DE2640204A1

DE2640204A1 - Katalysatorbett

Info

Publication number: DE2640204A1
Application number: DE19762640204
Authority: DE
Inventors: Erwin C Betz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-15
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1977-03-24
Also published as: GB1508957A; AU1687776A; JPS5934424B2; CA1069484A; AU500744B2; DE2640204C2; JPS5236592A; FR2323442B1; US4065268A; FR2323442A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Katalysatorbett aus Meta.llbandbündeln mit verschiedenartigen Faltungen, insbesondere zur Reinigung von kohlenwasserstoffhaltigen Abgasen durch deren Umwandlung in Kohlendioxid und Wasser.

Die Entfernung von Kohlenwasserstoffen geringen Anteils in Abgasen, insbesondere durch Umwandlung in Kohlendioxid und Wasser bevor sie in die Atmosphäre abgelassen werden, wird nunmehr streng gefordert. Dies gilt, insbesondere für die Oxidation von Äthylen zu Äthylenoxid, wo die Abgase etwa. 1 V0I.-56 Äthylen enthalten. Diese Äthylenkonzentration ist zu gering, um die G-ase rückzuführen, sie wurden bisher abgeblasen, was jetzt jedoch nicht mehr zulässig ist. Ähnliche

709812/0991

- 2

Probleme treten auf "bei Abgasen, die Lösungsmittel auf der Basis von Naphtha enthalten, wie sie in großen Umfang angewandt werden.

Derartige Abgase hat man bisher durch Katalysatorbetten, enthaltend katalytisch aktives Metall, wie Platin oder Palladium, geleitet. Für diese katalytisch aktiven Metalle wurden die verschiedensten Träger angewandt, häufig auch gefaltete Metallbänder. Während ein Katalysatorbett aus einer Vielzahl von gleichmäßig gefalteten Metallbändern zur Umwandlung eines großen Anteils des Kohlenwasserstoffs in den Abgasen zu Kohlendioxid und Wasser geeignet ist, kommt es doch damit nicht zu einer vollständigen oder fast vollständigen Umwandlung. Eines der Probleme, das möglicherweise den Umsetzungsgrad begrenzt, liegt in den gleichmäßig gefalteten Bandbündeln, die zu einem Ineinanderlegen der Bänder führen. Damit wird offensichtlich die für die katalytisch^ · Oxidation zur Verfugung stehende Oberfläche verringert, was schließlich zu nicht optimalen Umwandlungen führt.

Die Erfindung betrifft nun ein Katalysatorbett aus gefalteten Metallbändern, die nicht gleiche Art der Faltung aufweisen. Unter den Begriff "Art der Faltung" wird die räumliche Ausgestaltung über die Länge der Bänder verstanden, d.h. die Kombination von Faltengröße, Form und Ea.pport. Das gefaltete Metallband für das bekannte . Katalysatorbett hat eine einzige gleichmäßige Art der Faltung, d.h. es umfaßt eine Anzahl von wiederholenden Einheiten im wesentlichen der gleichen Höhe, Länge und Form. Im Gegen sa.tζ · dazu weist das erfindungsgemäße Katalysatorbett zumindest zwei unterschiedliche Arten der Faltung auf, mit anderen Worten, ein Teil.des gefalteten Metallbands unterscheidet sich von dem anderen Teil des Meta.llba.nds entweder durch unterschiedliche Höhe, Länge oder Form.

709812/0991

Das bevorzugte Katalysatorbett nach der Erfindung besteht aus einer Vielzahl von gefalteten Metallbändern, insbesondere mit drei Arten von Paltungen, die in etwa der gleichen Anzahl vorhanden sind. Die Oberflächen dieser gefalteten Bänder sind zweckmäßigerweise mit katalytisch wirksamem Metall, wie Platin und/oder Palladium, überzogen.

Ein Katalysatorbett mit unterschiedlich gefalteten Metallbändern und einem Überzug a.us ka.talytisch wirksamem Metall ergibt höhere Umsetzungsgrade der Kohlenwasserstoffe in Abgasen bei jeder gegebenen Katalysatortemperatur, als dies bei den üblichen Katalysatorbetten aus gleichmäßig gefalteten Metallbändern der Fall ist. Dieser unerwartet höhere Umsetzungsgrad bedeutet eine weitergehendere Reinigung des Abgases und damit die leichte Erfüllung de: Vorschriften wegen Umweltverschmutzung. Dies gilt insbesondere für die Reinigung der Abgase aus der Äthylenoxidherstellung durch Umwandlung von Äthylen fast 1OO$ig in Kohlendioxid und Wasser oder zur Abscheidung von naphthaartigen Lösungsmitteln nach der Erfindung..

