DE112016005587T5

DE112016005587T5 - Verbesserte Rahmenelemente zur Aufnahme von Monolithen

Info

Publication number: DE112016005587T5
Application number: DE112016005587.0T
Authority: DE
Inventors: Robert Kleuderlein; Dirk Reichert; Harald Scherbel
Original assignee: Johnson Matthey Catalysts Germany GmbH
Current assignee: Johnson Matthey Catalysts Germany GmbH
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-10-11
Also published as: RU2018123318A; CN112253297B; US20170159529A1; RU2018123318A3; EP3567230A1; KR20180091038A; US10533475B2; JP2019504236A; EP3567230B1; MX2018006888A; US20200095914A1; HK1258144A1; RU2738702C2; DK3567230T3; CN108431379B; EP3387232A1; CN108431379A; DK3387232T3; RU2020136405A; US11181029B2

Abstract

Ein Elementrahmen zum Halten von Katalysatoren enthaltenden Monolithen in dem Strom von Abgasen von einer Verbrennungsquelle umfasst zwei Paare einander gegenüberliegender Wände, wobei die Wände eine rechteckige oder quadratische Form bilden, einen durch die Wände gebildeten Innenraum, ein Einlassende, ein Auslassende, mindestens ein Verriegelungselement, mindestens eine Matte und mindestens einen Monolithen, der einen Einlass, einen Auslass, vier Seiten und mindestens einen Katalysator umfasst, der zum Reduzieren der Konzentration eines oder mehrerer Gase in dem Abgas wirkt, wobei die mindestens eine Matte und der mindestens eine Monolith in dem Innenraum des Elementrahmens mit mindestens einer Matte zwischen dem Monolithen und jeder benachbarten Wand positioniert sind, wobei sich jedes Verriegelungselement über das Einlassende oder das Auslassende des Elementrahmens erstreckt und mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Elementrahmens verbunden ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen verbesserten Elementrahmen, der Katalysatoren enthaltende Monolithe in dem Rahmen hält, wobei der Elementrahmen mit dem Katalysator zur Platzierung in den Abgasstrom von einem Motor ausgeführt ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Elementrahmen, die in Katalysatormodulen zur Behandlung von Abgasen von einer stationären Verbrennungsquelle mit einem Auslasssystem, das Abgase durch eine einen oder mehrere Monolithen enthaltende Tragstruktur, die jeweils einen oder mehrere Katalysatoren enthalten, führt, verwendet werden. Ein stationäres Verbrennungssystem kann ein beliebiges System sein, das einen Brennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis der nicht in einem straßenbetriebenen Auto, Lastwagen oder Luftfahrzeug verwendet wird, verbrennt. Es kann sich dabei zum Beispiel um kohlebefeuerte Systeme, ölbefeuerte (Erdöl-)Systeme oder Gasturbinen handeln. Stationäre Verbrennungssysteme können auch in Anwendungen im Marinebereich verwendet werden, in denen Verbrennungssysteme, wie zum Beispiel Dieselmotoren, für große Container- oder Kreuzfahrtschiffe verwendet werden. Stationäre Verbrennungssysteme werden in der Regel unter einer konstanten, stationären Last kontinuierlich betrieben, während mobile Verbrennungssysteme in der Regel unter variierenden Lasten betrieben werden.
Kohlenwasserstoffverbrennung in diesen Systemen und in Motoren, die in mobilen Anwendungen verwendet werden, erzeugt Abgas, das behandelt werden muss, um Verunreinigungen wie Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) oder Kohlenwasserstoffe (HC), die gebildet werden, zu entfernen. NOx verursacht bekanntermaßen viele Gesundheitsprobleme für Menschen und Tiere und ist auch der Grund für viele nachteilige Umweltauswirkungen, darunter die Bildung von Smog und saurem Regen. CO ist für Menschen und Tiere toxisch, und HC kann gesundheitsschädliche Auswirkungen haben. Um die Auswirkungen dieser Verunreinigungen, insbesondere NOx, im Abgas sowohl auf Menschen als auch auf die Umwelt zu mindern, ist es wünschenswert, diese unerwünschten Komponenten zu beseitigen, vorzugsweise durch einen Prozess, der keine anderen Schadstoffe oder toxischen Substanzen erzeugt.
Stationäre Verbrennungssysteme können mit einem Abgasreinigungssystem ausgestattet sein, dass mit Katalysatormodulen versehen ist. 1 ist eine Darstellung eines in der Technik bekannten Katalysatormoduls. Katalysatormodule sind Strukturen, die mehrere Elementrahmen umfassen, wobei jeder Elementrahmen mehrere Monolithe enthalten kann, die jeweils einen Katalysatorträger und einen oder mehrere Katalysatoren umfassen. Die Katalysatormodule sind in einem Rauchgaskanal des Abgasreinigungssystems installiert, und das zu reinigende Rauchgas strömt während des Betriebs durch die Monolithen. Der Rauchgaskanal kann typischerweise eine Querschnittsfläche von wenigen Quadratmetern aufweisen und kann in einem Bereich von Dutzenden bis Hunderten von Quadratmetern liegen. Die Abmessungen des Rauchgaskanals können in Abhängigkeit von vielen Faktoren, einschließlich der Größe des Motors, den Bedingungen, unter denen der Motor betrieben wird, zulässigen Gegendrucks usw., stark variieren. In einigen Fällen kann der Rauchgaskanal einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Breite und die Höhe des Kanals jeweils mehrere Meter, zum Beispiel 10 m × 10 m, beträgt. Die gesamte Querschnittsfläche des Rauchgaskanals ist durch ein oder mehrere Katalysatormodule überdeckt. Die Katalysatormodule sind nebeneinander angeordnet, so dass sämtliches Rauchgas durch die Monolithen strömt, den bzw. die Katalysatoren an oder in den Monolithen berührt und gereinigt wird. Mehrere Katalysatormodule, zum Beispiel zwei bis fünf, können nebeneinander in Reihen und Spalten, oftmals in einem Traggerüst verbunden, innerhalb des Rauchgaskanals platziert sein (2). Die Katalysatormodule selbst weisen typischerweise einen rechteckigen Querschnitt mit einer Kantenlänge von mehreren Metern auf.
In Strömungsrichtung des Rauchgases befinden sich Katalysatormodule oftmals hintereinander positioniert in mehreren Ebenen. In einigen Anwendungen können sich die Katalysatormodule über mehrere Meter, sogar 10-15 Meter in Strömungsrichtung erstrecken (3). Bei einigen Anwendungen, wie zum Beispiel im Marinebereich oder bei Gasturbinen, können relativ raue Umgebungsbedingungen hinsichtlich mechanischer Belastung für die Katalysatormodule vorliegen. Zum Beispiel können auf Schiffen Kräfte von einem Vielfachen der Schwerkraft erfahren werden. Darüber hinaus müssen insbesondere bei großen Querschnitten von mit Gasturbinen verwendeten Katalysatormodulen mechanische Belastungen aufgrund von Erdbeben berücksichtigt werden.
Katalysatormodule können unter Verwendung eines Stapelrahmens, in dem mehrere Elementrahmeneinheiten eingesetzt sind, hergestellt werden, wobei die Elementrahmeneinheiten Monolithe enthalten, die einen oder mehrere Katalysatoren umfassen. Rauchgas strömt durch die einzelnen Monolithe in Richtung des Rauchgasstroms. Die Monolithe sind auch als Wabenkatalysatoren bekannt. Diese Wabenkatalysatoren sind allgemein aus einem keramischen Material hergestellt und weisen mehrere Strömungskanäle durch den Monolithen in Richtung des Gasstroms auf. In dem installierten Betriebszustand strömt Rauchgas durch die Strömungskanäle in dem Monolithen, wobei es mit dem Katalysator in dem Monolithen oder in einer Beschichtung auf der Oberfläche des Monolithen zusammenwirkt und gereinigt wird.
Ein bei der Verwendung dieser Behandlungssysteme auftretendes typisches Problem besteht darin, dass zwischen den Monolithen und den Elementrahmenelementen platziertes Material zur Bereitstellung einer Abdichtung und deshalb einer Gasdichtigkeit, das heißt, kein Bypassstrom um den Katalysator, sowie zum Fungieren als Polster gegen Schwingungen, bei Normalgebrauch nicht in Position bleiben kann, außer dann, wenn das Material besonders konzipiert und als spezielle Art von Matte bereitgestellt wird, die mit relativ hohen Kosten verbunden ist. Die Matte zwischen dem Elementrahmen und einem Monolithen, der einen oder mehrere Katalysatoren enthält, wird kurz vor dem Zusammenschweißen des Elementrahmens in den Elementrahmen platziert. In Situationen, in denen es zu regelmäßiger mechanischer Belastung kommt, was unter Auslasssystembedingungen, unter denen Motorpulsation zu Stoß und Schwingungen führt, typisch ist, kann sich die Matte gegen den Rahmen und Monolithen bewegen. Diese Bewegung kann aufgrund der relativ geringen mechanischen Stabilität des Systems gegenüber Stoß und Schwingungen die Zerstörung des Monolithen verursachen.
