DE19906672A1 - Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion - Google Patents

Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion

Info

Publication number
DE19906672A1
DE19906672A1 DE19906672A DE19906672A DE19906672A1 DE 19906672 A1 DE19906672 A1 DE 19906672A1 DE 19906672 A DE19906672 A DE 19906672A DE 19906672 A DE19906672 A DE 19906672A DE 19906672 A1 DE19906672 A1 DE 19906672A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
catalytic
reaction
powder
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19906672A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19906672C2 (de
Inventor
Oskar Lamla
Martin Schuesler
Uwe Benz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Fuel Cell GmbH
Original Assignee
DBB Fuel Cell Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DBB Fuel Cell Engines GmbH filed Critical DBB Fuel Cell Engines GmbH
Priority to DE19906672A priority Critical patent/DE19906672C2/de
Publication of DE19906672A1 publication Critical patent/DE19906672A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19906672C2 publication Critical patent/DE19906672C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • B01J35/19—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B01J37/0221—Coating of particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
    • C01B3/583—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction the reaction being the selective oxidation of carbon monoxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00309—Controlling the temperature by indirect heat exchange with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2458—Flat plates, i.e. plates which are not corrugated or otherwise structured, e.g. plates with cylindrical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2482—Catalytically active foils; Plates having catalytically activity on their own
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72—Copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion, insbesondere einer Reformierung, einer CO-Oxidation oder eines katalytischen Brennens, unter Durchleitung eines geeigneten Reaktionsgemisches durch einen Katalysator, wobei der Katalysator wenigstens teilweise von einer Deckschicht zur örtlichen Verminderung und/oder Vermeidung eines Abreagierens des Reaktionsgemisches von seiner Durchleitung durch den Katalysator ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Aufbringen einer Deckschicht auf einen Katalysator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Als Beispiel für eine katalytische Reaktion sei beispielsweise die Wasserstofferzeugung aus Kohlenwasserstoff oder Alkohol, insbesondere Methanol (sogenannte Methanol-Reformierung) unter Zuführung eines Kohlenwasserstoff oder Alkohol und Wasser umfassenden Reaktionsgemisches auf einem Katalysator genannt. Weitere Beispiele sind die Kohlenmonoxid-Verringerung unter Freisetzung von Kohlendioxid in einer sogenannten Wasserstoff- Shift-Reaktion, die Kohlenmonoxid-Oxidation unter Zuführung eines CO-haltigen Gases und eines O2-haltigen Gases auf einem Katalysator sowie das Verbrennen eines brennbaren Eduktes unter Zusatz eines O2-haltigen Gases in einem katalytischen Brenner.
Die Gewinnung von Wasserstoff aus Methanol basiert auf der Gesamtreaktion CH3OH + H2O → CO2 + 3H2. Zur Durchführung dieser Reaktion wird in der Praxis ein dem Kohlenwasserstoff und Wasserdampf umfassendes Reaktionsgemisch unter Zufuhr von Wärme an einem geeigneten Katalysator entlang geleitet bzw. durch diesen durchgeleitet, um in einem zweiten oder mehrstufigen Reaktionsablauf den gewünschten Wasserstoff zu erzeugen. Eine derartige Vorrichtung zur zweistufigen Methanol-Reformierung ist beispielsweise aus der EP 0 687 648 A1 bekannt.
Es sind ferner Vorrichtungen zur Durchführung einer katalytischen Reaktion unter Zuführung eines geeigneten Reaktionsgemisches auf einem Katalysator bekannt, wobei der Katalysator mindestens eine durch Verpressen von Katalysatormaterial gebildete dünne und großflächige Scheibe ist, durch die das Reaktionsgemisch unter Druckabfall hindurchpressbar ist.
