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WO2008019857A1 - Verfahren zum beschichten oder imprägnieren eines katalysatorträgers - Google Patents

Verfahren zum beschichten oder imprägnieren eines katalysatorträgers Download PDF

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WO2008019857A1
WO2008019857A1 PCT/EP2007/007250 EP2007007250W WO2008019857A1 WO 2008019857 A1 WO2008019857 A1 WO 2008019857A1 EP 2007007250 W EP2007007250 W EP 2007007250W WO 2008019857 A1 WO2008019857 A1 WO 2008019857A1
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WO
WIPO (PCT)
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catalyst support
coating
catalyst
air
face
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2007/007250
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English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf Helmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sued Chemie AG
Original Assignee
Sued Chemie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sued Chemie AG filed Critical Sued Chemie AG
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    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals

Definitions

  • the present invention relates to a method of coating or impregnating a catalyst carrier having an entrance end face and an exit end face.
  • Combustion engines are catalysts used, which generally have a honeycomb catalyst support on which a catalytically active coating is deposited.
  • the catalytically active coating is usually applied to the catalyst support by first coating the catalyst support with a catalytically inactive porous support oxide such as Al 2 O 3 and then impregnating the dried and / or calcined coating with a catalytically active component or precursor thereof ,
  • a catalytically inactive porous support oxide such as Al 2 O 3
  • processes are also known in the prior art in which the catalytically active coating is applied by means of a carrier oxide and a coating dispersion containing a catalyst or a precursor thereof in one step.
  • honeycomb catalyst supports usually have a cylindrical shape and are based on their
  • Gas inlet end face through to its gas outlet end of parallel aligned flow channels for the passage of exhaust gases.
  • the density of the flow channels seen over the cross section of the catalyst support is also referred to as cell density and is usually between 30 and 1000 cpsi.
  • the catalyst supports themselves are usually formed from a ceramic or a metallic material and have different geometries, from round to oval, cylindrical, etc.
  • DE 40 401 50 C2 describes a process for the uniform loading of a honeycomb body as a catalyst support made of ceramic or metal with a dispersion coating, in which the honeycomb body is introduced into a same diving chamber and the coating dispersion is pumped from below into the honeycomb body. After pumping the honeycomb body and removal from the dipping chamber of the honeycomb body is removed by blowing or suction of excess dispersion.
  • EP 0 980 710 B1 describes a method for coating the inner flow channels of a monolithic, cylindrically shaped catalyst support with a coating dispersion, wherein the support has two end faces which are interconnected by flow channels arranged parallel to the cylinder axis.
  • the catalyst support is oriented vertically, a predetermined amount of the coating dispersion on the upper end face of the Abandoned support body, ie the channels are completely filled with the coating dispersion or covered and then sucked through the flow channels, wherein excess coating dispersion is removed from the flow channels by suction of the flow channels.
  • Coating dispersion is drawn through the flow channels at a flow rate of 0.1 to 1 m / s, and after completion of the suction suction, excess coating dispersion is removed from the flow channels by applying a suction pulse from below, the suction air passing at a flow rate between 40 and 1 m / s the flow channels are sucked and the excess coating dispersion discharged with the air stream is separated from the air flow within a time of less than 100 ms after exiting from the catalyst support body.
  • EP 0 941 763 B1 relates to a method for coating the flow channels of a cylindrically shaped, honeycomb catalyst body with a dispersion coating by filling the vertically oriented flow channels with a filling amount of the coating dispersion through the lower end face of the catalyst body and then draining and sucking down the flow channels and drying and calcining the catalyst body.
  • the flow channels are filled with a filling amount up to
  • Flow channels through a suction pulse which is generated by connecting a vacuum tank with the lower end face of the catalyst body, emptied and freed, wherein the time between the start of the filling process and the end of the emptying is not more than 5 seconds.
  • Flow channels of monolithic disk-shaped catalyst support body of generally cylindrical cross-section which are traversed by the inlet end face to the outlet end face of the flow channels, using a coating dispersion of finely divided inorganic materials and / or their precursors.
  • the application of the dispersion coating on the channel walls of the flow channels takes place in such a way that the coating dispersion is sprayed or sprayed onto the end faces of the support body.
  • Outer walls of the catalyst support body are inevitably coated or areas on the outer walls of the catalyst carrier body, which should remain free of coatings, must be provided with protective layers.
  • Inlet end face and an outlet end face in particular a metal foam
  • Catalyst carrier of greater length by applying a suctioning air flow at the outlet end side of the catalyst carrier and introducing a
  • the coating dispersion or the impregnation solution is preferably sprayed or atomized in the direction of the inlet end face by means of a spraying or misting device.
  • the coating dispersion or the impregnation solution is sprayed or atomized by means of a multi-component nozzle, preferably a two-component nozzle, wherein the air used is preferably presaturated with the corresponding solvent.
  • catalyst support is preferably understood as meaning both wallflow filters and open-pore foam structures, e.g. Metal foams, microstructures, such as microfluidic devices, as well as any form of monolithic support structures understood, for example, have parallel aligned channels, which can be conductively connected to each other or contain specific installations for gas turbulence.
  • open-pore foam structures e.g. Metal foams, microstructures, such as microfluidic devices, as well as any form of monolithic support structures understood, for example, have parallel aligned channels, which can be conductively connected to each other or contain specific installations for gas turbulence.
  • inlet and outlet end for example, in a monolithic catalyst carrier can be assigned to both faces in any way and are not related to the terms gas inlet and gas outlet end side, which relate to a ready-made catalyst in use.
  • aqueous coating dispersions or impregnating solutions are preferably used. To achieve special coating properties or when using certain coating materials or
  • catalysts or catalyst precursors can also be used in the same way as liquids other than solvents, or additives such as pore formers or viscosity regulators can be added.
  • Preferred solvents are also organic solvents such as alcohols or mixtures thereof with water.
  • Preferred pore formers are, for example, burnable polymers and suitable viscosity regulators are acids, alkalis, surfactants and additions of organic solvents.
  • the applied sucking air flow is at least equal to the flow of air / coating dispersion or air / impregnation solution entering the catalyst support via the inlet end face.
  • the catalyst supports preferably to be coated or impregnated with the method preferably have a length of greater than 50 mm, preferably a length of 60 to 300 mm and particularly preferably a length of 70 to 150 mm, from the inlet end face to the outlet end face.