Derzeitige Elementrahmen haben Metallklappen oder -lippen, die die Einlass- und/oder Auslassseiten des Monolithen überlappen, so dass ca. 15% der Katalysatorzellen dem Abgasstrom nicht direkt ausgesetzt sind.
Derzeitige Elementrahmen haben auch Verriegelungselemente in der Mitte der Einlass- und Auslassseite. Eine der Funktionen des Verriegelungselements besteht darin, Spalte zwischen den Monolithen vor direktem Abgasstrom zu schützen. Das Verriegelungselement ist ohne Vorspannung verschweißt, was zu einer relativ geringen mechanischen Stabilität gegenüber Stoß und Schwingungen führt.
Die derzeitigen Elementrahmenkonstruktionen stellen keinen Mechanismus zum direkten Aneinanderbefestigen der Elementrahmen bereit. Dadurch, dass Elementrahmen zusammengefügt werden können, kann auf ein Katalysatormodul verzichtet werden, wenn nur eine geringe Anzahl von Elementrahmen benötigt wird.
Es wäre wünschenswert, ein Katalysatormodul vorzusehen, das das Platzieren eines kostengünstigen Materials zwischen den Monolithen und dem Metallrahmen des Elementrahmens zur Bereitstellung einer Dichtung und zum Fungieren als Polster gegenüber Schwingungen gestattet, das bei Normalgebrauch in Position bleiben und auch die Verwendung des größtmöglichen Katalysatorquerschnitts gewährleisten kann, und dies unter rauen Bedingungen hinsichtlich mechanischer Belastung.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Elementrahmen zum Halten von Katalysatoren enthaltenden Monolithen in dem Strom von Abgasen von einer Verbrennungsquelle, wobei der Elementrahmen zwei Paare einander gegenüberliegender Wände, wobei die Wände eine rechteckige oder quadratische Form bilden, einen durch die Wände gebildeten Innenraum, ein Einlassende, ein Auslassende, mindestens ein Verriegelungselement, mindestens eine Matte und mindestens einen Monolithen umfasst, der einen Einlass, einen Auslass, vier Seiten und mindestens einen Katalysator umfasst, der zum Reduzieren der Konzentration eines oder mehrerer Gase in dem Abgas wirkt, wobei die mindestens eine Matte und der mindestens eine Monolith in dem Innenraum des Elementrahmens mit mindestens einer Matte zwischen dem Monolithen und jeder benachbarten Wand positioniert sind, wobei sich jedes Verriegelungselement über das Einlassende oder das Auslassende des Elementrahmens erstreckt und mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Elementrahmens verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Katalysatormodul, das mehrere Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung umfasst.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Auslasssystem, das einen Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung umfasst.
Gemäß noch einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Auslasssystem, das ein Katalysatormodul des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst.
Gemäß noch einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Elementrahmens des ersten Aspekts der Erfindung.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormoduls des zweiten Aspekts der Erfindung.
Gemäß noch einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung eines Abgases, wobei das Verfahren Leiten eines Abgases durch Monolithen in einem Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung umfasst, wobei die Monolithen einen oder mehrere Katalysatoren umfassen, die zur Reduzierung der Konzentration eines oder mehrerer Gase in dem Abgas wirken.
Gemäß noch einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der mit einem Abgas in Berührung gebrachten Katalysatormenge, wobei das Verfahren Leiten eines Abgases durch ein Katalysatormodul des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst.
Figurenliste

1 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Katalysatormoduls.
2 ist ein Diagramm, das die Platzierung von Modulen über den Querschnitt eines Abgaskanals zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine Draufsicht der Platzierung von fünf Gruppen von Modulen zeigt, die hintereinander in Richtung des Gasstroms innerhalb eines Abgaskanals platziert sind.
4 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Rahmenelements.
5 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Rahmenelements mit vier Monolithen in dem Rahmenelement.
6 ist eine Darstellung eines von der Einlass-und/oder Auslassseite gezeigten Teils eines Elementrahmens, die zwei Teile jeweils mit benachbarter Wand und Ausschnitten in der Einlass- und/oder Auslassseite zeigt.
7 zeigt eine Endansicht eines Rahmenelements mit einem befestigten Verriegelungselement.
8 zeigt eine Seitenansicht eines Rahmenelements.
9 zeigt eine Querschnittsansicht eines Rahmenelements mit zwei Monolithen innerhalb des Querschnitts des Rahmenelements.
10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Vorsprungs an dem Rahmenelement.
11 zeigt eine Seitenansicht eines Rahmenelements, das vier Monolithe umfasst.
12 zeigt eine Seitenansicht eines Rahmenelements, das sechs Monolithe umfasst.
13 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Rahmenelements, wobei jede der Seiten eine Verlängerung zur Verbindung des Rahmenelements mit anderen Rahmenelementen aufweist.
14 ist eine Darstellung von zwei verbundenen Verriegelungselementen mit Ausschnitten.
15 ist eine dreidimensionale Darstellung von drei Rahmenelementen, wobei die Seiten eine Verlängerung zur Verbindung des Rahmenelements mit anderen Rahmenelementen aufweisen, wobei die Rahmenelemente Monolithe enthalten.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie in der vorliegenden Beschreibung und in den angehängten Ansprüchen verwendet, umfassen die Singularformen „ein“ und „eine“ und „der“, „die“, „das“ auch mehrere Bezugsobjekte, es sei denn, der Kontext gibt deutlich etwas Anderes an. Somit umfasst zum Beispiel der Verweis auf einen „Katalysator“ eine Mischung aus zwei oder mehr Katalysatoren und dergleichen.
Der Begriff „im Wesentlichen alle“ bedeutet mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, vorzugsweise mindestens 97%.
Der Begriff „Träger/Trag...“ bedeutet ein inertes Material, an dem ein Katalysator fixiert ist.
Der Begriff „Elementrahmen“ bedeutet eine Struktur, die vier Wände umfasst, wobei jede Wand mehrere Vorsprünge umfasst, wobei die vier Wände ein Rechteck oder ein Quadrat bilden und einen Innenraum des Elementrahmens definieren, so dass mehrere Monolithen, die jeweils mindestens eine Matte aufweisen, die einen Teil jeder Seite des Monolithen überdeckt. Der Elementrahmen kann auch ein Verriegelungselement am Einlassquerschnitt enthalten, das dazu verwendet wird, das Mattenmaterial vor einem direkten Strömungsimpuls zu schützen und als Zugstrebe für eine hohe mechanische Stabilität zu wirken. Der Elementrahmen kann aus Stahl hergestellt sein, wobei der Stahl von irgendeiner mehrerer verschiedener Qualitäten ist.
Der Begriff „Verriegelungselement“ bedeutet eine Struktur, die einen Monolithen innerhalb eines Elementrahmens hält. Das Verriegelungselement ist typischerweise aus dem gleichen Material wie der Elementrahmen, das heißt, Stahl von irgendeiner mehrerer verschiedener Qualitäten, hergestellt.
Der Begriff „Ausschnitt“ bedeutet einen Teil oder einen Abschnitt eines Rahmenelements oder Verriegelungselements, der nicht vorhanden ist und eine Reduzierung der Oberfläche des Rahmenelements oder Verriegelungselements bezüglich des Abgasstroms bereitstellt, wenn das Rahmenelement oder Verriegelungselement in dem Abgasstrom installiert ist. Der Ausschnitt erhöht die Anzahl von Zellen in einem Monolithen, die dem Abgasstrom direkt ausgesetzt sind. Der Begriff „direkt ausgesetzt“ bedeutet, dass Abgas an einer Öffnung an der Einlassseite des Monolithen in Zellen im Monolithen eintritt.
Unter „Matte“ ist eine Kombination aus Mineral-, Glas- oder metallischen Fasern, zum Beispiel in Form eines Gewebes, Gewirkes, einer unregelmäßigen Schicht oder dergleichen, zu verstehen. Die Matte kann auch als Bahn, Vlies oder ungewebtes Material bezeichnet werden. Die verwendeten Fasern enthalten ein Material, das hohen Temperaturen widerstehen kann und gegenüber Korrosion beständig ist. Sie können insbesondere ein Material auf Eisenbasis enthalten, dem Legierungselemente hinzugefügt werden, wobei vorzugsweise mindestens ein Legierungselement aus Nickel (8-11 Gew.-%) oder Chrom (17-24 Gew.-%) vorhanden ist. Ein Beispiel für geeignete Fasern umfasst 70 Gew.-% Eisen, 17 Gew.-% Chrom und 8 Gew.-% Nickel, obgleich natürlich auch standardmäßige Verunreinigungen vorhanden sein können. Die Matte kann durch Verwendung von Fasern, die (beispielsweise hinsichtlich der Faserlänge und des Faserdurchmessers) identisch oder verschieden sind, hergestellt werden. Die verwendeten Fasern können auch ein Material auf Mineral- oder Glasbasis umfassen. Die Matte kann ein einstückiges Teil sein oder kann in Form von Streifen vorliegen, wobei die Streifen eine ganze Seite oder einen Teil einer oder mehrerer Seiten eines Monolithen überdecken oder nur einen Teil des Monolithen umgeben.
Der Begriff „Katalysatormodul“ bedeutet eine Struktur, die durch mehrere Elementrahmen gebildet ist oder diese enthält.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, ein Elementrahmen zum Halten von Katalysatoren enthaltenden Monolithen in dem Strom von Abgasen von einer Verbrennungsquelle, wobei der Elementrahmen zwei Paare einander gegenüberliegender Wände, wobei die Wände eine rechteckige oder quadratische Form bilden, einen durch die Wände gebildeten Innenraum, ein Einlassende, ein Auslassende, mindestens ein Verriegelungselement, mindestens eine Matte und mindestens einen Monolithen umfasst, der einen Einlass, einen Auslass, vier Seiten und mindestens einen Katalysator umfasst, der zum Reduzieren der Konzentration eines oder mehrerer Gase in dem Abgas wirkt, wobei die mindestens eine Matte und der mindestens eine Monolith in dem Innenraum des Elementrahmens mit mindestens einer Matte zwischen dem Monolithen und jeder benachbarten Wand positioniert sind, wobei sich jedes Verriegelungselement über das Einlassende oder das Auslassende des Elementrahmens erstreckt und mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Elementrahmens verbunden ist. Mindestens eine Wand, vorzugsweise jede Wand, kann mehrere Vorsprünge umfassen, die sich in den Innenraum des Elementrahmens erstrecken. Die mehreren Vorsprünge können dahingehend ausgebildet sein, eine Matte zu berühren und die Matte an einen Monolithen zu halten, der einen oder mehrere Katalysatoren umfasst, wenn sich der Monolith in dem Innenraum des Elementrahmens befindet.
4 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Elementrahmens. Der Elementrahmen umfasst vier Wände und eine oder mehrere, vorzugsweise alle, der Wände können mehrere Vorsprünge umfassen, die sich in den durch die vier Wände gebildeten inneren Raum erstrecken. Das Rahmenelement kann mehrere Monolithen in dem durch die vier Wände gebildeten inneren Raum halten, wie in den 5, 11 und 12 gezeigt. Der Elementrahmen kann die Monolithen in verschiedenen Konfigurationen, wie zum Beispiel 1 × 2, 1 × 3, 3 × 3 usw. halten. Die Länge (Tiefe) des Elementrahmens basiert auf der Länge der Monolithen und der Anzahl von Monolithen, die hintereinander in dem Elementrahmen platziert sein können.
Wenn im Innenraum des Elementrahmens zwei oder mehr Monolithe vorhanden sind und sich mindestens zwei Monolithe nebeneinander befinden, kann sich mindestens eine Matte zwischen nebeneinanderliegenden Monolithen befinden. Vorzugsweise ist mindestens ein Teil einer oder mehrerer Matten (a) zwischen jeder Seite eines Monolithen und eines benachbarten Monolithen und (b) zwischen jedem Monolithen und einer benachbarten Wand des Elementrahmens positioniert.
Der Elementrahmen kann durch Zusammenfügen von vier Wänden zum Bilden eines Rechtecks oder eines Quadrats mit einem Innenraum gebildet werden. Vorzugsweise kann der Elementrahmen durch Zusammenfügen von zwei Teilen, die jeweils zwei Wände umfassen, gebildet werden. 6 zeigt eine Ansicht von dem Einlassende oder Auslassende der beiden Teile (A und B), die jeweils zwei durch Biegen eines einzelnen Teils gebildete Wände umfassen. Die Wände werden nicht gezeigt, da sie sich in die Figur hinein erstrecken und durch Teile des Elementrahmens am Einlass und/oder Auslass, die zum Innenraum des Elementrahmens gebogen sind, verdeckt werden. Die Teile des Elementrahmens am Einlass und Auslass des Elementrahmens umfassen vorzugsweise einen oder mehrere Ausschnitte, die den freiliegenden Bereich von in dem Elementrahmen platzierten Monolithen vergrößern können. Ausschnitte des Elementrahmens an der Einlass- und Auslassseite können die Anzahl von Zellen in einem Monolithen, die den Abgasstrom nicht direkt sehen, reduzieren. Vorzugsweise sind weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 8%, ganz besonders bevorzugt weniger als 7%, sogar noch stärker bevorzugt weniger als 6% und am stärksten bevorzugt weniger als 5% der Katalysatorzellen dem Abgasstrom nicht direkt ausgesetzt. Die Reduzierung der Anzahl von Zellen in dem Monolithen, die dem Gasstrom nicht direkt ausgesetzt sind, kann zu einem geringeren Gegendruck führen, Beaufschlagung der Katalysatoren durch das Abgas verstärken und zu einer höheren Umwandlung von Verbindungen in dem Abgas in andere erwünschtere Verbindungen führen.
Teile, die die Wand umfassen, können vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden sein.
7 zeigt eine Ansicht eines Elementrahmens von einem Einlass- oder Auslassende mit zwei befestigten Verriegelungselementen. Monolithe werden mit ihrer zumindest teilweise durch Matten überdeckten Seitenwand innerhalb der Wände des Elementrahmens platziert. Jedes Verriegelungselement kann durch Schweißen mit jeder der vier Seiten verbunden sein. Die in 7 gezeigten Verriegelungselemente weisen keine Ausschnitte auf. Vorzugsweise umfassen die Verriegelungselemente einen oder mehrere Ausschnitte.
8 zeigt eine Seitenansicht eines Rahmenelements, wobei die Wand des Rahmenelements eine Länge aufweist, die ungefähr gleich der Länge des Monolithen ist. Die Breite der Wand des Rahmens hängt davon ab, ob sich ein einziger Monolith oder mehrere Monolithen, vorzugsweise zwei oder drei, nebeneinander an der Wand befinden. Wenn sich nur ein einziger Monolith an einer Wand befindet, entspricht die Breite der Wand ungefähr der Größe des Monolithen an der Wand plus der Dicken von zwei Matten. Wenn sich mehrere Monolithen an einer Wand befinden, entspricht die Breite der Wand ungefähr der Summe der Größe des Monolithen an der Wand plus der Anzahl von Monolithen mal der Dicken von zwei Matten. In Abhängigkeit davon, wie die Wände zusammengestellt sind, müssen gegebenenfalls die Dicke der Wände und die Herstellungstoleranz der Monolithen berücksichtigt werden.
9 zeigt eine Querschnittsansicht des Rahmenelements, die die Kanäle durch die Monolithen und Vorsprünge in den Wänden des Elementrahmens darstellt. In dieser Zeichnung sind zwei Monolithen nebeneinander platziert, wobei ihre Strömungskanäle die gleiche Strömungsrichtung aufweisen. Der mit „Z“ bezeichnete Abschnitt der Zeichnung wird in 10 vergrößert gezeigt, um Details der Vorsprünge darzustellen.
Es können zwei oder mehr Monolithen hintereinander innerhalb eines Elementrahmens platziert sein, wie in den 11 und 12 gezeigt. Der Elementrahmen kann mehrere Monolithen umfassen, wobei zwei oder mehr Monolithen so positioniert sind, dass der Auslass eines ersten Monolithen neben dem Einlass eines zweiten Monolithen liegt und ein Abgasstrom nacheinander durch mindestens zwei Monolithen strömt. Wenn drei oder mehr Monolithen verwendet werden, kann den zweiten Monolithen verlassendes Abgas in einen dritten Monolithen eintreten. Bei diesen Konfigurationen können sich ein oder mehrere Monolithen in Strömungsrichtung des Abgases durch die Monolithen in dem Elementrahmen stromabwärts eines oder mehrerer Monolithen befinden.
Der Elementrahmen kann mehrere Monolithen umfassen, wobei die zwei oder mehr Monolithen, die so positioniert sind, dass der Auslass eines Monolithen neben dem Einlass eines anderen Monolithen liegt, Katalysatoren mit der gleichen Funktionalität enthalten. Der Begriff „mit der gleichen Funktionalität“ bedeutet, dass die nebeneinanderliegenden Katalysatoren die gleiche Art von chemischen Reaktionen, wie zum Beispiel selektive katalytische Reduktion (SCR - selective catalytic reduction), Ammoniakoxidation, Kohlenwasserstoffoxidation, NOx-Speicherung, Sauerstoff-Speicherung usw., durchführen.
