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Diese Erfindung betrifft Verbrennungskatalysatoren und
insbesondere Katalysatoren, die zur Verbrennung einer
Beschickung mit einem sauerstoffhaltigen Gas, z.B. Luft,
insbesondere mit einem Überschuß des sauerstoffhaltigen
Gases, um eine vollständige Verbrennung zu bewirken,
geeignet sind.
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Um die Bildung von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren, wenn
ein Brennstoff, z.B. gasförmige Kohlenwasserstoffe wie
Erdgas und/oder Wasserstoff in Luft verbrannt wird, ist es
wünschenswert, Brennstoff/Luftgemische einer derartigen
Zusammensetzung zu verwenden, daß die adiabatische
Flammentemperatur relativ gering ist, im allgemeinen unterhalb von
1500ºC und bevorzugt unterhalb von etwa 1300ºC liegt. Bei
vielen Anwendungen bedeutet dieses eine Zusammensetzung,
die so reich an Luft ist, daß eine normale Verbrennung
instabil ist, und sich möglicherweise nicht selbst
unterhalten kann. Eine katalytische Verbrennung, bei der ein
Gemisch von Brennstoff und Luft durch ein Bett eines
Verbrennungskatalysators geführt wird, ermöglicht es, daß
derartige Probleme gelöst werden.
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Eine Anwendung, bei der katalytische Verbrennung
wünschenswert ist, erfolgt in Gasturbinen. Bei der anfänglichen
Anlaufphase einer Gasturbine wird ein Gemisch von
Brennstoff und Luft, das z.B. mit einem Zündbrenner auf eine
Temperatur vorgeheizt wird, die üblicherweise in der
Größenordnung von 600 bis 800ºC liegt, wenn der Brennstoff
Methan oder Erdgas ist, üblicherweise bei
überatmosphärischen
Druck, z.B. bei einem Druck im Bereich von 2 bis 20
bar abs. in den Einlaß des Verbrennungskatalysatorbettes
eingespeist. Verbrennung wird an der Katalysatoroberfläche
durchgeführt, wobei bei erhöhter Temperatur ein Gasstrom
gebildet wird. Es findet eine schnelle Steigerung der
Temperatur des Katalysatorbettes bis etwa auf die
adiabatische Flammentemperatur, üblicherweise etwa 1200ºC statt,
wenn der Katalysator zündet. Der Punkt an dem dieses
stattfindet, hängt mit der Vorheiztemperatur und der
Katalysatoraktivität zusammen. Bevor die Zündung stattfindet,
steigt des Temperatur des Feststoffs exponentiell entlang
der Länge des Bettes an. Wenn der Katalysator zündet, kann
der gesamte Katalysator im wesentlichen die adiabatische
Flammentemperatur aufweisen. Die Durchschnittstemperatur
des Gasgemisches steigt durch Wärmeübertragung von dem
Feststoff auf die Gasphase allmählicher an.
Die.Gastemperatur steigt allmählich an, selbst wenn der Katalysator
gezündet ist, d.h. die Vorderseite des Katalysators die
adiabatische Flammentemperatur aufweist. Wenn die
Temperatur des Gasgemisches einen Wert, üblicherweise etwa 900ºC
erreicht, an dem die homogene Verbrennung beginnt, findet
eine schnelle Zunahme der Gastemperatur bis etwa auf die
adiabatische Flammentemperatur statt. Wenn der
Katalysatorkörper wie üblich, in Form eines Monolithen mit
hindurchführenden Kanälen, z.B. in einer Wabenkonfiguration
vorliegt, kann eine höhere Temperatur erforderlich sein, um
eine homogene, d.h. Gasphasenreaktion zu erreichen, da es
einige Hinweise gibt, die nahelegen, daß die Kanäle des
Monolithen die Gasphasenreaktionen quenchen können.
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Wenn eine Gasturbine mit katalytischer Verbrennung
betrieben wird, ist es üblicherweise wünschenswert, das
Vorheizen der Beschickung, z.B. auf die Temperatur zu
verringern, die der Auslaßtemperatur des Kompressors
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entspricht, der die Luft und den Brennstoff komprimiert,
üblicherweise etwa 300 bis 400ºC, sobald sich die
Verbrennung etabliert hat.