  • the maximum coatable by the method according to the invention Length of the support usually depends on various parameters, such as the free cross-section of the flow channels, the cell density, the material of the catalyst support, for example, its suction behavior, the spray or nebulization technique, the viscosity of the
  • Coating dispersion or the impregnating solution as well as the droplet size of the respective spray and the amount (m 3 / h) of the intake air flow In the case of less porous catalyst support materials, for example, it is possible to coat longer catalyst supports than with highly porous material.
  • the abovementioned maximum length can be almost doubled in accordance with a likewise preferred embodiment of the method according to the invention if the method is carried out on a catalyst support twice in succession from different end faces, ie in a second application of the method to a method according to the invention
  • Subjected catalyst carrier inlet face for dispersion or solution and exit face for the sucking air flow are interchanged.
  • partial i. are not over the entire length or the entire cross-section of the catalyst support extending coatings or impregnations are made. This can be achieved, for example, via the process duration and / or the size of the applied intake air flow (GHSV) or via partial covers of the inlet end face.
  • GHSV applied intake air flow
  • dew point refers to the temperature T in a gas / vapor mixture where the gas is just saturated with the vapor, and when cooled below the dew point, the vapor usually precipitates as a mist or dew.
  • suspending agent is thereby obtained by enriching the air with suspending agent, preferably in the form of steam. Even when working above the dew point thus a very slow drying of deposited excess coating dispersion or impregnation solution can be achieved and thus the formation of the Baumkuchen bines largely avoidable.
  • the method is carried out by means of a device, one or more of which
  • Component components are heated to a temperature corresponding to the dew point of the solvent of the coating dispersion or to an underlying temperature or to a temperature corresponding to the dew point of the solvent of the impregnating solution or to an underlying temperature. It is generally crucial that the surfaces of the component components are heated to an appropriate temperature, which can come into contact with the coating dispersion or with the impregnating solution.
  • component components of a device for carrying out the method according to the invention for example by the ambient temperature or by the waste heat of units, such as pumps or fans, can be heated. Deposited on the respective component components
  • Coating dispersion or impregnation solution can release solvent due to this heating to the air which is constantly being introduced into this device, for example the suction device, so that an increased coating or impregnation of the corresponding component components (the so-called tree cake effect) can occur.
  • a temperature control of one or more component components of a device for carrying out the method according to the invention at a temperature corresponding to the dew point counteracts vaporization of the solvent deposited on the corresponding component components of the coating dispersion or the impregnation solution, thereby producing a coating or impregnation of the component components is avoided and the coating dispersion or impregnation solution after the deposition (in a separator), in particular noble metal solution, can be recovered.
  • the method can be carried out by means of a device, of which one or more component components to a temperature of more than 1 0 according to a particularly preferred embodiment of the method C are temperature below the dew point of the solvent of the coating dispersion or below the dew point of the solvent of the impregnating solution, preferably to a temperature of more than 2 0 C below the dew point, more preferably to a temperature of more than 3 0 C below the dew point, particularly preferably to a temperature of more than 4 0 C below the dew point, more preferably to a temperature of more than 5 0 C below the dew point, most preferably to a temperature of more than 6 0 C below the dew point.
  • a device of which one or more component components to a temperature of more than 1 0 according to a particularly preferred embodiment of the method C are temperature below the dew point of the solvent of the coating dispersion or below the dew point of the solvent of the impregnating solution, preferably to a temperature of more than 2 0 C below the
  • Air / impregnating solution mixture or to the establishment of the sucking air flow are, preferably the suction shaft.
  • the method is carried out by means of a device, of which one or more component components are designed to be temperable.
  • a device of which one or more component components are designed to be temperable.
  • the component component (s) can be tempered to dew point temperature or to a temperature below the dew point.
  • the component components are formed for example in the form of a double jacket, within which a cooling liquid can circulate.
  • the pressure caused in the carrier is less than 1000 mbar and preferably 700 to 1000 mbar due to the application of the sucking air flow at the outlet end side of the catalyst carrier.
  • the pressure caused in the carrier by the application of the sucking air flow at the outlet end face of the catalyst carrier is 850 to 950 mbar. It has been found that particularly uniform coating thicknesses or impregnations of porous catalyst supports can be achieved in this pressure range.
  • the diameter of the flow channels of the catalyst support is 200 microns to 1.2 mm.
  • Catalyst carriers with corresponding flow channels are penetrated particularly well by the process according to the invention by the coating dispersion or the impregnation solution, whereby a substantially uniform coating or impregnation of the (in this case porous) catalyst support also over a relatively large wall thickness of the catalyst support or its channels can be guaranteed.
  • the air / coating dispersion or air / impregnation solution mixture introduced into the catalyst support via the inlet end face has drops with an average diameter of 50 micrometers to 900 micrometers. Drops with a mean diameter of the aforementioned size are suitable for evenly coating or impregnating even deep-lying inner cavities of the catalyst carrier walls.
  • the coating dispersion is a so-called washcoat dispersion.
  • Washcoat dispersions are known in the art. They usually contain water as a solvent and inorganic components such as extremely fine-grained metal oxides, e.g. Titanium dioxide or aluminum oxides with which the catalyst support is to be coated. These may also be sol-gel systems in particular.
  • the washcoat may also contain catalytically active metal compounds, such as subgroup metal or noble metal compounds, e.g. Compounds of Mo, V, W, Pt, Pd, Rh, etc., alone or in mixture, or precursors of catalytically active compounds.
  • catalytically active metal compounds such as subgroup metal or noble metal compounds, e.g. Compounds of Mo, V, W, Pt, Pd, Rh, etc., alone or in mixture, or precursors of catalytically active compounds.
  • Further inorganic components of the washcoat dispersion are, for example, finely divided and high surface area oxides such as aluminum oxide, silicon dioxide, rare earth oxides, titanium dioxide, zeolites, nickel oxide, iron oxide, alkaline earth metal oxide, molybdenum oxide and tungsten oxide, suicides such as molybdenum silicide, metals such as platinum, palladium, rhodium and / or compounds thereof.
  • These substances may be wholly or partly as oxides and / or as any soluble and / or insoluble Compounds, for example as nitrates, acetates, oxalates, tartrates, formates, carbonates or hydroxides in the dispersion.
