DE2154010B2 - Katalysatorvorrichtung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Katalysatoren und betrifft im einzelnen eine Katalysatorvorrichtung
mit einem verbesserten Wärmeaustauschsystem.
Bei katalytischen Behandlungsverfahren werden die Reaktionsteilnehmer normalerweise durch ein Bett aus porösen Katalysatorpartikeln in Gestalt von Perlen oder Kügelchen geleitet Bei vielen, organische Substanzen benutzenden Reaktionsvorgängen erscheint auf der Oberfläche des Katalysators eine schmutzige, schlechte kohlenstoffhaltige Ablagerung. Diese Verschmutzung kann sehr groß werden, wenn die Reaktionsieilnehmer oder Produkte zu lang mit der Oberfläche des Katalysators in Berührung bleiben. Die Verschmutzung führt zu einer Änderung der katalytischen Aktivität und verringert außerdem die Fähigkeit des Katalysators zur Wärmeableitung, so daß überhitzte Stellen oder »heiße Stellen« entstehen.
Bei katalytischen Behandlungsverfahren werden die Reaktionsteilnehmer normalerweise durch ein Bett aus porösen Katalysatorpartikeln in Gestalt von Perlen oder Kügelchen geleitet Bei vielen, organische Substanzen benutzenden Reaktionsvorgängen erscheint auf der Oberfläche des Katalysators eine schmutzige, schlechte kohlenstoffhaltige Ablagerung. Diese Verschmutzung kann sehr groß werden, wenn die Reaktionsieilnehmer oder Produkte zu lang mit der Oberfläche des Katalysators in Berührung bleiben. Die Verschmutzung führt zu einer Änderung der katalytischen Aktivität und verringert außerdem die Fähigkeit des Katalysators zur Wärmeableitung, so daß überhitzte Stellen oder »heiße Stellen« entstehen.
Die Temperatur, bei der eine katalytische Reaktion stattfindet, soll bzw. muß gewöhnlich genau gesteuert
werden. Wenn die Temperatur von der Solltemperatur abweicht, kann das Verfahren eine sehr schlechte
Ausbeute an Reaktionsprodukten liefern, so daß das Verfahren unwirtschaftlich wird. Andererseits kann die
Reaktion zu weit gehen, indem zunächst die gewünschten Reaktionsprodukte erzeugt werden, die aber dann
sofort in andere, unerwünschte Produkte umgesetzt werden. In wieder anderen Fällen kann der Reaktionsablauf von dem geforderten Reaktionsablauf vollkommen
abweichen.
Wenn jedoch die stattfindende Reaktion exotherm oder endotherm ist, kann die auftretende Reaktionswärme
die genaue Steuerung der Reaktionstemperatur sehr schwierig machen.
So kann beispielsweise die bei einer exothermen
So kann beispielsweise die bei einer exothermen
so Reaktion entwickelte Wärme zu einer örtlichen Überhitzung des Katalysators, d. h. zur Bildung »heißer
Stellen«, führen. Wenn diese Hitze nicht schnell abgeleitet wird, kann die »heiße Stelle« andere, noch
mehr exotherme Reaktionen auslösen, so daß noch mehr Wärme freigesetzt wird und folglich die »heiße
Stelle« größer wird. Dieses Wachstum der »heißen Stelle« kann zu einer Kettenreaktion thermischer
Instabilität der Katalysatorvorrichtung führen. Hierdurch kann die Vorrichtung beschädigt werden,
bo beispielsweise durch Sinterung des Katalysators infolge
übermäßigen Temperaturanstieges.
