DE60201502T2

DE60201502T2 - Dreidimensionale, in zwei oder mehreren schichten gestrickte katalysatornetze

Info

Publication number: DE60201502T2
Application number: DE60201502T
Authority: DE
Inventors: Jürgen Neumann; Dietmar Königs; Thomas Stoll; Hubertus Gölitzer
Original assignee: Umicore AG and Co KG
Current assignee: Umicore AG and Co KG
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2022-02-09
Also published as: DE60201502T3; US20020127932A1; DE60201502D1; DE10105624A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Katalysatornetze. Insbesondere betrifft sie dreidimensionale Katalysatornetze, die in Gasreaktionen verwendet werden können.
Edelmetallkatalysierte Gasreaktionen wie die Oxidation von Ammoniak mit Luftsauerstoff in der Salpetersäureproduktion (Ostwald-Verfahren) oder die Umsetzung von Ammoniak mit Methan in Anwesenheit von Sauerstoff zu Blausäure (Andrussow-Verfahren) haben seit langem erhebliche industrielle Bedeutung erlangt. Diese heterogen katalysierten Gasreaktionen stellen die Basischemikalien für die chemische Industrie und für die Düngemittelproduktion bereit.
Die Reaktionen laufen typischerweise an bzw. in einem gasdurchlässigen räumlichen Gebilde eines Edelmetallkatalysators ab. Netze in Form von Geweben oder Gestricken aus feinen Edelmetalldrähten wurden als Edelmetallkatalysatoren in diesen Reaktionen verwendet und können als „Katalysatornetze" bezeichnet werden. Herkömmlicherweise bestehen die „Edelmetalldrähte" dieser Katalysatornetze überwiegend aus Platin, Rhodium oder aus Legierungen dieser Metalle mit anderen Edel- oder Unedelmetallen. Typisch sind Platin-Rhodium-Legierungen mit 4 bis 12 Gew.% Rhodium und Platin-Palladium-Rhodium-Legierungen mit 4 bis 12 Gew.% Palladium und Rhodium. Es können auch Palladium-Nickel-Legierungen mit 2 bis 15 Gew.% Nickel, Palladium-Kupfer-Legierungen mit 2 bis 15 Gew.% Kupfer und Palladium-Nickel-Kupfer-Legierungen mit 2 bis 15 Gew.% Nickel und Kupfer eingesetzt werden.
Die Katalysatornetze werden typischerweise in der Reaktionszone eines, Strömungsreaktors in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasgemisches angeordnet. Sie können auch in kegelförmigen Anordnungen angeordnet sein. Des weiteren können mehrere Netze in Reihe hintereinander angeordnet und zu einem sogenannten „Katalysatorpack" zusammengefasst werden. Üblicherweise werden mit dem Katalysatorpack Platinauffangnetze, auch bekannt als „Getternetze", angeordnet, die herkömmlicherweise strömungsabwärts zu den eigentlichen Katalysatornetzen angeordnet sind. Getternetze dienen der Rückgewinnung von Platin und Rhodium, die konvektiv aus den Katalysatornetzen in Form von gasförmigen Oxiden mit dem Reaktionsgasstrom ausgetragen werden. Diese Getternetze sind gewöhnlich aus Drähten aus Palladium oder Palladiumlegierungen gefertigt. Die Verwendung von Katalysatorpacks und Getternetzen ist Fachleuten bekannt.
1 zeigt eine Darstellung eines Reaktors, der katalytisch Ammoniak oxidiert und einen Katalysatorpack und Getternetze verwendet. In dieser Figur sind die Reaktionszone (2) des Strömungsreaktors (1), der Katalysatorpack (3), der mehrere hintereinanderliegende Katalysatornetze (4) und nachgeschaltete Getternetze (5) umfasst, in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet. Das Ammoniakluftsauerstoffgemisch (mit einem Ammoniakgehalt von 9 – 13 Vol.-%) (6) durchströmt den Katalysatorpack unter atmosphärischem oder erhöhtem Druck. Die Zündung des Gasgemisches erfolgt im Eintrittsbereich und die Verbrennungsreaktion zu Stickstoffmonoxid (NO) und Wasser (7) erfasst den gesamten Katalysatorpack. Das NO im abströmenden Reaktionsgasgemisch (7) reagiert in der Folge mit dem überschüssigen Luftsauerstoff zu NO₂ (8), das mit Wasser in einer nachgeschalteten Absorption (9) Salpetersäure bildet. Das Produkt kann zum Beispiel der Düngemittelproduktion zugeführt werden.