  • Catalyst formulations are preferably used with optionally stabilized aluminum oxide and cerium oxide, zirconium oxide, rare earth oxides, alkaline earth metal oxides, platinum metals and / or their precursors.
  • washcoat dispersions also contain dispersants to stabilize the washcoat dispersion. It has been found that washcoat dispersions, despite their relatively high solids content, can be applied in a particularly simple and uniform manner to a catalyst support by means of the process according to the invention.
  • impregnating solution is to be understood as meaning a metal-containing impregnating solution in which a soluble metal compound of a catalytically active metal is contained, or a precoat solution or dispersion in which a binder or a bonding agent is contained, or a mixture of the aforementioned solutions and dispersions.
  • a precoat solution or dispersion containing an adhesion promoter for the coating can be applied to the catalyst support.
  • a washcoat dispersion as a coating dispersion to the catalyst support.
  • the coated catalyst support can either be impregnated directly with a metal-containing impregnation solution or else beforehand with a binder or an adhesion promoter for the polymer corresponding metal-containing precoat solution or dispersion.
  • the impregnating solution is a mixture of a metal-containing impregnating solution with a precoat solution or dispersion.
  • the binder or the adhesion promoter particularly preferably contains an organic or an inorganic component. It has been found that such mixtures are particularly suitable for carrying out the process according to the invention.
  • Catalyst supports can be formed of any metal or metal alloy and made, for example, by extrusion or winding or stacking or folding metal foils.
  • Known for the field of emission control are temperature-resistant alloys with the main components
  • catalyst supports with slots, perforations, perforations and embossments in the metal foil can also be coated or impregnated with very good results.
  • catalyst supports of ceramic material can be used. Often the ceramic material will be an inert low surface area material such as cordierite, mullite, alpha alumina or silicon carbide. However, the used
  • Catalyst support also consist of insecticide material such as gamma-alumina.
  • Coating or provided with its precursor ceramic or metallic catalyst support in the process according to the invention may be appropriate, for example, in achieving particular catalytic effects, for example, to achieve a partial conversion of a particular one
  • the process of the present invention also makes it easy to disperse an uneven coating over the catalyst carrier cross-section achieve, for example, a coating thickening in the direction of the support center to improve the flow distribution of the gas to be catalytically treated.
  • coating and impregnation gradients can be adjusted over the length of the catalyst support, for example, by varying the process duration or the intake air flow accordingly.
  • a further embodiment of the invention is that the inventive method is carried out on a catalyst support twice from changing end faces, ie, that in a second application of the method to a process carrier already subjected catalyst support inlet face for dispersion or solution and exit face for the sucking air flow are interchanged, wherein in the respective processes from each other different catalytically active species are applied, so as to obtain a catalyst system with dual function.
  • exhaust catalysts can be obtained, which perform a NO x reduction in a first and an oxidation in a second catalyst section.
  • Protective coatings usually have the task of catching the catalyst poisons in whole or in part by their high surface area structure and not to the catalytically active Component penetrate.
  • the invention further relates to the use of a catalyst support coated or impregnated by the process according to the invention in the exhaust gas purification.
  • Catalysts which have been prepared by the process according to the invention are suitable for carrying out a wide variety of substance conversions.
  • coated and / or impregnated catalysts according to the invention can be used for exhaust gas purification.
  • the application for the pollutant conversion of exhaust gases of internal combustion engines is preferred.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten oder Imprägnieren eines Katalysatorträgers, der eine Eintrittsstirnseite und eine Austrittsstirnseite aufweist. Um ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem sich Katalysatorträger mit größerer Länge gleichmäßig mittels eines Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. eines Luft/Imprägnierlösung-Gemisches beschichten bzw. imprägnieren lassen, wird ein Verfahren umfassend die nachfolgenden Schritte vorgeschlagen: a) das Bereitstellen eines Katalysatorträgers, der eine Eintrittsstirnseite und eine Austrittsstirnseite aufweist, insbesondere eines Metallschaums; b) das Anlegen eines ansaugenden Luftstromes an der Austrittsstirnseite des Katalysatorträgers; c) das Einführen eines Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. eines Luft/Imprägnierlösung-Gemisches in den Katalysatorträger über die Eintrittsstirnseite bei angelegtem ansaugendem Luftstrom, bis der Katalysatorträger beschichtet bzw. imprägniert ist.

Description

Verfahren zum Beschichten oder Imprägnieren eines
Katalysatorträgers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten oder Imprägnieren eines Katalysatorträgers, der eine Eintrittsstirnseite und eine Austrittsstirnseite aufweist.
Derartige Verfahren sind im Stand der Technik bekannt.
Insbesondere bei der Reinigung von Abgasen aus
Verbrennungsmotoren kommen Katalysatoren zum Einsatz, die in der Regel einen wabenförmigen Katalysatorträger aufweisen, auf dem eine katalytisch aktive Beschichtung abgeschieden ist. Die katalytisch aktive Beschichtung wird üblicherweise auf den Katalysatorträger aufgebracht, indem der Katalysatorträger zunächst mit einem katalytisch inaktiven porösen Trägeroxid, wie beispielsweise AI2O3, beschichtet und dann die getrocknete und/oder kalzinierte Beschichtung mit einer katalytisch aktiven Komponente oder einem Vorläufer davon imprägniert wird. Es sind im Stand der Technik aber auch Verfahren bekannt, bei denen die katalytisch aktive Beschichtung mittels eines Trägeroxids sowie einen Katalysator oder einen Vorläufer davon enthaltenden Beschichtungsdispersion in einem Schritt aufgetragen wird.
Die wabenförmigen Katalysatorträger haben zumeist eine zylindrische Form und sind ausgehend von ihrer
Gaseintrittsstirnseite bis hin zu ihrer Gasaustrittsstirnseite von parallel zueinander ausgerichteten Strömungskanälen für den Durchtritt von Abgasen durchzogen. Die Dichte der Strömungskanäle über den Querschnitt des Katalysatorträgers gesehen wird auch als Zelldichte bezeichnet und liegt üblicherweise zwischen 30 und 1000 cpsi.
Die Katalysatorträger selbst sind üblicherweise aus einem keramischen oder einem metallischen Material gebildet und weisen unterschiedliche Geometrien auf, von rund bis oval, zylinderförmig etc.
Zum Aufbringen der katalytisch aktiven Beschichtung auf die Wandungen der Strömungskanäle der Katalysatorträger sind verschiedene Verfahren im Stand der Technik bekannt. So können die Katalysatorträger in Dispersionen des
Beschichtungsmaterials, des Beschichtungsmaterials und des Katalysators oder Katalysatorvorläufers, oder in Imprägnierlösungen eingetaucht oder damit Übergossen oder besprüht werden.
Die DE 40 401 50 C2 beschreibt ein Verfahren zur gleichmäßigen Beladung eines Wabenkörpers als Katalysatorträger aus Keramik oder Metall mit einer Dispersionsbeschichtung, bei dem der Wabenkörper in eine formgleiche Tauchkammer eingebracht und die Beschichtungsdispersion von unten in den Wabenkörper gepumpt wird. Nach Auspumpen des Wabenkörpers und Entnahme aus der Tauchkammer wird der Wabenkörper durch Ausblasen oder Absaugen von überschüssiger Dispersion befreit.
Das EP 0 980 710 Bl beschreibt ein Verfahren zum Beschichten der inneren Strömungskanäle eines monolithischen, zylindrisch geformten Katalysatorträgers mit einer Beschichtungsdispersion, wobei der Träger zwei Stirnflächen aufweist, die durch parallel zur Zylinderachse angeordnete Strömungskanäle miteinander verbunden sind. In dem Verfahren wird der Katalysatorträger vertikal ausgerichtet, eine vorgegebene Menge der Beschichtungsdispersion auf die obere Stirnfläche des Tragkörpers aufgegeben, d.h. die Kanäle werden vollständig mit der Beschichtungsdispersion befüllt bzw. bedeckt und danach wird durch die Strömungskanäle hindurchgesaugt, wobei überschüssige Beschichtungsdispersion aus den Strömungskanälen durch Freisaugen der Strömungskanäle entfernt wird. Die
Beschichtungsdispersion wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 1 m/s durch die Strömungskanäle gesaugt und nach Abschluss des Hindurchsaugens überschüssige Beschichtungsdispersion aus den Strömungskanälen durch Anlegen eines Saugimpulses von unten entfernt, wobei die Absaugluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 40 und 1 m/s durch die Strömungskanäle gesaugt und die mit dem Luftstrom ausgetragene überschüssige Beschichtungsdispersion innerhalb einer Zeit von weniger als 100 ms nach dem Austreten aus dem Katalysatortragkörper vom Luftstrom abgetrennt wird.
Das EP 0 941 763 Bl betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Strömungskanäle eines zylindrisch geformten, wabenförmigen Katalysatorkörpers mit einer Dispersionsbeschichtung durch Füllen der senkrecht ausgerichteten Strömungskanäle mit einer Füllmenge der Beschichtungsdispersion durch die untere Stirnfläche des Katalysatorkörpers und nachfolgendes Entleeren und Freisaugen der Strömungskanäle nach unten sowie Trocknen und Kalzinieren des Katalysatorkörpers. In diesem Verfahren werden die Strömungskanäle mit einer Füllmenge befüllt, die um bis zu
10 % größer ist als das Leervolumen der Strömungskanäle, so dass die Beschichtungsdispersion nach Abschluss des Füllvorgangs die obere Stirnfläche des Katalysatorkörpers übersteigt. Danach wird die überstehende Beschichtungsdispersion vor dem Entleeren der Strömungskanäle entfernt und anschließend werden die
Strömungskanäle durch einen Saugimpuls, der durch Verbinden eines Unterdruckbehälters mit der unteren Stirnfläche des Katalysatorkörpers erzeugt wird, entleert und freigesaugt, wobei die Zeit zwischen dem Beginn des Füllvorganges und dem Ende der Entleerung nicht mehr als 5 Sekunden beträgt.
Die DE 195 47 598 Cl beschreibt ein Verfahren zum Aufbringen einer Dispersionsbeschichtung auf die Kanalwandungen von
Strömungskanälen monolithischer scheibenförmiger Katalysator- Tragkörper von allgemein zylindrischem Querschnitt, welche von der Eintrittsstirnfläche zur Austrittsstirnfläche von den Strömungskanälen durchzogen werden, unter Verwendung einer Beschichtungsdispersion aus feinteiligen anorganischen Stoffen und/oder deren Vorläufern. Das Aufbringen der Dispersionsbeschichtung auf die Kanalwandungen der Strömungskanäle erfolgt dabei derart, dass die Beschichtungsdispersion auf die Stirnflächen des Tragkörpers aufgespritzt oder aufgesprüht wird. Mit dem in der DE 195 47 598 Cl beschriebenen Verfahren lassen sich allerdings nur Katalysatorträger mit einer Länge von bis zu 50 mm beschichten bzw. imprägnieren, da bei größeren Längen die Zellen auf der Stirnseite, auf welcher die Dispersion aufgetragen wird, im Laufe des Aufgebens der Beschichtungsdispersion verstopfen oder die Kanäle über ihre Länge hinweg nicht gleichmäßig beschichtet werden.
Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen Trägerkörper mit Beschichtungen besprüht werden. So offenbaren die DE-A-102005054946 und die US-A-2005/0136183 Verfahren, bei denen ein Katalysatorträger in eine Kammer eingebracht wird, in die eine Beschichtungsdispersion und/oder eine Imprägnierlösung in die Kammer eingeleitet wird, sodass sich ein Gemisch aus Luft- und Beschichtungsdispersion und/oder Luft- und Imprägnierlösung bildet, und dadurch die Katalysatorträgerkörper beschichtet werden. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass technisch aufwendigere Vorrichtungen, nämlich größere Kammern, zur Durchführung des Verfahrens nötig sind. Ferner können mit diesen Verfahren keine Trägerkörper beschichtet werden, die eine beliebige Länge aufweisen, da die Luft-/Dispersionsmischung bzw. Luft-/Imprägnierlösung nicht die inneren Bereiche des Katalysatorträgerkörpers erreichen. Darüber hinaus besteht der Nachteil, dass in den Verfahren gemäß Stand der Technik die
Außenwände der Katalysatorträgerkörper zwangsläufig beschichtet werden oder Bereiche auf den Außenwänden der Katalysatorträgerkörper, die frei bleiben sollen von Beschichtungen, mit Schutzschichten versehen werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem sich Katalysatorträger mit größerer Länge gleichmäßig mittels eines Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. eines Luft/Imprägnierlösung- Gemisches beschichten bzw. imprägnieren lassen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, dass das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
a) das Bereitstellen eines Katalysatorträgers, der eine
Eintrittsstirnseite und eine Austrittsstirnseite aufweist, insbesondere eines Metallschaums;
b) das Anlegen eines ansaugenden Luftstromes an der Austrittsstirnseite des Katalysatorträgers;
c) das Einführen eines Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. eines
Luft/Imprägnierlösung-Gemisches in den Katalysatorträger über die Eintrittsstirnseite bei angelegtem ansaugendem Luftstrom, bis der Katalysatorträger beschichtet bzw. imprägniert ist.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass sich Katalysatorträger größerer Länge mittels Anlegen eines ansaugenden Luftstromes an der Austrittsstirnseite des Katalysatorträgers und Einführen eines
Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. eines Luft/Imprägnierlösung- Gemisches in den Katalysatorträger über die Eintrittsstirnseite bei angelegtem ansaugendem Luftstrom mit gleichmäßiger Dicke beschichten bzw. mit gleichmäßiger Verteilung einer katalytisch aktiven Spezies oder eines Vorläufers davon imprägnieren lassen. Die Beschichtungsdispersion bzw. die Imprägnierlösung wird dabei vorzugsweise mittels einer Sprüh- oder Vernebelungsvorrichtung in Richtung der Eintrittsstirnseite gesprüht bzw. vernebelt. Dabei wird die Beschichtungsdispersion bzw. die Imprägnierlösung mittels einer Mehrstoffdüse, vorzugsweise einer Zweistoffdüse, verspritzt bzw. vernebelt, wobei die eingesetzte Luft vorzugsweise mit dem entsprechenden Lösungsmittel vorgesättigt ist.
Unter dem Begriff Katalysatorträger werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise sowohl so genannte Wallflowfilter als auch offenporige Schaumstrukturen, z.B. Metallschäume, Mikrostrukturen, beispielsweise Mikrofluidikvorrichtungen, sowie jegliche Form von monolithischen Trägerstrukturen verstanden, die beispielsweise parallel zueinander ausgerichtete Kanäle aufweisen, die untereinander leitungsverbunden sein oder bestimmte Einbauten zur Gasverwirbelung enthalten können.
Die Begriffe Eintritts- und Austrittsstirnseite können beispielsweise bei einem monolithischen Katalysatorträger beiden Stirnseiten in beliebiger Weise zugeordnet werden und stehen nicht im Zusammenhang mit den Begriffen Gaseintritts- und Gasaustritts-Stirnseite, welche sich auf einen fertig ausgebildeten Katalysator im Einsatz beziehen. Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren wässrige Beschichtungsdispersionen bzw. Imprägnierlösungen eingesetzt. Zur Erzielung besonderer Schichteigenschaften oder bei Verwendung bestimmter Beschichtungsmaterialien oder
Katalysatoren oder Katalysatorvorläufer sind aber auch in gleicher Weise andere Flüssigkeiten als Lösungsmittel einsetzbar oder können Zusatzstoffe wie Porenbildner oder Viskositätsregler zugegeben werden. Als Lösungsmittel bevorzugt sind auch organische Lösungsmittel wie Alkohole oder Mischungen davon mit Wasser. Als Porenbildner bevorzugt sind beispielsweise abbrennbare Polymere und geeignete Viskositätsregler sind Säuren, Laugen, Tenside sowie Zusätze von organischen Lösungsmitteln .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der angelegte ansaugende Luftstrom zumindest gleich groß ist wie der über die Eintrittsstirnseite in den Katalysatorträger eintretende Strom an Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. Luft/Imprägnierlösung-
Gemisch aus vorzugsweise einer Zweistoffdüse . Dadurch wird eine sehr gleichmäßige Beschichtung bzw. Imprägnierung des Katalysatorträgers gewährleistet und ein Verstopfen der Strömungskanäle sowie etwaiger Poren und Hohlräume mit Beschichtungsdispersion bzw. Imprägnierlösung weitgehend vermieden.
Die mit dem Verfahren bevorzugt zu beschichtenden oder zu imprägnierenden Katalysatorträger weisen von der Eintrittsstirnseite bis zur Austrittsstirnseite vorzugsweise eine Länge von größer als 50 mm auf, bevorzugt eine Länge von 60 bis 300 mm und besonders bevorzugt eine Länge von 70 bis 150 mm. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren maximal beschichtbare Länge des Trägers hängt in der Regel von verschiedenen Parametern ab, wie z.B. vom freien Querschnitt der Strömungskanäle, von der Zelldichte, vom Material des Katalysatorträgers, zum Beispiel dessen Saugverhalten, von der Sprüh- oder Vernebelungstechnik, von der Viskosität der
Beschichtungsdispersion bzw. der Imprägnierlösung sowie von der Tröpfchengröße des jeweiligen Sprühnebels und von der Menge (m3/h) des Ansaugluftstroms. Bei wenig porösen Katalysatorträger- Materialien beispielsweise ist eine Beschichtung längerer Katalysatorträger möglich als bei hochporösem Material.
Die oben angegebene maximale Länge kann gemäß einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nahe zu verdoppelt werden, wenn das Verfahren an einem Katalysatorträger zweimal nacheinander jeweils von verschiedenen Stirnseiten aus ausgeführt wird, d.h., dass bei einer zweiten Anwendung des Verfahrens auf einen dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits unterworfenen Katalysatorträger Eintrittsstirnseite für Dispersion oder Lösung und Austrittsstirnseite für den ansaugenden Luftstrom gegeneinander vertauscht werden.
Neben der Beschichtung bzw. der Imprägnierung der Katalysatorträger über ihre gesamte Länge hinweg können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens partielle, d.h. sich nicht über die gesamte Länge oder den gesamten Querschnitt der Katalysatorträger erstreckende Beschichtungen bzw. Imprägnierungen vorgenommen werden. Dies kann beispielsweise über die Verfahrendauer und/oder die Größe des angelegten ansaugenden Luftstromes (GHSV) bzw. über partielle Abdeckungen der Eintrittsstirnseite erreicht werden.
Bevorzugt ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren am oder etwas unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder am bzw. etwas unterhalb des Taupunkts des Lösungsmittels der Imprägnierlösung durchgeführt wird. Der Begriff „Taupunkt" bezeichnet dabei die Temperatur T in einem Gas/Dampf Gemisch, bei der das Gas mit dem Dampf gerade gesättigt ist. Bei einer Abkühlung unter dem Taupunkt schlägt sich der Dampf in der Regel als Nebel oder Tau nieder.
