DE3039045C2

DE3039045C2 -

Info

Publication number: DE3039045C2
Application number: DE3039045A
Authority: DE
Inventors: Charles Henry Mount Prospect Ill. Us Bailey; Ted Vernon Bartlesville Okla. Us Depalma; James Elwin Elgin Ill. Us Dillon
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1979-10-22
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1987-12-10
Also published as: JPS5681212A; CA1168587A; FR2467975A1; DE3039045A1; US4269807A; BR8006734A; AU533472B2; FR2467975B1; AU6353680A

Description

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Konverter mit einem keramischen monolithischen Katalysatorelement, das in einem Metallgehäuse durch eine Decke aus einem elastisch komprimierten Metallmaschendraht bzw. Metalldrahtnetz gehal ten ist.

Derartige Konverter sind aus der US-PS 36 92 497 und der DE-AS 14 76 507 bekannt. Das Metalldrahtnetz dient dabei der Adsorption mechanischer Stöße. Zur Vermeidung einer Um gehungsleckage unbehandelter Gase sind Flansche vorgesehen. In "Design News", 1975, Seiten 64/65 und in J. Abthoff et al, Development of Canistering Systems for Monolithic Catalysts, Automobile Engineering Meeting, Dearborn, Michigan, Oktober 18-22, 1976, Society of Automotive Engineers, Seiten 1 bis 11, ist beschrieben, zur Absorption mechanischer Stöße statt eines Metalldrahtnetzes ein beim Erhitzen anschwellen des Metall zu verwenden, das gleichzeitig als Befesti gungselement für das Katalysatorelement dient. Eine Gaslec kage kann mit einer solchen technischen Lösung nicht dauer haft vermieden werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand somit darin, in katalytischen Konvertern eine Umgehungsleckage dauerhaft zu verhindern. Erfindungsgemäß wird dies mit einem Konverter mit den eingangs genannten Merkmalen erreicht, bei dem in wenigstens einer Stellung entlang der axialen Länge des Katalysatorelementes um dieses herum ein Band aus beim Erhitzen anschwellendem Material in der Maschendraht- bzw. Drahtnetzdecke über im wesentlichen deren gesamte Dicke an geordnet ist.

Das beim Erhitzen anschwellende Material besteht vorzugswei se aus Keramikfasern, wie aus Aluminiumoxid, in die Vermicu litteilchen eingemischt sind. Die Vermiculitteilchen expan dieren zu einem Vielfachen ihres ursprünglichen Volumens, wenn der Konverter zunächst auf etwa 538°C erhitzt wird, und bleiben bei ihrem expandierten Zustand. Wenn das Materi al expandiert ist, besitzt es genügend Rückstellvermögen, um trotz der wiederholten Erhitzungs- und Kühlungszyklen des Konverters eine Dichtung gegen Umgehungsgase aufrecht zuerhalten. Wenn das beim Erhitzen anschwellende Material allein ohne Drahtnetz verwendet würde, würde es nach vielen Erhitzungs- und Kühlzyklen etwas von seinem Rückstellvermö gen verlieren. Wenn es jedoch erfindungsgemäß in das Grund material des Maschendrahtes eingespritzt ist, wird es durch die Maschen verstärkt und bleibt in der Lage, mit den Tempe raturzyklen zu expandieren und zu kontrahieren. Tests mit einem Konverter nach der Erfindung zeigten, daß nicht nur Umgehungsleckage verhindert wurde, sondern auch die Tempera tur der Metalldrahtmaschen wesentlich reduziert wurde. Es ist recht überraschend, daß die Temperatur der Außenfläche des Katalysatorelementes sowie die Temperatur der Innenwand des Metallgehäuses viel geringer waren als bei vier anderen Konvertern, die gleichzeitig getestet wurden und die mit Ausnahme des beim Erhitzen anschwellenden Materials iden tisch waren. Beispielsweise bei der Gaseinlaßtemperatur von 823°C, die einer Betriebsbedingung eines Abziehens mit ho her Geschwindigkeit mit weit offenem Drosselvnetil unter hoher Belastung entspricht, hatte die Innenfläche des Gehäu ses eine Aufstromtemperatur, Mitteltemperatur und Abstrom temperatur von 684°C, 663°C bzw. 613°C. Bei dem erfin dungsgemäßen Konverter waren die entsprechenden Temperaturen der Innenwand des Metallgehäuses bei einer Einlaßtemperatur von 399°C 16°C, 36°C bzw. 19°C kühler, bei einer Einlaß temperatur von 732°C 26°C, 110°C bzw. 93°C kühler und bei einer Einlaßtemperatur von 823°C 27°C, 114°C bzw. 99°C kühler.