Der Elementrahmen kann mehrere Monolithen umfassen, wobei zwei der zwei oder mehr Monolithen, die so positioniert sind, dass der Auslass eines Monolithen neben dem Einlass eines anderen Monolithen liegt, Katalysatoren mit unterschiedlicher Funktionalität enthalten. Der Begriff „mit unterschiedlicher Funktionalität“ bedeutet, dass die nebeneinanderliegenden Katalysatoren verschiedene Arten von chemischen Reaktionen durchführen. Es sind zahlreiche Konfigurationsarten möglich. Zum Beispiel kann sich an einen Katalysatoren für selektive katalytische Reduktion (SCR) umfassenden Monolithen ein Katalysatoren für Ammoniakoxidation umfassender Monolith anschließen. An einen Katalysatoren für Kohlenwasserstoffoxidation umfassenden Monolithen kann sich ein Monolith mit Katalysatoren für selektive katalytische Reduktion (SCR) anschließen. An einen NOx-Speicherung bereitstellenden Katalysator umfassenden Monolithen kann sich ein Katalysatoren für SCR umfassender Monolith anschließen. Dem Fachmann sind andere mögliche Kombinationen von Katalysatoren bekannt.
Mindestens eine Wand des Elementrahmens kann einen verlängerten Abschnitt umfassen, wobei der verlängerte Abschnitt mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
Mindestens zwei Wände des Elementrahmens können einen verlängerten Abschnitt umfassen, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
Jede der vier Seiten des Elementrahmens kann einen verlängerten Abschnitt umfassen, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
Es können an der Einlassseite, der Auslassseite oder sowohl an der Einlass- als auch an der Auslassseite des Rahmenelements verlängerte Abschnitte vorhanden sein. 13 zeigt einen Elementrahmen, bei dem jede der Seiten (30) einen verlängerten Abschnitt (34) enthält, der mehrere Öffnungen umfasst. In 13 werden zwei Arten von Öffnungen, Löchern und Schlitzen gezeigt. Es können auch andere Formen oder Kombinationen von Formen verwendet werden.
Vorsprünge
Eine oder mehrere Wände, vorzugsweise jede Wand, können mehrere Vorsprünge umfassen, die sich in den Innenraum erstrecken.
Die Anzahl und die Größe der Vorsprünge an einer Wand kann in Abhängigkeit von mehreren Faktoren variieren, einschließlich der physikalischen Eigenschaften der Matte, der Größe der Matte und der Anzahl von pro Wand verwendeten Matten und der Größe der Wand des Elementrahmens, aber nicht darauf beschränkt. 7 zeigt einen Elementrahmen, wobei jede Wand 25 Vorsprünge in einer 5 × 5-Matrix aufweist.
Die Funktion der Vorsprünge besteht darin, die Matte zwischen Wand und Monolith zu halten, um eine Zerstörung oder Beschädigung des Monolithen durch Scherkräfte zu unterbinden. Wenn zum Überdecken aller vier Seiten des Monolithen eine einzige Matte verwendet wird, ist gegebenenfalls eine geringere Anzahl von Vorsprüngen erforderlich, als wenn zwei oder mehr Matten zum Überdecken jeder Seite des Monolithen verwendet werden. Wenn sich die Matte in Form von Streifen befindet, wobei zwei oder mehr Streifen auf einer Seite eines Monolithen verwendet werden, wären mehr Vorsprünge erforderlich, als wenn eine einzige Matte zum Überdecken aller vier Seiten des Monolithen verwendet wird. 9 zeigt eine Querschnittsansicht eines Vorsprungs am Rahmenelement, wobei der Vorsprung eine Höhe (h) und eine Basis mit der Breite (w) aufweist. Je größer die Höhe eines Vorsprungs bezüglich der Fläche der Basis des Vorsprungs, desto wahrscheinlicher ist es, dass der Vorsprung die Matte bei Normalgebrauch aufgrund von Schwingungen stören kann. Es ist jedoch möglicherweise weniger wahrscheinlich, dass ein Vorsprung mit einer geringen Höhe bezüglich der Fläche der Basis des Vorsprungs die Matte bei Normalgebrauch stört, und die relativ große Basis kann eine größere Oberfläche der Matte leichter berühren. Die Höhe des Vorsprungs kann ca. 1 mm betragen, und der Vorsprung kann ca. 6 mm breit sein. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Matte, der Dicke der Wand des Elementrahmens und des Materials können Vorsprünge mit anderen Höhen und Breiten verwendet werden, wie zum Beispiel 2 mm × 10 mm oder 1 mm × 10 mm. Eine Matte kann in große Streifen geschnitten sein, deren Breite der Tiefe des Monolithen ungefähr entspricht. Die Matte kann dann um den Monolithen gewickelt werden, und dann kann der mit der Matte überdeckte Monolith in den Elementrahmen platziert werden. Die Matte kann auch als zwei oder mehr Streifen vorliegen, wobei die kombinierten Breiten der Streifen kleiner als oder gleich der Tiefe des Monolithen sind. Wenn zwei Streifen verwendet werden und die kombinierten Breiten der Streifen kleiner als die Tiefe des Monolithen ist, wird bevorzugt, dass die Streifen außermittig positioniert werden. Der Elementrahmen wird komprimiert, und dann werden die Seiten miteinander verschweißt, und es wird ein Verriegelungselement durch Verschweißen an den vier Wänden des Elementrahmens am Einlassende und am Auslassende befestigt.
Der erfindungsgemäße Elementrahmen weist einen verbesserten offenen Frontbereich für Katalysatorverwendung für das Abgas auf, während er eine verbesserte mechanische Stabilität gegenüber Stoß und Schwingungen gewährleistet.
Monolith
Der Begriff „Monolith“, auch als „Waben“-Katalysator bekannt, bedeutet einen Träger mit mehreren feinen, parallelen Gasströmungsdurchgängen, die von einer Einlass- zu einer Auslassseite des Monolithen verlaufen, so dass die Durchgänge für Fluidstrom offen sind. Ein Monolith kann eine rechteckige, vorzugsweise quadratische, Querschnitts- und Zustromfläche aufweisen. Die Seite der Monolithen kann von beliebigen Abmessungen, vorzugsweise zwischen 10 cm bis einschließlich 30 cm, sein. Die Länge des Monolithen in Strömungsrichtung reicht typischerweise von 15 cm bis 150 cm, obgleich auch andere Längen verwendet werden können. Die Breite des Elementrahmens in Abgasstromrichtung entspricht ungefähr der Länge des Monolithen.
Ein Monolith weist einen Einlass, einen Auslass, vier Seiten und mehrere Strömungsdurchgänge (oder „Zellen“) auf. Monolithen können bis zu ca. 700 oder mehr Strömungsdurchgänge pro Quadratzoll des Querschnitts enthalten, obgleich weit weniger verwendet werden können. Zum Beispiel kann der Träger für stationäre Anwendungen typischerweise von ca. 9 bis 600, üblicher von ca. 35 bis 300, Zellen pro Quadratzoll („cpsi“ - cells per square inch) aufweisen. Die Durchgänge, die im Wesentlichen gerade Bahnen von ihrem Fluideinlass zu ihrem Fluidauslass sind, werden durch Wände definiert, auf die ein oder mehrere Katalysatoren, die zur Behandlung von Abgasen wirken, als ein „Washcoat“ beschichtet sind, so dass die durch die Durchgänge strömenden Gase das katalytische Material berühren.
Ein Durchschnittsfachmann ist mit der Verwendung und der Auswahl eines oder mehrerer Katalysatoren zur Reduzierung von Stickoxiden, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen, Ammoniakschlupf und anderen Verunreinigungen zur Bildung von Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid, die relativ harmlose Verbindungen sind, vertraut. Der Monolith kann einen SCR-Katalysator und/oder einen Ammoniakoxidationskatalysator und/oder einen Kohlenwasserstoffoxidationskatalysator und/oder einen NOx-Speicherkatalysator und/oder einen Sauerstoffspeicherkatalysator usw. umfassen. Der Monolith kann ein Filter, wie zum Beispiel ein Keramikfilter, sein. Es können auch andere Arten von Katalysatoren vorhanden sein. Die Strömungsdurchgänge des Monolithsubstrats sind dünnwandige Kanäle, die irgendeine geeignete Querschnittsform, wie zum Beispiel eine trapezförmige, rechtwinklige, quadratische, dreieckige, sinusförmige, hexagonale, ovale, kreisförmige usw., aufweisen können. Die Erfindung ist nicht auf ein(e) bestimmte(s) Art, Material oder Geometrie des Substrats beschränkt. Der Monolith ist allgemein ein extrudiertes Material, vorzugsweise ein Keramiksubstrat.