Alternativ dazu kann auch oberhalb des Taupunktes gearbeitet werden, wobei in diesem Fall im Bereich nahe am Sättigungsdampfdruck gearbeitet wird. Der hohe Gehalt der Luft an Suspensionsmittel wird dadurch erhalten, indem die Luft mit Suspensionsmittel, vorzugsweise in Form von Dampf, angereichert wird. Auch beim Arbeiten oberhalb des Taupunktes ist somit ein sehr langsames Abtrocknen von niedergeschlagener überschüssiger Beschichtungsdispersion oder Imprägnierlösung erzielbar und damit die Ausbildung des Baumkucheneffektes weitgehend vermeidbar.
Das Arbeiten am bzw. etwas unterhalb des Taupunkts des jeweiligen Lösungsmittels hat zur Folge, dass innerhalb des Katalysatorträgers weitgehend Sättigungsdampfdruck des jeweiligen Lösungsmittels herrscht, so dass an den Strömungskanalwandungen niedergeschlagene überschüssige Beschichtungsdispersion oder Imprägnierlösung durch den Luftstrom, wenn überhaupt, nur sehr langsam abtrocknet. Dadurch wird gewährleistet, dass das überschüssige Medium aus dem Katalysatorträger mittels des Luftstromes aus demselben ausgetragen werden kann, was zu einer weiteren Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Beschichtung bzw. Imprägnierung führt, und dass die niedergeschlagene Beschichtungsdispersion bzw. Imprägnierlösung für die Zwecke des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens bzw. Imprägnierverfahrens beispielsweise mittels eines Abscheiders abgetrennt und dem Verfahren wieder zugeführt werden kann.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt, von der eine oder mehrere
Bauteilkomponenten auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion entsprechende Temperatur oder auf eine darunter liegende Temperatur oder auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels der Imprägnierlösung entsprechende Temperatur oder auf eine darunter liegende Temperatur temperiert sind. Dabei ist in der Regel entscheidend, dass die Flächen der Bauteilkomponenten auf eine entsprechende Temperatur temperiert sind, die mit der Beschichtungsdispersion bzw. mit der Imprägnierlösung in Kontakt kommen können.
Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens können sich Bauteilkomponenten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise durch die Umgebungstemperatur oder durch die Abwärme von Aggregaten, wie beispielsweise von Pumpen oder Ventilatoren, erwärmen. Auf den jeweiligen Bauteilkomponenten abgeschiedene
Beschichtungsdispersion bzw. Imprägnierlösung kann aufgrund dieser Erwärmung an die ständig neu in diese Vorrichtung, beispielsweise die Saugeinrichtung, eintretende Luft Lösungsmittel abgeben, so dass es zu einer verstärkten Beschichtung bzw. Imprägnierung der entsprechenden Bauteilkomponenten (dem sogenannten Baumkucheneffekt) kommen kann. Eine Temperierung einer oder mehrerer Bauteilkomponenten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine dem Taupunkt entsprechende Temperatur wirkt einem Verdampfen des an den entsprechenden Bauteilkomponenten niedergeschlagenen Lösungsmittel der Beschichtungsdispersion bzw. der Imprägnierlösung entgegen, wodurch eine Beschichtung bzw. Imprägnierung der Bauteilkomponenten vermieden wird und die Beschichtungsdispersion bzw. Imprägnierlösung nach der Abscheidung (in einem Abscheider) , insbesondere Edelmetalllösung, zurückgewonnen werden kann.
Um einer Beschichtung bzw. Imprägnierung der Bauteilkomponenten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders wirksam entgegenzuwirken, kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt werden, von der eine oder mehrere Bauteilkomponenten auf eine Temperatur von mehr als 1 0C unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Imprägnierlösung temperiert sind, vorzugsweise auf eine Temperatur von mehr als 2 0C unterhalb des Taupunktes, weiter bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 3 0C unterhalb des Taupunktes, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 4 0C unterhalb des Taupunktes, mehr bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 5 0C unterhalb des Taupunktes, am meisten bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 6 0C unterhalb des Taupunktes.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die vorgenannten Bauteilkomponenten der Vorrichtung Bauteilkomponenten zur Erzeugung des Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. des
Luft/Imprägnierlösung-Gemisches oder zur Einrichtung des ansaugenden Luftstromes sind, vorzugsweise der Absaugschacht.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt, von der eine oder mehrere Bauteilkomponenten temperierbar ausgebildet sind. Dadurch kann auf besonders einfache und damit kostengünstige Weise gewährleistet werden, dass der oder die entsprechenden Bauteilkomponenten auf Taupunkttemperatur oder auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes temperiert werden können. Dabei werden die Bauteilkomponenten beispielsweise in Form eines Doppelmantels ausgebildet, innerhalb dessen eine Kühlflüssigkeit zirkulieren kann.
Es wurde festgestellt, dass je geringer der Druck bzw. je größer das Vakuum in dem Katalysatorträger ist, desto geringer die Beschichtungsdicke bzw. das Ausmaß der Imprägnierung. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es daher vorgesehen sein, dass durch das Anlegen des ansaugenden Luftstromes an der Austrittsstirnseite des Katalysatorträgers der in dem Träger bewirkte Druck kleiner ist als 1000 mbar und vorzugsweise 700 bis 1000 mbar beträgt.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass durch das Anlegen des ansaugenden Luftstromes an der Austrittsstirnseite des Katalysatorträgers der in dem Träger bewirkte Druck 850 bis 950 mbar beträgt. Es wurde festgestellt, dass sich in diesem Druckbereich besonders gleichmäßige Beschichtungsdicken bzw. Imprägnierungen von porösen Katalysatorträgern erzielen lassen.
Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Strömungskanäle des Katalysatorträgers 200 Mikrometer bis 1,2 mm. Katalysatorträger mit entsprechenden Strömungskanälen werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens von der Beschichtungsdispersion oder der Imprägnierlösung besonders gut durchdrungen, wodurch eine weitgehend gleichmäßige Beschichtung bzw. Imprägnierung des (in diesem Fall porösen) Katalysatorträgers auch über eine verhältnismäßig große Wandstärke des Katalysatorträgers bzw. seiner Kanäle hinweg gewährleistet werden kann.
