DE3039045A1 - Verfahren zur verminderung der gasumgehungsleckage in einem katalytischen konverter mit einem keramischen monolithischen katalysatorelement und konverter zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur verminderung der gasumgehungsleckage in einem katalytischen konverter mit einem keramischen monolithischen katalysatorelement und konverter zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

Verfahren zur Verminderung der Gasumgehungsleckage
in einem katalytischen Konverter mit einem keramischen monolithischen Katalysatorelement und Konverter zur Durchführung des Verfahrens
Es liegt innerhalb der Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung/ einen Weg zu finden, um jegliche Umgehungsleckage in einem katalytischen Konverter tatsächlich zu verhindern und die Temperatur zu vermindern, der das Drahtnetzmaschenmaterial, welches den keramischen Monolithen umgibt, ausgesetzt wird. Diese und andere Ziele werden erreicht, indem man ein Umfangsband eines bei hoher Temperatur anschwellenden Dichtungsmaterials direkt in die Drahtmaschen und im wesentlichen über deren Dicke aufbringt, bevor das Keramikelement und der Maschendraht mit dem Konvertergehäuse vereinigt werden. Das Dichtungsmaterial besteht vorzugsweise aus Keramikfasern, wie aus Aluminiumoxid, in die Vermiculitteilchen eingemischt sind. Die Vermiculitteilchen expandieren zu einem Vielfachen ihres ursprünglichen-Volumens, wenn die zusammengebaute Einheit zunächst auf etwa 538oc (100O0F) erhitzt wird, und bleiben in ihrem expandierten Zustand. Wenn die Dichtung expandiert ist, erhält sie genügend Ruckstellverve rmö gen, um eine Dichtung gegen Umgehungsgase aufrecht zu erhalten, trotz der wiederholten Erhitzungs- und Kühlungszyklen des Konverters. Wenn das anschwellende Material alleine verwendet wird, neigt es dazu, etwas von seinem Rückstell-
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vermögen nach vielen Erhitzungs- und Kühlzyklen zu verlieren. Wenn es jedoch in das Grundmaterial oder die Matrix des Maschendrahtes eingespritzt wird, wird es durch die Maschen verstärkt und bleibt in der Lage, mit den Temperatur zyklen zu expandieren und zu kontrahieren. Tests mit einem nach der Erfindung modifizierten Konverter zeigten, daß nicht nur ümgehungsleckage verhindert wurde, sondern auch die Temperatur der Metalldrahtmaschen wesentlich reduziert wurde. Es ist recht überraschend, daß die Temperatur der Außenfläche des Monolithen sowie die Temperatur der Innenwand des Gehäuses oder der Schale viel geringer waren als bei vier anderen Konvertern, die gleichzeitig getestet wurden und die mit Ausnahme der Befestigungs- und Dichtungsmodifikationen identisch waren. Beispielsweise bei der Einlaßgastemperatur von 823°C (1514°F), die einer Betriebsbedingung eines Abziehens mit hoher Geschwindigkeit mit nahezu weit offenem Drosselventil unter hoher Belastung entspricht, hatte die Innenfläche des Gehäuses eine AufStromtemperatur, Mitte!temperatur und AbStromtemperatur von 684°C (1319°F), 663°C (1225°F) bzw. 613°C (1136°P) unter ähnlichen Betriebsbedingungen. Vergleicht man den verbesserten Konverter mit dem Durchschnittswert der anderen vier Konverter bei einer Einlaßtemperatur von 399°C (7510F), so zeigte die Innenwand des Gehäuses oder der Schale eine Temperatur, die 16 C (29°F), 36°C (64°F) bzw. 19°C (34°F) kühler an dem Aufstromabschnitt, der Mitte bzw. dem Abstromabschnitt war. Ähnliche Werte für eine Einlaßtemperatur von 732°C (1350 F) waren 26°C (47°F), 11O0C (198°F) und93°C (168°P). Schließlich
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waren die Werte für eine Einlaßtemperatur von 823°C 27°C (49°F), 114° C C2O5°F) und 99°C (178°P).
