DE2045487A1

DE2045487A1 - Verfahren und Katalysator zur Reinigung von Gasen

Info

Publication number: DE2045487A1
Application number: DE19702045487
Authority: DE
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1969-09-16
Filing date: 1970-09-15
Publication date: 1971-03-25
Also published as: BE756150A; FR2061385A5; ES383628A1; BE756151A; DE2045488B2; NL7013586A; DE2045487C2; DE2045488C3; SU1069606A3; NL170809B; JPS5621645A; SU402198A3; PL81040B1; US3806582A; US4289737A; FR2061384A5; CA960017A; GB1330841A; NL7013587A; ES383629A1

Description

PowntonwAtt· . D!pl.-lng. Werner Beyer .- 9 D -A R Δ ft 7' DlpUWirtidi.-lng. Bernd Jodiem £ V H Ό Η Ό I

m iMURTfHL, fwm-vwn *. m.

Case JC.397

Johnson, Matthey & Co., Limited 7B, Hatton Garden,
London, E.G. 1, England

Verfahren und Katalysator zur Reinicjung von Gasen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Reinigung von Gasen, die schädliche Bestandteile enthalten, und insbesondere auf ein Verfahren zur , katalytischen Reinigung von Gasen, die schädliche Stickstoffoxyde enthalten. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Katalysator zur Verwendung bei der katalytischen Reinigung dieser Gase.

Dia; Herstellung-yon.Salpetersäure durch Oxydation von Ammoniak ergibt normalerweise ein schädliches NO und NOp enthaltendes Abgas. Diese Stickstoffoxydn sind in den Abgasen aufgrund einer unvollständigen Umwandlung der Stickstoffoxyde in Salpetersäure anwesend, weshalb sie bisher mit dem Abgas in die Atmosphäre* entlassen wurden. Die Abgabe dio»er Stickstoffoxyde in die Atmosphäre! ist unerwünscht, da sie korrodierend sind und din finfahr einnr ßohttrfinunq vnn Pflnnznrv- und Tierloben darstellen.

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■ - ζ - 2UA5487 -.

Das Abgas aus Salpetersäureanlagen, in welchen Ammoniak oxydiert wird, enthält typischerweise 0,1-0,5 Vol.-*⁵/. NO, Spuren bis Ό,3 VoI.'-% NOp, 2-5 VoI.-p/o Op, wobei der Rest aus inerten Bestandteilen, 2.B. Stickstoff und Argon, besteht, Weiterhin kann auch N₂O in einer Menge von Spuren bis zu 1 Vol.-f/i anwesend sein. Das Gas kann auch Wasserdampf in einer Menge bis zu 5 Vol.-f/o enthalten. ^1;

Zwecks Luftverschmutzungsbekämpfung ist es zweckmäßig, alle oder praktisch ^ alle Stickstoffoxyde vor Entlüftung des Abgases in die Atmosphäre zu entfernen. Großtechnisch ist jedoch sowohl die unvollständige als auch die vollständige Entfernung der Stickstoffoxyde von Interesse. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß zur Reinigung des Abgases eine katalytische Reduktion der Stickstoffoxyde mit Erfolg angewendet werden kann. In einem solchen Verfahren wird ein reduzierender Brennstoff, z.B. Hp, CO₁ ein normalerweise gasförmiger Kohlenwasserstoff, nämlich Methan, oder Erdgas oder Kohlenwasserstoffgase oder -flüssigkeiten, in das Abgas eingespritzt und mit dem Stickstoffoxydeh im Strom umgesetzt. Wenn der Brennstoff die Stickstof foxyda und den Sauerstoff stöchiometrisch übersteigt, dann werden die ™ Stickstoffoxyde auf äußerst niedrige Konzentrationen reduziert. Aufgrund der großen Gasströme bei der Herstellung von Salpetersäure, die in einer Anlage mit einer Salpetersäureproduktion von 240 t pro Tag gewöhnlich bei etwa 28.10 1 liegen, ist es notwendig, daß die zur Durchführung der Reinigung verwendeten Katalysatoren ein hohes Maß an Wirksamkeit haben und daß die Reaktoren zur Handhabung solch großer.Gasströme rjroß genufl. sind. .

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Viele Salpetersäureaniagen verwenden in der Ammoniakoxydationsstufe Hochdruckverfahren, und es ist äußerst zweckmäßig, aus dem Abgas der Anlage Energie zurückzugewinnen, die zur Zufuhr der Energieanforderungen des Systems verwendet werden kann. JIn einem geeigneten System kann genügend Energie zurückgewonnen werden, um das Verfahrens selbst zu versorgen und sogar noch, zusätzliche Energie, zu schaffen. In diesen Systemen ist es wesentlich, daß der Katalysator äußerst aktiv ist, gegenüber dem Gasfluß einen Mindestwiderstand zeigt und die Reaktion bei niedrigen Anfangsreaktionstemperaturen oder Zündungstemperaturen katalysiert.

Die vorliegende Erfindung schafft einerseits ein Verfahren zur Entfernung eines Stickstoffoxydes aus einem Bas, das mindestens ein Oxyd von Stickstoff und Sauerstoff enthält, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Gas zusammen mit einem gasförmigen reduzierenden Brennstoff bei einer Temperatur oberhalb der Zündungstemperatur von Gas und"Brennstoff durch einen auf einem Träger abgeschiedenen Katalysator leitet, der ein inertes Material umfaßt,,das mit einer Mischung oder Legierung von Platin- und Rhodiummetall imprägniert oder überzogen ist, in welcher das Rhodium 20-50 Gew.-p/o des gesamten Metallgehaltes ausmacht. Das zu behandelnde Gas liegt zweckmäßig in Form eines Stromes.vor.

DiB vorliegende Erfindung bezieht sich daher weiterhin auf einen Katalysator zur Verwendung bei der Luftverschmutzungsbekämpfung aus einem inerten Material, das mit einer Mischung oder Legierung von Platin- und Rhodiummetall imprägniert oder überzogen ist, in welcher das Rhodium 20-50 Gew.-^ des gesamten Metallgehaltes ausmacht.

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Das inerte Material weist vorzugsweise eine ersie Ablagerung aus einem wärmefesten Metälloxyd auf, das dann selbst mit einer oben genannten Mischung oder Legierung von Platin- und Rhodiummetall imprägniert oder überzogen ist.

Der gasförmige reduzierende Brennstoff enthält vorzugsweise Methan als Hauptkomponente, und das Rhodium macht vorzugsweise 30-40 Gew.-p/o, insbesondere etwa 35 Gew.-i/o, des gesamten Metalles in der Mischung oder. Legierung aus.

Obgleich die Stickstoffoxyde mit Erfolg bei den notwendigerweise bei der

W Herstellung von Salpetersäure auftretenden Raumgeschwindigkeiten entfernt

("back pressure") werden, stellt ein wesentlicher Rückdruck/aufgrund eines Zusammenbackens

des fein zerteilten'Katalysators innerhalb des Reaktors ein Problem dar. Beim Versuch zur Eliminierung dieser, mit solchen fein zerteilten Katalysatoren auftretenden Rückdrucke sind Reaktoren mit großen Volumen ausprobiert worden, die jedoch verhältnismäßig kostspielig sind. Weiterhin bewegen sich die Katalysatorteilchen und reiben aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Gasflusses aneinander, wodurch merkliche Menge der teuren Metalle der Platingruppe durch Abrieb verloren gehen und weiterhin die Neigung fe besteht, den unerwünschten Rückdruck aufgrund von Verstauben noch zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Probleme sind zahlreiche Versuche unternommen worden. Bei der Verwendung eines abgeschiedenen, katalytischen Metalles zur Luftverschmutzungsbekämpfung ist der am schwierigsten zu verwendende Brennstoff Methan, da er vor dem Auftreten der Reaktion hohe Katalysatortemperaturen erfordert. Methan ist jedoch einer der billigsten, verfügbaren Brennstoffe, und wenn man einen Katalysator herstellen könnte, der für Methan bei wesentlich niedrigeren Reaktionstemperaturen aktiv wäre, so würde dies einsn erhheblichen Vorteil gegenüber den bestehenden Verfahren darstellen. Der Kata-

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lysator selbst itiuB jedoch noch eine vernünftig Jiahe Temperaturbeständigkeit (750-800 C.) haben. Ähnliche Probleme treten mit der Verwendung von natürlichem Gas auf (das hauptsächlich aus Methan mit etwas H_ besteht).

Wichtige Vorteile einer niedrigen Zündungstemperatur umfassen;

(a) eine bessere Brennstoffumwandlungswirksamkeit und niedrigere Betriebskosten;

(b) eine höhere prozentuale Entfernung der in die Atmosphäre entweichenden schädlichen Gase; ' M

(c) die mögliche Verwendung kleinerer Wärmeaustauscher und eines billigeren Reaktorsystems und

(d) die Möglichkeit zur Verwendung eines einzigen Katalysatorbettes anstelle eines doppelten Systems mit Abgasen, die weniger als 3,5 % 0„ enthalten. Dies ist im allgemeinen in den meisten modernen Anlagen zur Salpetersäureherstellung der Fall.

Die gegenwärtigen, handelsüblichen Luftverschmutzungsbekämpfungssysteme unter Verwendung von Erdgas als Brennstoff sind im Vergleich zu Systemen, die kostspieligere Brennstoffe, wie HU oder Naphthas, verwenden, ^ nicht sehr zufriedenstellend. Aufgrund der hohen Katalysatoreinlaßtemperatur ist immer ein Katalysatorsystem mit zwei Betten notwendig, und in vielen Füllen wird von einnr nchlechten BrennstoffUmwandlungswirksamkeit, unzureichenden Luftverschmutzungsbekämpfung und einnr sehr kurzen Katalysatorlebensduu/ir berichtet.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Katalysators, der eine Zündung bei niedriger Temperatur ermöglicht und so eine niedrige Temperatur des eintretenden Gasstromes möglich macht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Entfernung eines Oxydes von Stickstoff aus einem Gas, das ein Stickstoffoxyd, Sauerstoff und einen inerten, gasförmigen Bestandteil enthält, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Gas zusammen mit einem gasförmigen reduzierenden Brennstoff bei einer Temperatur oberhalb der Zündungstemperatur von Gas und Brennstoff durch einen auf einem Träger abgeschiedenen Katalysator leitet, der eine inerte, harte, poröse, wärmebeständige Bienenwabenstruktur umfaßt, die mit einer Mischung oder Legierung von Platin- und Rhodiummetall imprägniert oder überzogen ist, in welcher das Rhodium 20-50 Gew.-JJd des gesamten Metallgehaltes ausmacht.

Die wärmebeständige Bienenwabenstruktur hat vorzugsweise noch einen darauf abgeschiedenen ersten Überzug aus einem wärmebeständigen Metalloxyd, der dann weiter mit der genannten Mischung oder Legierung der Platin— und Rhodiummetalle imprägniert oder überzogen ist.

Der gasförmige reduzierende Brennstoff enthält vorzugsweise Methan als Hauptkomponente, und das Rhodium macht vorzugsweise 30-40 Gew.-f/ά, insbesondere etwa 35 Gew.-^d, des gesamten Metalles in der Mischung oder Legierung aus.

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Die inerte, harte, poröse, wärmebeständige Bienenwaben- bzw. -korbstruktur kann aus einem keramischen Material bestehen. Geeignete kernmische Materialjen sind Zirkon-Mullit, Mullit,0( -Tonerde, Billimanit, Magnesiumsilicate, Zirkonertie, Petalit, Spodumen, Cordier.it und Aluminosilicate. Ein geeignetes Produkt ist TORVEX (eingetr.Warenzeichen) der Firma E.I. . _v DuPont de Nemours & Co. Es kann auch sog. "straight through TORVEX" oder "cross-flow TORVEX¹.' verwendet werden.

Die folgenden Eigenschaften haben sich beim erfindungsgemäßen Arbeiten als ™ zweckmäßig erwiesen, sind jedoch für einen Erfolg des' Verfahrens nicht obligatorisch.

Die erfindungsgemäß verwendete, ine'rte Struktur, auf der das wärmebeständige Metalloxyd abgeschieden wird, ist eine inerte, ganze ("unitary"), härte Bienenwabenstruktur oder ein Block mit einer Vielzahl von Öffnungen oder Kanälen in der Richtung des Gasflusses. Die Struktur nimmt gewöhnlich fast das gesamte Querschnittsgebiet der verfügbaren Reaktionszone ein mit einer Füllung zwischen der Struktur und den Reaktorwänden, so daß eine Umgehung der Struktur durch einen Teil des Gasstromes vermieden wird. Für große Querschnittsgebiete, von etwa 15 cm oder mehr, ist die Anwesenheit einer regelmäßig- arrangierten Anordnung genau passender Blöcke des Bienenwabenmaterials zweckmäßig. Für eine vollständigere Reinigung ist es weiterhin zweckmäßig, die Blöcke nacheinander oder in Reihe anzuordnen, und in diesem letzteren Fall kann der niedrige Rückdruck zwischen den Schichten der Blöcke gegebenenfalls durch flache parallele Rillen an" einem Ende des Blockes zwecks Erweiterung der Verbindungen zwischen den Kanälen vermindert werden. Die ganze Struktur ist zweckmäßig so geformt, daß sie in die Reaktionszone oder den Reaktor, in welchen sie eingeführt werden soll, hineinpaßt, und Vorzugs-

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weise genau hineinpaßt. Blöcke aus entsprechend geformtem Bienenwabenmaterial zur Aufnahme des Katalysators werden-so in den Reaktor gegeben, daß die allgemeine Richtung der zellförmigen Gasfließkanäle mit dem Glasfluß durch den Reaktor gleichgerichtet ist. Die Blöcke können auch so eingeführt werden, daß der Gasfluß radial oder quer zum allgemeinen oder gesamten Gasfluß verläuft.

Die Trägerstruktur besteht aus einem chemisch praktisch inerten, harten, festen, porösen, wärmebeständigen Material, das seine Form und Festigkeit bei hohen Temperaturen,z.B. bis zu 1100 C. oder mehr, bewahren kann. Das wärmebeständige Material sollte vorzugsweise eine Massendichte von 0,45-1,05 g/ccm, insbesondere 0,5-0,9 g/ccm,.haben und unglasiert sein. Das zugängliche Porenvolumen ausschließlich des Volumens der Gasfließkanäle sollte vorzugsweise mehr als 0,10 ecm pro g Struktur, insbesondere zwischen 0,20-0,30 ecm pro g, liegen.

Die Wände der Kanäle der Trägerstrukturen enthalten Makroporen in Verbindung ,'lidt dsn. Kanälen zur Schaffung einer erhöhten, zugänglichen Katalysatoroberfläche; und für eine Beständigkeit und Festigkeit bei hoher Temperatur fehlen große Mengen kleiner Poren. Während das oberflächliche ("superficial") Oberflächengebiet solcher Strukturen zwischen 0,001-0,01 m /g einschließlich der Kanäle betragen kann, ist das gesamte Oberflächengebiet typischerweise mehrere Hundert Male größer, so daß ein wesentlicher Teil der katalytischen Reaktion in den großen Poren stattfindet. Die Struktur hat vorzugsweise eine solche Makroporenverteilung, daß mehr als 95 % des Porenvolumens in Poren einer Größe, d.h. eines Durchmessers, über 2000 A und mehr als 5 % des Porenvolumens vorzugsweise in Poren einer Größe über 20 000 A ' vorliegen. In einer bevorzugsten Ausführungsform liegen über 50 °/q des Porenvolumens in Poren einer Größe über 20 000 R vor.

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Das oberflächliche Oberflächengebiet des Trägers' einschließlich der Wände der Gasfließkanäle sollte so groß sein, wie es mit einem annehmbaren Rück-•druck im Gasfließsystem vereinbar ist. Das oberflächliche Oberflächengebiet

2 liegt oft zwischen 0,5-6, vorzugsweise zwischen 1-2,5, m pro 1 Träger. So können die Kanäle durch die Struktur-einheit jede Form und Größe haben; die mit der gewünschten oberflächlichen Oberfläche vereinbar ist;· sie sollten groß genug sein, um einen freien Durchgang des zu reinigenden, stickstoffoxydhaltigen Gases zuzulassen und ein Verstopfen durch irgendwelches festes, mit dem Gas mitgeführtes Material zu verhindern. In einer Ausführungsform sind die Kanäle im wesentlichen parallel und erstrecken sich durch tien Träger von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite; die Öffnungen sind vorzugsweise durch dünne, die Öffnungen definierende Wände von einander getrennt. Ίη einer anderen Ausführungsform durch-läuft ein Netzwerk von Kanälen die Struktur. Die Kanäle sind gegenüber dem Gasfluß unbehindert oder praktisch -unbehindert. Für ein äußerst wirksames Arbeiten sind die KanalednlaBöffnungen über praktisch die gesamte Front oder den Querschnitt des Trägers verteilt, der zu Anfang mit dem umzusetzenden Gas in Berührung kommt. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Trägerstrukturen bestehen aus Müllit, das aufgrund seines niedrigen Wärmeexpansionskoeffizienten durch eine gute Wärmeschockbeständigkeit ausgezeichnet ist, obgleich auch andere ähnliche,

chemisch inerte, wärmebeständige, kristalline, keramische Materialien verwendet werden können. Solche andere, als Träger geeigneten, wMrmehnständigen Materialien sind z.B. öf-Tonerde, Sillimanit, Magnesiumsilicate, ZirkonPrde, Petalit, Spodumen, Cordierit, Aluminosilicate usw.

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Im Gegensatz zu einem Tabletten-Katalysatorbett, das vertikal zu einem abwärts steigenden Gasfluß sein muß, gibt es erfindungsgemäß keine Beschränkung bezüglich der Stellung des keramischen Bienenwabenkatalysators oder der Richtung des Gasflusses durch den den Katalysator enthaltenden Reaktor. Keramische Bienenwaben haben ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und ergeben daher bei der Aufnahme katalytischer Metalle wirksamere Katalysatoren als tablettierte Katalysatoren. Aufgrund ihrer offenen Struktur ist der Druckabfall über ein keramisches Bienenwabenkatalysatorbett W nur i/20 des Druckabfalls über ein Bett aus Tabletten mit ähnlichen Dimensionen. Bienenwabenträger haben auch eine hohe Wärmeschockbeständigkeit und Strukturfestigkeit und zeigen weiterhin den großen Vorteil, abriebfest zu sein.

Das wärmebeständige Metalloxyd wird (kontinuierlich oder diskontinuierlich) auf dem Träger abgeschieden; die Ablagerung erfolgt vorzugsweise in Form eines Filmes von 0_f01-0,025 mm Dicke.

Ein solches Oxyd ist ein calciniertes, wärmebeständiges Metalloxyd, das selbst Jk durch sine poröse Struktur gekennzeichnet ist und ein großes inneres Porenvolumen und gesamtes ObBrflächengebiet besitzt; es wird dahnr als "aktives" (d.h. katalytisch aktives) wärmebeständiges Metalloxyd bezeichnet.

Die bevorzugten aktiven wärmebeständigen Metalloxyde enthalten Mitglieder der - oder aktivierten Tonerde-Familie, die z.B. durch Ausfällung eines wasserhaltigen Tonerdegels und anschließendes Trocknen und Calcinieren zur Entfernung von hydratisicrtcm Wasser und zur Schaffung der aktivierten J* -Ton-

erdo hergestellt werden können. Ein besonders bevorzugtes aktives wärme-

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beständiges Metalloxyd erhält man, indem man eine Vorlaufermischung aus was-· serhaltigen Tonerdephasen mit einem vorherrschenden Gehalt an kristallinem Trihydrat, d.h. eine solche, die (bezogen auf das gesamte Tonerdehydratpräparat) mehr als 50 Gew.-p/o,vorzugsweise 65-95 Gew,-J;4, einer oder mehrerer der Trihydratformen Gibbsit, Bayerit und Norstrandit. (durch Röntgenstrahlenbrechung bestimmt) enthält, bei Temperaturen von 300-800 C. trocknet und calciniert... ... - ·

Andere geeignete aktive wärmebeständige Metalloxyde umfassen z.B. aktive oder; calcinierte Beryllerde,. Zirkonerde, Magnesia oder Kieselsäure und λ Kombinationen von Metalloxyden, wie Borerde-Tonerde oder Kieselsäure-Tonerde. Zweckmäßig besteht das aktive wärmebeständige Oxyd vorherrschend aus Oxyden eines oder mehrerer Metalle der Gruppen II, III und IV des Periodischen Systems mit einer Atomzahl nicht über 40. Die aktive wärmebeständige Metalloxydablagerung kann 1-50 Gew.-P/o, vorzugsweise 5-30 Gew.-P/>, des gesamten ■Trägers ausmachen.

Das erfindungsgemäße aktive wärmebeständige Metalloxyd kann auf verschiedene Weise auf dem Träger abgeschieden werden. Ein Verfahren besteht im Eintauchen des Trägers in eine Lösung des Salzes des wärmebeständigen Metalles Λ und im Calcinieren zwecks Abbau des Salzes in die Oxydform. Bei einem anderen, bevorzugten Verfahren wird der Träger in eine wässrige Suspension, Dispersion oder Aufschlämmung des wärmebeständigen Oxydes selbst eingetaucht, getrocknet und calciniert. Bei diesen Verfahren können Suspensionen

oder Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von 10-70 Gew.-fjii zur Abscheidung einer geeigneten Menge des wärmebeständigen Metalloxyds auf dem Träger in einer einzigen Verfahrensstufe verwendet werden. Zur Herstellung eines Katalysators mit 10 Gew.-c/α aktivierter Tonerde auf einer Zirkon-Mullit-Struktur wird nin Feststoff gehalt der Suspension von 20-40 Gew.-p/o angewendet. Der anwesende prozentuale Feststoffgehalt wird auf entzündeter

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Gewichtsbasis (bei 1100 C. entzündet) bestimmt. Ein besonders bevorzugtes Verfahren besteht in der Bildung einer oben beschriebenen wässrigen Dispersion oder Aufschlämmung, die dann naß vermählen wird; dadurch wird das wärmebeständige Metalloxyd auf eine fein zerteilte Form zerkleinert, und man erzielt einen thixotropen Schlamm der gewünschten Konsistenz_s z.B. mit. pinem Feststoffgehalt von 10-70 Gew,-4>. Dann wird der Träger in den Schlamm getaucht, getrocknet und calciniert. Gewöhnlich werden Calcinierungstemperaturen von 150-800 C. angewendet. Die Calcinierung-erfolgt zweckmäßig in Luftg z.B, einem getrockneten Luftstrom; sie kann jedoch auch in Berührung mit anderen Gasen, wie Sauerstoff, Stickstoff oder Abgas (Rauchgas) oder unter Vakuumbedingungen durchgeführt werden. Das wärmebeständige Oxyd wird auf den Oberflächen der Struktur einschließlich der Kanaloberflächen und oberflächlichen Makroparen in Verbindung mit den Kanaloberflächen als dünne Ablagerung in einem Gewichtsverhältnis von 1-50 fo, vorzugsweise 5-30 "ja, bezogen auf das Gewicht des Strukturblockes, abgeschieden.

Der Strukturträger kann vor der Aufbringung des wärmebeständigen Metalloxyds benetzt werden. In einer Ausführungsform wird eine Zirkon-Mullit-Struktur in eine wässrige Suspension eingetaucht, die die gewünschte Ge-■Wichtskonzentration an hydratisiertem wärmebeständigem Oxyd enthält. Aufgrund ihrer Porösität absorbiert die Struktur, wie festgestellt wurde₉ die Suspension" leicht. Dann wird die Katalysatorstruktur bei einer Temperatur von 400-800 C₈, vorzugsweise 450-550 C₉ getrocknet und calciniert. Ein 3₉5~ 1 ^Zirkon-Mullit-ßlock absorbiert ungefähr 0,25r=1 1 der Suspension.

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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, auf einem Träger abgeschiedene Katalysator hat ein auf der inerten keramischen Struktur abgeschiedenes wärmebeständiges Oxyd und ein auf dem wärmebeständigen Oxyd imprägniertes, katalytisch aktives Metall,

Die Imprägnierung mit der Mischung oder Legierung aus Platin und Rhodium kann nach dp.n bekannten Verfahren zur Abscheidung katalytisch aktiver Metalle auf Trägern erfolgen.

So kann z.B. die keramische Bienenwabenstruktur mit der darauf abgeschiedenen aktivierten Tonerde in eine Lösung eines oder mehrerer wasserlöslicher, anorganischer Salze von Platin und Rhodium, wie Chlorplatinsäure und Rhodiumtrichlorid, eingetaucht werdenί dabei wird die Mischung zur Sicherstellung einer einheitlichen Verteilung gerührt, und die Metalle werden durch chemische oder thermische Reduktion oder in einem chemisch kombinierten Zustand auf der Katalysatorstruktur ausgefällt. Das Metall wird durch übliche Verfahren aktiviert.

Nach der Imprägnierung mit Platin und Rhodium kann der Katalysator zweckmäßig zur Fixierung der Pt-Rh-Legierung oder -Mischung als Sulfid in dem ™ Film des aktiven wärmebeständigen Oxydes mit Schwefelwasserstoff in Berührung gebracht werden; so erhält man einen aktiveren, zweckmäßigeren Katalysator mit guter Dispergierung der Platin— und Rhodiummetalle in einer Form, die ein Wandern des Metalles während der Trocknung und Calcinierung verhindert. Eine wässriqe Lösung der Platin- und Rhodiumverbindungen kann auch zur Bildung eines Sols mit Schwefelwasserstoff umgesetzt

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werden, und dieses Sol wird auf dem Film aus aktivem wärmebeständigem Metalloxyd aufgebracht. Nach diesen Behandlungen kann der fertige Katalysator unter den oben genannten Bedingungen bei Temperaturen zwischen 150-800 C. calciniert werden.

Es ist zweckmäßig, daß der endgültige Katalysator den wärmebeständigen Metalloxydfilm im aktivierten oder calcinierten Zustand aufweist. Die Aktivierung des wärmebeständigen Metalloxydfilmes kann vor seiner Abscheidung ' auf dem Träger oder danach oder sogar nach der Pt- und Rh-Imprägnierungsstufe durchgeführt werden. Gewöhnlich wird das Material calciniert Dder teilweise calciniert, bevor es auf dem Träger abgeschieden wird; die Calcinierung kann jedoch auch nach der Abscheidung und vor der Abscheidung der Metallkomponenten der Platingruppe erfolgen. Der die Mischung aus Platin- und Rhodiummetall enthaltende Katalysator kann vor, während oder nach der Calcinierung z.B. durch Berührung mit molekularem Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen reduziert werden.

Die notwendige Platin- und Rhodiummenge variiert in Abhängigkeit vom be- w± sonderen, ausgewählten Verhältnis. In allen Fällen reicht jedoch die zugegebene Menge an Platin- oder Rhodiumverbindung aus, um im endgültigen Katalysator eine kleine, jedoch katalytisch wirksame Metallmenge zur Katalyse der Entfernung von Stickstoffoxyrien aus dem Gas zu ergeben. Gewöhnlich liegt die Gesamtmenge aus Platin und Rhodium zwischen 0,05-10 Gew.-^, vorzugsweise 0,5-2,0 Gew.-f/o, bezogen auf den gesamten, abgeschiedenen Katalysator.

Geeignete, nls zufriedenste!ürnrt rjrfuniinnn Kanzⁿntrati.oncn liegen bei 0,9 % Gew./Gew. und 1,8 f₀ Gew./Gew.

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. — 15 -

Beispiel 1

1,5 "jö Methan oder Erdgas wurden als Brennstoff in ein Abgas einer Salpetersäureaniage eingeführt,"das dietypischenMengenan NO,NOpV NgO und ~ 3 °/4 Op enthielt, wobei der Rest aus inerten Bestandteilen, wie N„ und Ar, bestand; die Zufuhr erfolgte bei atmosphärischem Druck und einer Raumgeschwin-

—1
digkeit von 100 000 std . So wurden für die gezeigten Katalysatoren die folgenden Zündungstemperaturen erzielt:

Zündungstemperatur; C.

Pd/keramische Bienenwabe 275-300

Pt/TORVEX 425-450

35 % Rh/65 % Pt auf'TORVEX . ^- 300-325

Die gesamte Metallkonzentration des Katalysators aus 35 % Rh und 65 % Pt betrug 120 g pro 28,3 1 Katalysator (oder etwa 0,9 "/o Gew./Gew.).

Die erfindungsgemäßen Pt/Rh-Katalysatoren haben bei ihrer Verwendung in der Luftverschmutzungsbekämpfung eine zu erwartende, aktive Lebensdauer von mindestens 2 1/2 Jahren. Obgleich Pd auf einem keramischen Bienenwabenkatalysator annehmbare Zünd'ungstemperaturen zeigt, hat es sich bei diesen Betriebstemperaturen als unstabil erwiesen und versagte nach einem Monat.

Somit zeigen die obigen Ergebnisse, daß die erfindungsgemäßen Katalysatoren aus 35 fo Rh und 65 % Pt eine günstig niedrige Zündungstemperatur mit guter Beständigkeit unter oxydierenden Bedingungen bei erhöhten Temperaturen kombinieren.

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Beispiel 2

Unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen wurde die Zündungstemperatur für die folgenden Verhältnisse von Rh zu Pt bestimmt: Rh-Pt Verhältnis Zündungstemperafur; C.

O:100 425

5: 95 410

. 20: 80 ■ ' 330

35: 65 - 315

P 50:^;50 325

100: 0 400

Die Ergebnisse zeigen klar, daß die niedrige Zündungstemperaturbereich und damit die größte Wirksamkeit bei der Luftverschmutzungsbekämpfung bei Rh:Pt-Verhältnissen von 20:80 bis 50:50 liegen; das Optimum erscheint bei 30:70 bis 40:60, wobei der Spitzenwert bei etwa 35 Gew„-f/₀ Rh zu 65 Gew.-P/ό Pt liegt.

Beispiel 3

1,78 ' Vol.-j/o Methan oder Erdgas wurde bei 5,2 kg/cm .Druck . - -

W in das Abgas einer Salpetersäureanlage eingeführt, das noch 3 Vol.-^d SaLerä;off und 2000 Teile pro Mill. Stickstoffoxyde enthielt. Mit einem Katalysator aus 35 °/o Rh und 65 °/o Pt auf Mullit (TORVEX) wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:

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Katalysatoreinlaßtemperatur 420°C.

Zündundungstemperatur 325 C.

Methanumwandlungswirksamkeit / 90 °/>

Ausfluß nicht umgewandelter Stick- gg Teile pro Mill,

stoffoxyde " ■

prozentuale Umwandlung der Stickstoffoxyde . 96 °/>

Unter Verwendung eines Pd/TORVEX-Katalysators wurden unter indentischen Bedingungen 400 Teile pro Mill, Stickstoffoxyde abgegeben, d.h. das Fünffache der Menge, die mit dem erfindungsgemäßen Katalysator erzielbar ist.