Keramiksubstrate können aus irgendeinem geeigneten feuerfesten Material, wie zum Beispiel Cordierit, Cordierit-a-Aluminiumoxid, a-Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Zirkoniumoxid, Mullit, Spodumen, Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Magnesiumoxid, Zirconiumsilicat, Sillimanit, Magnesiumsilicate, Zirkon, Petalit, Aluminiumsilicate und Gemische davon, hergestellt sein. Das Keramiksubstrat kann selbst eine katalytische Aktivität aufweisen. In einigen Fällen ist kein zusätzliches Katalysatormaterial auf Keramiksubstraten mit katalytischer Aktivität aufgebracht.
Matten
Eine oder mehrere Matten können eine Dichtung bilden, die Abgasbewegung um den Monolithen einschränkt. Die Matten können eine direkte physische Berührung zwischen dem Monolithen und dem Elementrahmen verhindern und eine Dämpfung gegen Stoß und Schwingungen, die von externen Kräften in den Elementrahmen eingebracht werden, bereitstellen. Matten, die in dieser Erfindung verwendet werden können, sind in der Technik bekannt.
Eine einzige Matte kann im Wesentlichen alle der vier Seiten eines Monolithen überdecken. Mindestens ein Großteil jeder der vier Seiten eines Monolithen kann durch eine Matte überdeckt werden. Eine einzige Matte kann im Wesentlichen alle der vier Seiten eines Monolithen überdecken. Ein oder mehrere Mattenteile können den gesamten oder fast den gesamten Monolithen umgeben. Die Matte kann in Form von Streifen vorliegen, und die Streifen umgeben möglicherweise nur einen Teil des Monolithen.
Mindestens ein Großteil der Fläche mindestens einer Seite eines Monolithen kann durch eine oder mehrere Matten überdeckt sein.
Mindestens ein Großteil der Fläche jeder von mindestens zwei Seiten eines Monolithen kann durch eine oder mehrere Matten überdeckt sein.
Mindestens ein Großteil der Fläche jeder der vier Seiten eines Monolithen kann durch eine oder mehrere Matten überdeckt sein.
Die Dicke der Matte kann so ausgewählt werden, dass die Matte einen Spalt zwischen dem Monolithen und dem Rahmenelement füllt und eine Polsterung bereitstellt, die es dem Monolithen gestattet, einem Oberflächendruck von mindestens ca. 100, vorzugsweise ca. 150, besonders bevorzugt ca. 200 Newton/mm², Oberflächendruck standzuhalten, wenn der Elementrahmen während des Zusammenbaus zusammengepresst wird.
Die Dicke einer oder mehrerer Matten, die mit einem Monolithen verwendet werden, kann basierend auf der Größe des Monolithen, mit dem die Matte in Berührung steht, bestimmt werden. Monolithen sind in verschiedensten Größen im Handel erhältlich, wobei die Toleranz von Monolithen jeder Größe von dem Hersteller abhängig ist. Ein Monolith mit einem Querschnitt von 150 × 150 kann eine Toleranz von + 3 mm aufweisen. Durch Vorsehen von Matten mit unterschiedlichen Dicken würde ein Monolith mit einem Ist-Querschnitt von 149 × 149 mm eine Matte verwenden, die dicker ist als die für einen Monolithen mit einem Ist-Querschnitt von 153 × 153 mm verwendet wird. Die für den Monolithen mit einem Ist-Querschnitt von 153 × 153 mm verwendete Matte wäre dünner als die für einen Monolithen mit einem Ist-Querschnitt von 150 × 150 mm verwendete Matte.
Wenn der Monolith eine Nennbreite N und eine Ist-Breite A hat, ist die Dicke einer mit einem Monolithen mit einer Ist-Breite A gleich der Nennbreite N verwendeten Matte B, und die Soll-Dicke einer mit einem Monolithen mit einer Ist-Breite C verwendeten Matte ist:

a) B + (A-C), wenn C < A;
b) B, wenn C = A und
c) B - (C-A), wenn C > A,

Es können zwei Matten verwendet werden, um die Soll-Dicke zu erhalten.
Verriegelungselement
Der Elementrahmen umfasst ein oder mehrere Verriegelungselemente, wobei sich jedes Verriegelungselement über das Einlass- und/oder Auslassende des Elementrahmens erstreckt und mit gegenüberliegenden Wänden des Elementrahmens verbunden ist. Die Verriegelungselemente halten die Monolithen innerhalb des Elementrahmens und verhindern die Bewegung von gegenüberliegenden Wänden des Elementrahmens. Die 5 und 13 zeigen jeweils einen Elementrahmen, der vier Monolithen in einer 2 × 2-Konfiguration mit zwei Verriegelungselementen enthält, wobei jedes Verriegelungselement über die Seiten von zwei benachbarten Monolithen und einen Spalt zwischen den Monolithen verläuft. Im Falle eines 1 × 3-Monolithenelementrahmens können die Einlassseite und die Auslassseite jeweils zwei Verriegelungselemente umfassen, wobei sich jedes der Verriegelungselemente über einen Spalt zwischen zwei benachbarten Monolithen befindet.
Die Verriegelungselemente enthalten vorzugsweise einen oder mehrere Ausschnitte. Der Ausschnitt gewährleistet eine Zunahme der Anzahl von Zellen in dem Monolithen, die dem Abgasstrom direkt ausgesetzt sind, wenn das Katalysatormodul dem Abgas von einer Abgasquelle ausgesetzt ist. Umfasst ein Verriegelungselement keine Ausschnitte, wird eine größere Anzahl von Zellen in den Monolithen von dem Verriegelungselement überdeckt, und dies reduziert die Anzahl von Zellen, die mit dem Abgas in direkte Berührung kommen. Die Breite des Ausschnitt-Verriegelungselements ist derart, dass der Spalt zwischen den Monolithen überdeckt wird. Bei der Bestimmung der Breite des Ausschnitts sollte die Herstellungstoleranz der Breiten der Monolithen berücksichtigt werden. Sich an dem Elementrahmen auf der Einlass- und Auslassseite befindende Verriegelungselemente können Ausschnitte enthalten, so dass vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 8%, ganz besonders bevorzugt weniger als 7%, sogar noch stärker bevorzugt weniger als 6% und am stärksten bevorzugt weniger als 5% der Katalysatorzellen dem Abgasstrom nicht direkt ausgesetzt sind. Dies führt zu einem geringeren Gegendruck und einer höheren Nutzung der Katalysatormonolithen und deshalb zu einer höheren Umwandlung.
Wenn (a) die Wände eines Elementrahmens in dem Einlass und Auslass des Elementrahmens (wie in den 6, 7 und 13 gezeigt) und/oder (b) ein Verriegelungselement (wie in den 13 und 14 gezeigt) einen Ausschnitt umfasst/umfassen, ist das Ausmaß der Umwandlung von NH3, NOx, Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenmonoxid größer als das eines vergleichbaren Elementrahmens ohne Ausschnitte.
7 zeigt eine Ansicht eines Elementrahmens von einem Einlass- oder Auslassende mit zwei befestigten Verriegelungselementen. Monolithe, deren Seitenwand durch Matten zumindest teilweise überdeckt ist, sind innerhalb der Wände des Elementrahmens platziert. Jedes Verriegelungselement kann durch Schweißen mit gegenüberliegenden Wänden verbunden sein. Das Verriegelungselement ist vorzugsweise unter Vorspannung mit dem Elementrahmen verschweißt, wodurch ein Ausbauchen des Elementrahmens auf ein Minimum reduziert oder verhindert wird. Ein Ausbauchen des Elementrahmens kann zu einem geringeren Oberflächendruck und deshalb zu einem erhöhten Risiko einer Bewegung der Monolithen unter regelmäßiger mechanischer Belastung wie Stoß und Schwingungen unter typischen Auslasssystembedingungen führen.
Katalysatormodul
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein Katalysatormodul einen Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung umfassen.
Erfindungsgemäße Katalysatormodule können in einer von zwei Gruppen vorliegen: mit Umfangsrahmen und ohne Umfangsrahmen.
Katalysatormodule mit Umfangsrahmen sind in der Technik bekannt, wie zum Beispiel in 1 gezeigt. Katalysatormodule mit Umfangsrahmen können zwei Seiten 10, eine Oberseite 11, eine Unterseite 12 und mehrere durch horizontale Trennwände 13 und vertikale Trennwände 14 gebildete Räume 15 aufweisen. In jedem der Räume 15 kann ein Elementrahmen 20 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, der mehrere einen oder mehrere Katalysatoren umfassende Monolithen enthält, eingesetzt sein. Vorzugsweise umfassen die Rahmenelemente ein oder mehrere Verriegelungselemente, wie oben beschrieben.
