DE102010005105A1 - catalyst - Google Patents
catalyst Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010005105A1 DE102010005105A1 DE102010005105A DE102010005105A DE102010005105A1 DE 102010005105 A1 DE102010005105 A1 DE 102010005105A1 DE 102010005105 A DE102010005105 A DE 102010005105A DE 102010005105 A DE102010005105 A DE 102010005105A DE 102010005105 A1 DE102010005105 A1 DE 102010005105A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- catalyst
- catalytically active
- active component
- coating
- ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 114
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 42
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 22
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229960001730 nitrous oxide Drugs 0.000 claims description 20
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 18
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 15
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 14
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- -1 perovskites Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000013842 nitrous oxide Nutrition 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 2
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 7
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 4
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 4
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 3
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 229910001680 bayerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 229910001679 gibbsite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJLOMQIUPFZJAN-UHFFFAOYSA-N oxorhodium Chemical compound [Rh]=O SJLOMQIUPFZJAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003445 palladium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910003450 rhodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/8906—Iron and noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation 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
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
- B01D53/8625—Nitrogen oxides
- B01D53/8628—Processes characterised by a specific catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/56—Platinum group metals
- B01J23/63—Platinum group metals with rare earths or actinides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/83—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with rare earths or actinides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/612—Surface area less than 10 m2/g
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/613—10-100 m2/g
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
- C01B21/24—Nitric oxide (NO)
- C01B21/26—Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia
- C01B21/265—Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia characterised by the catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1021—Platinum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1023—Palladium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1025—Rhodium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/104—Silver
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/106—Gold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/206—Rare earth metals
- B01D2255/2063—Lanthanum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/206—Rare earth metals
- B01D2255/2065—Cerium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20715—Zirconium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20738—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20753—Nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20761—Copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/40—Mixed oxides
- B01D2255/407—Zr-Ce mixed oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/40—Nitrogen compounds
- B01D2257/402—Dinitrogen oxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation 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
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
- B01D53/9427—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrous oxide
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen beschichteten keramischen Katalysator, der in der Beschichtung und im Träger katalytisch aktive Komponenten enthält.The present invention relates to a coated ceramic catalyst which contains catalytically active components in the coating and in the carrier.
Description
Beim Ostwald-Verfahren wird ein Gemisch aus Ammoniak (NH3) und Luft bei Drücken von 1 bis 15 bar, Temperaturen von 780 bis 950°C und Gasgeschwindigkeiten von 0,5 bis 12 m/s durch einen gasdurchlässigen Edelmetallnetz-Katalysator auf Basis von Platinlegierungen geführt. Abhängig von der Gasgeschwindigkeit besteht der Edelmetallnetz-Katalysator aus Paketen von 3 bis zu 50 direkt aufeinanderliegenden Edelmetallnetzen. An diesem Katalysator wird Ammoniak (NH3) mit Luftsauerstoff (O2) katalytisch umgesetzt zu Stickstoffmonoxid (NO) und Wasser (H2O).In Ostwald method is a mixture of ammonia (NH 3 ) and air at pressures of 1 to 15 bar, temperatures of 780 to 950 ° C and gas velocities of 0.5 to 12 m / s by a gas-permeable noble metal mesh catalyst based on Platinum alloys led. Depending on the gas velocity, the noble metal mesh catalyst consists of packages of from 3 up to 50 directly superposed noble metal nets. On this catalyst, ammonia (NH 3 ) is catalytically reacted with atmospheric oxygen (O 2 ) to form nitrogen monoxide (NO) and water (H 2 O).
Als unerwünschtes Nebenprodukt wird bei dieser Reaktion ein Gemisch von Stickoxiden (NOx) und Distickstoffmonoxid (N2O) gebildet. Das gewünschte Produkt NO wird in weiterer Abfolge der Prozeßschritte an einem Wärmetauscher unterhalb des Edelmetallnetz-Katalysators abgekühlt, mit Überschüssigem Sauerstoff zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert und danach in Wasser als Salpetersäure absorbiert. Das verbleibende gasförmige Gemisch an Stickoxiden wird an einem sogenannten „DeNOx”-Katalysator unter Zugabe eines Brennstoffs, zumeist Ammoniak, zu den unkritischen Komponenten Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umgesetzt. Distickstoffmonoxid wird in diesen Prozeßschritten nicht absorbiert oder zersetzt. Ohne eine nachgeschaltete Stufe zu seiner Umsetzung gelangt es in einer Menge von 4 bis 15 kg pro produzierter Tonne Salpetersäure unzersetzt in die Atmosphäre.As an undesired by-product, a mixture of nitrogen oxides (NO x ) and nitrous oxide (N 2 O) is formed in this reaction. The desired product NO is cooled in a further sequence of process steps on a heat exchanger below the noble metal mesh catalyst, oxidized with excess oxygen to nitrogen dioxide (NO 2 ) and then absorbed in water as nitric acid. The remaining gaseous mixture of nitrogen oxides is reacted on a so-called "DeNOx" catalyst with the addition of a fuel, usually ammonia, to the non-critical components nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). Nitrous oxide is not absorbed or decomposed in these process steps. Without a downstream stage to its implementation, it passes into the atmosphere in an amount of 4 to 15 kg per tonne of nitric acid produced undecomposed.
Distickstoffmonoxid ist ein starkes „Treibhausgas”. Sein Kohlendioxidäquivalent beträgt 310. Die Salpetersäure-Industrie ist damit eine der hauptsächlichen industriellen Quellen für den direkten Eintrag dieses klimaschädlichen Gases in die Atmosphäre. Es ist daher Gegenstand der Forschung und Entwicklung, Maßnahmen und Verfahren bereitzustellen mit welchen die Emission von Distickstoffmonoxid bei der Salpetersäureherstellung vermindert werden kann.Nitrous oxide is a powerful "greenhouse gas". Its carbon dioxide equivalent is 310. The nitric acid industry is thus one of the major industrial sources for the direct entry of this climate-damaging gas into the atmosphere. It is therefore the object of research and development to provide measures and processes with which the emission of nitrous oxide in nitric acid production can be reduced.
Katalysatoren zur Umsetzung von Distickstoffmonoxid sind bekannt. Bei der Salpetersäureherstellung werden sie bevorzugt in der Hochtemperaturzone der Ammoniakoxidation stromabwärts direkt unterhalb des Edelmetallnetz-Katalysators und vor dem Wärmetauscher zum Abkühlen des Prozeßgases angeordnet. Auf Grund ihrer Anordnung nach dem Katalysator für die Ammoniakoxidation werden sie im Verfahren zur Salpetersäureherstellung als Sekundärkatalysatoren bezeichnet.Catalysts for the reaction of nitrous oxide are known. In nitric acid production, they are preferably placed in the high temperature zone of ammonia oxidation downstream directly below the noble metal mesh catalyst and before the heat exchanger for cooling the process gas. Due to their arrangement after the catalyst for the ammonia oxidation, they are referred to in the process for nitric acid production as secondary catalysts.
