[go: up one dir, main page]

NO335152B1 - Katalysator - Google Patents

Katalysator Download PDF

Info

Publication number
NO335152B1
NO335152B1 NO20023733A NO20023733A NO335152B1 NO 335152 B1 NO335152 B1 NO 335152B1 NO 20023733 A NO20023733 A NO 20023733A NO 20023733 A NO20023733 A NO 20023733A NO 335152 B1 NO335152 B1 NO 335152B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
catalyst according
plates
channels
catalytic
segments
Prior art date
Application number
NO20023733A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20023733D0 (no
NO20023733L (no
Inventor
Richard Caroni
Timothy Griffin
Verena Schmidt
Dieter Winkler
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology Ltd filed Critical Alstom Technology Ltd
Publication of NO20023733D0 publication Critical patent/NO20023733D0/no
Publication of NO20023733L publication Critical patent/NO20023733L/no
Publication of NO335152B1 publication Critical patent/NO335152B1/no

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/9454Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807Metal other than sintered metal
    • F01N3/281Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807Metal other than sintered metal
    • F01N3/281Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F01N3/2814Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates all sheets, plates or foils being corrugated
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/30Honeycomb supports characterised by their structural details
    • F01N2330/32Honeycomb supports characterised by their structural details characterised by the shape, form or number of corrugations of plates, sheets or foils
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/30Honeycomb supports characterised by their structural details
    • F01N2330/42Honeycomb supports characterised by their structural details made of three or more different sheets, foils or plates stacked one on the other
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

