JP2000084417A - モノリシック触媒担体中の流路を被覆分散液で被覆する方法 - Google Patents
モノリシック触媒担体中の流路を被覆分散液で被覆する方法Info
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Abstract
を貯蔵容器から担体の上部端面に供給し、かつ該分散液
を吸引により流路を通過させ、吸引下に流路を開放する
ことにより過剰の被覆分散液を流路から除去し、過剰分
散液を貯蔵容器中に戻しかつ分散液被覆を焼成して固着
させることより、円筒状に成形されかつ該円筒軸に対し
て平行に配置された流路によって相互に連通された2つ
の端面を有するモノリシック触媒担体の流路を被覆分散
液で被覆する方法を提供する。 【解決手段】 被覆を、被覆分散液を流速0.1〜1m
/sで吸引により流路を通過させ、吸引通過の終了後に
過剰の被覆分散液を下方から吸引衝動を加えることによ
って流路から除去し、この際吸気を流速40〜1m/s
で流路を通して吸引しかつ気流と一緒に排出された過剰
の被覆分散液を、触媒担体からの流出後に100ms未
満の時間内に空気流から除去することにより行う。
Description
状触媒担体の流路を被覆分散液で被覆する方法に関す
る。
ス触媒の製造のために大規模に使用されている。同担体
は円筒状を有しかつ円筒軸に対して平行に存在する、内
燃機関の多数の排気ガス用流路がその中を貫通してい
る。このような担体はしばしばハネカム担体とも称され
る。
て諸要件に依存している。円形、楕円形又は三角形横断
面を有する触媒担体が広範に普及している。流路は大抵
正方形横断面を有しかつ全横断面にわたって密な格子状
に配置されている。使用の場合に応じて流路の溝又はセ
ル密度は10〜120cm-2の間で変化する。250c
m-2以上までのセル密度を有する触媒担体が開発中であ
る。
ミック材料の押出しによって得られる触媒担体を使用す
る。この他にまた波形の巻かれた金属箔から成る触媒担
体も使用されている。乗用自動車の排気ガス清浄のため
には今日なお主として62cm-2のセル密度を有する触
媒担体を使用する。この場合、流路の横断面の寸法は
1.27×1.27mm2である。このような触媒担体
の肉厚は0.1〜0.2mmである。
すなわち一酸化炭素、炭化水素及び酸化窒素を転化して
無害な化合物にするためには、一般に極めて微細な白金
族金属を使用するが、同金属は卑金属の化合物によって
その触媒効果が変化されていてもよい。この触媒活性成
分は触媒担体上に付着されなければならない。しかし、
触媒担体の幾何学的表面上にこの成分を析出することに
よって触媒活性成分の要求された極めて微細な分配を保
証することは不可能である。これは同様に非多孔質金属
触媒担体にも多孔質セラミック触媒担体にも当てはま
る。触媒活性成分の十分に大きい表面積は、微細な高表
面積の材料から成る支持層を施すことによってのみ提供
することができる。
流路の内部表面上にこのような支持層を施す方法であ
る。触媒活性成分の支持層は本発明の範囲内では分散液
被覆と称する。分散液被覆は微細な高表面積材料から成
りかついわゆる被覆分散液の使用下で製造される。被覆
分散液は、一般に水中の微細材料のスラリーである。
散液を付着するための種々の方法が公知である。被覆工
程の後触媒担体は乾燥され、次ぎに焼成されて分散液被
覆の強化が起こる。次ぎに触媒活性成分の先駆化合物の
一般に水性の溶液の含浸によって触媒活性成分を分散液
被覆中に導入する。この他にまた触媒活性成分を被覆分
散液自体に加えてもよい。この場合には完成された分散
液被覆に触媒活性成分を後から含浸させることは省略さ
れる。
ミック触媒担体の被覆方法を記載している。多孔質触媒
担体を直立的に、つまり垂直に配向した流路をもって耐
圧被覆室中に入れ、0.84バール(水銀柱25イン
チ)の減圧を加えることによって脱ガスする。次ぎに被
覆分散液を触媒担体の上部端面を介して被覆室中に入
れ、過圧を加えることによって触媒担体の細孔中に圧入
する。過圧を下げかつ被覆室の底部の排出弁を開くと過
剰の被覆分散液が触媒担体の流路から流出する。次ぎに
場合により被覆分散液によって阻止された流路を上から
下へ圧縮空気を吹込んで解放する。この被覆法のサイク
ル時間は1.5〜2分未満である。