Insbesondere bei einem durch Übereinanderstapelung von Katalysatorscheiben (Stapelreaktor) ausgebildeten Katalysator erweist es sich als nachteilig, daß die zudosierten Edukte bzw. ein zudosiertes Reaktionsgemisch bereits beim Überströmen der Scheiben (aufgrund von Diffusionseffekten) mit vorhandenem Sauerstoff abreagieren bzw. abreagiert, so daß bei einem anschließenden Durchgang durch den Katalysator nicht mehr ausreichend Sauerstoff vorhanden ist, um dem Katalysator lokal die notwendige Wärme zuzuführen. Es ergeben sich hierdurch große Temperaturgradienten innerhalb des Katalysators.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion, bei welcher eine weitgehend homogene katalytische Reaktion eines Reaktionsgemisches über den gesamten Katalysator erreichbar ist. Insbesondere ein Abreagieren der zudosierten Edukte vor ihrem Eintreten in den Katalysator soll vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 5.
Durch die erfindungsgemäße wenigstens teilweise Aufbringung einer Deckschicht auf den Katalysator kann, je nach örtlicher Dicke der Deckschicht, eine selektive Verminderung und/oder Vermeidung eines Abreagierens der zugeführten Edukte bzw. eines Reaktionsgemisches vermieden werden. Dieser Effekt tritt aufgrund einer durch die Deckschicht verursachten Verminderung bzw. Vermeidung von Diffusionseffekten ein. Es lassen sich hierdurch bei einer katalytischen Reaktion über den gesamten Katalysator gleichmäßige Temperaturen erzielen, so daß große Temperaturgradienten entlang des Katalysators vermieden werden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Katalysator wenigstens eine großflächige katalytische Scheibe bzw. Schicht auf, durch welche das Reaktionsgemisch unter Druckabfall hindurchpressbar ist. Dadurch, daß es erfindungsgemäß möglich ist, durch örtliche Aufbringung einer Deckschicht die katalytische Reaktion entlang der katalytischen Schicht zu steuern, können Temperaturgradienten wirksam vermieden werden, wodurch die mechanische Belastung der katalytischen Schicht während der katalytischen Reaktion vermindert werden kann.
Zweckmäßigerweise ist die katalytische Schicht mit wenigstens einem, insbesondere mittig ausgebildeten, Durchbruch ausgebildet, wobei die Deckschicht im Bereich des Durchbruchs relativ dick, und in den übrigen Bereichen, an welchen das Reaktionsgemisch in die katalytische Schicht eintritt, relativ dünn ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme kann wirksam vermieden werden, daß es bereits im Bereich des Durchbruchs zu einer katalytischen Reaktion bzw. zu einem Abreagieren des Reaktionsgemisches kommt. Ferner kann gewährleistet werden, daß es über die gesamte Schicht zu einem im wesentlichen gleichmäßigen Abreagieren des Reaktionsgemisches kommt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sind mehrere übereinander gestapelte katalytische Schichten vorgesehen, wobei die jeweiligen Durchbrüche zur Bildung eines Eingangskanals zur Zufuhr des Reaktionsgemisches miteinander fluchten, und zwischen den einzelnen Schichten von dem Eingangskanal abzweigende Verteilungskanäle ausgebildet sind. Dadurch, daß die Deckschicht im Bereich der Durchbrüche bzw. des Eingangskanals relativ dick ausgebildet ist, kommt es in diesem Bereich zu keiner nennenswerten katalytischen Reaktion. Vielmehr wird das Reaktionsgemisch im wesentlichen unreagiert in die Verteilungskanäle geführt und über die in diesem Bereich relativ dünn ausgebildete Deckschicht in die katalytische Schicht eingeführt bzw. eingepreßt. Hierdurch kommt es über die gesamte katalytische Schicht zu einer im wesentlichen gleichmäßigen katalytischen Reaktion.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das zweite Pulver, aus welchem die Deckschicht gebildet wird, eine ähnliche Zusammensetzung wie das Pulver zur Bildung der katalytischen Schicht auf, wobei beide Pulver insbesondere dendritisches Kupferpulver aufweisen, und das zweite Pulver insbesondere als keramischen Anteil Aluminiumoxid aufweist. Durch einen derartigen Einsatz von ähnlichen Zusammensetzungen für die Deckschicht und die katalytische Schicht ergeben sich ähnliche physikalische Eigenschaften der beiden Schichten, so daß beispielsweise eine gleichmäßige Wärmeausdehnung gewährleistet ist, wodurch mechanische Spannungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitgehend verhindert werden können.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 eine Teilschnittansicht durch eine erfindungsgemäß mit einer Deckschicht beschichtete katalytische Schicht, und
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer stapelförmigen Anordnung parallel geschalteter Katalysatorschichten.