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Es kann dem entnommen werden, daß der Katalysator bei einer
relativ niedrigen Speisetemperatur eine katalytische
Aktivität aufweisen muß, aber auch ein Erhitzen auf relativ
hohe Temperaturen, die erheblich oberhalb von 1000ºC
liegen, aushalten muß, ohne daß die Aktivität bei niedriger
Temperatur verloren geht.
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Auch bei Betrieb einer Gasturbine unter Einsatz von
katalytischer Verbrennung muß der Katalysator nicht nur dazu in
der Lage sein, hohe Temperatur auszuhalten, sondern auch
den thermischen Schock von schnellen
Temperaturveränderungen auszuhalten, die von wiederholtem Anhalten und
Starten der Verbrennung herrühren. Gasturbinen werden
üblicherweise auch unter Einsatz von hohen
Gasflußgeschwindigkeiten betrieben. Diese Bedingungen stellen strenge
Anforderungen an die Materialien, die als Katalysator
verwendet werden können.
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Bei Verbrennungskatalysatoren, die unter weniger strengen
Bedingungen verwendet wurden, wurden üblicherweise eines
oder mehrere Metalle der Gruppe VIII und/oder deren Oxide
eingesetzt, die auf einem geeigneten hitzebeständigen
Trägermaterial aufgebracht waren. Beispiele derartiger Metalle
und Oxide, die vorgeschlagen worden sind, umfassen Metalle
der Platin-Gruppe wie Platin oder Rhodium oder deren
Gemische, oder Eisen oder Nickel in der metallischen oder
Oxidform. Wir haben gefunden, daß derartige Katalysatoren
für Anwendungen ungeeignet sind, bei denen adiabatische
Flammentemperaturen von mehr als etwa 1000ºC auftreten. Um
eine zufriedenstellende Aktivität zu erreichen, muß das
katalytisch wirksame Material daher eine große Oberfläche
aufweisen; bei den Temperaturen, die wahrscheinlich
erreicht werden, verlieren die vorstehend genannten
Katalysatoren als Ergebnis einer thermischen Sinterung, die eine
Verringerung der Oberfläche ergibt, und/oder als Ergebnis
davon, daß das aktive Material bei derartigen Temperaturen
einen merklichen Dampfdruck mit der Folge des Verlusts von
aktivem Material durch Verdampfung aufweist, insbesondere
wenn der Gasstrom eine hohe Geschwindigkeit aufweist,
schnell an Aktivität.
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In vielen Dokumenten sind oxidische Zusammensetzungen, die
bestimmte Seltenerdenoxide, d.h. die Oxide der Elemente der
Atomnr. 57 - 71, insbesondere Ceroxid enthalten, zur
katalytischen Verbrennung vorgeschlagen wurden, aber diese
Zusammensetzungen enthalten im allgemeinen ebenfalls
Metalle der Gruppe VIII als aktive Komponente und sind so bei
Anwendungen ungeeignet, bei denen das Metall der Gruppe
VIII oder dessen Oxid dazu neigt, zu sintern und/oder zu
verdampfen.
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Die Seltenerdenoxide, Ceroxid, Terbiumoxid und
Praseodymiumoxid sind ionische Oxide mit Fluorit-Struktur:
diese Klasse von Oxiden umfaßt auch stabilisiertes
Zirkoniumoxid und Hafniumoxid. Ceroxid, Terbiumoxid und
Praseodymiumoxid haben defekte Strukturen und es kann
angenommen werden, daß sie einen Sauerstoffmangel
aufweisen, wobei Terbiumoxid und Praseodymiumoxid einen
größeren Sauerstoffmangel aufweisen als Ceroxid. Es wird
angenommen, daß Materialien mit einem Sauerstoffmangel eine
katalytische Aktivität bewirken, obwohl Ceroxid selbst nur
eine geringe katalytische Verbrennungsaktivität aufweist.
