DE9211810U1 - Vorrichtung zur stationären katalytischen Umwandlung - Google Patents

Vorrichtung zur stationären katalytischen Umwandlung

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Description

Vorrichtung zur stationären katalvtischen Umwandlung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stationären katalytischen Umwandlung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Katalysatoren werden industriell eingesetzt, um Emissionen von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und stark riechende, insbesondere organische Emissionen umzuwandeln. Diese Emissionen treten bei Verarbeitungsprozessen zur Herstellung von Produkten im Bereich der Nahrungsmittelindustrie, der KunststoffIndustrie, der lackverarbeitenden Industrie und in Randbereichen dieser Industriezweige auf. Die katalytische Umwandlung der im Abgas enthaltenen Stoffe setzt jedoch eine Mindest'temperatur von etwa 300°C voraus. Da die Abgastemperaturen in den aufgeführten Industriezweigen normalerweise zwischen 80 und 100°C liegen, muß für eine katalytische Umwandlung deren Temperatur erhöht werden. Zusätzlich findet die Umwandlung der Schadstoffe normalerweise im Abgasvollstrom statt. Hierbei werden zur Aufheizung der Abgase für das Erhalten gleichmäßiger Ergebnisse vergleichsweise hohe Temperaturen verwendet. Dabei werden in herkömmlichen Anlagen teilweise Brenner eingesetzt, die eine hohe Leistung aufweisen müssen, um das benötigte Aufheizen des Abgasstromes zu erreichen. Der so benötigte hohe Energieaufwand ist kostenträchtig und im Hinblick auf die Umwelt bedenklich. Da die Heizleistung der Brenner nicht beliebig steigerungsfähig ist, müssen bei größeren Anlagen Nebenströme durch geeignete mechanische und bauliche
Maßnahmen erzeugt werden, in welchen die katalytische Umwandlung auf getrennten Wegen stattfindet. Der hierfür erforderliche mechanische und bauliche Aufwand wird von regeltechnischen Problemen bei der geeigneten Steuerung der Abgasströme und -temperaturen begleitet.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur stationären katalytischen Umwandlung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die benötigte Heizleistung zu erniedrigen, den mechanischen und baulichen Aufwand zu senken und die Regelbarkeit zu verbessern. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.
Die Beheizung des Abgaskatalysators hat den Vorteil, daß nicht das gesamte Abgasvolumen erhitzt werden muß. Zusätzlich helfen gegebenenfalls exotherme katalytische Reaktionen mit, die erforderlichen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Als günstig haben sich heizbare, gewickelte Metallkatalysatoren erwiesen, da zu deren Herstellung auf bereits vorhandene Kenntnisse bei der Entwicklung von Katalysatoren für Kraftfahrzeuge zurückgegriffen werden kann. Es ist möglich, die Heizeinrichtung gleichzeitig als Katalysatorträgerkörper auszubilden und dadurch im wesentlichen nur den katalytisch aktiven Bereich zu beheizen. Energieverluste durch Aufheizung von an der katalytischen Umwandlung nicht beteiligten Bestandteilen wird vermieden. Durch den stark gesenkten Energiebedarf ist es möglich, den Abgaskatalysator direkt im Abgasvollstrom anzuordnen.
Ein regelungstechnisch gut beherrschbarer Abgaskatalysator weist einen Temperatursensor auf, der mit einer Regelungseinrichtung verbunden ist, die beim Überschreiten einer vom Temperatursensor erfaßten Grenztemperatur die Stromzufuhr zu der Heizeinrichtunq unterbricht. Hierdurch ist
es möglich, bei exothermen Reaktionen bei der Umwandlung des Abgasstroms ein Überhitzen zu verhindern, das unter Umständen zur Zerstörung der Vorrichtung führt. Bei Abgasen, die nach einer Aufheizphase des Katalysators durch die bei der Umwandlung freigesetzte chemische Energie die benötigten Temperaturen von selbst aufrecht erhalten, kann durch die Regelungseinrichtung die Stromzufuhr nach der Aufheizphase insgesamt unterbrochen werden.
Wird nach dem Unterschreiten einer vom Temperatursensor erfaßten, festgelegten Schwellentemperatur die Stromzufuhr wieder eingeschaltet, wird dadurch verhindert, daß Temperaturspitzen im Abgasstrom zu einer dauerhaften Abschaltung der Heizeinrichtung führen.
