WO2007057210A1 - Verfahren zum beschichten oder zum imprägnieren der oberflächen eines katalysatorträgers - Google Patents

Verfahren zum beschichten oder zum imprägnieren der oberflächen eines katalysatorträgers Download PDF

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WO2007057210A1
WO2007057210A1 PCT/EP2006/011072 EP2006011072W WO2007057210A1 WO 2007057210 A1 WO2007057210 A1 WO 2007057210A1 EP 2006011072 W EP2006011072 W EP 2006011072W WO 2007057210 A1 WO2007057210 A1 WO 2007057210A1
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solvent
chamber
coating
dew point
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PCT/EP2006/011072
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Arno Tissler
Karl Schuster
Olaf Helmer
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Süd-Chemie AG
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    • B05D7/22—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to internal surfaces, e.g. of tubes

Definitions

  • the present invention relates to a method for coating or impregnating the inner surfaces of a catalyst carrier.
  • EP 0 980 710 B1 describes a method for coating the inner flow channels of a monolithic, cylindrically shaped catalyst support with a coating dispersion, wherein the support has two end faces which are interconnected by flow channels arranged parallel to the cylinder axis.
  • the catalyst support is oriented vertically, a predetermined amount of the coating dispersion is applied to the upper face of the support body, i. the channels are completely filled and sucked through the flow channels, with excess coating dispersion being removed from the flow channels by suction of the flow channels.
  • the coating dispersion is at a flow rate of 0.1 to 1 m / s by the
  • Suction channels sucked and after completion of the suction through suction excess coating dispersion from the flow channels by applying a suction pulse from the bottom, the suction sucked at a flow rate between 40 and 1 m / s through the flow channels and with the
  • Air flow discharged excess coating dispersion within a time of less than 100 ms after leaving the catalyst support body is separated from the air flow.
  • EP 0 941 763 B1 relates to a method for coating the flow channels of a cylindrically shaped, honeycomb-shaped Catalyst body with a dispersion coating by
  • the flow channels are filled with a filling amount that is up to 10% greater than the void volume of the flow channels, so that the coating dispersion after completion of the filling process exceeds the upper end face of the catalyst. After that, the supernatant
  • Coating dispersion is removed before emptying the flow channels and then the flow channels by a suction pulse, which is generated by connecting a vacuum tank with the lower end face of the catalyst body, emptied and freed, the time between the start of the filling and the end of the emptying no more than 5 seconds.
  • the process described in the prior art for coating catalyst supports has in common that initially in a first process step, the internal cavities in the catalyst body, such as pores, channels, etc., are completely filled with the coating dispersion. In a second step, the excess coating dispersion is blown or sucked off from one side of the catalyst carrier. Continuous coating or loading of the inner surfaces of the catalyst supports, more specifically the surfaces of the inner cavities in the catalyst body is thus not possible.
  • Another disadvantage of the prior art method is that, for example, during suction, the suction force decreases across the dimensions of the catalyst carrier.
  • the catalyst supports coated according to the processes described in the prior art have a layer thickness gradient, wherein the layer thickness on the inner surfaces of the catalyst support tapers in the direction of the suction side.
  • the deposition of the coating material of the coating dispersion on the suction device leads to a loss of coating dispersion, since usually once or dried coating dispersion due to a Abresure by drying can not be attributed to further use.
  • step d) continuously passing the mixture from step c) through the catalyst support.
  • the inventive method can be operated either in badge operation, so piecewise, or continuously. It is particularly advantageous if the process is operated continuously in a continuous process. This ensures that the catalyst support can be produced in large numbers, for example, for the emission control in motor vehicles, and thus as inexpensively.
  • catalyst carrier with inner surface refers to known from the prior art geometric body that can serve as a carrier for catalysts or themselves can be constructed of catalytically active material, and the inner, mostly interconnected cavities, as pores, channels, fiber structures, etc., wherein the cavities have so-called inner surfaces.
  • Catalyst carrier commonly used in chemical engineering or in the Automotive technology can be used.
  • the catalyst support is um
  • Catalyst support moldings preferably foams, in particular metal foams, nonwovens or structured honeycomb bodies, such as e.g. Monoliths formed, for example, of alumina, silica, titania, metals and metal alloys.
  • a further advantage of the method according to the invention is that, in contrast to the methods of the prior art, the internal cavities remain free even during the coating / impregnation step due to the permanently applied negative pressure and thus the two method steps of the prior art, namely filling drain the internal cavities and emptying in a single step.
  • negative pressure refers to any pressure which is below the normal standard pressure of 1013 mbar
  • the vacuum applied during the process according to the invention depends on the catalyst bodies to be coated in a monolith with eg 200 cpsi (cells per square inch) and laminar continuous channels the negative pressure is 50 mbar, which corresponds to a pressure of 963 mbar, whereas in the case of a foam structure with pores having an average diameter of 500 ⁇ m, the negative pressure is approximately 100-250 mbar, ie it corresponds to a pressure of 763-913 mbar.
  • step d) depends on the spatial density of the internal cavities (in the case of pores this refers to the porosity) and their geometry (elongate channels, curved channels, fiber structures, etc.), the viscosity of the coating dispersion / Impregnation solution, and, if the process is carried out continuously, the rate of transport of the shaped catalyst bodies through the chamber.
  • the solution according to the invention has the further advantage that the loss of coating dispersion or of impregnating solution is extremely low. If, for example, the process is carried out at room temperature with water as the solvent for the coating dispersion or for the impregnation solution, the process is operated closer to the corresponding dew point of the solvent at relatively dry air due to the reduced pressure in the chamber than at normal pressure, resulting in an increased solvent vapor pressure in the chamber results. Coating dispersion or impregnation solution introduced into the chamber, which deposits on, for example, inner surfaces of the chamber or surfaces of the aspirator, loses relatively little solvent due to the increased solvent vapor pressure in the chamber, therefore does not dry on the respective surfaces and can be collected via the aspiration and be used again.
  • Typical values for the volume of coating dispersion (often also called “washcoat”) or impregnation / impregnation solution are 15-70 l / min or 30 to 70 l / min.
  • the suction capacity for producing the continuous volume is typically 1000-3000 m 3 / h. This results in a volume ratio for the gerasa washcoat / air or impregnation or impregnation solution / air of 1: 100 to 1: 5000, which also ensures a continuous and complete wetting and thus coating the inner surfaces.
  • the coating dispersion or impregnation solution introduced into the chamber which does not adhere to the inner surfaces of the catalyst support or which does not deposit on inner surfaces of the apparatus for carrying out the process, passes directly into the suction and can also be deposited and reused.