Bei den herkömmlichen Katalysatoren besteht im Falle von stark exothermen oder endothermen Reaktionen
die Neigung, daß durch die Reaktion der
b5 Katalysator im Bereich der größten Reaktion am
stärksten erhitzt oder abgekühlt wird. Solch eine unterschiedliche Erhitzung oder Abkühlung verursacht
ein Temperaturgefälle oder Temperaturänderungen
innerhalb des Katalysators. Wenn derartige Temperaturgefälle auftreten, befindet sich nur ein begrenzter
Teil des Katalysators auf der optimalen Reaktionstemperatur. Der übrige Katalysator arbeitet daiier nicht mit
bestmöglichem Wirkungsgrad und seine Lebensdauer kann verringert sein. Die Folge ist, daß der Wirkungsgrad
oder Leistungsfaktor der katalytischen Reaktion vermindert ist
Ein Katalysator hat gewöhnlich eine zusammengesetzte, partikel- oder kugelförmige Gestalt, bestehend
aus einem aktiven oder eigentlichen Katalysator, der auf einem Träger gelagert ist Der Träger ist im allgemeinen
ein schlechter Wärmeleiter. Selbst wenn der partikel- oder kügelchenfö/rnige Träger aus Metall besteht, ist
der wärmeleitende Kontakt zwischen den einzelnen Kügelchen schlecht, da die Berührungsstellen zwischen
den einzelnen Kügelchen sehr klein sind. Die Temperatm-steuerung
ist daher bei den herkömmlichen, die Gestalt eines festen Bettes oder einer Säult aufweisenden
Katalysatoren schwierig.
Für einige katalytische Reaktionsvorgänge hat man vorgeschlagen, Stücke aus Metall oder einem anderen,
wärmeleitenden Material mit dem Katalysator zu mischen, um den Wärmeübergang zur Umgebung zu
erleichtern. Zur Gewinnung eines weiteren Mittels für die Temperatursteuerung können die Reaktionsteilnehmer
auch mit nicht reagierenden Gasen oder Dimpfen gelöst sein. Man kann zur Erleichterung der Temperatursteuerung
auch geringe Strömungsgeschwindigkeiten oder niedrige Umsetzungsmengen anwenden, so
daß die Menge der erzeugten Wärme gering ist, in diesem Falle wird die Leistung des Verfahrens je
Zeiteinheit jedoch gering und das Verfahren daher teuerer.
Zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit hat man auch Inhibitoren eingesetzt, diese können jedoch
den Nachteil haben, daß sie den Träger oder andere Teile der Katalysatorvorrichtung chemisch angreifen.
Sie können auch Nebenreaktionen verursachen, durch die aus den Reaktionsteilnehmern unerwünschte Produkte
erzeugt werden.
Zur Temperatursteuerung hat man auch bereits vorgeschlagen, den Katalysator auf einem durchgehenden
Metallträger, wie etwa einem Drahtgewebe, zu lagern oder die Innenseite eines hohlen Rohres als
Träger mit dem Katalysator zu beschichten. In diesen Fällen muß man Kompromisse schließen zwischen den
verschiedenen, gewünschten Eigenschaften. Wenn man beispielsweise einen dünnen Draht als Träger benutzt,
um eine große Menge an Katalysator in einem verhältnismäßig kleinen Volumen unterbringen zu
können, wird die schnelle Wegleitung überschüssiger Hitze schwierig und die Vorrichtung muß wegen ihrer
Bruchempfindlichkeit vorsichtig behandelt werden. Verwendet man hingegen als Träger dickere Drähte, um
die Wärmeableitung zu verbessern, dann werden die Abmessungen und das Gewicht der Reaktionskammer
größer. Dies wiederum bedeutet eine Erhöhung der Konstruktions- und Betriebskosten der Reaktionskammer.
Bei Verwendung eines auf der Innenseite mit dem Katalysator beschichteten Rohres muß das Rohr lang
sein, um einen ausreichenden Kontakt zwischen dem Katalysator und den Reaktionsmitteln zu gewährleisten.
Folglich ist eine verhältnismäßig große Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des Rohres erforderlich,
damit die Reaktionsteilnehmer durch das Rohr hindurchströmen. Wenn der Katalysator erschöpft ist, muß
das ganze Rohr erneuert werden, was teuer und zeitraubend ist.
Ein weiterer Nachteil der bekannten katalytischen Reaktionskammern besteht in der Schwierigkeit, die
Strömungscharakteristika so zu steuern, daß einerseits
eine maximale katalytische Aktivität erreicht wird, während andererseits dem Strom der Reaktionsteilnehmer
möglichst wenig Widersxand entgegengesetzt wird.
Einige oder alle diese Nachteile treten auch bei anderen, derartigen Verfahren auf, beispielsweise bei
ίο der katalytischen Reinigung von Gasen.
Der Ei findung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Katalysatorvorrichtung zu schaffen, mit der diese Nachteile ganz oder teilweise überwunden werden.
