DE102007025317A1 - Vorrichtung zur Herstellung eines als Schalenkatalysator ausgebildeten geträgerten Edelmetallkatalysators - Google Patents

Vorrichtung zur Herstellung eines als Schalenkatalysator ausgebildeten geträgerten Edelmetallkatalysators Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines als Schalenkatalysator ausgebildeten geträgerten Edelmetallkatalysators. Um eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer Schalenkatalysatoren mit verhältnismäßig dünnen Schalen, mit verhältnismäßig hoher Edelmetallbeladung und möglichst geringen Verlusten an Edelmetall-Lösung und damit Edelmetall herstellbar sind, wird eine Vorrichtung (10) vorgeschlagen, umfassend eine Prozesskammer (15) zum Aufnehmen und Behandeln von Katalysatorträger-Formkörpern, Umwälzmittel zum Umwälzen der Katalysatorträger-Formkörper in der Prozesskammer (15) und eine Düse (50) zum Versprühen einer Lösung eines Edelmetallsalzes, wobei zumindest die Oberflächenbereiche der Düse (50), die beim Betrieb der Düse (50) mit der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommen, aus Titan, aus einer Au-Legierung oder einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines als Schalenkatalysator ausgebildeten geträgerten Edelmetallkatalysators.
  • Edelmetall-Schalenkatalysatoren und Verfahren zu deren Herstellung sind im Stand der Technik bekannt. In Edelmetall-Schalenkatalysatoren sind die katalytisch wirkenden Edelmetalle -häufig auch die Promotoren- nur in einem mehr oder weniger breiten äußeren Bereich (Schale) eines porösen Katalysatorträger-Formkörpers enthalten, d. h. sie durchdringen den Katalysatorträger-Formkörper nicht vollständig (vgl. beispielsweise EP 565 952 A1 , EP 634 214 A1 , EP 634 209 A1 und EP 634 208 A1 ). Mit Schalenkatalysatoren ist in vielen Fällen eine selektivere Reaktionsführung möglich als mit Katalysatoren, bei denen der Träger bis in den Trägerkern hinein mit katalytisch aktiver Spezies beladen („durchimprägniert") ist.
  • Vinylacetat-Monomer(VAM) beispielsweise wird gegenwärtig überwiegend mittels Schalenkatalysatoren in hoher Selektivität hergestellt. Der überwiegende Anteil der gegenwärtig eingesetzten Schalenkatalysatoren zur Herstellung von VAM sind Schalenkatalysatoren mit einer Pd/Au-Schale auf einem porösen amorphen, als Kugel ausgebildeten Alumosilikatträger auf der Basis von natürlichen kalzinierten säurebehandelten Bentoniten, die mit Kaliumacetat als Promotor durchimprägniert sind. In dem Pd/Au-System dieser Katalysatoren liegen die Aktivmetalle Pd und Au vermutlich nicht in Form von Metallpartikeln des jeweiligen reinen Metalls vor, sondern vielmehr in Form von Pd/Au-Legierungspartikeln von möglicherweise unterschiedlicher Zusammensetzung, wenngleich das Vorliegen von unlegierten Partikeln nicht ausgeschlossen werden kann.
  • VAM-Schalenkatalysatoren mit einer Pd/Au-Schale werden üblicherweise auf so genanntem chemischen Wege hergestellt, bei welchem der Katalysatorträger mit Lösungen von entsprechenden Metallverbindungen beispielsweise durch Eintauchen des Trägers in die Lösungen oder mittels des Incipient-Wetness-Verfahrens (Porenfüllverfahren), bei welchem der Träger mit einem seinem Porenvolumen entsprechenden Lösungsvolumen beladen wird, getränkt wird.
