DE3143039C2 - Catalyst and process for its preparation - Google Patents
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Abstract
Ein Katalysatorelement soll hohe Aktivität pro Gewichts- und Volumeneinheit, geringe Druckverluste des reagierenden Gases in der Katalysatorschicht, hohe Allgemein- und hohe Oberflächenfestigkeit, geringe Aktivitätsänderungen über die Einwirkungszeit und niedrige Kosten haben. Damit diese Forderungen gleichzeitig erfüllt sind, ist das Katalysatorelement durch zumindest eine Kernlage (1, 11) aus Metall und durch zumindest eine auf die Kernlage (1, 11) aufgebrachte Halteschicht (2, 12) gekennzeichnet, wobei die Halteschicht (2, 12) ein Glasfasermaterial mit darin eingelagerten, katalytisch wirksamen Teilchen enthält oder daraus besteht. Bei einem Verfahren zur Herstellung dieses Katalysatorelementes wird das Glasfasermaterial für die Halteschicht (2, 12) in eine katalytisch wirksame Teilchen enthaltende Dispersion getaucht, anschließend der Überschuß herausgequetscht und die so erhaltene Halteschicht (2, 12) auf der Kernlage (1, 11) befestigt, wobei die Halteschicht (2, 12) vor oder nach dem Aufbringen auf die Kernlage (1, 11) getrocknet und gebrannt wird.A catalyst element should have high activity per unit weight and volume, low pressure losses of the reacting gas in the catalyst layer, high general and high surface strength, low activity changes over the exposure time and low costs. So that these requirements are met at the same time, the catalyst element is characterized by at least one core layer (1, 11) made of metal and by at least one holding layer (2, 12) applied to the core layer (1, 11), the holding layer (2, 12) contains or consists of a glass fiber material with catalytically active particles embedded therein. In a method for producing this catalyst element, the glass fiber material for the retaining layer (2, 12) is dipped into a dispersion containing catalytically active particles, then the excess is squeezed out and the retaining layer (2, 12) obtained in this way is attached to the core layer (1, 11) , the holding layer (2, 12) being dried and fired before or after being applied to the core layer (1, 11).
Description
Die Erfindung betrifft einen Katalysator mit einer Kernlage aus Metall und mit zumindest einer auf die Kernlage aufgebrachten porösen Halteschicht, die mit einer katalytisch aktiven Komponente beladen istThe invention relates to a catalyst with a core layer made of metal and with at least one on the Core layer applied porous retaining layer which is loaded with a catalytically active component
Ein solcher plattenförmiger Katalysator ist in der DE-OS 29 27 246 beschrieben. Die Kernlage besteht hier aus einem Metallnetz, auf das eine poröse Halteschicht beispielsweise aus aktivierter Tonerde oder Kieselsaure mittels eines anorganischen Bindemittels aufgebracht ist Diese Halteschicht ist dann mit einer katalytisch aktiven Komponente beladen.Such a plate-shaped catalyst is described in DE-OS 29 27 246. The core situation here consists of a metal net on which a porous retaining layer, for example made of activated alumina or silica is applied by means of an inorganic binder. This holding layer is then catalytic with a loaded active component.
Ein solcher Katalysator hat nur dann eine befriedigende Festigkeit, wenn er eine relativ große Wanddicke hat Entsprechend groß ist der Raumbedarf, insbesondere wenn mehrere solcher plattenförmiger Katalysatoren innerhalb eines Gehäuses angeordnet werden.Such a catalyst only has a satisfactory strength if it has a relatively large wall thickness The space requirement is correspondingly large, especially if there are several such plate-shaped catalysts be arranged within a housing.
Hinzu kommt, daß die Verwendung des Binders eine wirksame Diffusion des reagierenden Gases in die katalytisch aktive Komponente behindert, so daß die Aktivität des Katalysators pro Volumeneinheit nicht optimal istIn addition, the use of the binder ensures effective diffusion of the reacting gas into the hindered catalytically active component, so that the activity of the catalyst per unit volume does not is optimal
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator zu schaffen, der sich durch geringen Raumbedarf und hohe Aktivität pro Volumeneinheit auszeichnetThe invention is therefore based on the object of creating a catalyst that is characterized by low Space requirement and high activity per unit volume
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Katalysator der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Halteschicht Glasfasermaterial enthält oder daraus besteht, in das die katalytisch aktive Komponente in Form von Teilchen eingelagert istThis object is achieved according to the invention by a catalyst of the type mentioned, in which the Holding layer contains or consists of glass fiber material, in which the catalytically active component is in the form is embedded by particles
Die Vorteile dieses Katalysators liegen zum einen darin, daß die Kernlage dem Katalysator eine hohe mechanische Festigkeit gibt Zum anderen ist die Halteschicht mit dem Glasfasermaterial in der Lage, eine große Menge katalytisch aktiver Teilchen ohne Zusatz eines Binders zu halten, was eine wirksame Diffusion des reagierenden Gases durch das Innere des Katalysators mit verringertem Druckverlust ermöglicht und einen guten Kontakt zwischen dem Gas und dem Katalysator gewährleistet, woraus sich eine hohe Aktivität des Katalysators ergibt Zudem sind die Materialien billig und leicht zu erhalten.The advantages of this catalyst are, on the one hand, that the core layer gives the catalyst a high gives mechanical strength On the other hand, the holding layer with the glass fiber material is able to provide a large Amount of catalytically active particles to keep without the addition of a binder, resulting in effective diffusion of the allows reacting gas through the interior of the catalyst with reduced pressure loss and a good contact between the gas and the catalyst is ensured, resulting in a high activity of the In addition, the materials are cheap and easy to obtain.