Ein Katalysatormodul ohne Umfangsrahmen kann durch Miteinanderkombinieren mehrerer Elementrahmen durch Nebeneinanderplatzieren von Rahmenelementen und Platzieren von Elementrahmen oben auf anderen Rahmenelementen und Verbinden von Rahmenelementen mit benachbarten Rahmenelementen gebildet werden (siehe 15). Ein Katalysatormodul ohne Umfangsrahmen ist besonders dann nützlich, wenn nur eine geringe Anzahl von Monolithen erforderlich ist und das zusätzliche Gewicht und die zusätzliche Komplexität der Verwendung eines Katalysatormoduls mit Umfangsrahmen vermieden werden kann.
Vorzugsweise sind die Rahmenelemente mit benachbarten Rahmenelementen verbunden. Benachbarte Rahmenelemente können ein Dichtungselement, wie zum Beispiel eine Matte, das sich zwischen ihnen befindet, aufweisen. Ein Rahmenelement kann durch Schweißen, Klebstoffe, die Temperaturen, Schwingungen und Stößen, denen die Katalysatormodule ausgesetzt sind, wenn sie in einem Abgasstrom platziert sind, widerstehen können, oder mechanische Mittel, wie zum Beispiel Schrauben, Muttern, Anker usw., mit benachbarten Rahmenelementen verbunden sein. Vorzugsweise umfassen eine oder mehrere Seiten der Elementrahmen eine Verlängerung.
Die Elementrahmen im Katalysatormodul können dahingehend angeordnet sein, das Umgehen der Elementrahmen durch den Abgasstrom, wenn das Katalysatormodul in einem Auslasssystem installiert ist, auf ein Minimum zu reduzieren.
Ein Katalysatormodul kann mehrere Elementrahmen umfassen, wobei mindestens eine Wand des Elementrahmens einen verlängerten Abschnitt umfasst, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann, und jeder Elementrahmen ist durch einen verlängerten Abschnitt an den Elementrahmen mit einem oder mehreren Elementrahmen verbunden.
Ein Katalysatormodul mit mehreren Elementrahmen, wobei mindestens eine Wand des Elementrahmens einen verlängerten Abschnitt umfasst, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann, und die Elementrahmen sind so angeordnet, dass ein Umgehen der Elementrahmen durch Abgas auf ein Minimum reduziert wird.
Ein Katalysatormodul kann mehrere Elementrahmen umfassen, wobei mindestens zwei Wände des Elementrahmens einen verlängerten Abschnitt umfassen, der mehrere Öffnungen umfasset, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann, und die Elementrahmen sind so angeordnet, dass ein Umgehen der Elementrahmen durch Abgas auf ein Minimum reduziert wird.
Ein Katalysatormodul kann mehrere Elementrahmen umfassen, wobei jede der vier Seiten des Elementrahmens einen verlängerten Abschnitt umfasst, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann, und die Elementrahmen sind so angeordnet, dass ein Umgehen der Elementrahmen durch Abgas auf ein Minimum reduziert wird.
Jedes der Rahmenelemente im Katalysatormodul kann mit einem benachbarten Rahmenelement verbunden werden, wenn die Rahmenelemente einen verlängerten Abschnitt umfassen, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
Jedes der Rahmenelemente im Katalysatormodul kann mit allen benachbarten Rahmenelementen verbunden werden, wenn die Rahmenelemente einen verlängerten Abschnitt umfassen, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
Ein Katalysatormodul kann ferner mehrere Räume umfassen, die durch horizontale Trennwände und vertikale Trennwände gebildet werden, wobei sich ein Rahmenelement, das einen Monolithen und eine oder mehrere sich zwischen jeder Seite jedes Monolithen befindende Matten enthält, in einem Raum vorhanden ist.
Die Katalysatormodule können direkt in den Auslasskanal oder in einen größeren Reaktionsraum, der als Reaktor bezeichnet wird, in den Abgasstrom fixiert werden.
Ein Auslasssystem kann einen Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung umfassen.
Ein Auslasssystem kann ein Katalysatormodul umfassen, das ein en Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung umfasst.
Wenn der Monolith in einem Elementrahmen, entweder alleine oder in einem Katalysatormodul, einen SCR-Katalysator umfasst, kann ein Auslasssystem ferner eine Einrichtung zum Injizieren eines Reduktionsmittelfluids, zum Beispiel eines kohlenwasserstoff- oder stickstoffhaltigen Reduktionsmittels oder eines Vorläufers davon, in das Abgas stromaufwärts des Elementrahmens umfassen. Vorzugsweise umfasst die Einrichtung einen Injektor. Für einen Durchschnittsfachmann wäre ersichtlich, dass Ammoniak oder irgendeine andere Art von Reduktionsmittel erforderlich ist, wenn ein SCR-Katalysator zur Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff verwendet wird. Solch eine Person würde wissen, wie das Reaktionsmittel dem Abgas zuzusetzen ist und wie der SCR-Katalysator in dem System zu verwenden ist. Solch eine Person würde auch wissen, dass Einrichtungen zum stromaufwärtigen Injizieren eines Reduktionsmittelfluids in das Abgas in der Technik wohlbekannt sind.
Gemäß noch einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Elementrahmens des ersten Aspekts der Erfindung. Ein Verfahren zur Herstellung eines Elementrahmens des ersten Aspekts der Erfindung umfasst Umwickeln jedes Monolithen mit einer Matte, Platzieren des umwickelten Monolithen in den Innenraum des Elementrahmens, bevor das Verriegelungselement mit dem Elementrahmen verbunden wird und die Verriegelungselemente mit dem Elementrahmen verbunden werden, während der Elementrahmen, der den mit der Matte umwickelten Monolithen enthält, mit einer Druckkraft beaufschlagt wird. Vorzugsweise wird der Elementrahmen in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Matte mit einem Druck von mindestens ca. 100 Newton/mm², vorzugsweise mindestens ca. 150 Newton/mm², besonders bevorzugt mindestens ca. 200 Newton/mm², komprimiert.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormoduls, das mehrere Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung umfasst. Das Verfahren umfasst Bilden eines Elementrahmens, der einen oder mehrere Monolithe, eine oder mehrere Matten und ein oder mehrere Verriegelungselemente umfasst, durch Umwickeln jedes Monolithen mit einer Matte, Platzieren des umwickelten Monolithen in den Elementrahmen, Verbinden des einen oder der mehreren Verriegelungselemente mit dem Elementrahmen, während der Elementrahmen, der den mit der Matte umwickelten Monolithen enthält, mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, und entweder (a) Miteinanderverbinden eines oder mehrerer Elementrahmen zur Bildung eines Katalysatormoduls oder (b) Einführen des das eine oder die mehreren Verriegelungselemente enthaltenden Elementrahmens in eine Trennwand in einem Rahmen in einem Katalysatormodul. Vorzugsweise wird der Elementrahmen in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Matte mit einem Druck von mindestens ca. 100 Newton/mm², vorzugsweise mindestens ca. 150 Newton/mm², besonders bevorzugt mindestens ca. 200 Newton/mm², beaufschlagt. Ein Durchschnittsfachmann wäre mit den Techniken und Vorgehensweisen, die zur Herstellung eines Katalysatormoduls mit einem Umfangsrahmen verwendet werden, wobei die oben beschriebenen Elementrahmen innerhalb von Trennwänden im Elementrahmen platziert werden können, vertraut. Solch eine Person wäre auch mit den Techniken und Vorgehensweisen, die zur Verbindung von Elementrahmen, die eine Verlängerung umfassen, wie oben beschrieben, miteinander unter Verwendung von mechanischen Befestigungselementen verwendet werden, vertraut.
Ein Verfahren zur Behandlung eines Abgases umfasst Leiten eines Abgases durch einen Monolithen in einem Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung, wobei der Monolith einen oder mehrere Katalysatoren umfasst, die zur Reduzierung der Konzentration eines oder mehrerer Gase in dem Abgas wirken.
Ein Verfahren zur Erhöhung der mit einem Abgas in Berührung gebrachten Katalysatormenge umfasst Leiten eines Abgases durch einen Elementrahmen des ersten Aspekts der Erfindung, wobei der Elementrahmen einen Ausschnitt umfasst.
