DE1141983B - Fiberglass catalyst carrier and method of making the same - Google Patents
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Description
Glasfaserkatalysatorträger und Verfahren zur Herstellung desselben Die Erfindung betrifft neue Katalysatorträger, die aus Glasfasergut und einem feuerfesten Material bestehen, sowie die Herstellung derselben.Fiberglass catalyst carrier and method of making the same The invention relates to new catalyst carriers made of fiberglass and a refractory Material exist, as well as the production of the same.
Für den Einsatz bei Flüssig- wie Gasphasenumsetzungen verwendbare Katalysatoren haben vorteilhafterweise eine große frei liegende Kontaktfläche, da bei diesen Umsetzungen gewöhnlich ein mit hoher Geschwindigkeit strömender Flüssigkeits-oder Gasstrom beteiligt ist, der über oder durch eine poröse Katalysatorschüttung strömt. Die herkömmliche Katalysatorcharge besteht im allgemeinen aus einem Anteil einzelner kleiner Katalysatorteilchen in Form von Pillen, Zylindern, Kugeln, Sattelkörpern u. dgl.; diese Teilchen bestehen gewöhnlich aus einem inerten Träger mit einem Überzug aus einem katalytisch aktiven Element oder einer katalytisch aktiven Verbindung. Wenn die lineare Geschwindigkeit, mit der ein Gas eine Katalysatorschüttung durchströmt, hoch ist, wird die Gasströmung durch diese bekannten Katalysatoren beschränkt, und es baut sich ein beträchtlicher Gegendruck auf, der verfahrenstechnisch unerwünscht ist. Ferner verbleiben die katalytisch wirksamen Teilchen beim Hindurchleiten eines raschen Gasstroms durch eine Katalysatorschüttung nicht in Ruhe, und aus dem Abrieb der Katalysatorteilchen aneinander ergibt sich ein Abschleifen der aktiven katalytischen Oberfläche.Suitable for use in liquid and gas phase conversions Catalysts advantageously have a large exposed contact area, since in these reactions usually a liquid or liquid flowing at high speed Gas stream is involved, which flows over or through a porous catalyst bed. The conventional catalyst charge generally consists of a portion of each small catalyst particles in the form of pills, cylinders, spheres, saddles and the like; these particles usually consist of an inert carrier with a coating from a catalytically active element or a catalytically active compound. If the linear velocity with which a gas flows through a catalyst bed, is high, the gas flow is restricted by these known catalysts, and a considerable counterpressure builds up, which is undesirable in terms of process technology is. Furthermore, the catalytically active particles remain when a is passed through rapid gas flow through a catalyst bed not at rest, and from the abrasion of the catalyst particles on each other results in an abrasion of the active catalytic Surface.
Es sind auch Katalysatorträger bekannt, die aus lockeren, porösen Körpern, wie Asbest, Glaswolle oder Schlackenwolle, bestehen. Ebenso ist ein Katalysatorträger zur flammenlosen Verbrennung bekannt, der aus feiner Quarzglaswolle besteht. Diese Katalysatorträger weisen zwar den zuletzt genannten Nachteil des Abriebs nicht auf, da sie aus einer zusammenhängenden Masse bestehen; dafür besteht bei ihrer Verwendung aber in verstärktem Maße die Gefahr der Verstopfung, besonders wenn sie in der Auspuffleitung oder dem Auspufftopf von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, um die vollständige Verbrennung der Auspuffgase zu gewährleisten.There are also known catalyst supports made of loose, porous Bodies such as asbestos, glass wool or slag wool. There is also a catalyst carrier known for flameless combustion, which consists of fine quartz glass wool. These Catalyst supports do not have the last-mentioned disadvantage of abrasion, since they consist of a coherent mass; therefor exists in their use but increased the risk of clogging, especially if it is in the exhaust pipe or the muffler of motor vehicles are used to achieve the full Ensure combustion of the exhaust gases.