Sowohl gestrickte Edelmetall-Katalysatornetze als auch gewebte Katalysatornetze sind Fachleuten bekannt. Gestrickte Edelmetall-Katalysatornetze besitzen gegenüber gewebten Katalysatornetzen jedoch eine Reihe von Vorteilen, weswegen sie heute im industriellen Einsatz bevorzugt werden. Zum einen lassen sich Katalysatorgestricke ökonomischer herstellen, da bei der Stricktechnik kürzere Rüstzeiten als bei der Webtechnik anfallen. Dies bedingt eine erheblich reduzierte Edelmetallbindung in der Produktion. Unter Verwendung der Flachbett-Stricktechnik, die Fachleuten bekannt ist, werden die gestrickten Netze z.B. in Einzelfertigung in Form und auf Maß gefertigt, während gewebte Netze aus gefertigten Bahnen zugeschnitten werden müssen, wobei teurer Verschnitt anfällt. Die Stricktechnik bietet zudem die Möglichkeit einer hohen Flexibilität in Hinblick auf Strickmuster, Drahtstärken und resultierendes Flächengewicht.
Zweitens lässt sich ein katalytisch effektiveres Produkt durch die Verwendung gestrickter Katalysatornetze herstellen, da sich dreidimensional gestrickte Katalysatornetze bilden lassen. Diese Katalysatornetze erweisen sich aufgrund ihrer komplexeren Raumstruktur als effektiver. Dies trifft vor allem auf die in EP 0 680 767 beschriebenen dreidimensionalen, zwei- oder mehrlagig gestrickten Katalysatornetze, bei denen die Maschen der einzelnen Lagen durch Polfäden miteinander verbunden sind, zu.
Dennoch besteht bei bekannten dreidimensional gestrickten Katalysatornetzen noch weiterer Verbesserungsbedarf im Hinblick auf katalytische Aktivität, Selektivität der katalysierten Reaktion, Edelmetalleinsatzmenge, mechanische Festigkeit, Standzeit und unvermeidbarem Edelmetallverlust. Neben diesen ökonomischen Anforderungen sind Verbesserungen erforderlich, um Verfahren, in denen sie verwendet werden, umweltfreundlicher und ökologischer zu machen. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, die an den Katalysatornetzen entstehenden N₂O-Emissionen zu verringern. Um einen vollständigen Ammoniakumsatz zu erzielen, ist eine ausreichende Verweilzeit des Reaktionsgases im Katalysatorpack und eine entsprechende Porosität des Katalysatorpacks erforderlich. Die vollständige Umwandlung von Ammoniak im Ostwald-Prozess ist zwingend erforderlich, da bei einem Durchtritt von unreagiertem Ammoniak durch das Katalysatorpack explosionsgefährliche Ammoniumnitrite und -nitrate entstehen können. Weiterhin muss die mechanische Stabilität der Katalysatornetze in Hinblick auf die angestrebte Standzeit gewährleistet sein.