  • Die Pd/Au-Schale des VAM-Schalenkatalysators wird beispielsweise erzeugt, indem zunächst der Katalysatorträger-Formkörper in einem ersten Schritt mit einer Na2PdCl4-Lösung getränkt und anschließend in einem zweiten Schritt die Pd-Komponente mit NaOH-Lösung auf dem Katalysatorträger in Form einer Pd-Hydroxidverbindung fixiert wird. In einem darauffolgenden separaten dritten Schritt wird der Katalysatorträger dann mit einer NaAuCl4-Lösung getränkt und danach die Au-Komponente ebenfalls mittels NaOH fixiert. Es ist beispielsweise auch möglich, den Träger zunächst mit Lauge zu tränken und dann die Vorläuferverbindungen auf den so vorbehandelten Träger aufzubringen. Nach der Fixierung der Edelmetallkomponenten in einer äußeren Schale des Katalysatorträgers wird der beladene Katalysatorträger dann weitestgehend frei von Chlorid- und Na-Ionen gewaschen, anschließend getrocknet und abschließend bei 150°C mit Ethylen reduziert.
  • Nach dem Stand der Technik werden die Aktivmetalle Pd und Au ausgehend von Chloridverbindungen im Bereich einer Schale des Trägers auf demselben mittels Tränken aufgebracht. Diese Technik und die dazu eingesetzten Vorrichtungen sind jedoch an ihre Grenzen angelangt, was die Erzeugung minimaler Schalendicken mit maximaler Edelmetall-Beladung und möglichst geringen Verlusten an Edelmetall angeht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Herstellung eines als Schalenkatalysator ausgebildeten geträgerten Edelmetallkatalysators bereitzustellen, mittels derer Schalenkatalysatoren mit verhältnismäßig dünnen Schalen, mit verhältnismäßig hoher Edelmetallbeladung und mit möglichst geringen Verlusten an Edelmetall herstellbar sind.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, umfassend eine Prozesskammer zum Aufnehmen und Behandeln von Katalysatorträger-Formkörpern, Umwälzmittel zum Umwälzen der Katalysatorträger-Formkörper in der Prozesskammer und eine Düse zum Versprühen einer Lösung eines Edelmetallsalzes, wobei zumindest die Oberflächenbereiche der Düse, die beim Betrieb der Düse mit der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommen, aus Titan, aus einer Au-Legierung oder einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet sind.
  • Überraschenderweise wurde festgestellt, dass mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung Edelmetall-Schalenkatalysatoren mit verhältnismäßig dünnen Schalen, verhältnismäßig hoher Edelmetallbeladung und weitgehend geringem Verlust an Edelmetallsalzlösung herstellbar sind.
  • Unter dem Begriff "Titan" ist vorliegend reines Titan zu verstehen.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass das glasfaserverstärkte Kunststoffmaterial ein glasfaserverstärktes Polyetheretherketon ist. Es konnte gezeigt werden, dass aus Edelmetallsalzlösungen herrührende Ablagerungen an Polyetheretherketone nur sehr schlecht anhaften und eine entsprechende Düse daher eine sehr geringe Tendenz zur Verstopfung aufweisen. Darüber hinaus weist glasfaserverstärktes Polyetheretherketon eine sehr hohe Formstabilität auf, so dass selbst bei verhältnismäßig hohen Einspritzdrücken die Düse nicht deformiert wird, wodurch ein einheitlicher Eintrag an Edelmetallsalzlösung in die Prozesskammer über einen relativ langen Zeitraum hinweg gewährleistet ist.
  • Entsprechend einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Au-Legierung eine Au/Pd-Legierung, eine Au/Ta-Legierung oder eine Au/Ir-Legierung ist, vorzugsweise eine Au-Legierung enthaltend 5 bis 20 Mass.-% Pd, 5 bis 10 Mass.-% Ta oder 5 bis 20 Mass.-% Ir. Ebenso wie die Polyetheretherketone weisen die vorgenannten Legierungen in Form einer festen Lösung oder auch als Mischkristallphasen sowie auch eine Au/Pd/Ta-Legierung eine geringe Tendenz auf, dass aus Edelmetallsalzlösungen herrührende Ablagerungen an ihnen anhaften, weshalb entsprechende Düse daher kaum zur Verstopfung neigen. Darüber hinaus weisen die bevorzugten Legierungen eine verhältnismäßig große Härte auf, so dass selbst bei verhältnismäßig hohen Einspritzdrücken die Düse nicht deformiert wird, wodurch ein einheitlicher Eintrag an Edelmetallsalzlösung in die Prozesskammer über einen relativ langen Zeitraum hinweg gewährleistet wird.