TEKNISK OMRÅDE
Foreliggende oppfinnelse beskjeftiger seg med omradet katalysatorteknikk. Den vedrører en katalysator ifølge innledningen av krav 1. Ved katalysator skal det i foreliggende tilfelle forstås en bærerstruktur med et katalytisk belegg. Bærerstrukturen ifølge oppfinnelsen er anvendelig for mange eksoterme katalytiske reaksjoner, f.eks. katalytisk forbrenning og syntesegassproduksjon, spesielt der hvor en ledsagende gassfasereaksjon må unngås.
En slik katalysator er f.eks. kjent fra publikasjonen US-A-5 518 697.
TEKNIKKENS STAND
Flere publikasjoner beskriver katalytiske bærerstrukturer i hvilke overoppvarmingen av det katalytiske belegg reduseres ved at den maksimale heterogene brennstoffomdannelse begrenses til ca. 50%. Dette oppnås ved at kanalene som er anordnet i katalysatoren alternerende er forsynt med et katalytisk belegg, dvs. avvekslende belagte og ikke belagte kanaler (se f.eks. US-A-4 870 824 eller US-A-5 346 389, eller US-A-5 328 359). Ved den i US-A-5 346 389 eller US-A- 5 328 359 beskrevne lesning blir enten en vekslende belagt bølget bæreplate foldet siksak-formet, eller det oppvikles en struktur av to plater som ligger over hverandre. Videre blir det i US-A-5 518 697, hhv. US-A-5 512 250 vist en tre-lags-struktur, hvor de belagte og ubelagte kanaler oppviser forskjellige dimensjoner, for ytterligere å forbedre kjølingen av de katalytiske belegg.
Fra WO 99/55 459 er det kjent en monolittisk katalysator og fremgangsmåte for dens fremstilling. Denne kjente metode er rettet mot et substrat, så som en bikake, som har et flertall av parallelle kanaler som er avgrenset av bikake-vegger. Denne bikake har forskjellige soner langs lengden av kanalene. Sonene er definert ved deres overflate og strekker seg i en lengde av kanalen i hvilken der er det samme belegg og struktur. Oppløselige komponenter i beleggblandinger er festet i deres respektive soner.
For å forhindre en deaktivering av de katalytiske belegg, er det avgjørende at deres overflatetemperatur holdes under en forutbestemt verdi, som avhenger av katalysatormaterialet. For f.eks. PdO viser det seg en reduksjon til Pd ved temperaturer over ca. 900 °C (ved trykk > 15 bar). I de ovennevnte publikasjoner blir overflatetemperaturen begrenset ved at ikke alle overflater er forsynt med et katalytisk belegg. Når det gjelder US-A-5 328 359, er, som tidligere, overflatetemperaturen under driftsbetingelsene i en gassturbin for høy: Toverflate= Tin + l/2ATadnår typisk 1000 °C, hvor Toverfiateer overflatetemperaturen, Tin er temperaturen ved katalysatorens inngang, og Tadden adiabatiske forbrenningstemperatur. Når det gjelder US-A-5 518 697, blir en ytterligere konvektiv kjøling oppnådd ved at tverrsnittsflatene av de ubelagte kanaler, i forhold til flatene av de belagte kanaler,økes. I begge tilfeller foreligger det kanaler som ikke oppviser katalytisk belegg. Under de betingelser som hersker i en gassturbin (blanding med Å. = 2,2 ved trykk > 15 bar), består det imidlertid allikevel konkret fare for en homogen tenning nær overflaten, og det spesielt i de ubelagte kanaler, da det der ikke finner sted noen reduksjon av brennstoffkonsentrasjonen. Problemet skjerpes ved at de ubelagte kanaler samtidig er kanalene med de største hydrauliske diametere.
BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN
Oppfinnelsens oppgave er derfor å tilveiebringe en katalysator, hhv. en katalytisk belagt bærerstruktur, som samtidig muliggjør forbedret kjøling av de katalytiske overflater og som sikkert forhindrer den homogene tenning i katalysatoren.
Denne oppgave loses ved samtlige trekk av krav 1. Oppfinnelsens kjerne består i at de plane plater belegges slik at det foreligger katalytiske belegg i alle kanaler, at de katalytiske belegg begrenses til forutbestemte segmenter av kanalene, og at segmentene med de katalytiske belegg i kanalene alltid ligger overfor de ubelagte segmenter, for absorpsjon av den varmestråling som under drift avgis av de katalytiske belegg. Kanalene dannes ved hjelp av bølgeplater som er anordnet mellom de plane plater og er forbundet med disse, hvorved de valgte plater enten er ubelagt eller bare delvis belagt med katalytisk sjikt.
Løsningen gjør bruk av det faktum at de hete overflater av de katalytiske belegg avgir en viss andel varme i form av stråling. Denne strålingsenergi vil kunne absorberes ved hjelp av de tilgrensende katalytisk ikke aktive flater også ledes bort ved hjelp av konvektiv kjøling. Ved den temperatur som interesserer ved drift av gassturbiner, kan den varme som avgis ved stråling tilnærmelsesvis utgjøre 30 % av den konvektivt avgitte varme. Optimeres altså de katalytisk inaktive, varmeabsorberende overflater, vil kjølingen tydelig kunne forbedres. Ved vekselspillet mellom belagte og ubelagte områder blir, ved utnyttelse av varmebortledningen ved stråling, forholdene i alle kanaler samtidig utjevnet, slik at faren for en homogen tenning er ryddet av veien.
