DE2853023C2 - Plattenförmiger Katalysator und dessen Verwendung zum Reduzieren von NO↓x↓ in einem Abgas - Google Patents

Plattenförmiger Katalysator und dessen Verwendung zum Reduzieren von NO↓x↓ in einem Abgas

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Description

Die Erfindung betrifft einen plattenförmigen Katalysator, bestehend aus einem Trager, einer darauf aufgebrachten Metall-Zwischenschicht und einer darauf abgeschiedenen, für die Reduktion von NO., In einem Abgas geeigneten katalytisch aktiven Komponente.
Es Ist bekennt, zur Entfernung des In einem Abgas aus einer Verbrennungsvorrichtung enthaltenen NOx ein Reduktionsmittel, wie Ammoniak, In dar Gasphase In •einen hocherhitzten Abschnitt am Auslaß der Verbrennungsvorrichtung oder einer Auspuffleitung einzuführen, um das NOx zu reduzieren und daraus zu entfernen. Die typischen Reaktionen, die in den vorstehend beschriebenen Fällen ablaufen, sind folgende:
3NO2 + 4NH3 3NO +2NH3
7/2N2 + 6H2O 5/2N2+ 3H2O
Um die vorstehend beschriebene Reduktion von NOx auf zufriedenstellende Welse durchführen zu können, Ist die Gegenwart eines Katalysators wesentlich und Im allgemeinen Ist stromabwärts von dem Ammoniak-Einführungspunkt In einer Abgasleitung ein Katalysator-Reaktlonsgefäß vorgesehen. Ais katalytlsche Substanzen, die für die Reduktion des in einem Abgas enthaltenen NO1 mittels Ammoniak verwendet werden können, sind beispielsweise Titan (Tt) und Vanadin (V) bzw. Titan (Tl), Wolfram 'W) und eines oder mehrere der Elemente Vanadin (V), Molybdän (Mc) oder Elsen (Fe) bekannt. Die vorstehend beschriebenen katalytischen Substanzen werden als Hydroxid oder wasserlösliches Salz zu einet Aufschlämmung oder Paste verarbeitet, der erforderlichenfalls ein geeignetes Trägermaterial zugesetzt wird, um die dabei erhaltene Aufschlämmung oder Paste wird In Form eines Überzugs auf ein Substrat für den Katalysator aufgebracht, danach getrocknet und oalcinlert, um Sie for die Verwendung an das Substrat zu binden. Schließlich werden die katalytlschen Substanzen In Form des Oxids oder Sulfats an dfe Substrate gebunden.
Die bisher verwendeten Rektoren für die Herabsetzung des Gehaltes an In einem Abgas enthaltenen Stickstoffoxiden bzw. Stickoxiden umfassen (1) eine Anordnung von Schichten aus einem körnigen Katalysator, die In einem Behalter enthalten sind, (2) eine Anordnung einer Ytslzahi von zylindrischen Katalysatoren, deren Achsen parallel zu dem Gasstrom verlaufen, und (3) eine Anordnung einer Vielzahl von plettenförmlgen Katalysatoren aus einer Metallplatte oder einem Drahtnetz, an welche(s) eine katalytlsche Substanz gebunden Ist und die (das) parallel zu dem Gasstrom verläuft. Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung (1) tritt Jedoch das Problem auf, daß dann, wenn In dem Abgas eine große S Menge Ruß und Rauch enthalten Ist, eich in den Katalysatorschichten Staub anreichert unter Erhöhung des Druckvsrlustes, wodurch die Gasströme Innerhalb der Katalysatorschichten abgelenkt werden, was zu einer schwierigen Entfernung des Rußes und des Staubes dar aus führt, Außerdem tritt be! der vorstehend beschriebe nen Anordnung (2) neben dem In der Anordnung (1) auftretenden Problem noch das weitere Problem auf, daß die Größe der Arbeltsoberfläche des Katalysators Im Vergleich zu dem von Ihm eingenommenen Volumen klein
is Ist. Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung (3) sind die Siaubanrelcherung innerhalb des Katalysators und der Druck verlust zwar gering, sie hat Jedoch den Nachteil, daß die ar. die Metallplatte oder an das Drahtnetz gebundene katalytlsche Substanz die Neigung hat, abzufallen. Wenn beispielsweise eine Metallplatte verwendet wird, fällt die daran gebundene katalytlsche Substanz bei einer schwachen Verformung oder bei einem geringen Kontakt ab, well die äußeren Oberflächen derselben eben und glatt sind. Bei Verwendung eines Draht- netzes hat das Drahtnetz wegen seiner geringen Festigkeit und Steifheit die Neigung, verformt zu werden, wodurch Risse In dem Katalysatorabschnitt entstehen, was zum Abfallen der katalytlschen Substanz führt. Die US-PS 29 65 583 beschreibt einen Katalysatorauf bau, umfassend einen Träger mit nicht poröser Oberflä che aus Metall oder Glas, der versehen Ist mit einem dünnen, anhaftenden Oberflächenfilm aus einer Mischung aus katalytischem Aluminiumoxid mit einem anderen Oxid, wie etwa katalytisches Berylllumoxid und Zirkoniumoxid. Hierbei wird die Oxidmischung auf die Oberfläche des Trägers dadurch aufgebracht, daß der Träger In eine Oxldaufschlämmung eingetaucht, danach getrocknet und hitzebehandelt wird. Die US-PS 39 65 040 beschreibt einen Katalysator der eingangs genannten Art.
Der Katalysator wird hergestellt durch Beschichten des Trägers mit einer ersten Lösung, die ein Platin- oder PaI-ladlumsalz enthält. Calcinieren, weiteres Beschichten des calclnlerten Trägers mit einer zweiten Lösung, die ein Ruthenium- oder Rhodiumsalz und eine Phosphorver bindung enthält, sowie weiteres Calcinieren. Die auf her kömmliche Welse, durch Eintauchen des Trägers in eine katalytisch aktive Substanz enthaltende Lösung oder Aufschlämmung hergestellten Katalysatoren sind darin nachteilig, daß die durch Tauchbeschlchtung aufge-
so brachte, katalytisch aktive Substanz nicht fest genug an QBiT. Träger haftet, so daß sie schon bei einer leichten Deformation vom Träger abfallen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung Ist es daher, einen plattenförmigen Katalysator bereitzustellen, bei dem die katalytlsci aktive Substanz fest an der Oberfläche der Trägerplatte haftet und welcher eine hohe Aktivität auf dem vorhergesehenen Einsatzgebiet zeigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen plattenförmigen Katalysator der eingangs genannten Art
so dadurch gelöst, daß als Träger eine perforierte Metall platte verwendet wird und daß beide Oberflächen der Platte durch Aufsprühen von geschmolzenem Metall aufgerauht werden. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfln dungsgemäßen, plattenförmigen Katalysators besteht sowohl die Metaliplatte als auch das darauf aufzusprühende geschmolzene Metall aus rostfreiem Stahl. Der erfindungsgemäße Katalysator eignet sich In vor-
zügllcher Weise für die Verwendung zur Reduktion und Entfernung der In einem Abgas enthaltenen Stickstoffoxide bzw. Stickoxide (NOx). \
In den beiliegenden Zeichnungen zeigt
Flg. 1 eine Querschnittsansicht eines Katalysator-Reaktionsgefäßes, das eine Vielzahl e?flnduni,sgemäßer, plattenförmiger Katalysatoren enthält;
' Flg. 2 eine teilweise Schrägansicht der in Flg. 1 dargestellten plattenförmigen Katalysatoren;
Flg. 3 eine teilweise ebene Draufsicht auf das Streck- to metall bei dem es sich um eine bevorzugte Ausfuhrungsform der erfindungsgemäß verwendeten perforierten Metallplatte handelt;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI der Flg. 3;
Fig. S, 8 und 10 teilweise ebene Draufsichten, die jeweils andere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäß verwendeten perforierten Metallplatte zeigen;
Flg. 6, 9 und 11 Querschnittsanslchten entlang der Linien VIII-VIII, XI-XI und XIII-XIII In den Fig. 5, 8 bzw. 10;
Flg. 7 eine teilweise Querschnittsansicht, die eine weitere bevorzugte Ausführungsforrn der erfindungsgemäß verwendeten perforierten Metallplatte zeigt;
Flg. 12 eine Querschnittsansicht, welche den Metallteil des Streckmetalls zeigt., auf den erfindungsgemäß geschmolzenes Metall aufgesprüht wird;
Flg. 13 eine ebene Draufsicht auf den erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysator, in der die katalytlsehe Substanz an das in FI g. 3 gezeigte Streckmetall gebunden ist, worauf geschmolzenes Metall aufgesprüht wird;
Fig. 14 eine Querschnittsansicht des In Flg. 13 gezeigten Katalysators;
Flg. 15 eine Skizze einer Schnitt-Mikrophotographie durch den In Flg. 13 gezeigten Plattenförmigen Katalysator;
Flg. 16, 17, 18 und 19 Querschnittsansichten, weiche jeweils die erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysatoren zeigen, worin die katalytisch aktive Komponente an die Oberfläche der In den Flg. 6, 7, 9 und 11 gezeigten perforierten Metallplatte 7, worauf geschmolzenes Metall aufgesprüht wird, gebunden Ist;
FI g. 20 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung für die Denltrlerung eines Abgases, In der die erflndurgsgemäßen plattenförmigen Katalysatoren angeordnet sind;
Flg. 21 eine Querschnittsansicht einer weiteren Vorrichtung für die Denitrlerung eines Abgases, In der erfindungsgemäße plattenförmlge Katalysatoren angeordnet sind;
Fig. 22 ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zur Reduktion von NOx In einem Abgas bei Verwendung eines die erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysatoren enthaltenden Katalysator-Reaktionsgefäßes erläutert:
Fig. 23 die Beziehung zwischen der Raumgeschwindigkeit und der NOx-ReduktIonsrate des Katalysator-Reaktlonsgefäßes bei Behandlung eines Abgases unter Anwendung des Verfahrens, wie es in dem FHeßdltgramm gemäß F i g. 22 dargestellt Ist;
Flg. 24 die Beziehung zwischen der linearen Geschwindigkeit und der ΝΟ,-Reduktlonsrate eines Abgases bei Verwendung eines die erflndungsgeraäßen plattenförmigen Katalysatoren enthaltenden Katalysator-Reaktionsgefäßes;
Fig. 25 die Beziehung zwischen der Gastemperatur und der NO^-Reduktlonsrate bei Verwendung eines die , erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysatoren enthaltenden Katalysator-Reaktlorisgefäites; und
Flg. 26 die Beziehung zwischen dem Molverhältnis [NHj]/[NQ»J und der ΝΟ,-ReduktIonsraie in einem die erflndungsgemaßen plattenförmigen Katalysatoren enthaltenden Katalysator-Reaktionsgef/iß.
In den belllegenden Zeichnungen zeigt die Fig. 1 In einer Querschnittsansicht ein teilweise offengelegtes Katalysator-Reaktionsgefäß 2, das in einer Rohrleitung 1 vorgesehen ist, durch weiche das NOx enthaltende Abgas strömt. Die Flg. 2 zeigt eine Schrägansicht mehrerer plattenförmiger Katalysatoren 3, die In dem oben genannten Katalysator-Reaktionsgefäß enthalten sind. Wie in dem Katalycator-Reaktlonsgefäß 2 dargestellt, ist darin jeweils eine Vielzahl von Katalysatoren 3 parallel zu dem Gasstrom 4 angeordnet und Im allgemeinen sind diese innerhalb des Gasstromes in regelmäßigen Abständen in dem Katalysator-Reaktionsgefäß 2 angeordnet. Jeder plattenförmlge Katalysator 3 besteht aus einer Metallplatte 5, auf deren beiden Selten eine katalytisch aktive Substanz II befestigt Ist.
Weitere Beispiele für die erfindungsgemäß verwendete Metallplatte sind die in den Flg. 3 und 4 dargestellten Streckmetalle 6.
Unter einem Streckmetall 1st eine gltterförmige dünne Metallplatte zu verstehen, bei der eine Vielz?hl von kurzen, alternierenden und intermittierenden Schlitzen vorgesehen Ist, wobei bei Anwendung einer Zugkraft senkrecht zu diesen Schlltzsn Gitter entstehen. Wie in der Flg. 3 dargestellt, besteht das Streckmetall 6 aus die Maschen bildenden Metaliabschnitten 6A und Öffnungen 65 und die Metailabschnltte 6A sind, wie In Flg.4 gezeigt gegenüber der horizontalen Ebene geneigt.
Weitere Beispiele für die erfindungsgemäß verwendete Metallplatte 5 sind die in den Flg. 5,6, 7, 8,9, 10 und 11 dargestellten perforierten Platten. Die in den F1 g. 5 und ό gezeigten perforierten Platten 7 sind solche, bei denen eine Vielzahl von Öffnungen TA durch Verwendung einer geeigneten Einrichtung, wie z. B. einer Presse, erzeugt werden, weiche durch die Metallplatten hindurchgehen. Bei der In Flg. 7 dargestellten perforierten Platte 7 handelt es eich um eine solche, die der eine Vielzahl von Schlitzen mit der Form »I« durch eine Metallplatte hindurchgehen und diese Schlitze werden nach oben oder nach unten gepreßt, wodurch öffnungen TA und Erhebungen TB entstehen. Bei den In den Fig. 3 und 9 gezeigten perforierten Platten 7 handelt es sich um solche, bei denen eine Vielzahl von Paaren von halbkreisförmigen Schlitzen durch eine Metallplatte hindurchgehen und diese Schlitze werden so gepreßt, daß sie sich zu einer Seite öffnen, wodurch Öffnungen TA und Erhebungen TB entstehen. Bei den In den Fig. 10 und 11 dargestellten perforierten Platten 7 handelt es sich um solche, bei denen eine Vielzahl von rechteckigen Schlitzen durch die Metallplatte hindurchgehen, die so gepreßt werden, daß sie sich nach einer Seite öffnen, wodurch Öffnungen 74 und Erhebungen TB entstehen. Selbstverständlich sind die Formen der Öffnungen TA nlchi auf die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern diese können auch variiert werden und beispielsweise dreieckig und polygonal sein. Geeigneterwelse übersteigt das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der öffnungen der oben genannten perforierten Platte und der Gesamtfläche der ebenen Platte 60% nicht. Es Ist auch zweckmäßig, daß der Durchmesser oder eine Seite eines einzelnen Perforationsloches 5 mm oder weniger beträgt. Wenn das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Öffnungen der
Metallplatte und der Gesamtfläche der ebenen Platte mehr als 60% beträgt, wird die Festigkeit der das Substrat bildenden Metallplatte unzureichend, vom Standpunkt der Unausgewogenhelt der Beziehung zwischen der Festigkeit der Metallplatte und dem Gewicht der katalytisch aktiven Substanz aus betrachtet, so daß die katalytisch aktive Substanz die Neigung hat, abzufallen. Die Größe und die Dicke der oben genannten Metallplatte werden in geeigneter Welse In Abhängigkeit von den Dimensionen der Vorrichtung für die Abgas-Denltrierung und der Menge der katalytisch aktiven Substanz, die von der Metallplatte festgehalten werden soll, ausgewählt. Die Dicke ist vorzugsweise gering, die Metallplatte muß aber auch hart sein, damit sie sich nicht so leicht verformt.