  • Die Oberflächenbereiche der Düse, die beim Betrieb der Düse mit der Lösung des Edelmetallsalzes in Kontakt kommen, können entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung von einer Beschichtung aus Titan, aus der Au-Legierung oder dem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet sein. Durch die Beschichtung der entsprechenden Bereiche mit den genannten Materialien kann mit einem verhältnismäßig geringen Materialeinsatz die Ablagerungstendenz an der Düse vermindert werden.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Bauteile der Düse, welche die mit der Lösung des Edelmetallsalzes in Kontakt kommenden Oberflächenbereiche der Düse ausbilden, aus Titan, aus der Au-Legierung oder dem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial bestehen. Im Vergleich zu Beschichtungen aus diesen Materialien, die leicht beschädigt werden können, werden durch die Bereitstellung von aus den besagten Materialien bestehenden Bauteilkomponenten wesentlich höhere Standzeiten der Düse erzielt.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Umwälzmittel eingerichtet, mittels eines Prozessgases eine Umwälzung von Katalysatorträger-Formkörpern in der Prozesskammer zu erzeugen, vorzugsweise eine Umwälzung in Form eines Wirbelbettes oder eines Fließbettes. Eine derartige Maßnahme erlaubt es, die Edelmetallsalzlösung gleichmäßig in die Katalysatorträger-Formkörper-Umwälzung einzutragen und so Schalenkatalysatoren mit sehr gleichmäßigen Schalendicken zu erzeugen.
  • Um die Edelmetallsalzlösung besonders gleichmäßig in die Katalysatorträger-Formkörper-Umwälzung eintragen zu können und um so Schalenkatalysatoren mit äußerst gleichmäßigen Schalendicken mit sehr geringen Sprühverlusten zu erhalten, ist gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Umwälzmittel eingerichtet sind, mittels eines Prozessgases in der Prozesskammer eine Umwälzung von Katalysatorträger-Formkörpern in Form eines Fließbettes zu erzeugen, in welchem die Formkörper elliptisch oder toroidal umlaufen, vorzugsweise toroidal. Um eine Vorstellung davon zu geben, wie sich die Formkörper in dem Fließbett bewegen sollen, sei ausgeführt, dass bei „elliptischem Umlaufen" sich die Katalysatorträger-Formkörper in dem Fließbett in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn bewegen mit wechselnder Größe der Haupt- und Nebenachse. Bei „toroidalem Umlaufen" bewegen sich die Katalysatorträger-Formkörper in dem Fließbett in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn mit wechselnder Größe der Haupt- und Nebenachse und in horizontaler Ebene auf einer Kreisbahn mit wechselnder Größe des Radius. Im Mittel bewegen sich die Formkörper bei "elliptischem Umlaufen" in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn, bei "toroidalem Umlaufen" auf einer toroidalen Bahn, d. h., dass ein Formkörper die Oberfläche eines Torus mit vertikal elliptischem Schnitt helikal abfährt.
  • Vorrichtungen, mittels welchen ein Fließbett von Katalysatorträger-Formkörpern bewerkstelligt werden kann, in welchem die Formkörper elliptisch oder toroidal umlaufen, sind beispielsweise in den Dokumenten WO 2006/027009 A1 , DE 102 48 116 B3 , EP 0 370 167 A1 , EP 0 436 787 B1 , DE 199 04 147 A1 , DE 20 2005 003 791 U1 beschrieben, deren Inhalt mittels Referenzierung in die vorliegende Erfindung miteinbezogen wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Fließbettvorrichtungen werden von der Firma Innojet Technologies (Lörrach, Deutschland) unter den Bezeichnungen Innojet® Ventilus oder Innojet® AirCoater vertrieben.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Prozesskammer einen Boden und eine Seitenwand umfasst, wobei der Boden aus mehreren, übereinander gelegten, sich einander überlappenden, ringförmigen Leitplatten aufgebaut ist, zwischen denen ringförmige Schlitze ausgebildet sind, über die Prozessgas mit einer überwiegend horizontalen, radial nach außen gerichteten Bewegungskomponente einführbar ist. Dadurch wird auf verfahrenstechnisch einfache Weise die Ausbildung eines Fließbettes ermöglicht, in welchem die Formkörper besonders gleichmäßig elliptisch oder toroidal umlaufen können. Dadurch, dass Prozessgas mit einer horizontalen, radial nach außen gerichteten Bewegungskomponente in die Prozesskammer eingeführt wird, wird ein elliptisches Umlaufen der Katalysatorträger in dem Fließbett bewirkt. Sollen die Formkörper in dem Fließbett toroidal umlaufen, so muss den Formkörpern zusätzlich noch eine umfängliche Bewegungskomponente auferlegt werden, welche die Formkörper auf eine Kreisbahn zwingt. Diese umfängliche Bewegungskomponente kann den Formkörpern beispielsweise auferlegt werden, indem an der Seitenwand entsprechend ausgerichtete Führungsschienen zur Umlenkung der Katalysatorträger angeordnet sind. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch vorgesehen, dass dem in die Prozesskammer eingeführten Prozessgas eine umfängliche Strömungskomponente auferlegt wird. Dadurch wird die Erzeugung des Katalysatorträger-Formkörper-Fließbettes, in welchem die Katalysatorträger-Formkörper toroidal umlaufen, verfahrenstechnisch einfach und damit kostengünstig gewährleistet.
  • Um ein besonders gleichmäßiges Besprühen der Formkörper zu gewährleisten, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Düse als Ringspaltdüse ausgebildet und mittig im Boden angeordnet ist, wobei die Mündung der Ringspaltdüse derart ausgebildet ist, dass mit derselben eine Sprühwolke versprühbar ist, deren Spiegelebene in etwa parallel zur Bodenebene verläuft. Durch den 360°-Umfang der Sprühwolke können Formkörper besonders gleichmäßig mit der Edelmetalllösung besprüht werden.
  • Ferner kann es bevorzugt sein, dass zwischen der Mündung der Ringspaltdüse und dem darunter liegenden Boden Austrittsöffnungen für Stützgas vorgesehen sind, um an der Unterseite der Sprühwolke ein Stützpolster zu bewerkstelligen. Das bodenseitige Gaskissen hält die Bodenoberfläche nahezu vollkommen frei von versprühter Edelmetalllösung.
  • Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Stützgas von der Ringspaltdüse selbst und/oder durch das Prozessgas bereitstellbar. Diese Maßnahmen lassen sehr variable Ausgestaltungen der Bewerkstelligung des Stützgases zu. Es können an der Ringspaltdüse selbst Austrittsöffnungen vorgesehen sein, über die ein Teil des Sprühgases austritt, um zu Ausbildung des Stützgases beizutragen. Zusätzlich oder alternativ können Teile des Prozessgases, das durch den Boden strömt, in Richtung der Unterseite der Sprühwolke geführt werden und dadurch zur Ausbildung des Stützgases beitragen.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Ringspaltdüse einen kegelförmigen Kopf auf und die Mündung verläuft entlang einer kreisförmigen Kegelschnittumfangslinie. Durch den kegelförmigen Kopf wird gewährleistet, dass sich vertikal von oben nach unten bewegende Formkörper gleichmäßig und gezielt der Sprühwolke zugeführt werden, die vom kreisförmigen Sprühspalt im Bereich des unteren Endes des Kegels versprüht wird.
  • Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Bereich zwischen der Mündung und dem darunter liegenden Boden eine kegelstumpfförmige Wand angeordnet, die vorzugsweise Durchtrittsöffnungen für Stützgas aufweist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die zuvor erwähnte harmonische Umlenkbewegung am kegelförmigen Kopf durch die Fortsetzung über den Kegelstumpf aufrechterhalten wird und in diesem Bereich Stützgas durch die Durchtrittsöffnungen austreten kann und für die entsprechende Stützung an der Unterseite der Sprühwolke sorgt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Unterseite der kegelstumpfförmigen Wand und dem Boden ein ringförmiger Schlitz zum Durchtritt von Prozessgas ausgebildet. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Übergang der Formkörper auf das Gaspolster des Bodens besonders gut gesteuert werden kann und unmittelbar im Bereich unter der Düse beginnend gezielt durchgeführt werden kann.
  • Um die Sprühwolke in gewünschter Höhe in das Fließbett eintragen zu können und damit die Sprühverluste weitgehend gering halten zu können, ist es bevorzugt, wenn die Lage der Mündung der Ringspaltdüse in der Höhe verstellbar ist.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den ringförmigen Leitplatten Leitelemente angeordnet, die dem durchtretenden Prozessgas eine umfängliche Strömungskomponente auferlegen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann es vorgesehen sein, dass dem in die Prozesskammer eingeführten Prozessgas die umfängliche Strömungskomponente auferlegt wird, indem durch den Boden der Prozesskammer durch entsprechend ausgerichtete Bodenöffnungen zusätzliches Prozessgas mit einer überwiegend schräg nach oben gerichteten Bewegungskomponente in die Prozesskammer eingeführt wird, vorzugsweise im Bereich der Seitenwand der Prozesskammer.
  • Entsprechend einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Prozesskammer als Trommel, vorzugsweise als Dragiertrommel, ausgebildet ist und die Umwälzmittel einen Antrieb zum Bewegen der Trommel umfassen.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Sprühwolke der Edelmetallsalzlösung in der Regel auf die umwälzenden Formkörper gerichtet aufgesprüht, wobei die Mündung der Düse vorzugsweise in die Formkörper eingebettet ist. In die Umwälzung eingesprühte Edelmetallsalzlösung erreicht somit in der Regel nur in sehr geringem Maße den Boden, die Seitenwand oder andere exponierte Bereiche der Prozesskammer. Um jedoch Edelmetallverluste weitgehend auszuschließen, kann es entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass, ohne Berücksichtigung der Düse, sämtliche Oberflächenbereiche der Vorrichtung, die beim Betrieb der Vorrichtung mit der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommen können, aus einem gegenüber Edelmetallionen inerten Material bestehen. Dieses Material ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus halogenierten Kunststoffmaterialien, insbesondere chlorierten und perfluorierten Kunststoffmaterialien, insbesondere Polyvinylchloriden und Polytetrafluorethylenen, Keramiken und Edelmetalllegierungen. Halogenierte Kunststoffmaterialien sind verhältnismäßig kostengünstig und eignen sich daher insbesondere für großflächige Bauteilkomponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sowohl zu Herstellung der entsprechenden Bauteile als auch zu deren Beschichtung. Bauteilkomponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die aus einem halogenierten Kunststoffmaterial hergestellt oder damit beschichtet sind, sind vorzugsweise der Boden, die Seitenwand, der kegelförmige Kopf und/oder die kegelstumpfförmige Wand.
  • Ferner ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass die Oberflächenbereiche der Vorrichtung, die mit der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommen können, kratzfest ausgelegt sind. Dadurch wird verhindert, dass das inerte Material durch die in der Prozesskammer umlaufenden Katalysatorträger-Formkörper abgetragen wird. Zur kratzfesten Auslegung können beispielsweise Glaskeramiken eingesetzt werden.
  • Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der Erläuterung der Erfindung.
  • Es zeigen:
  • 1A eine vertikale Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 1B eine Vergrößerung des in der 1A umrahmten und mit dem Bezugszeichen 1B markierten Bereichs;
  • 2A eine perspektivische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welcher die Bewegungsbahnen zweier elliptisch umlaufender Katalysatorträger-Formkörper schematisch dargestellt sind;
  • 2B eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Bewegungsbahnen gemäß 2A;
  • 3A eine perspektivische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welcher die Bewegungsbahn eines toroidal umlaufenden Katalysatorträger-Formkörpers schematisch dargestellt ist;
  • 3B eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Bewegungsbahn gemäß 3A.
  • In der 1A ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
  • Die Vorrichtung 10 weist einen Behälter 20 mit einer aufrecht stehenden zylindrischen Seitenwand 18 auf, die eine Prozesskammer 15 umschließt. Die Seitenwand 18 ist aus einem Edelstahlblech gebildet und auf der der Prozesskammer 15 zugewandten Seite mit Polytetrafluorethylen als halogeniertem Kunststoffpolymer beschichtet.
  • Die Prozesskammer 15 weist einen Boden 16 auf, unter dem sich eine Anströmkammer 30 befindet.
  • Der Boden 16 ist aus insgesamt sieben ringförmigen, übereinander gelegenen Ringplatten als Leitplatten zusammengesetzt. Die Ringplatten bestehen aus Edelstahl, wobei deren äußere Oberfläche mit einer Beschichtung aus Polytetrafluorethylen versehen ist. Die sieben Ringplatten sind so übereinander gesetzt, dass eine äußerste Ringplatte 25 eine unterste Ringplatte bildet, auf der dann die weiteren sechs inneren Ringplatten, die jeweils darunterliegende teilweise überlappend, aufgelegt sind.
  • Der Übersicht halber sind nur einige der insgesamt sieben Ringplatten mit Bezugszeichen versehen, beispielsweise die beiden übereinanderliegenden Ringplatten 26 und 27. Durch diese Übereinanderlegung und Beabstandung ist zwischen zwei benachbarten Ringplatten jeweils ein ringförmiger Schlitz 28 ausgebildet, durch den Prozessluft 40 als Prozessgas mit einer im Wesentlichen horizontal gerichteten Bewegungskomponente durch den Boden 16 hindurchtreten kann.
  • In der mittigen obersten inneren Ringplatte 29 ist in deren zentraler Öffnung von unten eine Ringspaltdüse 50 als Düse eingesetzt. Die Ringspaltdüse 50 weist eine Mündung 55 auf, die insgesamt drei Mündungsspalte 52, 53 und 54 aufweist. Alle drei Mündungsspalte 52, 53 und 54 sind so ausgerichtet, dass sie etwa parallel zum Boden 16, also etwa horizontal mit einem Umfassungswinkel von 360° aussprühen. Über den oberen Spalt 52 sowie den unteren Spalt 54 wird Sprühluft ausgepresst, durch den mittleren Spalt 53 die zu versprühende Edelmetallsalzlösung. Die den mittleren Mündungsspalt 53 ausbildenden Elemente der Ringspaltdüse 50 sind aus einer Goldlegierung mit 92 Mass.-% Au und 8 Mass.-% Ta als Au-Legierung gebildet. Die Zufuhrleitung 80, welche die Ringspaltdüse 50 mit der Edelmetallsalzlösung versorgt, ist von einem flexiblen Schlauch aus Polyvinylchlorid gebildet.
  • Die Ringspaltdüse 50 weist einen stabförmigen Körper 56 auf, der nach unten fortreicht und die entsprechenden Sprühluftkanäle und die Zufuhrleitung 80 enthält. Die Ringspaltdüse 50 kann beispielsweise mit einem so genannten rotativen Ringspalt ausgebildet sein, bei dem sich die Wände des Kanals, durch den die Lösung ausgesprüht wird, relativ zueinander drehen, um Verstopfungen der Ringspaltdüse 50 zu vermeiden, so dass über den gesamten Umfassungswinkel von 360° gleichmäßig aus dem Spalt 53 ausgesprüht werden kann.
  • Die Ringspaltdüse 50 weist oberhalb des Mündungsspalts 52 einen kegelförmigen Kopf 57 auf. Der Kopf 57 ist aus einem Edelstahlblech hergestellt, das auf seiner der Prozesskammer 15 zugewandten Seite mit einem Film aus Polytetrafluorethylen beschichtet ist.
  • Im Bereich unterhalb des Mündungsspalts 54 ist eine kegelstumpfförmige Wand 58 vorhanden, die zahlreiche Öffnungen 59 aufweist und ebenfalls aus einem mit Polytetrafluorethylen beschichteten Edelstahlblech gebildet ist. Wie insbesondere aus der 1B zu erkennen ist, ruht die Unterseite der kegelstumpfförmigen Wand 58 auf der innersten Ringplatte 29 derart auf, dass zwischen der Unterseite der kegelstumpfförmigen Wand 58 und der darunter liegenden, mit dieser teilweise überlappenden Ringplatte 29 ein Schlitz 60 ausgebildet ist, durch den Prozessluft 40 hindurch treten kann.
  • Der äußere Ring 25 ist zu der Wand 18 beabstandet, so dass Prozessluft 40 in Richtung des mit dem Bezugszeichen 61 belegten Pfeils mit einer überwiegend schräg nach oben gerichteten Komponente in die Prozesskammer 15 eintreten kann und dadurch der durch die Schlitze 28 in die Prozesskammer 15 eintretenden Prozessluft 40 eine (in horizontaler Richtung) umfängliche Komponente verleiht.