  • the catalyst support is preferably dried or dried and calcined.
  • the inventive method is carried out at or slightly below the dew point of the solvent of the coating dispersion or at or slightly below the dew point of the solvent of the impregnating solution and / or if the air before the formation of the mixture air / coating dispersion or air / impregnation solution is enriched with the solvent.
  • dew point refers to the temperature T in a gas / vapor mixture where the gas is just saturated with the vapor, and when cooled below the dew point, the vapor usually precipitates as a mist or dew.
  • Solvent content of the air entail that within the Chamber largely saturated vapor pressure of the respective solvent prevails, so that deposited on inner surfaces of a device for performing the method according to the invention precipitated coating dispersion or impregnating solution by the air entering the chamber only very slowly. This ensures that the tree-cake effect described at the outset largely does not occur and that the precipitated
  • Coating dispersion or impregnation solution collected and for the purposes of the coating method or impregnation method according to the invention can be supplied to this again.
  • the air before the formation of the coating dispersion / air mixture with the solvent is enriched.
  • the air can be enriched, for example, with an amount of solvent such that a temperature control of the inner surface to dew point temperature or 1 0 C, 2 0 C or 3 0 C below does not lead to a freezing of the solvent and thus the coating dispersion.
  • the air enriched with solvent is circulated, so that the desired content of the solvent in the solvent after a one-time adjustment achieved by relatively small additions of solvent can be.
  • the air is enriched with the solvent to at least 75% of the maximum solvent content for the prevailing temperature, preferably to 90% of the maximum solvent content, preferably to 95% of the maximum solvent content and more preferably to 100% the maximum solvent content, ie to saturation vapor pressure.
  • the method is carried out in a device of which one or more
  • Component components are at a temperature corresponding to the dew point of the solvent of the coating dispersion or at a temperature corresponding to the dew point of the solvent of the impregnating solution or below tempered. It is usually crucial that the surfaces of the
  • Component components are heated to a temperature corresponding to the dew point of the solvent or below, which can come into contact with the sprayed in the spray coating dispersion or with the sprayed impregnating solution.
  • component components of a device for carrying out the method according to the invention for example by the ambient temperature or by the waste heat of units, such as pumps or fans, can be heated. Deposited on the respective component components
  • Coating dispersion or impregnation solution can give off solvent due to the heating to the constantly new air entering the chamber, so that it can lead to an increased coating or impregnation of the corresponding component components.
  • the method can be carried out in a device, of which one or more component components to a temperature of more than 1 0 according to a particularly preferred embodiment of the inventive method C are tempered below the dew point of the solvent of the coating dispersion or below the dew point of the solvent of the impregnating solution, preferably to a temperature of more than 2 0 C below the dew point, more preferably to a temperature of more than 3 0 C below the dew point, more preferably to a temperature of more than 4 0 C below the dew point, more preferably to a temperature of more than 5 0 C below the dew point, most preferably to a temperature of more than 6 0 C below the dew point.
  • the abovementioned component components of the device are the chamber walls or components of a device for carrying out the suction, preferably the suction shaft, or the separator.
  • the method is carried out in a device, of which one or more component components are designed to be temperable. This can be ensured in a particularly simple and therefore cost-effective manner that the one or more of the corresponding component components can be heated to dew point temperature or to a temperature below the dew point.
  • the chamber walls or the suction duct are formed for example in the form of a double jacket, within which a cooling liquid can circulate.
  • Coating thickness or the extent of impregnation can therefore be provided that caused by the suction of the chamber reduced pressure in the chamber is less than 950 mbar, preferably less than 800 mbar and more preferably less than 600 mbar.
  • the process is carried out at a pressure between 950 mbar and 150 mbar. In other embodiments, especially when using nonwovens as catalyst supports, the pressure is even less than 150 mbar. It has been found that particularly uniform coating thicknesses or uniform impregnations of the porous catalyst support can be achieved in this pressure range.
  • a turbulent flow within the chamber is required.
  • Impregnating particularly strong impregnation solution so that even relatively deep cavities are wetted with the coating dispersion or with the impregnating solution.
  • the porous catalyst support is a foam, a structured honeycomb body, such as e.g. a monolith or a fleece.
  • foams such as nickel foams, nickel-alloyed foams,
  • Monoliths, structured metal monoliths, for example with continuous channels, as used, for example, in automotive technology for purifying exhaust gases, or nonwovens are particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the majority of the cavities of the porous catalyst support has a diameter of 20 microns to 1.2 mm.
  • Catalyst carriers having a corresponding proportion of corresponding cavities are penetrated particularly well in the process according to the invention by the sprayed coating dispersion or the impregnation solution, whereby a substantially uniform coating or impregnation of the catalyst support can be ensured even over a relatively large layer thicknesses of the catalyst support.
  • droplets having an average diameter of between 5 micrometers and 2000 micrometers are formed when the coating dispersion or the impregnating solution is introduced into the chamber. Drops with a mean diameter of the aforementioned size are correspondingly strongly swirled in the chamber under the appropriate conditions, so that even deep-lying inner cavities of the catalyst support can be uniformly coated or impregnated.
  • the coating dispersion is a so-called washcoat dispersion.
  • Washcoat dispersions are known in the art. They usually contain water as a solvent and extremely fine-grained metal oxides, such as titanium dioxide or aluminum oxides, with which the To coat porous catalyst support is. These may also be sol-gel systems in particular.
  • the washcoat may also contain catalytically active metal compounds, such as subgroup metal or
  • Precious metal compounds such as compounds of Mo, V, W, Pt, Pd, Rh, Ni, etc., individually or in mixture, so that if these catalytically active metals are required, a further impregnation step after applying and calcining the washcoats in the context of Of course, here too, a "two-step method" can be used, although it is more expensive than the "one-step method".
  • washcoat dispersions also contain
  • washcoat dispersions to stabilize the Washcoatdispersion. It has been found that washcoat dispersions, despite their relatively high solids content, can be applied in a particularly simple and uniform manner to a porous catalyst support by means of the process according to the invention.
  • the term "impregnating solution” is to be understood as meaning a solution in which, in particular, a soluble metal compound of a catalytically active metal, a binder or a bonding agent is contained.
  • Impregnating be applied. After the solvent was removed, for example by evaporation, by means of the method according to the invention, for example, a Washcoatdispersion be applied as a coating dispersion on the porous catalyst support.
  • the coated catalyst support can be impregnated by the inventive method either directly with a catalytically active metal-containing impregnating or previously with a binder or a coupling agent for the corresponding metal-containing impregnating solution.