Die Halteschicht kann Glasfaservlies, -papier, -matte, -gewebe und/oder -stränge enthalten. Sofern Glasfaserstränge zur Anwendung kommen, sollten sie an der Innenseite aufgerauht, insbesondere kraus oder haarig ausgebildet sein. Desweiteren sollten die katalytisch wirksamen Teilchen nicht größer als 150 μΐη, vorzugsweise zwischen 1 bis 10 μΐη sein.The retaining layer can contain glass fiber fleece, paper, mat, fabric and / or strands. If glass fiber strands are used, they should be roughened on the inside, especially frizzy or hairy be trained. Furthermore, the catalytically active particles should not be larger than 150 μm, preferably be between 1 and 10 μΐη.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß außen auf die Halteschicht eine Schutzschicht zur Verhinderung des Herauslösens der katalytisch aktiven Teilchen aus der Halteschicht aufgebracht ist so Entsprechend den unterschiedlichen Aufgabenstellungen der beiden Schichten sollte die Halteschicht eine vergleichsweise große und die Schutzschicht eine vergleichsweise kleine Anzahl von Faserlücken aufweisen. Gute Kombinationen bestehen darin, daß die Halteschicht Glasfaservlies, -papier oder -matte und die Schutzschicht Glasfasergewebe enthalten.According to a further feature of the invention it is provided that a protective layer is applied to the outside of the holding layer to prevent the catalytically active particles from being released from the holding layer so According to the different tasks of the two layers, the holding layer should be one have a comparatively large number of fiber gaps and the protective layer has a comparatively small number. Good combinations consist in that the retaining layer contains glass fiber fleece, paper or mat and the protective layer contains glass fiber fabric.
zeichnet, daß das Glasfasermaterial für die Halteschicht in eine katalytisch wirksame Teilchen enthaltendeindicates that the glass fiber material for the retaining layer is contained in a catalytically active particle
gebrannt wird. Vorzugsweise sollte das Glasfasermaterial in der Dispersion zusätzlich gerollt werden.is burned. The fiberglass material should preferably also be rolled in the dispersion.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Katalysator in Schicht-Bauweise;The invention is illustrated in more detail in the drawing using exemplary embodiments F i g. 1 shows a cross section through a catalyst in layer construction;
F i g. 2 einen Querschnitt durch einen weiteren Katalysator in Schicht-Bauweise; F i g. 3 die Ansicht eines teilweise geschnittenen, säulenförmigen Katalysators; F i g. 4 die Ansicht eines weiteren, teilweise geschnittenen, säulenförmigen Katalysators; F i g. 5 eine Graphik zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Schlammkonzentration und der von dem Glasfasermaterial gehaltenen Teilchen;F i g. 2 shows a cross section through a further catalyst in layer construction; F i g. 3 is a view of a partially sectioned, columnar catalyst; F i g. 4 is a view of another, partially sectioned, columnar catalyst; F i g. 5 is a graph showing the relationship between the sludge concentration and that of particles held by the fiberglass material;
F i g. 7 eine Graphik zur Darstellung der Reaktionsfähigkeit und der Selektivität bei verschiedenen Reaktionstemperaturen undF i g. 7 is a graph showing the reactivity and the selectivity at various reaction temperatures and
F i g. 8 die perspektivische Ansicht eines Reaktors.F i g. 8 is a perspective view of a reactor.
Der Katalysator gemäß der Erfindung kann verschieden geformt werden. Die Fig. 1 bis 4 zeigen typische Beispiele.The catalyst according to the invention can be shaped in various ways. Figures 1 to 4 show typical ones Examples.
Der Katalysator gemäß Fig. 1 ist in Schicht-Bauweise hergestellt Es weist eine Kernlage 1 in Form einer flachen Metallplatte auf, die vorzugsweise aus Stahl besteht. Auf beiden Seiten der Kernlage 1 sind ebene Halteschichten 2 mit darin eingelagerten, katalytisch aktiven Teilchen befestigt, und zwar mittels Halteklammern 3.The catalyst according to FIG. 1 is produced in a layered construction. It has a core layer 1 in the form of a flat metal plate, which is preferably made of steel. On both sides of the core layer 1 are flat Retaining layers 2 with catalytically active particles embedded therein attached, specifically by means of retaining clips 3.
Das in Fi g. 2 gezeigte Katalysatoreleinent ist genauso wie das in F i g. 1 dargestellte aufgebaut, weist jedoch zusätzlich Schutzschichten 4 auf, die auf den Außenseiten der Halteschichten 2 aufgebracht sind. Die Schutzschichten 4 verhindern das Herauslösen der katalytisch aktiven Teilchen, die in den Halteschichten 2 eingelagert sind.The in Fi g. The catalyst element shown in FIG. 2 is the same as that in FIG. 1 shown, but has additional protective layers 4 which are applied to the outside of the holding layers 2. The protective layers 4 prevent the catalytically active particles that are stored in the holding layers 2 from being released are.
F i g. 3 zeigt einen säulenförmigen Katalysator, der eine zylindrische Kernlage 11 und eine Haiteschicht 12 mit eingelagerten katalytisch aktiven Teilchen aufweist, die die Kernlage 11 umgibt und mit dieser über Halteringe 13 verbunden ist Der in F i g. 4 gezeigte Katalysator entspricht in seinem Aufbau dem in F i g. 3 dargestellten, nur daß zusätzlich auf die Halteschicht 12 eine Schutzschicht 14 aufgebracht ist, die ein Herauslösen der katalytisch aktiven Teilchen aus der Halteschicht 12 verhindertF i g. 3 shows a columnar catalyst which has a cylindrical core layer 11 and a holding layer 12 Has incorporated catalytically active particles, which surrounds the core layer 11 and with this via retaining rings 13 is connected The in F i g. The structure of the catalyst shown in FIG. 4 corresponds to that in FIG. 3 shown, only that a protective layer 14 is additionally applied to the holding layer 12, which prevents the catalytically active particles from the holding layer 12 prevented
Brauchbare Glasfasermaterialien sind beispielsweise Vliese, Papier, Matten, Gewebe oder Stränge aus Glasfaser. Darunter wird vorwiegend folgende-verstanden:Glass fiber materials that can be used are, for example, nonwovens, paper, mats, fabrics or strands of glass fiber. This is primarily understood to mean the following:
Glasfaservliese oder Glasfaserpapier sind ebene Bahnen aus Glasfasern, die untereinander mittels eines Klebstoffes verbunden sind. Solche Bahnen werden als Vliese bezeichnet, wenn lange Fasern verwendet werden. Sie werden Glasfaserpapiere genannt, wenn sie kurze Fasern enthalten.Glass fiber fleece or glass fiber paper are flat sheets of glass fibers that are interconnected by means of a Adhesive are connected. Such webs are referred to as nonwovens when long fibers are used. They are called fiberglass papers when they contain short fibers.