Obwohl nur eine Ausführungsform mit einem schmalen Band von anschwellendem Dichtungsmaterial nahe der Mitte getestet wurde, wird davon ausgegangen, daß zufriedenstellende Ergebnisse auch erreicht würden, wenn das Dichtungsband viel breiter wäre oder wenn es nahe dem einen Ende läge oder
wenn mehrere Bänder verwendet würden. Da das Abströmende des Testkonvertergehäuses kühler zu bleiben schien als das Aufstromende, scheint es bevorzugt zu sein, ein einzelnes Dichtungsband zu dem Konverterexnlaßende hin anzuordnen. Der Maschendraht und das Monolithelement werden jedoch solange geschützt, als Maschenrückstellvermögen und fester Kontakt mit dem Monolith wenigstens an einer Stelle entlang der Länge des Monolithen aufrecht erhalten wird.
In der Zeichnung bedeutet
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen katalytischen Konverter nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Ansicht von vorne entlang der Linie 2-2 in
Fig. 1 geschnitten,
Fig. 3 eine Ansicht vom Ende des Konverters gemäß Fig. 1 und
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Fig. 4 eine grafische Darstellung der Temperatur gegen die Thermoelementposition für die Konverter, die Abgas an ihren Einlassen mit einer Temperatur von 823 C (1514 F) aufnehmen.
Die Fig. 1 bis 3 erläutern eine Type eines Außengehäuses 10, das dazu verwendet wird, ein monolithisches keramisches Katalysatorelement 12 zu umgeben und zu unterstützen. Das Gehäuse besitzt identische obere und untere Hälften 16 mit aufgeschweißten Kantenflanschen 16' und Einlaß- und Auslaßträgerflanschen 18, 20, die öffnungen 18', 201 enthalten, um die Einrichtung mit einem Abgassystem zu verbinden. Das Keramikelement 12 wird von einer Decke aus gestricktem Maschendrahtmaterial 24 umgeben und gedämpft, und diese Decke ist entlang ihrer Länge teilweise komprimiert. Das Element ist rund dargestellt, doch könnte es auch, wenn erwünscht, ovale oder andere Formen haben. Außerdem sind Rippenabschnitte 16" vorgesehen, um den Maschendraht 24 weiter zu komprimieren und so zu gewährleisten, daß das Element 12 fest genug gegriffen wird, so daß es nicht in der Lage ist, zu rotieren oder sich in Längsrichtung zu bewegen. Die obigen Ausführungen beschreiben eine bekannte Struktur. Die Erfindung besteht nun darin, ein Band 26 aus bei hoher Temperatur anschwellendem Material, das keramische Fasern ent hält, als Verstemmasse oder Paste in die Matrix der Metallmaschen 24 einzufügen. Die verwendete Dichtungsmasse war ein 9,5 mm (3/8 Inch) breites Band einer Paste auf Wassergrundlage, die aus Aluminiumoxidfasern und Vermiculitkörnern mit der Handelsbezeichnung Interam (3M Company) bestand.
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Das Band war weniger als 10% der Länge von 14 cm (5,5 Inch) des Elementes 12. Obwohl in einem Test ein relativ schmales Band von Dichtungsmittel unmittelbar aufstromwärts von der Mitte des Gehäuses 16 aufgebracht wurde, ist zu erwarten, daß auch ein breiteres Band gut arbeitet. Aufgrund der Tatsache, daß die innere Schalenwandung viel kühler als die anderen Teile war.,wenn man auf der Abstromseite statt auf der Aufstromseite des Dichtungsbandes prüfte, läßt sich auch erwarten, daß die Anordnung des Bandes nahe dem Aufstromende bevorzugt ist.