  • the impregnating solution contains a binder or a coupling agent.
  • the binder or the adhesion promoter particularly preferably contains an organic or an inorganic component. It has been found that such impregnating solutions are particularly suitable for carrying out the process according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device for
  • FIG 1 is a generally designated by the reference numeral 10 vacuum-passage coating apparatus for Implementation of the method according to the invention shown.
  • the device comprises a chamber 20 with a
  • Both templates 22, 24 are closely approximated to the cross-sectional shape of the porous catalyst supports 30, but have a certain excess so that a narrow gap remains between the template edges and the catalyst supports 30 allowing ambient air leakage into the chamber 20.
  • a suction device 40 Connected to the chamber 20 is a suction device 40.
  • the high suction of the chamber 20 with an air flow of 1000- 3000 m 3 / h causes the inlet side as the exit side not reproduced in the drawing thombenförmiger, composed of numerous individual eddy currents and turbulence forms inlet-side and outlet-side air curtain.
  • nozzle 50 About the nozzle 50 is an aqueous Washcoatdispersion as
  • Washcoatdispersion in an amount of 30 to 60 l / min introduced into the chamber 20.
  • the Washcoatdispersion passes from a reservoir 70 by means of a pump 60 under pressure to the nozzle 50.
  • the reservoir 70 is provided with a feed line 75 for the supply of Washcoatdispersion.
  • washcoatdispersion sprayed into the chamber 20 is strongly swirled by the prevailing turbulent air flows there, whereby the porous catalyst carrier uniformly coated or impregnated, ie, both its outer and its inner surface.
  • the Washcoatdispersion is sprayed in a large excess by means of the nozzles 50 in the chamber 20.
  • the excess Washcoatdispersion passes through the strong suction of the chamber 20 in the suction device 40, in which the Washcoatdispersion is separated from the sucked air.
  • the separated Washcoatdispersion is transported by means of a discharge line 42 in an intermediate container 80.
  • the composition of the Washcoatdispersion by means of a not shown in the drawing, but known per se probe is determined. If the washcoat dispersion collected in the intermediate container 80 does not have the desired composition, corresponding components are introduced into the intermediate container 80 via the inlet 82 until the washcoat dispersion has the desired composition.
  • Washcoatdispersion on the desired composition is transferred by means of a transfer line 84 into the reservoir 70, from where it in turn by means of the pump 60, the nozzle 50 can be supplied.
  • the apparatus 10 further comprises a conveyor belt 90 on which the porous catalyst carriers 30 are placed successively. After the catalyst carrier 30 have passed the chamber 20 and passed through the exit template 24, they can from the conveyor belt 90 to Drying be removed or can be promoted on the conveyor belt in the drying.
  • the walls of the chamber 20 and the exhaust duct of the suction device 40 are configured double-walled, wherein within the double wall, a cooling liquid with a temperature of 8 0 C circulates. This serves to temper the washcoat dispersion precipitated on the inner walls of the chamber 20 or on the inner walls of the exhaust duct of the suction device 40 to a temperature at the dew point or below the dew point. This ensures that precipitated Washcoatdispersion is not dried on the corresponding inner walls of the steady stream of air and the corresponding surfaces not coated, but that the dispersion can get into the exhaust duct of the suction device 40, for example.
  • the small part of the washcoat or of the impregnation solution retained by capillary forces in the interior of the so-impregnated shaped catalyst body can be removed by applying an additional short-term vacuum at the end of the device.
  • the catalyst supports 30 After the catalyst supports 30 have been coated with the washcoat dispersion, they are dried and then calcined.
  • the catalyst supports 30 are carried out by means of the device shown in FIG of the process according to the invention, for example impregnated with a platinum solution or a palladium solution.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten oder zum Imprägnieren eines Katalysatorträgers (30) , der innere Hohlräume aufweist. Um ein Verfahren zum Beschichten oder zum Imprägnieren eines porösen Katalysatorträgers (30) bereitzustellen, mit welchem poröse Katalysatorträger (30) mit einem möglichst geringen Verlust an Beschichtungsdispersion oder Imprägnierlösung sowie gleichmäßig beschichtet bzw. imprägniert werden können, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einbringen des Katalysatorträgers (30), der innere Oberflächen aufweist, in eine Kammer (20), in der eine durch eine Besaugung der Kammer (20) bewirkte Strömung sowie ein Unterdruck herrscht; b) Einleiten einer Beschichtungsdispersion oder einer Imprägnierlösung in die Kammer (20); c) Bilden eines Gemisches Luft/Beschichtungs- dispersion bzw. Luft/ Imprägnierlösung; d) kontinuierliches Durchführen des Gemisches aus Schritt c) durch den Katalysatorträger (30).

Description

Verfahren zum Beschichten oder zum Imprägnieren der Oberflächen eines Katalysatorträgers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten oder zum Imprägnieren der inneren Oberflächen eines Katalysatorträgers.
Verfahren zum Beschichten oder zum Imprägnieren der inneren Oberflächen von Katalysatorträgern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 29 02 073 C2 ein Verfahren zum Beschichten von keramischen monolithischen Katalysatorträgern, bei welchem der Katalysatorträger einem Vakuum ausgesetzt und mit einer Aluminiumoxid- Beschichtungsaufschlämmung („washcoat") hoher Oberfläche behandelt, danach die überschüssige Aufschlämmung entfernt und der Katalysatorträger anschließend getrocknet und kalziniert wird. Zur Ausbildung der Aluminiumoxidbeschichtung wird der Katalysatorträger entweder in die Aluminiumoxid- Beschichtungsaufschlämmung eingetaucht oder die an einem oberen Ende des Katalysatorträgers aufgebrachte Aufschlämmung unter anliegendem Vakuumdruck durch den Katalysatorträger hindurchgesaugt. Dabei wird das angelegte Vakuum zur
Entfernung von Verstopfungen beim Blockieren von Durchgängen fortgesetzt, wobei das Vakuum auch dann in erforderlicher Höhe aufrechterhalten wird, wenn die Anzahl der von Verstopfungen befreiten Durchgänge während der Vakuumbehandlung immer mehr ansteigt.