Glasfasermatten werden aus einem bauschigen Körper hergestellt, der in einer bestimmten Dicke aus Glasfasersträngen geformt wird.Fiberglass mats are made from a bulky body made of fiberglass strands in a certain thickness is shaped.
Glasfasergewebe werden aus Garnen durch Verdrehen einer Vielzahl von Glasfasern mit Durchmessern zwischen 5 bis 15 μΐη gewebt Als Webform kommen Leinwandbindung, Feinkörperbindung oder Atlasbindung in Frage. Glasfaserstränge werden aus langen Glasfasern erhalten und werden beim Weben nicht verdreht Alle diese Glasfasermaterialien haben Faserlücken, in denen Teilchen gehalten werden können und die eine Diffusion des reagierenden Gases erlauben.Glass fiber fabrics are made from yarns by twisting a variety of glass fibers with diameters between 5 to 15 μm woven Plain weave, fine weave or satin weave are used as weaves in question. Strands of glass fiber are obtained from long glass fibers and are not twisted during weaving. All these fiberglass materials have fiber gaps in which particles can be held and which allow diffusion of the reacting gas.
Da Glasfaservliese, -papiere und -matten eine große Anzahl von Faserlücken aufweisen und da die einzelnen Fasern sich relativ zueinander leicht bewegen können, wenn sie äußeren Kräften ausgesetzt sind, können sie eine große Anzahl von katalytisch aktiven Teilchen enthalten. Entsprechend sind Glasfaservliese, -papiere und •matten als Glasfasermaterialien geeignet, um eine Halteschicht mit darin eingelagerten, katalytisch aktiven Teilchen zu bilden.Since glass fiber nonwovens, papers and mats have a large number of fiber gaps and since the individual ones Fibers can move easily relative to each other when they are exposed to external forces, they can be a contain large numbers of catalytically active particles. Accordingly, fiberglass fleece, paper and • mats suitable as glass fiber materials to form a retaining layer with catalytically active Particles to form.
In den Glasfasergeweben sind die Fasern mit wesentlich höherer Spannung und mit einer geringeren Anzahl von Faserlücken enthalten. Die einzelnen Fasern sind auch zueinander weniger verschiebbar und können deshalb zwischen ihnen nur eine geringere Anzahl von katalytisch aktiven Teilchen halten. Allerdings werden die Teilchen auch dann festgehalten, wenn das Gewebe beispielsweise durch Vibrationen beaufschlagt wird. Entsprechend sind Glasfasergewebe besonders für den Einsatz als Schutzschicht zur Verhinderung des Herauslösens der katalytisch aktiven Teilchen geeignetIn the fiberglass fabrics, the fibers are with much higher tension and with a smaller number of fiber gaps included. The individual fibers are also less able to move relative to one another therefore only hold a smaller number of catalytically active particles between them. However, the Particles are retained even when the tissue is exposed to vibrations, for example. Corresponding are glass fiber fabrics especially for use as a protective layer to prevent loosening of the catalytically active particles
Aus Glasfasersträngen hergestellte Gewebe sind ähnlich gebräuchlichen Geweben. Wird ein derartiges Gewebe genadelt, gebürstet oder einem ähnlichen Prozeß unterworfen, so wird es an einer Seite aufgerauht, so daß eine für das Halten der katalytisch wirksamen Teilchen geeignete Oberfläche entsteht Wenn ein derartiges Glasfasergewebe mit der aufgerauhten Oberfläche nach innen auf der Kernlage befestigt wird, so hat das Gewebe sowohl die Funktion der Halteschicht für die katalytisch aktiven Teilchen als auch der Schutzschicht zur Verhinderung des Herauslösens dieser Teilchen.Fabrics made from fiberglass strands are similar to conventional fabrics. Will be such a thing Fabric needled, brushed or subjected to a similar process, so it is roughened on one side, like this that a suitable surface for holding the catalytically active particles is created Glass fiber fabric is attached to the core layer with the roughened surface facing inwards Tissue both the function of the holding layer for the catalytically active particles and the protective layer for Prevent these particles from leaching out.
Brauchbare katalytisch aktive Teilchen sind solche, die nicht größer als 150 μηι sind. Besonders bevorzugt sind Teilchen in der Größenordnung zwischen 1 bis 20 μιη, da sie in dem Glasfasermaterial einfach zu halten und schwierig herauszulösen sind. Teilchen, die kleiner als 1 μιη sind, sind leichter herauszulösen, aber immer noch dann brauchbar, wenn keine starken mechanischen Vibrationen auftreten. Teilchen, die größer als 20 μιη sind, sind zwar schwierig in die Faserlücken der Schichten einzulagern, können jedoch in einer hinreichenden Anzahl in die Schichten eingebracht werden, wenn die Schichten mit Gummirollen mehrmals gepreßt werden, wie dies später noch beschrieben wird.Usable catalytically active particles are those which are not larger than 150 μm. Are particularly preferred Particles in the order of magnitude between 1 and 20 μm, as they are easy to keep and in the glass fiber material are difficult to extract. Particles smaller than 1 μm are easier to remove, but still useful when no strong mechanical vibrations occur. Particles that are larger than 20 μm, are difficult to store in the fiber gaps in the layers, but they can be in sufficient numbers be introduced into the layers when the layers are pressed several times with rubber rollers like this will be described later.
Um in das Glasfasermaterial katalytisch wirksame Partikel einzulagern, wird das Material in einen Schlamm, bestehend aus Wasser oder einem anderen brauchbaren Dispersionsmittel sowie katalytisch aktiven Teilchen getaucht, wobei der Schlamm eine Viskosität von 100 bis 1000 Cp aufweist Vorteilhafterweise wird das Glasfasermaterial mit Gummirollen in dem Schlamm gepreßt, um diesen in die Faserlücken einzubringen und zu bewirken, daß die Teilchen gut in dem Material halten. Um den überschüssigen Schlamm aus dem Glasfasermaterial herauszuquetschen, wird es zwischen Gummirollen bei einem Druck von 5 bis 30 kg per Längeneinheit der Rollen hindurchgeführt. Das nasse Material wird anschließend auf die Kernlage aufgebracht und dort mit Hilfe von Befestigungsmitteln fixiert Anschließend wird das auf der Kernlago fixierte Glasfasermaterial getrocknet w> und gegebenenfalls gebrannt Das Glasfasermaterial kann auch vorher getrocknet und erst dann auf der Kernlage befestigt werden. In diesem Falle erzeugt allerdings das Material während der Handhabung Staub, so daß Vorsorge für gute Umweltbedingungen geschaffen werden müssen.In order to store catalytically active particles in the glass fiber material, the material is placed in a sludge, consisting of water or other useful dispersing agent and catalytically active particles submerged, the sludge having a viscosity of 100 to 1000 Cp. Advantageously, the glass fiber material pressed with rubber rollers in the mud in order to bring it into the fiber gaps and to close it cause the particles to hold well in the material. To remove the excess sludge from the fiberglass material squeeze it out between rubber rollers at a pressure of 5 to 30 kg per unit of length Roles passed through. The wet material is then applied to the core layer and there with help fixed by fasteners The glass fiber material fixed on the core layer is then dried w> and optionally burned. The fiberglass material can also be dried beforehand and only then on the Be attached to the core layer. In this case, however, the material generates dust during handling, see above that provision must be made for good environmental conditions.
Versuch 1Attempt 1
Es wurden verschiedene Arten von Materialien im Hinblick auf die Unterschiede in der Anzahl der Teilchen untersucht, die von einem Glasfasergewebe gehalten werden.There have been different types of materials in terms of differences in the number of particles examined, which are held by a glass fiber fabric.
Es wurde ein Glasfasergewebe hergestellt, das eine Dicke von 0,2 mm, ein Gewicht von 200 g/m2 und eine Garndichte von 19 Garnen pro 25 mm hat Es wurde aus Garnen gewebt, die jeweils eine Verdrehung auf 25 mrn hatten und jeweils aus 800 Glasfasern mit Durchmessern von 14 μπι zusammengesetzt waren. Schlämme mit verschiedenen Konzentrationen wurden hergestellt, indem Wasserteilchen aus ^-Aluminiumoxid in der Größenordnung zwischen 30 bis 75 μΐπ zugegeben wurden. Dann wurde ein Stück Glasfasergewebe in jeden der Schlämme eingetaucht und zweimal mit Rollen gepreßt Dann wurden die mit dem Schlamm getränkten Glasfasergewebestücke bei 100° C für eine Stunde lang getrocknet und drei Stunden lang bei 4000C gebrannt. Die Anzahl der Teilchen, die in den Gewebestücken enthalten waren, wurden dann gemessen.A glass fiber fabric was produced which has a thickness of 0.2 mm, a weight of 200 g / m 2 and a yarn density of 19 yarns per 25 mm. It was woven from yarns each of which had a twist of 25 mm and each of 800 glass fibers with diameters of 14 μm were composed. Slurries of various concentrations were prepared by adding water particles of ^ -alumina on the order of between 30 and 75 μΐπ. Then a piece of glass fiber fabric in each of the slurry was dipped and washed twice with rollers pressed then were impregnated with the slurry fiberglass fabric pieces at 100 ° C for one hour, dried and calcined for three hours at 400 0 C. The number of particles contained in the pieces of fabric was then measured.
Dieselbe Behandlung wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß anstatt der y-Aluminiumoxidteilchen nunmehr Siücium-Aluminiumoxidteilchen oder Magnesiumoxidteilchen verwendet wurden, und zwar in denselben Teilchengrößen wie bei dem /-Aluminiumoxid. Die Anzahl der Teilchen, die in dem so erhaltenen Gewebe eingela gert waren, wurden dann gemesseaThe same treatment was repeated with the exception that instead of the y-alumina now Siücium-aluminum oxide or magnesium oxide particles were used, in the same particle sizes as the / alumina. The number of particles embedded in the tissue thus obtained was then measured a
Die Beziehung zwischen der Konzentration des Schlammes und der Zahl der Teilchen, die in dem Glasfasergewebe enthalten waren, wurde für die jeweiligen Arten der Teilchen ermittelt In der Graphik gemäß F i g. 5 sind die Ergebnisse aufgeführt Die Graphik läßt erkennen, daß die Anzahl der jeweiligen Arten der Teilchen mit der Schlammkonzentration zunimmtThe relationship between the concentration of the sludge and the number of particles contained in the glass fiber cloth was found for the respective types of the particles. In the graph of FIG. 5 are the results listed The graph shows that the number of the respective types of particles with the Sludge concentration increases
Versuch 2Attempt 2
Es wurden verschiedene Arten von Glasfasermaterialien mit katalytisch aktiven Teilchen versehen und die Unterschiede in der Menge der aufgenommenen Teilchen überprüftVarious types of glass fiber materials have been provided with catalytically active particles and the Checks for differences in the amount of particles picked up
Als Glasfasermaterial wurde zunächst dasselbe Glasfasergewebe wie beim Versuch 1 verwendet Es wurde Wasser mit Magnesiumoxidteilchen in der Größenordnung von 30 bis 75 μΐη zur Bildung eines Schlamms vermischt der eine Konzentration von 25 Gew.-% hat Das Glasfasergewebe wurde in derselben Weise wie beim Beispiel 1 behandelt, um die Magnesiumoxidteilchen in ihm einzulagern. Dann wurde die Anzahl der in dem Glasfasergewebe enthaltenen Teilchen ermitteltThe same glass fiber fabric as in Experiment 1 was initially used as the glass fiber material Water with magnesium oxide particles of the order of 30 to 75 μm to form a sludge mixed which has a concentration of 25% by weight. The glass fiber fabric was made in the same manner as treated in Example 1 to incorporate the magnesium oxide particles therein. Then the number of in that Particles contained in fiberglass fabric are determined
Dasselbe Verfahren wurde wiederholt nur daß anstatt des Glasfasergewebes Glasfaservlies, eine Glasfasermatte oder ein Gewebe aus Glasfasersträngen verwendet wurde, wobei im letzteren Fall eine Seite durch einen Nadelprozeß mit 108 Nadelungen pro cm2 aufgerauht wurde. Auch hier wurde die Anzahl der Magnesiumoxidteilchen ermittelt die im jeden der auf diese Weise erhaltenen Glasfasermaterialien enthalten war. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.The same process was repeated, except that instead of the glass fiber fabric, glass fiber fleece, a glass fiber mat or a fabric made of glass fiber strands was used, in the latter case one side was roughened by a needling process with 108 needles per cm 2. Here, too, the number of magnesium oxide particles contained in each of the glass fiber materials obtained in this way was determined. Table 1 shows the results.
Glasfasermaterial ArtGlass fiber material Art
Gewicht·) (kg/m3)Weight) (kg / m 3 )
Teilchen
Enthaltene
Menge")
(kg/m3)Particle
Included
Lot")
(kg / m 3 )
Enthaltene Menge/Gewicht des GlasfasermaterialsIncluded amount / weight of fiberglass material
Gewebe Vlies Matte Aufgerauhte SträngeWoven non-woven mat, roughened strands
10001000
600600
8080
470470
035 037 8,1 132035 037 8.1 132
*) Gewicht des Materials pro scheinbarer Volumeneinheit des Materials.
**) Gewicht der Teilchen pro scheinbarer Vohüneneinheit des Fesermsteriate.*) Weight of the material per apparent volume unit of the material.
**) Weight of the particles per apparent volume unit of the Fesermsteriate.
In dasselbe Glasfasergewebe, das schon im Versuch 1 verwendet worden ist, wurden Magnesiumoxidteilchen in der gleichen Weise wie beim Versuch 2 eingelagert Das Glasfasergewebe wurde dann an den gegenüberliegenden Seiten einer Kernlage aus rostfreiem Stahl angebracht, die eine Größe von 35 mm χ 50 mm χ 1,5 mm hatte. Hierdurch wurde ein Katalysator A in Schicht-Bauweise erhalten, wie es in F i g. 1 gezeigt ist Daraufhin wurden Katalysatoren B, C und D in der gleichen Weise hergestellt, ausgenommen daß anstatt des Glasfasergewebes nunmehr Glasfaservliese, Glasfasermatten oder Gewebe aus Glasfasersträngen verwendet wurden, wobei letzteres an einer Seite aufgerauht war. Das Gewebe aus Glasfasersträngen war dasselbe wie beim Versuch 2 und wurde an der Stahlplatte mit der aufgerauhten Seite nach innen befestigtMagnesium oxide particles were found in the same glass fiber fabric that had already been used in Experiment 1 stored in the same manner as in Experiment 2 The glass fiber fabric was then attached to the opposite sides of a stainless steel core layer which was 35 mm × 50 mm × 1.5 mm in size would have. In this way, a catalyst A was obtained in a layered construction, as shown in FIG. 1 is then shown Catalysts B, C and D were produced in the same way, except that instead of the glass fiber fabric, glass fiber fleece, glass fiber mats or fabric made of glass fiber strands were used, the latter was roughened on one side. The fabric made of fiberglass strands was the same as that of the Experiment 2 and was attached to the steel plate with the roughened side inward
In Glasfaservliese, Glasfasermatten und Glasfasergewebe wurden Magnesiumoxidteilchen in der gleichen Weise wie beim Versuch 2 eingelagert Dann wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 das Glasfaservlies als Halteschichten an einer als Kernlage dienenden Stahlplatte befestigt Das Glasfasergewebe mit eingelagerten Magnesiumoxidteilchen wurde über die Halteschichten gelegt, um eine Schutzschicht zur Verhinderung des Herauslösens der Teilchen zu bilden. Auf diese Weise wurde ein Katalysator G gebildet wie in F i g. 2 gezeigt istMagnesium oxide particles became in the same in fiberglass mat, fiberglass mat and fiberglass cloth In the same manner as in Example 1, the glass fiber fleece was then stored attached as holding layers to a steel plate serving as core layer. The glass fiber fabric with embedded magnesium oxide particles was placed over the holding layers in order to provide a protective layer to prevent the Leaching out the particles to form. In this way, a catalyst G was formed as in FIG. 2 is shown
Desweiteren wurde ein Katalysator F in derselben Weise hergestellt, nur daß anstatt des Glasfaservlieses als Halteschichten Glasfasermatten mit eingelagerten Magnesiumoxidteilchen verwendet wurden.Furthermore, a catalyst F was prepared in the same manner except that instead of the non-woven glass fabric as Retaining layers of fiberglass mats with embedded magnesium oxide particles were used.
Tabelle 2 zeigt die Dicke und Gewichte der Schichten der vorstehend beschriebenen Katalysatoren sowie die Menge der Magnesiumoxidteilchen in den Schichten.Table 2 shows the thicknesses and weights of the layers of the above-described catalysts as well as those Amount of magnesium oxide particles in the layers.
*) Dicke der Halteschicht oder der Kombination aus Halteschicht und Schutzschicht*) Thickness of the holding layer or the combination of holding layer and protective layer
Die Katalysatoren A bis F wurden im Hinblick auf ihre Verschleißfestigkeit getestet.The catalysts A to F were tested with regard to their wear resistance.
Der Katalysator A wurde in der Mitte eines Metallsiebes mit 550 μπι Maschenweite und einem Durchmesser von 300 mm befestigt. 200 g Aluminiumkugeln mit einem Durchmesser von jeweils 5 mm wurden in dem Sieb plaziert und das Sieb dann in einer automatischen Siebvorrichtung für vier Stunden Vibrationen mit 200 Schwingungen pro Minute und einer Amplitude von 30 mm unterworfen. Die aus dem Katalysator herausgelöste Menge ,wurde nach einer Stunde, zwei Stunden und vier Stunden gemessen, um die noch in dem Katalysator enthaltenen Partikel zu ermitteln. Das gleiche Verfahren wurde mit den Katalysatoren B bis F durchgeführt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse.The catalyst A was in the middle of a metal screen with a mesh size of 550 μm and a diameter fastened by 300 mm. 200 g of aluminum balls, each 5 mm in diameter, were placed in the sieve and then vibrated the sieve in an automatic sieve device for four hours at 200 Vibrations per minute and an amplitude of 30 mm. The one dissolved out of the catalyst Amount, measured after one hour, two hours, and four hours, to determine which was still in the catalyst to determine contained particles. The same procedure was carried out with Catalysts B-F. Table 3 shows the results.
Tabelle 3 zeigt, daß alle Katalysatoren die Teilchen gut zu halten in der Lage sindTable 3 shows that all the catalysts are able to hold the particles well
Die Katalysatoren A bis F wurden einer Überprüung im Hinblick auf ihre Schwingungsfestigkeit unterzogen. Der Katalysator A wurde auf einem Metallsieb mit 2500 μπι Maschenweite befestigt und für zwei Stunden Schwingungen unterworfen, die von einem 50-Hz-Vibrator aufgebracht wurden. Die herausgelösten Teilchen wurden nach einer halben Stunde, einer Stunde und zwei Stunden gemessen, um die noch in dem Katalysator enthaltenen Teilchen zu bestimmen. Dasselbe Verfahren wurde auch mit den Katalysatoren B bis F durchgeführt Tabelle 4 zeigt die Resultate.The catalysts A to F were subjected to a test with regard to their vibration resistance. The catalyst A was attached to a metal sieve with a mesh size of 2500 μm and was used for two hours Subjected to vibrations applied by a 50 Hz vibrator. The loosened particles were measured after half an hour, one hour and two hours to find out that those still in the catalyst to determine contained particles. The same procedure was carried out with Catalysts B to F as well Table 4 shows the results.
Tabelle 4 läßt erkennen, daß alle Katalysatoren eine hohe Schwingungsfestigkeit aufweisen.Table 4 shows that all the catalysts have high vibration resistance.
300 g Λ-Aluminiumoxidteilchen, nicht größer als 75 μητ, wurden in eine Lösung aus 11,8 g Ammoniummetavanadat, 3,8 g Ammoniummolybdattetrahydrat und 8 g Oxalsäure in 130 g Wasser gefüllt. Die Mischung wurde im Vakuum bei einer Temperatur von 6O0C unter Rühren trocken verdampft und anschließend über drei300 g of Λ-aluminum oxide particles, not larger than 75 μm, were placed in a solution of 11.8 g of ammonium metavanadate, 3.8 g of ammonium molybdate tetrahydrate and 8 g of oxalic acid in 130 g of water. The mixture was evaporated dry in vacuo at a temperature of 6O 0 C with stirring and then over three
Stunden bei 400° C gebrannt Das so erhaltene Produkt wurde zerkleinert, um katalytisch wirksame Teilchen in der Größe 30 bis 75 μηι zu erhalten. Dann wurde Wasser zugegeben, um einen Schlamm mit einer Konzentration von 25 Gew.-% zu erhalten.Fired at 400 ° C. for hours. The product thus obtained was comminuted to convert catalytically active particles into to get the size 30 to 75 μm. Then, water was added to obtain a sludge having a concentration of 25% by weight.
In den Schlamm wurde ein Streifen aus Glasfasersträngen getaucht, der an einer Seite aufgerauht war und eine Dicke von 1,2 mm, eine Breite von 20 mm und ein Gewicht von 570 g/m2 hatte. Der Streifen wurde innerhalb des Schlamms zweimal mittels Rollen gepreßt Dann wurde der auf diese Weise getränkte Streifen mit seiner aufgerauhten Seiten nach innen um einen Stahlzylinder von 18 mm Durchmesser und 80 mm Länge gelegt und an den oberen und unteren Enden befestigt. Dann wurde der Streifen bei 100° C über eine Stunde lang getrocknet und anschließend bei 400° C über eine Stunde lang gebrannt, so daß ein säulenförmiger Katalysator,A strip of glass fiber strands, which was roughened on one side and had a thickness of 1.2 mm, a width of 20 mm and a weight of 570 g / m 2 , was immersed in the mud. The strip was pressed twice by means of rollers within the slurry. Then the strip soaked in this way was placed with its roughened sides inward around a steel cylinder 18 mm in diameter and 80 mm in length and fastened at the upper and lower ends. Then the strip was dried at 100 ° C for one hour and then calcined at 400 ° C for one hour, so that a columnar catalyst,
ίο wie in F i g, 3 gezeigt, entstand, wobei die Glasfaserstränge eine Länge von 60 mm hatten. Die Menge der in der Schicht enthaltenen Teilchen betrug 240 g/m2.ίο as shown in Fig. 3, was created, with the glass fiber strands having a length of 60 mm. The amount of the particles contained in the layer was 240 g / m 2 .
Wie F i g. 6 zeigt, wurde der säulenförmige Katalysator 22, das 03 g katalytisch aktive Teilchen enthielt, in einem Rohr 21 eines Quarzreaktors plaziert, wobei der Durchmesser des Rohres 21 23 mm betrug. Der Quarzreaktor wurde auf einer bestimmten Reaktionstemperatur gehalten. Es wurde ein Benzin-Luft-Gas-Gemisch mitLike F i g. 6 shows, the columnar catalyst 22 containing 03 g of catalytically active particles was shown in FIG placed a tube 21 of a quartz reactor, the diameter of the tube 21 being 23 mm. The quartz reactor was kept at a certain reaction temperature. It was a gasoline-air-gas mixture with
is einer Benzinkonzentration von 0,8 bis 0,9% in den Quarzreaktor durch das enge Rohr 23 mit einer Strömungsrate von 60 Norm-l/h geleitet Nach Durchfließen des großen Rohres 21 wurde die Gasmischung gesammelt um die Menge des Maleinsäureanhydrids zu messen, das sich durch die Oxidation des Benzins gebildet hatte. Die selbe Prozedur wurde bei verschiedenen Reaktionstemperaturen wiederholt. Desweiteren wurde das Verfahren — ebenfalls bei verschiedenen Reaktionstemperaturen — mit einem Benzin-Luft-Gas-Gemisch durchgeführtA gasoline concentration of 0.8 to 0.9% was passed into the quartz reactor through the narrow pipe 23 at a flow rate of 60 standard l / h. After flowing through the large pipe 21, the gas mixture was collected Measure the amount of maleic anhydride formed by the oxidation of the gasoline. the the same procedure was repeated at different reaction temperatures. Furthermore, the procedure - also at different reaction temperatures - carried out with a gasoline-air-gas mixture das eine größere Benzinkonzentration von 1,2 bis 13% hatte.that had a greater gasoline concentration of 1.2 to 13%.
