DE3029948A1 - Verfahren zum entfernen von ozon aus einem ozon enthaltenden gasgemisch - Google Patents
Verfahren zum entfernen von ozon aus einem ozon enthaltenden gasgemischInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Zersetzung von Ozon und im Besonderen auf die katalytische Zersetzung von Ozon.
Ozon ist thermodynamisch instabil und würde sich in Abwesenheit eines Katalysators langsam bei 250 C zersetzen.
Der Geruch von Ozon ist bei einer Konzentration von weniger als 1 ppm für Lebewesen in der Luft wahrnehmbar. Konzentrationen
über 2 ppm Ozon verursachen bei Lebewesen Reizungen im Respirationstrakt, und bei höheren Konzentrationen tritt
Schaden am Zellgewebe auf. Die Anwesenheit von Ozon in der Umgebung ist sogar in geringeren Konzentrationen nicht
wünschenswert.
Ozon kann aus einem Gasstrom durch eine Reihe von Methoden entfernt werden, wie Gaswaschen, thermische Zersetzung
und Gasadsorption. Eine Vorrichtung zum Waschen von Gas oder die Gasadsorption erfordert Wartung und ist nicht
immer anwendbar, wenn Platzbedarf und Gewicht eine besondere Rolle spielen.
Ozon entsteht oft als unerwünschtes Nebenprodukt in Fotokopierern und ähnlichen Apparaten, was die Oxidation von
Metallverbindungen zur Folge haben kann. Es kann auch in
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einer solchen Konzentration vorhanden sein, daß das Wohlbefinden von in der Nähe arbeitenden Personen beeinträchtigt
werden kann. Ozon wird manchmal bei der Aufbereitung von Abwasser verwendet, und ein Teil von ihm könnte am Ende
der Aufbereitung zurückbleiben. Als Gas kann Ozon auch in der Nähe von Bogenlampen, Schweißarbeiten und Stromquellen
mit hoher Spannung auftreten.
Ozon kommt in der Luft in Höhen über 25.000 Fuß vor. In Höhen von 25.000 bis 30.000 Fuß kann die Konzentration
zwischen 0 und 20 ppm liegen und bei 30.000 bis 55.000 Fuß zwischen 20 und 20.000 ppm. Luft für die Passagierkabine
von Verkehrsflugzeugen wird normalerweise vom Primärluftverdichter
eines oder mehrerer Flugzeugmotoren bereitgestellt, durchströmt die Passagierkabine und gelangt über ein Ventil
ins Freie. Dadurch wird der Luftdruck in der Kabine geregelt, der normalerweise bei etwa 63 cm Hg liegen soll, was dem
Luftdruck bei einer Höhe von 5.000 Fuß entspricht. Seit eine Reihe von Flugzeugen in einer Höhe von 25.000 bis
30.000 Fuß fliegen und dabei relativ viel Lnft durch die Kabine gefördert wird, sind die Passagiere und die Flugzeugbesatzung
hohen durchschnittlichen Ozonkonzentrationen ausgesetzt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, wenigstens einen Teil des Ozons eines Gasstromes aus diesem entfernen
zu können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt ein Verfahren für die Entfernung von Ozon aus einem ozonhaltigen Gasgemisch
das Leiten des Gasgemisches über einen Katalysator ein, so daß wenigstens ein Teil des Ozons einer katalytischen
Zersetzung zu Sauerstoff unterliegt, wobei der erwähnte Katalysator katalytisches Material enthält, das eines oder
mehrere Mitglieder der Gruppe enthält, die aus Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Os, Fe, Co, Ni, Ag, Mn und Sn sowie aus Legierungen,
Mischungen und Verbindungen, die eines oder mehrere dieser Metalle enthalten, besteht.
Das katalytische Material kann auf einer keramischen oder metallischen Stütze angebracht sein, und zwischen dem
katalytischen Material und der Stütze kann eine Zwischenschicht aus feuerfestem Metalloxid vorgesehen sein.
Die Schicht aus feuerfestem Metalloxid kann als sogenannte Aufschlämmung ("washcoat") angebracht werden und eines
oder mehrere der Oxide von B, Al, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Si, Ti, Zr, Sc, Y und den Seltenen Erden enthalten. Vorzugsweise
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3 sollte die Aufschlänunungsladung zwischen 0.2 g/in und
2 g/in der Stütze liegen, und besonders bevorzugt ist eine
3 3
Ladung von zwischen 0.4 g/in und 1 g/in . Die Katalysatorladung der Metalle der Platingruppe liegt vorzugsweise in
der Größenordnung von 20 bis 200 Gramm pro Kubikfuß, wohingegen die Ladung des verbleibenden oben genannten katalytischen
Metalles relativ zum Gewicht der Stütze mit der Aufschlämmung vorzugsweise in der Größenordnung von 50 bis