Hierzu schafft die Erfindung eine Katalysatorvorrichtung, bei der die Katalysatorpartikel an der Oberfläche
eines Metallbleches befestigt sind, so daß dieses Blech nach Bedarf Wärme von den Katalysatorpartikeln weg
oder zu diesen hinleiten kann. Wenigstens einige der Kanten dieses Metallbleches werden in wärmeleitender
Nähe einer Wärmequelle oder einer Wärmeableitung angeordnet, um das Metallblech nach Bedarf zu erhitzen
oder zu kühlen, so daß die Katalysatorpartikel auf möglichst gleichbleibender Temperatur gehalten werden.
Einige Ausführungsforrnen der Erfindung haben den Vorteil, daß die Katalysatorvorrichtung ohne umfangreiche
Änderungen in den übrigen Konstruktionsteilen der Reaktionskammer leicht entfernt und ausgewechselt
werden kann. Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist eine große Menge katalytisch aktiven
Materials in einem kleinen Volumen vorhanden, ohne daß die Strömung der Reaktionsteilnehmer beeinträchtigt
wird.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht wegen der gleichmäßigeren Temperatur
innerhalb der Katalysatorkatusche die Anwendung einer höheren Reaktionstemperatur, ohne daß die
Nachteile der herkömmlichen Katalysatorkammern auftreten.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
einiger der Erläuterung und nicht etwa der Abgrenzung des Erfindungsgedankens; dienender Ausführungsbeispiele,
wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Metallblech mit eingebetteten Katalysatorpartikeln zur Verwendung im
Rahmen der vorliegenden Erfindung,
F i g. 2 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit
so einer Katalysatorkartusche gemäß der Erfindung,
Fig. 3 einen Längsschnitt nach der Linie A-A' in
Fig. 2,
Fig.4 eine Stirnansichl einer Reaktionskammer mit
einer anderen Katalysatorkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung,
F i g. 5 einen Längsschnitt nach der Linie B-B' in Fig. 4,
Fig.6 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit
einer anderen Katalysatorkartusche gemäß der Erfindung,
Fig. 7 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit
einer weiteren Katalysatorkartusche gemäß der Erfindung,
Fig. 8 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit einer weiteren Katalysatorkartusche gemäß der Erfindung,
Fig. 9 einen Längsschnitt nach der Linie C-C in
Fig. 8,
F i g. 10 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit einer weiteren Ausführungsform der Katalysatorkartusche
gemäß der Erfindung,
F i g. 11 einen Längsschnitt nach der Linie D-D' in
Fig. 10,
Fig. 12 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit einer anderen Katalysatorkartusche gemäß der Erfindung,
Fig. 13 eine perspektivische, aufgeschnittene Teildarsteliung
der Berührungsstelle zwischen einem gefalteten Blech und der äußeren Hülse, wobei diese
Figur einen mit einem Strömungsmittel arbeitenden Wärmeaustauscher in Verbindung mit der äußeren
Hülse zeigt,
Fig. 14 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Reaktionskammer,
Fig. 15 und 16 Einzelheiten der Ausbildung der
wärmeleitenden Berührung zwischen dem Blech und der Hülse,
Fig. 17 in einem vergrößerten Teilschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 18, 19 und 20 ein bevorzugtes Verfahren zum Falten des bei der Ausführungsform gemäß Fig. 17
verwendeten Bleches und
F i g. 21 schematisch eine bevorzugte Anwendung der Erfindung.
Fi g. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Metallblech
1, auf dessen beiden Seiten Katalysatorpartikel 2 und 3 befestigt sind. Die Konstruktion eines derartigen
Bleches ist in der USA-Patentanmeldung Serial No. 33 695 vom 1. Mai 1970 ausführlich erläutert. Gemäß der
bevorzugten Ausführungsform ist eine sehr große Zahl Kataiysatorpartikel 2 und 3, die aus einem härteren
Material bestehen als das Blech 1, am Metallblech durch einen Walzvorgang befestigt, bei dem die Partikel
teilweise in das Blech eingebettet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Katalysatorpartikel
vorzugsweise auf beiden Seiten des Metallbleches befestigt, man kann jedoch selbstverständlich auch ein
Blech herstellen und benutzen, das nur auf einer Seite mit KatJysatorpartikeln versehen ist.
