DE1813755A1 - Exhaust gas cleaning arrangement - Google Patents

Abstract

Process for filling of catalyst containers for cleaning of exhaust gases which are partly cleaned and contain increased quantity of oxygen. The catalyst container contains also particles of oxidising and/or reducing catalysts e.g. metal cuttings, added under an acceleration from 1.5-2.5 g. The catalyst particles acquire a mobility due to this forced packing and the catalyst particle surface becomes self cleaning and maintains its catalytic activity.

Description

Verfahren zum Füllen von Behältern für Vorrichtungen zur Entgiftung von Abgasen bei katalytisch wirkenden Entgiftungsgeräten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von Bchältern zur Entgiftung von Abgasen souie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.Method of filling containers for detoxification devices of exhaust gases in catalytically acting detoxification devices The invention relates a method of filling canisters for the detoxification of exhaust gases from devices to carry out this procedure.

Nach dem Hauptpatent .............(Pat.Anm. A 56 537 Ia/14 k P 16. 26.161. ) worden den Teilchen eines Oxydations-und/oder Reduktionskatalysators noch weitere lose Metallteilchen zugeschüttet.According to the main patent ............. (Pat.Anm. A 56 537 Ia / 14 k P 16. 26,161. ) have been the particles of an oxidation and / or reduction catalyst more loose metal particles poured in.

Derartige Abgasentgiftungsgeräte auf katalytischer Basis werden für einen längeren Zeitraum starken mechanischen Erschütterungen ausgesetst. Daraus ergibt sich zwangsläufig ein gewisser @@@rieb an den keramischen Katalysatorteilchen, der zu unerwünschten Hohlraumbildungen im Katalysatorbett des Bchälters führt.Such exhaust gas decontamination devices on a catalytic basis are for exposed to strong mechanical shocks for a long period of time. From it there is inevitably a certain @@@ rubbed on the ceramic catalyst particles, which leads to undesired formation of cavities in the catalyst bed of the container.

Hierdurch verringert sich der von dem Gas durchlaufende Weg innerhalb des Behälters, so dass die Entgiftungswirkung nach einer gewissen Zeit nachläast.This reduces the path within which the gas travels of the container so that the detoxification effect wears off after a certain period of time.

Um diese Mangel an Abriebfestigkeit der Katalysatorteilchen zu begegnen, wird z.B. in der DAS 1 934 378 der K1. 460 6-6/02 vorgeschlagen, dass der die Katalysatormenge aufnehmende Bchälter mit einem Voratsbchälter verbunden ist, wodurch automatisch das Katalysatorbett sich im Masse des Abriebverlustes nachfüllt.To counteract this lack of abrasion resistance of the catalyst particles, e.g. in DAS 1 934 378 the K1. 460 6-6 / 02 suggested that of the amount of catalyst receiving containers is connected to a storage tank, whereby the catalyst bed is automatically replenished in proportion to the abrasion loss.

Bei desem Machfüllen werden aber die Katalysatorteilchen im Behälternicht genügend verankert, so dass diese den wirklichen Kräften bei Erschütterungen im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges nicht gewachsen sind.With this mach filling, however, the catalyst particles do not become in the container sufficiently anchored, so that these are exposed to the real forces in the event of shocks Driving operation of a motor vehicle are not able to cope.

Man muss in der Betrachtung der Größenordnung der Belastungen im Dauerbetrieb davon ausgehen, dass Beschleunigungskräfte von 3 g auf die Katalysatorteilchen wirken, die eine Entankerung dec Teilchen hervorrufen. Kurzzeitig können sogar bis zu 5 g wirksam werden, s.B. bei rasch gerissenen Kurven bei hoher Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges. Dies sind allerdings seltene Beanspruchungen, die mit einem abgeminderten Sioberheitsfaktor zu bewerten sind, so dass man der Praxis nahekommt, wenn man im Mittel eine Beschleunigung von 3 g einkalkuliert.One has to consider the magnitude of the loads in continuous operation assume that acceleration forces of 3 g act on the catalyst particles, causing unanchoring of the particles. For a short time, up to 5 g take effect, see B. in the case of rapidly torn bends at high driving speed of a motor vehicle. However, these are rare stresses associated with a a reduced safety factor are to be assessed, so that one comes close to practice, if you take into account an average acceleration of 3 g.