Die Erfindung kann auch gemäß einer oder mehreren der folgenden Definitionen definiert werden:

1) Ein Elementrahmen zum Halten von Katalysatoren enthaltenden Monolithen in dem Strom von Abgasen von einer Verbrennungsquelle, wobei der Elementrahmen zwei Paare einander gegenüberliegender Wände, wobei die Wände eine rechteckige oder quadratische Form bilden, einen durch die Wände gebildeten Innenraum, ein Einlassende, ein Auslassende, mindestens ein Verriegelungselement, mindestens eine Matte und mindestens einen Monolithen umfasst, der einen Einlass, einen Auslass, vier Seiten und mindestens einen Katalysator umfasst, der zum Reduzieren der Konzentration eines oder mehrerer Gase in dem Abgas wirkt, wobei die mindestens eine Matte und der mindestens eine Monolith in dem Innenraum des Elementrahmens mit mindestens einer Matte zwischen dem Monolithen und jeder benachbarten Wand positioniert sind, wobei sich jedes Verriegelungselement über das Einlassende oder das Auslassende des Elementrahmens erstreckt und mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Elementrahmens verbunden ist.
2) Der Elementrahmen nach 1), wobei zwei oder mehr Monolithe in dem Innenraum des Elementrahmens vorhanden sind, sich mindestens zwei Monolithen nebeneinander befinden und sich mindestens eine Matte zwischen benachbarten Monolithen befindet.
3) Der Elementrahmen nach 1) oder 2), wobei sich mindestens zwei Verriegelungselemente am Einlassende des Elementrahmens befinden und sich mindestens zwei Verriegelungselemente am Auslassende des Elementrahmens befinden.
4) Der Elementrahmen nach 1) bis 3), wobei sich, wenn der Elementrahmen mindestens zwei Monolithe umfasst, ein Raum zwischen benachbarten Monolithen befindet und sich mindestens eines der Verriegelungselemente über den Raum zwischen zwei Monolithen und vorzugsweise auf diesen zentriert befindet.
5) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 4), wobei jedes Verriegelungselement durch Schweißen mit gegenüberliegenden Wänden verbunden ist.
6) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 5), wobei das Verriegelungselement einen Ausschnitt umfasst, wobei der Ausschnitt eine Erhöhung der Anzahl von Zellen in dem Monolithen gewährleistet, die dem Abgasstrom direkt ausgesetzt sind, wenn das Katalysatormodul Abgas von einer Abgasquelle ausgesetzt ist.
7) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 6), wobei (a) die Wände eines Elementrahmens im Einlass und Auslass des Elementrahmens und/oder (b) ein Verriegelungselement einen Ausschnitt umfasst/umfassen, wobei das Ausmaß der Umwandlung von NH3 und/oder NOx und/oder Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenmonoxid größer als das eines vergleichbaren Elementrahmens ohne Ausschnitte ist.
8) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 7), wobei jede Wand mehrere Vorsprünge umfasst, die sich in den Innenraum erstrecken.
9) Der Elementrahmen nach 8), wobei die mehreren Vorsprünge dahingehend ausgebildet sind, eine Fasermatte zu berühren und die Fasermatte an einen Monolithen zu halten, der einen oder mehrere Katalysatoren umfasst, wenn sich der Monolith im Innenraum des Elementrahmens befindet.
10) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 9), wobei mindestens eine Wand des Elementrahmens einen verlängerten Abschnitt umfasst, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
11) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 10), wobei mindestens zwei Wände des Elementrahmens einen verlängerten Abschnitt umfassen, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
12) Der Elementrahmen nach 1) bis 11), wobei jede der vier Seiten des Elementrahmens einen verlängerten Abschnitt umfasst, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
13) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 12), wobei mindestens ein Großteil der Fläche jeder mindestens einer Seite eines Monolithen durch eine oder mehrere Matten überdeckt wird.
14) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 13), wobei mindestens ein Großteil der Fläche jeder von mindestens zwei Seiten eines Monolithen durch eine oder mehrere Matten überdeckt wird.
15) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 14), wobei mindestens ein Großteil der Fläche jeder der vier Seiten eines Monolithen durch eine oder mehrere Matten überdeckt wird.
16) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 15), wobei die Matte in Form von Streifen vorliegt, und die Streifen nur einen Teil des Monolithen umgeben.
17) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 16), wobei die Dicke der Matte so ausgewählt wird, dass die Matte einen Spalt zwischen dem Monolithen und dem Rahmenelement füllt und eine Polsterung bereitstellt, die es dem Monolithen gestattet, einem Oberflächendruck von mindestens ca. 100, vorzugsweise mindestens ca. 150, besonders bevorzugt mindestens ca. 200 Newton/mm², Oberflächendruck standzuhalten, wenn der Elementrahmen während des Zusammenbaus zusammengepresst wird.
18) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 17), wobei der Monolith eine Nennbreite N und eine Ist-Breite A hat, wobei die Dicke einer mit einem Monolithen mit einer Ist-Breite A gleich der Nennbreite N verwendeten Matte B ist und die Soll-Dicke einer mit einem Monolithen mit einer Ist-Breite C verwendeten Matte Folgendes ist:
1. a) B + (A-C), wenn C < A;
2. b) B, wenn C = A und
3. c) B - (C-A), wenn C > A,
wobei die Ist-Dicke der mit einem Monolithen mit einer Ist-Breite C verwendeten Matte die nächste Dicke einer im Handel erhältlichen Matte aus dem Material der Breite B ist.
19) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 18), wobei eine oder mehrere Matten eine Dichtung bilden, die eine Abgasbewegung um den Monolithen einschränkt.
20) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 19), wobei der Monolith einen SCR-Katalysator umfasst.
21) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 20), wobei der Monolith einen Oxidationskatalysator umfasst.
22) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 21), wobei der Monolith ein Filter ist.
23) Der Elementrahmen nach einem von 1) bis 22, wobei der Elementrahmen mehrere Monolithen umfasst und zwei oder mehr Monolithen so positioniert sind, dass der Auslass eines Monolithen neben dem Einlass eines anderen Monolithen liegt und ein Abgasstrom nacheinander durch mindestens zwei Monolithen strömt.
24) Der Elementrahmen nach 23), wobei die zwei oder mehr Monolithen, die so positioniert sind, dass der Auslass eines Monolithen neben dem Einlass eines anderen Monolithen liegt, Katalysatoren mit der gleichen Funktionalität enthalten.
25) Der Elementrahmen nach 23), wobei zwei der zwei oder mehr Monolithen, die so positioniert sind, dass der Auslass eines Monolithen neben dem Einlass eines anderen Monolithen liegt, Katalysatoren mit unterschiedlicher Funktionalität enthalten.
26) Ein Katalysatormodul, das mehrere Elementrahmen nach einem von 1) bis 25) umfasst.
27) Das Katalysatormodul nach 26), wobei die Elementrahmen dahingehend angeordnet sind, das Umgehen der Elementrahmen durch den Abgasstrom, wenn das Katalysatormodul in einem Auslasssystem installiert ist, auf ein Minimum zu reduzieren.
28) Ein Katalysatormodul, das mehrere Elementrahmen nach einem oder mehreren von 10), 11) und 12) umfasst, wobei jeder Elementrahmen durch einen verlängerten Abschnitt an den Elementrahmen mit einem oder mehreren Elementrahmen verbunden ist.
29) Ein Katalysatormodul, das mehrere Elementrahmen nach einem oder mehreren von 10), 11) und 12) umfasst, wobei die Elementrahmen so angeordnet sind, dass um die Elementrahmen minimale Abgasumgehung vorliegt.
30) Ein Katalysatormodul nach einem von 26)-29), wobei jedes der Rahmenelemente mit einem benachbarten Rahmenelement verbunden ist.
31) Ein Katalysatormodul nach einem von 26)-29), wobei jedes der Rahmenelemente mit allen benachbarten Rahmenelementen verbunden ist.
32) Ein Katalysatormodul nach einem von 26)-31), wobei das Katalysatormodul ferner mehrere Räume umfasst, die durch horizontale Trennwände und vertikale Trennwände gebildet werden, wobei sich ein Rahmenelement, das einen Monolithen und eine oder mehrere sich zwischen jeder Seite jedes Monolithen befindende Matten enthält, in einem Raum vorhanden ist.
33) Ein Auslasssystem, das einen Elementrahmen nach einem von 1) bis 25) umfasst.
34) Ein Auslasssystem, das ein Katalysatormodul nach einem von 26) bis 32) umfasst.
35) Ein Auslasssystem nach 33) oder 34), ferner umfassend ein Mittel zum Bilden von NH3 im Abgas, wobei sich das Mittel zum Bilden von NH3 vor dem Elementrahmen oder Katalysatormodul befindet.