Als Materialien für die oben genannte Metaliplatte werden Materialien verwendet, die durch die Wärme beim weiter unten beschriebenen Aufsprühen des geschmolzenen Metalls nicht verformt werden und die eine Wärmebeständigkeit und Korrosionsfestigkeit aufweisen, die ausreichen, um der Verwendung In einer Hochtemperatur-Gasatmosphäre (zwischen 300 und 4000C) standzuhalten. Zu solchen Materialien, wie sie vorstehend beschrieben sind, gehören dünne Stahlplatten, insbesondere dünne Platten aus rostfreiem Stahl.
Erfindungsgemäß wird die Umwandlung der Oberfläche der eben genannten Metallplatte in rauhe Oberflächen dadurch bewirkt, daß man geschmolzenes Metall aufsprüht. Das Aufsprühen von geschmolzenem Metall wird in der V/eise durchgeführt, daß Metailtellchen, die geschmolzen oder erhitzt werden, unter Verwendung von Verbrennungsenergie oder elektrischer Energie bis auf eine Temperatur In der Nähe des Schmelzpunktes auf die Oberflächen der Metallplatte aufgesprüht werden, wobei man die Metallteilchen sich darauf anreichern läßt. Bei dem typischen Fall, bei dem ein Metalldraht durch Kontakt mit einem elektrischen Widerstand, durch einen elektrischen Lichtbogen oder Hochtemperatur-Flammen zum Schmelzen erhitzt wird, wird das dabei erhaltene geschmolzene Metall zusammen mit Gas, wie z. B. Druckluft, durch Düsen auf die Oberflächen der Metallplatte In Forrr von sehr kleinen Tröpfchen aus dem geschmolzenen Metall aufgesprüht, wobei man das geschmolzene Nieiaii festwerden iäiäi, so daß es daran haftet. Als aufgesprühtes geschmolzenes Metall ist das gleiche Material, wie es oben für die Metallplatte genannt worden Ist, bevorzugt. Dann wird eine katalytisch aktive Substanz an den Oberflächen der Metallplatte, die durch das Aufsprühen des geschmolzenen Metalls rauh gemacht worden sind, befestigt. Als katalytisch aktive Substanz kann beispielsweise verwendet werden eine Kombination von Tl und V, eine Kombination von Tl und W mit einem der Elemente V, Mo und Fe sowie eine Kombination von Ti und V mit einem der Elemente Mo und Fe, wobei insbesondere eine Mo enthaltende Kombination, wie z. B. die Kombination von Ti und V mit Mo, sehr beständig Ist gegen die nachteiligen Einflüsse von Schwefelverbindungen, die in dem Abgas enthalten sind, und gute Haftungseigenschaften an den Oberflächen der erfindungsgemäß verwendeten Metall- *P platte besitzt. Außerdem weist die Kombination von Ti, V und Mo mit W oder Fe noch welter verbesserte Haftungseigenschaften und eine noch bessere Wärmebeständfgkelt auf. Diese katalytisch aktiven Substanzen werden In Form von Teilchen in dem vorher festgelegten Mischungsverhältnis miteinander vermischt, mit einem geeigneten Bindemittel durchgeknetet und entweder in Form einer Schicht auf die Oberfläche der oben genannten Metallplatte im Zustand einer Paste aufgebracht oder! in Form einer Schicht auf die Oberfläche der Metallplatte i aufgebracht durch Eintauchen der Metallplatte In eine. Aufschlämmung aus den oben genannten katalytisch] aktiven Substanzen. Mit der vorstehend beschriebenen Paste oder Aufschlämmung kann ein anorganisches faserförmlges Füllstoffmateria! gemischt werden, um die Haftungselgenschaften der katalytisch aktiven Substanz an den Oberflächen der Metallplatte welter zu verbessern. Beispiele für solche geeigneten Füllstoffe sind wärmebeständige und korrosionsfeste Materlallen wie Glasfasern, Metallspäne und Asbest. Unter diesen sind Glasfasern besonders geeignet. Der Gehalt an Füllstoffmaterlalien in der oben genannten Katalysatorzusammensetzung kann vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-% betragen. Durch das Mischen dieser Füllstoffe, wie oben angegeben, mit der katalytisch aktiven Substanz wird das Haftvermögen der katalytisch aktiven Substanz beträchtlich verbessert.