Es bleibt aber auoh dic Frage der Inaktivierung der Katalysatorteilchen durch das Blei zu lösen.However, the question of inactivating the catalyst particles also remains by loosening the lead.

Dieses Problem, das mit das vordringlichste fUr den erfolgreichen Einsatz von Katalysatoren ist, wird durch das Füllverfahren der Erfindung mitgelöst.This problem, one of the most urgent for the successful Use of catalysts is also achieved by the filling method of the invention.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Katalysatorenteilchen mit oder ohne Beigabe von Metallteilchen in einem Katalysatorbehälter so einzufüllen, dass nur in einem aus der gewählten Verdichtung sich ergebenden begrenzten Bereich ein Abrieb der keremischen Katalysatorteilchen entsteht.The object of the invention is the catalyst with or without Adding metal particles to a catalyst container so that only abrasion in a limited area resulting from the selected compression of the ceremic catalyst particles is formed.

Dieser Bereich wird zweckmässig bei PKW zwischen 1,5 und 2,5 g Wechselbelastung (Vibrator) gewählt.This range is useful for cars with an alternating load of 1.5 to 2.5 g (Vibrator) selected.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, dass durch diesen beschränkten Abrieb, der auf den sterecmetrischen Oberflächen d.r Keramikteilchen sich niederschlagende Belag in Form von vorzugsweise Eleioxyd (PbO.... der aus dem dem Treibstoff beigefü Antiklopfmittel Bleitetraäthyl ( ) herrührt, entfernt wird. Durch diese Entfernung wird die katalytische Aktivität der Katalysatortollohen erhalten.Furthermore, it is the object of the invention that this is limited Abrasion that is deposited on the stereometric surfaces of the ceramic particles Coating in the form of preferably eleioxide (PbO .... the one from which the fuel is added Anti-knocking agent, tetraethyl lead (), is removed. By this distance becomes the catalytic Maintain activity of the catalyst tollohen.

Auch diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Verdichtung beim Eimfüllen unter einer schwingtechnischen Belastung stattrindet bei der Beschleunigungen von Uber 1,5 g auftreten. Bei Anwendung eines unwuchterregten Vibrators liegen günstige Werte bei einer Amplitude von + 1,5 mm und einer Frequenz von 18 bis 20 Hz. Diese 1,5 g überschreitende Grenze erstreckt sich bei Katalysatoren filr Kraftfahrzeuge bis ca. 2,5 g entsprechend den auftretenden Fahrbelastungen hervorgerufen durch die jeweilige maximale Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges.This object is also achieved according to the invention in that the Compaction occurs when filling the egg under a vibrational load when accelerations of over 1.5 g occur. When using an unbalanced Vibrators have favorable values at an amplitude of + 1.5 mm and a frequency from 18 to 20 Hz. This limit, which exceeds 1.5 g, extends in the case of catalysts for motor vehicles up to approx. 2.5 g according to the driving loads that occur caused by the respective maximum speed of the vehicle concerned.

Das Antiklopfmittel Heitetraäthyl, das immer mit in Verbindung mit Blsihalogeniden, Bleioxyhalogeniden und anderen Bleihalogenidkomplexen auftritt, führt im heißen Katalysatorbett zu Ablagerungen von vorzugsweise Bleioxyd u.a. auf den Katalysatorteiechen.The anti-knock agent Heitraäthyl, which is always used in conjunction with Blsihalogeniden, lead oxyhalogeniden and other lead halide complexes occurs, leads to deposits of lead oxide, among other things, in the hot catalyst bed the catalytic converter.