Die Ausbildungen, mit denen die verbesserte Ausbildung verglichen wurden, waren folgendermaßen konstruiert: Probe "A" hatte eine Metallmaschendrahtdecke ohne Endstrangabschnitte; die Probe "B" war gleich wie "A", hatte aber Endstrangabschnitte; die Probe "C" war die gleiche wie "B", jedoch mit der Ausnahme, daß das Keramikelement maschinell bearbeitet war, um 3 mm (1/8 Inch) von seinem Durchmesser zu entfernen, und ein Fiberfrax-Überzug entsprechender Dicke hinzugefügt war; die Probe "D" war die gleiche wie "B", jedoch mit der Ausnahme, daß 7 1/2% der Zellen (die peripheren beiden Reihen) mit einem Zement verstopft waren·.. Fig. 4 ist eine grafische Darstellung der Temperatur der Innenseite der Schale oder des Gehäuses vorne, in der Mitte und hinten, gemessen mit den Thermoelementen T , T und bzw. T , wenn das Abgas, das in das Einlaßende des Konverters eintrat, eine Temperatur von 823°C (1514°F) besaß. Die Thermoelemente wurden längs der Innenfläche der Schale 24 angeordnet, wie
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in Fig. 2 gezeigt ist. Die starke Senkung der Innenschalentemperatur durch die Ausbildung nach der Erfindung ist ersichtlich in Fig. 4, wo die verbesserte Ausbildung als Probe "E" bezeichnet ist.
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Claims (7)

Verfahren zur Verminderung der Gasumgehungsleckage in einem katalytischen Konverter mit einem keramischen monolithischen Katalysatorelement und Konverter zur Durchführung des Verfahrens Priorität; vom 22. Oktober 1979 in USA, Serial-Number 86,990 Patentansprüche
1. Verfahren zur Verminderung der Gasumgehungsleckage und der Temperatur des Metallmaschendrahtes bzw. Metalldrahtnetzes in einem katalytischen Konverter vom monolithischen Typ, bei dem ein monolithisches Katalysatorelement in einem Metallgehäuse befestigt und elastisch von einer komprimierten Decke aus Metallmaschendraht bzw. Metalldraht-
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netz eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Umfang ein Band aus viskosem, bei hoher Temperatur anschwellendem Dichtungsmaterial in die Zwischenräume des Maschendrahtes bzw. Drahtnetzes einspritzt, bevor der Maschendraht bzw. das Drahtnetz und das monolithische Element in das Gehäuse eingefügt werden, wobei man ein solches Dichtungsmaterial verwendet, das sich durch die heißen Abgase, denen der Konverter während der Verwendung ausgesetzt wird, ausdehnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Dichtungsmaterial im wesentlichen über die gesamte Dicke des Maschendrahtes bzw. Drahtnetzes einspritzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Dichtungsmaterial so aufbringt, daß seine axiale Erstreckung weniger als 10% der.Länge des monolithischen Katalysatorelementes ist.
4. Katalytischer Konverter mit einem keramischen monolithischen Katalysatorelement, das in einem Metallgehäuse durch eine Decke aus einem elastisch komprimierten Metallmaschendraht bzw. Metalldrahtnetz gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Maschendrahtes bzw. Drahtnetzes ein Band aus anschwellendem Material, das Keramikfasern enthält, in der Maschendraht- bzw. Drahtnetzdecke und über die Dicke derselben in wenigstens einer Stellung entlang der axialen Länge des Katalysatorelements angeordnet ist,
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wobei das Band aus anschwellendem Material beim Erhitzen derart ausdehnbar ist, daß es eine Längsumgehungsleckage durch den Maschendraht bzw. das Drahtnetz blockiert.
5. Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus anschwellendem Material nach der Aufbringung Glimmertexlchen und Keramikfasern in einer Paste auf Wasserbasis enthält.
6. Konverter nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Band eine axiale Erstreckung besitzt, die weniger als 10% der Länge des Katalysatorelementes beträgt.
7. Konverter nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus anschwellendem Material näher dem Einlaßende des Konverters als dem Auslaßende angeordnet ist.
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DE19803039045 1979-10-22 1980-10-16 Verfahren zur verminderung der gasumgehungsleckage in einem katalytischen konverter mit einem keramischen monolithischen katalysatorelement und konverter zur durchfuehrung des verfahrens Granted DE3039045A1 (de)

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