細書も多孔質セラミック触媒担体を被覆する方法を記載
している。被覆すべき触媒担体をその下部端面をもっ
て、圧力が大容積の送風機によって大気圧に対して水柱
5〜16インチに減少されている分離容器(Abscheideg
efaess)の開口部上に置く。この減圧は全被覆時間の間
一定に保つ。所定容積の被覆分散液を触媒担体の上部端
面上に分配し、流路を通して均一に吸引して分離容器中
に入れる。吸引工程は少なくとも約30秒間保つ。初め
の5秒後には全被覆分散液量が触媒担体中を通過され
る。残りの時間の間に流路を通して流れる空気が、場合
により被覆分散液によって阻止された流路が解放される
ように動作する。触媒担体上に残存する被覆分散液量は
全吸引時間の持続時間及び減圧の高さに影響される可能
性がある。触媒担体上の被覆の軸方向の均一性は、吸引
時間の約半分後に触媒担体を反転し、反対方向に吸引を
行うことによって改善されうる。この方法を用いると、
固形分30〜45%及び粘度60〜3000cpsを有
する被覆分散液を処理することができる。好ましい固形
分は37重量%であり、好ましい粘度は400cpsで
ある。この方法の場合には被覆量の再現精度は±5%で
示される。
も同様に所定量の被覆分散液でセラミック触媒担体を被
覆する方法を記載している。このために予め秤量した量
の被覆分散液を幅の広い解放容器中に入れ、触媒担体の
下部端面を分散液中に浸漬する。次ぎに上部端面に弱い
減圧をかけて分散液を触媒担体の流路中に吸引する。こ
の場合も被覆の軸方向均一性を改良するためには、被覆
工程を2つの段階で進行させることが推奨されている。
85%のみを該容器中に入れ、触媒担体中に吸引する。
次ぎに触媒担体を旋回し、残存する被覆分散液量を反対
方向から触媒担体中に吸引する。この被覆法は、場合に
より閉鎖されている流路を解放するための別個の段階を
要しない。この方法のサイクル時間は約1分未満であ
る。この方法を用いると、固形分35〜52%及び粘度
15〜300cpsを有する被覆分散液を処理すること
ができる。
ラミック及び金属触媒担体の被覆方法を記載している。
この場合には、被覆分散液が触媒担体の上部端面の上方
の高さに達するまで、同分散液を下から垂直に立てた触
媒担体中にポンプで吸入する。次ぎに過剰の被覆分散液
を、触媒担体の上部端面に圧縮空気を適用することによ
って触媒担体から除去する。この場合には同時に場合に
より閉鎖されている流路が圧縮空気の送風により解放さ
れる。この特許明細書の例1によれば被覆分散液の液面
を触媒担体の上部端面の上方2cmに調節する。過剰の
被覆分散液を流路から圧出するための圧縮空気は2つの
圧力段階で順々に供給する。触媒担体に注入した後初め
の2秒の間は、被覆分散液に3.7バールの圧縮空気を
作用させる。この高い圧力は、当該2秒間に過剰の被覆
分散液を流路から完全に圧出するのに十分である。次ぎ
に圧縮空気圧を0.37バールに減少させ、触媒担体に
この圧力を2回それぞれ0.5秒間作用させる。この方
法を用いると、密度1〜2g/ml及び粘度100〜5
00cpsを有する被覆分散液を処理することができ
る。
同様に、セラミック又は金属から成るハネカム担体を均
一に被覆する方法を記載している。このためにハネカム
担体を浸漬室に入れ、下から被覆分散液で満たす。次ぎ
に同ハネカム担体を送風又は吸引によって再び空にす
る。次ぎにハネカム担体を浸漬室から取出し、阻止され
た流路を吸引又は送風によって回避するための別個の装
置で過剰の分散液を除去する。この方法によれば、固形
分48〜64重量%及び50〜100cpsを超える粘
度を有する被覆分散液を処理することができる。
体の被覆に適当である。相互に積重ねられた金属ストリ
ップから成る金属担体の場合には、ドイツ国特許第42
33404号明細書、国際公開第92/14549号パ
ンフレット及びヨーロッパ特許出願公開第077580
8号明細書から、完成担体の被覆の代わりに担体を組立
てる前の金属ストリップをストリップ被覆装置で被覆す
ることが公知である。
に関する不断に増大する法的要求を受けている。これら
の要求に応じうるために、次第に大きくなるセル密度を
有する触媒担体が開発されている。しかし製造された触
媒担体の大多数は依然として僅か62cm-2のセル密度
を有するに過ぎない。少数の担体はすでに124cm -2