Das EP 0 980 710 Bl beschreibt ein Verfahren zum Beschichten der inneren Strömungskanäle eines monolithischen, zylindrisch geformten Katalysatorträgers mit einer Beschichtungsdispersion, wobei der Träger zwei Stirnflächen aufweist, die durch parallel zur Zylinderachse angeordnete Strömungskanäle miteinander verbunden sind. In dem Verfahren wird der Katalysatorträger vertikal ausgerichtet, eine vorgegebene Menge der Beschichtungsdispersion auf die obere Stirnfläche des Tragkörpers aufgegeben, d.h. die Kanäle werden vollständig befüllt, und durch die Strömungskanäle hindurchgesaugt, wobei überschüssige Beschichtungsdispersion aus den Strömungskanälen durch Freisaugen der Strömungskanäle entfernt wird. Die Beschichtungsdispersion wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 1 m/s durch die
Strömungskanäle gesaugt und nach Abschluss des Hindurchsaugens überschüssige Beschichtungsdispersion aus den Strömungskanälen durch Anlegen eines Saugimpulses von unten entfernt, wobei die Absaugluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 40 und 1 m/s durch die Strömungskanäle gesaugt und die mit dem
Luftstrom ausgetragene überschüssige Beschichtungsdispersion innerhalb einer Zeit von weniger als 100 ms nach dem Austreten aus dem Katalysatortragkörper vom Luftstrom abgetrennt wird.
Das EP 0 941 763 Bl betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Strömungskanäle eines zylindrisch geformten, wabenförmigen Katalysatorkörpers mit einer Dispersionsbeschichtung durch
Füllen der senkrecht ausgerichteten Strömungskanäle mit einer Füllmenge der Beschichtungsdispersion durch die untere Stirnfläche des Katalysatorkörpers und nachfolgendes Entleeren und Freisaugen der Strömungskanäle nach unten sowie Trocknen und Kalzinieren des Katalysatorkörpers. In diesem Verfahren werden die Strömungskanäle mit einer Füllmenge befüllt, die um bis zu 10 % größer ist als das Leervolumen der Strömungskanäle, so dass die Beschichtungsdispersion nach Abschluss des Füllvorgangs die obere Stirnfläche des Katalysators übersteigt. Danach wird die überstehende
Beschichtungsdispersion vor dem Entleeren der Strömungskanäle entfernt und anschließend werden die Strömungskanäle durch einen Saugimpuls, der durch Verbinden eines Unterdruckbehälters mit der unteren Stirnfläche des Katalysatorkörpers erzeugt wird, entleert und freigesaugt, wobei die Zeit zwischen dem Beginn des Füllvorganges und dem Ende der Entleerung nicht mehr als 5 Sekunden beträgt.
Den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zum Beschichten von Katalysatorträgern ist gemein, dass zunächst in einem ersten Verfahrensschritt die inneren Hohlräume im Katalysatorkörper wie z.B. Poren, Kanäle usw. vollständig mit der Beschichtungsdispersion befüllt werden. In einem zweiten Schritt wird die überschüssige Beschichtungsdispersion von einer Seite des Katalysatorträgers ausgeblasen oder abgesaugt. Ein kontinuierliches Beschichten bzw. Beladen der inneren Oberflächen der Katalysatorträger, genauer gesagt der Oberflächen der inneren Hohlräume im Katalysatorkörper ist somit nicht möglich. Ein weiterer Nachteil der Verfahren aus dem Stand der Technik liegt darin, dass beispielsweise beim Absaugen die Absaugkraft über die Abmessungen des Katalysatorträgers hinweg abnimmt. Es verbleibt in den inneren Hohlräumen, die verhältnismäßig weit von der Absaugseite des Katalysatorträgers entfernt liegen, eine große Menge an überschüssiger Beschichtungsdispersion, während verhältnismäßig nahe an der Absaugseite gelegene Hohlräume aufgrund hoher Saugwirkung von der Beschichtungsdispersion unter Umständen sogar vollständig freigelegt werden können. Aufgrund dieses Umstandes weisen die nach den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren beschichteten Katalysatorträger einen Schichtdickegradienten auf, wobei sich die Schichtdicke an den inneren Oberflächen des Katalysatorträgers in Richtung der Absaugseite hin verjüngt.
Darüber hinaus wird beim Anlegen der Saugvorrichtung an dem Katalysatorträger Beschichtungsdispersion auf die Saugvorrichtung übertragen, die aufgrund des Luftstromes antrocknet. Wird die Saugvorrichtung nicht regelmäßig nach Saugvorgängen gereinigt, so tritt im Laufe der Zeit der sogenannte „Baumkuchen-Effekt" ein, bei dem sich die getrocknete Beschichtungsdispersion Schicht für Schicht an Bauteilen der Absaugvorrichtung ablagert und so diese verjüngt. Dadurch ändert sich die Saugleistung der Saugvorrichtung und demzufolge auch die Beladung des
Katalysatorträgers mit Beschichtungsdispersion.
Weiterhin führt die Ablagerung des Beschichtungsmaterials der Beschichtungsdispersion an der Absaugvorrichtung zu einem Verlust an Beschichtungsdispersion, da in der Regel einmal ab- bzw. angetrocknete Beschichtungsdispersion aufgrund einer Abreaktion durch Trocknung nicht mehr für die weitere Verwendung zurückgeführt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem Katalysatorträger, die innere Oberflächen aufweisen, mit einem möglichst geringen Verlust an Beschichtungsdispersion oder Imprägnierlösung, insbesondere einer Edelmetalllösung, und außerdem gleichmäßig beschichtet oder imprägniert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Beschichten oder zum Imprägnieren eines Katalysatorträgers, der innere Hohlräume mit inneren Oberflächen aufweist, gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
a) Einbringen des Katalysatorträgers, der innere Oberflächen aufweist, in eine Kammer, in der eine durch eine Besaugung der Kammer bewirkte Strömung sowie ein Unterdruck herrscht;
b) Einleiten einer Beschichtungsdispersion oder einer Imprägnierlösung in die Kammer;
c) Bilden eines Gemisches Luft/Beschichtungsdispersion bzw. Luft/Imprägnierlösung;
d) kontinuierliches Durchführen des Gemisches aus Schritt c) durch den Katalysatorträger.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die inneren Oberflächen in den inneren Hohlräumen der Katalysatorträger in einer Kammer, in der eine durch eine Besaugung der Kammer, d.h. durch einen kontinuierlich angelegten Unterdruck, bewirkte turbulente Strömung herrscht, von einer in die Kammer eingebrachten Beschichtungsdispersion oder Imprägnierlösung weitgehend gleichmäßig beschichtet bzw. imprägniert werden. Sowohl die innere und - sofern gewünscht - die äußere Oberfläche des Katalysatorträgers werden über die Abmessungen des Katalysatorträgers hinweg weitgehend gleichmäßig beschichtet bzw. weitgehend gleichmäßig imprägniert. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass die inneren Hohlräume zumindest teilweise untereinander in Verbindung stehen, so dass ein Durchleiten von Fluiden durch den Katalysatorkörper möglich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann entweder im badge-Betrieb, also stückweise, oder kontinuierlich betrieben werden. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren kontinuierlich im Durchlauf betrieben wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die Katalysatorträger in großen Stückzahlen, beispielsweise für die Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen, und damit möglichst kostengünstig hergestellt werden können.
