DE69328314T2 - Filterschirm - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Flammen zurückhaltenden Filters für die Verwendung in katalytischen Anordnungen für die oxidative Reduzierung von Rauch, einschließlich von Aerosol enthaltenden Rauch oder Dampf, erzeugt beim Kochen oder Grillen, und dabei speziell beim Braten oder Grillen von Fleisch oder dergleichen, sowie auch verbunden mit Fett verbrennenden Flammen.
• Der Stand der Technik umfaßt zahlreiche katalytische Konverter oder Oxidationseinheiten, die generell für geschlossene Koch- oder Bratöfen und dergleichen vorgeschlagen sind, und zwar einschließlich für eine "pyrolytische" Selbstreinigung, wie z. B. in dem US-Patenten Nr. 3 428 435, 3 536 457 und 3 962 561. Bei Öfen mit Abzügen wurde zusätzlich zu der Verwendung des im Ofen angeordneten katalytischen Konverters auch vorgeschlagen, zwischen dem zu kochenden oder zu bratenden Produkt und einer porösen oxidierenden katalytischen Konverterschicht oder mehreren Schichten in den Abgaskanal eine erste heiße poröse Metall- oder Keramikschicht vorzusehen, welches den Öldampf oder Öl-Rauch sowie die Öltropfenbestandteile, die durch das Kochen erzeugt werden und unter dem Druck eines Gebläses an einen Auslaß gefördert werden, wobei diese erste Schicht offenbar dazu dient, eine Dekomposition oder Aufspaltung solcher Bestandteile zu bewirken, wie dies beispielsweise in dem US-Patent 4 113 439 beschrieben ist, wobei der Öldampf oder Rauch auch gleichmäßig über die folgende katalytische Einheit verteilt wird.
• Derartige und ähnliche Konverter oder Katalysatoren haben aber die Probleme einer dauernden Entlüftung und Ableitung von umwelt-sauberen Emissionen bei unterschiedlichen Typen von Geräten und Anlagen nicht in geeigneter Weise gelöst, die speziell auch nicht bei Fördereinrichtungen aufweisenden Brat- und Grilleinrichtungen für sogenannte "Fast-Food"-Restaurants und dergleichen. In derartigen Einrichtungen werden in einer kontinuierlichen Produktionslinie aufeinanderfolgende Bestellungen von Fleisch- oder Geflügel gegrillt oder gebraten, wie z. B. Hamburger, Hühnchenteile und ähnliche Gerichte, und zwar in einer Vorrichtung des Typs, wie er beispielsweise in dem US-Patent Nr. 3 646 878 beschrieben ist. Eine derartige Transporteinrichtung unterliegt den Erfordernissen der Emissionsgesetzgebung hinsichtlich Reinigung und Abgabe der Kochemissionen - oder Abgase, wobei gleichzeitig aber auch eine schnelle Vergiftung des katalytischen Konverters durch Komponenten der Kochabgase verhindert werden muß. Beispielsweise die Emissionen beim Braten von fetten Hamburgern und dergleichen enthalten Kohlenstoffmonoxid, organische Dämpfe, Aerosole und ölige Fette, Proteine und/oder Kohlenwasserstoffe, stellen eine Belästigung für die Umgebung und Belastung der Umwelt, der Gesundheit sowie auch eine Feuergefährdung dar.
• Die augenblickliche Praxis ist, diese Probleme dadurch etwas zu mildern, daß der Rauch oder Dampf mit einer großen Menge an Luft vermischt wird, die mit Ventilatoren oder Gebläsen in und durch die Küchen geblasen wird und in dieser Form über Abzüge, Kamine und Entlüftungen in die Umgebung abgegeben wird, was allerdings eine teuere Einrichtung zum Heizen oder Kühlen der Luft erforderlich. Diese Arbeitsweise verhindert aber darüber hinaus nicht eine Kondensation und die Ausbildung von Aerosolen in den Ablufteinrichtungen und Kaminen, sondern verschiebt die gleiche Menge an Luftbelastungen, einschließlich einer nicht tragbarer Geruchsbelästigung von innen nach außen.