Diese Katalysatorpartikel gehen im allgemeinen durch ein U.S. Standardsieb mit 10 Maschen je Zoll und
vorzugsweise durch ein Sieb mit 100 Maschen je Zoll. Sie sollen auf einem Sieb mit 600 Maschen je Zoll
zurückgehalten werden. Zur Verwendung als Katalysatoren kommen beispielsweise in Frage: Aluminiumoxyd,
Zirkonoxyd, Eisenoxyd, Eisenoxydul, Nickeloxyd, Zinkoxyd, Chromkali, Alaunerdechlorid, Wolframsulfid,
Silberfluorid, Kupferchlorid, Ag, Zr, Pt, Au, Ir, Ni, Co, Fe. Pd1Os1Mn, Mo, Rh, usw.
Die F i g. 2 und 3 zeigen eine grundsätzliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei
die F i g. 3 ein Schnitt nach der Linie A-A'in F ig. 2 ist.
In der Darstellung ist eine Katalysierkammervorrichtung 10 zur Bildung einer Reaktionskammer in einer
zylindrischen Hülse oder einem Gehäuse 11 angeordnet Ein Metallblech 12, auf dessen beiden Seiten Katalysatorpartikel
befestigt sind, ist sternförmig um eine Mittelachse gefaltet Der Außendurchmesser der so
gebildeten, sternförmigen Kartusche ist vorzugsweise etwas größer als der Innendurchmesser der Katalysierkammer,
so daß nach der Einbringung der Kartusche in das Gehäuse die außenliegenden Kanten des sternförmig
gefalteten Bleches gegen die Innenseite des Gehäuses drücken. Auf diese Weise wird die Kartusche
fest aber herausnehmbar im Gehäuse gehalten und befindet sich in inniger, wärmeleitender Berührung mit
dem Gehäuse.
Als Unterlage für das Katalysatormaterial kann irgendein Metall verwendet werden, dessen Härte
geringer ist als die des Katalysatormaterials. Die Unterlage soll jedoch mit den Reaktionsteilnehmern
und dem Katalysator nicht chemisch reagieren. Außerdem soll die Wärmeleitfähigkeit der Unterlage
möglichst groß sein. Auch soll die Unterlage gute Elastizitätseigenschaften haben, wenn die innige, wärmeleitende
Berührung durch den Anpreßdruck der Unterlage gegen das Gehäuse erzeugt wird. Ein
bevorzugtes Metall für die Unterlage ist Aluminium, jedoch sind auch Bronze, rostfreier Stahl, Chromnickel
und Kupfer anwendbar.
Durch die sternförmige Faltung des Bleches 12 werden eine Anzahl kleinerer Metallbleche 13 gebildet,
die an ihren Kanten 14 und 15 miteinander verbunden sind. Wenigstens einige dieser Kanten des Bleches, beim
dargestellten Ausführungsbeispiel die Kanten 14, werden gegen die Innenwand 16 des Gehäuses 11
gepreßt, um hier eine gut wärmeleitende Berührung zu erzeugen. Daher kann das Gehäuse 11 als Wärmequelle
oder Wärmeableitung benutzt werden oder die Verbindung zu einer Wärmequelle oder Wärmeableitung
herstellen. Flansche 17 und 18 sind zum Anschluß der Katalysierkammer an einen nicht dargestellten
Einlaß für das katalytisch zu behandelnde Erzeugnis und an einen nicht dargestellten Auslaß für das katalytisch
behandelte Erzeugnis vorgesehen. Um das Gehäuse 11 kann man ein (nicht dargestelltes) Heiz- oder Kühlgerät
außen anordnen.
Die Reaktionsteilnehmer treten durch eine Einlaßöffnung 19 in die Reaktionskammer ein, fließen durch die
Kammer hindurch, wobei die katalytischen Reaktionen
3ϊ stattfinden, und die Reaktionsprodukte sowie die
unkatalysierten Reaktionsteilnehmer verlassen die Kammer über eine Auslaßöffnung 20. Man kann die
Flansche auch benutzen, um mehrere Reaktionskammern in Reihe hintereinander zu befestigen oder man
kann mehrere Kartuschen in Reihe in einem Gehäuse anordnen.