Auf Grund dieser Basis-Anforderungen an Katalysatornetz und Katalysatorpack ist eine Mindestanzahl an Katalysatornetzen und deren Mindestdrahtstärke vorgegeben, wodurch eine Mindest-Edelmetalleinsatzmenge vorbestimmt ist. Das Flächengewicht der Netze kann aber auch nicht wie gewünscht reduziert werden, etwa durch Verminderung der Drahtdicke, da dies einen negativen Effekt auf die mechanische Festigkeit und die Standzeit der Netze hätte. Eine Reduktion der verarbeiteten Drahtlänge hätte bei den heutzutage üblichen Katalysatornetzen eine Aufweitung der Maschenweite zur Folge, wodurch der durchtretende Anteil an unreagiertem Ammoniak in dieser Netzlage zunehmen würde. Weiterhin führt eine verminderte Reaktivität solcher Netze zu einer erhöhten N₂O-Bildung insbesondere in der Anfahrphase des Reaktors.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabenstellung zugrunde, Edelmetall-Katalysatornetze für Gasreaktionen in ihrer katalytischen Aktivität und Effizienz weiter zu steigern, so dass mit einer geringeren Gesamt-Edelmetalleinsatzmenge, etwa durch Reduzierung der Netzanzahl und/oder Länge des im Katalysatornetz verarbeiteten Drahtes und/oder dessen Drahtdicke, ausgekommen werden kann, ohne dass dabei Nachteile bezüglich Ausbeute und Selektivität der Gasreaktion, mechanischer Festigkeit und Standzeit der Netze und unvermeidbarem Edelmetallverlust hingenommen werden müssen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gestricktes Katalysatornetz, das Schußfäden und mindestens zwei Maschenlagen aus gestrickten Edelmetalldrähten umfasst, wobei sich die Schußfäden zwischen den Maschenlagen befinden. Die Katalysatornetze der vorliegenden Erfindung können zur Durchführung heterogen katalysierter Gasreaktionen, zur Oxidation von Ammoniak mit Luftsauerstoff für die Herstellung von Salpetersäure und zur Umsetzung von Ammoniak mit Methan in Anwesenheit von Sauerstoff zur Herstellung von Blausäure verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt dreidimensionale Katalysatornetze für Gasreaktionen bereit, die in zwei oder mehr Lagen aus Edelmetalldrähten gestrickt sind, in denen Schußfäden zwischen den Maschenlagen eingelegt sind. Die Maschenlagen sind vorzugsweise durch Polfäden miteinander verbunden. Somit stellt die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform ein erfindungsgemäßes Katalysatornetz bereit, umfassend:

a. eine Mehrzahl von Maschenlagen;
b. Polfäden, wobei die Polfäden mindestens zwei Maschenlagen miteinander verbinden; und
c. Schußfäden, wobei die Schussfäden sich zwischen mindestens zwei Maschenlagen, die durch die Polfäden verbunden sind, befinden.

Gemäß dieser Ausführungsform umfassen die Maschenlagen, Polfäden und Schusslagen alle aus Edelmetall hergestellte Drähte, die als „Edelmetalldrähte" bezeichnet werden können.
Die vorliegende Erfindung stellt auch Verfahren zur Herstellung der vorstehenden Katalysatornetze bereit.
1 ist eine Darstellung eines Reaktors zur katalytischen Oxidation von Ammoniak.
2 ist eine Darstellung eines Abschnitts aus einem gestrickten Katalysatornetz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft zwei- oder mehrlagige aus Edelmetalldrähten gestrickte dreidimensionale Katalysatornetze für Gasreaktionen. Die einzelnen Lagen umfassen Maschen, die durch Polfäden miteinander verbunden sind, und Schussfäden, die zwischen den Maschenlagen eingelegt sind. Der Ausdruck „Maschenlage" bezieht sich auf eine Masche aus gestrickten Edelmetalldrähten.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen werden angeführt, um zum Verständnis der vorliegenden Erfindung beizutragen, und es ist nicht beabsichtigt, bzw. sie sollen nicht so verstanden werden, dass sie die durch die beigefügten Patentansprüche definierte Erfindung beschränken. Des weiteren soll diese Offenbarung keine Abhandlung über Katalysatoren darstellen. Für zusätzliche Informationen wird bei Bedarf auf geeignete zur Verfügung stehende Texte zu diesem Thema verwiesen.
Die Grundstruktur der erfindungsgemäßen Katalysatornetze entspricht den in EP 0 680 767 beschriebenen dreidimensionalen, zwei- oder mehrlagig gestrickten Katalysatornetzen.
Bei diesen Netzen sind die einzelnen Maschenlagen, die Maschenfäden umfassen, durch Polfäden miteinander verbunden. Dabei können bis zu zehn Polfäden pro Masche vorhanden sein, wobei die Polfäden unter einem Winkel von 0° bis 50° zur Strömungsrichtung der Reaktionsgase (entsprechend 90° bis 40° zur Netzebene) ausgerichtet sind. Typischerweise besitzen die Polfäden eine Länge von etwa 1 mm bis etwa 10 mm. Entsprechende zweilagige Gestricke weisen eine Dicke von etwa 1,0 mm bis etwa 3,0 mm und ein Flächengewicht von etwa 1000 g/m² bis 3000 g/m² auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind mindestens zwei Maschenlagen miteinander verbunden, es können jedoch mehr als zwei Maschenlagen in Reihe miteinander verbunden sein.
Die Schussfäden befinden sich zwischen den Maschenlagen. Die Schussfäden können in mehreren Ebenen zwischen den Maschenlagen eingelegt sein. Verfahren zum Einlegen von Schussfäden sind Fachleuten bekannt. Vorzugsweise sind die Schussfäden in etwa mittig zwischen zwei Maschenlagen angeordnet und typischerweise sind sie hier in den Ebenen eindirektional angeordnet. Sie sind auch vorzugsweise in etwa parallel zueinander angeordnet und in ihrer Richtung senkrecht zu der Richtung der Maschen in den Maschenlagen ausgerichtet. Des weiteren sind die Schussfäden vorzugsweise in die die Maschenlagen verbindenden Polfäden eingelegt und werden durch diese fixiert. Die Schussfäden können auch mehrdrahtig ausgeführt sein.
Typischerweise besitzen die erfindungsgemäßen gestrickten Katalysatornetze eine ihrer Drahtigkeit entsprechende Anzahl an Schussfäden pro Masche. Die bevorzugte Anzahl kann von einem Fachmann nach Lektüre dieser Offenbarung in Abhängigkeit von der verwendeten speziellen Katalysatornetz und der Anwendung, in der er verwendet wird, ohne weiteres bestimmt werden.
Die Schussfäden bestehen aus dem gleichen Drahtmaterial wie die Maschen- und die Polfäden, nämlich vorzugsweise aus Platin-Rhodium-Legierung mit etwa 4 bis etwa 12 Gew.% Rhodium und Platin-Palladium-Rhodium-Legierungen mit. etwa 4 bis etwa 12 Gew.% Palladium und Rhodium. Typische derartige Legierungen sind PtRh5, PtRh8 und PtRh10.
Vorzugsweise werden zum Stricken der erfindungsgemäßen Netze Drähte eingesetzt, die einen Durchmesser von etwa 0,05 bis etwa 0,120 mm aufweisen und die eine Zugfestigkeit von etwa 900 N/mm² bis etwa 1050 N/mm² und eine Dehnungsgrenze von 0,5 bis 3% besitzen. Dem Fachmann ist die Herstellung von Drähten aus entsprechenden Edelmetalllegierungen durch lineare Kaltverformung geläufig. Derartige Drähte können gemäß EP 0 504 723 hilfsmittelfrei auf Flachbettstrickmaschinen verarbeitet werden.
In den erfindungsgemäßen gestrickten Katalysatornetzen können die Maschenfäden, Polfäden und Schussfäden voneinander abweichende Dicken aufweisen. Typischerweise besitzen unabhängig voneinander die Maschenfäden Drahtdurchmesser von etwa 0,06 mm bis etwa 0,092 mm, die Polfäden Drahtdurchmesser von etwa 0,06 mm bis 0,092 mm und die Schussfäden Drahtdurchmesser von etwa 0,06 mm bis etwa 0,092 mm.
In den erfindungsgemäßen gestrickten Katalysatornetzen können die Maschenfäden, Polfäden und Schussfäden in der Mindestdrahtdicke um bis zu 15% reduziert werden. Die in den Maschen- und Polfäden verarbeitete Drahtlänge kann dabei jeweils um bis zu 50% vermindert werden. Von der hierdurch eingesparten Edelmetallmenge wird mindestens 40% in Form von Schussfäden in das Katalysatornetz eingelegt. Nachteile bezüglich Ausbeute und Selektivität der Gasreaktion, mechanischer Festigkeit und Standzeit der Netze und unvermeidbarem Edelmetallverlust treten nicht auf.
Die erfindungsgemäß hergestellten gestrickten Katalysatornetze können auf handelsüblichen industriellen Flachbettstrickmaschinen (z. B. von Stoll, Reutlingen, Typ CSM 440 TC) hergestellt werden, indem man zwischen dem Maschenfadenführer und dem Polfadenführer einen Schußfadenführer mitführt. Vorzugsweise liegen gemäß EP 0 504 723 die Einstellungen der Flachbettstrickmaschinen bezüglich der Teilung zwischen etwa 3,63 und etwa ,81 mm und bei der Maschenlänge zwischen etwa 2 und etwa 6 mm.