Der Begriff „Katalysatorträger mit innerer Oberfläche (n) bezeichnet dabei aus dem Stand der Technik bekannte geometrische Körper, die als Träger für Katalysatoren dienen können bzw. selbst aus katalytisch aktiven Material aufgebaut sein können, und die innere, zumeist miteinander in Verbindung stehende Hohlräume, wie Poren, Kanäle, Faserstrukturen etc. aufweisen, wobei die Hohlräume sogenannte innere Oberflächen aufweisen.
Damit sind zB . Katalysatorträger gemeint, die üblicherweise in der chemischen Verfahrenstechnik oder in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Katalysatorträger um
Katalysatorträgerformkörper, vorzugsweise um Schäume, insbesondere Metallschäume, Vliese oder strukturierte Wabenkörper, wie z.B. Monolithe, die beispielsweise aus Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, Metallen und Metalllegierungen gebildet sind.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die inneren Hohlräume im Gegensatz zu den Verfahren aus dem Stand der Technik durch den permanent angelegten Unterdruck auch während des Beschichtungs- /Tränkschrittes frei bleiben und somit die zwei Verfahrensschritte des Standes der Technik, nämlich das Befüllen der inneren Hohlräume und das Entleeren in einem einzigen Schritt ablaufen.
Der Begriff „Unterdruck" bezeichnet jeden Druck, der unterhalb des normalen Standarddruckes von 1013 mbar liegt. Der während des erfindungsgemäßen Verfahrens angelegte Unterdruck hängt von den zu beschichtenden Katalysatorkörpern ab. Bei einem Monolithen mit z.B. 200 cpsi (Zellen pro Quadratinch) und laminaren durchgehenden Kanälen liegt der Unterdruck bei 50 mbar, was einem Druck von 963 mbar entspricht. Bei einer Schaumstruktur dagegen mit Poren mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 500 μm beträgt der Unterdruck ca. 100-250 mbar, d.h. er entspricht einem Druck von 763-913 mbar.
Das Einbringen der Beschichtungsdispersion bzw. der Tränk- /Imprägnierlösung erfolgt über dem Fachmann an sich bekannte Mittel, wie Düsen, Pumpen, Schlitze, Rohre etc. Das erfindungsgeraäße Durchführen des Gemisches in Schritt d) hängt zum einen ab von der räumlichen Dichte der inneren Hohlräume (im Falle Poren bezieht sich dies auf die Porosität) sowie deren Geometrie (langgestreckte Kanäle, gekrümmte Kanäle, Faserstrukturen usw. ) , der Viskosität der Beschichtungsdispersion/Tränk- bzw. Imprägnierlösung, sowie, falls das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, von der Geschwindigkeit des Transports der Katalysatorformkörper durch die Kammer.
Die erfindungsgemäße Lösung hat weiter den Vorteil, dass der Verlust an Beschichtungsdispersion bzw. an Imprägnierlösung äußerst gering ist. Wird beispielsweise das Verfahren bei Raumtemperatur mit Wasser als Lösungsmittel für die Beschichtungsdispersion oder für die Imprägnierlösung durchgeführt, so wird bei verhältnismäßig trockener Luft durch den verminderten Druck in der Kammer das Verfahren näher am entsprechenden Taupunkt des Lösungsmittels betrieben als bei Normaldruck, was einen erhöhten Lösungsmitteldampfdruck in der Kammer zur Folge hat. In die Kammer eingebrachte Beschichtungsdispersion oder Imprägnierlösung, die sich beispielsweise an Innenflächen der Kammer oder an Flächen der Besaugungsvorrichtung niederschlägt, verliert aufgrund des erhöhten Lösungsmitteldampfdrucks in der Kammer verhältnismäßig wenig Lösungsmittel, trocknet daher an den entsprechenden Flächen nicht an und kann über die Besaugung aufgefangen, abgeschieden und wieder eingesetzt werden.
Typische Werte für das Volumen an Beschichtungsdispersion (oft auch „washcoat" genannt) bzw. Tränk/Imprägnierlösung sind 15- 70 l/min oder 30 bis 70 L/min. Die Saugleistung zur Erzeugung des kontinuierlichen Volumens beträgt typischerweise 1000-3000 m3/h. Dabei ergibt sich ein Volumenverhältnis für das Geraisch aus washcoat/Luft bzw. Imprägnier- bzw. Tränklösung/Luft von 1:100 bis 1:5000, was ebenfalls eine kontinuierliche und vollständige Benetzung und damit Beschichtung der inneren Oberflächen gewährleistet.
Die in die Kammer eingebrachte Beschichtungsdispersion oder Imprägnierlösung, die nicht an den inneren Oberflächen des Katalysatorträgers haften bleibt oder die sich nicht an Innenflächen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens abscheidet, gelangt direkt in die Besaugung und kann ebenfalls abgeschieden und wieder eingesetzt werden.
Nach dem Imprägnieren bzw. Beschichten wird der Katalysatorträger vorzugsweise getrocknet bzw. getrocknet und kalziniert.
Bevorzugt ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren am oder etwas unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder am bzw. etwas unterhalb des Taupunkts des Lösungsmittels der Imprägnierlösung durchgeführt wird und/oder wenn die Luft vor der Ausbildung des Gemisches Luft/Beschichtungsdispersion oder Luft/Imprägnierlösung mit dem Lösungsmittel angereichert wird. Der Begriff „Taupunkt" bezeichnet dabei die Temperatur T in einem Gas/Dampf Gemisch, bei der das Gas mit dem Dampf gerade gesättigt ist. Bei einer Abkühlung unter dem Taupunkt schlägt sich der Dampf in der Regel als Nebel oder Tau nieder.
Das Arbeiten am bzw. etwas unterhalb des Taupunkts des jeweiligen Lösungsmittels kann bei entsprechend hohem
Lösemittelgehalt der Luft zur Folge haben, dass innerhalb der Kammer weitgehend Sättigungsdampfdruck des jeweiligen Lösungsmittels herrscht, so dass an Innenflächen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens niedergeschlagene Beschichtungsdispersion oder Imprägnierlösung durch die in die Kammer eintretende Luft nur sehr langsam abtrocknet. Dadurch wird gewährleistet, dass der eingangs beschriebene Baumkuchen-Effekt weitgehend nicht eintritt und dass die niedergeschlagene
Beschichtungsdispersion bzw. Imprägnierlösung aufgefangen und für die Zwecke des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens bzw. Imprägnierverfahrens diesem wieder zugeführt werden kann.