In Fig. 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei welcher der Katalysator als katalytische Schicht 1 ausgebildet ist. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist rotationssymmetrisch um die Achse A ausgebildet, so daß in Fig. 1 nur die linke Hälfte der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt ist. Die Vorrichtung weist einen mittig ausgebildeten Durchbruch 3 auf, durch welchen ein Reaktionsgemisch in der mittels des Pfeils P dargestellten Richtung durch die Vorrichtung hindurchführbar ist. Auf die katalytische Schicht 1 ist eine Deckschicht 2 aufgebracht, welche im Bereich des Durchbruchs 3 dicker, und in radial weiter außen liegenden Bereichen der katalytischen Schicht 1 dünner ausgebildet ist.
Durch Aufeinanderstapeln der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtungen erhält man einen Stapelreaktor, wobei die hierbei fluchtenden Durchbrüche 3 einen Einlaßkanal für das einzuführende Reaktionsgemisch bilden. Die Vorrichtungen werden ferner derart aufeinandergestapelt, daß jeweils zwischen zwei Deckschichten 2 ein Verteilungskanal 4 entsteht (von welchem, da in Fig. 1 nur eine Vorrichtung dargestellt ist, lediglich die untere Hälfte gezeigt ist), welcher von dem Einlaßkanal 3 abzweigt. Zu diesem Zwecke weist die katalytische Schicht 1 in ihrem Außenbereich einen Schulterbereich 1a auf. Man erkennt, daß in diesem Schulterbereich 1a auch die Deckschicht 2 eine Stufe 2a bildet. Die genannten Verteilungskanäle 4 entstehen dadurch, daß jeweils zwei der dargestellten Schichten 1 jeweils mit den Stufen 2a aufeinanderliegend aufeinander gestapelt werden.
Um der katalytischen Schicht 1 eine bessere mechanische Stabilität und/oder verbesserte Wärmeleitung zu verleihen, wird das Katalysatormaterial in eine Trägerstruktur verpreßt. Bei dieser Trägerstruktur handelt es sich um eine netzartige Matrix, die durch Vermischen wenigstens eines Katalysatorpulvers mit dendritischem Kupfer in Pulverform und Verpressen dieses Gemisches erhalten wird. Beim Verpressen bildet das dendritische Kupfer eine netzartige Matrixstruktur, in welche die Katalysatorkörner "eingebaut" sind. Das dendritische Kupferpulver läßt sich auch bei einem relativ geringen Massenanteil des Kupferpulvers zur Gesamtmasse der katalytischen Schicht 1 leicht zu einem Netz zusammenpressen bzw. versintern, hat eine große Oberfläche und ist selber katalytisch aktiv. Durch die Verwendung von dendritischem Kupferpulver wird deshalb ein stabilisierendes, fixierendes und wärmeverteilendes Netz im Mikrometerbereich erhalten.
Auch die Deckschicht 2 weist vorteilhafter Weise als Hauptbestandteil dendritisches Kupferpulver, und als keramischen Anteil Aluminiumoxid auf. Ein diese Bestandteile aufweisendes Pulver wird vor oder während dem Preßvorgang zur Herstellung der katalytischen Schicht auf das erste Pulver zur Herstellung der katalytischen Schicht bzw. die wenigstens teilweise verpreßte katalytische Schicht aufgebracht. Durch weiteres Verpressen läßt sich anschließend eine Deckschicht in den gewünschten Bereichen der katalytischen Schicht aufbringen. Entsprechend ihrer Dicke vermindert bzw. verhindert die Deckschicht 2 eine Reaktion (Diffusion) zugeführter Edukte an der Oberfläche der katalytischen Schicht 1. Man erkennt, daß die Deckschicht 2 im Bereich des Einlaßkanals 3 relativ dick ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Diffusion und somit eine katalytische Reaktion in diesem Bereich weitgehend vermieden. Im Gegensatz hierzu kann bei einem Durchströmen der Verteilungskanäle 4 das zugeführte Reaktionsprodukt die in diesem Bereich relativ dünn ausgebildete Deckschicht 2 aufgrund von Diffusionseffekten durchqueren und in steuerbarer bzw. gewünschter Weise mit der katalytischen Schicht 1 reagieren. Das reagierte Reaktionsgemisch bzw. hierdurch entstehende Reaktionsprodukte treten nach der katalytischen Reaktion an der Außenseite 1b der katalytischen Schicht 1 radial aus dieser aus.
Zur Schaffung einer kompakten Bauweise für derartige Vorrichtungen zur Durchführung einer katalytischen Reaktion wird das von dem Reaktionsgemisch zu durchfließende Katalysatorvolumen auf mehrere Schichten aufgeteilt, die jedoch nicht nebeneinander, sondern hintereinander bzw. parallel geschaltet angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt, und zeigt eine Vielzahl von aufeinanderliegenden katalytischen Schichten 10, 10', welche einen Stapelreaktor 20 bilden, wobei die in der Zeichnung obenliegenden Schichten zur besseren Veranschaulichung der Wirkungsweise beabstandet zueinander dargestellt sind.
Die katalytischen Schichten 10 weisen Kanäle 12, 14, 14', 16 zum Leiten von Edukten und Produkten der katalytischen Reaktion auf. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in jeder katalytischen Schicht 10, 10' im wesentlichen parallel zu den Längskanten verlaufende Durchbrüche 12 vorgesehen, wobei die Durchbrüche 12 übereinanderliegender katalytischer Schichten 10, 10' im wesentlichen deckungsgleich zueinander angeordnet sind und somit einen durch den gesamten Stapel 20 von oben nach unten durchgehenden Einlaßkanal für die Edukte des Reaktionsgemisches bilden. Je nach Verwendung der Stapelanordnung wird durch die Durchbrüche 12 ein spezifisches Reaktionsgemisch geleitet. Die Einlaßrichtung des Reaktionsgemisches ist mittels Pfeilen E symbolisiert.
Im Falle der Verwendung des dargestellten Stapelreaktors als Wasserstoffreaktor umfaßt das Reaktionsgemisch Alkohol, insbesondere Methanol, sowie chemisch gebundenen Wasserstoff, vorteilhafter Weise in Form von Wasser. Im Falle der Verwendung des Stapelreaktors 20 in einer sogenannten H2-Shift-Reaktion zur Verringerung von Kohlenmonoxid unter Freisetzung von Kohlendioxid umfaßt das Reaktionsgemisch Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Im Falle des Einsatzes im Bereich der Kohlenmonoxid-Oxidation umfaßt das Reaktionsgemisch ein CO-haltiges Gas sowie ein O2-haltiges Gas. Bei der Verwendung des Stapelreaktors bzw. Katalysatorstapels 20 in einem katalytischen Brenner umfaßt das Reaktionsgemisch ein brennbares Edukt sowie ein O2-haltiges Gas. Die Durchbrüche 12 jeder zweiten katalytischen Schicht 10 stehen mit im wesentlichen parallel zur Flächenausdehnung der katalytischen Schichten 10 verlaufenden Verteilungskanälen 14 in Verbindung, die wenigstens einen Teil des durch die Durchbrüche 12 eintretenden Reaktionsgemisches in das Innere der Katalysatorschicht 10 ableiten. Hierdurch wird ein Teil des durch die Durchbrüche 12 eintretenden und durch den Stapel 20 geführten Reaktionsgemisches in jeder zweiten katalytischen Schicht durch die Verteilungskanäle 14 in das Innere der beiden angrenzenden katalytischen Schichten 10, 10' abgeleitet, wodurch eine Parallelschaltung der übereinanderliegend angeordneten Katalysatorschichten realisiert ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind je katalytischer Schicht 10, 10' zwei räumlich getrennte Durchbrüche 12 vorgesehen. Durch Einleitung eines Reaktionsgemisches in beide Durchbrüche 12 bzw. den jeweils durch diese gebildeten Führungskanal kann eine gewünschte katalytische Reaktion besonders schnell und/oder gleichmäßig durchgeführt werden.