Ferner sind als Katalysatorträger Glasfasergewebe oder Quarzfasergewebe bekannt, auf denen die katalytisch wirksame Komponente niedergeschlagen ist. Derartige Gewebe haben gegenüber den oben beschriebenen Katalysatorträgern einen technischen Fortschritt gebracht, weil sie weder dem Abrieb unterliegen noch Verstopfungen verursachen oder dem Gasstrom einen bedeutenden Widerstand entgegensetzen. Insoweit es sich dabei um Glasfasergewebe handelt, haben diese jedoch, wenn es sich nicht um schwer schmelzbares Glas handelt, den Nachteil, daß sie bei höheren Temperaturen, denen sie im Betrieb ausgesetzt sind, leicht erweichen und dadurch ihre Form und Wirksamkeit verlieren können. Bestehen die Gewebe andererseits aus Quarzfasern, so sind sie viel kostspieliger als Glasfasergewebe.Furthermore, glass fiber fabrics or quartz fiber fabrics are used as catalyst supports known, on which the catalytically active component is deposited. Such Compared to the catalyst carriers described above, fabrics have a technical character Progress has been made because they are neither subject to abrasion nor clogging or offer significant resistance to the gas flow. As far as it is This is fiberglass fabric, but have it if it is not heavy Fusible glass has the disadvantage that it can be used at higher temperatures they are exposed to during operation, soften slightly and thereby their shape and effectiveness can lose. On the other hand, if the fabrics are made of quartz fibers, then they are much more expensive than fiberglass fabric.
Die Erfindung stellt nun einen neuen Katalysatorträger zur Verfügung, der die Vorteile der bekannten Katalysatorträger aus Glasfasergewebe und Quarzfasergewebe in sich vereinigt, ohne ihre Nachteile aufzuweisen, da er sowohl feuerfest als auch preiswert herstellbar ist.The invention now provides a new catalyst carrier available, the advantages of the well-known catalyst carrier made of glass fiber fabric and quartz fiber fabric united in itself without having its disadvantages, since it is both refractory and is inexpensive to manufacture.
Der erfindungsgemäße Glasfaserkatalysatorträger besteht aus einem mit einem feuerfesten Material überzogenen Glasfasergewebe oder -gewirk. Vorzugsweise ist das feuerfeste Material ein keramisches Material oder Aluminiumoxyd.The glass fiber catalyst carrier according to the invention consists of one Glass fiber fabric or knitted fabric covered with a refractory material. Preferably the refractory material is a ceramic material or aluminum oxide.
Durch direkte oder indirekte Abscheidung katalytischer Metalle oder Verbindungen auf diesen Katalysatorträgern werden Katalysatoren erhalten, die eine sehr große Kontaktfläche aufweisen und der Gasströmung nur einen minimalen Widerstand entgegensetzen. Das Problem des Katalysatorabriebs wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatorträger ebenfalls beseitigt. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Verwendung billiger Glasfasern an Stelle kostspieliger Quarzfasern, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Katalysatorträger bei hohen Temperaturen seine Form verliert.By direct or indirect deposition of catalytic metals or Compounds on these catalyst carriers are catalysts obtained, the one have a very large contact area and minimal resistance to the gas flow oppose. The problem of catalyst attrition is alleviated by the use of the Catalyst support according to the invention also eliminated. Another benefit is the possibility of using cheap glass fibers instead of expensive quartz fibers, without the risk of the catalyst support being at high temperatures Loses shape.
Glasfaserstoffe werden in verschiedenen Gewebemustern hergestellt und vertrieben; Gewirke aus Glasfasern sind ebenfalls verfügbar. Für die erfindungsgemäßen Katalysatorträger werden Stoffe mit Großporenmustem, z. B. ein netzartiges Gewebe mit 2,4 bis 7,9 Einfach- oder Mehrfach-Kett- und Schußspinnfäden pro Zentimeter oder ein Gewirk mit einem Maschenöffnungsdurchmesser im Bereich von etwa 1,6 bis 6,4 mm bevorzugt. Gewirke befinden sich in Form sogenannter »Demister« im Handel, und beim Aufrollen eines Demisterzylinders erhält man ein großmaschiges, poröses Schlauchgewirk aus Mehrfachglasfäden. Die Schlauchware ist mit einem sehr feinen Metallfaden verstärkt, welcher dem Gewirk eine gewisse Steifheit verleiht.Fiberglass fabrics are made in different fabric patterns and expelled; Fiberglass knitted fabrics are also available. For the invention Catalyst carrier substances with large pore patterns, e.g. B. a reticulated fabric with 2.4 to 7.9 Single or multiple warp and weft threads per centimeter or a knitted fabric with a mesh opening diameter in the range of about 1.6 to 6.4 mm are preferred. Knitted fabrics are available in the form of so-called "demisters" and when they are rolled up With a demister cylinder, a large-meshed, porous knitted tubular fabric is obtained Multiple glass threads. The tubular fabric is reinforced with a very fine metal thread, which gives the knitted fabric a certain stiffness.