のセル密度で製造されている。これは主として金属スト
リップ製の担体である。
体は開発中である。さらに、実際の主要触媒の前のエン
ジン近くの排気ガス管に組込まれているいわゆるスター
ト触媒によって有害物質の転化を改良することも試みら
れている。これは高いセル密度も有することができる小
容量触媒である。これらの触媒はまたモーターサイクル
の排気ガス浄化のためにも有利に使用することができ
る。
担体の被覆のためには不十分にしか適していない。これ
は特に高いセル密度を有する小容量の触媒担体に関して
言える。公知方法で得られるサイクル速度は経済的被覆
のためには低すぎる。これらの方法を用いると小さいセ
ル密度を有する大きな担体しか良好に被覆できない。被
覆分散液の監視には部分的に高い費用を要する、それと
いうのも流路の吸引解放のために使用される空気流との
長い接触によって被覆分散液から著量の水分が除去さ
れ、この水分は被覆の再現性を保証しうるためには連続
的補充されなければならないからである。
プから成る小容量の触媒の製造は、触媒の組立ての際の
流路の閉鎖によって活性被覆材料の損失をもたらす。こ
の損失は不利な場合には10%にまでなる可能性があ
る。さらにこの操作法の特徴は、隣接する金属ストリッ
プの接触部位に鋭角の空隙が形成され、これらの空隙が
触媒被覆への排ガスの接触に不利に作用し、ひいては触
媒の触媒活性を下げることである。
題はハネカム状のセラミック及び金属触媒担体の被覆方
法において、10秒未満のサイクル時間によって優れて
いてかつ180cm-2よりも大きいセル密度を有する担
体を再現可能に被覆することを可能にする新規方法を提
供することである。
形されかつ際該円筒軸に対して平行に配置された流路に
よって相互に連通された2つの端面を有するモノリシッ
ク触媒担体の流路を被覆分散液で被覆することにより解
決される。該被覆は、円筒軸を垂直に配向し、所定量の
被覆分散液を貯蔵容器から担体の上部端面に供給し、か
つ該分散液を吸引により流路を通過させ、吸引下に流路
を開放することにより過剰の被覆分散液を流路から除去
し、過剰分散液を貯蔵容器中に戻しかつ分散液被覆を焼
成によって固着させることにより行う。
/sで吸引により流路を通過させ、吸引通過の終了後に
過剰の被覆分散液を下方から吸引衝動を加えることによ
って流路から除去し、この際吸気を流速40〜1m/s
で流路を通して吸引しかつ気流と一緒に排出された過剰
の被覆分散液を、触媒担体からの流出後に100ms未
満の時間内に空気流から除去することを特徴とする。
階で行う。第一段階では所定量の被覆分散液を触媒担体
の上部端面上に供給し、下部端面に減圧をかけて流速
0.1〜1m/sをもって流路中を吸引通過させる。好
ましくは所定量の被覆分散液を、この量が流路の自由容
積の0.5〜2倍になるように調節する。流速は、吸引
通過過程が1秒未満後には終わっているように選択す
る。
続き、ここでは吸引衝動を加えることによって流路から
過剰の被覆分散液を除去する。吸引衝動とはここでは、
初めに極めて多量の空気量を流路を通して給送するプロ
セスを意味する。吸引衝動の過程で給送量は連続的に減
少する。
大きな減圧容器に接続することによって実現することが
でき、これは、流路における吸引空気の初期速度が極め
て高くかつ減圧容器中の減圧が給送された吸引空気によ
って減少されるために吸引過程で連続的に減少されると
いう結果になる。本発明によれば吸引空気の初期速度は
5〜40m/sであるべきである。吸引過程の終りには
流速は約1m/sの最低速度まで減少する。
散液の吸引通過のために同様に触媒担体の下部端面も減
圧容器に接続する。しかし適当な制流によって被覆分散
液の本発明による流速が流路で維持されるように配慮さ
れなければならない。
ら排出された過剰の被覆分散液を吸引空気から早期に分
離することである。これによって吸引空気による被覆分
散液の液体除去が減少されかつ過剰被覆分散液の貯蔵容
器への戻しが簡単化されることを意図する。この手段を
講じなければ貯蔵容器中の被覆分散液の固形分は不断に
増大し、ひいては触媒担体の再現可能な被覆は困難にな
るであろう。
示した装置が適当である。1は被覆すべき触媒担体を表
す。この担体の上部には被覆分散液3の入っている貯蔵
容器3が配置されている。貯蔵容器は、担体中の流路に
被覆分散液を充填するための下開口部5を有する。開口
部5の横断面は被覆すべき担体の横断面形に一致する
が、触媒担体の横断面よりも僅かに小さい、それという
のもシール2の上で担体の縁を支えるのを可能にし、そ
れによって被覆分散液の充填過程の間に同分散液が貯蔵
容器と担体の間から流出するのを防止するためである。
担体の上部端面上に所定量の被覆分散液を供給するため
に、貯蔵容器には充填弁6が設けられている。
板9における開口部8の縁に載置されている。開口部8
は同様に担体と同じ横断面形を有しているが、シール2
´によって担体の外縁を封止するために担体の横断面よ
りも僅かに小さい。吸引室7には、開口部8の下部に過
剰の被覆分散液を補足するために分離容器10が配置さ
れている。分離容器の上縁は11で示されている。分離
容器10は底部に排出弁12を備えている。この弁の解
放によって分離容器中に集められている過剰の被覆分散
液4´が時々導管13を介してポンプ14によって貯蔵
容器3中に戻される 吸引室7は、大きな横断面を有する導管16を介して減
圧容器18に接続されている。この接続は吸引弁17に
よって解除されるか又は遮断されうる。さらに吸引室7
は他の導管20及び制流弁21を介して減圧容器18に
接続されている。減圧容器18は送風機19によって排
気されて絶対圧100〜850ミリバールの圧力に達す
る。減圧容器の容積は被覆すべき触媒担体の容積の約5
00〜1000倍である。
とができる。流路に被覆分散液を充填するためには、シ
ール2と一緒に貯蔵容器を下げて触媒担体の上縁上に載
せる。これによって両者の間に密着した結合が形成され
る。充填過程の終了後に充填弁6を再び閉じ、貯蔵容器
を上昇させる。この運動を可能にするために図1の戻し
管13には移動可能のスリーブ15が設けられている。
またこの目的のためには柔軟なホース接続も備えること
ができる。
が挿入される膨脹式ゴムカラーであってよい。ゴムカラ
ーの膨脹によってカラーと担体の外表面との間の密着し
た結合が形成される。
の実施態様が図示されている。この態様は特に、突出し
た縁の形で触媒担体の実際の端面を超えて突出している
外表面を有する担体のために適当である。この場合には
シールは、触媒担体の縁を平形ガスケット上に押付ける
ことによって容易に形成することができる。
超える高いセル密度を有しかつ10cmまでの長さ及び
10cm未満の直径を有する小容量の触媒担体にとって
適当である。この被覆方法は次ぎのステップで進行す
る: 1.吸引弁17を閉める。
つ貯蔵容器をそのシール2と一緒に担体の上部縁上に下
げる。
つ担体1の上部端面に所定量の被覆分散液(以下では充
填量とも称する)を溢流させる。
速0.1〜1m/sをもって担体の流路中を吸引通過さ
せ、このために必要な担体の下部端面における減圧を制
流弁21により形成する。
の間の接続を分離して担体の上部端面への空気の自由な
接近を可能にする。
下部端面に吸引衝動を加えて、流路の自由容積の100
〜1000倍に等しい空気量を用いかつ40〜1m/s
の低下sする流速をもって流路から過剰の被覆分散液を
吸引解放によって除去する。
出し、被覆を乾燥炉で乾燥しかつ焼成する。
に集まる被覆分散液4´をポンプ14によって貯蔵容器
に戻す。
れば先ず被覆分散液を流路中に吸引することによって同
液を充填する。この際使用される被覆分散液の量(充填
量)は有利には流路の自由容積の0.5〜2倍である。
吸引通過は流路中の分散液の流速0.1〜1m/sで行
われる。充填弁の必要な解放時間は充填量、触媒担体の
長さ及び流速から容易に計算することができる。それは
1秒未満である。
弁21の制流によって調節することができる。制流弁は
有利には全被覆工程の間解放されたままである。
間の接続を、例えば貯蔵容器を持上げることによって解
除し、それによって触媒担体の上部端面への空気の自由
な接近を図る。同時に、大きな横断面で減圧容器に接続
している吸引弁17を開く。これによって吸引衝動を触
媒担体の下部端面に加えるが、同衝動は、過剰の被覆分
散液を流路から除去し、場合により阻止された流路を吸
引解放するように動作する。吸引衝動の大きさは減圧容
器における圧力に依存する。この圧力は、5〜40m/
sの流路中の空気の当初流速を有する十分な吸引衝動を
形成するためには絶対圧最高850ミリバールでなけれ
ばならない。
