DE3929521A1 - Verfahren zur luftreinigung durch katalytische nachverbrennung auf elektrisch beheizten katalysatordraehten - Google Patents
Verfahren zur luftreinigung durch katalytische nachverbrennung auf elektrisch beheizten katalysatordraehtenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein kostengünstiges Verfahren zur Reduzierung von unerwünschten
Luftinhaltsstoffen durch katalytische Nachverbrennung. Ein derartiges Verfahren ist von großem
praktischem Interesse, da der Anwendungsbereich von der Küche im Privathaushalt über die
Intensivtierhaltung in der Landwirtschaft bis hin zur Industrielandschaft reicht.
Die katalytische Verbrennung von Luftinhaltsstoffen ist prinzipiell bekannt und läßt sich mit
einer großen Vielfalt von Katalysatoren durchführen. Die bestehenden Verfahren zur
Luftreinigung umfassen entweder katalytische Verfahren mit monolithischen Kontakten wie sie
in Kraftwerken, Industrieanlagen, und im KFZ eingesetzt werden, katalytische Verfahren im
Schüttbett mit Vollkontakten und Trägerkatalysatoren, oder Ad- und Absorptionsmittel (H.
Mening, Luftreinhaltung durch Adsorption, Absorption und Oxidation, Deutscher Fachschriften-
Verlag, Wiesbaden 1977). Der Nachteil der Katalyseverfahren besteht in der hohen Arbeits
temperatur von 300-600°C, welche entweder heiße Verbrennungsabgase oder einen hohen
Energieaufwand zur Luftreinigung erforderlich macht. Der Nachteil von Ad- und Absorptionsver
fahren besteht in der Umlagerung von Entsorgungsproblemen, da die Schadstoffe nun nicht
mehr in der Luft, sondern im Ad- oder Absorptionsmittel gefangen sind, aber weiterhin entsorgt
oder regeneriert werden müssen. Diese Nachteile sind mit relativ hohen Betriebskosten
verbunden und machen die bisherigen Verfahren nicht einsetzbar für eine breitere Anwendung.
Nach der Erfindung wird beliebiger Draht, vorzugsweise Heizdraht, von möglichst geringem
Durchmesser mit einer dünnen Schicht (Schichtdicke 5 Å bis 10 µm) aktiver Katalysator
komponente beschichtet. Die Beschichtung läßt sich mit verschiedenen Verfahren durchführen.
Reine Metall-Überschichtungen können durch elektrolytische Abscheidung ebenso durchgeführt
werden wie durch Bedampfen oder durch Eintauchen des Drahtes in eine Lösung reduzierbarer
Metallsalze, die nachträglich durch Reduktion in einer Wasserstoffatmosphäre oder Oxydation
aktiviert werden. Eine Washcoat-Überschichtung kann ebenso aufgebracht werden und dient vor
allem der Vergrößerung der aktiven Oberfläche. Dieser Katalysatordraht wird dann im, von der
Luft durchströmten Gehäuse aufgespannt und durch Anlegen einer Spannung auf der
erforderlichen Arbeitstemperatur von 200-500°C gehalten. Die Spannung kann über den
inneren Widerstand des Drahtes geregelt werden um eine möglichst gute Temperaturkonstanz
zu erreichen.
Die Vorrichtung, mit der diese Luftreinigung durchgeführt werden kann, besteht aus einem
Rahmen oder Rohr, in dem der Katalysatordraht möglichst eng angeordnet über den
Querschnitt verspannt ist. Der Anfang und das Ende des Katalysatordrahtes wird aus dem
Rahmen herausgeführt und durch Anlegung einer Spannung beheizt. Über die Heizspannung
bzw. die fließende Stromstärke wird die Katalysatortemperatur eingestellt und geregelt. Die
Heizdrahtstärke muß so ausgelegt sein, daß sich bei Anlegen der Spannung eine Oberflächen
temperatur zwischen 200 und 600°C einstellen läßt. Es wurde gefunden, daß die Luft beim
Überströmen dieser heißen Drähte sehr effektiv gereinigt wird ohne daß sich die Lufttemperatur
erheblich erhöht. Durch Verwendung eines einfachen Wärmetauschers zur Vorwärmung der
verunreinigten Luft mit der gereinigten Luft läßt sich die Erwärmung der gereinigten Abluft der
Anlage weiterhin reduzieren.
Die Vorrichtung kann auch jede Art von elektrischem Heizlüfter sein, vorausgesetzt, der
Heizdraht ist mit dem geeigneten Katalysatormaterial beschichtet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Luftreinigung durch katalytische Nachverbrennung
durch Verwendung von energiesparenden, direkt beheizten Katalysatordrähten kostengünstig und
generell einsetzbar zu gestalten.
- 1a) In einer Gasphasenströmungsapparatur (Pyrexrohr, 50 cm lang, 1 cm innerer Durchmesser, siehe Abb. 1) wird 50 cm Palladium-, Platin- oder Rhodium-Draht (d 0,127 mm) aufgespannt und mit 4 W beheizt. Der Reaktor wird mit Capronsäure gesättigter Luft beschickt (Strömungsgeschwindigkeit 100 ml/min). Der Capron säuregehalt der Luft wird vor und nach dem Reaktor gaschromatographisch bestimmt. Die Luft weist nach Passieren des Reaktors nur noch 3% der Eingangskonzentration an Capronsäure auf.
- 1b) Wird der Draht gemäß 1a mit 8 W beheizt, so ist keine Capronsäure in der Luft nach Passieren des Reaktors mehr nachweisbar. Die Lufttemperatur hat sich beim Passieren des Reaktors von 22°C auf 31°C erhöht.
- 2. 12 g Trimethylaluminat, 5,4 g Wasser und 0,1 ml 10%iger Flußsäure werden bis zur Gelbildung bei Raumtemperatur gerührt. 50 cm Konstantandraht (d 0,04 mm) werden gereinigt und mit dem Aluminatgel beschichtet. Der Draht wird dann 2 h bei 110°C getrocknet und bei 800°C über Nacht gebrannt. Der so mit Aluminiumoxid beschichtete Draht wird nun zweimal in einer 1%igen Palladiumnitrat-Lösung getränkt, getrocknet, und in obigem Reaktor eingesetzt. Bei einer Heizleistung von nur 4 W ist keine Capronsäure mehr nachweisbar. Das gleiche Ergebnis läßt sich dadurch erzielen, daß das Pd-Nitrat dem Aluminat-Sol vor der Gelatisierung zugesetzt wird.
- 3. Auf einem 10 × 20 cm großen Rahmen aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial (Glas, Keramik) werden 10 m wie unter 2. beschichteter Konstantandraht aufgespannt (siehe Abb. 2). Drei dieser Rahmen werden um 90° versetzt hintereinander in einer Röhre so angebracht, daß die Rahmen den Querschnitt des Luftschachtes ausfüllen. Der Draht eines jedes Rahmens wird mit 30 W, der Reaktor also insgesamt mit 120 W beheizt. Mittels eines Gebläses wird mit Formaldehyd angereicherte Luft (300 ppm) durch den Luftschacht geblasen (200 l/min) und dabei vom Formaldehyd befreit.
Claims (7)
1. Katalysator, bestehend aus einem Metalldraht oder Metallband, der auf der Oberfläche
mit Oxydationskatalysatormaterial beschichtet ist.
2. Die Beschichtung des Metalldrahtes oder -bandes nach Anspruch 1 ist aus Metallen,
Metalloxiden, oder deren Gemischen (Washcoat) aufgebaut, die als dünne Filme durch
Aufdampfen, elektrochemische Abscheidung, Tauchen in Lösungen, Gele oder
Suspensionen der entsprechenden Metallsalze oder Aufbringen derselben gefolgt von
Trocknungs- und Aktivierungsprozessen hergestellt werden.
3. Für die Beschichtung der Metalldrähte oder -bänder nach Anspruch 1 und 2, kommen
folgende Metalle und deren Metalloxide in Frage: Li, Na, K, Ca, Cs, Al, Si, Ti, Ce, Zr, Hf,
Mg, Zn, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, W, Re, Os, Ir, Pt, Y, La, Ce, Lu, Yb.
4. Verfahren zur Luftreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator nach
Anspruch 1-3 durch Anlegen einer Spannung wie ein Heizdraht direkt beheizt wird und
so für die, zur katalytischen Verbrennung der Luftinhaltsstoffe erforderliche Temperatur
auf der Katalysatoroberfläche sorgt.
5. Verfahren zur Luftreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator nach
Anspruch 1-4 in einer, von Luft durchströmten Öffnung, Rohr, Kamin, so betrieben wird,
daß mit Schadstoffen belastete Luft durch Gebläse, Druck- oder Sogwirkung an den heißen
Katalysatordrähten oder -bändern vorbeiströmt und durch katalytische Nachverbrennung
verbessert wird.
6. Die Katalysatordrähte nach Anspruch 1-4 können ebenso in kommerziellen
Elektroheizgeräten und Heizlüftern anstelle des ursprünglichen Heizdrahtes oder zusätzlich
zum ursprünglichen Heizdraht eingesetzt werden und so zusätzlich zu dem bekannten
Lufterwärmungseffekt noch zur Luftreinigung durch katalytische Nachverbrennung
beitragen.
7. Die Katalysatoren nach Anspruch 1-5 können auch nachträglich in Schornsteine und
Lüftungsrohre aller Art eingebaut werden und so zur Luftreinigung verwendet werden.
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Publications (1)
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