DE2154010C3 - 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 Kugeichen 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 Reaktionsteilnehmer 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 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,
So kann beispielsweise die bei einer exothermen 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 Fa'le von stark exothermen oder endothermen Reaktionen
die Neigung, daß durch die Reaktion der
bi 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 daher 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 kügelchenförmige Träger aus Metall besteht, ist
der wärmeleitende Kontakt zwischen den einzelnen Kügelchen schlecht, da die Berührungsstellen zwischen
den einzelnen Kügelchen sehr klein sind. Die Temperatursteuerung ist daher bei den herkömmlichen, die
Gestalt eines festen Bettes oder einer Säule 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 Dämpfen 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 weg'in 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 Konstruktion- und Betriebskosten der Reaktionskammer.
Bei Verwendung eines rv.i ucr 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 hindurchströmeii.
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 ivird,
während andererseits dem Strom der Reaktionsteilnehmer möglichst wenig Widerstand entgegengesetzt wird.
Einige oder alle diese Nachteile treten auch bei anderen, derartigen Verfahren auf, beispielsweise bei
der katalytischen Reinigung von Gasen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysatorvorrichtung zu schaffen, mit der diese
Nachteile ganz oder teilweise überwunden werden. Hierzu schafft die Erfindung eine Katalysatorvorrichhing,
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 Ausführungsformen 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 Verwdndung 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,
F i g. 4 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit einer anderen Katalysatorkartusche gemäß der vorliegenden
Erfindung,
Fig.5 einen Längsschnitt nach der Linie B-B' in
Fig. 4,
F i g. 6 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit einer anderen Katalysatorkartusche gemäß der Erfinbo
dung,
Fig. 7 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit einer weiteren Katalysatorkartusche gemäß der Erfindung,
Fig.8 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit
b5 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,
F i g. 12 eine Stirnansicht einer Reaktionskammer mit einer anderen Katalysatorkartusche gemäß der Erfindung,
Fig. 13 eine perspektivische, aufgeschnittene Teildarstellung 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 F i g. 17 verwendeten Bleches und
F i g. 21 schematisch eine bevorzugte Anwendung der Erfindung.
F i 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 Katalysatorpartikel 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 Katalysatorpartikeln 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, In Ni, Co. Fe,
Pd, Os, Mn, Mo, Rh, usw.
Die Fig.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 i g. 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 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 Fig.4 und 5 zeigen eine andere, bevui^.'gte
Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist F i g. 5 ein Schnitt nach der Linie B-B' in Fig.4. Bei dieser
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 Gehäus? 11 der
Kammer angeordnet, die als Wärmequelle oder Wärmeableitungen ausgebildet sind.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Katalysatorkammer 50, die desgleichen eine äußere
Hüise oder ein Gehäuse 11 und einen Träger 24 aufweist. Eine erste Katalysalorkartusche aus einem
sternförmig gefalteten Blech 52 ist mit ihren außenlie- > genden 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 angeord- i<
> net.
Die Fig.8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Katalysatorkammer 60 gemäß der Erfindung.
Hierbei zeigt Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie C-C in Fig. 8. Zwischen dem Träger 24 und der Hülse ι >
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 2"> 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 in Fig. 10. Die Katalysatorkammer 70 enthält eine
Katalysatorkurtusche, 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 r>
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 au 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 4~,
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 Fließ- ">o
charakteristik 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 dessel- ω
ben 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 U.S. Standardsieb mit 100 Maschen je Zoll
hindurchgeht und auf einem US. 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 250°C erhitzt und ein Gemisch aus Sauerstoff und Äthylen
wird durch die Katalysatorkammer hindurchgeleitet, wobei die folgende Reaktion stattfindet:
CH, -CH, + 1 2 C),
Silber .„ CH, CH,
250 C °
250 C °
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
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
Wärmeentzug 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 gestrichene Linie iö4 dargcsteiit 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 F i g. 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 Katalysatormaterial 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. Fig. 17 läßt diese Abstände und die dank der Einprägungen erzeugten Falten deutlich
erkennen.
In Fig. 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
Fig. 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
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 ergibt, daß an der Innenseite der Hüise il 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.
Fig. 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 Katalysatorpartikcl 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 Abwandlunger, und Änderungen im Rahmen des
fachmännischen Könnens möglich sind, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
llici/ii 4 Hhill /.cic
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 in 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 Anspruch 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 auf 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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