2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen gestrickten Katalysatornetz. In der Figur sind zur visuellen Verdeutlichung des Aufbaus der Netzgeometrie die Pol- und Schussfäden mit einer größeren Drahtstärke wiedergegeben als die Maschenfäden. Die Figur zeigt ein Katalysatornetz aus zwei miteinander durch Polfäden (1) verbundenen Maschenlagen (2), (3), in das in etwa mittig zwischen den Maschenlagen (2), (3) etwa parallel zueinander angeordnete Schussdrähte (4) eindrahtig eingelegt sind. Die Schussdrähte (4) werden in den Kreuzungspunkten (5) der Polfäden (1) fixiert und bilden eine weitere katalytisch aktive Ebene ungefähr mittig zwischen den Maschenlagen (2), (3).
Durch die Einbringung der Schussdrähte wird an den sich überkreuzenden Polfäden eine zusätzliche dichte Edelmetalldraht-Ebene in die dreidimensionale Raumstruktur des Gestricks eingefügt, wodurch die Reaktionsrate in dem Katalysatornetz erhöht wird. Die Schussdrähte werden von den sich überkreuzenden Polfäden fixiert, so dass eine weitere Stabilisierung dieser Drähte durch die Verknüpfung über die Ausbildung von Maschen nicht erforderlich ist. Im Vergleich zu einem entsprechenden einlagigen Katalysatornetz beinhaltet dies aufgrund der durch die Schussdrähte gebildeten Ebene eine deutlich geringere Edelmetall-Einsatzmenge.
Es zeigt sich; dass die erfindungsgemäßen gestrickten Katalysatornetze eine deutlich höhere katalytische Aktivität besitzen als konventionelle dreidimensionale, zwei- oder mehrlagig gestrickte Katalysatornetze (entsprechend EP 0 680 767 ), in die keine Schussdrähte eingelegt sind. Damit können Gasreaktionen, je nachdem, ob sie unter atmosphärischem Druck oder unter höherem Druck gefahren werden, entweder mit einer geringeren Anzahl an Katalysatornetzlagen im Katalysatorpack und/oder mit aus Edelmetalldrähten geringerer Verarbeitungslänge oder geringerer Dicke gefertigten Netzen betrieben werden. Hierdurch ergibt sich eine deutlich geringere Gesamt-Edelmetalleinsatzmenge. Die Reduzierung der Edelmetalleinsatzmenge liegt zwischen etwa 15 und etwa 30%.
Die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemäßen Katalysatornetze zeigt sich auch im Zündverhalten des Katalysatorpacks und während der kritischen Anfahrphase der Reaktion. Durch die höhere Katalysatoraktivität wird die Zündtemperatur gesenkt, typisch um 20°C bis 30°C, und damit die Betriebstemperatur des Katalysatorpacks von 800°C bis 950°C wesentlich schneller erreicht. Der Zeitbedarf bis zum Erreichen einer stabilen Reaktion wird typisch um 20% bis 50% reduziert. Damit wird die N₂O-Emission, insbesondere in der Anfahrphase der Reaktion, um durchschnittlich 15% bis 30% gesenkt und die Produktausbeute entsprechend erhöht.
Beispiele
Beispiel 1:
Ein Forschungsreaktor für die Ammoniakoxidation wird unter für Mitteldruckanlagen typischen Bedingungen (Druck: 4,0 bar; Betriebstemperatur: 860°C; Durchsatz an Ammoniak: 0,12 m³/h) jeweils mit einem Katalysatorpack, Durchmesser 12 mm, folgender Konfiguration betrieben:

(a) Kombination aus (konventionell, Stand der Technik): 3 einlagig gestrickten Katalysatornetzen aus PtRh8; Drahtdicke 0,076 mm; Flächengewicht 600 g/m² 1 zweilagig gestrickten Katalysatornetz aus PtRh8; Drahtdicken: Maschenfaden 0,076 mm, Polfaden 0,076 mm; Netzdicke 2,5 mm; Flächengewicht 1800 g/m²
(b) Kombination aus (erfindungsgemäß modifiziert): 3 einlagig gestrickten Katalysatornetzen aus PtRh8; Drahtdicke 0,076 mm; Flächengewicht 600 g/m² 1 erfindungsgemäßen zweilagig gestrickten Katalysatornetz aus PtRh8; Drahtdicken: Maschenfaden 0,076 mm, Polfaden 0,076 mm, Schussfaden 0,076 mm; Netzdicke 2,5 mm; Flächengewicht 1800 g/m²

Die Zündtemperatur des erfindungsgemäß modifizierten Katalysatorpacks liegt bei 230°C und damit um 20 – 30°C unter der des konventionellen Katalysatorpacks. In der Anfahrphase des erfindungsgemäß modifizierten Katalysatorpacks wird die N₂O-Emission um 20% gesenkt. In beiden Fällen stellen sich die Betriebstemperaturen nahezu umgehend nach dem Zünden ein. Während mit dem erfindungsgemäßen Katalysatornetz sich ein stationärer Betriebszustand mit konstanter Produktverteilung nach Erreichen der Betriebstemperatur einstellt, wird dieser bei dem konventionellen Katalysatorpack erst nach 0,5 bis 3,5 Stunden erreicht.