Zum Vergleich wurden 0,9 g «-Aluminiumoxid 300-Körner von 1875 bis 2500 μπι mit 9 g Quarzglaskörner ebenfalls von 1875 bis 2500 μπι, vermischt, um einen Katalysator in Form von kleinen Pellets zu erhalten. Dieser wurde bezüglich seiner Aktivität unter den gleichen Bedingungen wie oben getestet F i g. 6 zeigt zusätzlich noch eine Heizung 24, ein geschmolzenes Salzbad 25 und ein Thermoelement 26.For comparison, 0.9 g of aluminum oxide 300 grains from 1875 to 2500 μπι with 9 g of quartz glass grains likewise from 1875 to 2500 μm, mixed to obtain a catalyst in the form of small pellets. This was tested for its activity under the same conditions as above F i g. 6 also shows a heater 24, a molten salt bath 25 and a thermocouple 26.
Die Reaktionsfähigkeit und die Selektivität wurden aufgrund der oben beschriebenen Messungen bei den jeweiligen Reaktionstemperaturen entsprechend der folgenden Gleichungen ermittelt:The reactivity and the selectivity were determined on the basis of the measurements described above in the respective reaction temperatures determined according to the following equations:
eit = (1 -eit = ( 1 -
Reaktionsfähigkeit = (1 - Benzinkonzentration des AbflussesN χ V Benzinkonzentration des Zuflusses/Responsiveness = ( 1 - gasoline concentration of the outflowN χ V gasoline concentration of the inflow /
S I kf 'ft - Menge des Maleinsäureanhydrid (mol/h) ™ Menge des reagierten Benzins (mol/h)SI kf 'ft - amount of maleic anhydride (mol / h) ™ amount of reacted gasoline (mol / h)
Die Ergebnisse sind in F i g. 7 dargestellt Sie zeigen, daß der säulenförmige Katalysator nach Beispiel 3 wesentlich besser ist als der Pellet-Katalysator, und zwar sowohl hinsichtlich der Reaktionsfähigkeit als auch hinsichtlich der SelektivitätThe results are shown in FIG. 7 They show that the columnar catalyst according to Example 3 is much better than the pellet catalyst, both in terms of reactivity and in terms of selectivity
Ein Schlamm, bestehend aus 30 Gewichtsteilen TiO2 vom Anatas-Typ und mit Teilchen nicht größer als 75 μπι sowie aus 70 Gewichtsteilen Wasser, wurde mit Schwefelsäure vermischt so daß sich pH-Wert von 2 bis 3 einstellte. Dann wurde Ammoniummetavanadat in einer Menge von 0,05 des Atomverhältnisses, bezogen auf das T1O2, zugegeben. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur fünf Stunden lang gerührt, um das Ammoniummetavanadat in dem Schlamm zu lösen und das Vanadat-Radikal an das TiO2 zu adsorbieren, so daß einA sludge consisting of 30 parts by weight of TiO 2 of the anatase type and with particles no larger than 75 μm and 70 parts by weight of water was mixed with sulfuric acid so that a pH of 2 to 3 was established. Then ammonium metavanadate was added in an amount of 0.05 atomic ratio based on T1O2. The mixture was stirred at room temperature for five hours to dissolve the ammonium metavanadate in the sludge and adsorb the vanadate radical on the TiO 2 , so that a TiO2-Schlamm entstand, der das Vanadium darin zurückhält In dem Schlamm wurde ein Gewebe aus Glasfasersträngen mit einem Gewicht von 300 g/m2 eingetaucht und dort mit Rollen zweimal gepreßt Das so getränkte Gewebe wurde auf beiden Seiten einer Platte aus rostfreiem Stahl mit den Maßen 50 mm χ 29 mm χ 03 mm befestigt, bei 1500C für eine Stunde lang getrocknet und anschließend bei 40O0C drei Stunden lang gebrannt, so daß ein Katalysator G in Schicht-Bauweise, wie er in F i g. 1 gezeigt ist entstand.TiO 2 sludge was formed, which retains the vanadium in it. A fabric made of glass fiber strands with a weight of 300 g / m 2 was immersed in the sludge and pressed twice with rollers measuring 50 mm 29 mm χ χ 03 mm fixed at 150 0 C for one hour, dried and then burned for three hours at 40O 0 C, so that a catalyst g in layer construction, as shown in F i g it. 1 shown was created.
In der gleichen Weise wurden Katalysatoren H bis N hergestellt nur daß anstelle der Glasfaserstränge die nachfolgend in Tabelle 5 aufgeführten*Glasfasermaterialien~verwendet wurden. Die aufgerauhten Glasfaserstränge wurden so auf der Stahlplatte aufgebracht, daß die aufgerauhte Seite nach innen zu liegen kam.Catalysts H to N were prepared in the same way, except that instead of the glass fiber strands, the * Glass fiber materials ~ listed in Table 5 below were used. The roughened glass fiber strands were applied to the steel plate in such a way that the roughened side came to lie inside.
*) Die Anzahl der Nadeln für das Aufrauhen.*) The number of needles for roughening.