  • In den 1A und 1B ist dargstellt, welche Strömungsverhältnisse sich in einem eingelaufenen Zustand in der Vorrichtung 10 ausbilden.
  • Aus dem Mündungsspalt 53 tritt eine Sprühwolke 70 aus. Durch die Öffnungen 59 in der kegelstumpfförmigen Wand 58 durchtretendes Gas, das beispielsweise Prozessgas sein kann, bildet sich an der Unterseite der Sprühwolke 70 eine Stützluftströmung 72 aus. Durch die durch die zahlreichen Schlitze 28 hindurch tretende Prozessluft 40 bildet sich eine radiale Strömung in Richtung der Wand 18 aus, von der diese nach oben umgelenkt wird, wie das durch den mit dem Bezugszeichen 74 belegten Pfeil dargestellt ist. Die Prozessluft 40 und die zu behandelnden Katalysatorträger-Formkörper trennen sich dann voneinander, die Prozessluft 40 wird durch Auslässe abgeführt, die Formkörper werden radial gemäß der Pfeile 75 nach innen bewegt und fallen aufgrund der Schwerkraft in Richtung des kegelförmigen Kopfes 57 der Ringspaltdüse 50 vertikal nach unten ab. Dort werden die herabfallenden Formkörper umgeleitet und auf die Oberseite der Sprühwolke 70 geleitet und dort mit dem versprühten Medium behandelt. Die besprühten Formkörper bewegen sich dann wieder in Richtung der Wand 18 und dabei voneinander weg, da nach Verlassen der Sprühwolke 70 an dem ringförmigen Mündungsspalt 53 den Formkörpern ein umfänglich größerer Raum zur Verfügung steht. Im Bereich der Sprühwolke 70 treffen die zu behandelnden Formkörper mit Flüssigkeitsteilchen zusammen und werden in Bewegungsrichtung in Richtung der Wand 18 bleibend voneinander weg bewegt und dabei sehr gleichmäßig und harmonisch mit der Prozessluft 40 behandelt, d. h. getrocknet.
  • In der 2A sind zwei mögliche Bewegungsbahnen zweier elliptisch umlaufender Katalysatorträger-Formkörper mittels der mit den Bezugszeichen 210 und 220 belegten Kurvenverläufe gezeigt. Die elliptische Bewegungsbahn 210 weist relativ große Änderungen in der Größe der Haupt- und Nebenachse auf im Vergleich zu einer idealen elliptischen Bahn. Die elliptische Bewegungsbahn 220 weist im Gegensatz dazu relativ kleine Änderung in der Größe der Haupt- und Nebenachse auf und beschreibt nahezu eine ideale elliptische Bahn ohne jegliche umfängliche (horizontale) Bewegungskomponente, wie aus der 2B zu entnehmen ist.
  • In der 3A ist eine mögliche Bewegungsbahn eines toroidal umlaufenden Katalysatorträger-Formkörpers mittels des mit dem Bezugszeichen 310 belegten Kurvenverlaufs gezeigt. Die toroidal verlaufende Bewegungsbahn 310 beschreibt einen Ausschnitt der Oberfläche eines nahezu gleichförmigen Torus, dessen vertikaler Schnitt ellipsenförmig und dessen horizontaler Schnitt ringförmig ist. Die 3B zeigt die Bewegungsbahn 310 in Draufsicht.
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Claims (20)

  1. Vorrichtung zur Herstellung eines als Schalenkatalysator ausgebildeten geträgerten Edelmetallkatalysators, umfassend eine Prozesskammer (15) zum Aufnehmen und Behandeln von Katalysatorträger-Formkörpern, Umwälzmittel zum Umwälzen der Katalysatorträger-Formkörper in der Prozesskammer (15) und eine Düse (50) zum Versprühen einer Lösung eines Edelmetallsalzes, wobei zumindest die Oberflächenbereiche der Düse (50), die beim Betrieb der Düse (50) mit der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommen, aus Titan, aus einer Au-Legierung oder einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das glasfaserverstärkte Kunststoffmaterial ein glasfaserverstärktes Polyetheretherketon ist.
