DE3614347C2 - - Google Patents
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Description
Die Erfindung betrifft einen Katalysatorbaustein mit
mehreren ihn durchziehenden parallelen Kanälen für katalytische
Umsetzungsreaktionen in einem diese durchströmenden Abgas, wobei
der Baustein im Umriß quaderförmig ausgebildet ist und alle
Kanäle in einer einzigen Reihe angeordnet sind.
Bei bekannten Katalysatorbausteinen weisen die Kanäle einen
wabenförmigen Querschnitt auf. Sie sind in mehreren Reihen
übereinander verteilt. Die Herstellung solcher
Katalysatorbausteine ist aufwendig. Darüber hinaus setzen sich die
im Querschnitt wabenförmigen Kanäle, insbesondere bei
staubbeladenen Abgasen, schnell zu, wodurch der
Katalysatorbaustein unbrauchbar wird. Ein weiterer Nachteil ist
darin zu sehen, daß durch die Wabenform und infolge des schnellen
Zusetzens der Kanäle beachtliche Druckverluste des
durchströmenden Abgases entstehen.
Es wurden auch Katalysatorbauteile vorgeschlagen, bei denen in
einem Rahmen eine Vielzahl von Katalysatorplatten angeordnet
sind. Die Montage der Katalysatorplatten im Rahmen stellt einen
notwendigen Arbeitsschritt dar.
Insbesondere ist in der DE-PS 30 46 921 ein rechteckiger
gebündelter Festkörperkatalysator beschrieben, der aus mehreren
rechteckigen, aufeinandergestapelten und zusammengesetzten
Festkörper-Einzelkatalysatoren besteht, die einen wabenförmigen
Aufbau mit je mehreren Gasdurchgängen aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Katalysatorbaustein der
eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem einerseits die
Herstellung und Montage vereinfacht ist und bei dem andererseits
ein großer freier Querschnitt der Kanäle insgesamt bei geringer
Verstopfungsneigung jedes Kanals erreicht ist.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Katalysatorbaustein
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kanäle als
schmale Schlitze ausgebildet sind, wobei die Schlitzbreite zur
Schlitzhöhe oder die Schlitzhöhe zur Schlitzbreite wenigstens im
Verhältnis 25 : 1 steht und wobei die Schlitze durch eine
Bodenwandung und eine Deckwandung des Bausteins beidseitig
abgeschlossen oder in Längsrichtung des Bausteins einseitig offen
sind.
Die Schlitze liegen im quaderförmigen Umriß in einer Reihe
nebeneinander. Der Baustein mit den Schlitzen läßt sich dadurch
leicht, beispielsweise durch Strangpressen, oder durch
Extrudieren, herstellen. Aufgrund der quaderförmigen Gestalt
lassen sich die Bausteine leicht stapeln und in einem Reaktor
einbauen.
Da die eine Dimension der Schlitze, nämlich die Schlitzbreite
oder die Schlitzhöhe wesentlich größer als die andere Dimension,
nämlich die Schlitzhöhe bzw. die Schlitzbreite ist, ist die
Verstopfungsgefahr wesentlich verringert.
Der Katalysatorbaustein weist einen großen freien Querschnitt bei
großer Katalysatoroberfläche auf. Es ist nur mit geringen
Druckverlusten zu rechnen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem
Unteranspruch und der folgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Katalysatorbaustein in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 einen Katalysatorbaustein mit Quersteg,
Fig. 3 einen Katalysatorbaustein mit unterschiedlicher
Schlitzbreite,
Fig. 4 zwei aufeinandergesetzte Katalysatorbausteine mit
kammartigem Querschnitt und "stehenden" Schlitzen,
Fig. 5 zwei aufeinandergesetzte Katalysatorbausteine mit
"liegenden" Schlitzen, und
Fig. 6 zwei aufeinandergesetzte, kammartige Katalysatorbausteine
mit verkürzten Schlitzwänden.
Ein quaderförmiger Katalysatorbaustein, beispielsweise aus einem
keramischen Material, weist eine Länge (L), eine Höhe (H) und
eine Breite (B) auf. Den Baustein durchziehen Schlitze (1) mit
einer Schlitzhöhe (h) und einer Schlitzbreite (b). Die Schlitze
(1) verlaufen im Baustein in einer einzigen Reihe nebeneinander.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 und 6 ist
die Schlitzhöhe (h) wesentlich größer als die Schlitzbreite (b).
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Schlitzbreite (b)
wesentlich größer als die Schlitzhöhe (h).
Die Länge (L) ist größer als die Höhe (H). Die Länge (L) liegt
vorzugsweise im Bereich zwischen 1400 mm und 3000 mm. Die Höhe
(H) beträgt beispielsweise bei den Ausführungsbeispielen nach den
Fig. 1 bis 4 und 6 150 mm. Die Schlitzbreite (b) liegt
vorzugsweise zwischen 4 mm und 20 mm.
Die Schlitze (1) sind durch Wandungen (2) voneinander getrennt,
deren Wandstärke vorzugsweise zwischen 0,6 mm und 3 mm liegt. Die
Bodenwandung (3) und die Deckwandung (4) sowie die
Seitenwandungen (5) sind geringfügig dicker als die Wandungen
(2). Bei einer Stärke der Wandungen (2) von 1,4 mm beträgt die
Stärke der Wandungen (3, 4, 5) etwa 1,7 mm. Es läßt sich
insgesamt ein freier Querschnitt des Bausteins erreichen, der
etwa 80% bis 90% des Gesamtquerschnitts des Bausteins beträgt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Bautein am Umfang
geschlossen. Die Schlitzbreite (b) beträgt beispielsweise 6 mm.
Die Schlitzhöhe (h) steht zur Schlitzbreite (b) etwa im
Verhältnis von 25 : 1.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erstrecken sich in den
Schlitzen (1) Querstege (6), die die Stabilität des Bausteins
erhöhen. Das Verhältnis von Schlitzhöhe (h) zu Schlitzbreite (b)
kann hierdurch größer gewählt werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Schlitzbreiten (b)
unterschiedlich. In der Mitte des Bausteins ist der schmalste
Schlitz (1) ausgebildet. Nach außen hin nehmen die Schlitzbreiten
(b) zu.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 fehlt die Deckwandung (4).
Dadurch entsteht ein kammartiges Profil des Bausteins. Die
Schlitzbreite (b) kann zwischen 2 mm und 50 mm liegen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weisen die Bausteine
ebenfalls keine Deckwandung (4) auf. Es ist hier die
Schlitzbreite (b) wesentlich größer als die Schlitzhöhe (h), die
auch hier der Höhe (H) des Bausteins entspricht. Die Schlitzhöhe
(h) liegt hier zwischen 2 mm und 50 mm entsprechend der
Schlitzbreite (b) des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4. Die
Schlitzbreite (b) des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 ist
wesentlich größer. Sie liegt in der Größenordnung der Schlitzhöhe
(h) des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 4. Sie
beträgt beispielsweise etwa 150 mm.
Die im Querschnitt kammartigen Bausteine nach den Fig. 4 und 5
lassen sich einfach aufeinanderstapeln, wobei die Bodenwandung
(3) eines oberen Bausteins dann die Abdeckung für den unteren
Baustein bildet. Die Bausteine nach den Fig. 4 und 5 lassen
sich vorzugsweise durch Extrusion oder durch Trockenpressen einer
keramischen Masse herstellen. Auch die Herstellung durch einen
Gießprozeß ist denkbar. Günstig hierfür ist, daß die Schlitze (1)
am einzelnen Baustein an einer Längsseite offen sind.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die Bausteine ebenso
aufgebaut wie die beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Die die
Schlitze (1) trennenden Wandungen (2) jedoch sind kürzer als die
Seitenwandungen (5). Dadurch entsteht bei aufeinandergestellten
Bausteinen ein sich über die Schlitze (1) erstreckender
Sammelraum (7). In diesem können sich die festen Bestandteile
eines staubbeladenen Abgases sammeln.
Die beschriebenen Katalysatorbausteine lassen sich beispielsweise
in Reaktoren einsetzen, in denen der NO x -Gehalt eines Abgases
gemindert werden soll. Auch staubbeladene Abgase, beispielsweise
aus der Kohleverbrennung, lassen sich behandeln.
Claims (2)
1. Katalysatorbaustein mit mehreren ihn durchziehenden
parallelen Kanälen für katalytische Umsetzungsreaktionen in
einem diese durchströmenden Abgas, wobei der Baustein im Umriß
quaderförmig ausgebildet ist und alle Kanäle in einer einzigen
Reihe angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanäle als schmale Schlitze (1) ausgebildet sind,
wobei die Schlitzbreite (b) zur Schlitzhöhe (h) oder die
Schlitzhöhe (h) zur Schlitzbreite (b) wenigstens im Verhältnis
25 : 1 steht und wobei die Schlitze (1) durch eine
Bodenwandung (3) und eine Deckwandung (4) des Bausteins
beidseitig abgeschlossen oder in Längsrichtung des Bausteins
einseitig offen sind.
2. Katalysatorbaustein nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlitze (1) trennende Wandungen (2) des Bausteins
weniger hoch sind als Seitenwandungen (5) des Bausteins, so
daß ein Sammelraum (7) entsteht.
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