In der
In der
In der
In der
In der
In der
In der
In der
Wie schon beschrieben, werden die Katalysatoren zur Umsetzung von Distickstoffmonoxid bevorzugt zwischen den Katalysatornetzen zur Ammoniakoxidation und dem Wärmetauscher für die Prozeßgaskühlung angeordnet. Die Betriebsbedingungen an diesem Ort sind gekennzeichnet durch Arbeitstemperaturen zwischen 750 bis 1000°C, Gasgeschwindigkeiten von 0,5 bis 12 m/s und Drücken von 1 bis 15 bar. Darüber hinaus wird bei einer Notabschaltung des Reaktors die Arbeitstemperatur in wenigen Minuten auf unter 200°C abgesenkt. Ähnlich schnelle Temperaturänderungen treten auch beim An- und Abfahren des Reaktors für die Ammoniakoxidation auf. Die Katalysatoren müssen also nicht nur langzeitstabil unter hohen Arbeitstemperaturen sein, sondern auch noch eine hohe Thermoschockresistenz aufweisen.As already described, the catalysts for the reaction of nitrous oxide are preferably arranged between the catalyst networks for ammonia oxidation and the heat exchanger for the process gas cooling. The operating conditions at this location are characterized by working temperatures between 750 to 1000 ° C, gas velocities of 0.5 to 12 m / s and pressures of 1 to 15 bar. In addition, in an emergency shutdown of the reactor, the working temperature is lowered to below 200 ° C in a few minutes. Similarly rapid temperature changes also occur when starting and stopping the reactor for the ammonia oxidation. The catalysts must therefore not only be long-term stable under high operating temperatures, but also have a high thermal shock resistance.
Aufgabe der Erfindung war es daher, einen Katalysator zur selektiven Umsetzung von Distickstoffmonoxid aus dem Prozeßgas der Ammoniakoxidation zu entwickeln, der neben einer hohen mechanischen und thermischen Stabilität eine überlegene katalytische Aktivität aufweist. Weitere anwendungsspezifisch bedeutsame Eigenschaften wie die Thermoschockresistenz, geringe Alterungsneigung, geringer Strömungswiderstand und/oder hohe geometrische Oberfläche können durch entsprechende Wahl der Ausführung des Trägerkörpers für die jeweilige Anwendung bzw. Produktionsanlage optimal berücksichtigt werden.The object of the invention was therefore to develop a catalyst for the selective conversion of nitrous oxide from the process gas of the ammonia oxidation, which in addition to a high mechanical and thermal stability has a superior catalytic activity. Further application-specific significant properties such as the thermal shock resistance, low tendency to age, low flow resistance and / or high geometric surface can be optimally taken into account by appropriate choice of the design of the carrier body for the respective application or production plant.
Diese Aufgabe wird durch einen Katalysator gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Katalysators und seiner Verwendung sind Gegenstand der entsprechenden abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a catalyst according to claim 1. Preferred embodiments of the catalyst and its use are the subject of the corresponding dependent claims.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
- 1. Katalysator zur Umsetzung von Distickstoffmonoxid unter den Bedingungen des Ostwald-Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem keramischen Träger und einer auf den Träger aufgebrachten Beschichtung besteht, wobei der Träger mindestens eine in den Träger inkorporierte erste katalytisch aktive Komponente enthält, die Beschichtung mindestens eine zweite katalytisch aktive Komponente enthält und die erste und zweite katalytisch aktive Komponente voneinander verschieden sind.Catalyst for the reaction of nitrous oxide under the conditions of the Ostwald process, characterized in that it consists of a ceramic support and a coating applied to the support, wherein the support contains at least one first catalytically active component incorporated in the support, the coating contains at least one second catalytically active component and the first and second catalytically active components are different from each other.
- 2. Katalysator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger die Form von Wabenkörpern, Kugeln, Granulaten, Extrudaten beliebiger Form, Raschigringen, Tabletten, Hohlzylinder, Mehrlochzylinder oder Schaumkeramiken umfasst.2. Catalyst according to item 1, characterized, in that the ceramic carrier is in the form of honeycomb bodies, spheres, granules, extrudates of any shape, Raschig rings, tablets, hollow cylinders, multi-hole cylinders or foamed ceramics.
- 3. Katalysator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite katalytisch aktive Komponente Oxide der Übergangsmetalle, Seltenerdoxiden, Zirkonoxid, deren Mischoxiden und deren Verbindungen wie Perowskite, Spinelle sowie deren Mischungen enthält.3. Catalyst according to item 1, characterized, in that the first and the second catalytically active component comprise oxides of the transition metals, rare earth oxides, zirconium oxide, their mixed oxides and their compounds, such as perovskites, spinels and mixtures thereof.
- 4. Katalysator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß. die zweite katalytische Komponente aus mindestens einem Metall aus der Gruppe bestehend aus Ag, Au, Pt, Pd, Rh und deren Kombinationen besteht.4. Catalyst according to item 1, characterized, that. the second catalytic component consists of at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Pt, Pd, Rh and combinations thereof.
- 5. Katalysator nach einem der Punkte 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß, die zweite katalytisch aktive Komponente auf einem temperaturstabilen keramischen Trägermaterial abgeschieden ist.5. Catalyst according to one of the items 1 to 4, characterized in that the second catalytically active component is deposited on a temperature-stable ceramic carrier material.
- 6. Katalysator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger aus einem Oxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, Fe2O3, Seltenerdoxid, Yttriumoxid, Ceroxid, Erdalkalimetalloxid, Mullit, Spinell, MgAl2O4 und deren Mischungen besteht und gegebenenfalls Zusätze von keramischen Bindern enthält.6. Catalyst according to item 1, characterized in that the ceramic support of an oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Fe 2 O 3 , rare earth oxide, yttrium oxide, cerium oxide, alkaline earth metal oxide, Mullite, spinel, MgAl 2 O 4 and mixtures thereof and optionally contains additions of ceramic binders.
- 7. Katalysator nach Punkt 6, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger überwiegend Eisenoxid enthält.7. catalyst according to item 6, characterized, that the ceramic carrier contains predominantly iron oxide.
- 8. Katalysator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der aufgebrachten Beschichtung, die mindestens eine zweite katalytisch aktive Komponente enthält, zwischen 3 und 40 Gew.-%, bevorzugt 3–20 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse des fertigen Katalysators beträgt.8. Catalyst according to item 1, characterized, the weight of the applied coating containing at least one second catalytically active component is between 3 and 40% by weight, preferably 3-20% by weight, more preferably 5-10% by weight, based on the total mass of the finished catalyst is.
- 9. Katalysator nach einem der Punkte 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger ein Wabenkörper mit Zelldichten von 10–100 Zellen/cm2 und einem offenen Querschnitt von 30–80% ist.9. Catalyst according to one of the items 1 to 8, characterized in that the ceramic carrier is a honeycomb body with cell densities of 10-100 cells / cm 2 and an open cross section of 30-80%.
- 10. Katalysator nach einem der Punkte 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger nur teilweise mit einer Beschichtung versehen ist.10. Catalyst according to one of the items 1 to 9, characterized, that the carrier is only partially provided with a coating.
- 11. Katalysator nach Punkt 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Schaumkeramik oder ein Wabenkörper ist und in Durchflußrichtung nur teilweise beschichtet ist, wobei die Beschichtung im vorderen oder hinteren Bereich des Trägers aufgebracht sein kann.11. catalyst according to item 10, characterized, the carrier is a foam ceramic or a honeycomb body and is only partially coated in the direction of flow, it being possible for the coating to be applied in the front or rear region of the carrier.
