DE19507781C1

DE19507781C1 - Plattenförmiger Katalysator

Info

Publication number: DE19507781C1
Application number: DE19507781A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Sigling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2015-03-07
Also published as: WO1996027441A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen plattenförmigen Kataly sator mit mindestens zwei katalytisch aktiven, voneinander beabstandeten Katalysatorplatten. Ein solcher plattenförmiger Katalysator geht aus der DE 41 41 513 A1 hervor.

Ein solcher Plattenkatalysator wird unter anderem zur Verrin gerung von in einem Gasgemisch enthaltenen Stickoxiden ver wendet. Hierbei werden die Stickoxide zusammen mit einem zu vor in das Gasgemisch eingebrachten Reduktionsmittel, meist Ammoniak NH₃ oder einer wäßrigen Harnstofflösung, nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) durch die Kontaktierung an den katalytisch aktiven Katalysatorplat ten zu Wasser und Stickstoff umgesetzt. Die katalytisch akti ve Masse, mit der die Platten üblicherweise beidseitig be schichtet sind, umfaßt dabei meist Titandioxid und einen oder mehrere der Zusätze Wolframoxid, Molybdänoxid, Vanadiumoxid sowie Mischoxide von Vanadium, Molybdän und gegebenenfalls Wolfram, wie z. B. V_xMo_yO₃₂ mit x, y 1, x + y < 12. Bei spiele für Katalysatoren dieser Art finden sich unter anderem in der DE-PS 24 58 888 und der US-PS 5,270,277.

Ein Plattenkatalysator umfaßt als Halterungsvorrichtung für die mit der katalytisch aktiven Masse beschichteten Platten meist einen sogenannten Elementkasten, in den die Katalysa torplatten gleichmäßig beabstandet und parallel zueinander orientiert eingesetzt sind. Der Elementkasten hat meist die Form eines Quaders, der auf den Stirnseiten, die die An- und Abströmseite für ein Strömungsmedium sind, offen ist. Die Ebenen der Katalysatorplatten sind dabei üblicherweise senk recht zu den Ebenen der Stirnseiten orientiert. Eine Haupt strömungsrichtung für das Gasgemisch ist parallel zu den Kan ten des Elementkastens orientiert, die gegenüberliegende Stirnseiten miteinander verbinden.

Mehrere dieser mit katalytisch aktiven Platten bestückte Elementkästen werden in einer Baugruppe zusammengefaßt, und mehrere Baugruppen bilden eine Ebene von Plattenkatalysatoren. So hat beispielsweise eine sogenannte DeNO_x-Anlage zur Verminderung der Stickoxide im Rauchgas einer Verbrennungsanlage meist drei bis fünf Ebenen solcher Plattenkatalysatoren.

Zur Beabstandung der Katalysatorplatten in einem Elementka sten weisen die Katalysatorplatten üblicherweise aufgeprägte Sicken auf. Diese Sicken müssen in jede einzelne zu ferti gende Katalysatorplatte eingepreßt werden. Solche Plattenka talysatoren sind beispielsweise aus der internationalen Pa tentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 94/26411 be kannt.

Die Einformung der Sicken ist ein Teil des Fertigungsprozes ses. Somit beansprucht die Einformung der Sicken Fertigungs zeit und verursacht damit Kosten. Für die Einformung von Sicken verschiedener Höhe sind eine Vielzahl unterschiedli cher Prägewerkzeuge vorzuhalten. Wie in der WO 94/26411 be schrieben, werden zur Verbesserung der Wirksamkeit von Plat tenkatalysatoren zusätzlich Turbulenzerzeuger verwendet. Diese Turbulenzerzeuger werden an mehreren Stellen aus einer Katalysatorplatte in Form einer Zunge oder eines Lappens her ausgestanzt. Diese Turbulenzerzeuger stören das laminare Stö rungsprofil des Strömungsmediums zwischen den Katalysator platten und bewirken durch die Ausbildung einer turbulenten Strömung einen verbesserten Stoffaustausch und damit eine verbesserte Wirksamkeit des Katalysators gegenüber einem mit ebenen Katalysatorplatten bestückten Katalysator. Die Ausfor mung dieser Turbulenzerzeuger macht zusätzlich zur Ausformung der vorstehend beschriebenen Sicken einen weiteren Ferti gungsschritt erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen plat tenförmigen Katalysator anzugeben, der bezüglich seines Auf baus und seiner Herstellbarkeit besonders einfach ausgestal tet ist, wobei insbesondere eine Bearbeitung der einzelnen Katalysatorplatten nicht notwendig sein soll.

