DE2638734C2

DE2638734C2 - Metallischer Katalysatorträger

Info

Publication number: DE2638734C2
Application number: DE2638734A
Authority: DE
Inventors: Erwin C. Palatine Ill. Betz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-08-27
Publication date: 1986-03-13
Also published as: US3994831A; CA1069485A; FR2322654B1; AU500132B2; FR2322654A1; JPS6012911B2; AU1687676A; GB1509100A; DE2638734A1; JPS5230797A

Description

Kohlenwasserstoffhaltige Abgase dürfen jetzt nicht mehr in die Atmosphäre abgeleitet werden, sondern die Kohlenwasserstoffe sind zuerst in Kohlendioxid und Wasser zu konvertieren. Dies gut insbesondere auch für ethylenhaltige Abgase aus der Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid, welche etwa 1 Vol.-% Ethylen enthalten. Bei so geringen Kohlenwasserstoffkonzentrationen werden die Abgase nicht rückgeleitet und müssen daher gereinigt werden. Ähnlich liegt die Situation bei Abgasen enthaltend naphthaarüge Lösungsmittel, die einen großen Anwendungsbereich habea.

Bisher wurden zur Abgasreinigung Katalysatorträger mit z. B. Palladium oder Platin als aktive Substanz angewandt. Es wurden die verschiedensten Arten von Katalysatorträgern für aktive Metalle angewandt, häufig jedoch gefaltete, aufgewickelte, gewellte oder gekräuselte Metallbänder. Diese Art-von Ka- Jysatorträgern eignet sich bei höheren Kohlenwrsserstoffkonzentrationen in den Abgasen, führt jedoch nicht 2 einer vollständigen Umsetzung. Es bestand daher der Bedarf nach Katalysatoren und/oder Kataiysatorträgern für höhere Umsetzungsgeschwindigkeiten bzw. Umsetzungsgrade.

Aus der US-PS 29 74 150 sind bereits metallische Trägerkatalysatoren bekannt, die die Form eines massiven Lessingrings aufweisen. Diese Katalysatoren dienen zur Herstellung von Ethylenoxid aus einem Gasgemisch von Ethen und Sauerstoff in Gegenwart von Inertgas bei erhöhter Temperatur unter Druck. Es zeigte sich jedoch, daß diese massiven Lessingringe als Katalysatorträger keine optimale Katalyse im Falle von Reaktionen mit Bestandteilen eines Gasgemisches geringer Konzentration ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, daher einen metallischen Katalysatorträger zur Verfügung zu stellen, der auch bei relativ geringen Konzentrationen der katalystisch umzusetzenden Gaskomponente zu einem extrem hohen Umsetzungsgrad zu führen vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Katalysatorträger in Form eines durchbrochenen Lessingrings gelöst. Der erfindungsgemäße Katalysatorträger eignet sich insbesondere zur Herstellung von Platinoder Palladiumkatalysatoren für die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Abgasen zu Kohlendioxid und Wasser.

Mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorträger läßt sich eine praktisch 100%ige Umwandlung der zu entfernenden Gaskomponente von Abgasen erreichen und darüber hinaus dieses überraschende Ergebnis bei einer unerwartet niederen Katalysatortemperatur. Diese überraschend hohen Umsetzungsgrade sind auch größer als die, die man mit den bekannten massiven Lessingringen bei gegebener Katalysatortemperatur, insbesondere bei niederen Katalysatortemperaturen in der Größenordnung von 100 bis 300"C, erwarten könnte.

Der Umsetzungsgrad ist so groß, daß eine praktisch vollständige Umwandlung der Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasser bei relativ niederen Temperaturen ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäßen Katalysatorträger eignen sich besonders für die Reinigung der Abgase aus der Ethylenoxidation, weiche praktisch zu 100% jereinigt werden können. Dies gilt auch für Abgase enthaltend naphthaähnliche Lösungsmittel.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß als Katalysatorträger verwendeten perforierten Lessingrings. Es ist eine im wesentlichen geschlossene zylindrische Struktur, die in der Mitte durch eine unterbrochene Fläche geteilt ist. Die Form ist S-förmig, wobei die Enden sich so weit erstrecken, daß zwei halbkreisförmige Räume gebildet werden.

F i g. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysatorträgers, wobei das eine Ende verlängert ist, so daß zwei vollständige voneinander getrennte Räume gebildet sind.

Die erfindungsgemäßen Katalysatorträger werden hergestellt aus einem Metallband, welches gelocht ist und mit katalytisch wirksamen Substanzen überzogen sein kann. Bevorzug-, wird ein Band mit einer Stärke von 0,127 bis 0,25 mm und einer Breite von etwa 1.6 bis 6,4 mm. Die Löcher sind vorteilhafterweise sehr klein und zwar in der Größenordnung von etwa 1 bis 5 mm Durchmesser. Das Lochen kann mit einem Laserstrahl stattfinden. Die bevorzugten Durchmesser der erfindungsgemäßen Ringe liegen zwischen 3,2 und 9,5 mm.