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Für die Verwendung als Katalysator ist die Oberfläche ein
wichtiger Parameter, wobei eine große Oberfläche notwendig
ist. Materialien mit großer Oberfläche können z.B. durch
vorsichtige Verdampfung einer Lösung der entsprechenden
Nitrate oder durch Ausfällung des Oxides oder einer
Vorstufe davon, erhalten werden. Das Aussetzen oxidischer
Materialien mit einer großen Oberfläche und einem hohem
Grad an Sauerstoffmangel an hohe Temperaturen bewirkt ein
Sintern und in der Folge einen Verlust an Oberfläche und
katalytischer Aktivität. Als Ergebnis davon sind die
Fluoritoxide mit größerem Oxidmangel, Praseodymiumoxid und
Terbiumoxid selbst nicht als Verbrennungskatalysatoren
geeignet.
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Gewisse ionische Oxidzusammensetzungen mit Fluoritstruktur,
die zwei oder mehr Oxide von Elementen enthalten, die aus
der Gruppe IIIa (einschließlich der Seltenenerden) oder der
Gruppe IVA des Periodensystems (wie in der UK "Abridgements
of Patent Specifications" veröffentlicht) ausgewählt wurden
und die eines oder mehrere Sauerstoffmangeloxide umfassen,
ergeben Katalysatoren, die eine erheblich gesteigerte
Aktivität aufweisen und die eine angemessene Oberfläche
beibehalten nachdem sie hohen Temperaturen ausgesetzt wurden.
Andere Katalysatoren, die Gemische von Oxiden von Elementen
der Gruppe IIIa und/oder Gruppe IVA umfassen, und die ein
Sauerstoffmangeloxid enthalten, und die bei einer hohen
Temperatur eine gute Stabilität aufweisen, werden
nachstehend beschrieben.
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Die Aktivität bei tiefer Temperatur ist bei derartigen
Katalysatoren jedoch in einigen Fällen nicht angemessen und
ihre Verwendung macht so den Einsatz von relativ hohen
Einspeisungstemperaturen notwendig.
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Wir haben nun festgestellt, daß gewisse Oxide der Gruppe
VIII, die eine relativ gute Aktivität bei tiefer Temperatur
aufweisen&sub1; eine sich selbst beschränkende Fähigkeit
aufweisen, und zusammen mit den vorstehend genannten
Zusammensetzungen verwendet werden, die eines oder mehrere
Sauerstoffmangeloxide enthalten, um ein brauchbares
Katalysatorsystem zu ergeben.
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Es wird daher angenommen, daß die aktiven Spezies von
palladium- und kobalthaltigen Verbrennungskatalysatoren
Palladiummonoxid (PdO) bzw. Kobalt(II,III)-oxid (00304)
sind. Wenn sie einer ausreichend hohen Temperatur, etwa
800ºC im Fall von Palladiummonoxid, und etwa 920ºC im Fall
von Kobalt(II,III)-oxid unterworfen werden, verlieren diese
Oxide ein Sauerstoffatom, so daß metallisches Palladium
bzw. Kobaltoxid (CoO) entsteht. Durch Auswahl von
geeigneten Katalysatorträgern kann es möglich sein, diese
Temperaturen zu steigern. Gemäß den Phasendiagrammen wird so
kein freies Palladium gebildet, bis die Temperatur 1050ºC.
übersteigt, wenn seltene Erden wie Neodymiumoxid oder
Lanthan(III)-oxid als Träger für Palladiummonoxid verwendet
werden. Es wird angenommen, daß die Aktivität der
katalytischen Verbrennung von Palladiummetall und Kobaltoxid
wesentlich geringer ist als die der entsprechenden oxidierten
Spezies. Wenn die Temperatur des Katalysators die
vorstehend genannte Zersetzungstemperatur erreicht, nimmt so die
Geschwindigkeit der Zunahme der katalytischen Aktivität mit
zunehmender Temperatur ab und es kann bei Temperaturen
oberhalb dieses Grades keine Verbrennung mehr aufrecht
erhalten werden. Wenn die Temperatur erheblich unter die
Zersetzungstemperatur fällt, reagieren die inaktiven
Spezies mit dem sauerstoffhaltigen Gas, was wieder zu den
katalytisch aktiven Spezies führt.