Die F i g. 4 und 5 zeigen eine andere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist F i g. 5 ein
Schnitt nach der Linie B-B' in Fig.4. Bei dieser j Ausführungsform ist eine Katalysierkammer 30 ausgebildet,
die der Kammer 10 gleicht mit der Ausnahme, daß zusätzlich in der Mitte der Kammer ein Träger 24
angeordnet ist, der auch als zweite Wärmequelle oder Wärmeableitung benutzt werden kann. Die Innenkanten
15 der Bleche 13 sind dann in inniger, wärmeleitender Berührung mit dem Träger 24 angeordnet, der auch
mit Flanschen 25 und 26 versehen ist Die Innenkanten 15 der einzelnen Bleche können durch mechanische
Anpressung in inniger wärmeleitender Berührung mit dem Träger 24 stehen, man kann sie aber auch anlöten,
anschweißen oder auf irgendeine andere Weise befestigen. Die in den F i g. 4 und 5 mit den gleichen
Bezugszeichen wie in Fig.2 und 3 bezeichneten Elemente sind den im Zusammenhang mit F i g. 2 und 3
beschriebenen Elementen gleich.
F i g. 6 zeigt eine Katalysatorkammer 40, bei der die
Hülse oder das Gehäuse 11 und der Träger 24 eine Anzahl einzeln ausgebildeter Metallbleche 41 tragen,
die mit Katalysatorpartikeln beschichtet sind. Die Kanten 42 und 43 der Bleche 41 sind in wärmeleitender
Berührung mit dem Träger 24 und dem Gehäuse 11 der Kammer angeordnet die als Wärmequelle oder
Wärmeableitungen ausgebildet sind.
F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Katalysatorkammer 50, die desgleichen eine äußere
Hülse oder ein Gehäuse 11 und einen Träger 24 aufweist. Eine erste Katalysatorkartusche aus einem
sternförmig gefalteten Blech 52 ist mit ihren außenliegenden Kanten 53 in wärmeleitender Berührung mit der
Innenseite des Gehäuses 11 angeordnet. Eine zweite Katalysatorkartusche aus einem sternförmig gefalteten
Blech 54 ist mit ihren innenliegenden Kanten 55 in wärmeleitender Berührung mit dem Träger 24 angeordnet.
Die F i g. 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Katalysatorkammer 60 gemäß der Erfindung.
Hierbei zeigt F i g. 9 einen Schnitt nach der Linie C-Cin Fig. 8. Zwischen dem Träger 24 und der Hülse
oder dem Gehäuse 11 ist eine Katalysatorkartusche angeordnet, die desgleichen aus einem sternförmig
gefalteten Blech 61 besteht, wobei hier allerdings die »Sternzacken« nach Art eines Feuerrades geschwungen
sind. Die beiden Kanten 62 und 63 der einzelnen Bleche befinden sich in wärmeleitender Berührung mit der
Hülse bzw. dem Gehäuse 11 und dem Träger 24.
Selbstverständlich kann man die Kartusche auch aus einzelnen Blechen ausbilden, deren Kanten miteinander
verbunden werden, vorzugsweise stellt man die Kartusche jedoch durch Faltung eines entsprechenden
Bleches her.
Die Fig. 10 und 11 zeigen eine andere Ausführungsform einer Katalysatorkammer 70 gemäß der Erfindung.
F i g. 11 ist dabei ein Schnitt nach der Linie D-D'in
Fig. 10. Die Katalysatorkammer 70 enthält eine Katalysatorkartusche, die aus einem sternförmig gefalteten
Metallblech 71 besteht, wobei die innen- und außenliegenden Kanten mit 72 bzw. 73 bezeichnet sind.
Dieses sternförmig gefaltete Blech ist in Metallringen 74 gehalten, die in wärmeleitender Berührung mit den
Kanten 73 der einzelnen kleineren Bleche stehen. Ein Gehäuse 75 befindet sich in wärmeleitender Berührung
mit den Ringen, so daß Wärme zwischen den Katalysatorpartikeln und dem Gehäuse über das Blech
71 und die Ringe 74 frei fließen kann. Die Ringe 74 weisen einen Schlitz oder Spalt 76 auf, so daß die
Katalysatorkartusche leicht in das Gehäuse eingesetzt werden kann.