Beispiel 2:
Ein Industriereaktor für die Ammoniakoxidation wird unter für Mitteldruckanlagen typischen Bedingungen (Druck: 6,3 bar; Betriebstemperatur: 895°C; Durchsatz an Ammoniak: 5121 m³/h) mit einem Katalysatorpack, Durchmesser 1700 mm, folgender Konfiguration betrieben:

(a) Kombination aus (konventionell, Stand der Technik): 3 einlagig gestrickten Katalysatornetzen aus PtRh5; Drahtstärke 0,076 mm; Flächengewicht 600 g/m² 4 zweilagig gestrickten Katalysatornetzen aus PtRh5; Drahtstärke 0,076 mm; Flächengewicht 1800 g/m² Gesamt-Edelmetall-Einbaugewicht 20,5 kg.
(b) Kombination aus (erfindungsgemäß modifiziert): 2 einlagig gestrickten Katalysatornetzen aus PtRh5; Drahtstärke 0,076 mm; Flächengewicht 600 g/m² 3 zweilagig gestrickten Katalysatornetzen aus PtRh5; Drahtstärke 0,076 mm; Flächengewicht 1800 g/m² 1 erfindungsgemäßen zweilagig gestrickten Katalysatornetz aus PtRh5; Drahtdicken: Maschenfaden 0,060 mm, Polfaden 0,060 mm, Schu8faden 0,060 mm; Netzdicke 2,55 mm; Flächengewicht 1600 g/m² Gesamt-Edelmetall-Einbaugewicht 16,5 kg.

Der erfindungsgemäße Katalysatorpack beinhaltet insgesamt 6 Katalysatornetze, davon 1 erfindungsgemäßes zweilagig gestricktes Katalysatornetz mit Schussfäden. Der konventionelle Katalysatorpack vergleichbarer Effizienz beinhaltet 7 Netze, davon 3 einlagig gestrickte Katalysatornetze und 4 zweilagig gestrickte Katalysatornetze (entsprechend EP 0 680 767 ). Mit dem erfindungsgemäßen Katalysatornetz ergibt sich eine Verringerung der Gesamt-Edelmetalleinsatzmenge um 20% von 20,5 kg auf 16,5 kg.
Die Reduktion der Edelmetall-Einsatzmenge durch das erfindungsgemäße, zweilagig gestrickte Katalysatornetz setzt sich folgendermaßen zusammen:
Substituiert wurden 1 einlagig gestricktes Katalysatornetz mit einer Drahtstärke von 0,076 mm und einem Flächengewicht von 600 g/m² und 1 konventionell zweilagig gestricktes Katalysatornetz mit einer Drahtstärke von 0,076 mm und einem Flächengewicht von 1800 g/m² durch 1 erfindungsgemäßes, zweilagig gestricktes Katalysatornetz mit einer Drahtstärke von 0,060 mm und einem Flächengewicht von 1600 g/m². Die Gewichtsreduktion beträgt 1,816 kg (33%), wobei davon 1,362 kg (75%) der Gewichtsreduktion auf die Reduktion der Netzzahl im Katalysatorpack und 0,454 kg (25%) auf die Reduktion der Drahtstärke im erfindungsgemäßen, zweilagig gestrickten Katalysatornetz zurückzuführen ist.
Die weitere Einsparung von 2,184 kg für das gesamte Katalysatorpack wurde durch eine Reduktion der Drahtstärke und des Flächengewichtes von 2 der 3 eingesetzten, konventionellen zweilagigen Katalysatornetze bedingt.
Die Zündtemperatur des Katalysatorpacks kann in dieser Anlage nicht gemessen werden. Die Betriebstemperatur wird nach ca. 2 Minuten erreicht. Dies ist etwa 60% der bei konventionellen Katalysatorpacks benötigten Anfahrzeit. Der Ammoniak-Umsatz nach Erreichen der Betriebstemperatur ist in beiden Fällen vollständig.