自由容積の100〜1000倍が一般には明らかに5秒
未満の時間内に触媒担体によって吸引される際の吸引衝
動で得られる。この時間の間に流速は減圧容器中の増大
する圧力のためにその初期の最大値から約1〜5m/s
の最小値まで減少する。
担体を被覆装置から取出し、炉で乾燥しかつ焼成する。
取出すまでの全被覆過程は10秒未満で終了する。
ほかに、過剰の被覆分散液を触媒担体を吸引解放するた
めの空気流から早期に分離することである。本発明によ
れば触媒担体の下部端面からの被覆分散液の流出と空気
流からのその分離との間の時間は、100ミリ秒(m
s)以下、好ましくは10ms未満であるようにする。
これは、図1による被覆装置の場合には、分離容器10
がその上縁11によって5cm未満まで触媒担体の下部
端面に接近しているように吸引室中に配置されているこ
とによって達成される。
器の上縁11と吸引室の蓋板9との間の環状間隙を介し
て触媒担体の下部端面に加えられる。空気流は触媒担体
中を通過した後約90°の方向転換をうける。被覆分散
液の吸引された液滴はその慣性のためにこの方向転換に
は従わず、分離容器の底部に集められる。分離容器中に
集められた分散液の液面は吸引室及び分離室のこの構造
のために空気流とはもはや接触しない。
4,208,454号明細書による装置の場合のように、
水分の除去によって過剰の被覆分散液を濃縮することは
できない。同明細書の場合には、過剰の被覆分散液の液
面が30秒の全吸引時間の間空気流に暴露されており、
その結果著しい液体損失を招き、ひいては過剰の被覆分
散液を貯蔵容器に再び供給する前に同液を後処理する必
要が生じる。
被覆の再現性にマイナスの影響を与えることなく省略す
ることができる。
の接触部位の鋭角を有する空隙は、高い表面張力を有す
る貴金属を含まない低粘性分散液又は溶液で金属ストリ
ップからなる担体を予備被覆し、次いで乾燥することに
よって充填することができる。これによって、触媒的に
活性の貴金属が分散液中の固体上に固着しているその分
散液で次ぎの被覆を行うと有害物質の転化の拡散路を短
縮することができる。この結果高価な貴金属を節約し、
触媒の触媒活性を高めることができる。
リップ30及び波形金属ストリップ31から成る触媒担
体の横断面の略示図である。波形金属ストリップと平滑
金属ストリップとの接触部位の鋭角は貴金属不含の分散
液32で予備被覆することによって充填することができ
る。
る。
波形金属ストリップから成る本発明の触媒担体の略示横
断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 円筒軸を垂直に配向し、所定量の被覆分
散液を貯蔵容器から担体の上部端面に供給し、かつ該分
散液を吸引により流路を通過させ、吸引下に流路を開放
することにより過剰の被覆分散液を流路から除去し、過
剰分散液を貯蔵容器中に戻しかつ分散液被覆を焼成して
固着させることより、円筒状に成形されかつ該円筒軸に
対して平行に配置された流路によって相互に連通された
2つの端面を有するモノリシック触媒担体の流路を被覆
分散液で被覆する方法において、被覆分散液を流速0.
1〜1m/sで吸引により流路を通過させ、吸引通過の
終了後に過剰の被覆分散液を下方から吸引衝動を加える
ことによって流路から除去し、この際吸気を流速40〜
1m/sで流路を通して吸引しかつ気流と一緒に排出さ
れた過剰の被覆分散液を、触媒担体からの流出後に10
0ms未満の時間内に空気流から除去することを特徴と
する、モノリシック触媒担体の流路を被覆分散液で被覆
する方法。 - 【請求項2】 被覆分散液の所定量を、流路の自由容積
の0.5〜2倍に調節する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 流路の吸引解放のための空気量が流路の
自由容積の100〜1000倍に等しい、請求項2記載
の方法。 - 【請求項4】 触媒的に活性の貴金属をすでに含有する
被覆溶液を使用する、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 貴金属を含有する被覆溶液を塗布する前
に、同じ方法により貴金属不含の被覆分散液で予備被覆
を行う、請求項1記載の方法。
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