SE506498C2 - Förfarande för framställning av ett bärarmaterial för katalysatorer - Google Patents

Description

506 498 2 i föreliggande fall glasfiber. Den veckade eller korruge- rade banan av papperet ges en vellhöjd av l-7 mm. Den så framställda enkelvellen blocklägges till bildande av en stationär kropp med önskad form och önskade mått eller lindas till en cylindrisk rotor av önskad storlek.

Olika former på kroppen är tänkbara, såsom fyrkantiga, rektangulära eller även triangelformade eller liknande beroende på användningen. Den framställda strukturen har från en ändyta av kroppen eller rotorn till motstående ändyta genomgående parallella kanaler som i sidled är skilda från varandra genom kontaktställena mellan de plana och veckade skikten.

Sedan en cellkropp av glasfiberpapperet framställts på detta sätt sker en impregnering av kroppen _ genom att denna pàföres en dispersion av ett fyllmedel, en kiselsyrasol och ett dispergeringsmedel. Påförandet kan ske genom doppning, varvid kroppen läggs i disper- sionen under en bestämd tid. Dispersionen kan blandas i en mixer innan den förs över till impregneringstråg där doppningen sker. Dispersionen har en tendens till att bilda en hinna när den får stå oomrörd en tid, men detta problem kan undvikas med någon form av cir- kulation i impregneringstrågen. Ett annat alternativ är att denna del av processen sker med spolning av cellkroppen med s.k. vätskeridå.

Vid tillverkning av den katalysatorbärare som uppfinningen avser blandas kiselsyrasolen med ett fyll- medel till en dispersion så som nämnts ovan. Detta gör man för att höja impregneringslösningens torrhalt över de 50 % som kan anses vara en övre gräns för en kiselsyrasol. Man kan då tillsammans med ett disperge- ringsmedel nå en torrhalt på 60-65 % för dispersionen som helhet. Detta är nödvändigt då det glasfiberpapper som skall impregneras är mycket poröst och vanligen har 90-95 % tomrum. En alternativ metod skulle vara att upprepade gånger impregnera i en sol och gela ut.

Förutom att processkostnaderna skulle öka är solen i de flesta fall dyrare än fyllmedel 506 498 vilket även skulle göra råvarukostnaderna högre. Vid gelningen förekommer dessutom en viss krympning. Om då avstånden är förhållandevis stora, som de är mellan fibrerna i ett glasfiberpapper, blir påkänningarna på gelen stora och försvagande sprickbildningar erhålls.

Att ha fyllmedel dispergerad i solen är ett sätt att minska dessa avstånd och därmed sprickbildningar. På så sätt blir bäraren starkare, slagsegare och formstabi- lare än utan fyllmedel. Om man dessutom väljer ett temperaturresistent fyllmedel klarar bäraren högre temperatur med bibehållna egenskaper.

Enligt uppfinningen användes företrädesvis ett icke fibröst fyllmedel och exempel på sådana föredragna fyllmedel är kaolin och andra lermaterial, kvarts, glimmer, talk, fältspat.

Efter impregneringen kan en urblåsning av cell- kroppen göras med ex.vis luft för att rensa kanalerna från dispersionslösning.

Solen som är en kiselsyrasol består av små partik- lar av kiselsyra som är icke sedimenterade i vatten.

Kiselsyran är sålunda ej löst i vatten utan man kan säga att den är finfördelad. Partiklarna kan vara 5- 150 nm. När man har så små partiklar och halter på mellan 15 och 50 % blir deras totala yta väldigt stor.

Fysikaliskt vill systemet minska sin gränsyta, dvs partiklarna vill slå ihop sig till färre och betydligt större aggregat. Då får man en mindre gränsyta. För att förhindra detta är solen vanligtvis stabiliserad med natriumhydroxid. De negativa hydroxidjonerna sätter sig på ytan av partiklarna och gör att dessa repellerar varandra vilket förhindrar en aggregering. Om man torkar in solen, dvs bortför vattnet, kommer till slut partik- larna så nåra varandra att effekten av stabiliseringen delvis övervinns och en gelning sker. 506 498 4 Som beskrivits inledningsvis är dock ett sådant torkförfarande en långsam och känslig process som medför stor kassation av det framställda bärarmaterialet beroende på igensatta kanaler eftersom tiden medger att impregneringslösning ansamlats under påverkan av gravitationen.

