DE69315619T2 - Flammensperrendes und dunstabsorbierendes System - Google Patents
Flammensperrendes und dunstabsorbierendes SystemInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf katalytische Anordnungen für die oxidative Behandlung oder Neutral isierung von Rauchgasen, einschließlich von mit Aerosolen belastetem Rauch, Dampf oder Dunst, der beim Kochen von Nahrungsmitteln und dabei speziell beim Braten oder Grillen von Fleisch und dergleichen entsteht und der begleitet ist von einer durch Fett gespeisten oder genährten Flammenbildung usw.
- Der Stand der Technik ist voll mit katalytischen Konvertern und Oxidationseinheiten, die generell für geschlossene Kochherde, Öfen oder dergleichen vorgeschlagen werden, und zwar einschließlich für die "pyrolytische" Selbstreinigung, wie z.B. in den US-Patenten Nr. 3, 428,435; 3, 536,457 und 3,962,561.
- Bei Öfen oder Herden mit Abzügen, wurde zusätzlich zur Verwendung von katalytischen Konvertern, die im Ofen angeordnet sind, auch vorgeschlagen, zwischen dem Koch-Produkt und einer porösen katalytischen Konverter-Schicht(en) im Abzug eine heiße, erste poröse Schicht aus Metall oder Keramik vorzusehen, die die Öldämpfe und auch tropfenartige Bestandteile aufnimmt, die beim Kochen erzeugt und an den Abzug durch den Druck des Ventilators geführt werden, wobei es den Anschein hat, daß eine solche erste Schicht die Ablagerung derartiger Bestandteile bewirkt, wie dies beispielsweise in dem US Patent Nr. 4,113,439 beschrieben ist, wobei aber eine ungleichförmige Verteilung der Öldämpfe über die nachfolgende katalytische Einheit erfolgt.
- Derartige und auch ähnliche Konverter haben aber die Probleme hinsichtlich der Abgabe und Freisetzung von Umwelt-Emissionen bei verschiedenen Typen von Apparaten und Geräten während der Betriebszeit nicht zufriedenstellend gelöst, wie sie beispielsweise in Brateinrichtungen mit Fördereinrichtungen für sogenannte "Fast-Food- Restaurants" usw. verwendet werden. In solchen Einrichtungen werden aufeinanderfolgende Bestellungen von Fleisch und Geflügel gebraten oder gegrillt, und zwar in einer kontinuierlichen Produktionslinie, wie z.B. Hamburger, Hänchenteile und ähnliche Nahrungsmittel, und zwar in einer Vorrichtungen des Typs, wie er beispielsweise in dem US-Patent Nr. 3,646,878 beschrieben ist. Eine solche Konverter- Vorrichtung unterliegt erheblichen Umweltemissionsauflagen, und zwar hinsichtlich der erforderlichen Reinigung und Freisetzung von Koch- oder Bratabgasen, wozu auch das schnelle Unwirksamwerden der katalysatischen Konverter durch Komponenten in den Kochabgasen verhindert werden muß. Die Emissionen beispielsweise beim Braten von fetten Hamburgern und dergleichen enthalten Kohlen-Monoxide, organische Dämpfe, Aerosole und ölige Fette, Proteine und/oder Kohlenwassestoffe als Umweltbelastungen, die auch Gesundheitsgefahren und Feuergefahren darstellen.
- In der gegenwärtigen Praxis werden diese Probleme dadurch gemindert, daß der Rauch oder Dunst in einer großen Menge von Luft aufgelöst wird, die mit Hilfe von Gebläsen in und durch Küchen geblasen und durch Abzüge und Kamine an die Umgebung abgegeben wird, was allerdings ein kostenintensives Erhitzen und Kühlen der Lufthandhabungs- oder Förderei n richtung erfordert. Eine derartige Vorgehensweise verhindert aber u.a. auch nicht die Kondensation und die Ausbildung von Aerosolen in den Abzügen und Kaminen, sondern bewirkt, daß der gleiche Anteil an Luftverschmutzungen, einschließlich von belasteten Gerüchen vom Gebäudeinneren nach außen gefördert wird.