Wie bereits erwähnt, wird bei der Herstellung des srfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysators auf die als Träger verwendete, perforierte Metallplatte zuerst ein geschmolzenes Metall aufgesprüht. Hierbei können einige der Perforationen durch das aufgesprühte Metall blockiert werden, angesichts der geringen Menge des aufgesprühten Metalls bleiben jedoch die meisten der Perforationen in der Trägerplatte offen. Diese Öffnungen werden dann durch die anschließend auf der aufgerauhten Oberfläche abgeschiedene, katalytisch aktive Substanz verschlossen. Die Folge davon ist, daß Teile der auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Trägerplatte abgeschiedenen, katalytisch aktiven Substanzen durch die Perforationen hindurch miteinander in Verbindung stehen. Dadurch wird sichergestellt, daß die auf der Trägerplatte abgeschiedene, katalytisch aktive Substanz fest daran haftet. Dies ist ebenso der Fall, wenn eine katalytisch aktive Substanz verwendet wird, die einen faserförmlgen Füllstoff enthält. Beim Abscheiden der den faserförmigen Füllstoff enthaltenden, katalytisch aktiven Substanz wird ein Teil der Perforationen der Trägerplatte durch den Füllstoff ausgefüllt, so daß auch in diesem Falle eine Verbindung zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen der Trägerplatte entsteht, die bewirkt, daß die auf beiden Oberflächen abgeschiedene, katalytisch aktive Substanz mittels des darin enthaltenen faserförmigen Füllstoffes fest an der Trägerplatte haftet. Die Metallplatte mit der darauf aufgebrachten katalytisch aktiven Substanz kann dann bei einer Temperatur Innerhalb des Bereiches von 300 bis 500° C zur Überführung In einen erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysator calclnlert werden.
Die Flg. 12 der beiliegenden Zeichnungen zeigt In Form einer vergrößerten Querschnittsansicht den Metallabschnitt 6/i, wenn geschmolzenes Metall auf das Streckmetali, wie in Fig. 3 dargestellt, aufgesprüht worden Ist. Die FIg. 13 und 14 stellen Zeichnungen dar, weiche den Zustand zeigen, In dem die katalytisch aktive Substanz an dem Streckmetall haftet, deren Oberflächen durch Aufsprühen von geschmolzenem Metall, wie in den Flg. 3 und 4 dargestellt, rauh gemacht worden sind. Die Flg. 15 zeigt ferner In Form eines schematischen Diagramms einen mlkrophotographlschen Querschnitt des Streckmetalls, an dem die katalytisch aktive Substanz haftet. In diesem Falle wird als Material sowohl für die Metallplatte als auch für das aufgesprühte, geschmolzene Metall ein rostfreier Stahl vom ASTM-Typ 304 verwendet. Wie dargestellt, werden sogenannte Metallisierungsschichten, In denen kleine Metailtellchen 8 aufelnandergestapelt werden, auf den entgegengesetzten Oberflächen
der Metallabschnitte 6A des Streckmetalls gebildet, wobei die aufeinandergestapelten kleinen Metallteilchen eine Vielzahl von kleinen offenen Hohlräumen 9 bilden und an den Wänden der Hohlräume sehr kleine Metalltellchen 10 haften. Wenn die katalytisch aktive Substanz 11 an den Wandoberflächen haftet, wird sie durch diese unregelmäßigen kleinen offenen Hohlräume 9 und die sehr kleinen Metallteilchen 10, die an den Wandoberflächen haften, festgehalten. Die Tiefen der Hohlräume 9 bei dieser Ausführungsform der Erfindung liegen innerhalb des Bereiches 0,1 bis 0,3 mm und die Durchmesser der kleinen Metallteilchen 10 liegen Innerhalb des Bereiches von etwa 1 bis etwa 100 μπι.
