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Katalysator zur flammenlosen Verbrennung Als Träger für Katalysatoren
haben gegen Erhitzung und chemische Einwirkung beständige feste Körper der verschiedensten
Art, Form und Größe bereits Verwendung gefunden. So hat ' man beispielsweise schon
Stücke aus Glas, Porzellan, Steingut, Quarzglas, Zirkonglas und ähnlichen feuerfesten
Materialien für diesen Zweck verwandt. Man hat auch schon faserige Stoffe, wie Asbest
und Glasfäden, als Träger für Katalysatoren vorgeschlagen. Insbesondere hat Asbest
für Reaktionen, die bei Temperaturen unter 6oa° verlaufen, in der Praxis ,als Katalysatorträger
Eingang gefunden; er wurde beispielsweise für Katalytöfen, d. h. für Öfen zur Verbrennung
leichtflüchtiger Stoffe, wie Benzin, auf katalytischem Wege benutzt.
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Es wurde nun gefunden, daß sich als Träger für Katalysatoren zur flammenlosen
Verbrennung hervorragend Fäden aus Quarz mit einem Durchmesser von einigen tausendstel
Millimeter eignen. Diese feinen Fäden aus Quarz bringen gegenüber den bisher für
diesen Zweck verwandten Fasermaterialien wesentliche Fortschritte und überraschende
neuarüge Wirkungen, wie weiter unten eingehend gezeigt wird.
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Bei der Anwendung dieses neuen Katalysators wird der Raum, in dem
die Reaktion stattfindet, mit feiner Quarzglaswolle angefüllt. Die Fäden tragen
die zur Durchführung der flammenlosen Verbrennung an sich bekannten katalytisch
wirksamen Stoffe, beispielsweise eine dünne Platinschicht. So können wollförmig
gekräuselte Fäden aus Quarzglas beispielsweise eine Dicke von i o ,u aufweisen und
einen überzug von Platüi in einer Dicke von 3o mu tragen. Die Länge der einzelnen
Quarzfäden kann sehr verschieden sein und beispielsweise viele Meter betragen.
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Zur Verwendung gelangen gerade oder gekräuselte Quarzfäden.
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Die feinen Fäden aus Quarzglas mit einem
Durchmesser
von einigen tausendstel Millimeter zeigen nun bei der Verwendung als Träger für
Katalysatoren zur flammenlosen Verbrennung folgende wesentliche Fortschritte Die
chemische Widerstandsfähigkeit des Quarzes wirkt sich selbst bei diesen riesigen
Oberflächen, die in diesen feinen Quarzfäden vorliegen, immer noch so günstig aus,
daß äuch bei Anwesenheit besonders aggressiver Stoffe keine Zerstörung der Quarzfäden
festgestellt werden konnte.
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Ein besonderer Vorteil der Quarzwolle besteht darin, daß sich mit
ihr leicht ein vorgegebenes Volumen, in dem die Reaktion stattfinden soll, vollständig
ausfüllen läßt. Dabei ist es ein besonderer Vorzug, daß sich auch die wollförmig
gekräuselten Quarzfäden gleichmäßig mit Katalysator überziehen lassen und nicht
etwa nur an einzelnen Stellen unregelmäßig dicke Schichten des Katalysators erhalten.
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Um die durch den Katalysator hindurchströmenden oder hindurchdiffundierenden
Gase oder Dämpfe mit den wirksamen Oberflächen in noch innigere Berührung zu bringen,
ist es zweckmäßig, den an sich infolge seiner Elastizität sehr locker gelagerten
Träger in Richtung der Gasströmung zu verdichten.