Die erfindungsgemäß verwendeten Lessingringe werden vorteilhafterweise hergestellt aus gemischten Legierungsbändern, besonders Kombinationen von Bändern aus Nickei-Chrom-Eisen, Aluminium-Chrom-Eisen und Chrom-Silicium- Eisen. Auf die erfindungsgemäßen Katalysatorträger kann ein beliebiges katalytisch wirksames Metall, einschließlich solcher der VIII. Gruppe des Periodensystems, der seltenen Erden und anderer Metalle wie Silber, Vanadium, Wolfram, Rhenium, Thorium oder Actinium, aufgebracht werden. Bevorzugt wird Palladium und/oder Platin (US-PS 27 20 495 und 37 12 856).

Die erfindungsgemäßen Katalysatorträger werden in Form von Packungen oder Betten angewandt, die nicht nur eine bestimmte Größe und Form besitzen, sondern beispielsweise rohrförmig, zylindrisch oder rechteckig sein können. Die Packungsdichte kann weit schwanken, wobei eine möglichst hohe Packungsdichte bevorzugt

so wird.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Katalysatorträger kann man hohe Umsetzungsgrade, im allgemeinen eine vollständige Umsetzung, der in Abgasen in geringen Anteilen enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasser erreichen. Ist das Katalysatormetall ein Gemisch von Platin und Palladium, so eignen sich diese Katalysatoren besonders für die Entfernung von geringen Ethylenmengen in Abgasen aus der Ethylenoxidation. Vollständige Umsetzung des Ethylens zu Kohlendioxid und Wasser erreicht man bereits bei Temperaturen von etwa 175°C. Diese Reaktion wird bei Normaldruck und Temperaturen zwischen 100 und 400⁰C durchgeführt. Die normale Konzentration von Ethylen im Abgas (Luft) liegt bei etwa 0,2 bis 1,5 Vol.-%. Die durchschnittliehe Raumgeschwindigkeit für diese Reaktion kann etwa von 1000 bis 25 000 h -' reichen.

Wie erwähnt, eignen sich die erfindungsgemäßen Katalysatorträj: τ auch besonders zur Abscheidung von

naphthaartigen Lösungsmitteln in Abgasen mit höheren Umsetzungsgraden, als man sie mit üblichen gefalteten Metallbändern oder massiven Lessingringen erhalten kann.

In dem Diagramm der Fig.3 sind die Ergebnisse einer Versuchsreihe über die Umsetzung von Ethylen in Kohlendioxid und Wasser eingetragen.

Die Versuche wurden unter den gleichen Bedingungen und mit der gleichen Art von katalytisch wirksamen Substanzen durchgeführt. Die Etbylenkonzentration in ;o Luft betrug 0,8 Vol.-%.

Lessingringe wurden aus einem gefalteten Band einer warmfesten Chrom-Aluminium-Eisen-Leglerung, Breite des Bandes etwa 6,4 mm, hergestellt. Höhe etwa 6,4 mm, wiederkehrende Spitzen alle 6,4 mm. Diese gewellten Bänder hatten eine Länge von etwa 63,5 mm. Die katalystisch wirksame Substanz war ein Gemisch von Platin und Palladium (US-PS 37 12 856). Die dadurch hergestellten massiven Ringe hatten einen inneren Durchmesser von 6,4 mm; die erfindungsgemäß v.-rwendeten Lessingringe hatten Löcher mit einem Durchmesser von 2 mm.

Die so hergestellten Katalysatoren aus üblichen und erfindungsgemäßen Lessingringen wurden in eine Katalysatorpatrone eingefüllt und durch diese ethylenhaltige Luft mit einer Raumgeschwindigkeit von 15 000 h~' geleitet. Es wurde unter Atmosphärendruck bei konstanter Temperatur gearbeitet. Die Ethylenkonzentration wurde mit Hilfe eines Flammenionisationsspektrometers vor und nach dem Katalysator ermittelt.

Aus dem Diagramm ergibt sich, daß bei allen Temperaturen die erfindungsgemäßen Kataiysalorträger zu einer höheren Umsetzung als die normalen Lessingringe führen. Die Umsetzung war bei nur 175⁰C bereits im wesentlichen 100%ig, was für die massiven Lessingringe nicht einmal unterhalb der durchschnittlichen Katalysatortemperatur von etwa 300°C zutrifft. Solche hohen Umsetzun^jgrade wurden mit Metallbändern überhaupt nicht erreicht.

In ähnlichen Versuchen wurde naphthahaltige Luft unter gleichen Bedingungen gereinigt. Auch hier zeigten sich die besseren Umsetzungsgrade der erfindungsgemäßen Katalysatorträger gegenüber den Vergleichsprodukter.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Metallischer Katalysatorträger in Form eines Lessingrings, dadurch gekennzeichnet, daß er durchbrochen ist.

2. Verwendung des Katalysators nach Anspruch 1 zur Herstellung von Platin- und/oder Palladium-Katalysatoren für die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Abgasen zu Kohlendioxid und Wasser.