Wenn die katalytisch aktive Substanz In Mischung mit dem oben genannten, anorganischen, faserförmigen Füllstoffmaterlal mit der Metallplatte verbunden wird, verflizt sich das Fülistoffmaterlal mit den sehr kleinen Metallteilchen 10, wobei das Füllstoffmaterial und die katalytisch aktive Substanz eine einheitliche Substanz bilden, die an den Wänden der kleinen offenen Hohlräume 9 so fest haftet, daß sie nicht mehr davon entfernt werden kann, wobei die Unregelmäßigkeiten der Form der Hohlräume eine noch festere Kohäsion der Katalysatorschichten aneinander bewirken. Andererseits ist die katalytisch aktive Substanz, selbst wenn Risse In den Katalysatorschichten auftreten, als Folge der alternierend wiederholten Wärmeexpansion und Wärmeschrumpfung, sehr beständig gegen Abfallen, well diese Substanz mit den Fasern gemischt ist. Das oben genannte faserförmige Fülistoffmaterlal Ist In einer Form verwendbar, bei der kurze Fasern mit langen Fasern gemischt sind. Die Gestalt der Obei fläche der Metallplatte und die Haftung der katalytisch aktiven Substanz, die in der Flg. 15 dargestellt 1st, ist nicht nur auf Streckmetall, sondern auch auf Metallplatten mit verschiedenen Formen anwendbar.
Wenn ein Streckmetall als Metallplatte verwendet wird, hat das Streckmetall selbst eine unregelmäßige Gestalt, die auf entgegengesetzten Seiten des Streckmetalls angeordneten katalytisch aktiven Substanzen sind durch die Öffnungen 6B- miteinander verbunden und auf den Oberflächen des Metalls werden rauhe Schichten aus kleinen Metaliteilchen gebildet, wodurch die Haftung der katalytisch aktiven Substanz erhöht wird, so daß das Abfallen der katalytisch aktiven Substanz minima! gehalten werden kann. Ferner kann die Wärmeverformung während des Aufsprühens von geschmolzenem Metall Im Vergleich zur Verwendung einer flachen Platte klein gemacht werden.
Die Fig. 16, 17, 18 und 19 zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils erfindungsgemäße plattenförmlge so Katalysatoren darstellen, bei denen geschmolzene Metalle auf die Oberflächen von perforierten Metallplatten 7, wie sie in den Flg. 6, 7, 9 und 11 dargestellt sind, aufgesprüht worden sind. Auch In diesem Falle werden rauhe Schichten aus kleinen Metallteilchen auf den Ober-Jlächen der Metallplatten gebildet, die auf den entgegengesetzten Seiten der Metallplatten angeordneten Katalysatorschichten werden durch die öffnungen IA miteinander verbunden und Um die öffnungen IA herum werden Erhebungen TB erzeugt, wodurch die Haftung der ω katalytisch aktiven Substanz erhöht wird, so daß es möglich Ist, das Abfallen der katalytisch aktiven Substanz ,minimal zu halten. Die während des Aufsprühens von geschmolzenem Metall auftretende Wärmeverformung kann Im Vergleich zur Verwendung einer flachen Platte ohne öffnungen klein gehalten werden.
Nachfolgend werden die Ergebnisse von Katalysatorablösungsversuchen beschrieben, die mit erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysatoren durchgeführt wurden. Es wurden drei Arten von Versuchsproben verwendet, nämlich (a) eine katalytisch aktive Substanz, die In Form einer Schicht auf die Metallplatte aufgebracht Ist, auf die geschmolzenes Metall aufgesprüht wurde, (b) die gleiche Probe wie bei (a), wobei diesmal die katalytisch aktive Substanz mit Glasfasern gemischt wurde, und (c) eine katalytisch aktive Substanz wurde mittels einer Presseneinrichtung an einer Metallplatte befestigt. Die vorstehend beschriebenen Proben wurden jeweils aus einer Höhe von 1 m zehnmal auf eine Elsenplatte fallengelassen und die Abnahme des Gewichtes der Probe durch das Abfallen der katalytisch aktiven Substanz und damit die Ablösungsrate wurde bestimmt. Die Ablösungsraten der Proben (c) betrugen 40 bis 50% bei dem konventionellen Verfahren, während die Ablösungsraten der erfindungsgemäßen Proben (a) und (b) 5 bis 7% bzw. 3% betrugen.
Wenn die oben genannten, plattenförmigen Katalysatoren jeweils parallel zu dem Abgasstrom und im allgemeinen Innerhalb des Abgasstromes angeordnet werden, so daß sie eine Anordnung bilden, wie sie beispielsweise in F i g. 2 dargestellt ist, erhält man eine katalytisch^ Vorrichtung für die Reduktion von NO1 In einem Abgas, bei der die katalytisch aktive Substanz sich nicht ablöst und die eine große Haltbarkeit besitzt. Wenn in diesem Falle Katalysatoren mit gebogenen Metaliplatten als Träger verwendet werden, brauchen keine Abstandhalter zwischen den plattenförmigen Katalysatoren verwendet zu werden.