- Abgas- oder Entlüftungskanäle wurden ebenfalls bereits vorgeschlagen, und zwar versehen mit einem kleinen Katalysator bestehend aus einer wabenartigen Keramik und einem erhitzbaren (600ºC) Edelmetall als Katalysator, um die Kochdämpfe zu verbrennen, und zwar zu Wasserdampf und Kohlendioxid, wie dies beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,516,486 beschrieben ist. Katalytische Strukturen dieser Art sind auch in den US-Patenten Nr. 4,102,819 und 4,900,712 des gemeinsamen Rechtsnachfolgers beschrieben. Ein übliches Merkmal beim Stand der Technik war in der Tat das trichterartige Zusammenführen des Koch-Rauches oder -Dunstes von einem großen, vollständig eingeschlossenem Kochbereich an einen kleinen Katalysator. Die Notwendigkeit hierfür ergab sich von der sporadischen, nicht gleichförmigen Rauchfreisetzung mit praktisch nicht kontrollierbaren Spitzen, die beispielsweise beim Grillen vom unregelmäßigen Aufflammen beim Einstreichen oder Einfetten herrühren. Wie in dem vorstehend erwähnten Patent Nr. 4,113,439 ausgeführt ist, ist im Gegensatz hierzu eine effiziente Arbeitsweise der katalytischen Einheit ein gleichförmiger Fluß von flüchtigen und vorzugsweise aerosolfreien Kontaminationen notwendig, um möglichst vollständige katalytische Oxidationseffekte zu erreichen. Typischerweise erforderte dies ein aufwendiges System, welches eine geschlossene komplexe Kochvorrichtung beinhaltet, die mit Gebläsen und/oder Hitzeverteilern oder aber zusätzliche Heizeinrichtungen versehen ist, wie dies oben beschrieben wurde. Unabhängig von den Kosten sind solche Systeme aber nicht wirklich verwendbar für die Benutzung in existierenden, an der Oberseite offenen Brat- oder Grilleinrichtungen, wie sie allgemein unter Dunst-Abzügen in Restaurants verwendet werden, zusätzlich bedingen diese Systeme unerwünschte Änderungen in der Hitzeverteilung, was die Qualität der Nahrung nachteilig beeinflußt, wodurch derartige Systeme daher kontraproduktiv sind.
- Während das vorstehend erwähnte Konzept eines ersten, heißen und porösen Schirms oder Gitters mit niedrigem Druck aus Metall oder Keramik zum Abfangen und Verteilen der Öldämpfe über die nachfolgende katalytische Einheit in der Tat brauchbar ist bei Holzkohlen-Brat- oder Grilleinrichtungen oder ähnlichen Brat- oder Grilleinrichtungen mit einer Transportlinie, auf die sich die vorliegende Erfindung hauptsächlich bezieht, kann dieses Gitter selbst nicht den darauffolgend position ierten Katalysator davor schützen, daß er durch fein verteilte Reste anorganische Bestandteile vergiftet oder geschädigt wird, die hauptsächlich Salze (z.B. Natriumchlorid oder Kaliumchlorid) und Phosphoroxide enthalten, die aus der Zersetzung von Phosphatiden oder Phospholipoiden herrühren, im Rauch oder Dunst mitgeführt und zumindest teilweise auf dem Katalysator abgelagert werden.
