用于包含整料的改进的框架元件制造技术

一种用于将含有催化剂的整料保持在来自于燃烧源的废气流中的元件框架，所述元件框架包含两对相对的壁，其中所述壁形成矩形或正方形，由所述壁形成的内部，入口端，出口端，至少一个锁合元件，至少一个垫和至少一个整料，所述整料包含入口、出口、四个侧面和用于有效降低废气中一种或多种气体的浓度的至少一种催化剂，其中所述至少一个垫和所述至少一个整料位于所述元件框架的所述内部，以使得在所述整料与每个相邻的壁之间存在至少一个垫，每个锁合元件延伸跨过所述元件框架的入口端或出口端，并且连接到所述元件框架的两个相对侧面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于包含整料的改进的框架元件专利
本专利技术涉及一种改进的元件框架，其将含有催化剂的整料保持在该框架中，其中具有该催化剂的该元件框架经配置来位于发动机的废气中。专利技术背景本专利技术涉及用于催化剂模块中来处理来自于具有排气系统的固定燃烧源的废气的元件框架，该排气系统使废气经过含有一个或多个整料的载体结构，每个含有一种或多种催化剂。固定燃烧系统可以是任何燃烧不是用于路上操作的轿车、卡车或飞机的烃基燃料的系统。它们可以是例如燃煤系统、燃油(石油)系统或燃气轮机。固定燃烧系统也可以用于海洋应用，其中将燃烧系统如柴油机用于大型集装箱或游轮。固定燃烧系统通常在恒定的固定负荷下连续操作，而移动燃烧系统通常在变化负荷下操作。这些系统和用于移动应用的发动机中的烃燃烧产生废气，其必须经处理来除去形成的污染物如氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)或烃(HC)。已知NOx引起许多的人和动物的健康问题以及引起许多有害的环境影响，包括形成烟雾和酸雨。CO对于人和动物是有毒的，并且HC会引起不利的健康影响。为了减轻废气中这些污染物，尤其是NOx对于人和环境二者的影响，期望消除这些不期望的组分，优选通过不产生其他有害或有毒物质的方法。固定燃烧系统可以装备有排放控制系统，其提供有催化剂模块。图1是现有技术已知的催化剂模块的描述。催化剂模块是包含多个元件框架的结构，其中每个元件框架可以含有多个整料，每个包含催化剂载体和一种或多种催化剂。催化剂模块安装在排放控制系统的烟气管道中，并且要净化的烟气在操作过程中流过整料。烟气管道可以典型地具有几平方米的横截面积，并且可以为几十到几百平方米。烟气管道的尺寸可以根据许多因素包括发动机尺寸、发动机的操作条件、可允许的背压等而广泛变化。在一些情况中，烟气管道可以具有矩形横截面，并且管道的宽度和高度每个是几米，例如10m×10m。烟气管道的整个横截面被一个或多个催化剂模块覆盖。催化剂模块彼此相邻排列，以使得全部烟气经过整料，接触整料之上或之中的催化剂，和变得净化。几个例如2-5个催化剂模块可以成行和成列彼此相邻布置，经常在烟气管道内在负载框架中连接(图2)。催化剂模块本身典型地具有边缘长度为几米的矩形横截面。在烟气流动方向上，催化剂模块经常位于一个接一个布置的几个平面中。在一些应用中，催化剂模块可以在流动方向上延伸几米，甚至高达10-15米(图3)。对于一些应用如海洋或燃气轮机，对于催化剂模块会存在在机械应力方面相对苛刻的环境条件。例如，在海洋船舶上，会经历几倍于重力的力。另外，特别是对于燃气轮机所用的大横截面催化剂模块来说，必须考虑由地震引起的机械应力。催化剂模块可以使用堆叠框架来构建，其中插入几个元件框架单元，其中元件框架单元含有包含一种或多种催化剂的整料。烟气在烟气流动方向上流过单个整料。整料也称作蜂窝体型催化剂。这些蜂窝体型催化剂通常由陶瓷材料制成，并且具有多个在气流方向上穿过整料的流动通道。在安装的、操作状态时，烟气流过整料中的流动通道，在这里它接触整料中或整料表面上涂层中的催化剂，变得净化。