DE3610338A1 - Plattenfoermiger katalysator - Google Patents

Plattenfoermiger katalysator

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DE3610338A1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625—Nitrogen oxides
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen plattenförmigen Katalysator zur Verminderung der Stickoxide in Rauch­ gasen in Gegenwart eines Reduktionsmittels, bestehend aus einem Träger, einer auf den Träger aufgebrachten sogenannten Zwischenschicht und einer auf der Zwischen­ schicht aufgebrachten titanoxidhaltigen Katalysator­ masse.
Bei Plattenkatalysatoren, die notwendigerweise eines ge­ eigneten Trägermaterials bedürfen, das mit Katalysator­ masse beschichtet ist, besteht ein wesentliches Problem in der Haftung der Katalysatormasse auf dem Trägermate­ rial. An die Haftvermittlung werden besondere Anforde­ rungen gestellt. Neben einer hinreichenden mechanischen Festigkeit gegenüber Schwingungen der Platten im Rauch­ gaskanal ist chemische Beständigkeit und auch eine hohe thermische Dauerbelastbarkeit gegenüber Temperaturschwan­ kungen von mehreren hundert Grad zu gewährleisten.
Durch die DE-PS 28 53 023 ist bereits ein plattenför­ miger Katalysator zum Reduzieren von NOx in Rauchgas bekannt geworden, bei dem ein perforiertes Blech als Trägermaterial verwendet ist. Bei diesem vorbekannten Katalysator wird die Haftung des Katalysatormaterials auf dem plattenförmigen Träger durch eine Zwischen­ schicht aus Metall erreicht, welche in geschmolzenem Zustand auf dem Träger aufgesprüht wird. Auf den sol­ chermaßen vorbehandelten Träger soll die Katalysator­ masse durch Tauchen aufgebracht werden. Zur Verbesserung der Hafteigenschaften soll ein faserförmiges organisches Material der Katalysatormasse beigemischt werden. Der so beschichtete Träger soll mit der aufgebrachten kataly­ tischen Substanz dann zwischen 300° und 500°C calci­ niert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie die Haftung der katalytischen Substanz auf dem Trägermaterial weiter zu verbessern ist. Dabei sollte eine möglichst hohe Standzeit bei Betriebstemperaturen bis zu 500° C erreicht werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 2 bis 16 zu entnehmen.
Mit der erfindungsgemäßen Verwendung einer Keramikmasse als Zwischenschicht wird ein Material als Zwischenschicht verwandt, das in seinen Materialeigenschaften der darauf aufzubringenden Katalysatormasse so ähnlich wie irgend­ möglich ist. Dabei ist von der Überlegung ausgegangen worden, daß geringstmögliche thermische Spannungen zwi­ schen der Zwischenschicht, der aufgebrachten Katalysator­ masse und dem metallischen Träger entstehen, wenn die Ausdehnungskoeffizienten von Zwischenschicht, Katalysa­ tormasse und metallischem Träger so nahe wie möglich beieinander liegen. Zusätzlich wird die Haftung zwischen der Katalysatormasse und der Oberfläche der Zwischen­ schicht dadurch weiter verbessert, daß diese Zwischen­ schicht ihrerseits im mikroskopischen Bereich genügende Oberflächenrauhigkeiten aufweist.
Eine weitere Verbesserung der Haftung der Katalysator­ masse auf der Zwischenschicht läßt sich erreichen, wenn die Zwischenschicht in Weiterbildung der Erfindung aus Titandioxid besteht. In diesem Fall wird das gleiche Grundmaterial verwendet, das auch Hauptbestandteil der Katalysatormasse ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß die rein mechanische Haftung der Titandioxidkristallite der Katalysatormasse auf der Zwischenschicht dadurch optimlert wird, daß Zwischenschicht und Katalysatormasse korrespondierende Materialeigenschaften besitzen wie ausreichende Oberflächenrauhigkeit, Porosität und ähn­ liche thermische Ausdehnungskoeffizienten.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles beschrie­ ben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt des Schichtaufbaus des plattenförmigen Katalysators.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt einer Trägerplatte 1, die im Ausführungsbeispiel aus Streckmetall bestehen kann. Auf der Oberfläche der Trägerplatte erkennt man eine aus einer Keramikmasse - im vorliegenden Fall aus Titandioxid bestehende - Zwischenschicht 2. Diese Zwi­ schenschicht 2 besitzt infolge des Spritzauftrages eine außerordentlich hohe Rauhigkeit. Sie bedeckt sämtliche Flächen des Streckenmetalls. Auf dieser Zwischenschicht 2 ist Katalysatormasse 3 aufgetragen.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen plattenförmi­ gen Katalysators werden Platten aus einem Trägermaterial, im Ausführungsbeispiel aus einem Edelstahl-Streckmetall­ gitter verwendet. Edelstahl hat einen ähnlichen Ausdeh­ nungskoeffizienten, wie die als Zwischenschicht aufzu­ bringende Keramikmasse. Das Streckmetallgitter wird zu­ nächst mechanisch aufgerauht. Dies geschieht durch Sand­ strahlen mit Siliciumcarbid oder vorzugsweise mit Korund. Hierbei empfehlen sich Korngrößen von 88 µm bis 220 µm. Dabei ist anzustreben, daß die durch das Strahlen verur­ sachte Rauhigkeit der Körnung der später aufzutragenden Katalysatormasse angepaßt ist. Auf die so vorbehandelten Platten aus Streckmetall wird die Zwischenschicht aus einer Keramikmasse im vorliegenden Fall aus Titandioxid durch Flamm- oder noch besser Plasmaspritzen aufgebracht. Dabei empfiehlt sich eine reduzierende Gasatmosphäre, bei gasstabilisiertem Plasma eine Argon-Wasserstoff­ atmosphäre. Bei flüssigkeitsstabilisiertem Plasma setzt man Alkohol oder Wasser ein.
Das Spritzmaterial wird bei Einsatz von agglomeriertem Titanoxid vorzugsweise mit einer Körnung von 45 bis 125 µm eingesetzt. Man erhält so rauhe und poröse Titan­ dioxidoberflächen auf dem Streckmetall. Diese Oberflä­ chen verbessern insbesondere wegen ihrer Rauhigkeit und Porosität die Haftung der aufgetragenen Katalysator­ masse. Die Katalysatormasse kann auf dem so vorbehan­ delten, flamm- oder plasmagespritzten Träger aufgewalzt oder durch Tauchen aufgezogen werden. Im nachfolgenden Sintervorgang verbinden sich die Materialien der Kata­ lysatormasse - Titandioxid - mit denen der Titandioxid- Zwischenschicht.
Es hat sich gezeigt, daß so hergestellte Katalysatoren zur Minderung der Stickoxide in Rauchgasen zum Einsatz entweder in Gegenwart von Ammoniak oder von Kohlenmono­ xid als Reduktionsmittel geeignet sind.
Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, für die Zwischenschicht eine Keramikmasse aus agglomeriertem Titandioxid zu verwenden.

Claims (16)

1. Plattenförmiger Katalysator zur Verminderung der Stickoxide in Rauchgasen in Gegenwart eines Reduktions­ mittels, bestehend aus einem Träger, einer auf dem Träger aufgebrachten sogenannten Zwischenschicht und einer auf der Zwischenschicht aufgebrachten titanoxid­ haltigen Katalysatormasse, dadurch gekennzeichnet, daß eine Keramikmasse als Zwischenschicht (2) verwendet ist.
2. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) aus Titandioxid besteht.
3. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmasse durch Flammspritzen auf den Träger aufgebracht ist.
4. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmasse (2) durch Plasmaspritzen auf den Träger (1) aufgebracht ist.
5. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaspritzen in einer reduzierenden Atmos­ phäre erfolgt.
6. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Keramikmasse (2) mit einer Körnung von 5 bis 160 µm als Spritzgut eingesetzt wird.
7. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein breites Kornspektrum zwischen von 5 bis 160 µm eingesetzt wird.
8. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die feinere und grobere Körnung innerhalb des Bandbereichs verstärkt verwendet ist.
9. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) vor dem Aufbringen der Zwischen­ schicht mechanisch aufgerauht ist.
10. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrauhung durch Sand- bzw. Korundstrahlen erfolgt.
11. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nichtrostender Stahl als Trägermaterial verwendet ist.
12. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial eine durchbrochene Struktur wie zum Beispiel Streckmetall, Siebe, Tresse aufweist.
13. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß agglomeriertes Titandioxid als Keramikmasse (2) verwendet ist.
14. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramikmasse gesintertes Titandioxid ver­ wendet ist.
15. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramikmasse gebrochener Ruttil verwendet ist.
16. Plattenförmiger Katalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmasse (2) durch ein flüssigkeits­ stabilisiertes Plasma aufgebracht wird.
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