Verbrennungskatalysatoren, die Palladiummonoxid oder Kobalt(II, III)-oxid
enthalten, können folglich in dem Sinne selbstbeschränkend
gemacht werden, daß die Temperatur des Katalysators bei
Verwendung nicht wesentlich über die genannte
Zersetzungstemperatur steigen wird.
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In der vorliegenden Erfindung wird diese
selbstbeschränkende Fähigkeit von Palladiummonoxid- oder Kobalt(II,III)-
oxid-Verbrennungskatalysatoren verwendet, um eine
Verbrennung eines Teils eines Brennstoffs bei tiefer
Temperatur zu bewirken, wodurch ein heißes, teilweise
verbranntes Gemisch entsteht. Die Verbrennung dieses teilweise
verbrannten Gemisches kann dann unter Verwendung eines
vorstehend beschriebenen Sauerstoffmangelkatalysators
fortgeführt werden.
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In der EP-A-144 094 wird.ein Verfahren zur Verbrennung
eines brennbaren Gemisches beschrieben, das einen
Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas enthält, umfassend
Hindurchführen von mindestens einem Teil des brennbaren
Gemisches bei einer erhöhten Speisetemperatur durch einen
ersten Verbrennungskatalysatorkörper, wobei der Katalysator
Palladiummonoxid und/oder Kobalt(II,III)-oxid umfaßt, wobei
darin eine Verbrennung eines Teils des genannten brennbaren
Gemisches durchgeführt wird, wodurch ein heißes, teilweise
verbranntes Gemisch entsteht, und dann Hindurchführen des
genannten heißen, teilweise verbrannten Gemisches, zusammen
mit dem Rest, wenn vorhanden, des genannten brennbaren
Gemisches durch einen zweiten
Verbrennungskatalysatorkörper. Die vorliegende Erfindung betrifft ein derartiges
Verfahren, wobei der Katalysator des zweiten
Katalysatorkörpers im wesentlichen frei von Elementen der Gruppe VIII
des Periodensystems oder deren Verbindungen ist und ein
inniges Gemisch von Oxiden von mindestens zwei Elementen,
ausgewählt aus den Gruppen IIIa und IVA des Periodensystems
umfaßt, wobei mindestens eines der Oxide Sauerstoffmangel
aufweist.
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In der vorliegenden Erfindung sollte die erhöhte
Speisetemperatur ausreichen, daß die Verbrennung des brennbaren
Gemisches in dem ersten Verbrennungskatalysatorkörper
aufrecht erhalten wird, und sie liegt vorzugsweise im
Bereich von 250 bis 450ºC. Ein Teil des brennbaren
Gemisches kann am ersten Verbrennungskatalysatorkörper
vorbeigeführt werden, wobei zum Beispiel eine Umlenkvorrichtung
wie in der EP-A-491 481 beschrieben, verwendet wird. Die
Größe des ersten Katalysatorkörpers und das Verhältnis der
dadurch hindurchtretenden brennbaren Mischung sollte
ausreichen, um sicherzustellen, daß das heiße, teilweise
verbrannte Gemisch, das mit irgendeiner brennbaren Mischung
gemischt wurde, die an dem ersten Katalysatorkörper
vorbeigeführt worden ist, eine dafür ausreichende Temperatur
aufweist, daß die Verbrennung in dem zweiten
Katalysatorkörper aufrecht erhalten werden kann.