Die F i g. 20 zeigt In Form einer Querschnittsansicht eine Katalysator-Vorrichtung für die Reduktion von NO, in einem Abgas, bei der die erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysatoren 3 angeordnet sind. Hierbei sind eine Vielzahl dieser Katalysatoren jeweils parallel zu dem Gasstrom und Im allgemeinen innerhalb des Gasstroms in einer Vielzahl von Stufen und in Abständen 12 parallel zu dem Gasstrom angeordnet. Wenn solche Abstände 12 vorgesehen sind, werden bei Entstehen abgelenkter Ströme während des Durchströmens des Abgases durch die Anordnung diese Ströme beim Passieren der Abstände 12 durchgewirbelt, so daß die Ablenkung der Gasströme verringert werden kann. Die Größe der Abstände 12 kann geeigneterweise innerhalb des Bereiches von dem lOfachen bis zum lOOfachen des Abstandes zwischen benachbarten Katalysatoren liegen. Außerdem erleichtern die Abstände 12 zwischen benachbarten Anordnungen aus den plattenförmigen Katalysatoren die Reinigung der Katalysatoren von Staub oder Ruß. So wird beispielsweise der Ruß In die Zwischenräume 12 geblasen, wodurch der Staub oder Ruß, der an dem Katalysator haftet, leicht entfernt werden kann.
Die FI g. 21 zeigt in Form einer Querschnittsansicht eine weitere Katalysator-Vorrichtung, Innerhalb der die erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysatoren- angeordnet sind. Hierbei sind die Katalysatoren in der ersten Stufe so angeordnet, daß die Abstände zwischen benachbarten Katalysatoren vom Boden nach oben zu abnehmen und In einer zweiten Stufe so angeordnet, daß die Abstände zwischen benachbarten Katalysatoren In dem Gasstrom vom Boden nach oben zu zunehmen. Diese Anordnung hat die Wirkung, daß die Ablenkung der Gasströme durch die Erzeugung von Abständen 12 korrigiert wird, und daß darüber hinaus der Strömungsweg des Gases länger und das Mischen des Gases In den Zwischenräumen 12 erleichtert wird, wodurch die Ablenkung der passierenden Gasströme verringert werden kann.
Wie welter oben beschrieben. Ist bei einem erflndungsjemißsn plattenförmigen Katalysator die katalytisch aktive Substanz gegen Ablösung sehr bestandig. Bei Verwendung in einer Katalysator-Vorrichtung lassen sich mehrere solcher plattenförmigen Katalysatoren leicht zusammenfügen und austauschen. Außerdem weist eine Vorrichtung vom Parallelstrom-Typ für die Reduktion von NO* In einem Abgas, welche die oben genannten Katalysatoren enthalt, verschiedene Vorteile auf, beispielsweise daQ der Widerstand gegen die Abgasströme gering Ist und daQ' die Anreicherung von Staub ebenfalls taring Ist
Die Fig. 22 zeigt in Form eines FlleOdiagramms ein Verfahren zur Reduktion von NOx in einem Abgas unter Verwendung eines die erfindungsgemäßen plattenförmigen Katalysatoren enthaltenden Katalysator-Reaktlonsgefaßes. In dieser Zeichnung wird das aus einem Treibölboiler 19 austretende Abgas In dem mittleren Abschnitt einer Rohrleitung mit Ammoniak versetzt und danach In ein Katalysator-ReaktlonsgefäB 204 oder 2ÖS eingeführt. Das in dem Abgas enthaltene NOx wird In dem Katalysator-ReaktlonsgefaQ 20/4 oder 20ß zu N2 reduziert, einem Wärmeaustausch mit der aus einem Druckluftgebläse 22Λ oder ZlB zugeführten Luft In einem Wärmeaustauscher IiA oder UB unterworfen, danach In einem elektrostatischen Abscheider HA oder 13B von Staub befreit und durch einen Schornstein 24 In die Umgebung abgelassen.
Pas Katalysator-Reaktionsgefäß 20/1 oder 2Od hat einen analogen Aufbau wie das In Fig. 1 dargestellte. Die In dem Katalysator-Reaktionsgefäß angeordneten plattenförmigen Katalysatoren bestehen aus Platten aus rostfreiem Stahl vom ASTM-Typ 430, In denen eine Vielzahl von kurzen Schlitzen alternierend und intermittierend angebracht ist und die auf das I,4fac!ie ihrer ursprünglichen Länge gestreckt und damit In Streckmetall überführt werden können. Die scheinbare Plattendicke beträgt etwa 1 mm. Die so erhaltenen Streckmetall werden mit geschmolzenem Metall aus rostfreiem Stahl vom ASTM-Typ 430 In einer Menge von 1,4 kg/rn2 besprüht, wobei die Dicke der geschmolzenen MetaH-schicht Innerhalb des Bereiches 0,1 bis 0,5 mm liegt. Auf den dabei erhaltenen rauhen Oberflächen wird eine katalytisch aktive Substanz, bestehend aus Titan, Vanadin und Molybdän, durch Pressen bis zu einer Dicke von 0,1 bis 0,5 mm abgeschieden.