- Für die Lösung dieses Problems und verwandter Probleme speziell auch bei Brat- oder Grillvorrichtungen mit Transportlinien und ähnlichen Brat- oder Grillvorrichtungen und dergleichen, auf die sich die Verbesserungen der vorliegenden Erfindung hauptsächlich beziehen, wurde erkannt, daß dann, wenn ein derartiger erster Dispensions-Schirm oder ein derartiges Dispensions-Gitter nicht nur aus Metall oder Keramik besteht, sondern in geeigneter Weise beschichtet ist und auch so dimensioniert ist, daß es im wesentlichen den gesamten Brat- oder Grillbereich überdeckt, beispielsweise bis ungefähr 3/4 bis 1 ¼ des Grillbereichs, kann dieses Gitter gleichzeitig dazu dienen, um derartige zerstörende bzw. nachteilige anorganische Substanzen zu absorbieren und einzufangen, und zwar ohne die Funktionen des Abscheidens, Sperrens und des Verteilens von Öldampf oder Rauch und Flammen zu stören, und um dabei eine Beeinträchtigung oder Beschädigung des Katalysators stark zu reduzieren und die Lebensdauer des Katalysators zu vergrößern.
- Es ist daher ein Aspekt der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren sowie eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Absorbieren von anorganischen Partikeln in einem Grill- oder Bratrauch oder -Dampf bzw. -Dunst aufzuzeigen, und zwar durch einen neuartigen anhaftenden Überzug, der auf ein offenporiges metallisches Flammen- Rückhaltegitter oder Filter aufgebracht ist, welches mit einem geeigneten Überzug versehen ist und zwischen dem Brat- und Grillbereich und einem Katalysator zur Rauchoxidation angeordnet ist und welches mit seinen Abmessungen weit den Grill- oder Bratbereich überdeckt.
- Ein weiterer Aspekt ist es, ein neuartiges dünnes Niederdruckfilter bzw. mit niedrigem Differenzdruck arbeitendes Filter aufzuzeigen, welches aus einem offenporigen metallischen Flammen rückhaltegitter gebildet ist, welches einen derart stark anhaftenden Überzug trägt, der von einem Adsorbens für anorganische Oxide mit großer Oberfläche und aus einem anorganischen Binder für dieses Adsorbens gebildet ist.
- Andere und weitere Aspekte werden nachstehend und mehr im Detail dargelegt in den beigefügten Ansprüchen.
- Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen ein Flammen sperrendes und Rauch und/oder Dunst adsorbierendes für die katalytische Oxidation von organischen Verunreinigungen und die Adsorption von anorganischen Verunreinigungen, die am Brat- oder Grillbereich einer Brat- oder Grillvorrichtung insbesondere für fette Nahrungsmittel erzeugt werden, mit einer katalytischen Einheit für die Oxidation, mit einem metallischen offenporigen Nieder-Druck-Filtergitter, welches zwischen dem Brat- oder Grillbereich der Brat- oder Grillvorrichtung und der katalytischen Einheit angeordnet ist, und mit einem Überzug auf dem Filtergitter, wobei der Überzug ein Adsorptionsmittel für anorganisches Material mit einer großen Oberlfäche ist und auf dem Filtergitter durch einen anorganischen Binder befestigt ist, wodurch Salz, Phosphor und andere den Katalysator schädigende Verbindungen durch das Adsorptionsmittel bzw. Adsorbens für anorganisches Material adsorbiert werden.
- Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur katalytischen Beseitigung von Emissionen, die beim Braten oder Grillen erzeugt werden, gekennzeichnet durch Einschließen der Flammen oder Fett-Flammen der Brat- oder Grillvorrichtung und durch gleichzeitiges Konditionieren oder Vorbereiten der Emissionen der Brat- oder Grillvorrichtung für eine nachfolgende katalytische Oxidation der flüchtigen organischen und im Rauch und Dunst enthaltenen Verunreinigungen durch einen Katalysator, und zwar durch Aufschlagen der Brat- oder Grillflammen und - emissionen vor dem Erreichen des Katalysators auf ein dünnes, die Flammen zurückhaltendes poröses Filter mit geringem Druckabfall, welches den Brat- oder Grillbereich im wesentlichen vollständig überdeckt, und durch Adsorbieren von Salz, Phosphor und anderen für den Katalysator schädlichen Komponenten der Emissionen an einem Überzug auf dem Filter, der (Überzug) von einem Adsorptionsmittel bzw. Adsorbens für anorganische Oxide mit großer Oberfläche gebildet ist, welches an dem Filter durch einen anorganischen Binder gehalten ist.