Fig. 12 zeigt eine Katalysatorkammer 80, bei der die
Katalysatorkartusche eine Reihe von Katalysierstrukturen 81 mit Kanten 82 und 83 umfaßt. Die Krümmung
dieser Strukturen ist derart, daß der senkrechte Abstand (d-d") zwischen irgendwelchen zwei Strukturen konstant
bleibt, wodurch die strömungsdynamische Fließcharakteristik der Reaktionsgase gesteuert werden
kann.
Eine Katalysiervorrichtung gemäß den F i g. 2 und 3 wird hergestellt, wobei das Gehäuse 11 aus rostfreiem
Stahl gefertigt wird. Auf ein Metallblech 12 aus Aluminium mit einer Dicke von 0,2 mm wird mit
bekannten Verfahren eine Schicht aus feinzerteiltem Katalysatormaterial durch teilweise Einbettung desselben
in die Oberfläche des Bleches aufgebracht Bei dem Katalysatormaterial handelt es sich um ein Gemisch aus
70% Silber, dessen Härte größer als die des Aluminiums der Unterlage, und aus 30% Aluminiumoxyd, das durch
ein US. Standardsieb mit 100 Maschen je Zoll hindurchgeht und auf einem U.S. Standardsieb mit 600
Maschen je Zoll zurückgehalten wird. Das Katalysatormaterial wird teilweise eingebettet mit einer Dichte von
50 mg/cm2 auf beiden Seiten des Aluminiumbleches. Das Aluminiumblech wird dann derart sternförmig gefaltet,
daß es einen Innendurchmesser von 1 cm und einen Außendurchmesser von 5 cm hat, woraufhin das so
gefaltete Blech in das Gehäuse eingesetzt wird. Die Anzahl der Falten ist derart, daß die Kartusche 400 g
Silber je Liter an eingenommenem Volumen enthält. Das Außengehäuse 11 wird mit einem ölbad auf 25O0C
erhitzt und ein Gemisch aus Sauerstoff und Äthylen
ίο wird durch die Katalysatorkammer hindurchgeleitet,
wobei die folgende Reaktion stattfindet:
Silber CH, CH1
CH2=CH2 + 1/2 O2
25(VC
Ein Gemisch aus Reaktionsteilnehmern, bei denen keine Reaktion stattgefunden hat, aus unerwünschten
Produkten und Äthylenoxyd verläßt die Reaktionskammer, um mit Mitteln, die nicht Gegenstand der
vorliegenden Erfindung sind, separiert zu werden.
Fig. 13 zeigt eine perspektivische Teilansicht des
Berührungspunktes zwischen der Hülse 11 und zwei an
der Kante 14 miteinander verbundenen Einzelblechen 13 bei den in den Fig.2 bis 5 dargestellten
Ausführungsformen. In die Innenwand 16 der Hülse oder des Gehäuses 11 sind vorzugsweise Nuten 90
eingeschnitten, die die Faltkanten 14 des Bleches 12 aufnehmen. Bei der Anordnung derartiger Nuten 90 ist
jü die der Wärmeleitung dienende Berührungsfläche
zwischen den Kanten 14 und der Hülse 11 größer als dann, wenn die Blechkanten 14 nur gegen die glatte
Innenwand 16 des Gehäuses 11 anliegen. Ferner kann man eine Wärmeaustauschvorrichtung 91 in wärmeleitender
Berührung mit der Hülse 11 anordnen, um den Wärmeaustausch zu verbessern. Diese Wärmeaustauschvorrichtung
91 kann Rohre oder Kanäle 92 aufweisen, durch die ein Fluid geleitet wird, dessen
Temperatur derart ist, daß durch Wärmezufuhr oder
4n A'a . .eentzug zur bzw. aus der Hülse 11 deren
Temperatur in der gewünschten Richtung verändert wird. Dieses Fluid kann also entweder erwärmt oder
gekühlt sein, je nach dem, ob die katalytische Reaktion endotherm oder exotherm ist.
Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine sternförmige Katalysatorkartusche
an der Innenseite einer Zylinderhülse 100 angeschweißt ist, in deren Mantel ein Spalt 102
ausgebildet ist. Der Schweißanschluß wird auf der Innenseite der Zylinderhülse entlang Linien hergestellt,
wie sie durch die gestrichelte Linie 104 dargestellt sind. Während die Schweißung in jedem Falle technisch
durchführbar ist, macht die durch den Spalt 102 geschlitzte Zylinderhülse 100 dies praktikabel, da der
Zylinder zur Einführung in eine permanente Hülse oder ein Gehäuse etwas zusammengedrückt werden kann.