Alternativ dazu mit gleicher vorteilhafter Wirkung kann für den Fall beispielsweise, in dem der Gehalt der Luft an Lösemittel derart gering ist, dass eine Temperierung der Innenfläche auf eine dem Taupunkt des Lösemittels entsprechende Temperatur zu einem Gefrieren der niedergeschlagenen Beschichtungsdispersion führen würde, vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Luft vor der Ausbildung des Beschichtungsdispersion/Luft-Gemisches mit dem Lösungsmittel, beispielsweise mittels Lösemitteldampf, angereichert wird. Die Luft kann dabei beispielsweise mit einer derartigen Menge an Lösemittel angereichert werden, dass eine Temperierung der Innenfläche auf Taupunktstemperatur oder 1 0C, 2 0C oder 3 0C darunter nicht zu einem Ausfrieren des Lösemittels und damit der Beschichtungsdispersion führt.
Alternativ dazu mit gleicher vorteilhafter Wirkung kann auch vorgesehen sein, dass auf eine Temperierung der Innenfläche auf eine dem Taupunkt des Lösemittels entsprechende Temperatur oder darunter verzichtet wird und die Innenfläche Umgebungs- oder Betriebstemperatur annimmt und stattdessen die Luft vor der Ausbildung des Beschichtungsdispersion/Luft-Gemisches ausreichend mit dem Lösemittel angereichert wird.
Um die Kosten für die Anreicherung der Luft mit Lösemittel möglichst gering zu halten, kann vorgesehen sein, dass die mit Lösemittel angereichte Luft im Kreis geführt wird, so dass der gewünschte Gehalt der Luft an Lösemittel nach einmalig erfolgtem Einstellung durch verhältnismäßig geringe Zugaben von Lösemittel erreicht werden kann.
Bevorzugt kann es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sein, wenn die Luft mit dem Lösemittel auf zumindest 75 % des für die herrschende Temperatur maximalen Lösemittelgehaltes angereichert wird, vorzugsweise auf 90 % des maximalen Lösemittelgehaltes, bevorzugt auf 95 % des maximalen Lösemittelgehaltes und besonders bevorzugt auf 100 % des maximalen Lösemittelgehaltes, d.h. auf Sättigungsdampfdruck.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt, von der eine oder mehrere
Bauteilkomponenten auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion entsprechende Temperatur oder auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels der Imprägnierlösung entsprechende Temperatur oder darunter temperiert sind. Dabei ist in der Regel entscheidend, dass die Flächen der
Bauteilkomponenten auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels entsprechende Temperatur oder darunter temperiert sind, die mit der in die Kammer eingesprühten Beschichtungsdispersion bzw. mit der eingesprühten Imprägnierlösung in Kontakt kommen können. Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens können sich Bauteilkomponenten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise durch die Umgebungstemperatur oder durch die Abwärme von Aggregaten, wie beispielsweise Pumpen oder Ventilatoren, erwärmen. Auf den jeweiligen Bauteilkomponenten abgeschiedene
Beschichtungsdispersion bzw. Imprägnierlösung kann aufgrund der Erwärmung an die ständig neu in die Kammer eintretende Luft Lösungsmittel abgeben, so dass es zu einer verstärkten Beschichtung bzw. Imprägnierung der entsprechenden Bauteilkomponenten kommen kann. Eine Temperierung einer oder mehrerer Bauteilkomponenten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine dem Taupunkt entsprechende Temperatur oder darunter wirkt einem Verdampfen des an den entsprechenden Bauteilkomponenten niedergeschlagenen Lösungsmittel der Beschichtungsdispersion bzw. der Imprägnierlösung entgegen, so dass eine Beschichtung bzw. Imprägnierung der Bauteilkomponenten entgegengewirkt und die Beschichtungsdispersion bzw. Imprägnierlösung, insbesondere Edelmetalllösung, zurückgewonnen werden kann.
Um einer Beschichtung bzw. Imprägnierung der Bauteilkomponenten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders wirksam entgegenzuwirken, kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt werden, von der eine oder mehrere Bauteilkomponenten auf eine Temperatur von mehr als 1 0C unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Imprägnierlösung temperiert sind, vorzugsweise auf eine Temperatur von mehr als 2 0C unterhalb des Taupunktes, weiter bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 3 0C unterhalb des Taupunktes, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 4 0C unterhalb des Taupunktes, mehr bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 5 0C unterhalb des Taupunktes, am meisten bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 6 0C unterhalb des Taupunktes.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die vorgenannten Bauteilkomponenten der Vorrichtung die Kammerwände sind oder Bauteile einer Vorrichtung zur Durchführung der Besaugung, vorzugsweise der Absaugschacht, oder der Abscheider.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt, von der eine oder mehrere Bauteilkomponenten temperierbar ausgebildet sind. Dadurch kann auf besonders einfache und damit kostengünstige Weise gewährleistet werden, dass der oder die entsprechenden Bauteilkomponenten auf Taupunkttemperatur oder auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes temperiert werden können. Dabei werden die Kammerwände oder der Absaugschacht beispielsweise in Form eines Doppelmantels ausgebildet, innerhalb dessen eine Kühlflüssigkeit zirkulieren kann.
Es wurde festgestellt, dass je geringer der Druck bzw. je größer der Unterdruck in der Kammer ist, desto geringer die
Beschichtungsdicke bzw. das Ausmaß der Imprägnierung. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann daher vorgesehen sein, dass der durch die Besaugung der Kammer bewirkte verminderte Druck in der Kammer kleiner ist als 950 mbar, vorzugsweise kleiner als 800 mbar und besonders bevorzugt kleiner als 600 mbar. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren bei einem Druck zwischen 950 mbar bis 150 mbar durchgeführt. In anderen Ausführungsformen, insbesondere bei Verwendung von Vliesen als Katalysatorträger, beträgt der Druck sogar weniger als 150 mbar. Es wurde festgestellt, dass sich in diesem Druckbereich besonders gleichmäßige Beschichtungsdicken bzw. gleichmäßige Imprägnierungen des porösen Katalysatorträgers erreichen lassen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine turbulente Strömung innerhalb der Kammer erforderlich. Insbesondere bei dem Einsatz von Katalysatorträgern mit verhältnismäßig großen Abmessungen kann es notwendig sein, die in die Kammer eingebrachte Beschichtungsdispersion bzw.
