitrierungsverhältnis verringert wird, wenn der Durchmesser der Garne in beiden Richtungen, der senkrechten und der horizontalen größer gemacht wird. Es wird angenommen, dass dies auf der Tatsache beruht, dass das Verhältnis von Öffnungen in gewebten Stoffen verringert ist und die Verwirbelung des Gasflusses in diesem Fall reduziert wurde. Wenn weiterhin die Beispiele 11, 14 und 15 verglichen werden kann ersehen werden, dass, wenn das Verhältnis der Öffnungen das Gleiche ist, das Denitrierungsverhältnis um so größer wird, je größer der Durchmesser der Garne in Richtung senkrecht zu dem des Gasfluss ist und daher je größer die Größe von Öffnungen in gewebten Stoffen beziehungsweise je größer die Größe der Maschen in gewebten Stoffen ist.

Claims

Eine Katalysatorstruktur zur Reinigung eines Abgases, bestehend aus einem Stapel aus zwei oder mehr Katalysatorelementen (1) und einem Rahmen (2) zur Aufnahme des Stapels, wobei jedes der Katalysatorelemente (1) aus rechteckigem oder quadratischem, flachem, plattenähnlichen Substrat ausgebildet ist, in jedem der Katalysatorelemente (1) treppenförmig ebene Plattenteilabschnitte (5) und höhenändernde Teilabschnitte (4) abwechselnd in vorgegebenen Abständen in einer Richtung parallel zu der eines Seitenpaares des plattenartigen Substrats ausgebildet sind, jedes der Katalysatorelemente (1) auf seiner Oberfläche eine Katalysatorkomponente trägt, in jedem Katalysatorelement zwischen der Länge p der flachen Plattenteilabschnitte (5) und der Höhe s der höhenändernden Teilabschnitte (4) die Beziehung p > s gilt, der Winkel zwischen der Oberfläche der höhenändernden Teilabschnitte (4) und der Oberfläche der ebenen Plattenteilabschnitte (5) kleiner als 90° ist, die Katalysatorelemente (1) Gasflusspassagen mit einem rechtwinkligen oder rhombischen Querschnitt zwischen benachbarten Katalysatorelementen (1) bilden, jedes der Katalysatorelemente (1) ein metallisches, kera misches oder aus Glas hergestelltes netzartiges Substrat umfasst, dessen Maschen zum Füllen der Maschen mit mindestens einer Katalysatorkomponente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titanoxid, Vanadiumoxid, Molybdenoxid und Wolframoxid überzogen sind, und die Katalysatorelemente (1) derart gestapelt sind, dass benachbarte Katalysatorelemente (1) zumindest an überlappenden Teilbereichen der an die höhenändernden Teilbereiche angrenzenden ebenen Plattenteilbereiche miteinander in Kontakt stehen.
Katalysatorstruktur zur Reinigung eines Abgases nach Anspruch 1, wobei die Katalysatorelemente (1) mittels eines metallischen, keramischen oder aus Glas bestehenden netzartigen Teils gestapelt sind, das zwischen diese eingefügt ist und über eine große Zahl perforierter Löcher verfügt.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorstruktur gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, umfassend Auftragen der zumindest einen Katalysatorkomponente auf die Maschen des netzartigen Substrats, so dass die Katalysatorkomponente zur Formung eines gürtelförmigen Substrats für das Katalysatorelement (1) in die Maschen gefüllt ist, Formen der höhenändernden Teilabschnitte (4) im gürtelförmigen Substrat, so dass in dem gürtelförmigen Substrat abwechselnd eine vorbestimmte Länge von ebenen Plattenteilabschnitten (5) und eine vorbestimmte Höhe von stufenartig höhenändernden Teilabschnitten bereitgestellt wird, Abschneiden der flachen Teilbereiche in der Richtung parallel zu der der Kanten, die durch die höhenändernden Teilabschnitte (4) und die ebenen Plattenteilabschnitte (5) gebildet werden, um zwei oder mehr Katalysatorelemente (1) zu erhalten, derart, dass die folgende Beziehung zwischen der Gesamtlänge W jedes der geschnittenen Katalysatorelemente (1) und der Entfernung L zwischen benachbarten höhenändernden Teilabschnitten (4) in jedem der Katalysatorelemente (6) gilt: W = n × L + L – dworin n für die Zahl der höhenändernden Teilbereiche (4) pro einzelnes Blatt des Katalysatorelements darstellt und d für eine Konstante steht, die kleiner als L, aber größer als 0 ist, Stapeln der Katalysatorelemente (1) und Anordnen der gestapelten Katalysatorelemente im Rahmen (2).