- 12. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure, wobei Ammoniak an mindestens einem Katalysatornetz, insbesondere Platinnetz, unter Zufuhr von Sauerstoff zur Oxidation von Ammoniak geführt wird und die Reaktionsgase gekühlt werden, wobei die Reaktionsgase stromab des Katalysatornetzes vor der Kühlung über einen Katalysator nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche für die Umwandlung des in den Reaktionsgasen enthaltenen Distickstoffmonoxids geführt werden.12. A process for the preparation of nitric acid, wherein ammonia is passed to at least one catalyst network, in particular platinum network, with the supply of oxygen for the oxidation of ammonia and the reaction gases are cooled, wherein the reaction gases downstream of the catalyst network before cooling via a catalyst after one or more of the preceding claims for the conversion of the nitrous oxide contained in the reaction gases are performed.
- 13. Reaktor zur katalytischen Oxidation von Ammoniak zu Stickoxiden, der in Flussrichtung in dieser Reihenfolge ein Katalysatornetz und gegebenenfalls ein Edelmetall-Rückgewinnungsnetz enthält, wobei stromab des Katalysatornetzes und/oder des gegebenenfalls vorhandenen Edelmetall-Rückgewinnungsnetzes ein Katalysator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Katalysator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 eingesetzt ist.13. Reactor for the catalytic oxidation of ammonia to nitrogen oxides, which contains in the flow direction in this order a catalyst network and optionally a noble metal recovery network, downstream of the catalyst network and / or the optionally present noble metal recovery network, a catalyst is arranged, characterized in that a Catalyst according to one or more of claims 1 to 11 is used.
- 14. Reaktor nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zur Umsetzung von Distickstoffmonoxid als Stabilisator oder Auflage für den Edelmetallnetz-Katalysator und/oder das Edelmetall-Rückgewinnungsnetz dient.14. Reactor according to item 12, characterized in that the catalyst for reacting nitrous oxide serves as a stabilizer or support for the noble metal net catalyst and / or the noble metal recovery net.
- 15. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 11 enthaltend die Schritte: – Bereitstellen einer keramischen Komposition zur Formgebung zu einem keramischen Formkörpervorläufer, die mindestens eine erste katalytisch aktive Komponente enthält; – Durchführung eines Formgebungsprozesses zur Herstellung eines Form körpervorläufers; – Trocknen des Formkörpervorläufers bei Temperaturen bis 300°C zu einem Grünling; – Sintern des Grünlings bei Temperaturen oberhalb 300°C, vorzugsweise oberhalb 850°C zu einem Formkörper; – Kontaktieren des Formkörpers mit einer Beschichtungssuspension, die mindestens eine zweite, von der ersten verschiedene katalytisch aktive Komponente mit vorzugsweise mindestens einem Bindemittel enthält, durch Eintauchen, Besprühen, Übergießen, Einsaugen oder Einpumpen; – Gegebenenfalls Entfernen überschüssiger Beschichtungssuspension, vorzugsweise durch Ablaufenlassen, Aussaugen, Ausblasen und/oder Ausschleudern im Falle der Verwendung überschüssiger Beschichtungssuspension; – Trocknen der auf dem Formkörper vorhandenen Beschichtungssuspensionsanteile zur Ausbildung der Beschichtung; – Tempern der Beschichtung auf dem Formkörper, um den Katalysator zu erhalten, bei Temperaturen oberhalb 300°C, bevorzugt 600°C, besonders bevorzugt oberhalb 850°C. dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mindestens eine erste katalytisch aktive Komponente inkorporiert im Träger und eine darauf abgeschiedene Beschichtung eine zweite, davon verschiedene katalytisch aktive Komponente enthält.15. A process for the preparation of a catalyst according to one or more of the items 1 to 11 comprising the steps: Providing a ceramic composition for shaping into a ceramic shaped body precursor containing at least a first catalytically active component; - Carrying out a shaping process for producing a shape body precursor; - Drying of the molding precursor at temperatures up to 300 ° C to a green compact; - sintering of the green body at temperatures above 300 ° C, preferably above 850 ° C to form a shaped body; - contacting the shaped body with a coating suspension containing at least one second, different from the first catalytically active component with preferably at least one binder, by dipping, spraying, pouring, sucking or pumping; - If necessary, remove excess coating suspension, preferably by draining, sucking, blowing and / or ejection in the case of using excess coating suspension; - drying the coating suspension components present on the shaped body to form the coating; - Annealing the coating on the molding to obtain the catalyst, at temperatures above 300 ° C, preferably 600 ° C, more preferably above 850 ° C. characterized in that the catalyst comprises at least a first catalytically active component incorporated in the carrier and a coating deposited thereon a second, different catalytically active component.
- 16. Verfahren nach Punkt 15, wobei zumindest der Schritt des Kontaktierens des Formkörpers mit einer Beschichtungssuspension wiederholt wird.16. The method according to item 15, wherein at least the step of contacting the shaped body is repeated with a coating suspension.
- 17. Verfahren zur Herstellung eines Katalysator nach Punkt 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite katalytische Beschichtung aus einer Suspension mit einem Oxidgehalt von 5–60 Gew.-%, bevorzugt von 10–45 Gew.-%, abgeschieden wird.17. A process for preparing a catalyst according to item 15 or 16, characterized in that the second catalytic coating from a suspension having an oxide content of 5-60 wt .-%, preferably from 10-45 wt .-%, deposited.
- 18. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators nach einem der Punkte 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungssuspension eine wässrige Suspension mit einem pH-Wert zwischen 3 und 10 ist.18. A process for preparing a catalyst according to any one of items 15 to 17, characterized in that the coating suspension is an aqueous suspension having a pH between 3 and 10.
- 19. Verfahren nach einem der Punkte 15 bis 18, wobei im Anschluß an den Schritt der Temperung der Beschichtung der Schaumkeramik eine Voralterung des Katalysators durchgeführt wird. 19. The method according to any one of items 15 to 18, wherein a pre-aging of the catalyst is performed following the step of tempering the coating of the ceramic foam.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Gemäß der Erfindung wird ein keramischer Träger, der selbst mindestens eine erste katalytisch aktive Komponente enthält, mit einer Beschichtung versehen, welche mindestens eine zweite katalytisch aktive Komponente enthält und wobei beide katalytisch aktive Komponenten unterschiedlich sind. Gemäß der Erfindung muß der Träger nicht vollständig beschichtet werden. Hierfür kann es katalytische oder beschichtungstechnische Gründe geben. Besonders Träger wie Wabenkörper oder Schaumkeramiken können nur teilweise beschichtet sein, wobei die beschichtete Seite als Ein- oder Austritt des durchströmenden Gases dienen kann. Hiermit ist gemeint, daß die Schaumkeramik oder der Wabenkörper in Durchflußrichtung nur teilweise beschichtet ist, wobei die Beschichtung im vorderen oder hinteren Bereich des Trägers aufgebracht sein kann.According to the invention, a ceramic carrier which itself contains at least one first catalytically active component is provided with a coating which contains at least one second catalytically active component and wherein both catalytically active components are different. According to the invention, the carrier need not be completely coated. There may be catalytic or coating reasons for this. Especially carriers such as honeycomb bodies or foamed ceramics can only be partially coated, with the coated side serving as inlet or outlet of the gas flowing through. By this is meant that the foamed ceramic or the honeycomb body is only partially coated in the flow direction, wherein the coating may be applied in the front or rear region of the carrier.
Es wurde überraschend gefunden, dass durch Zugabe katalytisch aktiver Komponente in die Trägerstruktur sowohl die Langzeitstabilität des Katalysators als auch der Umsatz bei vergleichbaren Reaktionsbedingungen erhöht werden kann. Letzteres ist insbesondere deshalb überraschend, weil man üblicherweise davon ausgeht, dass die Reaktion im Wesentlichen an den Oberflächen des Katalysators stattfinden und die Zusammensetzung des keramischen Materials im Inneren im Gegensatz zu den oberflächlich aufgebrachten katalytisch aktiven Komponenten nur eine untergeordnete Rolle spielt. Diese Lösung der gestellten Aufgabe basiert auf Untersuchungen der Erfinder, die gezeigt haben, daß die Umsetzung von Distickstoffmonoxid unter den Betriebsbedingungen im Reaktor für die Ammoniakoxidation im wesentlichen nicht kinetisch beschränkt ist.It has surprisingly been found that addition of catalytically active component into the support structure can increase both the long-term stability of the catalyst and also the conversion under comparable reaction conditions. The latter is particularly surprising because it is usually assumed that the reaction take place substantially on the surfaces of the catalyst and the composition of the ceramic material in the interior, in contrast to the superficially applied catalytically active components plays only a minor role. This solution to the problem is based on investigations by the inventors which have shown that the conversion of nitrous oxide under the operating conditions in the ammonia oxidation reactor is essentially not kinetically limited.
In der Praxis ist die Erhöhung des Umsatzes von entscheidender Bedeutung, da der Bauraum für den Katalysator begrenzt ist. Mit einem Katalysator, der eine Umsatzerhöhung zeigt, kann ein verbesserter N2O-Umsatz erreicht oder bei identischem katalytischen Umsatz das Volumen des Katalysators verringert werden. Aufgrund des begrenzten zur Verfügung stehenden Katalysator-Bauraums in der industriellen Anwendung, ist ein möglichst hoher N2O-Umsatz mit möglichst geringem Katalysatorvolumen und dadurch ein möglichst geringer zusätzlicher Druckverlust von Vorteil.In practice, increasing the conversion is of crucial importance, since the installation space for the catalyst is limited. With a catalyst which shows an increase in sales, an improved N 2 O conversion can be achieved or with identical catalytic conversion, the volume of the catalyst can be reduced. Due to the limited available catalyst space in industrial applications, the highest possible N 2 O conversion with the lowest possible catalyst volume and thus the lowest possible additional pressure loss is advantageous.
Es wurde überraschend gefunden, dass hierbei nicht nur die Alterungsbeständigkeit bekannter Katalysatoren übertroffen wird, welche entweder aus beschichteten, aber selbst inerten Substraten oder aber aus unbeschichteten, katalysatorhaltigen Substraten bestehen, sondern zusätzlich synergistsche Effekte beobachtet werden können.It was surprisingly found that not only the aging resistance of known catalysts is exceeded, which consist either of coated, but even inert substrates or of uncoated, catalyst-containing substrates, but additionally synergistic effects can be observed.
Zu beachten ist jedoch, dass bei steigendem Anteil der aktiven Komponente im Trägermaterial die mechanische Stabilität des Katalysators verringert wird.It should be noted, however, that as the proportion of the active component in the carrier increases, the mechanical stability of the catalyst is reduced.
Gemäß der Erfindung enthalten die keramischen Komponenten zur Herstellung der Trägerstruktur zusätzlich eine erste katalytisch aktive Komponente oder bestehen in vollständig daraus. Die katalytisch aktiven Komponenten sind in reiner Form, ohne Verwendung einer keramischen Komponente, und als überwiegender Bestandteil zur Herstellung der Trägerstruktur zumeist ungeeignet, da die mechanische Stabilität dann oft nicht ausreichend ist.According to the invention, the ceramic components for producing the support structure additionally comprise or consist entirely of a first catalytically active component. The catalytically active components are in pure form, without the use of a ceramic component, and as a predominant component for the preparation of the support structure mostly unsuitable, since the mechanical stability is then often insufficient.
Erfindungsgemäß können vorteilhaft zwei verschieden wirkende katalytische Komponenten kombiniert werden wie z. B. unedelmetallhaltige Komponenten mit niedriger NO-Zersetzungstendenz und edelmetallhaltige Komponenten mit besonders hoher Reaktionsgeschwindigkeit bezüglich der Lachgaszersetzung.According to the invention advantageously two different acting catalytic components can be combined such. B. base metal-containing components with low NO decomposition tendency and noble metal-containing components with a particularly high reaction rate with respect to the Lachgaszersetzung.
Der Katalysator hat vorteilhaft spezifische Oberflächen, bestimmt nach BET, von 1–100 m2/g, besonders vorteilhaft von 2–30 m2/g und insbesondere von etwa 3 m2/g bis etwa 15 m2/g. Die Angabe der spezifischen Oberfläche bezieht sich auf den Frischzustand vor Einbau in die Produktionsanlage. Die Werte decken einen recht großen Bereich ab, da – abhängig von der jeweiligen Katalysatorkomponente – Unterschiede in der Temperaturbeständigkeit bestehen und eine gewisse Minderung der spezifischen Oberfläche auch nach Einbau des Katalysators erfolgen kann. Vorteilhafterweise wird daher oft eine Voralterung des Katalysators vorgeschlagen.The catalyst advantageously has specific surface areas, determined by BET, of 1-100 m 2 / g, more preferably of 2-30 m 2 / g and in particular of about 3 m 2 / g to about 15 m 2 / g. The specification of the specific surface refers to the fresh state before installation in the production plant. The values cover a fairly wide range, since - depending on the particular catalyst component - there are differences in the temperature resistance and a certain reduction in the specific surface can also take place after installation of the catalyst. Advantageously, therefore, a pre-aging of the catalyst is often proposed.
Der Katalysator zur Umsetzung von Distickstoffmonoxid kann sowohl in Trägermaterial als auch in seiner Beschichtung beispielsweise als katalytisch aktive Komponente(n) eine oder mehrere oxidische Verbindungen als katalytisch aktive Komponenten enthalten.The catalyst for the reaction of dinitrogen monoxide may contain one or more oxidic compounds as catalytically active components both in the carrier material and in its coating, for example as catalytically active component (s).
Als katalytisch aktive Komponenten kommen alle literaturmässig bekannten Katalysatormaterialien zur Lachgaszersetzung infrage. Dies sind z. B. Edelmetalle und Oxide der Übergangsmetalle wie Co, Ni, Cu, Mn und Fe, Seltenerdoxide, Ceroxid, Zirkonoxid, deren Mischoxide und deren Verbindungen wie Perowskite, Spinelle sowie deren Mischungen. Geeignete Elementbestandteile für Verbindungen wie Perowskite und Spinelle sind insbesondere Erdalkalimetalle und die Seltenen Erden neben den Übergangsmetallen.Suitable catalytically active components are all literature-known catalyst materials for nitrous oxide decomposition in question. These are z. Example, noble metals and oxides of transition metals such as Co, Ni, Cu, Mn and Fe, rare earth oxides, ceria, zirconia, their mixed oxides and their compounds such as perovskites, spinels and mixtures thereof. Suitable elemental constituents for compounds such as perovskites and spinels are, in particular, alkaline earth metals and the rare earths in addition to the transition metals.
Vorteilhaft enthält der Katalysator mindestens eine Verbindung vom Perowskit-Typ als katalytisch aktiven Komponente mit der Summenformel LnFeO3 ist, wobei Ln Lanthanoide bezeichnet, die ausgewählt sind aus La, Ce, Nd, Pr, Sm und deren Kombinationen. Im Falle einer Verwendung im keramischen Träger ist eine Kombination mit 95 Gew.-% bis 60 Gew.-%, insbesondere 85 Gew.-% bis 70 Gew.-% Sintermullit bevorzugt. Advantageously, the catalyst comprises at least one perovskite-type compound as the catalytically active component having the molecular formula LnFeO 3 , wherein Ln denotes lanthanides selected from La, Ce, Nd, Pr, Sm and combinations thereof. In the case of a use in the ceramic carrier, a combination with 95 wt .-% to 60 wt .-%, in particular 85 wt .-% to 70 wt .-% sintered mullite is preferred.