Es kann bevorzugt sein, wenn das über die Eintrittsstirnseite in den Katalysatorträger eingeführte Luft/Beschichtungsdispersion- oder Luft/Imprägnierlösung-Gemisch Tropfen mit einem mittleren Durchmesser von 50 Mikrometer bis 900 Mikrometer aufweist. Tropfen mit einem mittleren Durchmesser der vorgenannten Größe sind geeignet, auch besonders tief liegende innere Hohlräume der Katalysatorträger-Wandungen gleichmäßig zu beschichten bzw. zu imprägnieren.
Vorzugsweise ist die Beschichtungsdispersion eine sogenannte Washcoatdispersion. Washcoatdispersionen sind im Stand der Technik bekannt. Sie enthalten in der Regel Wasser als Lösungsmittel und anorganische Komponenten wie äußerst feinkörnige Metalloxide, z.B. Titandioxid oder Aluminiumoxide, mit denen der Katalysatorträger zu beschichten ist. Hierbei kann es sich insbesondere auch um sol-Gel Systeme handeln.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der Washcoat auch katalytisch aktive Metallverbindungen enthalten, wie Nebengruppenmetall- bzw. Edelmetallverbindungen, z.B. Verbindungen des Mo, V, W, Pt, Pd, Rh etc., alleine oder in Mischung, oder Vorläufer von katalytisch aktiven Verbindungen.
Weitere anorganische Komponenten der Washcoatdispersion stellen beispielsweise feinteilige und hochoberflächige Oxide wie Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Seltenerdoxide, Titandioxid, Zeolithe, Nickeloxid, Eisenoxid, Erdalkalimetalloxid, Molybdänoxid und Wolframoxid, Suizide wie Molybdänsilizid, Metalle wie Platin, Palladium, Rhodium und/oder deren Verbindungen dar. Diese Stoffe können ganz oder teilweise als Oxide und/oder als beliebige lösliche und/oder unlösliche Verbindungen, zum Beispiel als Nitrate, Acetate, Oxalate, Tartrate, Formiate, Carbonate oder Hydroxide in der Dispersion vorliegen. In letzterem Fall erfolgt dann üblicherweise die Überführung in die katalytisch aktive Spezies bzw. in das feinteilige Beschichtungsmaterial meist durch thermische Zersetzung. Bevorzugt finden Katalysatorformulierungen Verwendung mit gegebenenfalls stabilisiertem Aluminiumoxid und Ceroxid, Zirkonoxid, Seltenerdoxiden, Erdalkalimetalloxiden, Platinmetallen und/oder deren Vorläufer.
Gegebenenfalls enthalten Washcoatdispersionen auch Dispergiermittel, um die Washcoatdispersion zu stabilisieren. Es wurde festgestellt, dass Washcoatdispersionen sich trotz ihres verhältnismäßig hohen Feststoffanteils mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders einfach und gleichmäßig auf einen Katalysatorträger aufbringen lassen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll unter dem Begriff "Imprägnierlösung" eine Metall-enthaltende Imprägnierlösung verstanden werden, in der eine lösliche Metallverbindung eines katalytisch aktiven Metalls enthalten ist, oder eine Precoatlösung oder -dispersion, in der ein Bindemittel oder ein Haftvermittler enthalten ist, oder eine Mischung der vorgenannten Lösungen und Dispersionen.
Beispielsweise kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Katalysatorträger zunächst eine einen Haftvermittler für die Beschichtung enthaltende Precoatlösung oder -dispersion aufgebracht werden. Nachdem das Lösungsmittel entfernt wurde, beispielsweise durch Abdampfen, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise eine Washcoatdispersion als Beschichtungsdispersion auf den Katalysatorträger aufgebracht werden. Nachdem das Lösungsmittel der Beschichtungsdispersion, beispielsweise durch Verdampfen im Vakuum, entfernt wurde und die Beschichtung kalziniert wurde, kann der beschichtete Katalysatorträger mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entweder direkt mit einer Metall-enthaltenden Imprägnierlösung imprägniert werden oder auch zuvor mit einer ein Bindemittel oder ein Haftvermittler für das entsprechende Metall enthaltenden Precoatlösung oder -dispersion.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Imprägnierlösung eine Mischung einer Metall-enthaltenden Imprägnierlösung mit einer Precoatlösung oder -dispersion. Besonders bevorzugt enthält das Bindemittel oder der Haftmittler eine organische oder eine anorganische Komponente. Es wurde festgestellt, dass sich derartige Mischungen besonders gut zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen.
In das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise einzusetzende
Katalysatorträger können aus einem beliebigen Metall oder einer Metalllegierung gebildet und zum Beispiel durch Extrusion oder Aufwickeln oder Stapeln oder Falten von Metallfolien hergestellt sein. Bekannt für den Bereich der Abgasreinigung sind temperaturbeständige Legierungen mit den Hauptbestandteilen
Eisen, Chrom und Aluminium. Bevorzugt für die erfindungsgemäße Beschichtung bzw. Imprägnierung sind frei durchströmbare monolithische Katalysatorträger, mit oder ohne innere Anströmkanten zur Abgasverwirbelung, oder Metallschäume. Jedoch lassen sich auch Katalysatorträger mit Schlitzen, Lochungen, Perforationen und Prägungen in der Metallfolie mit sehr gutem Erfolg beschichten bzw. imprägnieren. In gleicher Weise können Katalysatorträger aus keramischem Material Verwendung finden. Häufig wird es sich bei dem keramischen Material um ein inertes niedrigoberflächiges Material wie Cordierit, Mullit, alpha-Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid handeln. Jedoch kann der verwendete
Katalysatorträger auch aus hochoberflächigem Trägermaterial wie gamma-Aluminiumoxid bestehen.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, einen bereits auf beliebige Weise ganz oder teilweise mit einer katalytischen
Beschichtung oder mit dessen Vorläufer versehenen keramischen oder metallischen Katalysatorträger in das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen. Dies kann z.B bei der Erzielung besonderer katalytischer Effekte angebracht sein, zum Beispiel zur Erzielung eines Teilumsatzes einer bestimmten
Schadstoffkomponente bei Abgaskatalysatoren über einen bestimmten Streckenabschnitt des Katalysators hinweg.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich auf dem Katalysatorträger durch entsprechende Abdeckung, zum Beispiel am Randbereich der Eintrittsstirnseite, auf besonders einfache Weise beschichtungsfreie Bereiche schaffen. Derartige Bereiche sind besonders dann von Vorteil, wenn Teilbereiche der Gaseintrittsstirnseite des Katalysators später beim Einbau in ein Gehäuse durch Halterungen abgedeckt werden. Durch Verzicht auf eine vollständige Beschichtung lassen sich Kosten für Beschichtungs- und Imprägniermaterial einsparen, was besonders bei vergleichsweise teuren edelmetallhaltigen Katalysatorformulierungen von Bedeutung ist.