使用这些处理系统中遇到的一个典型问题是置于整料与元件框架元件之间来提供密封和因此气密性(即在催化剂周围没有旁路流)以及充当抗震缓冲的材料，在正常使用过程中不能位于原地，除了当材料经特别设计，和作为具有相对高成本的特定类型的垫来提供时。元件框架与含有一种或多种催化剂的整料之间的垫在元件框架即将焊接在一起时置于元件框架中。在存在周期性机械应力的情况中(其典型地在排气系统条件中，其中发动机脉动导致冲击和震动)，垫会靠着框架和整料移动。由于系统对于冲击和震动相对低的机械稳定性，这种移动会引起整料的破坏。目前的元件框架具有金属折板(flap)或凸缘(lip)，其与整料的入口和/或出口面重叠，以使得约15％的催化剂孔不直接暴露于废气流。目前的元件框架在入口和出口面的中央还具有锁合元件。锁合元件的功能之一是将整料之间的间隙相对于直接废气流遮蔽。锁合元件经没有预应力的焊接，这导致对于冲击和震动来说相对低的机械稳定性。目前的元件框架设计没有提供将元件框架直接彼此连接的机构。将元件框架结合在一起的能力可以避免当需要仅少量元件框架时对于催化剂模块的需要。期望具有催化剂模块，其允许将成本有效的材料置于整料与元件框架的金属框架之间来提供密封和充当抗震缓冲，该材料可以在正常使用期间位于原地，还提供最大可能的催化剂可利用横截面，全部处于苛刻的机械应力条件下。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术涉及一种用于将含有催化剂的整料保持在来自于燃烧源的废气流中的元件框架，所述元件框架包含两对相对的壁，其中所述壁形成矩形或正方形，由所述壁形成的内部，入口端，出口端，至少一个锁合元件，至少一个垫和至少一个整料，所述整料包含入口、出口、四个侧面和用于有效降低所述废气中的一种或多种气体的浓度的至少一种催化剂，其中所述至少一个垫和所述至少一个整料位于元件框架的所述内部，并且在所述整料与每个相邻的壁之间存在至少一个垫，每个锁合元件延伸跨过所述元件框架的所述入口端或出口端，并且连接到所述元件框架的两个相对侧面。在第二方面中，本专利技术涉及一种催化剂模块，其包含多个本专利技术第一方面的元件框架。在另一方面中，本专利技术涉及一种排气系统，其包含本专利技术第一方面的元件框架。在又一方面中，本专利技术涉及一种排气系统，其包含本专利技术第二方面的催化剂模块。在又一方面中，本专利技术涉及一种制造本专利技术第一方面的元件框架的方法。在另一方面中，本专利技术涉及一种制造本专利技术第二方面的催化剂模块的方法。在又一方面中，本专利技术涉及一种处理废气的方法，所述方法包括使废气经过本专利技术第一方面的元件框架中的整料，其中所述整料包含一种或多种有效降低所述废气中一种或多种气体的浓度的催化剂。在又一方面中，本专利技术涉及一种增加与废气接触的催化剂的量的方法，所述方法包括使废气经过本专利技术第二方面的催化剂模块。附图说明图1是催化剂模块的三维图。图2的图显示了模块跨过排气管道横截面的布置。图3的图显示了在排气管道内的气流方向上一个接一个放置的五组模块的布置的俯视图。图4是框架元件的三维图。图5是框架元件的三维图，在所述框架元件中具有四个整料。图6是从入口和/或出口侧所示的元件框架一部分的图示，其显示了两个块，每个具有相邻的壁和在入口和/或出口面中的切掉部分。图7显示了连接有锁合元件的框架元件的端视图。图8显示了框架元件的侧视图。图9显示了框架元件的横截面图，在所述框架元件的横截面内具有两个整料。图10显示了框架元件上凸起的横截面图。图11显示了包含四个整料的框架元件的侧视图。图12显示了包含六个整料的框架元件的侧视图。图13是框架元件的三维图，每个侧面具有延伸部，用于将所述框架元件连接到其他框架元件。图14显示了两个连接的锁合元件，具有切掉部分。