Obwohl nur eine Ausführungsform mit einem schmalen Band von beim Erhitzen anschwellendem Material nahe der Mitte gete stet 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 Abstromende des Testkonvertergehäuses kühler zu bleiben schien als das Auf stromende, ist es bevorzugt, ein einzelnes Dichtungsband näher dem Einlaßende als dem Auslaßende des Konverters anzu ordnen. In der Zeichnung bedeutet

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen katalytischen Konverter nach der Erfindung,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht vom Ende des Konverters gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Temperatur gegen die Thermoelementenposition bei einem Konverter, der Ab gas mit einer Temperatur von 823°C aufnimmt.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Außengehäuse 10, das dazu ver wendet wird, ein monolithisches keramisches Katalysatorele ment 12 zu umgeben und zu unterstützen. Das Gehäuse besitzt zwei identische Hälften 16 mit aufgeschweißten Kantenflan schen 16′ und Einlaß- und Auslaßflanschen 18, 20, die Öff nungen 18′, 20′ enthalten, um das Außengehäuse mit einem Abgassystem zu verbinden. Das Katalysatorelement 12 wird von einer Decke aus Maschendraht 24 umgeben, und diese Decke ist entlang ihrer Länge teilweise kompri miert. Außerdem sind ringsumlaufende Rippen 16′′ in den Ma schendraht 24 eingeformt, damit das Katalysatorelement 12 fest genug gegriffen wird, so daß es nicht rotieren oder sich in Längsrichtung bewegen kann. Erfindungsgemäß ist ein Band 26 aus bei hoher Temperatur anschwellendem Material, das keramische Fasern enthält, als Verstemmasse oder Paste in den Maschendraht 24 eingefügt. Dieses Material ist ein 9,5 mm breites Band einer Paste auf Wassergrundlage, die aus Aluminiumoxidfasern und Vermiculitkörnern besteht. Das Band erstreckt sich über weniger als 10% der Länge von 14 cm des Katalysatorelementes 12. Obwohl in einem Test ein relativ schmales Band unmittelbar aufstromwärts von der Mit te des Gehäuses 10 aufgebracht wurde, ist zu erwarten, daß auch ein breiteres Band gut arbeitet. Aufgrund der Tatsache, daß die innere Gehäusewandung viel kühler als die anderen Teile war, wenn man auf der Auslaßseite statt auf der Ein laßseite des Dichtungsbandes prüfte, läßt sich auch erwar ten, daß die Anordnung des Bandes nahe dem Einlaßende bevor zugt ist.

In einem Vergleichsversuch wurden folgende Konverter mitein ander verglichen: Probe "A" hatte eine Metallmaschendraht decke ohne Maschendrahtband am Ende; die Probe "B" war gleich wie "A", hatte aber am Ende Maschendrahtbänder zur Verbesserung der Dichtung zwischen Katalysatorelement und Gehäuse; die Probe "C" war die gleiche wie "B", jedoch mit der Ausnahme, daß von dem Katalysatorelement 3 mm seines Durchmessers entfernt und durch einen Keramikfaser-Überzug entsprechender Dicke ersetzt waren; die Probe "D" war die gleiche wie "B", jedoch mit der Ausnahme, daß 7¹/₂%, d. h. zwei periphere Reihen der parallelen Kanäle des Katalysa torelementes, mit einem Zement verstopft waren. Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Temperatur der Innenseite des Gehäuses vorn, in der Mitte und hinten, gemessen mit den Thermoelementen T _F, T _C bzw. T _R, wenn das Abgas, das in das Einlaßende des Konverters eintrat, eine Temperatur von 823°C besaß. Die Thermoelemente wurden längs der Innenflä che des Gehäuses 10 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die starke Senkung der Innenwandtemperatur nach der Erfin dung ist ersichtlich in Fig. 4, wo der erfindungsgemäße Kon verter als "E" bezeichnet ist.

Claims

1. Katalytischer Konverter mit einem keramischen monolithi schen Katalysatorelement, das in einem Metallgehäuse durch eine Decke aus einem elastisch komprimierten Me tallmaschendraht bzw. Metalldrahtnetz gehalten ist, da durch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Stellung entlang der axialen Länge des Katalysatorelementes um dieses herum ein Band aus beim Erhitzen anschwellendem Material in der Maschendraht- bzw. Drahtnetzdecke über im wesentlichen deren gesamte Dicke angeordnet ist.

2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus beim Erhitzen anschwellendem Material Kera mikfasern enthält.

3. Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus beim Erhitzen anschwellendem Material Vermi culitteilchen und Keramikfasern in einer Paste auf Was serbasis enthält.

4. Konverter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus beim Erhitzen anschwellendem Material sich über weniger als 10% der Länge des Katalysatorele mentes erstreckt.

5. Konverter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus beim Erhitzen anschwellendem Material näher dem Einlaßende als dem Auslaßende des Konverters angeordnet ist.