• Es wurden weiterhin auch Abgaskamine oder Abzüge vorgeschlagen, die mit einem kleinen wabenartigen, aus Keramik und einem erhitzbaren (600ºC) Edelmetallkatalysator bestehen, um so die Kochdämpfe und Kochabgase zu verbrennen, und zwar zu Wasser und Kohlendioxid, wie dies beispielsweise im US-Patent 4 560 486 beschrieben ist. Katalytische Strukturen dieses Typs sind weiterhin auch in den US- Patenten 4 102 819 und 4 900 712 des gemeinsamen Rechtsnachfolgers beschrieben. Ein übliches, bekanntes Merkmal ist allerdings das Einbringen des Kochdunstes oder Rauches von einem großen, vollständig eingeschlossenen Kochbereich an einen schmalen Katalysator mit Hilfe von Gebläsen. Die Notwendigkeit hierfür ergab sich aus einer sporadischen, nicht gleichmäßigen Rauch- oder Dunstabgabe, einschließlich von praktisch nicht kontrollierbaren Spitzen, und beispielsweise beim Braten von einer zufälligen Fettverbrennung. Wie in dem vorstehend erwähnten Patent 4 113 439 dargelegt wird, ist es im Gegenteil für eine effiziente Arbeitsweise der katalytischen Einheit notwendig, daß ein gleichförmiger Fluß von flüchtigen, vorzugsweise aerosolfreien Kontaminationen vorliegt, um so einen möglichst vollständigen katalytischen Oxidationseffekt zu erreichen. Typischerweise erfordert dies ein aufwendiges System mit einer eingeschlossenen komplexen Kochvorrichtung, die mit Gebläsen und/oder Hitzeverteilern versehen ist oder sogar zusätzliche Erhitzer, wie dies oben beschrieben ist. Unabhänging von den Kosten sind darüber hinaus solche Systeme nicht wirklich für die Verwendung bei bestehenden nach oben offenen Grill- und Brateinrichtungen geeignet wie sie üblicherweise unter Abzugshauben in Restaurants verwendet werden, und würden darüber hinaus unerwünschte Änderungen in der Hitzeverteilung bewirken, was sich wiederum nachteilig auf die Qualität der Nahrung auswirken würde und somit kontraproduktiv wäre.
• Während das vorstehend erwähnte Konzept einen ersten heißen porösen Niedrigdruckmetall oder Keramikschirms zum Auffangen von Öldämpfen und zur Verteilung dieser Dämpfe über die nachfolgende katalytische Einheit in der Tat brauchbar bei Grilleinrichtungen oder ähnlichen Grilleinrichtungen ist, die eine Transportlinie aufweisen und mit denen sich die vorliegende Erfindung im wesentlichen befaßt, kann auch ein solches System die nachfolgend angeordneten Katalysatoren nicht von einer Vergiftung durch fein verteilte feste anorganische Bestandteile, einschließlich Salz, z. B. Natriumchlorid, Kaliumchlorid) und Phosphoroxiden schützen, die aus der Dekomposition von Phosphorverbindungen entstehen, im Rauch oder Dunst enthalten sind und sich zumindest zum Teil auf dem Katalysator abscheiden. Für die Lösung dieses Problems und verwandter Probleme, speziell auch betreffend Grill- oder Brateinrichtungen mit einer Förderlinie oder ähnlichen Brateinrichtungen, auf die sich die Verbesserungen der Erfindung hauptsächlich bezieht, wurde nun erkannt, daß dann, wenn ein solcher erster Verteilerschirm nicht nur aus Metall oder Keramik besteht, sondern in geeigneter Weise beschichtet und weiterhin so dimensioniert ist, daß er im wesentlichen den gesamten Grill- oder Bratbereich, beispielsweise ungefähr drei Viertel bis zu einem Ganzen und einem Viertel des Bratbereichs überdeckt, dieser Schirm in überraschender Weise gleichzeitig auch dazu dienen kann, derartige nachteilige anorganische Substanzen zu adsorbieren und einzufangen, und zwar ohne Beeinträchtigung seiner sonstigen Funktionalität hinsichtlich des Abfangens von Öldampf und Flammen und seiner Rückhalte- und Verteilerfunktion, womit eine starke Reduzierung der Verschmutzung und Vergiftung des Katalysators erreicht ist, und zwar verbunden mit einer Erhöhung der Lebensdauer des Katalysators.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges dünnes Filter mit niedrigem Druckverlust und ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen, und zwar speziell für die Verwendung in einer Anordnung zur katalytischen Aufbereitung von Grilldampf oder Rauch, und zwar zur Behandlung des vorstehend erwähnten Problems des Standes der Technik.