For å øke omsetningenøkes belegningsflaten, idet segmenter av bølgeplatene belegges katalytisk, på samme måte som de plane plater.
Ytterligere foretrukne utførelsesformer av løsningen ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.
KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE
Oppfinnelsen vil i det følgende bli nærmere belyst ved utførelseseksempler under henvisning til de vedføyede tegninger, hvor fig. 1 er en skjematisk fremstilling, sett i strømnings-25 retningen, av inngangssiden av en katalysator ifølge et første foretrukket utførelseseksempel på oppfinnelsen,
fig. 2 er et grunnriss, sett ovenfra, av forskjellige belagte og ubelagte plater av katalysatoren på fig. 1,
fig. 3 er et lengdesnitt av katalysatoren etter linjen 30 III - III på fig. 1,
fig. 4 viser en alternativ type belegning av platene av en katalysator ifølge oppfinnelsen, i forhold til den på fig. 2,
fig. 5 viser et riss i likhet med fig. 1 av en katalysator ifølge et andre foretrukket utførelseseksempel på oppfinnelsen, med et belegg ifølge fig. 4,
fig. 6 er et lengdesnitt av katalysatoren etter linjen VI - VI på fig. 5,
fig. 7 viser en ytterligere mulighet innenfor oppfinnelsens ramme,
fig. 8 er et riss i likhet med fig. 2 av forskjellige belagte og ubelagte plater av katalysatoren ifølge et ytterligere foretrukket utførelseseksempel på oppfinnelsen,
fig. 9 er et lengdesnitt av en katalysator med et belegg ifølge fig. 6,
fig. 10 viser frontriss i likhet med fig. 1 og 5 av en katalysator med et belegg ifølge fig. 7,
fig. 11 viser en ytterligere utførelsesvariant av oppfinnelsen, hvor bølgeplatene mellom de plane plater er belagt i segmenter, og
fig. 12 er et lengdesnitt i likhet med fig. 6 av katalysatoren ved en ytterligere utførelsesvariant, hvor alle plane plater er belagt i segmenter.
FREMGANGSMÅTER FOR UTFØRELSE AV OPPFINNELSEN
På fig. 1 er gitt en skjematisk gjengivelse, sett i strømningsretningen, ved inngangssiden av en katalysator ifølge et første foretrukket utførelseseksempel på oppfinnelsen. Katalysatoren 10, som er vist i utsnitt, omfatter en stabel av plane plater S1,...,S4 og bølgeplater CS1,...,CS4, som er alternerende anordnet i stabelen og er forbundet med hverandre. Stabelen av plater S1,...,S4 danner katalysatorens 10 struktur. Ved hjelp av de bølge de plater CS1,...,CS4 dannes det mellom tilgrensende plane plater en flerhet av separate, parallelle kanaler, hvorav det på fig. 1 er vist fire utvalgte, over hverandre anordnede kanaler, som er betegnet med henvisningene C1,...,C4.
De bølgeplater CS1,...,CS4 er meget tynne og har typisk en tykkelse på 0,05 mm. De plane plater S1,...,S4 er derimot, på grunn av en god faststoff-varmeledning, fortrinnsvis betydelig tykkere. De plane plater Sl, S3 og S2, S4 er, sett for seg, praktisk talt identiske (slik det vil ses på fig. 2), men blir innbygget i varierende anordning i stabelen. Hele katalysatoren 10 er oppbygget av et bestemt antall enheter som er anordnet over hverandre, hvor hver enhet består av følgende rekkefølge av plater: Sl, CS2, S2, CS3, og følgelig oppviser en høyde på to kanaldiametere.
Det for katalysatorfunksjonen nødvendige katalytiske belegg 11,12 er anordnet i form av band som strekker seg i strømningsretningen FD (fig. 2) og er anordnet i en bestemt konfigurasjon på de plane plater Si,...,S4. Platene, som har en total lengde Ltotai, er i strømningsretningen delt opp i to eller enda flere forskjellige segmenter 13,14, som avvekslende er forsynt med katalytiske belegg 11,12, eller slett ikke oppviser noe katalytiske belegg. Innenfor et segment (segment 13 ved den plane plate Sl, hhv. segment 14 ved den plane plate S2 på fig. 2) som er forsynt med katalytisk belegg er det, på tvers av strømningsretningen FD, over platens bredde w, avvekslende på oversiden (katalytisk belegg 11) og på undersiden (katalytisk belegg 12) lagt belegg, slik at de plane plater S1,...,S4 ikke på noe sted er forsynt med et katalytisk belegg på begge sider samtidig. Ved tilgrensende plane plater (f.eks. Sl og S2) er de segmenter som er forsynt med katalytiske belegg 11,12 slik forskjøvet i forhold til hverandre (fig, 2, 3) at beleggene opptrer alternerende. Først er platen Sl i første segment 13 belagt over lengden Lbeiagt, mens platen S2 er ubelagt i dette segment. I neste segment 14 er platen Sida ubelagt, mens platen S2 er belagt. Det finnes derved i hvert segment bestemte kanaler (betegnet med en (<*>) på fig. 1 og 5) som ikke oppviser noe katalytisk belegg 11,12 i dette segment.
