DE1003192B

DE1003192B - Kontaktkoerper zur Durchfuehrung katalytischer Reaktionen

Info

Publication number: DE1003192B
Application number: DEO3692A
Authority: DE
Inventors: Wilfred Martin Adey; Eugene Jules Houdry
Original assignee: Oxy Catalyst Inc
Current assignee: Oxy Catalyst Inc
Priority date: 1953-07-03
Filing date: 1954-07-02
Publication date: 1957-02-28
Also published as: GB746806A; BE530120A; FR1104311A; NL96845C

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Kontaktkörper zur Durchführung katalytischer Reaktionen, die aus einem elektrischen Widerstandsdraht bestehen und einen dünnen, festhaftenden Überzug aus einem katalytisch aktiven anorganischen Oxyd haben. Diese Kontaktkörper sind dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydüberzug, der aus Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, Thoriumoxyd, Magnesiumoxyd oder Mischungen dieser Oxyde besteht, poröse Struktur und eine Dicke von weniger als 0,076 mm, vorzugsweise von 0,0076 bis 0,0254 mm aufweist und in an sich bekannter Weise mit einem feinverteilten katalytisch aktiven Metall, wie Platin, Ruthenium, Palladium, Silber, Kupfer, Nickel, Chrom oder einer Mischung dieser Metalle imprägniert ist, wobei die Konzentration des Metalls im Überzug zwischen 0,2 und 5 Gewichtsprozent liegt.

Es ist bekannt, daß bei der Ausführung heterogener katalytischer Reaktionen eine bestimmte Mindesttemperatur an der Oberfläche des Katalysators erforderlich ist, damit die Reaktion fortschreitet und daß diese Temperatur von der Art der Reaktion und dem verwendeten Katalysator abhängt. Diese Mindesttemperatur kann durch Vorerhitzung des Stroms der Reaktionsteilnehmer, durch Wärmezufuhr durch die Wandungen der Reaktionskammer oder durch direktes Erhitzen der katalytischen Masse selbst aufrechterhalten werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses letztere Verfahren angewendet, um den Katalysator auf seiner Aktivierungstemperatur zu halten, d. h., der mit einem solchen Film versehene Kontaktkörper kann dadurch erhitzt werden, daß man ihn zwecks Zufuhr von elektrischem Strom mit einer elektrischen Kraftquelle verbindet und dadurch den Katalysatorfilm auf seiner Oberfläche auf der erforderlichen Reaktionstemperatur hält. Dies bietet den Vorteil, daß die dem Widerstandselement zugeführte Wärme unmittelbar auf den Katalysatorfilm übertragen wird und ihn in Sekundenschnelle auf die erforderliche Temperatur bringt. Dies ist in vielen praktischen Anwendungen von großem Vorteil, wo es nötig ist, den Katalysator in kurzer Zeit auf seine Aktivierungstemperatur zu bringen. Nach den früheren Verfahren muß eine ziemlich große Kontaktmasse von hoher Hitzekapazität verhältnismäßig langsam durch Wärmeaustausch durch die Wandungen der Reaktionskammern hindurch oder mit einem Strom vorgewärmter Reaktionsteilnehmer erhitzt werden.

Es sind schon Kontaktkörper bekannt, die elektrisch erhitzt werden können und bei denen der aus Nickel, Eisen, Kupfer, Kobalt oder deren Legierungen oder ähnlichen Metallen bestehende Widerstandsdraht elektrisch erhitzt wird und ebenfalls mit einem katalytisch aktiven Oxyd überzogen ist. Weiter sind Kontaktkörper in Form von Platten bekannt, die mit einem verhältnismäßig dünnen Film überzogen sind. Die Platten bestehen aus Metallen, aber sie werden nicht elektrisch erwärmt. Das Imprä-Kontaktkörper zur Durchführung
katalytischer Reaktionen

Anmelder:
Oxy-Catalyst, Inc., Wayne, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. Dr.-Ing. R. Poschenrieder,
Patentanwalt, München 8, Lucile-Grahn-Str. 38

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Juli 1953

Eugene Jules Houdry, Ardmore, Pa.,

und Wilfred Martin Adey, Paoli, Pa. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

gnieren von porösen Stoffen als Träger mit katalytisch wirksamen Metallen ist ebenfalls bekannt.

Von diesen bekannten Kontaktkörpern unterscheidet sich der erfindungsgemäße insbesondere dadurch, daß der Film aus katalytisch aktivem anorganischem Oxyd poröse Struktur und eine Dicke von weniger als 0,076 mm hat und mit einem katalytisch aktiven Metall nur in solchen Mengen imprägniert ist, daß die Konzentration des Metalls im Überzug zwischen 0,2 und 0,5 Gewichtsprozent liegt.