Man weiß, dass diese Ablagerungen hauptsächlich an den Außenflächen der Katalysatorteilchen erfolgen. Man muss daher das Eindringen der Abgase in das Innere der Teilchen ermöglichen, das umso bedeutungsvoller ist, wenn man weiß, dass die Diffussionsoberfläche innerhalb der keramischen Katalysatorteilchen der ausschlaggebende Anteil für den katalytischen Wirkungsgrad ist.It is known that these deposits are mainly on the outer surfaces the catalyst particles take place. One must therefore prevent the exhaust gases from entering the Enabling the interior of the particles, which is all the more meaningful when you know that The decisive factor is the diffusion surface within the ceramic catalyst particles Share for the catalytic efficiency.

Entwickelte günstige Katalysatoren haben eine Gesantoberfläche von ca 10@ m2 aur einen Liter Katalysatormasse, wobei ca 0,7 x 105m2 mit den katalytisch wirksamen Metalloxyden u.dgl. bedeckt sind. Daraus ergibt sich, dass die sterecmetrische Gesamtoberfläche der Katalysatorteilchen nur ein@n kleinen Bruchteil der stereometischen und inneren Oberfläche im Katalysatorbett ausmaoht, wenn man in Betraaht zieht, dass die Porosität innerhalb der keramischen Katalysatorteilchen durch ein Kanülsystem gebildet ist mit Durchmessern von 10-15000 Ä (Angström).Developed inexpensive catalysts have a total surface area of approx. 10 @ m2 of a liter of catalyst mass, whereby approx. 0.7 x 105 m2 with the catalytic effective metal oxides and the like are covered. It follows that the sterecmetric Total surface area of the catalyst particles is only a small fraction of the stereometical one and inner surface in the catalyst bed, if you take into account, that the porosity within the ceramic catalyst particles through a cannula system is formed with diameters of 10-15000 Å (Angstrom).

Man kann also die stereometrische Gestalt der Katalysatorteilchen rein nach strömungstechnischen Gezichtspunkten ausbilden, um einen geringen Durchströmungswiderstand der Abgase, besonders bei hohen Geschwindigkeiten vQn ca 60-80 m/a bei Vollgas, zu erzielen.So you can see the stereometric shape of the catalyst particles Train them purely according to fluidic considerations in order to achieve a low flow resistance of the exhaust gases, especially at high speeds of approx. 60-80 m / a at full throttle, to achieve.

Voraussetzung für einen hohen katalytischen Wirkungsgrad ist somit die Freihaltung der stereometrischen Oberïläche der Katalysatorenteilchen. Man ist also ab einer zu wählenden Zeitdauer durchaus an einem tragbaren Abrieb der Katalysatorteilchen interessiert. Diese Zeitdauer ist abhängig von dem vorgegebenen Einfüllverdichtungsgrad der Katalysater teilchen.A prerequisite for a high catalytic efficiency is therefore keeping the stereometric surface of the catalyst particles free. One is So from a period of time to be selected, it is entirely due to wearable abrasion of the catalyst particles Interested. This period of time depends on the specified degree of filling compression the catalyst particles.

Bei dem vorbeschriebenen Füllverfahren unter einer Beschleunigung der Katalysatorteilchen von über 1,5 g bei gleichzeitiger Beimischung von Metallte@lchen gemäß Patentanmeldung A 56 Ia/460 (P 16 26 161. 3) wird ein rasches Aufheizen über 7000 des Katalysatorbettes erreicht, das für die Reduküon des NOx-Anteiles im Abgas von besonderer Bedeutung ist, Es ist an sich bekannt, dass für die Reduktien von NOx eine Temperatur von über 700°C erforderlich ist. Bei voll aktiviertem Katalysatorbett herrschen d@rt Betriebstemperaturen von 850-870°C vor.In the above-described filling process under acceleration of the catalyst particles of more than 1.5 g with simultaneous admixture of metal particles according to patent application A 56 Ia / 460 (P 16 26 161. 3) is a rapid heating over 7000 of the catalyst bed is achieved, which is used to reduce the NOx content in the exhaust gas Of particular importance is, It is known per se that for the reductants of NOx a temperature of over 700 ° C is required. With a fully activated catalyst bed operating temperatures of 850-870 ° C prevail.