图15是三个框架元件的三维图，其侧面具有延伸部，用于将所述框架元件连接到其他框架元件上，其中所述框架元件含有整料。具体实施方式作为本说明书和所述权利要求书中所用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物，除非上下文另有明确指示。因此，例如提及“催化剂”时包括两种或更多种催化剂的混合物等。术语“基本上全部”表示至少90％，优选至少95％，优选至少97％。术语“载体”表示催化剂固定到的惰性材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于将含有催化剂的整料保持在来自于燃烧源的废气流中的元件框架，所述元件框架包含两对相对的壁，其中所述壁形成矩形或正方形，由所述壁形成的内部，入口端，出口端，至少一个锁合元件，至少一个垫和至少一个整料，所述整料包含入口、出口、四个侧面和用于有效降低所述废气中一种或多种气体的浓度的至少一种催化剂，其中所述至少一个垫和所述至少一个整料位于所述元件框架的所述内部，以使得在所述整料与每个相邻的壁之间存在至少一个垫，每个锁合元件延伸跨过所述元件框架的所述入口端或出口端，并且连接到所述元件框架的两个相对侧面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.07 US 62/263,9011.用于将含有催化剂的整料保持在来自于燃烧源的废气流中的元件框架，所述元件框架包含两对相对的壁，其中所述壁形成矩形或正方形，由所述壁形成的内部，入口端，出口端，至少一个锁合元件，至少一个垫和至少一个整料，所述整料包含入口、出口、四个侧面和用于有效降低所述废气中一种或多种气体的浓度的至少一种催化剂，其中所述至少一个垫和所述至少一个整料位于所述元件框架的所述内部，以使得在所述整料与每个相邻的壁之间存在至少一个垫，每个锁合元件延伸跨过所述元件框架的所述入口端或出口端，并且连接到所述元件框架的两个相对侧面。2.根据权利要求1所述的元件框架，其中两个或更多个整料存在于所述元件框架的所述内部，至少两个整料彼此相邻布置，和至少一个垫位于彼此相邻的整料之间。3.根据权利要求1或2所述的元件框架，其中至少两个锁合元件位于所述元件框架的所述入口端上，和至少两个锁合元件位于所述元件框架的所述出口端上。4.根据权利要求1、2或3所述的元件框架，其中当所述元件框架包含至少两个整料时，在相邻的整料之间有空间，并且所述锁合元件中的至少一个位于两个整料之间的空间上，优选位于所述空间中央。5.根据前述权利要求中任一项所述的元件框架，其中每个壁包含伸入所述内部中的多个凸起。6.根据前述权利要求中任一项所述的元件框架，其中所述元件框架的至少一个壁包含延伸段，所述延伸段包含多个开口，其中所述开口经配置来允许用于将所述元件框架结合到另一元件框架的紧固件穿过所述开口。7.根据前述权利要求中任一项所述的元件框架，其中选择所述垫的厚度，以使得所述垫填充所述整料与所述框架元件之间的间隙，并且提供缓冲，所述缓冲使得当所述元件框架在组装过程中压在一起时，所述整料经受至少100，优选至少150，更优选至少200牛顿/mm2的表面压力。8.根据前述权利要求中任一项所述的元件框架，其中所述整料具有名义宽度N和实际宽度A，用于实际宽度A等于名义宽度N的整料的垫的厚度是B，和用于具有实际宽度C的整料的垫的期望厚度：a)当C<A时是B+(A-C)；b)当C＝A时是B；和c)当C>A时是B-(C-A)，其中所述用于具有实际宽度C的整料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·克劳德雷恩，D·雷彻特，H·施彻贝尔，
申请(专利权)人：庄信万丰催化剂德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE