DE936330C

DE936330C - Process for the uniform heating of catalytically active coverings

Info

Publication number: DE936330C
Application number: DEB26879A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Klein
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1953-08-07
Filing date: 1953-08-07
Publication date: 1955-12-07

Description

Verfahren zur gleichmäßigen Erhitzung katalytisch wirksamer Beläge Es ist bekannt, Katalysatoren, die den elektrischen Strom leiten, in dünner Schicht auf nichtleitenden Unterlagen aufzutragen und die für Umsetzungen an diesen Katalysatoren erforderliche Wärme durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch die dünne Schicht zu erzeugen (Widerstandsheizung). Es hat sich aber gezeigt, daß auch nur geringe Unterschiede in der Dicke oder Dichte oder im Grad der Sinterung oder Abnutzung der einzelnen Stellen solcher Schichten während des Betriebes die elektrische Erhitzung der Schichten so ungleichmäßig gestalten können, daß ihre Verwendung als katalytisch wirkende Beläge nur unter erheblichen Schwierigkeiten, wenn überhaupt, möglich ist, oder durch lokale Temperaturerhöhungen in kurzer Zeit ein Durchbrennen der Beläge hervorrufen.Process for the uniform heating of catalytically active coverings It is known, catalysts that conduct electricity in a thin layer to be applied to non-conductive materials and those for reactions on these catalysts required heat by passing electrical current through the thin Generate layer (resistance heating). But it has been shown that only slight differences in thickness or density, or in the degree of sintering or wear electrical heating of the individual points of such layers during operation of the layers can make them so uneven that their use as catalytic effective coverings are only possible with considerable difficulty, if at all, or, as a result of local temperature increases, the coverings will burn through in a short time cause.

Es wurde nun gefunden, daß man diese Schwierigkeiten weitgehend vermeiden kann und eine gleichmäßige und störungsfreie Erhitzung katalytisch wirksamer Beläge auf elektrisch nicht leitenden Unterlagen durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch diese Beläge erzielt, wenn man die Beläge in einzelne Abschnitte aufteilt, die in sich und gegeneinander auf eine solche Verteilung des Widerstandes abgestimmt sind, daß jede Flächeneinheit der Beläge annähernd die gleiche Heizleistung aufnimmt, und daß man die Abschnitte an zwischen ihren Enden gelegenen Stellen durch Querverbindungen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit parallel schaltet und die Abschnitte an ihren Enden parallel geschaltet mit der Stromquelle verbindet. It has now been found that these difficulties can be largely avoided can and a uniform and trouble-free heating of catalytically effective coverings on electrically non-conductive surfaces by passing electrical Electricity is achieved through these surfaces by dividing the surfaces into individual sections, which, in themselves and against each other, are attuned to such a distribution of resistance are that each surface unit of the coverings takes up approximately the same heating power, and that the sections are cross-connected at points between their ends with high electrical conductivity connected in parallel and the sections at their Connected ends in parallel with the power source.

So behandelte Abschnitte, beispielsweise Streifen, weisen an ihren Rändern im Betrieb kaum Spannungsunterschiede gegeneinander auf, weshalb die Zwischenräume zwischen ihnen sehr klein gehalten werden können. Das hat zur Folge, daß die ge- samte Fläche des Belages trotz der Aufteilung in einzelne Abschnitte praktisch auf gleiche Temperatur gebracht werden kann. Zahl und Abmessungen der Abschnitte können entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen sehr verschieden sein. Als sehr zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Abschnitte mit den elektrischen Strom gut leitenden Enden zu versehen, die sich infolge ihres geringen Widerstandes beim Stromdurchgang nicht erhitzen. Sections treated in this way, for example strips, have their Edges hardly show any tension differences against each other during operation, which is why the gaps between them can be kept very small. This has the consequence that the velvet The surface of the covering is practically the same despite the division into individual sections Temperature can be brought. The number and dimensions of the sections can be changed accordingly the respective operating conditions can be very different. Has been very useful it turned out that the ends with the electrical current well conductive ends to be provided, which due to their low resistance in the passage of current not heat.

Diese Enden können ohne Schwierigkeit aus dem durch die Abschnitte zu erhitzenden Reaktionsraum herausgeführt und außerhalb desselben einander parallel geschaltet werden. Sie können entweder bei größerem Querschnitt aus dem gleichen Material wie die Abschnitte bestehen oder aus einem Material erhöhter elektrischer Leitfähigkeit hergestellt sein.These ends can be easily accessed through the sections to be heated reaction chamber led out and outside of the same parallel to each other be switched. You can either use a larger cross section from the same Material like the sections are made or made of a material of increased electrical Conductivity must be established.

Durch die zusätzliche Parallelschaltung der Abschnitte mit Hilfe von Leitern hoher elektrischer Leitfähigkeit an zwischen den Enden der Abschnitte gelegenen Stellen werden Ungleichmäßigkeiten der Temperaturverteilung in den katalytisch wirksamen Belägen auch dann vermieden, wenn sich der Widerstand eines oder mehrerer Abschnitte im Laufe des Betriebes aus irgendwelchen Gründen ändert, insbesondere erhöht. Da durch die Messung des Gesamtwiderstandes eines solchen Abschnittes während des Betriebes nicht erkannt werden kann, ob sich eine solche Widerstandserhöhung auf einen kleinen Teil des Abschnittes beschränkt, läßt sich zumeist auch das Durchbrennen solcher Stellen als Folge der Konzentrierung der Heizleistung auf sie nicht rechtzeitig verhindern. Through the additional parallel connection of the sections with the help of conductors of high electrical conductivity to between the ends of the sections located places become non-uniformities in the temperature distribution in the catalytic effective coverings are also avoided if the resistance of one or more Sections in the course of operation changes for any reason, in particular elevated. Because by measuring the total resistance of such a section during during operation it cannot be recognized whether there is such an increase in resistance If it is limited to a small part of the section, it can usually also be burned through such places as a result of concentrating the heating power on them not in time impede.

Eine zahlenmäßige Betrachtung soll diesen Vorgang veranschaulichen: Wird an einen Streifen mit einem Widerstand von 100 Ohm eine Spannung von 100 Volt angelegt und denkt man sich den Streifen in zehn gleiche Teilstücke mit einem Widerstand von je 10 Ohm zerlegt, so wird jedes von ihnen mit 10 Watt geheizt. Erhöht sich nun während des Betriebes der Widerstand beispielsweise des Teilstückes 6 auf 30 Ohm, so sinkt zwar die Heizleistung im gesamten Widerstandsstreifen von 100 Watt auf rund 83 Watt, steigt aber in dem Teilstück 6 mit dem erhöhten Widerstand von 10 Watt auf rund 20Watt, was zu empfindlicher Störung der katalytischen Reaktion und meist zur Zerstörung des Heizstreifens führt.A numerical view should illustrate this process: Apply a voltage of 100 volts to a strip with a resistance of 100 ohms and imagine the strip in ten equal pieces with a resistance divided by 10 ohms each, each of them is heated with 10 watts. Increases Now, during operation, the resistance, for example of section 6 to 30 Ohm, the heating power in the entire resistance strip drops from 100 watts to around 83 watts, but increases in section 6 with the increased resistance of 10 watts to around 20 watts, which leads to more sensitive disruption of the catalytic reaction and usually leads to the destruction of the heating strip.

Dadurch, daß man sämtliche Streifen auch in diesen Teilstücken einander parallel schaltet, d. h. am Ende jedes dieser Teilstücke eine Querverbindung hoher Leitfähigkeit durch sämtliche Streifen legt, kann man den geschilderten Widerstandsänderungen wirksam begegnen. By having all the strips in these sections one another switches in parallel, d. H. at the end of each of these sections a cross-connection higher Conductivity through all strips, one can see the resistance changes described counter effectively.

Fig. I zeigt eine solche Zusammenschaltung von vier Widerstandsstreifen A, die an ihren Enden B und C und zusätzlich am Ende jedes Teilstückes Bt bis B9 einander parallel geschaltet und über die Leitungen E und F an eine Stromquelle angeschlossen sind. Ist z. B. der zweite dieser vier Streifen fehlerhaft und weist imTeilschnittB5 undB6 einen Widerstand von 30 Ohm auf, während alle übrigen Teilstücke sämtlicher Streifen einen Widerstand von je 10 Ohm haben, so steigt durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Heizleistung in diesem Teilstück nicht, sondern sinkt auf 4,6 Watt. Eine Störung der katalytischen Umsetzung an dem Belag und ein Durchbrennen desselben werden auf diese Weise vermieden, selbst dann, wenn sich der auf 30 Ohm gestiegene Widerstand in dem beispielsweise angeführten Teilstück nur auf einen Teil desselben erstreckt. Allerdings erfahren die zu diesem Teilstück parallel liegenden drei Io-Ohm Teilstücke, zwischen B5 und B6, eine, wenn auch geringere, Mehrbelastung, steigen also auf eine etwas höhere Temperatur. Versieht man aber sämtliche Querverbindungen zwischen den einzelnen Abschnitten mit Anschlüssen, die aus dem Reaktionsraum herausführen, so kann diesem Nachteil abgeholfen werden, indem zwischen die Anschlüsse B5 und B6 außerhalb ein passender Widerstand gelegt wird, im vorliegenden Fall ein solcher von I5 Ohm. Die Heizleistung in den drei genannten Teilstücken geht dann auf den ursprünglichen Wert zurück. Der Stromverlust in dem außerhalb angebrachten Zusatzwiderstand von I5 Ohm beträgt nur I,50/o des gesamten Heizstromes. Er kann ganz vermieden werden, wenn man die in diesem Widerstand erzeugte Wärme zur Vorheizung der in den Reaktionsraum eintretenden Gase benutzt (vgl. weiter unten). Die Ermittlung der Korrekturbedürftigkeit zwischen den nach außen geführten Anschlüssen der Querverbindungen ist sehr leicht durch Messung des Spannungsabfalls zwischen je zwei benachbarten Anschlüssen während des Betriebes möglich. Tritt an einer Leiterstufe eine Erhöhung ein, so setzt man zwischen diese Anschlüsse, ebenfalls während des Betriebes, einen so großen Widerstand ein, daß der Spannungsabfall den Wert der übrigen Leiterstufen erreicht. Fig. I shows such an interconnection of four resistance strips A, at their ends B and C and additionally at the end of each section Bt to B9 connected in parallel to each other and connected to a power source via lines E and F are connected. Is z. B. the second of these four stripes is faulty and shows in section B5 and B6 a resistance of 30 ohms, while all other sections all strips have a resistance of 10 ohms each, so increases by the invention Do not measure the heating power in this section, but instead drops to 4.6 watts. A disruption of the catalytic conversion on the covering and burning through of the same are avoided in this way, even if it has risen to 30 ohms Resistance in the example cited section only on part of the same extends. However, the three Io-ohms lying parallel to this section experience Sections, between B5 and B6, an additional burden, albeit a smaller one, increase so to a slightly higher temperature. But if you make all the cross connections between the individual sections with connections that lead out of the reaction chamber, this disadvantage can be remedied by placing between the connections B5 and B6 a suitable resistor is placed outside, in the present case one of I5 ohms. The heating power in the three sections mentioned then goes to the original value. The power loss in the additional resistor attached outside of I5 ohms is only 1.50 / o of the total heating current. It can be avoided entirely if you use the heat generated in this resistor to preheat the in the reaction space incoming gases are used (see below). The determination of the need for correction between the external connections of the cross connections is very easy by measuring the voltage drop between two adjacent connections during of the company possible. If there is an increase on a ladder step, you bet between these connections, also during operation, such a large resistance one that the voltage drop reaches the value of the remaining ladder steps.

Eine beispielsmäßige Anordnung zur Durchführung von Umsetzungen an erfindungsgemäß beheizten katalytisch wirksamen Belägen ist in Fig. 2 wiedergegeben. In ihr stellt A einen Reaktionsraum dar, in den das katalytisch umzusetzende Gut bei B eintritt und den es bei C verläßt. Zur Aufheizung des Reaktionsgutes dienen die Widerstandsstreifen D, deren schraffiert gezeichnete Enden aus Material von guter elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Sie sind durch die Wand des Reaktionsraumes nach außen geführt, dort parallel geschaltet und über die Leitungen E und F mit einer Stromquelle verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei im Dauerbetrieb gegebenenfalls auftretenden Ungleichmäßigkeiten die Widerstandsstreifen während des Betriebes einzeln geprüft werden können und Streifen, die eine zu hohe Energieaufnahme zeigen, ausgeschaltet werden können. An exemplary arrangement for carrying out conversions Catalytically active coverings heated according to the invention are shown in FIG. In it, A represents a reaction space in which the material to be catalytically converted enters at B and which it leaves at C. Serve to heat the reaction mixture the resistance strips D, the hatched ends of which are made of material from good electrical conductivity. You are through the wall of the reaction chamber out, connected in parallel there and via lines E and F. connected to a power source. This arrangement has the advantage that in continuous operation any irregularities occurring during the resistance strips of operation can be checked individually and strips showing excessive energy consumption show can be turned off.

Fig. 3 veranschaulicht eine andere zweckmäßige Art der Anordnung für die Durchführung katalytischer Umsetzungen. Sie besteht aus zwei koaxialen Rohren. A und A' aus nichtleitendem Material. Die Außenseite des Innenrohres A' ist mit Widerstandsstreifen D versehen. Das zu be- handelnde Gut durchströmt, von B kommend, den Raum zwischen den beiden Rohren und verläßt ihn bei C. Wie in der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind die Enden der Widerstands streifen so beschaffen, daß sie beim Stromdurchgang keine Wärme entwickeln, und außerhalb des Reaktionsraumes parallel geschaltet über die Leitungen E und F mit einer Stromquelle verbunden. Figure 3 illustrates another convenient type of arrangement for carrying out catalytic conversions. It consists of two coaxial tubes. A and A 'made of non-conductive material. The outside of the inner tube A 'is with Resistance strip D provided. To load trading good flows through, coming from B, the space between the two pipes and leaves it at C. As in the arrangement shown in Fig. 2, the ends of the resistor strips are so such that they do not develop any heat when the current passes through them, and outside the Reaction chamber connected in parallel via lines E and F to a power source tied together.

Bei Reaktionen, die einen hohen Wärmebedarf haben, kann es zweckmäßig sein, die Gase vor ihrem Eintritt in den Reaktionsraum vorzuheizen. It can be useful for reactions that have a high heat requirement be to preheat the gases before they enter the reaction space.

Weiterhin kann der Anteil der durch den Stromdurchgang zu erzeugenden Wärme vermindert werden, wenn man den Außenwänden des Reaktionsraumes zusätzlich Wärme in Form heißer Verbrennungsgase, überhitzten Wasserdampfes od. dgl. zuführt. Diese Arbeitsweise empfiehlt sich vor allem für die Durchführung stark endothermer Reaktionen in größeren Reaktionsräumen, die aus keramischem Material bestehen, und hat vor der Erhitzung des Reaktionsraumes nur durch Widerstandsheizung den Vorteil, daß die innere und äußere Oberfläche der Wandungen des Reaktionsraumes auf einander ähnlichen Temperaturen gehalten werden können, wodurch Betriebssicherheit und Lebensdauer der Apparatur außerordentlich erhöht werden.Furthermore, the proportion to be generated by the current passage Heat can be reduced if you add the outer walls of the reaction chamber Heat in the form of hot combustion gases, superheated steam or the like. This method of working is particularly recommended for carrying out highly endothermic Reactions in larger reaction spaces made of ceramic material, and only has the advantage of resistance heating before the reaction chamber is heated, that the inner and outer surface of the walls of the reaction space on each other similar temperatures can be maintained, thereby ensuring operational reliability and service life the apparatus can be increased extraordinarily.

Die Herstellung der katalytisch wirksamen Beläge und ihre Unterteilung in einzelne Abschnitte kann so erfolgen, daß man zunächst die nichtleitende Unterlage mit dem leitenden Überzug versieht und dann beispielsweise durch Einfräsen schmaler Trennkanäle die gesamte Fläche in leitende Streifen aufteilt. Die Herstellung des leitenden Überzuges ist z. B. durch Aufdampfen von Metallen auf eine glatte keramische Unterlage oder durch Einreiben von Graphit in eine solche Unterlage möglich. The production of the catalytically active coverings and their subdivision in individual sections can be done in such a way that one starts with the non-conductive underlay provided with the conductive coating and then narrowed, for example by milling Separating channels divides the entire area into conductive strips. The manufacture of the conductive coating is z. B. by vapor deposition of metals on a smooth ceramic Pad or by rubbing graphite into such a pad.

PAT'ENTAN5PRÜcHE: I. Verfahren zur gleichmäßigen elektrischen Erhitzung katalytisch wirksamer Beläge auf nichtleitenden Unterlagen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beläge in einzelne Abschnitte aufteilt, die in sich und gegeneinander auf eine solche Verteilung des Widerstandes abgestimmt sind, daß jede Flächeneinheit der Beläge annähernd die gleiche Heizleistung aufnimmt, und daß man die Abschnitte an zwischen ihren Enden gelegenen Stellen durch Querverbindungen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit parallel schaltet und die Abschnitte an ihren Enden parallel geschaltet mit der Stromquelle verbindet. PATENT APPROVALS: I. Method of uniform electrical heating catalytically effective coverings on non-conductive surfaces, characterized that one divides the coverings into individual sections, which are in themselves and against each other are matched to such a distribution of the resistance that each unit area the coverings takes up approximately the same heating power, and that the sections at points between their ends by cross-connections with high electrical Conductivity switched in parallel and the sections connected in parallel at their ends connects to the power source.

Claims

2. The method according to claim I, characterized in that the The ends of the individual sections are given a high level of electrical conductivity.

3. The method according to claim I and 2, characterized in that one provides the cross connections between the individual sections with external connections and increases in resistance or interruptions in part of a section Switching on a suitable resistor between the external connections of the respective Cross connection compensates.

Cited publications: German patent specification No. 56I 048; Swiss U.S. Patent No. 236,755; Henglein, Outline of Chemical Technology, 1949, P. 179.