Die Vorrichtung läßt sich in einfacher Weise durch modulare Baugruppen an veränderte Größenverhältnisse anpassen, wenn stromaufwärts vor dem Abgaskatalysator ein im wesentlichen trichterförmiger Einlaß und stromabwärts hinter dem Katalysator ein im wesentlichen trichterförmiger Auslaß angeordnet ist, und der Katalysator mit dem Einlaß und dem Auslaß in einem Gehäuse angeordnet ist, das wenigstens zu einer Seite hin mit einem weiteren Gehäuse, das einen weiteren Abgaskatalysator, einen weiteren Einlaß und einen weiteren Auslaß enthält, anreihbar ist.
Mit an den Gehäusen angebrachten Befestigungselementen, die miteinander in Eingriff bringbar sind, lassen sich auch große Abgasvollströme in einfacher Weise durch Zusammenbau mehrerer Vorrichtungen beherrschen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des heizbaren Abgaskatalysators sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt senkrecht zur Mittellängsachse eines zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeigneten, heizbaren Abgaskatalysator.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben.
Die im ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen Abgaskatalysator 2, der in einem Gehäuse angeordnet ist, und vor dem stromaufwärts ein trichterförmiger Einlaß 4 und hinter dem stromabwärts ein trichterförmiger Auslaß 5 angeordnet ist.
Sowohl der Einlaß 4 als auch der Auslaß 5 sind mit dem Abgaskatalysator durch Flansche in bekannter Weise, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, mit strömungsgünstigem Übergang verbunden. Sowohl zu dem Einlaß 4 als auch zu dem Auslaß 5 führen weitere Zu- und Ableitungen, die in den Figuren weggelassen sind, in welchen der gesamte Abgasvollstrom geführt ist.
Der Abgaskatalysator 2 weist jeweils einen Stift 6, 7 für den positiven sowie den negativen elektrischen Anschluß auf. Die Stifte 6, 7 sind über Leitungen mit an dem Gehäuse angebrachten Anschlußstiften 8, 9 verbunden. Die
Anschlußstifte 8, 9 sind über weitere Leitungen mit einer Stromversorgungseinrichtung 10 verbunden, die aus dem Versorgungsnetz 11 zugeführte Leistung auf für die Heizeinrichtung des Abgaskatalysators 2 angepaßte Werte transformiert. Sowohl das Gehäuse 3 als auch das Gehäuse der Stromversorgungseinrichtung 10 sind über Masseleitungen mit einem gemeinsamen Massepotential verbunden.
Neben dem Gehäuse 3 ist in Fig. 1 ein Deckel 12 mit seitlich angebrachten Verriegelungselementen 25, 26 dargestellt, der um Scharniere 23, 24 schwenkbar ist und den Abgaskatalysator 2 von der Seite her im Gehäuse 3 zugänglich macht. Im geschlossenen Zustand des Gehäuses 3 sind die Verriegelungselemente 25, 26 im lösbaren Eingriff mit den am Gehäuse 3 angebrachten zugeordneten Verriegelungselementen 27, 28.
In alternativer Ausgestaltung bezeichnet das Bezugszeichen ein weiteres Gehäuse 12, das über wechselseitig ineinander greifende Befestigungsvorrichtungen 23, 24 mit dem Gehäuse 3 des Abgaskatalysators 2 verbunden ist. In dem Gehäuse 12 kann ein weiterer, in den Figuren nicht dargestellter Abgaskatalysator mit eigenem Einlaß und Auslaß angeordnet sein, der in Anreihung zu dem Abgaskatalysator 2 zu einer Verdoppelung der verarbeitbaren Abgasströme führt.