Auch lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Wahl geeigneter Parameter auch leicht eine ungleichmäßige Beschichtung über den Katalysatorträger-Querschnitt hinweg erzielen, zum Beispiel eine Beschichtungsverdickung in Richtung der Trägermitte zur Verbesserung der Strömungsverteilung des katalytisch zu behandelnden Gases. Ebenso lassen sich auch Beschichtungs- und Imprägnierungsgradienten über die Länge des Katalysatorträgers hinweg einstellen, indem beispielsweise die Verfahrensdauer oder der ansaugende Luftstrom entsprechend variiert wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren an einem Katalysatorträger zweimal von wechselnden Stirnseiten aus ausgeführt wird, d.h., dass bei einer zweiten Anwendung des Verfahrens auf einen dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits unterworfenen Katalysatorträger Eintrittsstirnseite für Dispersion bzw. Lösung und Austrittsstirnseite für den ansaugenden Luftstrom gegeneinander vertauscht werden, wobei in den jeweiligen Verfahren voneinander verschiedene katalytisch aktive Spezies aufgetragen werden, um so ein Katalysatorsystem mit Doppelfunktion zu erhalten. Beispielsweise können auf diese Weise Abgaskatalysatoren erhalten werden, die eine NOx-Reduktion in einem ersten und eine Oxidation in einem zweiten Katalysatorabschnitt durchführen.
Gleichermaßen ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, im Bereich der späteren Abgaseintrittsseite eine Schutzbeschichtung zur Verminderung des Abriebs durch den Abgasstrom aufzubringen oder eine Schutzbeschichtung auf eine bereits vorhandene Katalysatorbeschichtung oder Imprägnierung zum Beispiel gegen Einflüsse von Katalysatorgiften wie Blei, Zinn und Phosphor aufzubringen. Die letzteren
Schutzbeschichtungen haben zumeist die Aufgabe, durch ihre hochoberflächige Struktur die Katalysatorgifte ganz oder teilweise abzufangen und nicht zur katalytisch aktiven Komponente vordringen zu lassen.
In gleicher Weise wie Schutzbeschichtungen lassen sich auch zur Adsorption oder Absorption zumeist gasförmiger Komponenten, wie Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Kohlenmonoxid, befähigte Materialien, wie dotierte und undotierte Zeolithe verschiedenster Zusammensetzung und Struktur, aufbringen.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten bzw. imprägnierten Katalysatorträgers in der Abgasreinigung.
Katalysatoren, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden sind, eignen sich zur Durchführung verschiedenster StoffUmwandlungen. Insbesondere lassen sich erfindungsgemäß beschichtete und/oder imprägnierte Katalysatoren zur Abgasreinigung einsetzen. Bevorzugt ist die Anwendung für die Schadstoffkonversion von Abgasen von Verbrennungsmotoren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Beschichten oder Imprägnieren eines Katalysatorträgers, der eine Eintrittsstirnseite und eine Austrittsstirnseite aufweist, umfassend die nachfolgenden Schritte:
a) das Bereitstellen eines Katalysatorträgers, der eine Eintrittsstirnseite und eine Austrittsstirnseite aufweist, insbesondere eines Metallschaums;
b) das Anlegen eines ansaugenden Luftstromes an der Austrittsstirnseite des Katalysatorträgers;
c) das Einführen eines Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. eines Luft/Imprägnierlösung-Gemisches in den Katalysatorträger über die Eintrittsstirnseite bei angelegtem ansaugendem Luftstrom, bis der Katalysatorträger beschichtet bzw. imprägniert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den angelegten ansaugenden Luftstrom bewirkte Ansaugluftstrom zumindest gleich groß ist wie der über die Eintrittsstirnseite in den Katalysatorträger eintretende Strom an Luft/Beschichtungsdispersion- bzw. Luft/Imprägnierlösung-Gemisch .
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Katalysatorträger von der Eintrittsstirnseite bis zur Austrittsstirnseite eine Länge von größer als 50 mm aufweist, vorzugsweise eine Länge von 60 bis 300 mm und besonders bevorzugt eine Länge von 70 bis 150 mm.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren am oder unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder am oder unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Imprägnierlösung durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt wird, von der eine oder mehrere
Bauteilkomponenten auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels der Beschichtungsdispersion oder auf eine dem Taupunkt des Lösungsmittels der Imprägnierlösung entsprechende Temperatur temperiert sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt wird, von der eine oder mehrere Bauteilkomponenten auf eine Temperatur von mehr als 1 °C unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der
Beschichtungsdispersion oder unterhalb des Taupunktes des Lösungsmittels der Imprägnierlösung temperiert sind.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt wird, von der ein oder mehrere Bauteilkomponenten temperierbar ausgebildet sind.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Anlegen des ansaugenden
Luftstromes an der Austrittsstirnseite des Katalysatorträgers der in dem Träger bewirkte Druck kleiner ist als 1000 mbar und vorzugsweise 700 bis 1000 mbar beträgt.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Strömungskanäle des Katalysatorträgers 200 Mikrometer bis 1,2 mm beträgt.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das über die Eintrittsstirnseite in den Katalysatorträger eingeführte Luft/Beschichtungsdispersion- oder Luft/Imprägnierlösung-Gemisch Tropfen mit einem mittleren Durchmesser von 50 Mikrometer bis 900 Mikrometer aufweist .
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsdispersion eine Washcoatdispersion ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoatdispersion ferner eine Verbindung eines katalytisch aktiven Metalls enthält.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierlösung ein Bindemittel oder einen Haftvermittler enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel oder der Haftvermittler eine organische oder eine anorganische Komponente enthält.
15. Verwendung eines nach einem der Patentansprüchen 1 bis 14 bearbeiteten Katalysatorträgers in der Abgasreinigung.
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