Enligt föreliggande uppfinning tillför man i stället ett gelningsmedel, t.ex. ett salt. Därvid kommer verkan av hydroxidjoner på solpartiklarnas yta att upphävas pga högre laddningstäthet i solen. Hydroxid- jonernas verkan övervinns och kiselsyrepartiklarna kommer tillräckligt nära varandra så att hela solen polymeriseras (gelas), dvs får den minsta gränsyta som kan åstadkommas mellan kiselsyran och vattnet.

I praktiken blir dock vatten instängt i strukturen. och blir där kapillärt bundet. De flesta lättlösliga salter kan fungera som ett gelningsmedel. Enligt uppfinn- ingen kan sålunda användas klorider, t.ex. natriumklorid, kalciumklorid, magnesiumklorid, aluminiumklorid, zink- klorid och litiumklorid, sulfater, t.ex. ammoniumsulfat, natriumsulfat, aluminiumsulfat och aluminiumkaliumsulfat, nitrater, t.ex. ammoniumnitrat, aluminiumnitrat och kaliumnitrat, och acetater, t.ex. ammoniumacetat, kalciumacetat och natriumacetat. Även andra gelningsmedel kan användas såsom ex.vis syror, baser och alkoholer. Liksom salter kan de störa den fina balans som existerar i en stabiliserad kisel- syrasol och åstadkomma en stark gelstruktur. Den starkare gelstrukturen gör att en starkare bärare kan tillverkas trots att man inte använder fibrösa material som fyll- material. Tidigare har sådana använts för att åstadkomma en form av armering. Dessa material är dock ifrågasatta ur hälsosynpunkt. Exempel på sådana fibrösa material som nu kan undvikas är: Attapulgit, halloysit, sepiolit och wollastonit.

I fortsättningen sker en torkning av kroppen vid en temperatur under l0O°C för att avlägsna kapillärt 5 sne 498 bundet vatten utan att åstadkomma sprickbildningar.

Den försiktiga torkningen medför även att överskott av salt vandrar ut ur strukturen och avsätts på ytan där det lätt kan tvättas bort.

Därefter följer en sköljning eller tvättning av cellkroppen för att avlägsna rester av gelningsmedel från cellkroppens ytor. Dessa rester kan eventuellt vid följande kalcinering av cellkroppen bilda skadliga gaser. För att inte få dessa gaser som luftföroreningar tvättas därför cellkroppen i exempelvis en vattenridá.

Därigenom upplöses även det kristalliserade gelningsmedlet och kan àterföras till ett átervinningssystem för återvinning av gelningsmedel.

Efter sköljningen och ytterligare torkning av kroppen kan en kalcinering av kroppen ske vid hög temperatur för att ge formstabilitet ät kroppen för den vidare behandlingen. I de fall organiskt material förekommer i denna bränns detta material av.

För att ge bärkroppens yta rätt struktur beroende på applikation sker nu en efterbehandling, vid vilken bärkroppen beläggs (med känd teknik) med en SiO2-yta eller en à=AL2O3-yta.

I fortsättningen skall beskrivas ett exempel på ett förfarande för framställning av ett bärarmaterial för katalysatorer. En cellkropp framställd av glasfiber- papper på det sätt som beskrivits inledningsvis impregneras exempelvis genom doppning eller spolning med en dispersion av 25-35 % kaolin eller annat fyllmaterial av det slag som angivits ovan, 65-75 % kiselsyrasol med en koncentra- tion (torrsubstanshalt) överstigande 40 %.(kiselsyrasol med olika partikelstorlek kan blandas) och en liten mängd, exempelvis 0,5 %, av ett dispergeringsmedel.

Innan någon utgelning sker blåses kroppen ur med luft för att rensa kanalerna från överskott av dispersions- lösning.

Till den urblásta kroppen tillföres nu ett gelnings- medel, i detta fall en lösning med ammoniumsulfat 10 % upp till mättad lösning eller en kombination av salter sne 498 6 (NH4)2SO4 och Na2SO4, vilket sker genom doppning i ca. 30 minuter. Efter gelningens slut sker torkning av kroppen för att avlägsna kapillärt bundet vatten i en luftström med en temperatur under l00°C tills kroppen är helt torr.