In Fig. 2 ist ein Abgaskatalysator 2 mit einem heizbaren, gewickelten Metallkatalysator 13 im Querschnitt senkrecht zur Mittellängsachse dargestellt. Der gewickelte Metallkatalysator 13 ist in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 14 durch an den Innenseiten angebrachte Metallfahnen 15 gehalten. Der gewickelte Metallkatalysator besteht aus wenigstens zwei Metallfolienbändern 16, 17, die aus hochtemperaturfestem Material bestehen und mit einem
katalytisch wirksamen Keramikwaschcoat beschichtet sind. Das Metallfolienband 16 ist glatt ausgebildet; das Metallfolienband 17 ist wellenförmig ausgebildet und bildet zusammen mit dem Metallfolienband 16 Durchströmkanäle für das zu reinigende Abgas, die im wesentlichen im aufgewickelten Zustand, der in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, den gesamten zylindrischen Innenraum innerhalb des Gehäuses 14 mit nebeneinander axial angeordneten Durchs tr ömkanä ler) ausfüllen.
In dem Gehäuse 14 sind Stromzuführungen zu den Folienenden der Metallfolienbänder 16, 17 angeordnet, die mit den Stiften 6, 7 verbunden sind.
Ein mit einem keramischen Überzug 18 versehener Befestigungsnagel 19 erstreckt sich senkrecht zur Mittellängsachse durch das Gehäuse 14 und durch den gewickelten Metallkörper 13 innerhalb einer zentralen Durchgangsbohrung durch das Gehäuse 14 und den Metallkörper
13 und ist an seinen beiden Enden dauerhaft mit dem Gehäuse
14 verbunden.
Der keramische Überzug 18 bildet eine mechanisch feste, elektrisch isolierende Schicht und dient als Halterung für sowohl den Wickelkörper des gewickelten Metallkatalysators 13 als auch das axial mittig angeordnete Innenrohr 20, das als Wickelkern für den Metallkatalysator 13 dient.
Das äußere Ende des glatten Metallfolienbandes 16 ist mit dem Gehäuse 14 an einem Ende durch die Metallfahnen 15 sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend verbunden. Das diesem Ende entgegengesetzte Ende ist mit dem Innenrohr 20 ebenfalls sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend verbunden.
Das Innenrohr 20 ist mit dem Stift 6 durch einen weiteren, in Fig. 2 nur schematisch dargestellten Nagel, dessen radiale Mantelfläche ebenfalls einen isolierenden Überzug aufweist, elektrisch leitend verbunden.
Zwischen dem Anschlußstift 6 und dem Anschlußstift 7 bildet der gewickelte Metallkatalysator 13 einen ohmschen Widerstand, der bei Stromfluß zur Erwärmung des Metallkatalysators 13 führt. Da die Metallfolienbänder 16, durch ihre Beschichtung mit katalytisch wirksamem Keramikwaschcoat den Katalysatorträgerkörper bilden, kommt es hierbei im wesentlichen nur zu einer Erwärmung des katalytisch aktiven Bereiches des Abgaskatalysators 2.
Im Bereich des gewickelten Metallkatalysators 13 ist ein Temperatursensor 21 angeordnet, der mit einer elektrischen Regelungseinrichtung 22 verbunden ist, die beim Überschreiten einer vom Temperatursensor 21 erfaßten Grenztemperatur die Stromzufuhr von der Stromversorgungseinrichtung 10 zu den Stiften 6, 7 unterbricht. In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird bei dem Unterschreiten einer vom Temperatursensor 21 erfaßten, festgelegten Schwellentemperatur, die unterhalb der Grenztemperatur liegt, die Stromzufuhr wieder eingeschaltet.
Die Regelungseinrichtung 22 ist in dem Gehäuse 3 oder 12 dem jeweiligen Abgaskatalysator und Temperatursensor zugeordnet untergebracht.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Regelungseinrichtung 22 für mehrere Temperatursensoren 21 zentral im Gehäuse der Stromversorgungseinrichtung 10 angeordnet und das Gehäuse 3 des Abgaskatalysators zu jeder Seite hin mit Befestigungselementen 23, 24 versehen, die eine
zellenförmige Anreihung mehrerer Abgaskatalysatoren 2 erlauben.
Die Anpassung an verschieden große Abgasströme und Emissionsmengen erfolgt hierbei durch Anreihung einer entsprechenden Anzahl von Katalysatoren.
Darüberhinaus gestattet der Wickelkörper des Metallkatalysators 13 durch die Dimensionierung der Länge der Metallfolienbänder 16, 17 und des Durchmessers des Wickelkörpers die gezielte Anpassung eines einzigen Abgaskatalysators.