In diesem hochgeheizten Falle werden auch Reduktiomen von NOx erreicht, wenn durch Gaswegnehmen, (z.B. im Schubbetrieb mit erhöhter Luftzufuhr) kurzzeitig die Temperaturen etwas absinken.In this overheated case, NOx reductions are also achieved, if by releasing the gas (e.g. in overrun mode with increased air supply) for a short time the temperatures drop a little.

Glühendes Eisen wirkt katalytisch auf den Reduktionsvergang von Nox, was durch die glühenden Wandungen des Katalysatorbettes sowie der beigefügten Netallteilchen, ferner der Gehäuseinnenwandung gegeben ist.Red hot iron has a catalytic effect on the Nox reduction process, what by the glowing walls of the catalyst bed and the attached metal particles, furthermore the inner wall of the housing is given.

Bei der Reduktion von Nox entstehen aber Stickstoff und Sauerstoff z.B. aus 2 NO- N2 + O2 + 43,2 Kcal. Dieser Sauerstoff im Status nascendi ist besonders oxydativ wirkend, so da@s durch diesen freien Sauerstoff aus den NOx-Anteilen, die Gesamtentgiftung im Katalysatorbett auf CO und CnHm-Anteilen günstig beeintlußt wird.When reducing Nox, however, nitrogen and oxygen are produced e.g. from 2 NO- N2 + O2 + 43.2 Kcal. This oxygen in the status nascendi is special Has an oxidative effect, so that by this free oxygen from the NOx components, the Total detox in the catalyst bed on CO and CnHm proportions favorable is affected.

Um diesen Betrag wird die stöchicmetrische notwendige Frisehluftmenge abgemindert. The stoichiometric amount of air freshening required becomes this amount diminished.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Aus führungsbeispieles näher erläutert und zwar zeigen: Fig. 1 schematisch einen Katalysatorbehälter, der nach der bisherigen Einfülltechnik gefüllt ist, Fig. 2 schematisch einen gleichen Katalysatorbehälter, der entsprechend de@ erfindungsgemäßen Verfahren gefüllt ist. The inventive method is based on an exemplary embodiment explained in more detail, namely show: Fig. 1 schematically a catalyst container, the is filled according to the previous filling technique, Fig. 2 is a schematic diagram of the same Catalyst container which is filled according to the method according to the invention.

Dabei sind in der linken Hälfte der im Schnitt dargestellten Katalysatorenbehälter der gefüllte Zustand vor Inbetriebnahme gezeigt, In der jeweiligen rechten Hälfte ist zu ersehen, das bei gleichen Laufzeiten der Abrieb verschieden groß ist. In the left half of the catalyst container shown in section the filled state before commissioning is shown in the respective right half it can be seen that the abrasion is different in size for the same running times.

Bei der Füllung gemäß Fig. 1 sind die Katalysatorteilchen nur @@hwach im Behälter verankert, so dass unter den Betriebswechsellasten ein großer Abrieb entsteht. In the case of the filling according to FIG. 1, the catalyst particles are only awake anchored in the container, so that a large amount of wear and tear under the changing loads arises.

Anders verhält sich der Abrieb bei dem erfindungsgemäßen Füllverfahron nach Fig. 2, wo durch die stärkere Raumverdichtung bzw. The abrasion behaves differently in the filling process according to the invention according to Fig. 2, where the greater space compression or

gegenseitige Verankerung der Katalysatorteilchen ein wesentlich geringerer Abrieb auftritt, der sich nur aus einer Differenzbelastung, nämlich der Füllbelastung von 2 g und der Betriebsbelastung von 3 g ergibt. mutual anchoring of the catalyst particles is much less Abrasion occurs, which results only from a differential load, namely the filling load of 2 g and the operating load of 3 g.

Diese Maßnahme bietet allein die Möglichkeit, die Lebensdauer und Aktivität der Katalysatorteilchen den Erfordernissen der Praxis anzupassen, so dass Fahrleistung von 60-80 000 km ohne Änderung Katalysatorenfüllung gewährleistet werden können. This measure alone offers the possibility of the service life and To adapt the activity of the catalyst particles to the requirements of practice, so that Mileage of 60-80,000 km can be guaranteed without changing the catalytic converter filling can.

Claims (4)

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Füllen von Behältern für Vorrichtungen zur Entgiftung von Abgasen, die durch vor dem Verbrennungaraum einer Brennkraftmaschine angeordnete Zusatzeinrichtungen nur teilentgiftet sind und durch erhhhte Luftzufuhr in den vorgeschalteten Zusatzvorrichtungen einen erhöhten Saueratoffgehalt nach dem Verlassen des Verbrennungsraumes aufweisen, wobei in dem Katalysatorb@hälter den Teilchen eines Oxydations- und/oder Reduktionskatalysators Metallteilchen, z.B. Metallspänen in loser Schüttung beigefügt werden, nach Patent .........1. Method of filling containers for detoxification devices of exhaust gases, which are arranged in front of the combustion chamber of an internal combustion engine Additional devices are only partially detoxified and due to increased air supply in the upstream Additional devices have an increased Saueratoffhalt after leaving the combustion chamber have, wherein in the catalyst container the particles of an oxidation and / or Metal particles, e.g. metal shavings, added in bulk to the reduction catalyst be, according to patent ......... (Anm. A 56 537 Ia/14 k P 16 26 161. 3) dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttungsfüllung unter einer Beschleunigung von über 1,5 g, vorzugsweise in den Grenzen zwischen 1,5 und 2,5 g erfolgt, um bis zu einer Betriebsbelastung eine Beweglichkeit der Katalysatoren teilchen entsprechend dz dadurch aufge-ungnsn @@@dichtungsgrad zu erhalten, womit eine oberflächige Selbstreinigung der Katalysatorteilchen zur Erhaltung ihrer katalytischen Aktivität eintritt. (Note A 56 537 Ia / 14 k P 16 26 161. 3) characterized in that the bulk filling with an acceleration of over 1.5 g, preferably in the limits between 1.5 and 2.5 g is carried out up to an operational load a Mobility of the catalyst particles according to dz thereby increased degree of sealing to obtain, whereby a superficial self-cleaning of the catalyst particles for Preservation of their catalytic activity occurs. 2. Vorrichtung zur Durchtuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Rütteltisches, auf dem die zu füllenden Katalysatorb@hälter befestigt sind.2. Device for performing the method according to claim 1, characterized by using a vibrating table on which the catalyst containers to be filled are attached. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Katalysatorbehälter mittels Schnellspannvorrichtung erfolgt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the attachment the catalyst container is carried out by means of a quick-release device. 4. Katalysatorbchälter nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 mittels Vorrichtungen nach Anspruch 2 und 3 gefüllt, wobei die Katalysatorteilchen eine Botriebstemperatur von über 700@ erreichen, dadurch gekennzeichnet, da- diese Kata1satorteilchen in diesem erhitzten Zustand zur Reduktion der NOx- Anteile im Abgas dienen und der freiwerdende Sauerstoff für die Oxydation des Kohlenmonoxyds CO der ungesättigten Kohlenwasserßtoffe CnHm ohne besondere Frischluftzufuhr herangezogen wird.4. catalyst container by the method according to claim 1 by means Devices according to claim 2 and 3 filled, wherein the catalyst particles are a Reach driving temperature of over 700 @, characterized in that these Kata1satorteilchen in this heated state to reduce the NOx Shares in the exhaust gas serve and the released oxygen for the oxidation of carbon monoxide CO the Unsaturated hydrocarbons CnHm are used without a special supply of fresh air will. L e e r s e i t eL e r s e i t e