- Da die Erfindung zum großen Teil auf der Erkenntnis des synergetischen Effekts der Verhinderung einer Beeinträchtigung bzw. Schädigung des Katalysators durch Adsorbtion mit Hilfe eines geeigneten chemischen Überzugs auf dem porösem Filter für die Flammensperrung und für die Dispersion des Kochöls und Rauches beruht und da die Effekte einer solchen chemischen Adsorbtion nicht wirklich in einer Zeichnung dargestellt werden können, werden keine Zeichnungen vorgelegt; es wird vielmehr davon ausgegangen, daß die Erfindung durch eine Beschreibung mit Worten in ausreichendem Maße illustriert werden kann. Speziell beinhaltet die Erfindung aber das Aufbringen eines Überzugs mit Hilfe eines anorganischen Bindemittels auf ein poröses metallisches oder ähnliches Substrat als Gitter oder Schirm zur Flammensperrung und zur Dispersion, wie beispielsweise ein offenporiges Gitter oder ein expandierter Metallstreifen oder Streckmetall oder dergleichen, wobei ein fest anhaftender Überzug eine anorganische Oxid-Komponente mit großer Oberfläche, wie beispielsweise Aluminium-Oxid oder Zeolit enthält, die geeignet ist, selbst kleine Anteile von fein verteilten oder partikelartigen Salzen und Phosphorverbindungen zu adsorbieren und zurückzuhalten, die in den heißen Brat- oder Grillemissionen enthalten sind, wenn diese zusammengeführt werden oder in anderer Weise von dem Grill- oder Bratbereich nach oben durch das poröse Flammenrückhalt- oder Verteilerelement zu und durch eine katalytische Oxidationseinrichtung geführt werden, und zwar an die äußere Umgebung, wie dies in den vorstehend genannten Patenten beschrieben ist.
- Das folgende Beispiel illustriert ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines solchen neuartigen, beschichteten Flammen rückhalt- und Adsorptions-Gitter gemäß der Erfindung. Es versteht sich, daß Fachleute im Bereich der Metallbeschichtung auch andere Verfahren anwenden können, ohne daß dies aus dem Schutzumfang der Erfindung führt.
- Ein Streckmetallgitter 304 aus rostfreiem Stahl (8 mesh und 203,2 × 609,6 mm (18" × 24") in der Größe) wird etwa eine Stunde lang auf eine erhöhte Temperatur von etwa 700ºC in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt. Das Gitter wird dann etwa eine Minute lang in 10 000ml eines im wesentlichen elektrolytfreiem wässrigen Breis eingetaucht, der 500g/l Gamma-Aluminium-Oxid (200m²/g) und ungefähr 75g/l kolloldal dispergiertes Zerdioxid enthält, und zwar ähnlich wie, aber für einen unterschiedlichen Zweck, als dies im US-Patent Nr. 4,900,712 des gemeinsamen Rechtsnachfolgers beschrieben ist. Dieser Schirm bzw. dieses Gitter wird dann aus dem Brei herausgenommen und überschüssiger Brei innerhalb der Poren des Schirmes wird durch Abblasen mit Druckluft entfernt. Der beschichtete Schirm wird dann etwa drei Stunden bei 550ºC erhitzt, wobei der Überzug stabilisiert wird und fest an dem Schirm haftet. Dieser Prozeß wird zweimal wiederholt. Der abschließende, aktive Überzug macht dann ungefähr 5 Gewichtsprozent des ursprünglichen Gewichtes des Gitters aus.