Es werden Glasfaserstoffe bevorzugt, die hohen Temperaturen zu widerstehen vermögen.Fiberglass fabrics are preferred to withstand the high temperatures capital.
Um die gute Durchlässigkeit des Katalysatorträgers für Gasströmungen zu gewährleisten, soll der Abstand zwischen den Fäden vorzugsweise größer sein als deren Durchmesser.About the good permeability of the catalyst support for gas flows To ensure that the distance between the threads should preferably be greater than their diameter.
Erfindungsgemäß werden die Katalysatorträger hergestellt, indem man eine Dispersion eines Vorläufers für ein feuerfestes Material auf ein Gewebe oder ein Gewirk aus Glasfasern aufträgt, den anhaftenden überschuß der Dispersion beispielsweise durch Abblasen mittels Druckluft entfernt und den Vorläufer durch Erhitzen auf Temperaturen von etwa 300 bis 1100° C in feuerfestes Material überführt.According to the invention, the catalyst supports are produced by a dispersion of a precursor for a refractory material on a fabric or a knitted fabric made of glass fibers applies the adhering excess of the dispersion, for example removed by blowing off with compressed air and the precursors by heating to temperatures converted into refractory material from about 300 to 1100 ° C.
Durch sparsames Auftragen des keramischen Überzuges kann die von Grund auf offen gewobene oder großmaschige Struktur des Glasfaserstoffes aufrechterhalten werden.By applying the ceramic coating sparingly, the on openly woven or large-mesh structure of the fiberglass will.
Beispiele für keramische Vorläufer sind die als keramischer Zement, Keramikporzellan und Schlikker im Handel befindlichen Erzeugnisse. Einige dieser Stoffe eignen sich für die erfindungsgemäßen Zwecke, da sie an Glas gut haften und hochwärmebeständige Überzüge ergeben. An Stelle der handelsüblichen Dispersionen kann man auch mit wäßrigen Aluminiumoxyddispersionen arbeiten. Aluminiumoxyd-Wasser-Gemische mit einem Feststoffgehalt im Bereich von etwa 30 bis 70%, vorzugsweise etwa 50'%, sind verwendbar. Der Überzug auf den Fäden wird um so härter, je höher der Feststoffgehalt der Aufschlämmung ist. Dispersionen mit einem Aluminiumoxydgehalt von 50 bis 60 Gewichtsprozent haben sich dagegen in einigen Fällen als für den Überzugsprozeß zu viskos erwiesen. Um diese unerwünschte Erscheinung zu beseitigen, kann man die Aufschlämmungen durch Zusatz geringer Mengen bestimmter Verbindungen in eine fließfähige Form bringen, von denen sich unter anderem die Nitrate des Chroms, Yttriums oder Samariums als wirksam erwiesen haben. Diese Zusatzstoffe regeln nicht nur die Fließfähigkeit der Aluminiumoxydaufschlämmung, sondern verbessern ebenso auch die Bindung des calcinierten Aluminiumoxydüberzuges.Examples of ceramic precursors are those used as ceramic cement, Ceramic porcelain and Schlikker products in the trade. Some of these Substances are suitable for the purposes of the invention because they adhere well to glass and result in highly heat-resistant coatings. Instead of the commercially available dispersions you can also work with aqueous aluminum oxide dispersions. Aluminum oxide-water mixtures with a solids content in the range from about 30 to 70%, preferably about 50%, are usable. The higher the solids content, the harder the coating on the threads the slurry is. Dispersions with an aluminum oxide content of 50 to 60 On the other hand, weight percent has proven to be useful in some cases for the coating process proved to be too viscous. To eliminate this undesirable phenomenon, one can use the Slurries by adding small amounts of certain compounds to a flowable one Bring form, of which among other things the nitrates of chromium, yttrium or Samariums have proven effective. These additives not only regulate the flowability of the alumina slurry, but also improve the binding of the calcined one as well Aluminum oxide coating.