Entlang der Querkanten der katalytischen Schichten 10, 10' sind analog zu den Durchbrüchen 12 ausgebildete weitere Durchbrüche 16 angeordnet, die ebenfalls im wesentlichen senkrecht zur Flächenausdehnung jeder katalytischen Schicht 10, 10' verlaufende Führungskanäle bilden, die bei übereinandergelegten katalytischen Schichten 10, 10' jeweils deckungsgleich mit den Durchbrüchen 16 der darüber bzw. darunter liegenden katalytischen Schicht 10, 10' zu liegen kommen. Die Durchbrüche 16 jeder zweiten katalytischen Schicht 10' stehen mit Sammelkanälen 14' in Verbindung, die aus der jeweils darüber und darunter liegenden katalytischen Schicht 10 austretende Reaktionsprodukte sammeln und in Querrichtung den Durchbrüchen 16 bzw. dem durch diese gebildeten Führungskanal zuführen, über welchen die Reaktionsprodukte durch den Stapel 20 abgeleitet werden (Pfeil A).
Um zu vermeiden, daß es bereits beim Durchströmen der Durchbrüche 12 bzw. des durch diese gebildeten Führungskanals zu einem Abreagieren des Reaktionsgemisches kommt, sowie zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Abreagierens des Reaktionsgemisches entlang der Verteilungskanäle 14 sind sowohl die Durchbrüche 12 als auch die Verteilungskanäle 14 mit einer Deckschicht bzw. Diffusionsschicht 2 selektiver Dicke überdeckt. Diese Deckschicht 2 ist in Fig. 2 lediglich für die oberste katalytische Schicht 10 mittels Schraffur dargestellt. Wie bereits ausführlich beschrieben, kann durch Vorsehen einer derartigen Deckschicht 2 auf den katalytischen Schichten 10, 10' eine gleichmäßige katalytische Reaktion über die katalytische Scheibe 10, 10' bzw. den gesamten Stapelreaktor 20 gewährleistet werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion, insbesondere einer Reformierung, einer CO-Oxidation oder eines katalytischen Brennens, unter Durchleitung eines geeigneten Reaktionsgemisches durch einen Katalysator (1, 10, 10', 20), dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1, 10, 10', 20) wenigstens teilweise von einer Deckschicht (2) zur örtlichen Verminderung und/oder Vermeidung eines Abreagierens des Reaktionsgemisches vor seiner Durchleitung durch den Katalysator (1, 10, 10', 20) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator wenigstens eine großflächige katalytische Schicht (1, 10, 10') aufweist, durch welche das Reaktionsgemisch unter Druckabfall hindurchpreßbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Schicht (1, 10, 10') mit wenigstens einem, insbesondere mittig ausgebildeten Durchbruch (3, 12) vorgesehen ist, wobei die Deckschicht (2) im Bereich des Durchbruchs (3, 12) relativ dick, und in den übrigen Bereichen, an welchen das Reaktionsgemisch in die katalytische Schicht eintritt, relativ dünn ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere übereinander gestapelte katalytische Schichten (1) vorgesehen sind, wobei die Durchbrüche (3, 12) zur Bildung wenigstens eines Eingangskanals miteinander fluchten, und zwischen den Schichten von dem Eingangskanal abzweigende Verteilungskanäle (4, 14) ausgebildet sind.
5. Verfahren zum Aufbringen einer Deckschicht auf einen Katalysator, insbesondere zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei aus mindestens einem Katalysatorpulver durch Verpressen ein einen Formkörper bildende dünne und stark komprimierte Schicht gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Bildung der Deckschicht geeignetes zweites Pulver vor oder während dem Verpressen auf das erste Pulver bzw. den wenigstens zum Teil komprimierten Formkörper aufgebracht wird, und/oder das zweite Pulver nach dem Verpressen auf den komprimierten Formkörper aufgebracht und einem weiteren Verpressen unterzogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Pulver eine dem ersten Pulver ähnliche Zusammensetzung aufweist, wobei das erste und das zweite Pulver insbesondere als Hauptbestandteil dendritisches Kupferpulver aufweisen, und das zweite Pulver insbesondere als keramischen Anteil Alumini­ umoxid aufweist.
DE19906672A 1999-02-18 1999-02-18 Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion Expired - Fee Related DE19906672C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19906672A DE19906672C2 (de) 1999-02-18 1999-02-18 Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19906672A DE19906672C2 (de) 1999-02-18 1999-02-18 Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19906672A1 true DE19906672A1 (de) 2000-08-24
DE19906672C2 DE19906672C2 (de) 2003-05-08

Family

ID=7897822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19906672A Expired - Fee Related DE19906672C2 (de) 1999-02-18 1999-02-18 Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19906672C2 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002018268A2 (en) * 2000-08-28 2002-03-07 Motorola, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware Hydrogen generator utilizing ceramic technology
DE10134647A1 (de) * 2001-07-17 2003-02-06 Ballard Power Systems Vorrichtung zur selektiven Oxidation eines Stoffstroms
WO2003033133A1 (en) * 2001-10-18 2003-04-24 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
WO2003033131A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-24 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
WO2003033134A1 (en) * 2001-10-18 2003-04-24 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
DE10214293A1 (de) * 2002-03-28 2003-10-16 Ballard Power Systems Vorrichtung zur Kombination zweier heterogen katalysierter Reaktionen und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung
US7160342B2 (en) 2001-02-13 2007-01-09 Delphi Technologies, Inc. Fuel reformer system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4207905A1 (de) * 1992-03-12 1993-09-16 Bayer Ag Festbettreaktoren mit kurzem katalysatorbett in stroemungsrichtung
DE19654361A1 (de) * 1996-12-24 1998-06-25 Behr Gmbh & Co Reaktor in Stapelbauweise

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19743673C2 (de) * 1997-10-02 2002-05-08 Xcellsis Gmbh Vorrichtung zur Wasserstofferzeugung aus Kohlenwasserstoffen und Verfahren zur Herstellung eines Katalysators

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4207905A1 (de) * 1992-03-12 1993-09-16 Bayer Ag Festbettreaktoren mit kurzem katalysatorbett in stroemungsrichtung
DE19654361A1 (de) * 1996-12-24 1998-06-25 Behr Gmbh & Co Reaktor in Stapelbauweise

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004518598A (ja) * 2000-08-28 2004-06-24 モトローラ・インコーポレイテッド セラミック技術を利用する水素発生装置
WO2002018268A3 (en) * 2000-08-28 2002-06-06 Motorola Inc Hydrogen generator utilizing ceramic technology
US7048897B1 (en) 2000-08-28 2006-05-23 Motorola, Inc. Hydrogen generator utilizing ceramic technology
WO2002018268A2 (en) * 2000-08-28 2002-03-07 Motorola, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware Hydrogen generator utilizing ceramic technology