Fig 1 og 3 viser hvordan platene CS2, S2 og CS3 på den første lengde Lbeiagt(første segment 13) er slik anordnet at de danner kanaler med en forholdsvis stor overflate, hvis ubelagte vegger absorberer den fra de katalytisk aktive belegg 11,12 på platene Sl, S3 utstrålte varme og leder den bortved hjelp av konveksjon i den aktuelle kanal. Fig. 3 skiller tydelig mellom de belagte og de ubelagte kanaler i et segment 13.1 det påfølgende segment 14 danner platene CS1, Sl, CS2 og S33, S3, CS4 de ubelagte kanaler, mens platen S2 er katalytisk aktiv og utstråler varme. Det er fordelaktig når katalysatoren 10 omfatter flere enn to segmenter 13,14 med alternerende belegg, idet ensartetheten av temperaturen og brennstoffkonsentrasjonen inne i katalysatoren 10 derved forbedres. For denne ensartethet, og også for en god gjennomblanding av de uttredende gasser, bør det fortrinnsvis foreligge et like antall segmenter 13,14, hhv. gjelde Ltota| = 2n Lbeiagt, hvor n = 1, 2, 3,...
De ved utførelseseksempelet opptredende forskjellige typer varmetransport lar seg belyse under henvisning til fig. 3: Fra de ubelagte flater av platene S1,...,S4 blir varme, som er avgitt og absorbert av et katalytisk belegg, ved hjelp av konvektiv varmetransport 17 (tynne, rette piler på fig. 3) avgitt til strømningen i kanalen. Fra de med et katalytisk belegg forsynte segmenter av platene Si,...,S4, blir varme avgitt til omgivelsene via en kombinert konvektiv og strålingsmessig varmetransport 18 (tykke, rette piler på fig. 3). Sluttelig finner det sted enda en varmetransport 19 ved hjelp av faststoffledning innenfor platene Sl, ...,S4 (tynne krumme piler på fig. 3).
På fig. 3 vil det lett ses at hver av de plane plater S1,...,S4 er ubelagt ved inngangen og ved utgangen av katalysatoren. Fortrinnsvis oppviser denne ubelagte flate ved inngangen en dybde på fra ca. 2 mm - 5 mm, og ved utgangen en dybde på fra ca. 10 mm -15 mm. Derved oppnås på den ene side en bedre mekanisk styrke i disse områder, og på den annen side blir katalysatoren lettere å fremstille, da de plane plater S1,...,S4 lettere lar seg sveise sammen med bølgeplatene CS1,...,CS4. Ved utgangen tjener det ubelagte område dessuten som strålingsbeskyttelse mot en homogen flamme, hhv. en het flamme utenfor katalysatoren.
De viktigste fordeler ved konfigurasjonen som er vist på fig. 1 - 3 er de to følgende:
Overflaten som absorberer varmestrålingen maksimaliseres, slik at overflaten av de katalytiske belegg 11,12 kjøles ned til et akseptabelt nivå.
Alle kanaler er i det minste i en av sektorene forsynt med et katalytisk belegg, slik at det sikres en jevn reduksjon av brennstoffandelen mot utgangen av katalysatoren, hvorved en homogen tenning i katalysatoren forhindres.
Men det tilveiebringes også ytterligere fordeler ved hjelp av den viste katalysatorkonstruksjon: For det første er de varme gasser som trer ut av katalysatoren vesentlig mer ensartede (dvs. med samme grad av kjemisk omdannelse i alle kanaler) enn ved eksisterende katalysator-konstruksjoner. Da en slik katalytisk reaktor settes inn i gassturbiner, hvor en del av brennstoffet forbrennes homogent, muliggjør dette en lettere styrbar og renere forbrenning, dvs. med mindre pådrag av Nox- og CO-andeler, nedstrøms av katalysatoren. For det andre er de plater Si,...,S4 som er forsynt med det katalytiske belegg 11,12, som nevnt ovenfor, forholdsvis tykke, hvorved varme vil kunne ledes videre oppstrøms for å forbedre (a) kjølingen i omradet for belegget, og (b) å forbedre "light-off" i de oppstrøms beliggende områder.
Et ytterligere punkt er trykktapene: Ved tidligere tekniske løsninger foreslås omslyngede kanaler, som fører til høyere trykktap og er sterkere utsatt for strukturelle deformasjoner (dvs. kanalene bøyer seg og endrer således merkbart katalysatorens virkning). Blir det derimot, som ved den foreliggende løsning, anvendt rette kanaler, reduseres ikke bare trykktapene, som spiller en avgjørende rolle for gassturbinenes virkningsgrad, men det forenkler tydelig også fremstillings- og monteringsprosessene. Endelig vil de overflater av kanalene som ikke er dekket med katalytiske belegg kunne forsynes med et spesielt belegg, som forbedrer absorpsjonen av varmestrålingen. Dette belegg vil f.eks. også kunne begunstige rekombinasjonsreaksjoner av radikaler (OH, H, 0) i
gassfasen, for å hemme en homogen tenning.
Ved modifikasjon av utførelseseksempelet på fig. 1 - 3 kan kjølingen av de belagte flater forbedres ved en utvidelse av den ledende varmetransport (19 på fig. 3). Ifølge fig. 4 oppnås dette ved at det anordnesøyformede katalytiske belegg 15,16 istedenfor de gjennomgående band med katalytisk belegg (fig. 2). Hovedsakelig blir varmen her transportert ved en ledende varmetransport 19 fra de varme øyer med katalytiske belegg 15,16 til de forholdsvis kalde regioner mellom øyene og her ført bort til det strømmende medium ved konvektiv varmetransport. På fig. 5 er vist et med fig. 1 sammenlignbart frontriss av strukturen av den resulterende katalysator 20. Fig. 6 viser lengdesnittet av katalysatoren 20 etter linjen VI - VI på fig. 5. Også her gjennomføres igjen en kombinasjon av ren konvektiv varmetransport 17, blandet konvektiv og strålingsmessig varmetransport 18 og ledende varmetransport 19.
Øyene med det katalytiske belegg 15,16 vil, sammenlignet med kanaldiameteren, kunne gjøres forholdsvis små, hvorved 5 følgende fordeler oppnås:
- En enda høyere ensartethet av alle kanaler.