Katalytisch aktive Komponenten zur Umsetzung von Distickstoffmonoxid vom Perowskittyp sind in der Offenlegungsschrift der Anmelderin mit der Veröffentlichungsnummer
In einer besonders bevorzugten Ausführung wird als katalytisch aktive Komponente Eisenoxid verwendet. Gegebenenfalls ist dies noch mit Übergangsmetallen wie Kupfer, Cobalt, Nickel oder Mangan dotiert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass bei dieser Ausgestaltung der Erfindung der keramische Träger auch aus der katalytisch aktiven Komponente bestehen kann.In a particularly preferred embodiment, iron oxide is used as the catalytically active component. Optionally, this is doped with transition metals such as copper, cobalt, nickel or manganese. This embodiment has the advantage that in this embodiment of the invention, the ceramic support can also consist of the catalytically active component.
Als katalytisch aktive Komponente kann auch eine Verbindung der allgemeinen Formel MXAl2O4, in der M Cu oder Mischungen von Cu mit Zn und/oder Mg bedeutet und x 0,8 bis 1,5 beträgt. Diese Verbindung ist im wesentlichen ein Spinell, das in geringerem Ausmass Oxide enthalten kann. Alternativ kommen Co/Al-Spinelle mit verschiedensten Co/Al-Verhältnissen infrage, wobei neben dem Spinell noch freies, überschüssiges Kobaltoxid vorhanden sein kann. Zusätzlich können Zr und/oder Seltene Erden in oxidischer Form enthalten sein, sowie gegebenenfalls noch Metalle der 8. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente.The catalytically active component may also be a compound of the general formula M X Al 2 O 4 , in which M is Cu or mixtures of Cu with Zn and / or Mg and x is 0.8 to 1.5. This compound is essentially a spinel that may contain oxides to a lesser extent. Alternatively, Co / Al spinels come with various Co / Al ratios in question, wherein in addition to the spinel still free, excess cobalt oxide may be present. In addition, Zr and / or rare earths may be contained in oxidic form, and optionally also metals of the 8th subgroup of the Periodic Table of the Elements.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die erste oder zweite katalytisch aktive Zusammensetzung auch aus einem Mischoxid des Zirconium und des Cers bestehen, welches als feste Lösung vorliegt. Das Gewichtsverhältnis von ZrO2 zu CeO2 beträgt vorteilhaft 95:5: bis 5:95 insbesondere 70:30 bis 30:70. Zusätzlich kann Yttrium und/oder ein weiteres Seltenerdoxid wie La, Nd, Pr enthalten sein, insbesondere in Mengen von 2 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Menge des eingesetzten CeO2 und ZrO2.In a further embodiment of the invention, the first or second catalytically active composition can also consist of a mixed oxide of zirconium and cerium, which is present as a solid solution. The weight ratio of ZrO 2 to CeO 2 is advantageously 95: 5: to 5:95, in particular 70:30 to 30:70. In addition, yttrium and / or another rare earth oxide such as La, Nd, Pr can be present, in particular in amounts of from 2 to 20% by weight, based on the amount of CeO 2 and ZrO 2 used .
Die katalytisch aktive Komponente kann auch Edelmetalle enthalten, wobei diese vorteilhaft als zweite katalytisch aktive Komponente eingesetzt wird.The catalytically active component may also contain precious metals, which is advantageously used as the second catalytically active component.
Diese Komponente besteht aus mindestens einem Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Au, Pt, Pd, Rh und deren Kombinationen und ist vorteilhaft auf einem temperaturstabilen keramischen Trägermaterial abgeschieden.This component consists of at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Pt, Pd, Rh and combinations thereof and is advantageously deposited on a temperature-stable ceramic support material.
Das temperaturstabile keramische Trägermaterial kann aus einem Oxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, Fe2O3, Seltenerdoxid, Yttriumoxid, Ceroxid, Erdalkalimetalloxid wie Magnesiumoxid, Mullit, Spinell, MgAl2O4 und deren Mischungen bestehen und gegebenenfalls Zusätze von keramischen Bindern enthaltenThe temperature-stable ceramic support material may be selected from an oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Fe 2 O 3 , rare earth oxide, yttrium oxide, cerium oxide, alkaline earth metal oxide such as magnesium oxide, mullite, spinel, MgAl 2 O. 4 and mixtures thereof and optionally contain additives of ceramic binders
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird als katalytisch aktive Komponente Rhodium oder ein Pd-Rh Mischkatalysator im metallischen oder oxidischen Zustand verwendet. Insbesondere geeignet ist die Kombination von Pd-Rh, mit > 0 bis 95 Gew.-% Pd, insbesondere 30 bis 70 Gew.-% Pd. In diesem Fall kann vorteilhaft der temperaturstabile keramische Träger aus Al2O3, ZrO2, CeO2 oder Mischungen davon bestehen, insbesondere aus alpha-Al2O3 oder ZrO2.In one embodiment of the invention, rhodium or a Pd-Rh mixed catalyst in the metallic or oxidic state is used as the catalytically active component. Particularly suitable is the combination of Pd-Rh, with> 0 to 95 wt .-% Pd, in particular 30 to 70 wt .-% Pd. In this case, the temperature-stable ceramic carrier may advantageously consist of Al 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2 or mixtures thereof, in particular of alpha-Al 2 O 3 or ZrO 2 .
Der Katalysator bzw. der keramische Träger kann im Prinzip jede geeignete Gestalt aufweisen und beispielsweise in Form von Wabenkörpern, Kugeln, Granulaten, Extrudaten beliebiger Form, Raschigringen, Tabletten, Hohlzylinder, Mehrlochzylinder oder Schaumkeramiken eingesetzt werden. Hierbei sind ein Wabenkörper oder eine offenzellige Schaumkeramik bevorzugte Ausgestaltungen. keramische Träger die Form von Wabenkörpern, Kugeln, Granulaten, Extrudaten beliebiger Form, Tabletten, Hohlzylinder, Mehrlochzylinder oder Schaumkeramiken umfasstThe catalyst or the ceramic support may in principle have any suitable shape and be used for example in the form of honeycomb bodies, spheres, granules, extrudates of any shape, Raschig rings, tablets, hollow cylinders, multi-hole or foam ceramics. Here, a honeycomb body or an open-cell foam ceramic are preferred embodiments. ceramic carrier in the form of honeycomb bodies, spheres, granules, extrudates of any shape, tablets, hollow cylinders, multi-hole cylinders or foam ceramics comprises
Ein vorteilhafter Katalysator der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktiven Komponenten in Form wenigstens einer Schicht auf einem Tragkörper aus einer leicht durchströmbaren Keramik aufgebracht sind, die insbesondere aus dünnwandigen Stegen eines keramischen Materials aufgebaut ist. Der Einsatz von offenzelligem Schaum ist beschrieben, in der
Besonders bevorzugt als keramische Träger sind Wabenkörper mit Zelldichten von 10–100 Zellen/cm2 und einem offenen Querschitt von 30–80%. Insbesondere vorteilhaft sind Zelldichten von 25 bis 65 Zellen/cm2 und einem offenen Querschnitt von etwa 45% bis etwa 70% Die scheinbare Dichte derartiger Wabenkörper liegt im Bereich von 0,3–4 g/cm3, insbesondere von 0,75 g/cm3 bis 2,0 g/cm3 und ist wesentlich vom offenen Querschnitt und der Dichte der keramischen Materialkomposition bzw. der katalytischen Komponente abhängig. Honeycombs with cell densities of 10-100 cells / cm 2 and an open cross section of 30-80% are particularly preferred as ceramic carriers. Particularly advantageous are cell densities of 25 to 65 cells / cm 2 and an open cross section of about 45% to about 70%. The apparent density of such honeycomb bodies is in the range of 0.3-4 g / cm 3 , in particular of 0.75 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 and is significantly dependent on the open cross section and the density of the ceramic material composition or the catalytic component.
Als keramische Komponenten zur Herstellung der Trägerstruktur eignen sich zum Beispiel Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumoxid, Lithiumaluminiumsilikate, Cordierit. Oxide der Erdalkalimetalle (Mg, Ca, Sr und Ba), Seltenerdoxide oder Mischungen davon. Als vorteilhaft hat sich als keramikbildende Substanz ein Gemisch von Aluminiumoxid und Siliziumoxid, vorteilhaft mit Gewichtsverhältnissen (Al2O3:SiO2) von 1:2 bis 2:1, insbesondere 1:1 bis 2:1 erwiesen. Besonders bevorzugt ist eine als Sintermullit bezeichnete Mischung aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid mit der Zusammensetzung 3Al2O3·2SiO2. Sintermullit zeichnet sich darüber hinaus durch eine moderate Wärmeausdehnung, eine hohe mechanische Stabilität und eine angemessene Thermoschockfestigkeit aus.Suitable ceramic components for the preparation of the support structure are, for example, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, lithium aluminum silicates, cordierite. Oxides of alkaline earth metals (Mg, Ca, Sr and Ba), rare earth oxides or mixtures thereof. As a ceramic-forming substance has a mixture of alumina and silica, advantageously with weight ratios (Al 2 O 3 : SiO 2 ) of 1: 2 to 2: 1, in particular 1: 1 to 2: 1 proved to be advantageous. Particularly preferred is a mixture of aluminum oxide and silicon oxide, referred to as sintered mullite, having the composition 3Al 2 O 3 .2SiO 2 . Sintermullite is also characterized by moderate thermal expansion, high mechanical stability and adequate thermal shock resistance.
Der Träger enthält vorteilhaft 3 Gew.-% bis 40 Gew.-% mindestens einer der oben genannten katalytisch aktiven Komponenten, insbesondere 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%. In einigen Ausnahmefällen bei geeigneten katalytisch aktiven Komponenten wie beim kostengünstigen Eisenoxid kann der Träger auch vollständig oder zu einem höheren Prozentsatz daraus hergestellt werden.The support advantageously contains from 3% by weight to 40% by weight of at least one of the abovementioned catalytically active components, in particular from 5% by weight to 25% by weight. In some exceptional cases with suitable catalytically active components, such as the inexpensive iron oxide, the carrier may also be prepared wholly or at a higher percentage thereof.
Auf den oben beschriebenen Träger wird eine Beschichtung aufgebracht, welche mindestens eine zweite katalytisch aktive Komponente enthält. Die zweite katalytisch aktive Komponente unterscheidet sich gemäß der Erfindung von der ersten katalytisch aktiven Komponente in ihrer chemischen Identität. Es können – wie im Träger auch – mehrere katalytisch aktive Komponenten eingesetzt werden, sofern diese von der ersten bzw. den ersten katalytisch aktiven Komponenten verschieden sind.On the carrier described above, a coating is applied, which contains at least one second catalytically active component. The second catalytically active component differs according to the invention of the first catalytically active component in their chemical identity. As in the carrier, it is also possible to use a plurality of catalytically active components, provided that they are different from the first or the first catalytically active components.
Die Beschichtung (bestehend aus mindestens einer katalytisch aktiven Komponente und Bindemittel sowie gegebenenfalls Trägermaterial) wird in einer Menge von 3 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 3–20 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse des fertigen Katalysators aufgebracht. Die Beschichtungsmenge kann sich beispielsweise an den Kosten der eingesetzten Katalysatorkomponente orientieren.The coating (consisting of at least one catalytically active component and binder and optionally carrier material) is used in an amount of 3 to 40 wt .-%, preferably 3-20 wt .-%, particularly preferably 5-10 wt .-% based on the Total mass of the finished catalyst applied. The coating amount can be based, for example, on the cost of the catalyst component used.
Zur Beschichtung der Träger kommen übliche Verfahren zum Einsatz, die eine vollständige oder unvollständige Beschichtung erlauben. Dies sind z. B. Eintauchen, Besprühen, Übergießen oder Einpumpen.The coating of the carriers is carried out using customary processes which permit a complete or incomplete coating. These are z. B. Dipping, spraying, pouring or pumping.
Dazu wird der z. B. Wabenkörper in eine Beschichtungssuspension ganz oder teilweise eingetaucht, die ein Gemisch der zweiten katalytisch aktiven Komponente mit mindestens einer Flüssigkeit und vorzugsweise mit mindestens einem Bindemittel sowie gegebenenfalls einem Stellmittel ist. Als Flüssigkeit wird vorteilhaft Wasser, gegebenenfalls gemeinsam mit mindestens einer Mineralsäure wie Salzsäure, Salpetersäure oder Schwefelsäure eingesetzt. Als Bindemittel können im Prinzip alle gegenüber der Keramik und der katalytisch aktiven Komponente inerten oder wenig reaktiven Verbindungen eingesetzt werden, welche gemeinsam mit der katalytisch aktiven Komponente eine mechanisch und thermisch ausreichend stabile keramische Beschichtung bilden. Dies können zum Beispiel Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumoxid oder Mischungen davon sein, wie Gemische von Aluminiumoxid und Siliziumoxid. Insbesondere vorteilhaft als Bindemittel ist ein Gemisch aus Böhmit (γ-AlO(OH)), Gibbsit (γ-Al(OH)3) und Bayerit (β-Al(OH)3), welches eine besonders starke Bindung der Beschichtung auf dem Trägermaterial ermöglicht.For this purpose, the z. B. honeycomb body in a coating suspension wholly or partially immersed, which is a mixture of the second catalytically active component with at least one liquid and preferably with at least one binder and optionally an actuating agent. The liquid used is advantageously water, optionally together with at least one mineral acid such as hydrochloric acid, nitric acid or sulfuric acid. As a binder, in principle all compared to the ceramic and the catalytically active component inert or poorly reactive compounds can be used, which together with the catalytically active component form a mechanically and thermally stable sufficiently stable ceramic coating. These may be, for example, alumina, zirconia, silica, or mixtures thereof, such as mixtures of alumina and silica. Particularly advantageous as a binder is a mixture of boehmite (γ-AlO (OH)), gibbsite (γ-Al (OH) 3 ) and bayerite (β-Al (OH) 3 ), which is a particularly strong binding of the coating on the carrier material allows.
Als Stellmittel kommen zum Beispiel in der Regel Polyacrylate oder Methylzellulosen und andere aus der keramischen Industrie bekannte Viskositätsverbesserer zum Einsatz.As setting agents, for example, polyacrylates or methylcelluloses and other viscosity improvers known from the ceramic industry are generally used.
Beispielsweise kann die Beschichtungssuspension ein Gemisch der katalytisch aktiven Komponente mit Aluminiumoxid als Bindemittel, Wasser und Salpetersäure enthalten. Die Beschichtungssuspension weist in der Regel einen Oxidgehalt von 5–60 Gew.-%, bevorzugt von 10–45 Gew.-%. Typischerweise weist die Beschichtungssuspension einen pH-Wert zwischen 3 und 10 auf. Dieser Bereich ist bevorzugt damit beim keine Veränderungen am zugrunde liegenden Träger wie z. B. das Herauslösen bestimmter Bestandteile des Trägers wie der katalytisch aktiven Komponente, auftritt.For example, the coating suspension may contain a mixture of the catalytically active component with alumina as a binder, water and nitric acid. The coating suspension generally has an oxide content of 5-60 wt .-%, preferably from 10-45 wt .-%. Typically, the coating suspension has a pH between 3 and 10. This range is preferred so that no changes to the underlying carrier such. B. the dissolution of certain components of the carrier such as the catalytically active component occurs.
Anschließend wird die überschüssige Suspension entfernt, falls mit überschüssiger Beschichtungssupsension gearbeitet wird. Das Verfahren ist auf den Träger abzustimmen. Als Methoden zur Entfernung kommen haben sich Ablaufenlassen, Aussaugen, Ausblasen, Ausschleudern oder deren Kombinationen bewährt.Subsequently, the excess suspension is removed, if it works with excess Beschichtungssupsension. The procedure should be adapted to the carrier. Drainage, suction, blow-out, ejection, or combinations thereof have proven to be effective methods of removal.
Für Schüttgut (z. B. Kugeln, Tabletten, Raschigringe usw.) empfiehlt sich eine Beschichtung z. B. in einem Dragierkessel, wobei keine überschüssige Suspension verwendet wird.For bulk material (eg balls, tablets, Raschig rings, etc.), a coating is recommended for. B. in a coating pan, with no excess suspension is used.
Durch Wahl der Viskosität der Beschichtungssuspension, der Intensität der Absaugung und der Anzahl der Tauchvorgänge läßt sich die Schichtdicke der aufgebrachten aktiven Komponente zwischen etwa 3 und 150 μm variieren. Die Beschichtung wird danach getrocknet und anschließend getempert. Die Trocknung kann zum Beispiel zwischen Raumtemperatur und 350°C durchgeführt werden, wobei die Dauer von Trocknungsverfahren und der jeweiligen Trocknungstemperatur abhängt. Nur beispielhaft werden hier zur Trocknung 150 bis 250°C für die Dauer von 5 bis 10 Minuten unter ständiger Abführung der entstehenden Feuchte vorgeschlagen. By choosing the viscosity of the coating suspension, the intensity of the suction and the number of dipping operations, the layer thickness of the applied active component can be varied between about 3 and 150 μm. The coating is then dried and then tempered. The drying can be carried out, for example, between room temperature and 350 ° C, the duration of drying process and the respective drying temperature depends. For example, 150 to 250 ° C for a period of 5 to 10 minutes with constant removal of the resulting moisture are proposed here for drying.
Die anschließende Temperung der Beschichtung erfolgt bei Temperaturen oberhalb 300°C, bevorzugt 600°C, besonders bevorzugt oberhalb 850°C.The subsequent tempering of the coating takes place at temperatures above 300.degree. C., preferably 600.degree. C., more preferably above 850.degree.
Während des Temperns baut die Beschichtung eine feste Verbindung zum Träger mit einer darin enthaltenen ersten katalytisch aktiven Komponente auf.During tempering, the coating builds a firm bond to the carrier with a first catalytically active component contained therein.
Anschließend kann durch weiteres Tempern, beispielsweise in einem Temperaturbereich von 850–1000°C, eine Voralterung durchgeführt werden.Subsequently, by further annealing, for example in a temperature range of 850-1000 ° C, a pre-aging can be performed.
Hierdurch kann eine Modifizierung der katalytisch aktiven Komponente stattfinden, die den Katalysator von in eine dauerstandsstabilen Zustand überführt, so dass Verluste der katalytischen Aktivität minimiert werden.As a result, a modification of the catalytically active component take place, which converts the catalyst of a stable-state state, so that losses of catalytic activity are minimized.
Der beschriebene Katalysator wird bevorzugt zur Umsetzung von Distickstoffmonoxid verwendet, welches als unerwünschtes Nebenprodukt bei der Herstellung von Salpetersäure gebildet wird, wobei ein Gemisch aus Ammoniak und Luft zuerst über einen Katalysator zur Oxidation von Ammoniak und das dabei gebildete Prozeßgas in direkter Folge anschließend über den Katalysator zur Umsetzung von Distickstoffmonoxid geführt wird. Üblicherweise wird hierbei für die Oxidation von Ammoniak ein Edelmetallnetz-Katalysator verwendet.The catalyst described is preferably used for the reaction of nitrous oxide, which is formed as an undesired by-product in the production of nitric acid, wherein a mixture of ammonia and air first via a catalyst for the oxidation of ammonia and the process gas formed thereby in direct sequence subsequently over the catalyst for the implementation of nitrous oxide is performed. Usually, a noble metal mesh catalyst is used for the oxidation of ammonia.
Der Katalysator für die Umsetzung von Distickstoffmonoxid befindet sich bei dieser Verwendung in der Hochtemperaturzone der katalytischen Ammoniakoxidation und ist somit neben hohen Temperaturen auch häufigen Thermoschockbeanspruchungen ausgesetzt. Der erfindungsgemäße Katalysator widersteht diesen widrigen Betriebsbedingungen durch die hohe Festigkeit und durch den angemessenen Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Materialien. Außerdem kann der Katalysator in diesem Verfahren als formstabiler und gleichmäßig ebener Träger für den Edelmetallnetz-Katalysator zur Ammoniakoxidation verwendet werden.The catalyst for the implementation of dinitrogen monoxide is in this use in the high temperature zone of the catalytic ammonia oxidation and is therefore exposed to high temperatures and frequent thermal shock stresses. The catalyst of the present invention resists these adverse operating conditions by the high strength and coefficient of thermal expansion of these materials. In addition, the catalyst can be used in this process as a dimensionally stable and even planar support for the noble metal mesh catalyst for ammonia oxidation.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 99/07638 A1 [0005] WO 99/07638 A1 [0005]
- WO 00/023176 A1 [0006] WO 00/023176 A1 [0006]
- WO 02/002230 A1 [0007] WO 02/002230 Al [0007]
- US 7192566 B2 [0008] US 7192566 B2 [0008]
- DE 102004024026 A1 [0009] DE 102004024026 A1 [0009]
- DE 19841740 A1 [0010] DE 19841740 A1 [0010]
- DE 10328278 A1 [0011] DE 10328278 A1 [0011]
- WO 2007/104403 A1 [0012, 0027] WO 2007/104403 A1 [0012, 0027]
- EP 2145663 A [0036] EP 2145663 A [0036]
Claims (10)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010005105A DE102010005105A1 (en) | 2010-01-19 | 2010-01-19 | catalyst |
| PCT/EP2011/050630 WO2011089124A2 (en) | 2010-01-19 | 2011-01-18 | Catalyst |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010005105A DE102010005105A1 (en) | 2010-01-19 | 2010-01-19 | catalyst |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102010005105A1 true DE102010005105A1 (en) | 2011-07-21 |
Family
ID=43806724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102010005105A Withdrawn DE102010005105A1 (en) | 2010-01-19 | 2010-01-19 | catalyst |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102010005105A1 (en) |
| WO (1) | WO2011089124A2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023006867A1 (en) * | 2021-07-28 | 2023-02-02 | Basf Se | New geometry for den2o catalyst |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011111307A1 (en) * | 2011-08-26 | 2013-02-28 | Heraeus Precious Metals Gmbh & Co. Kg | Catalyst for the decomposition of nitrous oxide in oxygen-containing gases |
| CN118002195B (en) * | 2024-04-09 | 2024-06-11 | 昆明贵研催化剂有限责任公司 | Coupling type three-way catalyst for diesel engine and preparation method thereof |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999007638A1 (en) | 1997-08-12 | 1999-02-18 | L. & C. Steinmüller Gmbh | Method for producing nitric acid and device for carrying out said method |
| DE19841740A1 (en) | 1998-09-09 | 2000-03-16 | Porzellanwerk Kloster Veilsdor | Ceramic catalyst for the selective decomposition of N2O and process for its production |
| WO2000023176A1 (en) | 1998-10-21 | 2000-04-27 | Basf Aktiengesellschaft | High-temperature stabile catalysts for decomposing n2o |
| WO2002002230A1 (en) | 2000-07-05 | 2002-01-10 | Norsk Hydro Asa | Catalyst for decomposing nitrous oxide and method for performing processes comprising formation of nitrous oxide |
| DE10328278A1 (en) | 2003-06-23 | 2005-01-27 | Basf Ag | Process for removing N2O in nitric acid production |
| DE102004024026A1 (en) | 2004-03-11 | 2005-09-29 | W.C. Heraeus Gmbh | Catalyst for decomposition of nitrous oxide under conditions of Ostwald process, comprises carrier material, and coating of rhodium, rhodium oxide, or palladium-rhodium alloy |
| US7192566B2 (en) | 2002-12-02 | 2007-03-20 | Delphine Duclos | Process for the catalytic decomposition of N2O to N2 and O2 carried out at high temperature |
| WO2007104403A1 (en) | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Umicore Ag & Co. Kg | Catalyst and process for the decomposition of nitrous oxide as well as process and device in nitric acid preparation |
| EP2145663A1 (en) | 2008-07-16 | 2010-01-20 | Umicore AG & Co. KG | Catalyst for converting nitrous oxide and its application in industrial nitric acid production |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6379640B1 (en) * | 1999-03-05 | 2002-04-30 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for the decomposition of nitrous oxide |
-
2010
- 2010-01-19 DE DE102010005105A patent/DE102010005105A1/en not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-01-18 WO PCT/EP2011/050630 patent/WO2011089124A2/en not_active Ceased
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999007638A1 (en) | 1997-08-12 | 1999-02-18 | L. & C. Steinmüller Gmbh | Method for producing nitric acid and device for carrying out said method |
| DE19841740A1 (en) | 1998-09-09 | 2000-03-16 | Porzellanwerk Kloster Veilsdor | Ceramic catalyst for the selective decomposition of N2O and process for its production |
| WO2000023176A1 (en) | 1998-10-21 | 2000-04-27 | Basf Aktiengesellschaft | High-temperature stabile catalysts for decomposing n2o |
| WO2002002230A1 (en) | 2000-07-05 | 2002-01-10 | Norsk Hydro Asa | Catalyst for decomposing nitrous oxide and method for performing processes comprising formation of nitrous oxide |
| US7192566B2 (en) | 2002-12-02 | 2007-03-20 | Delphine Duclos | Process for the catalytic decomposition of N2O to N2 and O2 carried out at high temperature |
| DE10328278A1 (en) | 2003-06-23 | 2005-01-27 | Basf Ag | Process for removing N2O in nitric acid production |
| DE102004024026A1 (en) | 2004-03-11 | 2005-09-29 | W.C. Heraeus Gmbh | Catalyst for decomposition of nitrous oxide under conditions of Ostwald process, comprises carrier material, and coating of rhodium, rhodium oxide, or palladium-rhodium alloy |
| WO2007104403A1 (en) | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Umicore Ag & Co. Kg | Catalyst and process for the decomposition of nitrous oxide as well as process and device in nitric acid preparation |
| EP2145663A1 (en) | 2008-07-16 | 2010-01-20 | Umicore AG & Co. KG | Catalyst for converting nitrous oxide and its application in industrial nitric acid production |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023006867A1 (en) * | 2021-07-28 | 2023-02-02 | Basf Se | New geometry for den2o catalyst |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011089124A3 (en) | 2011-10-13 |
| WO2011089124A2 (en) | 2011-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2178638B1 (en) | Catalyst, production method therefor and use thereof for decomposing n2o | |
| DE69509672T2 (en) | CATALYST WITH ZIRCONOXIDE / CEROXIDE SUPPORT | |
| DE60110079T2 (en) | CATALYST FOR REMOVING NITROGEN OXIDE AND METHOD FOR CARRYING OUT METHODS INCLUDING THE FORMATION OF NITROGEN OXIDE | |
| DE69530974T2 (en) | IMPROVED LAYER CATALYST COMPOSITION | |
| WO2014139678A1 (en) | Method for oxidising ammonia and system suitable therefor | |
| EP1136441A2 (en) | Method for the catalytic conversion of carbon monoxide in a hydrogen containing gas mixture | |
| EP1136442A2 (en) | Method for the catalytic conversion of carbon monoxide in a hydrogen containing gas mixture with improved cold start and catalyst therefor | |
| EP1124623B1 (en) | Method for catalytic decomposition of n2o | |
| EP2043783A2 (en) | Method for producing metal-doped zeolites and use thereof for the catalytic conversion of nitrogen oxides | |
| EP1257347A1 (en) | Catalyst for decomposing n2o, its use and method for the production thereof | |
| DE2816471A1 (en) | PROCESS FOR PREPARING FORMALDEHYDE AND CATALYST FOR THIS PROCESS | |
| DE112013001920T5 (en) | Catalyst for high-temperature combustion | |
| DE3149960A1 (en) | COMPOSITION AND METHOD FOR TREATING EXHAUST GAS | |
| DE2339513A1 (en) | CATALYTIC COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING AND USING IT | |
| EP3235556B1 (en) | Method for removing oxidisable gaseous compounds from a gas mixture by means of a platinum-containing oxidation catalyst | |
| DE102010005105A1 (en) | catalyst | |
| EP1586365B1 (en) | Use of a catalyst for the decomposition of nitrous oxide (N2O) in the Ostwald process | |
| EP1638887B1 (en) | Method for removing n2o during the production of nitric acid | |
| DE2216328C3 (en) | Process for the production of a supported catalyst comprising spinel compounds and the use thereof | |
| EP2145663A1 (en) | Catalyst for converting nitrous oxide and its application in industrial nitric acid production | |
| DE102007003533A1 (en) | Supported metal oxidation catalyst, especially for high-temperature uses such as off-gas purification, comprises support material with no metal particles and zeolite material with metal particles on its inner surface | |
| DE60017231T2 (en) | Catalytic converter containing a mixed oxide of platinum and alkaline earth metal | |
| DE10252342A1 (en) | Catalyst ceramic body and process for its manufacture | |
| DE10225945A1 (en) | Process for the production of hydrogenous gases | |
| EP3269681B1 (en) | Method for the catalytic spontaneous decomposition of hydrogen peroxide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130801 |