Fig. 15 zeigt im Detail die Befestigung des Bleches 106 an einer Hülse 107 mit einer Schweiß- oder Lötlinie
108. Selbstverständlich könnte man den Kontakt gemäß der Darstellung in Fig. 16 auch durch einfache
Berührung zwischen dem Blech 106 und der glatten Innenseite der Hülse 107 herstellen, die hierbei
gegebene Berührungsfläche ist jedoch klein, so daß dies nicht als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu
bezeichnen ist
Die Fig. 17 bis 20 erläutern eine geeignete Art der
Herstellung einer Katalysatorkartusche mit im wesentlichen spiralförmig geschwungenen Sternarmen gemäß
den in den Fig.8 und 12 dargestellten Ausführungsformen.
Fig. 17 zeigt in einem Teilquerschnitt mehrere
geschwungene Bleche 110,111 und 112, die in einer im
wesentlichen sternförmigen Kartusche zwischen der Hülse 11 und einem inneren Träger 24 angeordnet sind.
Jedes Blech ist mit Katalysatormateriai beschichtet und
weist breite Kanten, beispielsweise die Kanten 113 und 114, auf, die in wärmeleitender Nähe, d.h. in zur
Wärmeleitung geeigneter Anordnung, zum Träger 24 und der Hülse 11 angeordnet sind.
Fig. 18 zeigt im Querschnitt, wie ein Blech, das gemäß der Darstellung in Fig. 19 vorbereitet worden
ist, gefaltet werden kann, um in der Ausführungsform gemäß F i g. 17 verwendet zu werden.
F i g. 20 zeigt einen Querschnitt durch die Stanzbakken einer Stanzmaschine zur schrittweisen Bearbeitung
eines Blechstreifens. Diese Stanze weist eine Stanzbakke 120 mit einem Vorsprung 121 und eine Stanzbacke
mit einem Vorsprung 123 auf, zwischen denen ein mit Katalysatormaterial beschichtetes Blech 125 bearbeitet
wird. Der Vorsprung 121 erzeugt ein Paar Einprägungen im Blech, die die Herstellung der Falte im Blech am
inneren Träger 24 erleichtern, und der Vorsprung 123 erzeugt ein Paar Einprägungen, die die Herstellung der
an der Hülse 11 liegenden Falte des Bleches erleichtern.
Statt der Stanze mit schrittweiser Weiterbewegung des Blechbandes könnte man auch das Blech zwischen
Walzen hindurchlaufen lassen, die an entsprechender Stelle Vorsprünge zur Erzeugung der Einprägungen im
Blechband aufweisen. Die paarweise nebeneinanderliegenden Einprägungen im Blech werden in entsprechendem
Abstand voneinander auf den beiden Seiten des Blechbandes erzeugt. F i g. 17 läßt diese Abstände und
die dank der Einprägungen erzeugten Falten deutlich erkennen.
In F i g. 17 ist das Metallblech also in mehrere kleinere
Bleche 110,111 und 112 und weitere, nicht dargestellte
Bleche gefaltet. Auf den beiden Seiten des Bleches werden also in entsprechendem Abstand voneinander
zahlreiche Einprägungen 130 und 131 ausgebildet, etwa mit Hilfe der Vorsprünge 121 und 123 beim Blech 125 in
F i g. 20. Die Einprägungspaare auf der einen Seite des Bleches können etwas verschieden sein von den
Einprägungspaaren auf der anderen Blechseite (siehe Fig. 20) und dienen zur Erleichterung der Bildung der
Falten der ersten und zweiten Art. Diese Faltenarten können sich nicht nur durch die Faltrichtung unterscheiden,
sondern sie unterscheiden sich vorzugsweise auch
ίο durch die Ausbildung der Falte. Während beide
Faltenarten breit sind, um eine gute, wärmeleitende Berührung zwischen dem Blech, der Hülse und dem
Träger zu erzielen, sind die Falten der ersten Art etwas breiter, um den Vorteil auszunutzen, der sich daraus
!5 ergibt, daß an der Innenseite der Hülse 11 im allgemeinen mehr Platz für Falten vorhanden ist, als an
der Außenseite des inneren Trägers 24 für die dort anliegenden Falten der zweiten Art. Eine große Zahl
von Einprägungspaaren beider Arten ist in entsprechendem Abstand voneinander auf den beiden Seiten des
Bleches angeordnet, wie es in Fig. 17 allgemein dargestellt ist, um eine richtige Bemessung des
gefalteten Bleches zu ermöglichen.