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Claims

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Patentansprüche «.

1.-. Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxyden aus einem Bas, das -mindestens ein Stickstoffoxyd und Sauerstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß -man das Gas zusammen mit einem gasförmigen reduzierenden Brennstoff bei einer Temperatur oberhalb der Zündungstemperatur von Gas und Brennstoff durch einen auf einem Träger abgeschiedenen Katalysator aus einem inerten Material leitet, das mit einer Mischung oder Legierung aus Platin- und Rhodiummetall in welcher das Rhodium 20-50 Gew.-f>£ des gesamten Metallgehaltes ausmacht, ■| imprägniert oder überzogen ist.

2.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Material eine harte, poröse, wärmebeständige Bienenwabenstruktur besitzt.

. 3.~ Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, rlaB das lnnrte Material auf seiner Oberfläche ein wärmebeständiges MetallDxyd enthält.

4.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmige reduzierende Brennstoff Methan als Hauptkompqnente enthält..

5.- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiger reduzierender Brennstoff Erdgas verwendet wird.

6,- Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas bei einer Temperatur unterhalb '350 C. reagiert.

7,— Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei 300-325°C. beginnt.

8,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rhodium in oiner Mnngo von 30-40 Gew.-^4 des gesamten Metalles in der Mischung oder Logierung anwesend ist.

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_ ₁₉ - ;

9,- Verfahren nach Anspruch B, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 35 Gew.sfo des gesamten Metallgehaltes in der Mischung oder Legierung aus Rhodium besteht.

-IGI.·— -Verfahren -nach -Anspruch 1 bis-9, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Material ein keramisches Material verwendet wird.

■11. -Verfahren nach^nspruch^Oj dadurch gekennzeichnet, daß als keramisches Material ein solches aus der Gruppe von Zirkon-Mullit, Mullit, ζ/[ — JTonerde, Sillimanite Magnesiumsilicaten, Zirkqnerde., Petalit, Spodumen, . . ~ Cordierit und Aluminosilicaten verwendet wird.

12.— Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmebeständiges Metalloxyd ein katalytisch aktives Material verwendet wird.

13.- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als katalytisch aktives, wärtnebeständiges Metalloxyd mindestens eines der folgenden Materialien verwendet wird:- calcinierte oder aktive Tonerde, Beryllerde, Zirkonerde, Magnesia und Kieselsäure.

14.- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive, wärmebeständige Metalloxyd eine Hauptmenge eines Oxydes min- ύ destens. eines der Metalle der Gruppen II, III und IV des Periodischen Systems mit einer Atomzahl nicht über 40 umfaßt.

15,— Katalysator zur Verwendung bei der Luftverschmutzungsbekämpfung, bestehend aus einem inerten Material, das mit einer Mischung oder Legierung aus Platin und Rhodium,, in welcher das Rhodium 20-50 Gew.-Pyd des gesamten •Metallgehaltes ausmacht, imprägniert oder überzogen ist.

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16.- Katalysator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Material eine harte, poröse, wärmebeständige Bienenwabenstruktur besitzt.

17,- Katalysator nach Anspruch 15 und 16_f dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Material auf seiner Oberfläche ein wärmebeständiges Metalloxyd enthält.

18.- Katalysator nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Rhodium in einer Menge von 30-40 Gew.-P/d des gesamten Metallgehaltes in der Mischung oder Legierung anwesend ist.

B| 19.- Katalysator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 35 Gew.-^O des gesamten Metallgehaltes in der Mischung oder Legierung aus Rhodium bestehen. "

20.- Katalysator nach Anspruch 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Material ein keramisches Material ist.

21.- Katalysator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material ein solches aus" der Gruppe von Zirkon-Mullit, Mullit, d Tonerde, Sillimanit, Magnesiumsilicate^ Zirkonerde, Petalit, Spodumen, Cordierit und Aluminosilicaten ist.

22,- Katalysator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmebeständige Metalloxyd katalytisch aktiv ist.

23,- Katalysator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive, wärmebeständige Metalloxyd aktive Tonerde ist.

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24,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das StickstoffOxyd in einer Stufe der Salpetersäureherstellung hergestellt «norden ist.

25.- Katalysator nach Anspruch 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Verfahren gemäß Anspruch 24 verwendet wird.

Der Patentanwalt:

1098 j 3/1808