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Der zweite Katalysatorkörper, d.h. derjenige, der ein
Sauerstoffmangeloxid enthält, weist vorzugsweise die in der
EP-A-472 307 beschriebene Zusammensetzung auf. Vorzugsweise
enthält er von der Gesamtanzahl der vorhandenen Atome der
Elemente der Gruppen IIIa und IVA a) eine Gesamtmenge von
mindestens 60 % von Atomen von mindestens einem Element,
ausgewählt aus Cer, Zirkonium und Hafnium und b) eine
Gesamtmenge von mindestens 5 % von Atomen von mindestens
einem anderen Element der Gruppe IIIa als Cer; mit der
Maßgabe, daß eine Gesamtmenge von mindestens 5 % Atome von
mindestens einem Element mit variabler Valenz, ausgewählt
aus Titan, Cer, Praseodymium und Terbium sind; und daß die
vorhandenen Elemente Titan und mindestens ein Element der
Gruppe IIIa oder mindestens zwei Elemente der Gruppe IIIa
umfassen; und die Gesamtmenge von jeglichem Cer und
jeglichem Atom der Gruppe IIIa mit nicht-variabler Valenz
mindestens 5 % beträgt.
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Sauerstoffmangel-Katalysatoren mit Fluorit-Struktur
umfassen vorzugsweise ein inniges Gemisch von a) Ceroxid, b)
Praseodymiumoxid und/oder Terbiumoxid und vorzugsweise
ebenfalls c) Lanthan(III)oxid. Bei bevorzugten
Zusammensetzungen liegen etwa 0,5 bis 2,5 Lanthanatome für jedes
vorhandene Praseodymium- und Terbiumatom vor.
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Andere Katalysatoren mit einer guten Aktivität bei hoher
Temperatur, wenn auch in einigen Fällen mit einer
geringeren Aktivität bei niedriger Temperatur als die vorstehend
erwähnten Katalysatoren auf Ceroxid-Basis, umfassen ein
inniges Gemisch von Oxiden von Praseodymium, mindestens
einem Element der Gruppe IIIa mit nicht-variabler Valenz
und gegebenenfalls Zirkonium, wobei die Zusammensetzung
eine Gesamtmenge von 10 bis 50 % Praseodymiumatome, 0 bis
45 % Zirkoniumatome und 20 - 90 % der genannten Atome der
Gruppe IIIa mit nicht-variabler Valenz enthält&sub1; wobei die
Prozentsätze auf der Gesamtzahl von Praseodymium, Zirkonium
und Atomen der Gruppe IIIa mit nicht-variabler Valenz in
dem genannten innigen Gemisch bezogen sind.
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Das innige Gemisch ist vorzugsweise im wesentlichen frei
von anderen Elementen, z.B. Elementen der Gruppe VIII oder
deren Verbindungen, da derartige Verbindungen dazu neigen,
daß ihnen bei hohen Temperaturen Stabilität fehlt.
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Der Katalysator des zweiten Katalysatorkörpers kann
Zirkonium-frei sein, in welchem Fall der Anteil an Atomen
der Gruppe IIIA mit nicht-variabler Valenz 50 bis 90 % der
Gesamtmenge von Praseodymium und Atomen der Gruppe IIIa mit
nicht-variabler Valenz ausmachen, oder er kann
Zirkoniumoxid enthalten: vorzugsweise enthalten die
Zusammensetzungen Zirkoniumoxid in einer derartigen Menge, daß die
Zirkoniumatome mindestens 5 % der Gesamtmenge an
Praseodymium, Zirkonium und Atomen der Gruppe IIIa mit
nicht-variabler Valenz ausmachen. Vorzugsweise beträgt der
Anteil an Zirkoniumatomen weniger als 30 % und der Anteil
an Atomen der Gruppe IIIa mit nicht-variabler Valenz
beträgt mindestens 40% der Gesamtzahl der Zirkonium-,
Praseodymium- und Atome der Gruppe IIIa mit nicht-variabler
Valenz.
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Die Atome der Gruppe IIIa mit nicht-variabler Valenz können
ausgewählt werden aus Scandium, Yttrium und anderen
Seltenerden-Elementen als Praseodymium, Terbium und Cer.