Diese Aufgabe wird bei einem plattenförmigen Katalysator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Katalysatorplatten durch mindestens eine weitgehend gas durchlässige Zwischenlage beabstandet sind, wobei je eine Zwischenlage zwischen zwei benachbart angeordneten Katalysa torplatten vorgesehen ist.

Hierbei ist mit "weitgehend gasdurchlässig" gemeint, daß die Zwischenlage nur an relativ wenigen Stellen einer Katalysa torplatte aufliegt, und somit wenig katalytisch aktive Ober fläche abdeckt, und gleichzeitig genügend freien Querschnitt für die Durchströmung des Plattenkatalysators läßt. Durch die Verwendung einer solchen Zwischenlage ist eine Bearbeitung der einzelnen Katalysatorplatten nicht mehr notwendig. Dies bedeutet, daß die Katalysatorplatten keine Sicken und keine nachträglich ausgeformten Turbulenzerzeuger mehr benötigen. Vielmehr bewirkt eine beispielsweise durch einfaches Einlegen zwischen zwei Katalysatorplatten eingebrachte Zwischenlage die Beabstandung der Katalysatorplatten sowie die gewollte Störung der laminaren Strömung eines Strömungsmediums.

In besonders zweckmäßiger Weise kann als Zwischenlage ein Streckgitter, insbesondere ein Streckmetallgitter, vorgesehen sein. Hierbei kann es sich um ein Streckgitter handeln, wie es als Träger für die katalytisch aktive Masse für Katalysa torplatten eingesetzt wird. Ebenso sind als Streckgitter auch aus Kunststoffen oder keramischen Fasern bestehende Streck gitter vorstellbar.

Ergänzend oder alternativ zum vorstehend genannten Streckgit ter kann als Zwischenlage ein Flechtwerk, insbesondere ein Drahtgeflecht, vorgesehen sein. Ein solches Flechtwerk zeich net sich besonders durch seinen vergleichsweise geringen Preis aus.

Der Abstand zwischen zwei Katalysatorplatten läßt sich beson ders einfach regulieren, wenn die Zwischenlage eingeformte Erhöhungen, vorzugsweise im Winkel zu einer Hauptströmungs richtung verlaufende Wellen, aufweist. Gleichzeitig tritt durch diese Wellen eine Erhöhung der Turbulenzerzeugung ein.

Zur Einstellung eines gewünschten Abstandes können zusätzlich in besonders zweckmäßiger Weise auf die Zwischenlage zusätz liche Abstandshalter, wie z. B. Drahtstäbe, aufgebracht sein.

Die mit einem Plattenkatalysator erreichbare Umsatzrate läßt sich günstig beeinflussen, wenn die Zwischenlage katalytisch aktiv ist. Damit wirkt auch die Zwischenlage als katalytisch aktive Oberfläche. Hierzu kann das Streckgitter oder das Flechtwerk beispielsweise durch einen Tauchvorgang mit kata lytisch aktiver Masse beschichtet werden.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines plattenförmigen Katalysators, wie vorstehend beschrieben, zur Stickoxidminderung in einem aus einem Verbrennungsprozeß stammendenden Abgas, insbesondere nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich nung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Zwischenlage mit auf die Zwischen lage aufgebrachten Drahtstäben;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Schnitt durch einen Plat tenkatalysator mit Zwischenlagen gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Zwischenlage, die aus aufeinandergelegten Draht stäben gebildet ist;

Fig. 4a eine Zwischenlage, die aus einfach miteinander ver flochtenen Drahtstäben gebildet ist;

Fig. 4b eine Zwischenlage, die aus doppelt miteinander ver flochtenen Drahtstäben gebildet ist;

Fig. 5 eine Zwischenlage, die als Drahtgeflecht ausgebildet ist;

Fig. 6 eine Zwischenlage gemäß Fig. 1 im Schnitt mit im Winkel zur Strömungsrichtung verlaufenden Wellen; und

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt durch einen Drahtstab ge mäß den Fig. 3, 4a und 4b.