- En enda bedre bortledning av varmen fra de katalytisk belagte Dyer, da lengdene for varmeledning reduseres (varmeledningen er omvendt proporsjonal medøyenes diameter).
De små ytre mål av de katalytisk belagte øyer 15,16 muliggjør anbringelse av mer enn én rekke (i strømningsretningen) i kanalen. Et eksempel på en slik konfigurasjon er illustrert på fig. 10, i et riss i likhet med fig. 5. Det er imidlertid også mulig å anordne de katalytisk belagte øyer 15,16 jevnt alternerende på platene S1,...,S4, på samme måte som vist på fig. 7.
For å øke omdannelsen, er det fordelaktig hvis også bølgeplatene CS1,...,CS4, på samme
måte som platene Si,...,S4, er sektorvis belagt, hvorved det, på grunn av varmebortledningen, heller ikke her må foreligge en belegningsflate på begge sider av bølgeplatene samtidig. I forhold til de utførelseseksempler som er vist på fig. 1 - 7, hvor bølgeplatene CS1,...,CS4 er ubelagt, går dette riktignok på bekostning av temperaturen. Den sektorvise belegning av de bølgede og plane plater må igjen skje slik at sektorene med katalytisk belegg 11,12,15,16 i kanalene C1,...,C4 alltid ligger overfor ubelagte sektorer.
Fig. 11 er en skjematisk illustrasjon, sett i strømningsretningen, av inngangssiden av en katalysator ved et ytterligere utførelseseksempel. Sammenlignet med det første utførelseseksempel vist på fig. 1, hvor det ble anvendt ubelagte bølgeplater CS1,...,CS4, vil det tydelig ses av fig. 11 at den katalytiske belegningsflate i kanalene C1,...,C4 klart erøket ved anvendelsen av bølgede, sektorvis belagte plater (vesentlig mer enn 25 % belegningsgrad), og katalysatorens omsetning derved fordelaktig vil kunneøkes. Så vel ved de plane plater S1,...,S4 som ved bølgeplatene CS1,...,CS4 er det passet på at platene ikke på noe sted er forsynt med katalytisk belegg både på over- og undersiden samtidig, hvorved varmebortledningen er sikret under drift. Fig. 11 viser dessuten at det, i motsetning til ved utførelseseksempelet vist på fig. 1, vil kunne anvendes plane og bølgeplater S1,...,S4, CS1,...,CS4 med tilnærmet samme tykkelse.
En ytterligere modifikasjon av de på fig. 1 - 3, hhv. fig. 11 viste utførelseseksempler, ved hvilken alle de hittil belyste typer av katalytiske belegg vil kunne anvendes, er vist på fig. 8 og 9. Den der viste katalysator 30 anvender plane plater S1,...,S4, hvis lengde ikke lenger utgjør Ltotai, men bare Lbeiagf På denne reduserte lengde er platene ifølge en av de hittil beskrevne måter fullstendig forsynt med katalytiske belegg 11,12 (eller 15,16). Risset, sett forfra, av katalysatoren er lik det på fig. 1. Lengdesnittet på fig. 9 viser imidlertid forskjellene ved konfigurasjonen med de korte kanalseksjoner som går over i hverandre. Fordelene ved en slik modifikasjon er dobbelte:
- Den muliggjør en blanding av kanalene, noe som forbedrer ensartetheten av
temperatur og brennstoffandel ytterligere.
- Utformingen av (laminære) kantsjikt langs de katalytisk belagte overflater avbrytes gjentatt, hvorved reaksjonsprosessen fjerner seg fra et område med diffusjonsstyrt reaksjon hvorved overflatetemperaturen reduseres. Lengden Lbeiagtvil fortrinnsvis kunne være av samme størrelsesorden som de lengder kantskiktene utvikler seg langs.
En ytterligere mulig konfigurasjon utmerker seg ved at alle plane plater S1,...,S4 er belagt fortløpende, på samme måte som vist på fig. 7. Istedenfor den alternerende belegning av tilgrensende plater, tilveiebringes den på fig. 10 viste forenklede konstruksjon. Da de ubelagte områder av kanalene i dette tilfelle blir tydelig redusert, sammenlignet med de ovenfor beskrevne varianter, blir kjølingen ved varmestråling redusert, og hovedvekten ligger på kjøling ved varmeledning og konvektiv varmetransport.
Fig. 12 viser en ytterligere utførelsesvariant, analog med fig. 6. Sammenlignet med varianten på fig. 6, foreligger her de største belegningsflater, da hver plane plate S1,...,S4 er belagt og ikke bare hver annen.
Totalt tilveiebringes det ved oppfinnelsen en katalysator som utmerker seg ved de følgende egenskaper og fordeler:
- Overflatetemperaturen av de katalytisk belagte områder holdes under den temperatur
som fører til deaktivering.
- Risikoen for en homogen tenning i katalysatoren minimaliseres.
- Varme blir ledet videre til de (tykkeste) bæreplater for belegget, herved blir varmeavstrålingen "light-off" forbedret og systemets stabilitetøket på grunn av den termiske treghet.
- Trykktap reduseres og fremstillbarheten forbedres hhv. forenkles.
- De varme gasser som trer ut av katalysatoren er ensartet gjennomblandet, slik at det oppnås en bedre styrbar homogen forbrenning og en renere forbrenning med lavere Nox-og CO-andeler.
Selvsagt er oppfinnelsen ikke begrenset til de beskrevne utførelseseksempler. F.eks. er det mulig å anvende belagte bølgeplater CS1,...,CS4 i alle de beskrevne utførelseseksempler, istedenfor de ubelagte bølgeplater CS1,...,CS4 for dannelse av kanalene C1,...,C4.

Claims (21)

1. Katalysator (10, 20, 30) som omfatter en flerhet av plane plater (Sl,S4) som er anordnet over hverandre i en stabel, mellom hvilke det er utformet rette kanaler (C1,...,C4), som forløper parallelt i strømningsretningen (FD) og som begrenses av de plane plater (Sl,S4) hvor de plane plater (S1,...,S4) er forsynt med katalytiske belegg (ii, 12; 15,16), slik at det foreligger katalytiske belegg (11,12; 15,16) i alle kanaler (C1,...,C4), at de katalytiske belegg (11,12; 15,16) er begrenset til forutbestemte segmenterl3,14) av kanalene (Cl,C4) og at inne i kanalene (C1,...,C4) ligger segmentene med de katalytiske belegg (11,12; 15,16), for absorpsjon av den varmestråling som avgis fra de katalytiske belegg (11,12; 15,16) under drift, alltid overfor ubelagte segmenter, karakterisert vedat kanalene (Cl,..., C4) er dannet av bølgeplater (CS1,...,CS4), som hver er anordnet mellom de plane plater (S1,...,S4), og er forbundet med disse, og at bølgeplatene (CS1,...,CS4) enten er ubelagt eller for økning av omsetningen, segmentvis slik belagt at inne i kanalene (Cl,C4) ligger segmentene med de katalytiske belegg (11,12; 15,16), for absorpsjon av den varmestråling som avgis fra de katalytiske belegg (11,12; 15,16) under drift, alltid overfor ubelagte segmenter.
2. Katalysator ifølge et av kravene 1,karakterisert vedat de katalytisk ubelagte segmenter av kanalene (C1,...,C4) oppviser et spesielt belegg, fortrinnsvis for forbedring av absorpsjonen av varmestrålingen, eller for begunstigelse av rekombinasjonsreaksjoner av radikaler.
3. Katalysator ifølge et av kravene 1 - 2,karakterisert vedat bølgeplatene (CS1,...,CS4) har en tykkelse mindre enn 0,1 mm, fortrinnsvis ca. 0,05 mm, og at tykkelsen av de plane plater (S1,...,S4) er vesentlig større.
4. Katalysator ifølge et av kravene 1 - 2,karakterisert vedat tykkelsen av de plane plater (S1,...,S4) og tykkelsen av bølgeplatene (CS1,...,CS4) er omtrent lik.
5. Katalysator ifølge et av kravene 1 - 6,karakterisert vedat de plane plater (S1,...,S4) alltid er ubelagt ved inngangen og ved utgangen av katalysatoren.
6. Katalysator ifølge krav 5,karakterisert vedat den ubelagte flate av platene (S1,...,S4), ved inngangen har en dybde på fra ca. 2 mm - 5 mm, og ved utgangen fra ca. 10 mm 15 mm.
7. Katalysator ifølge et av kravene 1 - 6,karakterisert vedat alle kanaler (Cl, ...,C4) hovedsakelig oppviser samme tverrsnitt.
8. Katalysator ifølge et av kravene 1 - 6,karakterisert vedat de plane plater (S1,...,S4) oppviser en total lengde (Ltota|) i strømningsretningen, at den totale lengde (Ltota|) er oppdelt i et like antall segmenter (13,14) med en belagt lengde (Lbe|agt), og at de enkelte plane plater (S1,...,S4) langs rekkefølgen av segmenter (13,14), alternerende er forsynt med katalytisk belegg (11,12; 15,16) hhv. er ubelagt, slik at ved en stabel av tilgrensende plane plater er rekkefølgen av belagte og ubelagte segmenter (13,14) forskjøvet én belagt lengde (Lbeiagt) i forhold til hverandre i strømningsretningen.
9. Katalysator ifølge krav 8,karakterisert vedat de plane plater (S1,...,S4) innenfor de segmenter (13,14) som er forsynt med katalytiske belegg (11,12), foreligger det katalytiske belegg (11,12) i form av parallelle, gjennomgående strimler med lik bredde, som strekker seg i strømningsretningen (FD) og som over platens bredde (w) er anordnet alternerende på platens over- og underside, slik at platen alltid bare er belagt på én side.
10. Katalysator ifølge krav 9,karakterisert vedat hver av kanalene (C1,...,C4) er tilordnet én strimmel av de katalytiske belegg (11,12).
11. Katalysator ifølge krav 18,karakterisert vedat de plane plater (S1,...,S4), innenfor de segmenter (13,14) som er forsynt med katalytiske belegg (15,16), foreligger det katalytiske belegg i form av parallelle, i strømningsretningen (FD) forløpende, rekker av separate,øyformede områder med samme dimensjoner, hvilke rekker over platenes bredde (w) er alternerende anordnet på platens over- og underside, slik at platen alltid bare er belagt på én side.
12. Katalysator ifølge krav 11,karakterisert vedat hver av kanalene (C1,...,C4) er tilordnet en rekke av deøyformede katalytiske belegg (15,16).
13. Katalysator ifølge et av kravene 1 -12,karakterisert vedat katalysatoren (3) oppviser en total lengde (Ltotai) i strømningsretningen (FD), at den totale lengde (Ltotai) er oppdelt i et like antall segmenter (13,14) av en belagt lengde (Lbe|agt), og at hver av de enkelte plane plater (Sl, bare strekker seg over ett av segmentene (13,14) og er forsynt med katalytiske belegg (11,12; 15,16), slik at hver av de i stabelen tilgrensende plane plater er anordnet med mellomrom med hensyn på segmentene (13,14).
14. Katalysator ifølge krav 13,karakterisert vedat det katalytiske belegg (11,12) foreligger i form av parallelle, gjennomgående strimler med lik bredde, som strekker seg i strømningsretningen (FD) og som over platenes bredde (w) er alternerende anordnet på platenes over- og underside, slik at platen alltid bare er belagt på én side.
15. Katalysator ifølge krav 14,karakterisert vedat hver av kanalene (C1,...,C4) er tilordnet en strimmel av de katalytiske belegg (11,12).
16. Katalysator ifølge krav 13,karakterisert vedat det katalytiske belegg (15,16) foreligger i form av parallelle rekker av separate,øyformede områder med like dimensjoner som strekker seg i strømningsretningen (FD), hvilke rekker over bredden av platene er alternerende anordnet på platens over- og underside, slik at platen alltid bare er belagt på én side.
17. Katalysator ifølge krav 16,karakterisert vedat hver av kanalene (Cl,C4) er tilordnet én rekke av deøyformede katalytiske belegg (15,16).
18. Katalysator ifølge et av kravene 1 - 6,karakterisert vedat de plane plater (Sl,S4) og eventuelt bølgeplatene (CS1,...,CS4), er forsynt over hele lengden (Ltotai) med et katalytisk belegg (15,16) i form av parallelle rekker av separateøyformede områder med like dimensjoner som strekker seg i strømningsretningen (FD), hvor deøyformede områder innenfor rekkene, og på tvers av disse, er alternerende anordnet på over- og undersiden av platen, slik at platen alltid bare er belagt på én side.
19. Katalysator ifølge krav 18,karakterisert vedat hver av kanalene (Cl,C4) er tilordnet i det minste én rekke av deøyformede katalytiske belegg (15,16).
20. Katalysator ifølge et av kravene 1 -19,karakterisert vedat katalysatoren anvendes for eksoterme reaksjoner ved hvilke en ledsagende homogen gassfasereaksjon må unngås.
21. Katalysator ifølge krav 20,karakterisert vedat katalysatoren benyttes for anvendelse ved gassturbiner.
NO20023733A 2001-08-08 2002-08-07 Katalysator NO335152B1 (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH14682001 2001-08-08