Bevorzugte Elemente der Gruppe IIIa mit nicht-variabler
Valenz sind Yttrium, Lanthan und Neodymium. Gemische
derartiger Elemente der Gruppe IIIa mit nicht-variabler Valenz
können verwendet werden. Während die Gegenwart von
Elementen der Gruppe IIIa mit variabler Valenz wie Cer und
Terbium vorzugsweise vermieden wird, schließen wir die
Gegenwart von geringen Mengen von derartigen Elementen der
Gruppe IIIa mit variabler Valenz nicht aus. Der Anteil an
anderen Elementen der Gruppe IIIa mit variabler Valenz als
Praseodymium beträgt vorzugsweise weniger als 5 % der
Gesamtmenge von Zirkonium- und Atomen der Elemente der Gruppe
IIIa (einschließlich Praseodymium) in der Zusammensetzung.
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Die Katalysatoren werden im allgemeinen auf einem Träger
verlangt: Ein geeigneter hitzebeständiger Träger, z.B.
Aluminiumoxid, Mullit, oder Siliciumcarbid, vorzugsweise in
Form einer Wabe, mit einer Vielzahl von Durchlässen,
vorzugsweise mindestens 25 Durchlässen pro cm² der
Wabenquerschnittsfläche können mit einer Aufschlämmung der
Katalysatorzusammensetzung
beschichtet werden, gefolgt von
Brennen, um eine haftende Beschichtung zu bilden. In
alternativer Weise kann der Katalysator selbst z.B. durch
Extrusion zu einer Wabenstruktur durch das in der GB-A-1 385 907
beschriebene Verfahren, insbesondere unter Verwendung der
in der EP-A-134 138 beschriebenen Technik zu der
gewünschten Gestalt geformt werden. Um einen Katalysator
bereitzustellen, der gegenüber dem thermischen Schock beständig
ist, der wahrscheinlich bei einigen Anwendungen der
katalytischen Verbrennung z.B. bei Gasturbinen vorkommen wird, wo
der Katalysator in selbsttragender Form verwendet werden
muß, wird es bevorzugt, daß er in Form eines keramischen
Schaums, z.B. durch die in den GB-A-1 537 549 und
GB-A-2 027 688 beschriebenen Verfahren hergestellt wird. In
alternativer Weise kann der Katalysator eine Beschichtung
auf einem derartigen Schaum sein, der aus einem geeigneten
Trägermaterial hergestellt wurde. Im Falle des
Palladiumoxid- oder Kobaltoxid-Katalysators wird der hitzebeständige
Träger im allgemeinen einen zweiten Träger aus einer
oxidischen Zwischenschicht mit einer großen Oberfläche, z.B.
Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder ein Oxid einer Seltenen
Erde aufweisen von der wiederum der Palladium- oder
Kobaltoxid-Katalysator getragen wird.
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In der vorliegenden Erfindung werden die Katalysatoren
vorzugsweise so angeordnet, daß der Palladiumoxid- oder
Kobaltoxid-Katalysator im allgemeinen keiner Temperatur
oberhalb von etwa 980ºC unterworfen werden wird, so daß der
Verlust an Metall der Gruppe VIII durch Sintern und/oder
Verdampfen minimiert wird.
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Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden
Beispiele erläutert.
Beispiel 1
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In einer Reihe von Versuchen wurde die
Geschwindigkeitskonstante der Verbrennung von Methan mit Luft bei
Atmosphärendruck für einen Katalysator bestimmt, der aus
Palladiumoxid auf Aluminiumoxid besteht. Der Palladium-
Gehalt betrug 0,5 Gew.-% (ausgedrückt als Metall). Wie
erwartet, nahm die beobachtete Geschwindigkeitskonstante
zu, wenn die Temperatur auf etwa 600ºC anstieg. Wenn die
-Temperatur von etwa 600ºC auf 680ºC weiter erhöht wurde,
blieb die gemessene Geschwindigkeitskonstante im
wesentlichen konstant. Wenn die Temperatur noch weiter erhöht
wurde, nahm die gemessene Geschwindigkeitskonstante ab, bis
die Temperatur etwa 800ºC erreichte, worauf sie wieder
anfing, mit der Temperatur zu steigen. Die Aktivität nahm
jedoch nachfolgend wahrscheinlich durch Sintern und
Verdampfen des Palladiums ab, wenn die Temperatur weiter
gesteigert wurde. Berechnungen aus Dampfdruckdaten von
Palladium zeigen so, daß das gesamte vorstehende Palladium
bei einer Temperatur von 1000ºC in etwa 3 bis 4 Monaten
durch Verdampfung verloren ginge. Wenn auch der Einfluß des
Rundungshalbmessers der Palladium-Teilchen auf die
Verlustgeschwindigkeit durch Verdampfung mit berücksichtigt wird,
würden die kleineren Teilchen, d.h. diejenigen, die pro
Einheitsgewicht die größte. Oberfläche und daher die größte
katalytische Aktivität pro Einheitsgewicht aufweisen,
erheblich schneller verdampfen und/oder sintern..
