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Katalysator

IP.com Disclosure Number: IPCOM000030625D
Publication Date: 2004-Aug-20
Document File: 16 page(s) / 67K

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Abstract

A catalyst, in particular for use in gas turbines, comprises a plurality stacked, spaced, and substantially planar metal sheets, between which there is a plurality of straight channels parallel to each other in a flow direction, which are bordered by the sheets, wherein the sheets are provided with catalytic coatings such that the catalytic coatings are restricted to catalyst-coated areas of the channels. The efficiency of the catalyst can be enhanced by providing ignition inhibiting, preferably radical-absorbing properties in the regions that are not catalyst-coated. Such properties for example can be realised by corresponding coatings, which are located in cooling areas of the channels.

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Katalysator

Folgendes betrifft einen Katalysator, insbesondere für den Einsatz bei Gasturbinen. Unter Katalysator wird im vorliegenden Fall eine mit einer katalytischen Beschichtung versehene Tragstruktur verstanden.

Die katalytische Verbrennung von Methan (heterogene Katalyse) in Gasturbinenprozessen soll im Unterschied zur konventionellen homogenen Verbrennung die Stickoxid- und Kohlenmonoxidemissionen erheblich senken. Die Minderung der Emissionen im katalytischen Prozess beruht massgeblich auf der Verwendbarkeit magerer Methan-Luftmischungen (Umsatz jenseits homogener Zündgrenzen möglich) und der bedingt durch den vorausgehenden heterogenen Methanumsatz niedrigeren homogenen Verbrennungstemperatur des Restgases.

Abgesehen von der Optimierung des katalytischen Methanumsatzes ist die Prozessstabilität und in diesem Zusammenhang die Stabilität bzw. Haltbarkeit des verwendeten Katalysators von entscheidender Bedeutung. Die grösste Gefahr für die Stabilität des Katalysators ist der bei hohem Umsatz rasche Temperaturanstieg, der die Gefahr einer vorzeitigen homogenen Zündung birgt. Eine homogene Zündung des Treibstoff-Luftgemisches im Katalysator würde zu einer noch stärkeren Temperaturzunahme innerhalb kürzester Zeit führen, was mit der Zerstörung der Katalysatorstruktur (Risse/Brüche im Washcoat/Monolithstruktur) und einem erheblichen Verlust an katalytisch aktiven Edelmetallen (Sublimation) einhergehen würde, beides ist weder ökonomisch noch ökologisch erwünscht.

Eine Anzahl von Druckschriften beschreibt katalytische Tragstrukturen, in denen die Überhitzung der katalytischen Beschichtungen dadurch reduziert wird, dass die maximale heterogene Brennstoffumwandlung auf etwa 50% begrenzt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die im Katalysator angeordneten Kanäle alternierend mit einer katalytischen Beschichtung versehen sind, d.h. beschichtete und nicht-beschichtete Kanäle sich abwechseln (siehe z.B. die US-A-4,870,824 oder die US-A-5,346,389 oder die US-A-5,328,359). Bei den in der US-A-5,346,389 oder der US-A-5,328,359 beschriebenen Lösungen wird entweder ein wechselnd beschichtetes gewelltes Trägerblech zick-zack-förmig gefaltet, oder es wird eine Struktur aus zwei übereinanderliegenden Blechen aufgewickelt. Weiterhin wird in der US-A-5,518,697 bzw. der US-A-5,512,250 eine dreilagige Struktur offenbart, bei denen die beschichteten und unbeschichteten Kanäle unterschiedliche Dimensionen aufweisen, um die Kühlung der katalytischen Beschichtungen weiter zu verbessern.

Um eine Deaktivierung der katalytischen Beschichtungen zu verhindern, ist es entscheidend, dass deren Oberflächentemperatur unterhalb eines vorgegebenen Wertes gehalten wird, der von der Art des Katalysatormaterials abhängt. Für PdO z.B. ergibt sich eine Reduktion zu Pd bei Temperaturen oberhalb von etwa 900°C (bei Drücken > 15 bar). In den o.g. Druckschriften wird die Oberflächentemperatur dadurch begrenzt, dass nicht alle Oberflächen mit eine...