VergleichsbeispielComparative example
Es wurden 100 Gewichtsteile TiO2-Pulver mit Teilchengrößen bis zu 44 μπι und einem Flächengewicht von 150 m2/g mit 100 Gewichtsteilen kolloidalen Siliciumoxids, das ungefähr 20 Gew.-% SiO2 enthielt und als Binder fungierte, gemischt, um einen Schlamm zu erhalten. Dieser Schlamm wurde auf beiden Seiten eines Metallnetzes 5 aufgebracht, das 83 μηι Maschenweite hatte, eine Größe von 30 mm χ 50 mm aufwies und aus Stahldraht mit 0,5 mm Durchmesser bestand, dann würde bei i00°C eine Stunde lang getrocknet und anschließend bei 4000C drei Stunden lang gebrannt.100 parts by weight of TiO 2 powder with particle sizes up to 44 μm and a weight per unit area of 150 m 2 / g were mixed with 100 parts by weight of colloidal silicon oxide, which contained approximately 20% by weight of SiO 2 and acted as a binder, to form a sludge obtain. This sludge was applied to both sides of a metal net 5, which had a mesh size of 83 μm, had a size of 30 mm by 50 mm and consisted of steel wire with a diameter of 0.5 mm, then it was dried at 100 ° C. for one hour and then at Fired at 400 ° C. for three hours.
Auf diese Weise wurde ein TiO2-Träger auf dem Drahtnetz in Form einer 0,8 mm dicken Platte geformt. Die Platte wurde in eine 2N-Oxalsäurelösung von Ammoniummetavanadat (1,0 Mol/l) bei Raumtemperatur 30 10 Minuten lang eingetaucht, dann aus der Lösung herausgezogen und anschließend bei 100" C eine Stunde lang getrocknet und danach bei 4000C drei Stunden lang gebrannt Es entstand ein Katalysator O, der die katalytisch aktiven Komponenten auf dem Metallnetz trug.In this way, a TiO 2 support was formed on the wire mesh in the form of a 0.8 mm thick plate. The plate was immersed in a 2N oxalic acid solution of ammonium metavanadate (1.0 mol / l) at room temperature for 10 minutes, then pulled out of the solution and then dried at 100 ° C. for one hour and then at 400 ° C. for three hours Fired A catalyst O was created, which carried the catalytically active components on the metal mesh.
Wie in Fi g. 8 gezeigt, wurden in einem hohlraumartigen Reaktor 32 aus rostfreiem Stahl drei Katalysatoren 33 in einer Reihe hintereinander angeordnet Sie wurden gehalten durch Metallnetze 34. Durch den 15 6 mm χ 30 mm großen Kanal 31 des Reaktors 32 wurde ein Testgas der in Tabelle 6 gezeigten Zusammensetzung mit einem Volumenstrom von 13 l/min bei Normalbedingungen geführt, um die Aktivität des Katalysators zur Reduzierung von NO mit NH3 zu testen.As in Fig. As shown in Fig. 8, in a cavity-type stainless steel reactor 32, three catalysts were placed 33 lined up one behind the other. They were held in place by metal nets 34 A 6 mm χ 30 mm channel 31 of the reactor 32 became a test gas of the composition shown in Table 6 with a flow rate of 13 l / min under normal conditions to increase the activity of the catalyst to test for reducing NO with NH3.
Bestandteil VolumenverhältnisComponent volume ratio
NO ungefähr 150 ppmNO about 150 ppm
NH3 ungefähr 150 ppm 25NH3 about 150 ppm 25
H2O 10%H 2 O 10%
CO2 10%CO 2 10%
O2 5%O 2 5%
N2 ausgeglichenN 2 balanced
Auf diese Weise wurden die Katalysatoren G bis N und der Katalysator O hinsichtlich ihrer Aktivität bei verschiedenen Reaktionstemperaturen geprüft, um den Wert K zu ermitteln, der wie folgt definiert ist:In this way, the catalysts G to N and the catalyst O were tested for their activity at different reaction temperatures in order to determine the value K , which is defined as follows:
K = ~(AV)xln(\-x) K = ~ (AV) xln (\ - x)
35 wobei: 35 where:
Volumenstrom des Reaktionsgases (Nm3Zh)
geometrische Oberfläche des Katalysators (m2) Volume flow of the reaction gas (Nm 3 Zh)
geometric surface of the catalyst (m 2 )
x = NO Reaktionsfähigkeit
Die Beziehung zwischea K und der Menge TiO2 wurde ermittelt Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse. x = NO responsiveness
The relationship between a K and the amount of TiO 2 was found. Table 7 shows the results.
Katalysator Menge TiO2 2000C 2500C 300° C 350°C (g/nvO Catalyst amount TiO 2 200 0 C 250 0 C 300 ° C 350 ° C (g / nvO
G 62 10,3 29,8 47,8 69,0 50G 62 10.3 29.8 47.8 69.0 50
H 265 30,7 66,4 98,9 132H 265 30.7 66.4 98.9 132
I 305 32,1 67,9 100 137I 305 32.1 67.9 100 137
$ J 70 10,9 28,2 41,4 54,1 $ J 70 10.9 28.2 41.4 54.1
K 362 35,1 67,0 103 141K 362 35.1 67.0 103 141
L 361 36,7 73,4 122 172 55L 361 36.7 73.4 122 172 55
M 120 17,5 42,2 70,0 99,5M 120 17.5 42.2 70.0 99.5
\& N 65 9,8 243 36,2 47,3 \ & N 65 9.8 243 36.2 47.3
O 400 123 26,3 40,9 49,4O 400 123 26.3 40.9 49.4
g Tabelle 7 läßt ersehen, daß die Katalysatoren G bis N des Beispiels 4 einen höheren K-Wert pro Mengenein- 60g Table 7 shows that the catalysts G to N of Example 4 have a higher K value per amount of 60
■ heit TiO2 und eine höhere Aktivität als der Katalysator O des Vergleichsbeispiels haben.■ is TiO 2 and have a higher activity than the catalyst O of the comparative example.
- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen- In addition 3 sheets of drawings
Claims (3)
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-
1981
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- 1981-11-02 NL NLAANVRAGE8104949,A patent/NL180282C/en not_active IP Right Cessation
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