Die Erfindung wird an folgenden Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 ist eine vergrößerte Ansicht von drei verschiedenen Arten der Faltung eines Metallbands für die erfindungsgemäßen Katalysatorbetten. Das gefaltete Band (a) weist eine Höhe von etwa 1,6 mm bei einer Länge der wiederholenden Einheit oder des Rapports von etwa 7?9 mm auf. Der Rapport L in Fig. 1 ist also der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spitzen. Das gefaltete Band (b) hat eine Höhe von etwa 3,2 mm und einen Rapport von etwa 6,3 mm und das Band (c) eine Höhe von etwa 1,6 mm bei einem.Rapport von etwa 9,5 mm. Wie sich aus der Fig. 1 ergibt, ist auch die Form der Falten bei den Bändern (a), (b) und (c) unterschiedlich. Band (b) und (c) haben in etwa die gleiche Form, unterscheiden sich jedoch xveitgehendst hinsichtlich der Höhe und der Rapportlänge.

70981 2/0991 - 4 -

Viele andere Formen der Faltung oder Biegung können für die erfindungsgemäßen Katalysatorbetten angewandt werden. In einem einzelnen Bündel oder Strang (strand) können zwei unterschiedliche Arten vorliegen. Ein Ende hat eine bestimmte Art von Rapport, wohingegen das andere Ende eine andere hat. Die Art der Faltung der Bänder kann auch regellos oder unregelmäßig sein.

Die erfindungsgemäß angewandten gefalteten Stränge oder Bündel werden aus Metallbändern mit einer Stärke von etwa 127 bis 250 /um und einer Breite von etwa 1,6 bis 6,3 mm hergestellt. Sie können verschiedene Längen besitzen, obwohl die Gesamtlänge von etwa 50 bis 76 mm bevorzugt wird.

Die Metallbänder werden vorzugsweise gefaltet, indem man sie zwischen zwei Zahnräder durchlaufen läßt, wobei unterschiedliche Zahnradpaare für die verschiedenen Arten der Faltung angewandt werden.

Der Werkstoff der Metällbänder ist zweckmäßigerweise eine Legierung, insbesondere Nickel-Chrom-Eisen- oder Aluminium-Chrom-Eisen-oder auch Chrom-Silicium-Eisen-Legierungen.

Als aktives Katalysatormetall können alle beliebigen katalytisch wirksamen Metalle der VIII. Gruppe des Periodensystems, der seltenen Erden oder auch von Silber, Titan, Mangan, Kupfer, Chrom, Cadmium, Molybdän, Vanadium, Wolfram, Rhenium, Thor oder Actinium angewandt werden. Bevorzugt werden Platin und/oder Palladium (US-PS 2 720 495 und 3 712 856).

Nach der Erfindung erreicht man außerordentlich hohe Umsetzung der Kohlenwasserstoffe des Abgases, auch wenn

■ - 5 709812/0991

sie in geringen Anteilen vorliegen, wobei diese zu Kohlendioxid und Wasser fast vollständig umgesetzt werden.

Bevorzugt ist zumindest ein Teil der gefalteten Stränge oder Bündel durchbrochen. Diese Perforationen sind zweckmäßigerweise sehr klein und haben einen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 1 bis 5 mm.

In den erfindungsgemäßen Katalysatorbett en liegen die gefalteten Metallstränge oder Strangbündel ungleicher Faltungsart vor, wobei zumindest drei unterschiedliche Arten angewandt werden sollen. Diese Arten sollen in etwa in der gleichen Menge vorliegen. Besonders bevorzugt wird ein Bett aus den gefalteten Bändern (a) bis (c) der Jig. 1 in gleichen Mengenverhältnissen. Dadurch wird ein Ineinandergreifen der Bänder wesentlich verringert, so daß man eine hohe Oxidationsrate erreicht.

Die Katalysatorbetten nach der Erfindung sind nicht auf spezielle Form oder Größe beschränkt. So kann man die erfindungsgemäßen Bänder in rohr- oder zylinderförmige oder rechteckig geformte Katalysatorbetten vorsehen. Die Packungsdichte des Betts kann weitgehend schwanken, obwohl relativ dicht gepackte Katalysatorbetten bevorzugt werden.