Die Imprägnierung des katalytisch wirksamen Oxyds mit katalytisch aktiven Metallen hat den Vorteil, daß die Arbeitstemperatur der Katalysatoren beträchtlich erniedrigt wird, und durch den, wenn auch sehr dünnen Überzug aus katalytisch aktiven Oxyden ist es möglich, die katalytischen Drähte sehr dicht zu wickeln, da der Oxydfilm durch seine dielektrischen Eigenschaften einen ausgesprochenen Isolationseffekt hat, so daß selbst in ganz dicht gewickelten Spulen kein Kurzschluß auftritt. Da die Konzentration des Metalls in dem Film in den Grenzen von 0,2 bis 5 Gewichtsprozent gehalten wird, beeinflussen diese Metalle die dielektrischen Eigenschaften nicht, d. h., der Film bleibt trotz der Anwesenheit der Metalle nichtleitend und dadurch, daß ein so dicht gewickelter Kontaktkörper hergestellt werden kann, wird ein besonders guter Kontakt mit den umzusetzenden Substanzen hergestellt und dadurch die Wirksamkeit der Katalysatorenkörper noch weiter erhöht.

Die Erfindung betrifft insbesondere Kontaktkörper von der Art der Oxydationskatalysatoren, und sie wird hauptsächlich mit Bezug darauf beschrieben. Wie aus der nach-

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folgenden eingehenden Beschreibung erhellt, ermöglicht teilten Oxyden besteht, die in einer wäßrigen Lösung einer die Erfindung die Schaffung von kompakten billigen zu einem katalytisch aktiven anorganischen Oxyd zerEinheiten, die sich bei sehr vielen praktischen Anwen- setzbaren Verbindung suspendiert ist, wie z. B. eine düngen, insbesondere in Fällen, wo Spuren oxydierbarer Aufschlämmung des feinverteilten, in einer wäßrigen Dämpfe in einem Gasstrom oxydiert werden sollen, als 5 Lösung von Aluminiumnitrat suspendierten Aluminiumnützlich erweisen. * oxyds.

Wie schon erwähnt, besteht der Film auf dem Wider- Aus einer solchen Aufschlämmung wird der Film auf Standsdraht aus katalytisch aktivem Aluminium-, Beryl- den Träger vorzugsweise so aufgebracht, daß man ihn lium-, Zirkon-, Magnesium- oder Thoriumoxyd oder in die Aufschlämmung eintaucht, abtropfen läßt, zwecks Mischungen dieser Oxyde. io Verdampfung der nicht gebundenen Flüssigkeit trocknet Bei der Abscheidung solch katalytisch wirksamer an- und dann auf eine Temperatur unterhalb etwa 816° organischer Oxyde auf der Oberfläche eines Drahtes oder erhitzt, um die urpsrünglich in der Lösung vorhandene eines anders geformten elektrischen Widerstandselementes, Verbindung in ihr katalytisch wirksames Oxyd zu zerdas eine glatte, nicht poröse Oberfläche hat, tritt das setzen. Zum Beispiel wird durch das Eintauchen des Problem des Haftens des" Films auf. In dieser Hinsicht 15 elektrischen Widerstandselements in eine aus feinverhat es sich gezeigt, daß Oxydüberzüge, die aus Mischungen teiltem, in einer wäßrigen Lösung von Aluminiumnitrat von Aluminiumoxyd mit ~ Berylliumoxyd oder aus Alu- suspendiertem katalytisch wirksamen Aluminiumoxyd miniumoxyd mit Zirkonoxyd bestehen, fester haften und bestehenden Aufschlämmung ein gleichmäßiger Niedergleichmäßigere Filme bilden als andere Oxyde allein oder schlag auf der Oberfläche des Elements erzeugt. Nach in anderen Kombinationen. Überzüge dieser Art stellen 20 dem Trocknen besteht dieser Niederschlag aus einem Film demnach eine sehr vorteilhafte und bevorzugte Ausfüh- katalytisch aktiven Aluminiumoxyds, das Aluminiumrungsform der Erfindung dar, aber dort, wo die media- nitratkristalle enthält, die sich während der Verdampfung nische Beanspruchung der Kontaktkörper geringer ist, der freien Flüssigkeit abgesetzt haben. Beim Erhitzen können mit ebenso guten katalytischen Erfolgen auch die dieses Films auf etwa 260° zerfällt das Aluminiumnitrat anderen Oxyde verwendet werden. 25 in Aluminiumoxyd.

Es ist bekannt, daß nicht alle Formen dieser Oxyde Um die Herstellung eines Films von höchstmöglicher katalytisch aktiv sind. Manche Formen besitzen wenig Härte und ausgezeichnetem Haftvermögen an der Oberoder keine katalytische Eigenschaft. Die katalytisch fläche des elektrischen Widerstandselementes zu gewährwirksame Form dieser Oxyde ist durch eine feine poröse leisten, wird das katalytisch aktive Oxyd vorzugsweise Struktur, die eine große innere Oberfläche besitzt, 30 in einen äußerst feinverteilten Zustand übergeführt, ehe charakterisiert. Im Falle des Aluminiumoxyds z. B. es auf die Oberfläche des Elements aufgebracht wird, besitzt das sogenannte a-Aluminiumoxyd (Korund oder Man kann dies erreichen, indem man das Oxyd in den Alundum) ein geringes Porenvolumen und ist katalytisch kolloidalen Zustand überführt, vorzugsweise in einer unwirksam. Andererseits hat das sogenannte y-Aluminium- Kolloidmühle des Zerreibetyps, wobei man das Oxyd, das oxyd eine große innere Oberfläche und wird als die 35 in einem wäßrigen Medium suspendiert ist, nach der katalytisch aktive Form angesehen. Die katalytisch Naßmahltechnik verarbeitet. Zur Erreichung der gewirksamen Formen dieser Oxyde werden im allgemeinen wünschten Ergebnisse, d. h. eines harten, festhaftenden synthetisch durch Ausfällen eines Gels aus einer Lösung Films, soll die Überführung in den kolloidalen Zustand gewonnen. Dann wird das Gel getrocknet und bei einer so weit vorangetrieben werden, daß das feinverteilte kontrollierten Temperatur erhitzt, um das Hydratwasser 40 Oxyd mit einer ungefähr gleichen Gewichtsmenge Wasser zu entfernen. Katalytisch aktives Aluminiumoxyd z. B. eine viskose, sich nicht absetzende Aufschlämmung kann synthetisch durch Ausfällen eines Tonerdegels aus ergibt. Durch diese Maßnahme wird die Qualität des einer Aluminiumsalzlösung gewonnen werden. Das Gel Filmes wesentlich verbessert.

wird getrocknet und daraufhin sorgfältig auf eine Tem- Bei der Verwendung eines solchen Filmes, der hauptperatur, vorzugsweise unter 816° erhitzt, um das Hydrat- 45 sächlich aus katalytisch aktiven Oxyden zusammengesetzt wasser auszutreiben. So erhält man das im wesentlichen ist, ist darauf zu achten, daß das Material des elektrischen wasserfreie oder teilweise noch hydratisierte Oxyd, das Widerstandselementes die katalytische Aktivität des die katalytisch aktiven oder sogenannten adsorptiven Oxyds nicht schädlich beeinflußt. In einigen Fällen neigen Formen des Aluminiumoxyds darstellt. Die übrigen kata- z. B. eisen- oder kupferhaltige Legierungen dazu, den lytisch wirksamen Oxyde können synthetisch auf ähnliche 50 Film aus katalytischem Oxyd zu vergiften und seine Weise hergestellt werden. Wie bekannt, kann katalytisch katalytische Aktivität zu zerstören. Die Brauchbarkeit aktives Aluminiumoxyd auch aus dem in der Natur vor- eines Materials als Träger für einen katalytisch aktiven kommenden Bauxit, der wasserhaltiges Aluminiumoxyd FUm kann leicht dadurch bestimmt werden, daß man enthält, gewonnen werden, indem man ihn auf eine eine Probe anfertigt und ihre Aktivität unter den Arbeits-Temperatur unter 816° erhitzt, um das Hydratwasser 55 bedingungen der katalytischen Reaktion prüft. Für eine auszutreiben. lange Lebensdauer als Katalysator ist ein Widerstands-

Dieser Erhitzungsprozess bei einer kontrollierten Tem- element aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit wenig

peratur zum Austreiben des Hydratwassers wird gewöhn- oder keinem Eisengehalt vorzuziehen,

lieh Aktivierung genannt. Obwohl die völlig hydratisierte Die Dicke des katalytischen Filmes ist von großer

Form aktivierbar ist, besitzt sie selbst keine katalytischen 60 Bedeutung. Der Film aus katalytisch aktivem Oxyd soll

Eigenschaften und muß mindestens erst zum Teil akti- sehr dünn sein; seine Stärke soll unter 0,076 mm liegen

viert werden, ehe katalytische Eigenschaften auftreten. und nicht weniger als etwa 0,0025 mm betragen. Filme

Die obenerwähnten katalytisch wirksamen anorgani- von größerer Stärke, als die genannten, neigen sehr dazu,

sehen Oxyde können auf die Oberfläche des elektrischen infolge der großen Unterschiede zwischen den Dehnungs-

Widerstandselements z. B. dadurch gebracht werden, daß 65 koeffizienten des Metalls und des Oxyds brüchig zu

man es, vorzugsweise durch Eintauchen, mit einer Auf- werden und abzublättern. Bei der Verwendung eines

schlämmung aus dem Oxyd oder der Mischung von Oxyden metallischen Widerstandselemtes werden im allgemeinen

in feinverteilter Form in einem flüssigen Medium in die besten Ergebnisse mit Filmen aus katalytisch wirk-

Berührung bringt. Vorzugsweise wird eine Aufschläm- samen Oxyd erzielt, deren Stärke etwa zwischen 0,0076

mung hergestellt, die aus einer Mischung von feinver- 70 bis 0,0254 mm liegt, Dieser dünne Film hat den weiteren

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Vorteil, daß nur sehr wenig der meist teuren katalytischen Außenseite der Spirale endet. Die obere Spule ist mit Metalle zur Imprägnierung notwendig ist. der Zuführung 5, die untere Spule mit der Zuführung 6

Der Film von katalytisch aktivem Oxyd stellt einen verbunden. Diese Zuführungen sind vorzugsweise Fortausgezeichneten Träger für feinverteilte katalytisch Setzungen des Drahtes, der die Spulen selbst bildet,
aktive Metalle dar. Obwohl der katalytische Film außer- 5 Eine Doppelspule der gezeigten Konstruktion, bei der ordentlich dünn ist, kann man Katalysatoren mit aus- die benachbarten Spulenwicklungen in engem Abstand gezeichneter Aktivität erhalten. Insbesondere erhält man voneinander liegen, ist hinsichtlich einer wirksamen Be-Oxydationskatalysatoren von außerordentlicher Bieg- rührung zwischen dem katalytisch aktivem Überzug auf samkeit, Aktivität und Lebensdauer, indem man einen der Oberfläche des Drahtes und den flüssigen Reaktions-Film aus katalytisch aktivem Oxyd, der hauptsächlich io teilnehmern, die darüber fließen, sehr erwünscht. Bei aus Aluminium-, Beryllium-, Thorium-, Magnesium-, einer solchen Anordnung kann flächenmäßig eine ver-Zirkonoxyd oder Mischungen daraus besteht, mit einem hältnismäßig große katalytisch wirksame Oberfläche in {einverteilten Metall wie Platin, Ruthenium, Palladium, einem verhältnismäßig kleinem Volumen angeordnet Silber, Kupfer, Chrom, Kobalt und Nickel oder Mischun- werden, während gleichzeitig der Druckabfall in einem gen dieser Metalle imprägniert. Besonders ausgezeichnete 15 Gasstrom, der durch eine solche Spule fließt, ganz gering Ergebnisse erzielt man bei der Verwendung von Platin. ist. Wie ersichtlich, sind die Wicklungen der Spule in Die Imprägnierung kann nach auf dem Fachgebiet wohl- sehr geringem Abstand voneinander angeordnet, und bekannten Verfahren durchgeführt werden, etwa, indem demzufolge neigen sie dazu, beim leichten Verbiegen der man den trockenen Film aus katalytisch aktivem Oxyd Spule miteinander in Berührung zu kommen. Da der mit einer wäßrigen Lösung eines Salzes des gewünschten 20 Überzug aus katalytisch aktivem Oxyd von dielektrischer Metalls imprägniert und dann das Salz in das katalytisch Natur ist, trägt er dazu bei, die Wicklungen der Spulen aktive Metall zersetzt, das dadurch auf und innerhalb gegeneinander zu isolieren und Kurzschluß beim gegendes aktiven Oxydfilmes sich in feinverteilten Zustand seitigen Berühren von benachbarten Spulenteilen zu verabsetzt. Der Film kann z. B. mit Platin imprägniert hindern.

werden, indem man den Träger, der den Film trägt, in eine 25 Die Doppelspule 3 wird in einem zylindrischen Spulen-Lösung von Platinchlorwasserstoff säure (H₂PtCl ■ 6H₂O) halter 7, der vorzugsweise aus einem hitzebeständigen eintaucht, trocknen läßt und dann erhitzt, um das Platin- dielektrischen Material, wie keramischem Material, besalz zu zersetzen, und so metallisches Platin in fein- steht, gehalten. Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, hat verteilter Form in und auf den Oxyden absetzt. jeder Spulenhalter 7 ringförmige Gestalt und kann nach

In den Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungs- 30 Art eines Teleskops teilweise in einen anderen Spulenformen der erfindungsgemäßen Kontaktkörper und einer halter hineingeschoben werden. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung, in der solch ein Kontaktkörper verwendet Wandungsdicke jedes Spulenhalters an einem Ende nach wird, gezeigt. innen und am anderen Ende nach außen verschmälert.

Fig. 1 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch einen Der von außen verschmälerte Teil ergibt einen Stecker 8, Widerstandsdraht mit dem dünnen katalytisch wirksamen 35 der sich in das von innen her verschmälerte Ende des Überzug; nächsten Spulenhalters wie in eine Fassung einpaßt. Die

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine flache, in einem Länge des Steckers 8 ist so bemessen, daß ein ringzylindrischen Spulenhalter montierte Spule aus Wider- förmiger Zwischenraum 9 zwischen dem Ende des standsdraht, der mit einer katalytisch aktiven Schicht Steckers 8 und der inneren Schulter 10, die durch die versehen ist; 40 Verschmälerung der Wandungsdicke von innen her ge-

Fig. 3 zeigt, zum Teil im Schnitt, einen Seitenaufriß bildet wird, besteht. Die Spule 3 ruht in diesem ringeiner Anordnung verschiedener Spulen und Spulenhalter förmigen Zwischenraum auf der Schulter 10 und wird von der Art, wie sie Fig. 2 zeigt, wobei die Teile im durch den Stecker 8 des nächsten Spulenhalters in ihrer Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2 dargestellt sind; Stellung gehalten. In Fig. 3 ist der obere Spulenhalter

Fig. 4 zeigt eine Kontaktvorrichtung, die aus Ein- 45 ohne Spule abgebildet, obwohl er natürlich eine Spule heiten, wie sie in Fig. 2 und 3 erläutert sind, auf- tragen kann. In diesem Falle sind zweckmäßige Vorgebaut ist, in Verbindung mit einer elektrischen Kraft- richtungen, wie etwa eine Unterlagscheibe, anzubringen, quelle. um die obere Spule auf der Schulter 10 festzuhalten.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen metal- Beim Zusammensetzen der Einheit wird die Spule 3

lischen elektrischen Widerstandsdraht, der mit einem 50 mit ihrem Trennstreifen 4 so in den Spulenhalter eindünnen, haftenden Oberflächenfilm aus katalytisch gesetzt, daß die Zuführungen 5 und 6 in die Schlitze 11 aktivem Material 2 versehen ist. Dieser Film soll ganz bzw. 12 zu liegen kommen. Die Schlitze erstrecken sich dünn, und zwar in der Größenordnung von 0,0025 bis durch die Wandung des Spulenhalters zur inneren 0,076 mm Dicke, sein. Schulter 10. Nachdem die Spulen in dieser Weise in die

Gemäß Fig. 2 ist ein elektrischer Widerstandsdraht, 55 Spulenhalter eingesetzt sind, kann jede beliebige Anzahl der mit einem dünnen, in Fig. 1 gezeigten Katalysatorfilm von Haltern mit Spulen auf die gezeigte Weise zusammenversehen ist, zu einer flachen, spiralförmigen Spule auf- gefügt werden. Die Spulen können dann, wie in Fig. 3 gewickelt, die durch Bezugsziffer 3 gekennzeichnet ist. gezeigt, seriengeschaltet werden. Die Spulenzuführungen Die gezeigte Spule ist in Wirklichkeit eine Doppelspule, können nach jeder beliebigen Methode verbunden werden, die aus einem einzigen langen Widerstandsdraht ge- 60 wie etwa durch Zusammendrehen und Einführen der wickelt ist, wobei die beiden Spulen übereinanderliegen zusammengedrehten Drähte in einen gewöhnlichen Iso- und durch einen schmalen Streifen 4, der aus einem nicht- lator aus keramischem Material, wie der abgebildete leitenden Material, wie Glimmer, besteht, voneinander Isolator 13. Die freien Zuführungsdrähte von den oberen getrennt sind. Wie die beiden Spulen übereinanderliegen, und unteren Spulen können dann an eine elektrische kann aus Fig. 3 ersehen werden. Die obere Spule 3_a, die 65 Stromquelle angeschlossen werden, wie in Fig. 4 gezeigt, in Fig. 2 im Grundriß gezeigt ist, beginnt bei Punkt A Wie in dieser Figur abgebildet, werden die freien Zuan der Außenseite der Spirale und endet in Punkt B führungsdrähte 5„ von der oberen und 5_b von der unteren im Inneren der Spirale. An dieser Stelle steht sie in Spule an eine mit 14 bezeichnete elektrische Stromquelle Verbindung mit der unteren Spule 3₆, die in Punkt C angeschlossen. Abgesehen vom elektrischen Anschluß im Innern der Spirale beginnt und in Punkt D an der 70 der Spulen dienen die Verbindungen zwischen den auf-

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einanderfolgenden Spulen im Aggregat auch dazu, die einer Mischung von Aluminiumoxyd und Berylliumoxyd,

Spulenhalter zu einer Einheit zusammenzuschließen. versehen:

Zur Vermeidung von großen Wärmeverlusten wird das Ein calciniertes, auf eine Siebfeinheit von etwa 13700

ganze Aggregat mit einer äußeren Schicht aus Isolier- Maschenöffnungen/cm² gemahlenes katalytisch aktives material 15 versehen, das Fiber, Glaswolle, Asbest oder 5 Aluminiumoxyd folgender Zusammensetzung

jedes andere geeignete Isoliermaterial[sein kann. Oie _MQ _{go 2 Gewichtsprozent}

Zufuhrungen zu den Spulen und die Verbindungsstücke 13 -^ q 0 43

können, wie abgebildet, in dieser Isolierung liegen. _Fe-² ₀ "']''''' weniger als o'36

Beim Gebrauch wird ein Strom von Reaktionsteil- <-η „,„„:„„ _o1„ _n'_1s "

, .._..,, , . ,.., . . ,. -Ji^a weniger d.ib u,io „

nehmern m em Ende des Aggregats eingeführt, wie dies ¹⁰JjQ 9 1

beispielsweise durch die Pfeile 16 angegeben ist. Sie ² ' "

strömen nacheinander über jede Spule mit der darauf wird mit Wasser in einem solchen Verhältnis gemischt, angebrachten katalytisch aktiven Oberfläche. Die er- daß sich aus 5 kg Aluminiumoxydpulver 81 Aufforderliche Reaktionstemperatur wird an der Oberfläche schlämmung ergeben. Diese Wasser-Aluminiumoxyddes Katalysators dadurch aufrechterhalten, daß ein 15 Mischung wird wiederholt durch eine Kolloidmühle geelektrischer Strom geeigneter Stärke durch die Spulen schickt, wobei durch Umrühren für die gleichmäßige geleitet wird. Wenn die Temperatur der Reaktions- Beschaffenheit der Aufschlämmung gesorgt wird. Die teilnehmer merklich unter der erforderlichen Reaktions- verwendete Kolloidmühle besteht aus einer rotierenden temperatur liegt, findet ein Wärmeaustausch zwischen Scheibe und einer festen Scheibe mit Vorrichtungen zur den Reaktionsteilnehmern und den erhitzten Spulen 20 Einstellung des Druckes, der zwischen den Scheiben wirkt, statt, wobei die Reaktionsteilnehmer erwärmt und die Die rotierende Scheibe dreht sich mit einer Geschwin-

Oberflächen der Spule abgekühlt werden. Zur Vermei- digkeit von 20000 Umdrehungen pro Minute, während die dung einer zu starken Abkühlung der ersten Spulen in der Aufschlämmung zwischen sie und die feststehende Scheibe Reihe zwecks Aufrechterhaltung einer gleichmäßigeren gepreßt wird, wodurch die Partikel hydraulischer Seher-Temperatur in dem Aggrgat kann es in den Fällen, in 35 beanspruchung unterworfen werden, denen die eintretenden Reaktionsteilnehmer kalt sind, Die ursprüngliche Mischung wird insgesamt achtmal

wünschenswert sein, in den ersten Spulen der Reihe für durch diese Mühle geschickt. Bei jedem folgenden Durcheine größere Energieleistung zu sorgen als in den Spulen gang durch die Mühle wird die Einstellvorrichtung zur am Ende der Reihe. Dies kann man z. B. in einem Erhöhung der Kraft, mit der die Scheiben aufeinander System wie dem abgebildeten, bei dem die aufeinander- 30 drücken, angezogen. Der Endpunkt des Vermahlungsfolgenden Spulen in Reihenschaltung verbunden sind, Vorganges ist erreicht, wenn die Aufschlämmung aus dadurch erreichen, daß man die ersten Spulen aus feinerem Aluminiumoxyd und Wasser, die ungefähr gleiche Teile Draht oder aus Metall von größerem spezifischem Wider- von Aluminiumoxyd und Wasser enthält, eine derartige stand herstellt als die in der Reihe nachgeschalteten Erhöhung ihrer Viskosität erfahren hat, daß sie eine halb-Spulen, so daß die Energieleistung in den Spulen am 35 feste Konsistenz annimmt; sie zeigt dann, selbst nach Anfang der Reihe größer ist und damit die Wärmeverluste längerem Stehen, sehr wenig Neigung, sich in zwei Phasen an die anfänglich kalten Reaktionsteilnehmer aus- zu trennen.

geglichen werden. Das verwendete katalytisch wirksame Berylliumoxyd

Wenn erwünscht, kann der Strom, der in die Einheit hat folgende analytische Zusammensetzung: 99,8% BeO, eintritt, durch die die Einheit verlassenden heißeren Gase 40 0,05% Fe, 0,12% Si, 0,10% Ca.

durch indirekten Wärmeaustausch vorgewärmt werden, Dieses Berylliumoxyd wird mit Wasser gemischt und,

wodurch Verluste an fühlbarer Wärme in dem die Einheit ähnlich wie oben beim Aluminiumoxyd beschrieben, in verlassenden Gasstrom auf einem Minimum gehalten einer Kolloidmühle vermählen.

werden. Am Schluß des Vermahlungsprozesses enthält die Auf-

Bei der Art der dargestellten Einheit kann die Größe 45 schlämmung aus Wasser und Aluminiumoxyd etwa 44 Geder katalytisch wirksamen Oberfläche nach Bedarf durch wichtsprozent Festbestandteile und die Aufschlämmung Veränderung der Anzahl der Spulen in dem Aggregat aus Berylliumoxyd und Wasser etwa 56% Festbestandverändert werden. In Fig. 4 ist ein Aggregat von fünf teile. Diese beiden Aufschlämmungen werden mit-Spulenhaltern gezeigt. Der letzte Spulenhalter im einander und mit Aluminiumnitratkristallen in folgendem Aggregat ist mit einem Verbindungsstück 17 versehen, 50 Verhältnis vermischt, so daß sich in dem fertigen Film das andererseits mit einer Zuführungsleitung für die etwa ein äquimolekulares Verhältnis von Aluminiumoxyd Reaktionsteilnehmer verbunden werden kann. und Berylliumoxyd ergibt: 43,4g BeO- Wasser-Aufschläm-

Anstatt der Drahtspule können auch andere Formen mung (56% Festbestandteile), 228 g Al₂O₃-Wasser-Aufdes Kontaktkörpers verwendet werden, z.B. in engem schlämmung(44%Festbestandteile),16gAl(NO₃)₃-9H₂O Abstand voneinander angeordnete, elektrisch verbundene, 55 Kristalle.

parallele Bänder oder Litzen aus Widerstandsmetall, die In die Mischung wird die aus dem Widerstandsdraht

quer zur Strömungsrichtung der Reaktionsteilnehmer gewickelte Spule getaucht, herausgenommen, abtropfen angebracht sind. Gleichermaßen kann man, obwohl ein gelassen und die überflüssige Aufschlämmung kräftig abmetallisches Widerstandselement für viele Anwendungs- geschleudert. Die Spule wird mit einer elektrischen gebiete bevorzugt wird, ein nichtmetallisches Wider- 60 Stromquelle verbunden und bis zur beginnenden Rotglut Standselement verwenden, wie etwa einen Kohlen- innerhalb von 1 bis 2 Minuten unter allmählicher Verwiderstand. Stärkung des durch die Spule fließenden Stromes auf-

Beisniel geheizt. Es bleibt ein Film, bestehend aus einer Mischung

von katalytisch wirksamem Aluminiumoxyd und Beryl-

Eine Spule der in den Zeichnungen gezeigten Art wird 65 liumoxyd, auf dem Draht haften, der etwa 0,0127 mm aus 3,5 m eines Widerstandsdrahtes (80 % Nickel, 20 % stark ist. Zur Verstärkung des Films wird die Spule Chrom) von 0,07 cm Durchmesser gewickelt. Die be- wieder in die oben beschriebene Mischung getaucht, nachbarten Windungen haben einen Abstand von herausgenommen, abtropfen gelassen, kräftig abge-0,633 mm. Eine solche Spule wird in folgender Weise schleudert und dann elektrisch geheizt, um den FUm zum mit einem katalytisch wirksamen Film, bestehend aus 70 Trocknen zu bringen.

Der so hergestellte Film, etwa 0,0254 mm stark, haftet fest an der Oberfläche des Drahtes und ist ganz hart und widerstandsfähig gegen Verkreiden. Zur Prüfung seiner Widerstandsfähigkeit gegen wiederholte Ausdehnungen und Zusammenziehungen des Drahtes wird die den katalytischen Überzug enthaltende Spule lOOOOmal bis zur Rotglut erhitzt und dann abgekühlt, ohne daß eine nachweisbare Verschlechterung in dem Katalysatorüberzug auftritt. Wenn auch der überzogene Draht nicht scharf geknickt werden kann, ohne den Film aus Aluminiumoxyd und Berylliumoxyd abzublättern, kann er doch beträchtlich gebogen werden, ohne den Film zu beschädigen.

Ein Oxydationskatalysator von ausgezeichneter Aktivität wird durch Eintauchen dieser den Film aus Aluminiumoxyd und Berylliumoxyd enthaltenden Spule in eine wäßrige Lösung von Platinchlorwasserstoffsäure (H₂PtCl₆ ■ 6 H₂O) hergestellt, die 1 Gewichtsprozent Platin enthält. Die Spule wird wieder langsam elektrisch bis zur Rotglut erhitzt. Eine vollständige Zersetzung des Platinsalzes in metallisches Platin wird durch Erhitzung der Spule in einer Gasflamme bis zur hellen Rotglut erreicht.

Der so hergestellte Kontaktkörper, bei dem der Film aus katalytisch aktivem Aluminiumoxyd und Berylliumoxyd etwa 1 Gewichtsprozent metallischen Platins enthält, wird mit einem Strom zwischen 1 und 3 Ampere erhitzt. Unter diesen Bedingungen liegt die Temperatur auf der Spulenoberfläche zwischen etwa 260 und 650°. Bei der höheren Temperatur glüht der Draht hellrot. Unter diesen Bedingungen tritt kein nennenswerter Kurzschluß ein, obwohl manche benachbarten Windungen der Spule in Kontakt miteinander sind. Die Platinkonzentration in dem Oxydfilm ist unter diesen Arbeitsbedingungen nicht ausreichend, um nennenswert die dielekirischen Eigenschaften des Aluminiumoxyd-Berylliumoxyd-Films zu beeinträchtigen.

Mit einem solchen katalytisch wirksamen Film überzogene Spulen werden in Spulenhaltern montiert, wie sie in den Zeichnungen abgebildet sind, wobei fünf solcher Spulen zu einer Serie verbunden wurden. In einem solchen Aggregat, in dem die Spulen aus einem Draht von 0,07 cm Durchmesser hergestellt sind, werden insgesamt 15,2 m Draht verwendet, der eine Oberfläche von 329 cm² ergibt.

Diese Vorrichtung wird zur Oxydation von Spuren organischer Bestandteile in einem Gasstrom an die öffnung eines Ofens angeschlossen, der zum Backen und Braten von Fleisch oder anderen Lebensmitteln verwendet wird. Ein Strom von 1,5 Ampere und 75 Volt wird durch die Spule geschickt. Die Abgase aus dem Ofen streichen über die mit dem Katalysator überzogenen Spulen hinweg. Fett, Rauch und alle Riechstoffe, die während des Kochens entstanden, werden fast vollständig durch katalytische Oxydation an der Oberfläche der Spulen beseitigt. Die Temperatur auf der Oberfläche der Spulen liegt während dieses Vorganges in der Größenordnung von 370 und 430°, weit unter dem Punkt des ersten Aufglühens. Unter denselben Bedingungen erwies sich die Vorrichtung als gleichermaßen wirksam bei der Beseitigung von dickem Tabakrauch aus einem Luftstrom und in der Beseitigung von niedrigen Konzentrationen verschiedener organischer Stoffe, wie Methan, Kohlenoxyd, Essigsäure und Formaldehyd aus einem Luftstrom von Raumtemperatur.

Ähnliche Ergebnisse wurden mit einer Spule erzielt, die mit einem mit einer kleinen Menge Palladium imprägnierten Film aus Aluminiumoxyd und Berylliumoxyd versehen war. Kontaktkörper aus elektrischem Widerstandsdraht mit katalytisch wirksamen Filmen von 0,0076 bis 0,0381 mm Stärke aus einer Mischung von Aluminiumoxyd und Zirkonoxyd, imprägniert mit etwa 1 bis 2 % Platin, oder aus einer Mischung von Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd und Thoriumoxyd, imprägniert mit etwa 1 bis 2% Platin erwiesen sich ebenfalls als brauchbar für die katalytische Oxydation. Die nachstehend genannten katalytisch wirksamen Filme von 0,0127 bis 0,0381 mm Stärke und guter Aktivität bei Oxydationsreaktionen wurden ebenfalls auf einen Widerstandsdraht aufgebracht: Aluminiumoxyd, imprägniert mit 1 bis 2°/₀ Platin; Berylliumoxyd, imprägniert mit 1 bis 2 °/₀ Platin; eine Mischung aus Thoriumoxyd und Aluminiumoxyd, imprägniert mit 1 bis 2°/₀ Platin; eine Mischung von Aluminiumoxyd und Magnesiumoxyd, imprägniert mit 1 bis 2% Platin. Diese letzteren Filme waren zwar aktiv, hatten aber nicht die ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften wie Füme, die aus Mischungen von Aluminiumoxyd mit Berylliumoxyd oder Zirkonoxyd hergestellt sind. Sie haften aber genügend fest an der Oberfläche des Drahtes, um für einige Zwecke verwendbar zu sein.

Claims

Patentanspruch:

Kontaktkörper zur Durchführung katalytischer Reaktionen aus einem elektrischen Widerstandsdraht mit einem dünnen, festhaftenden Überzug aus einem katalytisch aktiven anorganischen Oxyd, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydüberzug, der aus Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, Thoriumoxyd, Magnesiumoxyd oder Mischungen dieser Oxyde besteht, poröse Struktur und eine Dicke von weniger als 0,076 mm, vorzugsweise von 0,0076 bis 0,0254 mm aufweist und in an sich bekannter Weise mit einem feinverteilten katalytisch aktiven Metall, wie Platin, Ruthenium, Palladium, Silber, Kupfer, Nickel, Chrom oder einer Mischung dieser Metalle imprägniert ist, wobei die Konzentration des Metalls im Überzug zwischen 0,2 und 5 Gewichtsprozent liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 218 725, 489 115,
549 054, 550 425;

britische Patentschrift Nr. 591 669;
französische Patentschrift Nr. 475 367.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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