In Fig. 1 ist eine Ansicht einer Zwischenlage 2 mit darauf aufgebrachten Drahtstäben 4 dargestellt. Die Zwischenlage 2 besteht aus einem metallischen Streckmetallgitter 5, wie es üblicherweise auch zur Produktion von ebenen Katalysatorplat ten verwendet wird. Im Bereich eines Ausschnitts 6 ist die Struktur des Streckmetalls 5 im einzelnen eingezeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde nur dieser Ausschnitt 6 dargestellt. Die im Ausschnitt 6 dargestellte Struktur ist jedoch über die gesamte Zwischenlage 2 ausgedehnt.

In Fig. 2 erkennt man in dem Ausschnitt aus einem Schnitt durch einen Plattenkatalysator 8 die jeweils zwischen zwei benachbart angeordneten Katalysatorplatten 10 eingelegten Zwischenschichten 2. Die Katalysatorplatten 10 umfassen das gleiche Streckmetallgitter 5, wie es zur Fertigung der Zwi schenlage 2 verwendet wird. Dieses Streckmetallgitter 5 ist im Ausführungsbeispiel für die Verwendung des Plattenkataly sators 8 zur Stickoxidminderung mit einer Masse beschichtet, die aus Titandioxid und einem oder mehreren der Stoffe Vana diumoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, V_xMo_yO₃₂, Tonen und ge gebenenfalls weiteren Hilfsmitteln, wie z. B. Fasermaterial, filmbildende Hilfsmittel, Dispergiermittel, besteht.

Bedingt durch die Anwesenheit der Zwischenlagen 2 sind die Katalysatorplatten 10 gleichmäßig beabstandet. Die Katalysa torplatten 10 sind besonders einfach herstellbar, weil diese keine Sicken und/oder Turbulenzerzeuger aufweisen, die anson sten durch separate Fertigungsschritte in die Katalysator platten 10 eingeprägt werden müßten. Die Strömungsrichtung eines Gasgemisches, das die zu entfernenden Stickoxide ent hält, welche mit dem Plattenkatalysator 8 katalytisch umge setzt werden, verläuft senkrecht zur Darstellungsebene. Wie man gemäß Fig. 2 erkennt, liegen die Zwischenlagen 2 mit den darauf aufgebrachten Drahtstäben 4 nur im Bereich der Draht stäbe 4 auf den Katalysatorplatten 10 auf. Das Streckmetall gitter 2 bewirkt eine für den Stoffumsatz besonders vorteil hafte Verwirbelung des Strömungsmediums zwischen den Kataly satorplatten 10.

Fig. 3 zeigt eine Zwischenlage 12, die alternativ zur Zwi schenlage 2 aus aufeinandergelegten Drahtstäben 14 gebildet wird. Diese Drahtstäbe 14 können mit den Drahtstäben 4 iden tisch sein. Die Abmessungen bezüglich Maschenweite und Dicke des Gitterstabs hängt im einzelnen von der beabsichtigten An wendung des Katalysators ab. So ist beispielsweise der Ma schenabstand und die Dicke der Drahtstäbe 14 bei einem Ein satz des Katalysators in stark staubbeladenem Rauchgas größer als die vergleichbare Dimensionierung beim Einsatz des Kata lysators in weitgehend staubfreiem Rauchgas. Üblicherweise beträgt der Durchmesser der Gitterstäbe 14 zwischen 0,1 mm und 5 mm. Die Maschenweite kann zwischen 1 und 100 mm liegen.

In den Fig. 4a und 4b sind weitere alternative Ausfüh rungsformen für Zwischenlagen 16 bzw. 18 gezeigt. Die Zwi schenlage 16 besteht aus einfach miteinander verbogenen Drahtstäben 14; die Zwischenlage 18 besteht aus doppelt mit einander verflochtenen Drahtstäben 14.

Fig. 5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform für eine Zwischenlage 20. Diese Zwischenlage 20 besteht aus einem Drahtgeflecht 22, das bezüglich Drahtdurchmesser und Maschen weite ähnlich wie die Zwischenlagen 12, 16, 18 dimensioniert ist.

In Fig. 6 ist eine Ansicht einer weiteren Zwischenlage 24 dargestellt, die sich von der Zwischenlage 2 gemäß Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß quer zu einer Strömungsrichtung gemäß Pfeil 26 Wellen 28 im Streckmetallgitter 5 vorgesehen sind. Durch die entsprechende Dimensionierung dieser Wellen 28 kann der durch die Zwischenlage 24 hervorgerufene Abstand zweier Katalysatorplatten 10 in weiten Grenzen variiert wer den. Zusätzlich können, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, auch noch Drahtstäbe 4 auf das gewellte Streckgitter aufgebracht werden.

Fig. 7 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Gitter stab 14 gemäß den Fig. 3, 4a und 4b. Wie dies zu den Fig. 3, 4a und 4b noch nicht beschrieben worden ist, weist der Gitterstab 14 eine katalytisch aktive oberflächlich aufgetra gene Schicht 30 auf. Diese Schicht 30 kann beispielsweise durch Eintauchen der Zwischenlagen 12, 14, 18 in einen Schlicker mit katalytisch aktiver Masse aufgebracht werden. Auf diese Weise entfalten auch die Zwischenlagen 12, 16, 18 eine katalytische Aktivität, die zur gesamten mit einem Plat tenkatalysator erreichbaren Umsatzrate positiv beiträgt. Zur Beschichtung der Zwischenlagen 12, 16, 18 und ebensogut auch der Zwischenlagen 2, 20, 24 können auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, wie z. B. das PVD- oder das CVD-Verfahren ("physical vapour deposition", also physikalische Dampfabscheidung ohne chemische Reaktion, bzw. "chemical vapour deposition", also chemische Dampfabscheidung, wobei es zu einer chemischen Reaktion zwischen dem Material des Dampfes und dem Träger, auf dem abgeschieden wird, kommt), verwendet werden.

Alle vorstehend beschriebenen Zwischenlagen 2, 12, 16, 18, 20 und 24 lösen auf besonders fertigungstechnisch einfache und preiswerte Weise das Problem der Beabstandung von ebenen Ka talysatorplatten 10.

Claims

1. Plattenförmiger Katalysator (8) mit mindestens zwei katalytisch aktiven, voneinander beabstandeten Katalysatorplatten (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Kata lysatorplatten (10) durch mindestens eine weitgehend gas durchlässige Zwischenlage (2, 12, 16, 18, 20, 24) beabstandet sind, wobei je eine Zwischenlage (2, 12, 16, 18, 20, 24) zwi schen zwei benachbart angeordneten Katalysatorplatten (10) vorgesehen ist.

2. Plattenförmiger Katalysator (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwi schenlage (2, 12, 16, 18, 20, 24) ein Streckgitter, insbesondere ein Streckmetallgitter (5) und/oder ein Flechtwerk, insbesondere ein Drahtgeflecht (22), vorgesehen sind.

3. Plattenförmiger Katalysator (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwi schenlage (24) eingeformte Erhöhungen, vorzugsweise im Winkel zu einer Hauptströmungsrichtung (26) verlaufende Wellen (28), aufweist.

4. Plattenförmiger Katalysator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zwischenlage (2, 24) zusätzliche Abstandshalter (4, 14), insbesondere Drahtstäbe (4, 14), aufgebracht sind.

5. Plattenförmiger Katalysator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwi schenlage (2, 12, 16, 18, 20, 24) katalytisch aktiv ist.

6. Verwendung eines plattenförmigen Katalysators (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Stickoxidminderung in einem aus einem Verbrennungsprozeß stammenden Abgas, insbesondere nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion.