DE3909315A1

DE3909315A1 - Verfahren zur herstellung von katalysatorplatten

Info

Publication number: DE3909315A1
Application number: DE3909315A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Phys Dr Re Schmelz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-03-21
Filing date: 1989-03-21
Publication date: 1990-09-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorplatte, die insbesondere für die SCR-Technik vorgesehen ist, bei dem eine metallische Trägerplatte mit einem Haftmaterial und mit Fasern sowie mit einer Katalysatorsubstanz belegt wird.

Aus der Zeitschrift "Chemie-Technik", 15. Jg. (1986), Nr. 2, Seiten 17 bis 24, ist ein Rauchgas-Reinigungssystem bekannt, bei dem das von einer Feuerungsanlage erzeugte Rauchgas über eine Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage und eine dieser nachge schaltete DeNO_x-Anlage mit Katalysator einem Kamin zugeführt wird. Die DeNO_x-Anlage arbeitet vorzugsweise nach dem SCR-Prinzip mit Ammoniak (NH₃)-Eindüsung. Als Katalysatoren in der DeNO_x- Anlage werden Waben- oder Plattenkatalysatoren eingesetzt. Die Plattenkatalysatoren bestehen aus Paketen von parallel neben einander aufgestellten profilierten Platten. Jede dieser Platten besteht aus einer katalytischen Masse oder einer Katalysator substanz, die auf einer dünnen Trägerplatte aus Edelstahl- Streckmetall aufgetragen ist. Die Plattenkatalysatoren werden zur NH₃-Reaktion der Stickoxide im Rauchgas vorzugsweise von Verbrennungskraftwerken verwendet.

Das Auftragen der Katalysatorsubstanz auf ein Edelstahl-Träger blech in Form einer dünnen Schicht ist mit Schwierigkeiten ver bunden. Um die Haftung des Mischkatalysators auf der metalli schen Trägerplatte zu gewährleisten, ist nach der US-PS 32 71 326 eine haftende Zwischenschicht vorgesehen. Diese dient also zur Haftvermittlung zwischen Katalysatormaterial und Trägerblech.

Nach dem Stand der Technik kann diese Zwischenschicht als flammgespritzte, relativ dichte metallische Aluminiumschicht ausgeführt sein. Mit anderen Worten: Auf das Edelstahl-Streck metall kann zunächst direkt eine rauhe, poröse Aluminium- Spritzschicht als Haftgrund aufgetragen werden. Sodann wird das Katalysatormaterial, und zwar mit Fasern vermischt, auf diese Zwischenschicht aufgetragen. Nachteilig hierbei ist, daß die besagten Fasern zwar gut am Katalysatormaterial, nicht aus reichend jedoch am Haftgrund Aluminium haften. Es besteht somit die Gefahr, daß sich das Katalysatormaterial samt Fasern von dem aufgespritzten Aluminium ablöst.

Aus der DE-A-29 36 927 ist es an sich bekannt, bei der Herstellung eines Katalysators hitzebeständiges Fasermaterial zu verwenden. Hierbei kann es sich sowohl um organische als auch um anorgani sche Fasern handeln.

Aus der DE-A 26 58 569 ist schließlich auch bekannt, bei einem Verfahren zur Herstellung von geformten Katalysatoren oder Katalysatorträgern, die hauptsächlich Titanoxid enthalten, Kera mik- und/oder Glasfasern einzusetzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Haftfestig keit zwischen der metallischen Trägerplatte einerseits und der aufgetragenen Katalysatorsubstanz verbessert wird.

Gemäß einer grundlegenden ersten Ausführungsform wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Tröpfchen aus dem Haftmaterial, wie Metall oder Glas, einerseits und die Fasern andererseits gleichzeitig auf die Trägerplatte aufgebracht werden. Dabei bindet das Haftmaterial die Fasern an die Träger platte. Es entsteht ein Flor, an dem die Katalysatorsubstanz beim Auftragen (z. B. beim Aufwalzen) gut haftet.

Gemäß einer grundlegenden zweiten Ausführungsform wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mischung aus einem Bindematerial, aus einem Pulver des als Haftmaterial ver wendeten Metalls, aus einem Metallalkoholat und aus einer nied rig schmelzenden Glasfritte auf die Trägerplatte aufgebracht und dort eingebrannt wird, vorzugsweise bei einer Temperatur von 500 bis 900°C. Auch hier entsteht wieder ein gut haftfähiger Flor.

Und gemäß einer grundlegenden dritten Ausführungsform wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fasern auf die Trägerplatte aufgebracht werden, insbesondere durch Aufstäuben, und daß danach mit Tröpfchen aus dem Haftmaterial, wie Metall oder Glas, die Fasern auf der Trägerplatte gebunden werden. Auch hier wird wieder ein haftfähiger Flor erzeugt.

Grundlegende Idee ist es also bei allen drei Ausführungsformen, eine haftende Zwischenschicht zu erzeugen, bei der feste Keramik- oder Glasfasern im Haftmaterial, das ist bevorzugt geschmolzenes Metall oder Glas, eingebettet sind. Dabei wird bevorzugt als Trägerplatte ein durch Sandstrahlen beidseitig aufgerauhtes Edelstahlblech, insbesondere aus einem Streck metall, verwendet. Dieses Blech wird beidseitig mit einer Kombination von festen Fasern und geschmolzenem Metall und/oder geschmolzener Glasfritte beschichtet.

Dieses Beschichten kann durch Sprühen erreicht werden.

Dies kann aber auch - wie erwähnt - durch Auftragen und Einbrennen einer Mischung von Metallpulver, z. B. aus Aluminium, aus Metallalkoholat, aus Binde- und Haftoxiden sowie aus niedrig schmelzenden Glasfritten, insbesondere bei Temperaturen von 500 bis 900°C erreicht werden. Ein Metallalkoholat ist dabei ein Alkohol, bei dem ein H-Atom in der Strukturformel durch ein Metallatom ersetzt ist. Binde- und Haftoxide, beispielsweise in Form einer Aluminium-Einbrennpaste, können käuflich erworben werden (Fa. Engelhard). Solche Aluminium-Einbrennpasten werden beispielsweise herkömmlich zum Beschichten von Keramiken ver wendet und dienen somit zur Elektrodenherstellung.

Es resultiert bei den drei genannten Verfahren eine an der metallischen Trägerplatte hervorragend haftende, z. B. glasfaser durchsetzte Metallschicht, deren teppichflorartiges Fasernetz werk ausgezeichnete Verankerungsmöglichkeiten für die aufzubrin gende Katalysatorschicht bietet. Die Unterschiede im Ausdehnungs koeffizienten zu den benachbarten Schichten können gering gehal ten werden.

Eine Variante besteht darin, ein Glasfaser-Netz oder Glasfaser gewebe auf die Edelstahl-Trägerplatte aufzubringen und zu be schichten, also beispielsweise mit heißen Aluminium- und/oder Glaströpfchen.

Schließlich kann auch noch das Katalysatormaterial selbst dem Haftmaterial (Aluminium, Glas) und den Fasern zugemischt werden, entweder zur Erzeugung der gewünschten katalytischen Wirkung oder zur Verbesserung der Haftvermittlung für die ei gentliche Katalysatorbeschichtung.

Diese Katalysatorbeschichtung kann durch Tauchen, Spritzen, Im prägnieren, Aufwalzen oder Anstrich aufgebracht werden.

Nach einer Temperaturbehandlung zur Optimierung der katalyti schen Eigenschaften erfolgt dann in bekannter Weise die Form gebung der Katalysatorplatten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine unbeschichtete metallische Trägerplatte, insbesonde re aus Streckmetall, in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 2 die Trägerplatte von Fig. 1 nach gleichzeitigem Aufbrin gen eines Haftmaterials wie Metall oder Glas und von Fasern;

Fig. 3 die beschichtete Trägerplatte von Fig. 2 nach dem zusätz lichen Aufbringen einer Katalysatorsubstanz; und

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zum gleich zeitigen Aufbringen von Metall oder Glas einerseits und von Fasern andererseits auf eine metallische Träger platte.

Fig. 1 zeigt eine dünne metallische Trägerplatte 2, insbesondere aus einem Edelstahl, die oberseitig (bevorzugt beidseitig) durch Sandstrahlen aufgerauht ist. Stattdessen kann es sich dabei auch um eine Platte aus einem Streckmetall handeln.

Nach Fig. 2 sind auf der Oberseite der Trägerplatte 2 einiger maßen gleichmäßig verteilt dünne Fasern 4, insbesondere Glas- oder Keramikfasern, mit Hilfe eines Haftmaterials 6 fest gemacht. Bei diesem Haftmaterial 6 kann es sich insbesondere um ein Metall wie Aluminium oder um Glas handeln. Die Fasern 4 und das Haftmaterial 6 werden gleichzeitig aufgespritzt. Dies ist durch zwei auf der Oberseite konvergierende Pfeile 14 bzw. 16 verdeutlicht. Die entlang des Pfeiles 14 aufgetragenen Fasern 4 haben beispielsweise einen Schmelzpunkt von über 1000°C, während das entlang des Pfeiles 16 aufgetragene Metall Aluminium einen Schmelzpunkt von 630°C besitzt. Letzteres wird in geschmolzenem Zustand, d. h. in Form von Tropfen, aufgesprüht. Die dabei verwendete Spritz- oder Sprühpistole, die mit zwei Austrittsöffnungen für die Substanzen 4 und 6 versehen ist, kann dabei z. B. mit 1000°C betrieben werden. Dann ist gewähr leistet, daß einerseits die Fasern 4 beim Auftragen nicht schmelzen, und daß andererseits das Haftmaterial 6 in Trop fenform, d. h. geschmolzen, an der Oberfläche der Trägerplatte 2 ankommt. Durch die gleichzeitige Aufbringung der Substanzen 4 und 6 wird erreicht, daß die Fasern 4 durch Vermittlung des Haftmaterials 6 ausgezeichnet am Streckmetall 2 haften. Es er gibt sich ein teppichartiger Flor. Dieser ergibt wiederum eine ausgezeichnete Verankerung für die danach aufzubringende Kata lysatorsubstanz, was im Schnitt in Fig. 3 gezeigt ist. Bevor zugt wird der teppichartige Flor 4, 6 beidseitig aufgebracht. Der Flor 4, 6 ist natürlich dichter, als aus zeichnerischen Gründen in Fig. 2 dargestellt werden kann.

In Fig. 3 ist gezeigt, daß auf die Kombination von Fasern 4 und Haftmaterial 6 eine Katalysatorsubstanz 20 herkömmlicher Art, insbesondere für das SCR-Verfahren zur NH₃-Reaktion der Stickoxide (NO_x) im Rauchgas eines Verbrennungskraftwerks, auf gebracht ist. Dieses Katalysatormaterial 20 ist, wie gesagt, konventioneller Art. Es kann seinerseits mit (nicht gezeigten) Fasern aus Glas und/oder Keramik durchsetzt sein. Das Aufbrin gen kann durch ebenfalls herkömmliches Aufwalzen vorgenommen werden.

Es soll noch angemerkt werden, daß der in Fig. 2 gezeigte Flor aus Fasern 4 und aufgeschossenen Tröpfchen 6 aus Metall (z. B. Aluminium) ersetzt sein kann durch einen Flor aus Fasern 4 und aufgeschossenen und verschmolzenen Glaskügelchen. Diese können durch Aufschießen von Glasfritte (das sind Glaskügelchen mit einem Durchmesser im µ- bis Millimeterbereich) entstanden sein.

In Fig. 4 ist im Prinzip dargestellt, in welcher Weise das Aufbringen von Tröpfchen 22 auf der Oberfläche einer metalli schen Trägerplatte 2 vorgenommen werden kann. Dabei ist ange nommen, daß gleichzeitig oder zuvor auf dieser Oberfläche be reits Fasern 4, beispielsweise Glasfasern, aufgebracht wurden. Letzteres kann durch Aufstäuben geschehen sein. Bei Fig. 4 wird davon ausgegangen, daß in einer kalten Zone ein Haftma terial 6 in Form von Körnern 24 vorliegt. Diese Körner 24 können beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 100 µ besitzen. Beim Haftmaterial 6 kann es sich um von einem Draht abgetrennte Stücke oder um Glasfritte handeln. Bevorzugt ist wiederum Aluminium oder ein niedrig schmelzendes Glas einsetzbar. Das körnige Haftmaterial 6 wird entlang des Pfeiles 26 in einen elektrisch beheizten Ofen 28 geführt und dort beispielsweise auf 1200°C aufgewärmt. Die einzelnen Kör ner 24 nehmen dabei die Form der Tröpfchen 22 an. Diese werden entlang des Pfeiles 16 auf die Oberfläche der Trägerplatte 2 gelenkt. Hier flachen sich die Tröpfchen 22 bei dem Auftreffen unter Abkühlung ab. Wichtig dabei ist, daß die Tröpfchen 22 ein "Ankleben" der getroffenen Fasern 4 an der Oberfläche der Trä gerplatte 2 bewirken. Der Flor aus Haftmaterial 6 an der Ober fläche und aus Fasern 4 ergibt einen ausgezeichneten Haftgrund für die danach aufzubringende Katalysatorsubstanz 20 (vgl. Fig. 3). Die fertige Katalysatorplatte kann sodann mit weiteren solcher Platten zu einem Plattenkatalysator zusammengefaßt und zur NO _x- Verminderung in Abgasen eingesetzt werden, wie eingangs erläu tert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorplatte, die insbesondere für die SCR-Technik vorgesehen ist, bei dem eine metallische Trägerplatte mit einem Haftmaterial und mit Fasern sowie mit einer Katalysatorsubstanz belegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Tröpfchen (22) aus dem Haftmaterial (6), wie Metall oder Glas, einerseits und die Fasern (4) andererseits gleichzeitig auf die Träger platte (2) aufgebracht werden.

2. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorplatte, die ins besondere für die SCR-Technik vorgesehen ist, bei dem eine metallische Trägerplatte mit einem Haftmaterial und mit Fasern sowie mit einer Katalysatorsubstanz belegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus einem Bindematerial, aus einem Pulver des als Haftmaterial verwendeten Metalls, aus einem Metallalkoholat und aus einer niedrig schmelzenden Glasfritte auf die Trägerplatte (2) aufge bracht und dort eingebrannt wird, vorzugsweise bei einer Tem peratur von 500 bis 900°C.

3. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorplatte, die ins besondere für die SCR-Technik vorgesehen ist, bei dem eine metallische Trägerplatte mit einem Haftmaterial und mit Fasern sowie mit einer Katalysatorsubstanz belegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) auf die Trägerplatte (2) aufgebracht werden, insbesondere durch Aufstäuben, und daß danach mit Tröpfchen (22) aus dem Haftmaterial (6), wie Metall oder Glas, die Fasern (4) auf der Trägerplatte (2) gebunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpf chen (22) aus einem Metall oder Glas durch thermisches Spritzen oder Sprühen auf die Trägerplatte (2) aufgebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tröpfchen (22) und die Fasern (4) in zwei getrennten Strahlen (14, 16), die sich in einem Kreuzungspunkt treffen, auf die Trägerplatte (2) aufgesprüht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Aluminium ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) Keramik- oder Glasfasern sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (2) ein Edelstahlblech ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (2) vor dem Aufbringen der Beschichtung (4, 6, 20) aufgerauht wird, vor zugsweise durch Sandstrahlen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen des Haft materials (6) und der Fasern (4) die Katalysatorsubstanz (20) aufgetragen wird, vorzugsweise durch Aufwalzen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) als dünnes Glasfaser-Netz oder Glasfaser-Gewebe auf die Trägerplatte (2) aufgebracht werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Haftmaterial (6) und/oder den Fasern (4) beim Aufbringen bereits eine gewisse Menge Kataly satorsubstanz beigemischt ist.