Erfindungsgemäße Katalysatorbetten mit Platin und Palladium als Katalysatorsubstanz sind besonders geeignet für die Entfernung geringer Anteile von Äthylen in Abgasen aus der Äthyl en oxidher st ellung. Mau erreicht hohe Umsetzungsgrade zu Kohlendioxid und Wasser, wie sie mit gleichmäßig gefalteten Bändern nicht erreichbar sind. Die Umsetzung kann bei Atmosphärendurck u¹¹^ Temperaturen zwischen etwa 100 und 400⁰C erfolgen. Die normale Äthylenkonzentration eines Abgases liegt zwisiien etwa 0,2 und 1,5 V0I.-J& in normalerweise Luft. Die durchschnittlichen

' - 6 709812/0991

stündlichen Ra.umgeschwi:ndigkeiten für diese Reaktion liegen zwischen etwa 1000 und 25.000.

Die erfindungsgemäßen Katalysatorbetten eignen sich, auch besonders für die Reinigung von Abgasen von naphthaartigen Lösungsmitteln. Auch hier erhält man höhere Oxidationsgrade als bei gleichmäßig gefalteten Bändern, wie sie bisher angewandt wurden.

Beispiel 1 ■ ■ ·

In Fig. 2 ist eine Anzahl von Versuchsergebnissen bei der Umwandlung von Äthylen in Kohlendioxid und Wasser zusammengefaßt. Daraus geht die verbesserte Umsetzung mit erfindungsgemäßen Katalysatorbetten gegenüber solchen aus nur einheitlicher Faltungsart hervor.

Die Versuche wurden unter gleichen Reaktionsbedingungen durchgeführti das gleiche Metallband mit dem gleichen aktiven Metall wurde eingesetzt. Die Äthylenkonzentration des Abgases betrug 0,8 Vol.-$ in Luft. Bei dem Metallband handelte es sich um eine warmfeste Chrom-Aluminium-Eisen-Legierung mit einer Breite von etwa 6,3 mm, überzogen mit einem Gemisch von Platin und Palladium (US-PS 3712 856). Die Vergleichsbänder nach den Stand der Technik hatten eine Faltung mit einer Höhe von 6,3 mm und einem Rapport von etwa 6,3 mm. Die Gesamtlänge war im Mittel etwa 63,5 mm. Bei den erfindungsgemäßen Bändern handelt es sich um drei verschiedene Faltungsarten. Die eine entsprach dem Vergleichsmaterial nach dem Stand der Technik, die zweite hatte eine Höhe von etwa 9,5 mm und einen Rapport von etwa 9»5 mm während die dritte eine Höhe von etwa 3,2 mra und einen Rapport von etwa 3,2 mm hatte. Die drei Arten lagen in etwa, gleicker Anzahl vor. Die Bandlänge betrug im Mittel 63,5 mm.

709812/0991

Die wie oben hergestellten Bänder wurden in eine Katalysatorpatrone eingeführt und das äthylenhaltige Gas mit einer stündlichen Raumgeschwindigkeit von 15.000 (cb.ft./h.cb.ft.). Bei Atmosphärendruck wurde konstante Temperatur angewandt, die Athylenkonzentration im Abgas und im gereinig ten'Abgas wurde mit einem Flammenionisationsdetektor ermittelt. Die Ergebnisse sind im Diagramm der Pig. 2 dargestellt, woraus sich ergibt, daß ma.n mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorbett eine höhere Umwandlung erhält als mit dem Bett nach dem Stand der Technik. Erfindungsgemäß erhält man eine fast lOO^ige Umwa.ndlung, was nach dem Stand der Technik nicht erreichbar war.

Beispiel 2

Eine ähnliche Versuchsreihe wurde mit einem naphthahaltigen Abgas durchgeführt. Die Versuchsergebnisse waren analog, nämlich höhere Umsetzung im ganzen Temperaturbereich mit den' erfindungsgemäßen Bändern gegenüber dem Stand der Technik.

- Patentansprüche -

709812/0991

Claims

Patentansprüche

/1) Katalysatorbett aus gefalteten Metall"bändern,
dadurch gekennzeichnet , daß diese
zumindest zwei unterschiedliche Arten von Faltung aufweisen.
2. Katalysatorbett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bänder unterschielicher Art der Faltung in etwa, der gleichen Menge vorliegen.
3. Katalysatorbett nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest ein Teil des oder der Metallbänder perforiert ist (sind).

8141

709812/0901