• Dementsprechend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Flammen zurückhaltenden oder feuerfesten Filters für die Verwendung in einer katalytischen Anordnung zur Neutralisierung von Brat- oder Grilldunst oder -dämpfen vorgeschlagen, wobei das Verfahren aufweist eine Oberflächenoxidation eines offenporigen Gitters aus einem rostfreiem Stahl bei erhöhter Temperatur; das Eintauchen des Gitters in einem im wesentlichen elektrolytfreien wässrigen Brei, der ein Adsorbens, welches aus der Gruppe aus Aluminium und einem Zeolitadsorber ausgewählt ist sowie einen kolloidaldispergerten Zerdioxid-Binder enthält; das Befreien der offenen Poren des Gitters von überschüssigem Brei und das Erhitzen des mit dem Brei beschichteten Gitters, um eine Stabilisierung sowie feste Verbindung und Anhaftung des adsorbierenden Überzugs am Gitter durch den Binder zu erreichen.
• Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Flammen zurückhaltendes oder feuerfestes Filter vorgeschlagen, welches nach dem Verfahren des vorstehenden Abschnittes hergestellt ist.
• Bevorzugte und in ihrer Art beste Ausführungen des Flammen zurückhaltenden Filters sowie von Beschichtungen werden nun präsentiert.
• Da die Erfindung zum großen Teil auf der Erkenntnis der synergetischen Prävention einer Vergiftung des Katalysators durch Adsorption an einer geeigneten chemischen Beschichtung auf einem porösen Filter, welches zur Zurückhaltung von Flammen und zur Verteilung von Kochöl und Dämpfen dient, beruht und die Effekte, wie die chemische Adsorption tatsächlich nicht in einer Zeichnung wiedergegeben werden können, sind keine Zeichnungen vorgesehen, es wird vielmehr als ausreichend betrachtet, die Erfindung nur durch eine Beschreibung mit Worten zu illustrieren.
• Speziell umfaßt die Erfindung jedoch das Anbringen einer Beschichtung auf einem porösen metallischen oder ähnlichen Substrat mit Hilfe eines anorganischen Binders, welches als Flammenrückhalte- und Verteilungsschirm dient und beispielsweise ein offenporiges Gitter oder ein Streckmetall oder dergleichen ist, wobei die fest anhaftende Beschichtung eine anorganische Oxid-Komponente mit einer großen Oberfläche enthält, und zwar vorzugsweise Aluminium oder Zeolit, und zwar geeignet zur Adsorbierung und Rückhaltung selbst geringer Anteile sehr fein verteilter oder partikelartiger Salze und Phosphorverbindungen, die in den heißen Grill- oder Bratemissionen enthalten sind, wenn sie mit Hilfe eines Gebläses oder auf andere Weise vom Grill- oder Bratbereich nach oben durch den porösen Flammenzurückhalter und Verteiler und durch eine katalysatische Oxidationseinheit an die Umgebung gefördert werden, wie dies in den vorstehend erwähnten früheren Patenten beschrieben ist.
• Das folgende Beispiel illustriert ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines solchen neuartigen beschichteten, Flammen zurückhaltenden Gitters oder Schirms gemäß der Erfindung; Es versteht sich, daß Fachleute der Metallbeschichtungen auch andere Methoden verwenden können, ohne daß hierdurch der Schutzumfang der Erfindung verlassen wird.
• Ein expandiertes Gitter aus rostfreiem Stahl # 304 (8 Maschen und 203, 2 · 609,6 mm (18 Zoll · 24 Zoll) in der Größe) wird etwa 1 Stunde auf einer erhöhten Temperatur von ungefähr 700ºC in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt. Es wird dann eine Minute lang in 10,000 ml eines im wesentlichen elektrolytfreien wässrigen Breis eingetaucht, der 500 g/l Gamma-Aluminium (200 m²/g) und ungefähr 75 g/l, von kolloidaldispergiertem Zeria enthält, und zwar ähnlich dem, wie es im US-Patent 4 900 712 des gemeinsamen Rechtsnachfolgers, allerdings für einen unterschiedlichen Zweck beschrieben ist. Dieser Schirm bzw. dieses Gitter wird dann aus dem Brei entnommen und der Überschuß an Brei in den Poren oder Öffnungen des Gitters wird durch Ausblasen mit Preßluft entfernt. Das beschichtete Gitter wird dann für etwa 3 Stunden bei 550ºC erhitzt, wodurch die Beschichtung stabilisiert und fest mit dem Gitter verbunden wird.
• Dieses Verfahren wird zweimal wiederholt. Der endgültige aktive Anteil bzw. Beschichtungsanteil beträgt dann bis zu 5 Gewichtsprozent des Originalgewichtes des Gitters.
• Obwohl das Aluminiumbeschichtungsmaterial und der Ceriabinder bevorzugte Komponenten der Filterbeschichtung sind, sind auch andere anorganische Oxid- Adsorbentien, speziell Silica Zeolite und auch andere Binder, wie solche auf Zirkon- oder Titan-Basis usw. für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet.