US7160342B2 (en) 2001-02-13 2007-01-09 Delphi Technologies, Inc. Fuel reformer system
DE10134647A1 (de) * 2001-07-17 2003-02-06 Ballard Power Systems Vorrichtung zur selektiven Oxidation eines Stoffstroms
US7201883B2 (en) 2001-10-12 2007-04-10 Compactgtl Plc Catalytic reactor
WO2003033131A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-24 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
GB2395146B (en) * 2001-10-18 2004-12-15 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
GB2395146A (en) * 2001-10-18 2004-05-19 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
GB2399037B (en) * 2001-10-18 2005-04-20 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
WO2003033134A1 (en) * 2001-10-18 2003-04-24 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
US7186388B2 (en) 2001-10-18 2007-03-06 Compactgtl Plc Catalytic reactor
WO2003033133A1 (en) * 2001-10-18 2003-04-24 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor
DE10214293A1 (de) * 2002-03-28 2003-10-16 Ballard Power Systems Vorrichtung zur Kombination zweier heterogen katalysierter Reaktionen und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE19906672C2 (de) 2003-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1019183B1 (de) Vorrichtung zur durchführung einer heterogen katalysierten reaktion und verfahren zur herstellung eines katalysators
DE3041961A1 (de) Mit oxidwhiskern bedeckte folie und verfahren zu ihrer herstellung
DE60203315T2 (de) Katalytischer reaktor
EP1084747B1 (de) Vorrichtung zur Durchführung einer heterogen katalysierten Reaktion und Verfahren zu deren Herstellung
EP0974393A2 (de) Reformierungsreaktor mit katalytischer Brennereinheit
DE19906672A1 (de) Vorrichtung zur Durchführung einer katalytischen Reaktion
DE10057420A1 (de) Mehrstufiger Shiftreaktor und Reformeranlage
DE102004010014B4 (de) Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
DE10110465B4 (de) Reaktor
DE10136768B4 (de) Brennstoffzellenanlage mit zwei Umformeinheiten zur katalytischen Dekomposition und Verfahren zur katalytischen Dekomposition
WO2005068354A2 (de) Vorrichtung zur erzeugung von wasserstoff
DE10046692C2 (de) Vorrichtung zur Verdampfung einer Flüssigkeit
EP1216200B1 (de) Gaserzeugungssystem
DE19904398B4 (de) Lanze
DE19955892C2 (de) Vorrichtung zur Reformierung eines Kohlenwasserstoffs mit langkettigen Kohlenwasserstoffanteilen
EP1031374A2 (de) Vorrichtung zur Ausnutzung bei einer katalytischen Reaktion entstehender Wärme
DE19719997A1 (de) Reformierungsreaktoranlage und Betriebsverfahren hierfür
DE19901301C1 (de) Vorrichtung zur Kombination zweier heterogen katalysierter Reaktionen
DE10064441A1 (de) Verfahren zur Betriebstemperatureinstellung in einem Reformer
DE3803080A1 (de) Verfahren zur erzeugung von synthesegasen aus kohlenwasserstoffhaltigen einsatzstoffen
DE3803082A1 (de) Mehrstufiges verfahren zur erzeugung von h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)- und co-haltigen synthesegasen
DE10033596B4 (de) Vorrichtung zur Durchführung einer festkörperkatalysierten Reaktion
DE19944186A1 (de) Vorrichtung zum Erwärmen und/oder Umsetzen wenigstens eines Mediums
DE19855769A1 (de) Katalytisch beheizte Komponente für einen chemischen Reaktor
WO2005054125A1 (de) Apparat zur erzeugung von wasserstoff

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: XCELLSIS GMBH, 70567 STUTTGART, DE

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: BALLARD POWER SYSTEMS AG, 70567 STUTTGART, DE

8304 Grant after examination procedure
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: NUCELLSYS GMBH, 73230 KIRCHHEIM, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110901