Ein Beispiel für die Verwendungsbedingungen der oben genannten Vorrichtung für die Reduktion von NOx in einem Abgas Ist In der folgenden Tabelle angegeben.
Fortsetzung
Dimension Geschätzter Wert
Gaszusammensetzung ppm
am Einlaß NO*
(trockenes Material)
Ö2 (trockenes Material ίο H2O
ΝΟ,-Konzentration (trockenes Material) am Auslaß
Voi% Vol%
ppm
NOjrRedukttonsrate
80 (O2 berech"-net bei 4%)
1,5 8,13
16 (O2 berechnet bei 4%)
80 und mehr
Tabelle ■____
Dimension Geschätzter Wert
Strömungsgeschwindigr
keit des behandelten.
i Gases (nasses Material)
pastemperatur am
Einlaß
NmVh 1910 000
0C-
Die F i g. 23 zeigt die Beziehung zwischen der Raumgeschwindigkeit (SV) und der NOx-Reduktionsrate des Katalysator-Reaktionsgefäßes 20A oder 2OB, wenn das Abgas nach dem InFIg. 22 dargestellten Fließdiagramm behandelt wird. In diesem Falle beträgt die Temperatur in dem Katalysator-Reaktionsgefäß 15O0C, das Mol verhältnis [NHj]/[NOx] beträgt 1,1 und die lineare Geschwindigkeit (LV) des Gases beträgt 7 m/s. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sollte zur Erzielung einer NO1.-Reduktionsrate von 80%, oder mehr der Wert für SV auf mindestens etwa 5000 h"1 oder weniger eingestellt werden.
Die Fig. 24 zeigt die Beziehung zwischen der linearen Geschwindigkeit (LV) und der NO.r-Reduktlonsrate In dem Abgas, wenn die SV des Katalysator-Reaktionsgefäßes 5000 h"1, die üastemperatur 350" C und das Molverhältnis [NH3]/[NO,j 1,1 betragen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sollte zur Erzielung einer NOr-Reduktlonsrate von 87% oder mehr der Wert für LV auf 2 m/s oder mehr eingestellt werden.
Die Fig. 25 zeigt die Beziehung zwischen der Gastemperatur und der NOx-Reduktlonsrate, wenn die SV des
Katalysator-Reaktionsgefäßes 3000 Ir1, das Molverhältnis [NH)]/[NOJ 1,1 und die LV 7 m/s betragen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, Ist bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 300 bis 400° C eine NOt-Reduktionsrate von 80% oder mehr erzielbar.
Dis FI g. 26 zeigt die Beziehung zwischen dem Moiverhältnls [NHjJ/iNOj und der ΝΟ,-Reduktionsrate, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem Katalysator-Reaktionsgefäß 2000 NmVh, die Gastemperatur 350° C und die LV 5,9 m/s betragen. In der Zeichnung bezeichnen die Bezugsziffern 25, 26 und 27 die Fälle, bei denen die SV 10000 h"1, 5000 h"1 bzw. 2500 h"1 beträgt. Außerdem zeigt die Kurve 28 die Beziehung zwischen dem Molverhältnis [NH3]/[NOX] und dem in dem aus dem Katalysator-Reaktionsgefäß ausgetragenen Abgas
enthaltenen restlichen Ammoniak, wenn die SV 2500 fr1 beträgt, unter den gleichen Bedingungen wie oben. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist eine NOx-Reduktionsrate von 80% oder mehr erzielbar, wenn bei einer SV von 5000 tr1 oder mehr das Molverhältnis auf etwa 0,9 oder
60 mehr, und wenn bei einer SV von 2500 tr' das Mol verhältnis auf etwa 1,2 oder mehr eingestellt wird, wobei 380 darüber hinaus der Gehalt an restlichem NH3 ebenfalls
ledrlg Ist.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

  1. Patentansprüche:
    ί. Plattenförmiger Katalysator, bestehend sub einem TrBger, einer darauf aufgebrachten Metall-Zwl· ichsnschlcht und einer darauf abgeschiedenen, für die Reduktion von NO, in einem Abgas geeigneten katalytisch aktiven Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß eis Träger eine perforierte Metal!- pleite verwendet wird und daß beide Oberflächen der Platte durch Aufsprühen von geschmolzenem Metall aufgerauht werden.
  2. 2. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch I, dadurch Bekennzeichnet, daß sowohl die Metallplatte als auch das darauf aufzusprühende geschmolzene Metall aus rostfreiem Stahl bestehen.
  3. 3. Verwendung des plattenförmigen Katalysators nach Anspruch 1 oder 2 zum Reduzieren von NO, In einem Abgas.
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