1.000 Gramm pro Kubikfuß liegt.
Die Stütze, die Kanäle enthalten kann, die von einem Ende bis zum gegenüberliegenden Ende reichen, kann aus keramischem
Material, wie Cordierit, hergestellt werden oder aus einem Basismetall oder einem Metall der Platingruppe. Vorzugsweise
wird die Stütze aus einem oxidationsresistenten Metall oder einer Legierung hergestellt, und man bevorzugt Kanthai D
oder eine Eisenlegierung, die Chrom und Aluminium enthält sowie Fecralloy (eingetragenes Warenzeichen). Die Zusammensetzung
von Kanthai D ist in Gew.%: Chrom 23 %, Kobalt 0,5 - 2 %, Aluminium 0.7 % und als Rest Eisen.
Die Zelldichte der Stütze, d.h. die Anzahl Zellen oder Kanäle über der Stirnfläche der Stütze, liegt vorzugsweise
bei 200 Zellen/in und darüber und man bevorzugt 350 Zellen/
in und darüber.
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Das bevorzugte katalytische Material ist aus der Gruppe gewählt, die aus Pt, Pd, Fe, Ag und Mn besteht, und von
diesen Metallen wiederum werden besonders Pt, Ag und Mn bevorzugt.
Das katalytische Material kann ein integrierter Teil der Stütze sein oder der Stütze zugeordnet werden. Wenn die
Stütze ein oder mehrere Metalle der Platingruppe enthält, können diese z.B. das katalytische Material bilden.
Ähnlich können auf der Oberfläche der Stütze durch Korrosion des Metalles gebildete Eisenverbindungen als katalytisches
Material wirken, wenn die Stütze aus einer eisenhaltigen Legierung besteht.
Um die Parameter, die mit der katalytischen Zersetzung des Ozons zusammenhängen, zu beobachten, wurden eine
Reihe von Katalysatoren in einem röhrenförmigen Reaktor getestet. Die Katalysatorproben wiesen ein katalytisches
Material auf, das auf einer Metallstütze von Fecrylloy mit der Zusammensetzung von 15 Gew.% Chrom, 4,5 bis 4,8 Gew.%
Aluminium, 0,4 bis 0,5 Gew.% Yttrium und als Rest Eisen, einer Länge von 1 in und einem Durchmesser von 2 in
befestigt war, wobei die Stütze eine Aluminiumoxidaufschlämmung
trug. Die Ladung der Aufschlämmung betrug 0,7 g/in . In dem röhrenförmigen Reaktor passierte ein
ozonhaltiger Gasstrom den Katalysator. In der Absicht,
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das zu tun, passierte ein Gasstrom, der ein Gemisch von Stickstoff und Sauerstoff enthielt, zuerst einen Elektroheizer,
um zu ermöglichen, daß die Temperatur der Gase festgesetzt wurde, ehe Ozon, das bei der Entladung einer
hohen Spannung hergestellt wurde, dem Gasstrom zugeführt wurde. Die Konzentration des im Gasstrom vorhandenen
Ozons war im Wesentlichen 1,5 ppm. Diese Konzentration wurde mit einem Dasibi, Modell 1003 - Ozonanalysator vor
und nach dem Katalysator gemessen. Die Raumgeschwindigkeit betrug 325,000 hr~ und der Gasdruck 15 psig (29.7 psia).
Eine Reihe von Tests wurde mit Katalysatorproben durchgeführt, die verschiedene katalytische Materialien enthielten.
Die Zelldichte der verwendeten Stützen betrug 400 Zellen/in
und die Temperatur des Gases lag bei 150° C.
Die Ergebnisse sind in graphischer Form in den Figuren 1 bis 22 der beigefügten Zeichnung angegeben. Details der
Testergebnisse gemäß der Zeichnung sind in den folgenden Tabellen 1, 2 und 3 wiedergegeben.
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Katalytisches Material, Ladung des katalytxschen Fig.
das auf der Stütze mit Materials der Stütze
der Aufschlämmung mit der Aufschlämmung
befestigt ist /ft^
Platin
Platin
5,5 % Rh, 94.5 % Pt 35 % Rh, 65 % Pt Platin und Silber Palladium
33 1/3 Pd 66 2/3 Pt Silber
Mangandioxid (MnO„) Mangantrioxid (Mn3O3)
Trieisentetraoxid (Fe3O4)
120 | 1 |
120 | 2 |
120 | 3 |
120 | 4 |
Pt 120 + Ag 500 | 5 |
120 | 6 |
120 | 7 |
500 | 8 |
500 | 9 |
250 | 10 |
375 | 11 |
Tabelle 2 unten bezieht sich auf eine Reihe von Tests, die mit Platin als katalytischem Material bei einer Ladung
von 120 g/ft auf einer Reihe von Stützen mit verschiedenen Zelldichten ausgeführt wurden. Die Temperatur wurde auf
150° C gehalten.
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Tabelle 2
ο
Zelldichte in Zellen/in Fig,
Zelldichte in Zellen/in Fig,
180 12
400 1
550 13
1200 1 4
Diese Ergebnisse sind in Figur 15 zusamraengef aßt, die
eine graphische Darstellung der Ozonumsetzung in Abhängigkeit von der Zelldichte ist.
Andere Testreihen wurden mit Platin als katalytischem Material bei einer Ladung von 120 g/ft auf Stützen mit
2 einer Zelldichte von 400 Zellen/in durchgeführt. Die
Temperaturen des Gasstromes wurden variiert, wie es in Tabelle 3 gezeigt wird.
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Tabelle 3
Temperatur des Gasstromes 0C Fig.
20 16
50 17
80 18
125 19
150 1
200 20
250 21
Schließlich wurden diese Ergebnisse in Fig. 22 zusammengefaßt, die eine graphische Darstellung von Ozonumsetzung
in Abhängigkeit von Temperatur ist.
In allen vorhergehenden Tests war der maximale Rückdruck der tStütze 8 mm Hg. Dieser niedrige Rückdruck ist einer
der Vorteile bei der Verwendung von Metallstützen. Ein v/eiterer Vorteil dieser Stützen ist u.a., daß sie mit
Zelldichten über 500 Zellen pro in leichter als keramische Stützen hergestellt werden können.
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Zusammengefaßt bezieht sich die Erfindung auf die Zersetzung
von Ozon. Im Besonderen ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren für die Entfernung von Ozon aus einem ozonhaltigen
Gasgemisch, wobei das Gasgemisch über einen Katalysator geleitet wird, so daß wenigstens ein Teil des
Ozons katalytischer Zersetzung in Sauerstoff unterliegt, wobei der erwähnte Katalysator katalytisches Material
enthält, das eines oder mehrere Mitglieder der Gruppe enthält, die aus Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Os, Fe, Co, Ni, Ag,
Mn und Sn sowie aus Legierungen, Mischungen und Verbindungen, die eines oder mehrere dieser Metalle enthalten,
besteht.
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Claims (1)
- Anmelder: JOHNSON, MATTHEY & CO., LIMITED,43, Hatton Garden, London, EC1N 8EE, EnglandTitel: Verfahren zum Entfernen von Ozon aus einemOzon enthaltenden GasgemischPatentansprüche1. Verfahren für die Entfernung von Ozon aus einem ozonhaltigen Gasgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch über einen Katalysator geleitet wird, um wenigstens einen Teil des Ozons katalytisch in Sauerstoff zu zersetzen, wobei der Katalysator als katalytisches Material eines oder mehrerer Mitglieder der Gruppe aus Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Os, Fe, Co, Ni, Ag, Mn und Sn sowie Legierungen, Mischungen und Verbindungen, die eines oder mehrere dieser Metalle enthalten, enthält.2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytische Material auf einer keramischen oder metallischen Stütze befestigt ist.3. Verfahren gernäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze eine erste Schicht aus feuerfestem Metalloxid trägt, auf der eine zweite Schicht von dem katalytischen Material befestigt ist.6.8.80 - 2 -130009/0876BAD ORIGINAL4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Metalloxidschicht eines oder mehrere der Oxide von B, Al, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Si, Ti, Zr, Sc, Y und den Seltenen Erden enthält.5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung der ersten Schicht aus feuerfestem Metalloxid in der Größenordnung von 0,2 g/in und 2 g/in der Stütze liegt.6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung der ersten Schicht aus feuerfestem Metalloxid in der Größenordnung von 0,4 g/in und 1 g/in der Stütze liegt.7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorladung relativ zum Gesamtgewicht der Stütze und der ersten Schicht in die Größenordnung von 20 bis 200 g/ft für Pt, Ru, Rh, Pd, Ir und Os und in der Größenordnung von 50 bis 1000 g/ft3 für Fe, Co, Ni, Ag, Mn und Sn liegt.8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer oxidations-J 21 P 2546.8.80 - 3 -130009/0876festen Legierung hergestellt wird, die abgesehen von Verunreinigungen 23 Gew.% Chrom, 0,5 - 20 Gew.% Kobalt, 0,7 Gew.% Aluminium und als Rest Eisen enthält.9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer oxidationsfesten Legierung hergestellt wird, die abgesehen von Verunreinigungen 15 Gew.% Chrom, 4,5 bis 4,8 Gew.% Aluminium, 0,4 bis 0,5 Gew.% Yttrium und als Rest Eisen enthält.10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurchgekennzeichnet, daß die Katalysatorstütze eine ZeIl-dichte von mindestens 200 Zellen pro in hat.J 21 P 2546.8.80 - 4 -130009/0876
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