• Beim Bonden des adsorbierenden Materials am Gitter bei hohen Temperaturen über ausgedehnte Zeitperioden wird dessen Oberfläche wesentlich reduziert. Im Falle von Aluminium, welches beispielsweise eine Oberfläche von 200 m²/g aufweist, ist dessen Oberflächen um einen Faktor fünf bis zehn nach Abschluß des Hochtemperaturbondingprozesses reduziert. Überraschenderweise wurde aber festgestellt, daß Aluminium trotzdem seine Eigenschaft, Salze und Phosphorverbindungen zu adsorbieren voll beibehalten hat.
• Bezüglich der Brauchbarkeit ist festzustellen, daß dann, wenn der beschichtete Flammen zurückhaltende Schirm (Gitter) und Adsorber gemäß der Erfindung im Abluftweg zwischen dem Brat- und Grillbereich und der katalytischen Oxidationseinheit verwendet wird, der Schutz gegen eine Vergiftung des Katalysators ganz beachtlich ist und die Lebensdauer des herkömmlichen Edelmetalls des Katalysators, wie festgestellt, auf das Dreifache bis Zehnfache dessen verlängert wird, was mit einem unbeschichteten Schirm möglich ist, wie er in dem vorstehend genannten Patent Nr. 4 113 439 beschrieben ist. Wenn die Beschichtung nach 500 bis 1000 Betriebsstunden analysiert wurde, wurden tatsächlich adsorbierte Salze (NaCl) und Phosphoroxide auf der Beschichtung festgestellt.
• In der Praxis kann das verwendete Filter durch Waschen regeneriert werden, und zwar bei gleichzeitigem Entfernen von phosphorhaltigen Oxiden, beispielsweise durch eine alkalische Lösung, um so auch ein nachfolgendes Durchbrechen von irreversiblen Katalysatorgiften zu vermeiden. Alternativ zum Entfernen von Salz mit einem Waschwasser kann das "verbrauchte" Filter, welches mit anorganischen Stoffen gesättigt ist, wieder erneuert werden, und zwar dadurch, daß es einmal oder auch zweimal entsprechend dem Verfahren des obigen Beispiels neu beschichtet wird, und zwar auch ohne Entfernen der Schicht mit anhaftenden Phosphorverbindungen oder Resten dieser Schicht. Im Vergleich zu einer Erneuerung des Edelmetall enthaltenden Katalysators ist es ganz offensichtlich sehr viel kostengünstiger periodisch das beschichtete Filter gemäß der Erfindung zu ersetzen, und zwar insbesondere auch nach einer mehrfachen Verwendung dieses Filters.

Claims (5)

1. Ein Verfahren für die Herstellung eines Flammen zurückhaltenden oder feuerfesten Filters für die Verwendung in einer katalytischen Anordnung zur Neutralisierung von Brat- oder Grill-Dunst, wobei das Verfahren aufweist Oberflächenoxidation eines offenporigen Gitters aus einem rostfreien Stahl bei erhöhter Temperatur;

Eintauchen des Gitters in einen im wesentlichen elektrolytfreien wäßrigen Brei, der ein Adsorbens ausgewählt aus der Gruppe aus Aluminium und einem Zeolitadsorber sowie einen kolloidal dispergierten Zerdioxid-Binder enthält;

Befreien der offenen Poren des Gitters von überschüssigem Brei; und

Erhitzen des mit dem Brei beschichteten Gitters, um eine Stabilisierung sowie feste Verbindung und Anhaftung des adsorbierenden Überzugs am Gitter durch den Binder zu erreichen.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation des Gitters bei einer Temperatur von etwa 700ºC und über eine Dauer von etwa einer Stunde durchgeführt wird, und daß der Brei ungefähr 500 g/l, suspendiertes Adsorbens und ungefähr 75 g/l, kolloidales Zerdioxid enthält, und daß das nasse, mit dem Brei beschichtete Gitter auf eine Temperatur von ungefähr 550ºC über mehrere Stunden erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Reaktivierung des Flammen zurückhaltenden Filters nach Verwendung, wenn es mit adsorbierten Salzen und Phosphorverbindungen gesättigt ist, als weitere Schritte das Entfernen der Salze durch Waschen mit Wasser, das Trocknen des Filters sowie das Aufbringen einer weiteren adsorbierenden Beschichtungen auf das Gitter erfolgen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die adsorbierten Phosphorverbindungen durch ein alkalisches Waschen und die adsorbierten Salze durch Waschen mit Wasser entfernt werden.

5. Ein Flammen zurückhaltendes Filter hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.