Imprägnierlösung besonders stark zu verwirbeln, so dass auch verhältnismäßig tiefliegende Hohlräume mit der Beschichtungsdispersion oder mit der Imprägnierlösung benetzt werden.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der poröse Katalysatorträger ein Schaum, ein strukturierter Wabenkörper, wie z.B. ein Monolith oder ein Vlies. Insbesondere Schäume, wie beispielsweise Nickelschäume, nickellegierte Schäume,
Monolithe, strukturierte Metallmonolithe, beispielsweise mit durchgehenden Kanälen, wie sie beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik zur Reinigung von Abgasen eingesetzt werden, oder Vliese sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet. Dabei kann beispielsweise der Monolith aus Metall, Titandioxid, Siliziumcarbid, Aluminiumtitanat , aus einem Aluminiumoxid oder einem Siliziumdioxidmaterial, eine Mischung enthaltend Siliziumoxid, Aluminiumoxid und einer Mischung aus den vorgenannten Oxiden gebildet sein.
Vorzugsweise weist der überwiegende Teil der Hohlräume des porösen Katalysatorträgers einen Durchmesser von 20 Mikrometer bis 1,2 mm auf. Katalysatorträger mit einem entsprechenden Anteil entsprechender Hohlräume werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren von der eingesprühten Beschichtungsdispersion oder der Imprägnierlösung besonders gut durchdrungen, wodurch eine weitgehend gleichmäßige Beschichtung bzw. Imprägnierung des Katalysatorträgers auch über eine verhältnismäßig große Schichtdicken des Katalysatorträgers hinweg gewährleistet werden kann.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beim Einbringen der Beschichtungsdispersion oder der Imprägnierlösung in die Kammer Tropfen mit einem mittleren Durchmesser von zwischen 5 Mikrometer und 2000 Mikrometer gebildet. Tropfen mit einem mittleren Durchmesser der vorgenannten Größe werden in der Kammer unter den entsprechenden Bedingungen entsprechend stark verwirbelt, so dass auch besonders tiefliegende innere Hohlräume des Katalysatorträgers gleichmäßig beschichtet bzw. imprägniert werden können.
Vorzugsweise ist die Beschichtungsdispersion eine sogenannte Washcoatdispersion. Washcoatdispersionen sind im Stand der Technik bekannt. Sie enthalten in der Regel Wasser als Lösungsmittel und äußerst feinkörnige Metalloxide, wie beispielsweise Titandioxid oder Aluminiumoxide, mit denen der poröse Katalysatorträger zu beschichten ist. Hierbei kann es sich insbesondere auch um Sol-Gel Systeme handeln.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der washcoat auch katalytisch aktive Metallverbindungen enthalten, wie Nebengruppenmetall- bzw.
Edelmetallverbindungen wie Verbindungen des Mo, V, W, Pt, Pd, Rh, Ni etc, einzeln oder in Mischung, so dass falls diese katalytisch aktiven Metalle erforderlich sind, ein weiterer Imprägnierschritt nach dem Aufbringen und Kalzinieren des washcoats im Rahmen des „Ein-Schritt-Verfahrens" vermieden werden kann. Natürlich kann hier auch ein „Zwei-Schritt- Verfahren" angewendet werden, obwohl es gegenüber dem „Einschritt Verfahren" aufwendiger ist.
Gegebenenfalls enthalten Washcoatdispersionen auch
Dispergiermittel, um die Washcoatdispersion zu stabilisieren. Es wurde festgestellt, dass Washcoatdispersionen sich trotz ihres verhältnismäßig hohen Feststoffanteils mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders einfach und gleichmäßig auf einen porösen Katalysatorträger aufbringen lassen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll unter dem Begriff "Imprägnierlösung" eine Lösung verstanden werden, in der insbesondere eine lösliche Metallverbindung eines katalytisch aktiven Metalls, ein Bindemittel oder ein Haftvermittler enthalten ist.
Beispielsweise kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den porösen Katalysatorträger zunächst eine einen Haftvermittler für die Beschichtung enthaltende
Imprägnierlösung aufgebracht werden. Nachdem das Lösungsmittel entfernt wurde, beispielsweise durch Abdampfen, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise eine Washcoatdispersion als Beschichtungsdispersion auf den porösen Katalysatorträger aufgebracht werden.
Nachdem das Lösungsmittel der Beschichtungsdispersion, beispielsweise durch Verdampfen im Vakuum, entfernt und die Beschichtung kalziniert wurde, kann der beschichtete Katalysatorträger mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entweder direkt mit einer ein katalytisch aktives Metall enthaltenden Imprägnierlösung imprägniert werden oder auch zuvor mit einer ein Bindemittel oder ein Haftvermittler für das entsprechende Metall enthaltenden Imprägnierlösung.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Imprägnierlösung ein Bindemittel oder ein Haftvermittler. Besonders bevorzugt enthält das Bindemittel oder der Haftmittler eine organische oder eine anorganische Komponente. Es wurde festgestellt, dass sich derartige Imprägnierlösungen besonders gut zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen.
Die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erläuterung der Erfindung. Es zeigt:
Figur 1 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Längsschnitt .
In der Figur 1 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Unterdruck-Durchlauf-Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Die Vorrichtung umfasst eine Kammer 20 mit einer
Eintrittsschablone 22 an der Katalysatorträgereintrittsseite und eine Austrittsschablone 24 an der Katalysatorträgeraustrittsseite. Beide Schablonen 22, 24 sind der Querschnittsform der porösen Katalysatorträger 30 weitgehend angenähert nachgebildet, haben jedoch ein gewisses Übermaß, so dass zwischen den Schablonenkanten und den Katalysatorträgern 30 ein schmaler Spalt verbleibt, der Umgebungsluft als Leckstrom den Eintritt in die Kammer 20 gestattet.
An die Kammer 20 angeschlossen ist eine Saugeinrichtung 40. Die hohe Besaugung der Kammer 20 mit einem Luftstrom von 1000- 3000 m3/h führt dazu, dass sich eintrittsseitig wie austrittsseitig ein in der Zeichnung nicht wiedergegebener thombenförmiger, aus zahlreichen einzelnen Wirbelströmen und Turbulenzen zusammengesetzter eintrittsseitiger bzw. austrittsseitiger Luftschleier bildet.
Über die Düsen 50 wird eine wässrige Washcoatdispersion als
Beschichtungsdispersion in einer Menge von 30 bis 60 l/min in die Kammer 20 eingebracht. Die Washcoatdispersion gelangt aus einem Vorratsbehälter 70 mittels einer Pumpe 60 unter Druck zu den Düsen 50. Dabei ist der Vorratsbehälter 70 mit einer Zuleitung 75 für die Zuführung von Washcoatdispersion versehen.
Die in die Kammer 20 eingesprühte Washcoatdispersion wird durch die dort herrschenden turbulenten Luftströmungen stark verwirbelt, wodurch der poröse Katalysatorträger gleichmäßig beschichtet bzw. imprägniert wird, d.h., sowohl seine äußere als auch seine innere Oberfläche.
Die Washcoatdispersion wird in einem hohen Überschuss mittels der Düsen 50 in die Kammer 20 eingesprüht. Die überschüssige Washcoatdispersion gelangt durch die starke Besaugung der Kammer 20 in die Saugeinrichtung 40, in welcher die Washcoatdispersion von der angesaugten Luft abgeschieden wird. Die abgetrennte Washcoatdispersion wird mittels einer Ableitung 42 in einen Zwischenbehälter 80 befördert.
In dem Zwischenbehälter 80 wird die Zusammensetzung der Washcoatdispersion mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten, aber an sich bekannten Sonde ermittelt. Sollte die in dem Zwischenbehälter 80 aufgefangene Washcoatdispersion nicht die gewünschte Zusammensetzung aufweisen, so werden über den Zulauf 82 entsprechende Komponenten in den Zwischenbehälter 80 eingeführt, bis die Washcoatdispersion die gewünschte Zusammensetzung aufweist.
Weist die in dem Zwischenbehältnis 80 aufgefangene
Washcoatdispersion die gewünschte Zusammensetzung auf, so wird sie mittels einer Überleitung 84 in den Vorratsbehälter 70 überführt, von wo aus sie wiederum mittels der Pumpe 60 den Düsen 50 zugeführt werden kann.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner ein Transportband 90, auf welchen die porösen Katalysatorträger 30 nacheinander aufgelegt werden. Nachdem die Katalysatorträger 30 die Kammer 20 passiert haben und durch die Austrittsschablone 24 hindurchgetreten sind, können diese vom Transportband 90 zum Trocknen abgenommen werden oder können auf dem Transportband in die Trocknung gefördert werden.
Die Wände der Kammer 20 sowie der Abzugsschacht der Saugeinrichtung 40 sind doppelwandig ausgestaltet, wobei innerhalb der Doppelwandung eine Kühlflüssigkeit mit einer Temperatur von 80C zirkuliert. Dies dient dazu, dass an den Innenwandungen der Kammer 20 bzw. an den Innenwandungen des Abzugsschachtes der Saugeinrichtung 40 niedergeschlagene Washcoatdispersion auf eine Temperatur am Taupunkt oder unterhalb des Taupunktes temperiert wird. Dadurch wird gewährleistet, dass an die entsprechenden Innenwandungen niedergeschlagene Washcoatdispersion von dem stetigen Luftstrom nicht abgetrocknet wird und die entsprechenden Flächen nicht beschichtet, sondern dass die Dispersion beispielsweise in den Abzugsschacht der Saugeinrichtung 40 gelangen kann.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der durch Kapillarkräfte im Innern des so getränkten Katalysatorformkörpers zurückgehaltene geringe Teil des washcoats bzw. der Imprägnierlösung durch Anlegen eines zusätzlichen kurzfristigen Vakuums am Ende der Vorrichtung entfernt werden.
Nachdem die Katalysatorträger 30 mit der Washcoatdispersion beschichtet worden sind, werden diese getrocknet und anschließend kalziniert.
Nach dem Kalzinieren werden die Katalysatorträger 30 mittels der in der Figur 1 dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise mit einer Platinlösung oder einer Palladiumlösung imprägniert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Beschichten oder zum Imprägnieren eines Katalysatorträgers (30) mit inneren Hohlräumen, die innere Oberflächen aufweisen, umfassend die folgenden Schritte:
a) Einbringen des Katalysatorträgers (30) , der innere Oberflächen aufweist, in eine Kammer (20) , in der eine durch eine Besaugung der Kammer (20) bewirkte
Strömung sowie ein Unterdruck herrscht;
b) Einleiten einer Beschichtungsdispersion oder einer Imprägnierlösung in die Kammer (20) ;
c) Bilden eines Gemisches Luft/Beschichtungs- dispersion bzw. Luft/Imprägnierlösung;
d) kontinuierliches Durchführen des Gemisches aus Schritt c) durch den Katalysatorträger (30) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich im Durchlauf betrieben wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren am oder unterhalb des Taupunkts des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder am oder unterhalb des Taupunkts des Lösungsmittels der Imprägnierlösung durchgeführt wird und/oder dass die Luft vor der
Ausbildung des Gemisches Luft/Beschichtungsdispersion bzw. Luft/Imprägnierlösung mit dem Lösungsmittel angereichert wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Vorrichtung (10) durchgeführt wird, von der eine oder mehrere Bauteilkomponenten auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels der
Imprägnierlösung entsprechende Temperatur temperiert sind.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer
Vorrichtung (10) durchgeführt wird, von der eine oder mehrere Bauteilkomponenten auf eine Temperatur von mehr als 1 0C unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Imprägnierlösung temperiert sind.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Vorrichtung (10) durchgeführt wird, von der ein oder mehrere Bauteilkomponenten temperierbar ausgebildet sind.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Besaugung der Kammer (20) bewirkte Unterdruck in der Kammer (20) kleiner ist als 800 mbar.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Druck zwischen 950 mbar bis 100 mbar durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Katalysatorträger (30) ein Schaum, ein strukturierter Wabenkörper oder ein Vlies ist.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Teil der inneren Hohlräume des Katalysatorträgers (30) einen Durchmesser von 20 Mikrometer bis 1,2 mm aufweist.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen der Beschichtungsdispersion oder der Imprägnierlösung in die Kammer (20) Tropfen mit einem mittleren Durchmesser von zwischen 5 Mikrometer bis 900 Mikrometer gebildet werden.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Beschichtungsdispersion eine Washcoatdispersion ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahcoatdispersion weiter eine Verbindung eines katalytisch aktiven Metalls enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierlösung ein Bindemittel oder einen Haftvermittler enthält.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel oder der Haftvermittler eine organische oder eine anorganische Komponente enthält .
16. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Katalysator- formkörpers zur Reinigung von Gasen, insbesondere von Abgasen aus Verbrennungsmotoren.
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