  3. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Au-Legierung eine Au/Pd-Legierung, eine Au/Ta-Legierung oder eine Au/Ir-Legierung ist, vorzugsweise eine Au-Legierung enthaltend 5 bis 20 Mass.-% Pd, 5 bis 10 Mass.-% Ta oder 5 bis 20 Mass.-% Ir.
  4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbereiche der Düse (50), die beim Betrieb der Düse (50) mit der Lösung der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommen, von einer Beschichtung der Au-Legierung oder des glasfaserverstärkten Kunststoffmaterials gebildet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Düse (50), welche die mit der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommenden Oberflächenbereiche der Düse (50) ausbilden, aus der Au-Legierung oder dem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial bestehen.
  6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzmittel eingerichtet sind, mittels eines Prozessgases (40) eine Umwälzung von Katalysatorträger-Formkörpern in der Prozesskammer (15) zu erzeugen, vorzugsweise eine Umwälzung in Form eines Wirbelbettes oder eines Fließbettes.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzmittel eingerichtet sind, mittels eines Prozessgases (40) in der Prozesskammer (15) eine Umwälzung von Katalysatorträger-Formkörpern in Form eines Fließbettes zu erzeugen, in welchem die Formkörper elliptisch oder toroidal umlaufen, vorzugsweise toroidal.
  8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (15) einen Boden (16) und eine Seitenwand (18) umfasst, wobei der Boden (16) aus übereinander gelegten, sich einander überlappenden, ringförmigen Leitplatten (25, 26, 27, 29) aufgebaut ist, zwischen denen ringförmige Schlitze (28) ausgebildet sind, über die Prozessgas (40) mit einer überwiegend horizontalen, radial nach außen gerichteten Bewegungskomponente einführbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (50) als Ringspaltdüse ausgebildet und mittig im Boden (16) angeordnet ist, wobei die Mündung (55) der Ringspaltdüse (50) derart ausgebildet ist, dass mit der derselben eine Sprühwolke (70) versprühbar ist, die im Wesentlichen parallel zur Ebene des Bodens (16) verläuft.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mündung (55) der Ringspaltdüse (50) und dem darunterliegenden Boden (16) Austrittsöffnungen (59) für Stützgas vorgesehen sind, um an der Unterseite der Sprühwolke (70) ein Stützpolster zu bewerkstelligen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgas von der Ringspaltdüse (50) selbst und/oder durch das Prozessgas (40) bereitstellbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspaltdüse (50) einen etwa kegelförmigen Kopf (57) aufweist und dass die Mündung (55) entlang einer kreisförmigen Kegelschnittumfangslinie verläuft.
  13. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen der Mündung (55) und dem darunterliegenden Boden (16) eine kegelstumpfförmige Wand (58) angeordnet ist, die vorzugsweise Durchtrittsöffnungen (59) für Stützgas aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Unterseite der kegelstumpfförmigen Wand (58) und dem darunter liegenden Boden (16) ein ringförmiger Schlitz (60) zum Durchtritt von Prozessgas (40) ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Mündung (55) der Ringspaltdüse (50) in der Höhe verstellbar ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ringförmigen Leitplatten (25, 26, 27, 29) Leitelemente angeordnet sind, die dem durchtretenden Prozessgas eine umfängliche Strömungskomponente auferlegen.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (15) als Trommel ausgebildet ist und die Umwälzmittel einen Antrieb zum Bewegen der Trommel umfassen.
  18. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, ohne Berücksichtigung der Düse, sämtliche Oberflächenbereiche der Vorrichtung (10), die beim Betrieb der Vorrichtung (10) mit der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommen können, aus einem gegenüber Edelmetallionen inerten Material bestehen.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbereiche der Vorrichtung (10), die mit der Edelmetallsalzlösung in Kontakt kommen können, kratzfest ausgelegt sind.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das gegenüber Edelmetallionen inerte Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus halogenierten Kunststoffmaterialien, insbesondere chlorierten und perfluorierten Kunststoffmaterialien, insbesondere Polyvinylchloriden und Polytetrafluorethylenen, Keramiken und Edelmetalllegierungen.
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