Aufgrund der gleichmäßigen Beheizung wird erfindungsgemäß die benötigte Heizleistung im wesentlichen nicht durch die Größe des Katalysators, sondern durch die Abgasströme und deren Emissionen bestimmt.

Claims (5)

Schutzansprüche
1. Vorrichtung zur stationären katalytischen Umwandlung industriell erzeugter, insbesondere organischer, Emissionen mit einem Abgaskatalysator und einer diesem Abgaskatalysator zugeordneten Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abgaskatalysator (2) aus einem heizbaren, gewickelten Metallkatalysator (13) besteht, daß die Heizeinrichtung aus einer elektrischen Heizeinrichtung besteht (16, 17), die gleichzeitig als Katalysatorträgerkörper ausgebildet ist und im wesentlichen nur den katalytisch aktiven Bereich des Abgaskatalysators (2) heizt und
daß der Abgaskatalysator (2) direkt im Abgasvollstrom angeordnet ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im beheizten Bereich des Abgaskatalysators (2) ein Temperatursensor (21) angeordnet ist, der mit einer elektrischen Regelungseinrichtung (22) verbunden ist, die bei Überschreiten einer vom Temperatursensor (21) erfaßten Grenztemperatur die Stromzufuhr zu der Heizeinrichtung (16, 17) unterbricht und vorzugsweise nach dem Unterschreiten einer vom Temperatursensor (21) erfassten festgelegten Schwellentemperatur die Stromzufuhr wieder einschaltet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß stromaufwärts vor dem Abgaskatalysator (21) ein im wesentlichen trichterförmiger Einlaß (4) und stromabwärts
.10
hinter dem Abgaskatalysator (2) ein im wesentlichen trichterförmiger Auslaß (5) angeordnet ist und daß der Abgaskatalysator (2) mit dem Einlaß (4) und dem Auslaß (5) zusammen in einem Gehäuse (3) angeordnet ist, das wenigstens zu einer Seite hin mit einem weiteren Gehäuse (12), das einen weiteren Abgaskatalysator, einen weiteren Einlaß und einen weiteren Auslaß enthält, anreihbar ist, wobei vorzugsweise an den Gehäusen (3, 12) angebrachte Befestigungselemente (23, 24) miteinander in Eingriff bringbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der heizbare Abgaskatalysator (2) einen Wickelkörper aus wenigstens zwei Metallfolienbändern (16, 17), die aus hochtemperaturfestem Material bestehen und mit einem katalytisch wirksamen Keramikwashcoat beschichtet sind und von denen eines glatt und das andere wellenförmig ausgebildet ist, so daß Durchströmkanäle für das zu reinigende Abgas gebildet werden, und ein Gehäuse (14) für den Wickelkörper und Stromzuführungen (6, 7) zu den Folienenden enthält, wobei der Wickelkörper ein zentrales Innenrohr (20) aufweist, das mit dem inneren Ende wenigstens eines Folienbandes (16, 17) verbunden ist, wobei ein mit einem keramischen Überzug (18) versehener Befestigungsnagel (19) quer durch den Wickelkörper und das Innenrohr (22) führt und mit seinen beiden Enden am Gehäuse (14) festgelegt ist und wobei das äußere Ende wenigstens eines Folienbandes (16, 17) mit dem Gehäuse (14) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromzuführung zum Innenrohr (20) über einen mit einem Keramiküberzug (18) versehenen Stift (6) erfolgt,
der quer durch eine Hälfte des Wickelkörpers führt, dessen inneres Ende mit dem Innenrohr (20) elektrisch leitend verbunden ist und dessen äußeres Ende isoliert durch das Gehäuse (14) geführt ist und als Stromanschluß dient.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4303850C1 (de) * 1993-02-10 1994-10-13 Alfred Buck Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von strömenden Gasen, insbesondere von Abgasen von Verbrennungsmotoren
WO1997013057A1 (de) * 1995-10-02 1997-04-10 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Elektrisch beheizbarer, in teilbereiche unterteilter wabenkörper mit verbindungsstegen
US6284201B1 (en) 1993-02-10 2001-09-04 Alfred Buck Apparatus for the catalytic purification of flowing gases, in particular exhaust gases of internal combustion engines

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