- Während das Aluminiumbeschichtungsmaterial und der Zer-Binder bevorzugte Komponenten der Filterbeschichtung sind, sind auch andere anorganische Oxid- Adsorbens, speziell Silizium-Zeolite, sowie andere Binder, wie z.B. Zirkonoxid, Titanoxid, ebenfalls für die Zwecke der Erfindung geeignet.
- Bei dem Verfahren des Aufbringens bzw. Bondens des Adsorbens auf dem Gitter bei hohen Temperaturen und ausgedehnten Zeitperioden, wird die Oberfläche wesentlich reduziert. Im Falle von Aluminiumoxid, welches beispielsweise eine Oberfläche von ca. 200m²/g aufweist, wenn es im Brei suspendiert ist, wird der Oberflächenbereich um den Faktor 5 bis 10 reduziert, und zwar nach der Fertigstellung des Bonding-Prozesses bei hohen Temperaturen. Es wurde in überraschender Weise aber festgestellt, daß das Aluminium-Oxid dennoch seine Eigenschaft zur Adsorbierung von Salzen und Phosphorkomponenten beibehalten hat.
- Es wird nunmehr die Nützlichkeit und Brauchbarkeit des beschichteten Flammen- Rückhalte-Gitters und -Adsorbens gemäß der Erfindung betrachtet, und zwar bei der Verwendung zwischen dem Brat- und Grillbereich und der katalytischen Oxidationseinheit in dem Abzugweg, wobei festgestellt wurde, daß die Reduzierung gegen eine Vergiftung bzw. Schädigung des Katalysators beachtlich ist und die Lebensdauer des üblichen Edelmetalls des Katalysators verlängert wird, und zwar zwischen dem Drei- bis Zehnfachem der Lebensdauer, die mit einem unbeschichteten Schirm oder Gitter erreicht werden konnte, wie es in dem vorstehend genannten US Patent Nr. 4,113,439 beschrieben ist. Wenn das beschichtete Gitter nach 500 bis 1000 Betriebsstunden analysiert wurde, konnte die Anwesenheit von adsorbiertem Salz (NaCl) und Phosphoroxiden auf der Beschichtung in der Tat festgestellt werden.
- In der Praxis kann das Filter durch Waschen regeneriert werden, und zwar einschließlich der Entfernung der Phosphor enthaltenden Oxide beispielsweise durch Verwendung einer alkalischen Lösung, wodurch das spätere Durchbrechen dieses irreversiblen Katalysatorgiftes minimiert wird. Alternativ kann beim Entfernen der Salze durch Waschen mit Wasser das verbrauchte Filter, welches mit anorganischen Substanzen gesättigt ist, durch erneutes Beschichten erneuert werden, und zwar einmal oder sogar zweimal in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach dem obigen Beispiel, und ohne daß die darunterliegende, anhaftende und Reste an Phosphorverbindungen aufweisende Schicht entfernt wird. Es ist offensichtlich sehr kostengünstig im Vergleich zu Austausch des mit Edelmetall beschichteten Katalysators das beschichtete Filter gemäß der Erfindung periodisch auszutauschen, und zwar speziell bei einer mehrfachen Verwendung.
- Weitere Modifikationen sind dem Fachmann erkennbar und sind in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Claims (7)
1. Ein Flammen sperrendes und Rauch und/oder Dunst absorbierendes System für die
katalytische Oxidation von organischen Verunreinigungen und die Adsorption von
anorganischen Verunreinigungen, die am Brat- oder Grillbereich einer Brat- oder
Grillvorrichtung insbesondere für fette Nahrungsmittel erzeugt werden, mit einer
katalytischen Einheit für die Oxidation, mit einem metallischen offenporigen Nieder-
Druck-Filtergitter, welches zwischen dem Brat- oder Grillbereich der Brat- oder
Grillvorrichtung und der katalytischen Einheit angeordnet ist, und mit einem Überzug
auf dem Filtergitter, wobei der Überzug ein Adsorptionsmittel für anorganisches
Material mit einer großen Oberlfäche ist und auf dem Filtergitter durch einen
anorganischen Binder befestigt ist, wodurch Salz, Phosphor und andere den
Katalysator schädigende Verbindungen durch das Adsorptionsmittel für anorganisches
Material adsorbiert werden.