36) Ein Verfahren zur Herstellung eines Elementrahmens nach einem von 1) bis 25), wobei das Verfahren Umwickeln jedes Monolithen mit einer Matte, Platzieren des umwickelten Monolithen in den Innenraum des Elementrahmens, bevor das Verriegelungselement mit dem Elementrahmen verbunden wird und die Verriegelungselemente mit dem Elementrahmen verbunden werden, während der Elementrahmen, der den mit der Matte umwickelten Monolithen enthält, mit einer Druckkraft beaufschlagt wird umfasst.
37) Das Verfahren nach 36), wobei der Elementrahmen mit einem Druck von mindestens ca. 100 Newton/mm², vorzugsweise mindestens ca. 150 Newton/mm², besonders bevorzugt mindestens ca. 200 Newton/mm², komprimiert wird.
38) Ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormoduls nach einem von 26) bis 32), wobei das Verfahren Bilden eines Elementrahmens, der einen oder mehrere Monolithe, eine oder mehrere Matten und ein oder mehrere Verriegelungselemente umfasst, durch Umwickeln jedes Monolithen mit einer Matte, Platzieren des umwickelten Monolithen in den Elementrahmen, Verbinden des einen oder der mehreren Verriegelungselemente mit dem Elementrahmen, während der Elementrahmen, der den mit der Matte umwickelten Monolithen enthält, mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, und entweder (a) Miteinanderverbinden eines oder mehrerer Elementrahmen zur Bildung eines Katalysatormoduls oder (b) Einführen des das eine oder die mehreren Verriegelungselemente enthaltenden Elementrahmens in eine Trennwand in einem Rahmen in einem Katalysatormodul umfasst.
39) Das Verfahren nach 38), wobei die Druckkraft mindestens ca. 100 Newton/mm², vorzugsweise mindestens ca. 150 Newton/mm², besonders bevorzugt mindestens ca. 200 Newton/mm² beträgt.
40) Ein Verfahren zur Behandlung eines Abgases, wobei das Verfahren Leiten eines Abgases durch einen Monolithen in einem Elementrahmen nach einem von 1) bis 25) umfasst, wobei der Monolith einen oder mehrere Katalysatoren umfasst, die zur Reduzierung der Konzentration eines oder mehrerer Gase in dem Abgas wirken.
41) Ein Verfahren zur Erhöhung der mit einem Abgas in Berührung gebrachten Katalysatormenge, wobei das Verfahren Leiten eines Abgases durch einen Elementrahmen nach 6) oder 7) umfasst.

Claims

Elementrahmen zum Halten von Katalysatoren enthaltenden Monolithen in dem Strom von Abgasen von einer Verbrennungsquelle, wobei der Elementrahmen zwei Paare einander gegenüberliegender Wände, wobei die Wände eine rechteckige oder quadratische Form bilden, einen durch die Wände gebildeten Innenraum, ein Einlassende, ein Auslassende, mindestens ein Verriegelungselement, mindestens eine Matte und mindestens einen Monolithen umfasst, der einen Einlass, einen Auslass, vier Seiten und mindestens einen Katalysator umfasst, der zum Reduzieren der Konzentration eines oder mehrerer Gase in dem Abgas wirkt, wobei die mindestens eine Matte und der mindestens eine Monolith in dem Innenraum des Elementrahmens mit mindestens einer Matte zwischen dem Monolithen und jeder benachbarten Wand positioniert sind, wobei sich jedes Verriegelungselement über das Einlassende oder das Auslassende des Elementrahmens erstreckt und mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Elementrahmens verbunden ist.
Elementrahmen nach Anspruch 1, wobei zwei oder mehr Monolithe in dem Innenraum des Elementrahmens vorhanden sind, sich mindestens zwei Monolithen nebeneinander befinden und sich mindestens eine Matte zwischen benachbarten Monolithen befindet.
Elementrahmen nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich mindestens zwei Verriegelungselemente am Einlassende des Elementrahmens befinden und sich mindestens zwei Verriegelungselemente am Auslassende des Elementrahmens befinden.
Elementrahmen nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei sich, wenn der Elementrahmen mindestens zwei Monolithe umfasst, ein Raum zwischen benachbarten Monolithen befindet und sich mindestens eines der Verriegelungselemente über den Raum zwischen zwei Monolithen und vorzugsweise auf diesen zentriert befindet.
Elementrahmen nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei jede Wand mehrere Vorsprünge umfasst, die sich in den Innenraum erstrecken.
Elementrahmen nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens eine Wand des Elementrahmens einen verlängerten Abschnitt umfasst, der mehrere Öffnungen umfasst, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass sich ein Befestigungselement zum Zusammenfügen des Elementrahmens mit einem anderen Elementrahmen durch die Öffnung erstrecken kann.
Elementrahmen nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Dicke der Matte so ausgewählt wird, dass die Matte einen Spalt zwischen dem Monolithen und dem Rahmenelement füllt und eine Polsterung bereitstellt, die es dem Monolithen gestattet, einem Oberflächendruck von mindestens 100, vorzugsweise mindestens 150, besonders bevorzugt mindestens 200 Newton/mm², Oberflächendruck standzuhalten, wenn der Elementrahmen während des Zusammenbaus zusammengepresst wird.
Elementrahmen nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Monolith eine Nennbreite N und eine Ist-Breite A hat, wobei die Dicke einer mit einem Monolithen mit einer Ist-Breite A gleich der Nennbreite N verwendeten Matte B ist und die Soll-Dicke einer mit einem Monolithen mit einer Ist-Breite C verwendeten Matte Folgendes ist: a) B + (A-C), wenn C < A; b) B, wenn C = A und c) B - (C-A), wenn C > A, wobei die Ist-Dicke der mit einem Monolithen mit einer Ist-Breite C verwendeten Matte die nächste Dicke einer im Handel erhältlichen Matte aus dem Material der Breite B ist.
Elementrahmen nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Monolith einen SCR-Katalysator, einen Oxidationskatalysator oder einen Filter umfasst.
Elementrahmen nach einem vorhergehenden Anspruch, der mehrere Monolithen umfasst, wobei zwei oder mehr Monolithen so positioniert sind, dass der Auslass eines Monolithen neben dem Einlass eines anderen Monolithen liegt und ein Abgasstrom nacheinander durch mindestens zwei Monolithen strömt.
Elementrahmen nach Anspruch 23, wobei die zwei oder mehr Monolithen, die so positioniert sind, dass der Auslass eines Monolithen neben dem Einlass eines anderen Monolithen liegt, Katalysatoren mit der gleichen oder unterschiedlicher Funktionalität enthalten.
Katalysatormodul, das mehrere Elementrahmen nach einem vorhergehenden Anspruch umfasst.
Katalysatormodul, das mehrere Elementrahmen nach Anspruch 6 umfasst, wobei jeder Elementrahmen durch einen verlängerten Abschnitt daran mit einem oder mehreren Elementrahmen verbunden ist.
Katalysatormodul nach Anspruch 12 oder 13, wobei jedes der Rahmenelemente mit einem oder allen benachbarten Rahmenelementen verbunden ist.
Katalysatormodul nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei das Katalysatormodul ferner mehrere Räume umfasst, die durch horizontale Trennwände und vertikale Trennwände gebildet werden, wobei sich ein Rahmenelement, das einen Monolithen und eine oder mehrere sich zwischen jeder Seite jedes Monolithen befindende Matten enthält, in einem Raum vorhanden ist.
Auslasssystem, das einen Elementrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder ein Katalysatormodul nach einem der Ansprüche 12 bis 15 umfasst.
Auslasssystem nach Anspruch 16, das ein Mittel zum Bilden von NH3 im Abgas umfasst, wobei sich das Mittel zum Bilden von NH3 vor dem Elementrahmen oder Katalysatormodul befindet.
Verfahren zur Herstellung eines Elementrahmens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren Umwickeln jedes Monolithen mit einer Matte, Platzieren des umwickelten Monolithen in den Innenraum des Elementrahmens, bevor das Verriegelungselement mit dem Elementrahmen verbunden wird und die Verriegelungselemente mit dem Elementrahmen verbunden werden, während der Elementrahmen, der den mit der Matte umwickelten Monolithen enthält, mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormoduls nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Verfahren Bilden eines Elementrahmens nach dem Verfahren von Anspruch 18 und entweder (a) Miteinanderverbinden eines oder mehrerer Elementrahmen zur Bildung eines Katalysatormoduls oder (b) Einführen des das eine oder die mehreren Verriegelungselemente enthaltenden Elementrahmens in eine Trennwand in einem Rahmen in einem Katalysatormodul umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Druckkraft mindestens 100 Newton/mm², vorzugsweise mindestens 150 Newton/mm², besonders bevorzugt mindestens 200 Newton/mm² beträgt.
Verfahren zur Behandlung eines Abgases, wobei das Verfahren Leiten eines Abgases durch einen Katalysator enthaltenden Monolithen in einem Elementrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.