Beispiel 2
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Die Geschwindigkeitskonstante wurde auch für die
Verbrennung von Methan mit Luft bei Atmosphärendruck für einen
Katalysator bestimmt, der aus einer Ceroxid/Lathan(III)-
oxid/Praseodymiumoxid-Zusammensetzung mit Atomverhältnissen
von Ce 81,1 : La 10,2 : Pr 8,7 bestand. Die
Geschwindigkeitskonstante nahm stetig zu, wenn die Temperatur
gesteigert wurde. Bei Temperaturen oberhalb von 960ºC war die
Geschwindigkeitskonstante größer als die des vorstehend
beschriebenen Palladium-Katalysators bei der gleichen
Temperatur.
Beispiel 3
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Es ist daher aus den vorstehenden Beispielen klar, daß ein
Katalysatorsystem erfunden werden konnte, bei dem die
Verbrennung zuerst unter Verwendung des
Palladium-Katalysators und dann mit dem Selten Erden-Katalysator bewirkt
wird. Eine Anordnung, bei der der Selten Erden-Katalysator
verwendet wird, wenn die Katalysatortemperatur die
Temperatur übersteigt, bei der der Selten Erden-Katalysator
aktiver ist als der Palladium-Katalysator, wird nachstehend
beschrieben.
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Ein erster Katalysatorkörper wird in Form einer
Aluminiumoxidwabe hergestellt, die eine Aluminiumoxidzwischenschicht
aufweist, die mit einer bei Erhitzen zu Palladiumoxid
zersetzbaren Palladium-Verbindung imprägniert ist. Die Menge
der Palladium-Verbindung entspricht einem Gesamtpalladium-
Gehalt von 0,5 Gew.-% der Wabe. Die Wabe hat Durchlässe von
dreieckiger Konfiguration und eine Wandstärke der
Durchlässe von 0,3 mm. Die Durchlässe weisen eine derartige
Größe auf, daß pro cm² des Wabenquerschnittes 28 Durchlässe
vorhanden sind. Die Wabe hat eine Länge von 60 mm. Ein
zweiter Katalysatorkörper wird hinter dem ersten
Katalysatorkörper angeordnet. Der zweite Katalysatorkörper liegt
in Form einer Wabe mit einer ähnlichen Konfiguration aber
mit einer Länge von 90 mm vor. Der aktive Katalysator des
zweiten Katalysatorkörpers ist die vorstehend erwähnte
Ceroxid/Lantan(III)-oxid/Praseodymiumoxid-Zusammensetzung.
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Es ist berechnet worden, daß, wenn ein Erdgas/Luf tgemisch
von einer Zusammensetzung, die eine adiabatische
Flammentemperatur von 1200ºC ergibt, bei einem Druck von 10 bar
abs. bei einer Geschwindigkeit von 50 kg/m² des
Querschnitts der Wabe und bei einer Einlaßtemperatur von 350ºC
durch den ersten Katalysatorkörper und dann durch den
zweiten Katalysatorkörper hindurchgeführt wird, der Katalysator
und das Gas die folgenden Temperaturen aufweisen werden:
Abstand (mm) von der Vorderseite des ersten Katalysatorkörpers
Temperatur (ºC)
Katalysator
Gas