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20023733D0 NO20023733D0 (no) 2002-08-07
NO20023733L NO20023733L (no) 2003-02-10
NO335152B1 true NO335152B1 (no) 2014-10-06

Family

ID=4565502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20023733A NO335152B1 (no) 2001-08-08 2002-08-07 Katalysator

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6982065B2 (no)
EP (1) EP1300555B1 (no)
DE (1) DE50205175D1 (no)
DK (1) DK1300555T3 (no)
NO (1) NO335152B1 (no)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10329162A1 (de) * 2003-06-27 2005-01-13 Alstom Technology Ltd Katalytischer Reaktor und zugehöriges Betriebsverfahren
EP1527890B1 (en) 2003-10-30 2011-01-26 Sanford, L.P. Printing device
EP1529934B1 (de) * 2003-11-05 2007-08-22 Scambia Industrial Developments Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorkörpers und durch das Verfahren herstellbarer Katalysatorkörper
EP1721694B1 (de) * 2005-05-11 2008-05-28 Scambia Industrial Developments Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung mindestens eines Blechelements, Verfahren zur Herstellung mindestens eines Katalysatorkörpers, hergestelltes Blechelement sowie hergestellter Katalysatorkörper
DE102006026510B3 (de) * 2006-06-06 2007-05-24 Leinemann Gmbh & Co. Kg Flammensperreinsatz und Verfahren zu seiner Herstellung
JP5736173B2 (ja) * 2007-10-12 2015-06-17 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー 改善された熱衝撃抵抗性すすフィルター
DE102009018422A1 (de) * 2009-04-22 2010-11-04 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Wabenkörpers
US10767859B2 (en) * 2014-08-19 2020-09-08 Adler Hot Oil Service, LLC Wellhead gas heater

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328359A (en) * 1992-05-19 1994-07-12 W. R. Grace & Co.-Conn. Ignition stage for a high temperature combustor
WO1999055459A1 (en) * 1998-04-28 1999-11-04 Engelhard Corporation Monolithic catalysts and related process for manufacture

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59136140A (ja) * 1983-01-25 1984-08-04 Babcock Hitachi Kk 燃焼用触媒体
US4870824A (en) 1987-08-24 1989-10-03 Westinghouse Electric Corp. Passively cooled catalytic combustor for a stationary combustion turbine
US5346389A (en) 1989-02-24 1994-09-13 W. R. Grace & Co.-Conn. Combustion apparatus for high-temperature environment
DE4018704C2 (de) 1990-06-12 1994-05-11 Friedr Gustav Theis Kaltwalzwe Verfahren zur Herstellung gewickelter und/oder geschichteter metallischer Katalysator-Träger
US5232357A (en) * 1990-11-26 1993-08-03 Catalytica, Inc. Multistage process for combusting fuel mixtures using oxide catalysts in the hot stage
DE4112354A1 (de) * 1991-04-16 1992-10-22 Behr Gmbh & Co Vorrichtung zum katalytischen entgiften von abgasen
DE4307442A1 (de) * 1993-03-10 1994-09-15 Wolff Walsrode Ag Mehrschichtige, gereckte, heißsiegelbare Polypropylenfolie
US5512250A (en) 1994-03-02 1996-04-30 Catalytica, Inc. Catalyst structure employing integral heat exchange
DE4418630A1 (de) * 1994-05-27 1995-11-30 Emitec Emissionstechnologie Wabenkörper auf Blechlagen unterschiedlicher Vormaterialien
DE19519847C1 (de) * 1995-05-31 1997-01-23 Forschungszentrum Juelich Gmbh Anodensubstrat für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle
US5791044A (en) 1995-12-22 1998-08-11 Engelhard Corporation Assembly and method for catalytic converter structures

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328359A (en) * 1992-05-19 1994-07-12 W. R. Grace & Co.-Conn. Ignition stage for a high temperature combustor
WO1999055459A1 (en) * 1998-04-28 1999-11-04 Engelhard Corporation Monolithic catalysts and related process for manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
EP1300555A9 (de) 2003-12-17
NO20023733D0 (no) 2002-08-07
DE50205175D1 (de) 2006-01-12
US6982065B2 (en) 2006-01-03
US20030031608A1 (en) 2003-02-13
EP1300555A3 (de) 2003-11-26
EP1300555A2 (de) 2003-04-09
EP1300555B1 (de) 2005-12-07
DK1300555T3 (da) 2006-04-18
NO20023733L (no) 2003-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5346389A (en) Combustion apparatus for high-temperature environment
US5328359A (en) Ignition stage for a high temperature combustor
US8357427B2 (en) Preparation method for a partially coated monolith
US20070009426A1 (en) Thermally coupled monolith reactor
RU2495714C1 (ru) Каталитический реактор
NO170837B (no) Fremgangsmaate ved heterogen katalyse
KR102456288B1 (ko) 합성가스 생성을 위한 확장 가능한 열 교환기 개질기
BR0210943B1 (pt) Reator catalítico, processo para realizar reforma metano/vapor, e, planta para o processamento de metano para produzir hidrocarbonetos de cadeia mais longa
KR100581469B1 (ko) 단일체형 벌집형상체 및 그 제조 방법
NO335152B1 (no) Katalysator
JP2013508150A (ja) チャネル付き反応器
KR101210127B1 (ko) 개질기용 연소기
EP2161061B1 (en) Evaporator and fuel reformer having the same
JPH11128735A (ja) 壁面流れを減少する組織化充填を用いる蒸留塔
JP2013540052A (ja) 触媒反応器及び触媒構造体
EP1860064B1 (en) Fuel modification apparatus
KR20080060871A (ko) 탄화수소 수증기 개질용 금속모노리스 열교환기를 장착한다단 촉매반응기 및 이를 이용한 수소 제조방법
NO328545B1 (no) Katalysator
WO2013093422A1 (en) Catalyst structure and a catalytic process
JP4450755B2 (ja) 燃料改質装置
RU2172412C2 (ru) Сотовый элемент с теплоизоляцией, предпочтительно для каталитического нейтрализатора отработавших газов
JP4617557B2 (ja) 触媒反応器
EP1954390B1 (en) Apparatus for controlling catalytic combustion, where said catalytic combustion is coupled to endothermic reactions
KR20240154995A (ko) 마이크로 채널 반응기
JPH08312338A (ja) 排気ガス浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
CREP Change of representative

Representative=s name: CURO AS, INDUSTRIVEIEN 53, 7080 HEIMDAL, NORGE

CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH

MM1K Lapsed by not paying the annual fees