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Die Überlegenheit der Quarzfäden gegenüber Glasfäden als Träger für
Katalysatoren zur flammenlosen Verbrennung geht aus Versuchen über die l~.ata.lytische
Verbrennung von Benzin hervor. Verwendet man feine Glasfäden in lockerer Form, dann
läßt sich zwar auch mit der gleichen Gewichtsmenge, wie sie bei der Benutzung von
Quarzvolle erforderlich ist, der Reaktionsraum ausfüllen; die einzelnen Glasfäden
«-erden aber bald brüchig, und die Masse sackt zusammen, so daß die katalytische
Wirkung nachläßt. Verwendet man die Glasfäden in verdichteter Form, dann wird mit
der gleichen Gerichtsmenge an Glasfäden nur ein kleinerer Raum ausgefüllt. Man muß
dann eine größere Menge des Katalysatorträgers verwenden, ohne jedoch so die gleiche
Wirkung zu erzielen; außerdem läßt auch hierbei im Gebrauch der Katalysator in,
seiner Wirkung nach u-ie im vorstehend besprochenen Fall. So wurde die Verbrennung
von Benzin in eignem handelsüblichen Benzinofen untersucht, bei dem einerseits Quarzwolle
und andererseits Glaswatte zum Vergleich herangezogen wurde. Hierbei wurden gleiche
Mengen handelsüblicher Quarzwolle und handelsüblicher Glaswatte angewandt, die außerdem
auch noch mit der gleichen Menge Platin imprägniert waren; es wurde je i g Quarzvolle
bzv. Glasmatte mit einem Platingehalt von 3 oio benutzt. Als Maß für die Leistung
des Katalysators wurde die in der gleichen Zeit umgesetzte Benzinmenge ermittelt.
Die Quarzvolle zeigte hierbei eine Umsetzung von etwa 2o g Benzin in der Stunde,
während bei der Glaswatte der Umsatz von i 5 g in der ersten Stunde auf
13 g 'in der zweiten Stunde und dann auch weiterhin sehr stark absank. Um
die gleiche Wirkung wie mit Quarzwolle zu erzielen, hätte man ein Vielfaches an
platinierter Glaswatte aufwenden müssen, ohne jedoch eine Gewähr für einen Dauerbetrieb
zu haben, während man dieselbe Wirkung sogar noch mit erheblich geringeren Mengen
an Quarzwolle erzielen kann. Entsprechend der geringeren Leistung war auch die erzielte
Temperatur bei der Glaswatte niedriger als bei der Quarzwolle. Während sie bei der
Verwendung von Quarzwolle etwa 32o° unmittelbar oberhalb des Polsters betrug, war
sie im Falle der Glaswatte unter den gleichen Bedingungen nur etwa. 25o°. Bei Verwendung
der Quarzwolle als Katalysatarträger werden im Vergleich zu Glaswatte im Dauerbetrieb
größere Wirkungen mit geringeren Mengen an Trägermaterial und geringeren Mengen
,an Katalysator erzielt; die Wirkung bei Glaswatte nimmt rasch ab, während sie bei
Quarzwolle über sehr lange Zeit hinweg konstant bleibt.
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Die Aufarbeitung der gebrauchten Katalysatoren gestaltet sich mit
den neuen Trägern ebenfalls sehr einfach, da die katalytisch zcirksamen Substanzen
mit aggressiven Chemikalien, beispielsweise konzentrierten Säuren. abgelöst werden
können, ohne daß der Träger zerstört wird.
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Ein besonders überraschender Effekt lällt sich mit den neuen Katalysatorträgern
insofern erreichen, als es zum erstenmal gelungen ist, eine flammenlose Zündung
von KataNtöfen durchzuführen. Die Katalytöfen finden bekanntlich eine ausgedehnte
Verwendung als Heizöfen in Kraftfahrzeugen; sie «-erden mit Benzin gespeist. Eine
Schwierigkeit für den Kraftfahrer besteht darin, die Öfen in Gang zu bringen. Bei
den bisher verwandten Katalysatorträgern, z. B. Asbest, mußte die Zündung mit einer
direkten Flamme erfolgen. Die Verwendung von Flammen in Garagen ist nun wegen der
erheblichen Feuergefahr streng verboten; der Kraftfahrer muß .also die Zündung des
Katalytofens :außerhalb der Garage vornehmen. Bei Verwendung der Quarzwolle als
Träger des katalytisch wirksamen Platins kann eine Zündung mühelos mit einem erhitzten
Chram-Nickel-Dralit erfolgen, der an einer Taschenlampenbatterie ,angeschlossen
ist. Die Zündung erfolgt nach etwa. 5 bis io Sekunden, und der Ofen brennt von selbstweiter.
Dagegen ist wie bei Asbest bei platinierter Glaswolle eine flammenl_osc Zündung
nicht möglich.
Die Quarzfäden ergeben also im Vergleich zu den Glasfäden
nicht nur eine günstigere Wirkung bei der Verwendung ,als Träger für Katalysatoren
zur flammenlosen Verbrennung, sondern gestatten auch, ganz neuartige. Effekte hervorzubringen,
nämlich die Durchführung einer flammenlosen Zündung.