F i g. 21 erläutert die bevorzugte Funktionsweise der hier beschriebenen Katalysatorvorrichtung 140. Ein
erstes Reaktionsfluid und ein zweites Reaktionsfluid treten gemäß der schematischen Darstellung bei 141
und 142 in die Vorrichtung ein, reagieren in Gegenwart der Katalysatorpartikel und werden als Reaktionsprodukt
gemäß der schematischen Darstellung bei 143 ausgestoßen. Der Doppelpfeil 144 besagt, daß zur
Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperatur je nach Bedarf Wärme zugeführt oder abgeführt wird.
Die Erfindung wurde hier in zahlreichen Einzelheiten mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben,
es ist jedoch selbstverständlich, daß zahlreiche Abwandlungen und Änderungen im Rahmen des
fachmännischen Könnens möglich sind, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
1. Katalysatorvorrichtung, gekennzeichnet durch ein dünnes Blech (12) aus einem Metall
bestimmter Härte, durch eine große Zahl von Katalysatorpartikeln (2, 3), deren Härte größer ist
als die des Bleches und die ir. die Oberfläche wenigstens einer Seite des Bleches eingebettet sind,
und durch eine Masse (11, 24), die zum Wärmeaustausch
in wärmeleitender Nähe wenigstens einer Kante (14,15) des Bleches angeordnet ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Katalysatorpartikel (2, 3) in die Oberflächen beider Seiten des Bleches (12) eingebettet
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (12) zu einer Vielzahl
kleinerer Bleche (13) gefaltet ist, die an ihren Kanten (14,15) verbunden sind, wobei die Masse (11,24) mit
wenigstens einigen dieser Kanten in wärmeleitender Verbindung steht
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Masse
aus einer äußeren Hülse (11) mit im wesentlichen zylindrischer Innenfläche (16) besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse außerdem aus einem inneren
Träger (24) mit im wesentlichen zylindrischer Außenseite besteht und daß das Blech (12) bzw. die
kleineren Bleche (13) zwischen der Hülse und dem Träger angeordnet und mit einer Kante (14) mit der
Hülse und mit einer anderen Kante (15) mit dem Träger (24) in wärmeleitender Verbindung stehen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (100) zur Ermöglichung einer
geringen Zusammendrückung derselben einen Spalt (102) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspi uch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenseite (16) der Hülse (11) mit Nuten (90) zur wärmeleitenden Aufnahme der
Kanten (14) der kleineren Bleche (13) versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) Einrichtungen (91, 92)
zur Durchleitung eines Fluids mit zum Wärmeaustausch geeigneter Temperatur aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse
aus einer Vielzahl von offenen Ringen (74) besteht, die in wärmeleitender Verbindung mit wenigstens
einer Kante (73) des Bleches (71) bzw. der kleineren Bleche stehen.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei zu einer
Vielzahl kleinerer Bleche gefaltete Bleche (52, 54) aufweist, wobei einige der Kanten (53) der kleineren
Bleche des einen gefalteten Bleches (52) die Innenseite der Hülse (11) und einige der Kanten (55)
der kleineren Bleche des anderen gefalteten Bleches (54) die Außenseite des Trägers (24) berühren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Seiten des
Bleches (125) paarweise im Abstand voneinander Einprägungen (130, 131) als Faltkorblinien ausgebildet
sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise angeordneten
Einprägungen derart angeordnet und ausgebildet
sind, daß sie eine breite Faltkante im Blech zur Anlage an die Teile der Masse bilden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den
beiden Einprägungen jedes Einprägungspaares au/ der einen Seite des Bleches (125) kleiner als auf der
anderen Seite des Bleches ist
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Blech
(61,81) bzw. die durch Faltung gebildeten kleineren Bleche spiralförmig gebogen ist
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