Beim Überziehen wird der Glasfaserstoff in flacher Form oder Bandform in eine Aufschlämmung eines keramischen Vorläufers getaucht und beim Entnehmen aus dieser der überschuß der anhaftenden Aufschlämmung mittels eines Hochdruckluftstroms abgeblasen. Der feuchte, getränkte Stoff wird dann in einen dreidimensionalen Körper einer Form gebracht, in welcher der Katalysator dem für den Einsatz bestimmten katalytischen Reaktionsgefäß angepaßt ist. Zum Beispiel werden 5,1 cm breite drahtverstärkte Bänder zu Zylindern von 5,1 cm Durchmesser gerollt. Die dreidimensionalen Körper werden in einem Muffelofen bei den Temperaturen getrocknet und calciniert, die für das jeweils zu brennende Keramikmaterial benötigt werden. Zum Beispiel wird mit Schlicker überzogenes Glas bei einer Temperatur von 850° C und mit Aluminiumoxyd überzogenes Glas bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 600° C calciniert.When coated, the fiberglass fabric becomes flat or ribbon form immersed in a slurry of a ceramic precursor and removed upon removal this the excess of the adhering slurry by means of a high pressure air stream blown off. The damp, soaked fabric is then turned into a three-dimensional body brought into a form in which the catalyst corresponds to the catalytic one intended for use Reaction vessel is adapted. For example, two inch wide wire reinforced tapes are made rolled into cylinders 5.1 cm in diameter. The three-dimensional body will be dried and calcined in a muffle furnace at the temperatures required for the each ceramic material to be fired is required. For example, with slip coated glass at a temperature of 850 ° C and coated with aluminum oxide Calcined glass at a temperature in the range of 500 to 600 ° C.
Während der Calcinierung wird der feuchte keramische Vorläufer zuerst von dem Glasfaserstoff getragen. Beim Erreichen des Hochtemperaturbereiches ist es unwesentlich, ob die Glasfasern geschwächt werden, sintern oder sogar verschmelzen, da die gehärtete keramische Masse die Fasern und sich selbst trägt und das ursprüngliche offenmaschige Muster des Substrates erhalten bleibt. Das calcinierte Produkt stellt einen großporigen Träger aus feuerfester Keramik dar, die ein Skelett aus mehr oder weniger zerteilten Fäden aufweist. Dieser Träger kann nach herkömmlichen Methoden mit katalytischen Stoffen überzogen oder imprägniert werden.During the calcination, the wet ceramic precursor becomes first carried by the fiberglass. When the high temperature range is reached it is immaterial whether the glass fibers are weakened, sintered or even melted, because the hardened ceramic mass supports the fibers and itself and the original open-mesh pattern of the substrate is retained. The calcined product represents a large-pored carrier made of refractory ceramic, which is a skeleton of more or has fewer divided threads. This carrier can be made by conventional methods be coated or impregnated with catalytic substances.
Die keramischen Träger widerstehen Wärmestößen außerordentlich gut. Sie können ohne Vorerhitzung in einen Ofen von 1l00° C eingebracht und ohne Schaden wieder daraus entnommen werden. Dies gilt auch für Träger, in denen das Glasskelett nicht mehr in seiner ursprünglichen zusammenhängenden Form vorliegt. Im Gegensatz dazu würden die meisten ähnlichen keramischen Körper, die ohne ein Glasstoffskelett hergestellt sind, Wärmestöße nicht in diesem Grade ertragen.The ceramic supports withstand thermal shock extremely well. They can be placed in an oven at 1l00 ° C without preheating and without damage can be removed from it again. This also applies to carriers in which the glass skeleton no longer exists in its original coherent form. In contrast this would include most similar ceramic bodies, those without a glass fabric skeleton are made, do not endure thermal shocks to this extent.
Ein wichtiger Anwendungszweck des hier beschriebenen Katalysatorträgers ist der Einsatz in den Auspuffleitungen von Kraftfahrzeugmotoren zur Entfernung der schädlichen Qualmbestandteile.An important application of the catalyst support described here is used in the exhaust pipes of motor vehicle engines for removal the harmful components of smoke.
Der Katalysator auf Grundlage des erfindungsgemäßen Trägers kann in Form eines Zylinders in der Auspuffleitung oder dem Auspufftopf des Motors angeordnet werden. Er erzeugt nur einen minimalen Gegendruck, ist mechanisch fest und leicht austauschbar. Die Katalysatorträger gemäß der Erfindung zeigen ihre stärkste Überlegenheit gegenüber den zur Zeit verfügbaren Katalysatorträgern bei den Anwendungszwecken, bei denen Reaktionen mit rasch strömenden Gasen beteiligt sind.The catalyst based on the support according to the invention can be used in Form of a cylinder arranged in the exhaust pipe or the muffler of the engine will. It generates only a minimal counter pressure, is mechanically strong and light interchangeable. The catalyst supports according to the invention show their greatest superiority compared to the currently available catalyst carriers for the purposes of application, which involve reactions with rapidly flowing gases.
Andere Anwendungszwecke von Katalysatoren auf der Basis des erfindungsgemäßen
Katalysatorträgers sind die katalytische Umwandlung von Luftverunreinigungen, die
Entfernung von Oxyden des Stickstoffes aus dem Abgas der Ammoniakanlagen und die
zur Kraftgewinnung dienende Wärmeerzeugung durch katalytische Verbrennung von Gasen.
Beispiel 1 Man rollt einen handelsüblichen Glasfaserdemister, einen Zylinder von
15,2 cm Länge und 15,2 cm Durchmesser, ab und schneidet daraus ein Band von 45,7
cm Länge. Ein Schlicker mit den analytischen Kennzahlen
Das calcinierte Pulver wird mit der gleichen Gewichtsmenge einer wäßrigen Chrom(111)-nitratlösung vermischt, zu deren Herstellung 100 g kristallisiertes Chrom(Ill)-nitrat in Wasser zu einem Gesamtvolumen von 1 1 gelöst werden. Die Aufschlämmung wird in einer Kolloidmühle homogenisiert, um eine Ausscheidung des Aluminiumoxyds zu verhindern.The calcined powder is with the same weight of an aqueous Chromium (111) nitrate solution mixed, for its production 100 g of crystallized chromium (III) nitrate be dissolved in water to a total volume of 1 liter. The slurry is in homogenized in a colloid mill to prevent precipitation of the aluminum oxide.
Beispiel 3 Ein ähnliches Band wie im Beispiel 2 wird mit der dort verwendeten Aufschlämmung nach der Arbeitsweise dieses Beispiels überzogen, wobei man jedoch an Stelle des Chrom(111)-nitrates in dem zur Herstellung der Aufschlämmung verwendeten Wasser 50 g Samariumnitrat löst.Example 3 A similar tape as in Example 2 is used there slurry used according to the procedure of this example, wherein however, instead of the chromium (111) nitrate in the one used for the preparation of the slurry The water used dissolves 50 g of samarium nitrate.
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ID=22353890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEE17643A Pending DE1141983B (en) | 1958-05-14 | 1959-05-14 | Fiberglass catalyst carrier and method of making the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1141983B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3930796A (en) * | 1973-09-13 | 1976-01-06 | Universal Oil Products Company | Catalytic fume control device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102244C (en) * | ||||
| DE716852C (en) * | 1937-01-09 | 1942-01-30 | Heraeus Gmbh W C | Flameless combustion catalyst |
| DE831811C (en) * | 1943-10-20 | 1952-02-18 | Satam Sa Pour Tous App S Mecan | Device for the measurable output of flowing substances |
| DE843736C (en) * | 1949-01-07 | 1952-07-14 | Albert J Schulz-Bredow | Spring clip for the production of cantilever tooth prostheses |
-
1959
- 1959-05-14 DE DEE17643A patent/DE1141983B/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102244C (en) * | ||||
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|---|---|---|---|---|
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