Nach einem Betriebszeitraum von 4 Wochen wird mit den erfindungsgemäßen Katalysatornetzen eine stabile, um 1% höhere Ausbeute erzielt.

Claims

Gestricktes Katalysatornetz, umfassend Schussfäden und mindestens zwei Maschenlagen aus gestrickten Edelmetalldrähten, wobei die Schussfäden sich zwischen den Maschenlagen befinden.
Gestricktes Katalysatornetz nach Anspruch 1, wobei die Schussfäden Edelmetalldrähte umfassen.
Katalysatornetz nach Anspruch 1, umfassend: a. eine Mehrzahl von Maschenlagen; b. Polfäden, wobei die Polfäden mindestens zwei Maschenlagen miteinander verbinden; und c. Schussfäden, wobei die Schussfäden sich zwischen mindestens zwei Maschenlagen, die durch die Polfäden verbunden sind, befinden.
Katalysatornetz nach Anspruch 3, wobei die Schussfäden in mehr als einer Ebene zwischen den Maschenlagen eingelegt sind.
Katalysatornetz nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Schussfäden in etwa mittig zwischen zwei Maschenlagen angeordnet sind.
Katalysatornetz nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Schussfäden in etwa parallel zueinander angeordnet sind und in ihrer Richtung senkrecht zu der Richtung der Maschen in den Maschenlagen ausgerichtet sind.
Katalysatornetz nach Anspruch 3, wobei die Schussfäden in die Polfäden eingelegt sind.
Katalysatornetz nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Maschenfäden Drahtdurchmesser von 0,06 bis 0,092 mm aufweisen, die Polfäden Drahtdurchmesser von 0,06 bis 0,092 mm aufweisen und die Schussfäden Drahtdurchmesser von 0,06 bis 0,092 mm aufweisen.
Katalysatornetz nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei bis zu zehn Polfäden pro Masche vorhanden sind und die Polfäden in einem Winkel von 0 bis 50° zur Strömungsrichtung der Reaktionsgase ausgerichtet sind.
Katalysatornetz nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Dicke von zwei Maschenlagen 1,0 bis 3,0 mm beträgt und das Flächengewicht 1000 bis 3000 g/m² beträgt.
Katalysatornetz nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Maschenlagen Maschenfäden umfassen und die Maschenfäden eine Platin-Rhodium-Legierung mit 4 Gew.-% bis 12 Gew.-% Rhodium oder eine Platin-Palladium-Rhodium-Legierung mit 4 Gew.-% bis 12 Gew.-% Palladium und Rhodium umfassen.
Katalysatornetz nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei die Polfäden eine Platin-Rhodium-Legierung mit 4 Gew.-% bis 12 Gew.-% Rhodium oder eine Platin-Palladium-Rhodium-Legierung mit 4 Gew.-% bis 12 Gew.-% Palladium und Rhodium umfassen.
Katalysatornetz nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die Schussfäden eine Platin-Rhodium-Legierung mit 4 Gew.-% bis 12 Gew.-% Rhodium oder eine Platin-Palladium-Rhodium-Legierung mit 4 Gew.-% bis 12 Gew.-% Palladium und Rhodium umfassen.
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Katalysatornetzes, umfassend Stricken von Edelmetalldrähten in zwei oder mehreren Lagen auf einer Flachbettstrickmaschine, wobei ein Schussfadenführer zwischen einem Maschenfadenführer und einem Polfadenführer geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Drähte einen Durchmesser von 0,05 mm bis 0,120 mm, eine Zugfestigkeit von 900 N/mm² bis 1050 N/mm² und eine Dehnungsgrenze von 0,5% bis 3% aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Einstellungen auf der Flachbettstrickmaschine zwischen 3,63 und 1,81 mm bezüglich der Teilung und zwischen 2 und 6 mm bei der Maschenlänge liegen.
Verwendung des Katalysatornetzes nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Durchführen von heterogen katalysierten Gasreaktionen.
Verwendung des Katalysatornetzes nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Oxidieren von Ammoniak mit Luftsauerstoff, um Salpetersäure herzustellen.
Verwendung des Katalysatornetzes nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Umsetzen von Ammoniak mit Methan in der Gegenwart von Sauerstoff, um Blausäure herzustelle