2. Ein Flammen sperrendes und Rauch und/oder Dunst absorbierendes System nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergitter in seinen Abmessungen so
dimensioniert ist, daß es im wesentlichen vollständig den Brat- oder Grillbereich
überdeckt.
3. Ein Flammen sperrendes und Rauch und/oder Dunst absorbierendes System nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Einheit in den
Abmessungen so dimensioniert ist, daß sie den Abmessungen des Filtergitters
entsprechen.
4. Ein Flammen sperrendes und Rauch und/oder Dunst absorbierendes System nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel aus der
Gruppe bestehend aus Aluminium und einem Zeolit ausgewählt ist, und daß das
Bindemittel Cermetall ist.
5. Ein Flammen sperrendes und Rauch und/oder Dunst absorbierendes System nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergitter
ein offenmaschiges Gitter aus rostfreiem Stahl mit 0,89 mm (35 mil) Dicke und mit 8
Mesh ist, wobei der adsorbierende Überzug in einem Anteil zwischen 0,014 und
0,017 g/cm² (0,099 und 0,11g pro Quadratzoll) vorgesehen ist.
6. Ein Verfahren zur katalytischen Beseitigung von Emissionen, die beim Braten oder
Grillen erzeugt werden, gekennzeichnet durch Einschließen der Flammen oder Fett-
Flammen der Brat- oder Grillvorrichtung und durch gleichzeitiges Konditionieren
oder Vorbereiten der Emissionen der Brat- oder Grillvorrichtung für eine
nachfolgende katalytische Oxidation der flüchtigen organischen und im Rauch und
Dunst enthaltenen Verunreinigungen durch einen Katalysator, und zwar durch
Aufschlagen der Brat- oder Grillflammen und -emissionen vor dem Erreichen des
Katalysators auf ein dünnes, die Flammen zurückhaltendes poröses Filter mit
geringem Druckabfall, welches den Brat- oder Grillbereich im wesentlichen
vollständig überdeckt, und durch Adsorbieren von Salz, Phosphor und anderen für
den Katalysator schädlichen Komponenten der Emissionen an einem Überzug auf
dem Filter, der (Überzug) von einem Adsorptionsmittel für anorganische Oxide mit
großer Oberfläche gebildet ist, welches an dem Filter durch einen anorganischen
Binder gehalten ist.
7. Ein Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel
aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und einem Zeolit ausgewählt ist und daß
der Binder ein Cermetall ist.
Zusammenfassung
In einer katalytischen Anordnung, die eine katalytische Oxidationseinheit aufweist, die
über dem Brat- oder Grillbereich eines Grilis angeordnet ist, und zwar für die
katalytische Oxidation von dampfförmigem Brat- oder Grillrauch mit organischen
Verunreinigungen, ist ein mit niedrigem Druckverlust arbeitendes offenporiges
metallisches, die Flammen zurückhaltendes Filtergitter zwischen dem Brat- und
Grillbereich und der katalytischen Einheit angeordnet, und zwar derart, daß dieses im
wesentlichen vollständig den Brat- und Grillbereich überdeckt. Auf dem Gitter ist ein
anhaftender Überzug vorgesehen ist, der aus einem aus einem anorganischen Oxid mit
großer Oberfläche bestehenden Adsorbens und einem anorganischen Binder für das
Absorbens besteht, wobei der Überzug zum Anhaften von Salzen,
Phosphorverbindungen und anderen den Katalysator schädigenden Komponenten in
den Brat- oder Grillemissionen dient. Bevorzugte Verfahren zum Beschichten und zum
Zurückhalten der Flammen werden beschrieben.
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