En tvättning eller sköljning av kroppen sker sedan för att ta bort rester av ammoniumsulfaten som bildas vid utgelningen och torkningen på kroppens ytor. Dessa rester skulle vid den efterföljande urbränningen eller kalcineringen sönderfalla till NH3 och S03, vilka gaser skulle uppträda som luftföroreningar vid urbränningen.

Tvättningen sker genom att kroppens exempelvis sköljs i en vattenridå.

I nästa steg sker en torkning med luft vid upp till l40°C och därefter höjs temperaturen antingen för urbränning eller kalcinering vid en temperatur av ca. 240-300°C och en uppehàllstid av 30-60 minuter för att erhålla en ordentlig avbränning av eventuellt förekommande organiskt material, och/eller höjning av temperaturen till exempelvis 550-600°C vid slutet av urbränningen för att erhålla en god formstabilitet hos kroppen för den vidare behandlingen.

En andra impregnering sker nu eventuellt av kroppen med en sol med en torrsubstanshalt av 5-15 % och med en inre specifik yta beroende på applikation, varefter torkning sker vid en temperatur under l00°C. Detta förfarande ger en Si02-yta.

Efter eventuell sågning av kroppen för att erhålla önskade dimensioner och/eller rena ändytor pà kroppen har erhållits ett katalysatorbârmaterial med de inled- ningsvis angivna, goda egenskaperna.

Det är klart att uppfinningen ej år begränsad till den beskrivna utföringsformen, utan att den kan varieras inom ramen för de följande patentkraven.

Claims (12)

Patentkrav
1. l. Förfarande för framställning av ett bärarmaterial för katalysatorer, vid vilket ett mineralfiberpapper formas till en kropp med fina genomgående kanaler, och kroppen impregneras med en dispersion av ett fyll- material, en sol och ett dispergeringsmedel, kännetecknat av att ett gelningsmedel tillföres kroppen för utgelning av solen så att hela solen polymeriseras eller gelas.
2. 2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att ett ofibröst fyllmedel används, såsom kaolin eller andra lermaterial, kvarts, glimmer, talk och fältspat.
3. 3. Förfarande enligt patentkravet l eller 2, kännetecknat av att gelningsmedlet utgöres av ett salt, såsom klorider, sulfater, nitrater eller syror, baser eller alkoholer.
4. 4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknat av att kroppen torkas vid en temperatur under l00°C för att avlägsna kapillärt bundet vatten och för att få överskott av salt att vandra ut till ytan.
5. 5. Förfarande enligt patentkravet 4, kânnetecknat av att en tvättning eller sköljning av kroppen sker efter gelningen och torkningen för att avlägsna eventuella överskott av gelningsmedel.
6. 6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-5, kännetecknat av att efter gelningen sker en torkning med luft upp till l40°C och att temperaturen därefter höjs för urbränning av eventuellt förekommande organiskt material samt ytterligare höjning av temperaturen till ca 550- 600°C för urbrånning av kroppen för erhållande av god formsta- bilitet hos denna.
7. 7. Förfarande enligt patentkravet 3, kännetecknat av att som gelningsmedel användes en klorid, såsom natrium- klorid, kalciumklorid, magnesiumklorid, aluminiumklorid, zinkklorid eller litiumklorid. 506 498 8
8. 8. Förfarande enligt patentkravet 3, kännetecknat av att som gelningsmedel användes en sulfat, såsom ammonium- sulfat, natriumsulfat, aluminiumsulfat eller aluminium- kaliumsulfat.
9. 9. Förfarande enligt patentkravet 3, kännetecknat av att som gelningsmedel användes en nitrat, såsom ammonium- nitrat, aluminiumnitrat eller kaliumnitrat.
10. 10. Förfarande enligt patentkravet 3, kännetecknat av att som gelningsmedel användes ett acetat, såsom ammo- niumacetat, kalciumacetat eller natriumacetat.
11. ll. Förfarande enligt patentkravet 3, kânnetecknat av att som gelningsmedel användes en syra, en bas eller en alkohol.
12. 12. Förfarande enligt något av patentkraven l-ll, känne- tecknat av att en urblásning av kroppens kanaler sker efter impregneringen för att rensa kanalerna från dispersionslösning.