Katalysatoren zur Gasreinigung
Anspruchsvolle industrielle Anwendungen sowie strengere Umweltauflagen erfordern den Einsatz effizienter Technologien und Lösungen zur Vor- und Nachbehandlung von Gasen. Mit der HeraPur®-Katalysatorserie bietet Heraeus die Möglichkeit, Verunreinigungen aus Industriegasen zu entfernen, die sonst für Ihre nachgelagerten Anwendungen oder für die Umwelt schädlich wären. Katalysatoren der HeraPur®-Serie bewältigen die Herausforderung, Verunreinigungen aus Prozessgasen auf sehr niedrige Konzentrationen (im ppm- oder sogar ppb-Bereich) umzuwandeln und Klimakiller aus Industrieabgasen zu entfernen.
The HeraPur® Catalyst Series
HeraPur®-Katalysatoren bestehen im Allgemeinen aus Metalloxidträgern, die mit Edel- und/oder Nichtedelmetallen funktionalisiert sind. Eine breite Palette verschiedener Trägermaterialien wie Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Titandioxid (TiO2) oder Zirkoniumdioxid (ZrO2) ist in einer Vielzahl von Formen und Geometrien (Tabletten, Kugeln, Extrudate, auf strukturierten keramischen oder metallischen Trägern) erhältlich, um ein breites Spektrum an katalytischen Anwendungen zu bedienen.
Aufbereitung von Luft und Edelgasen für technische Prozesse
Für verschiedene technische Prozesse und Anwendungen werden reine und hochreine Gase wie Luft, N2, O2, H2, He, Ar etc. benötigt. Um die geforderten Qualitäten zu erreichen, müssen eine Vielzahl von Verunreinigungen wie CO, H2, Kohlenwasserstoffe etc. entfernt werden. Synthetische Luft ist z.B. ein Industriegas, das für unzählige technische Prozesse in unterschiedlichen Konzentrationen und Reinheiten benötigt wird. Der Einsatz von Heraeus Katalysatoren in einem letzten Reinigungsschritt sorgt für ein Produkt mit extrem niedrigen Konzentrationen an unerwünschten Bestandteilen. Spezielle Katalysatoren können auch zur Luftaufbereitung und zur Entfernung von Spuren von CO und Wasserstoff eingesetzt werden. In der Elektronikindustrie werden hochreine, CO- und wasserstofffreie Gase für die Herstellung moderner Halbleiter benötigt, und aus technischen Gasen wie Stickstoff, Wasserstoff und Edelgasen muss Sauerstoff, auch in Spuren, entfernt werden. In einer katalytischen Reaktion mit Wasserstoff - in Spuren oder als Hauptbestandteil - wird der Sauerstoff in Wasserdampf umgewandelt, der dann leicht, z.B. durch Adsorptionstrockner, entfernt werden kann. Im gereinigten Gas können Restkonzentrationen von Sauerstoff bis in den ppb-Bereich erreicht werden. Diese Reaktion kann bei Temperaturen weit unter 100 °C oder sogar bei Raumtemperatur ablaufen.
Reinigung von Kohlendioxid
Insbesondere die Lebensmittelindustrie, aber auch andere industrielle Anwendungen haben einen hohen Bedarf an hochreinem CO2. Um CO2 in hoher Reinheit zu erhalten, können Rohgase aus natürlichen Quellen oder chemischen Anlagen mit Katalysatoren behandelt werden, um die unerwünschten Bestandteile zu oxidieren. Je nach CO2-Quelle gibt es eine Vielzahl von Verunreinigungen wie CO, H2 und Kohlenwasserstoffe, die in den meisten Fällen auf wenige ppm reduziert werden müssen, oder z.B. hochgiftige aromatische Verbindungen, die bis in den ppb-Bereich reduziert werden müssen.
Wasserstoff- und Sauerstoffreinigung
Reinigung von Wasserstoff
Die Spaltung von Wasser durch Elektrolyse ist eine effiziente Technologie zur Herstellung von grünem Wasserstoff und Sauerstoff. Die Trennung der Gase ist jedoch nicht perfekt. Je nach Elektrolyseverfahren kann eine gewisse Menge des einen Gases in das andere übergehen. Um die Gase sicher verarbeiten, transportieren oder nutzen zu können, müssen diese Verunreinigungen entfernt werden.
Die Gasreinigungskatalysatoren von Heraeus erfüllen seit Jahrzehnten zuverlässig die Aufgabe, O2 aus H2-Strömen zu entfernen und in H2O umzuwandeln - bei niedrigen Temperaturen und unter effizientem Einsatz der eingesetzten Platingruppenmetalle (PGM). Mit dem Aufkommen neuer Elektrolyse-Technologien und Anwendungen wurde eine neue Generation von Desoxygenierungs- und Hochleistungs-Dehydrierungskatalysatoren entwickelt.
Wasserstoff- und Sauerstoffaufbereitung bei der Elektrolyse
Heraeus Precious Metals bietet katalytische Lösungen für die effiziente Entfernung von H2 und O2 aus verschiedenen Gasgemischen an, wie im folgenden Diagramm dargestellt. HeraPur® Katalysatoren zeichnen sich aus durch
- Niedertemperatur-Entfernung von O2 und H2 aus Wasserstoff bzw. Sauerstoff
- Unterschiedliche Zusammensetzungen auf Basis von Pt, Pd oder Pt/Pd-Legierungen
- Niedrige PGM-Beladungen - insbesondere für Elektrolyseeinsätze mit niedrigen Verunreinigungsprofilen
Wasserstoff- und Sauerstoff-Raffination
HeraPur®-Katalysatoren können auch in der Gaswäsche und im Recycling eingesetzt werden. Hier können Prozessgase aus Sauerstoff und Wasserstoff weitere unerwünschte Verunreinigungen wie flüchtige organische Verbindungen (VOC) und Lachgas (N2O) enthalten, die ebenfalls erfolgreich entfernt werden können. HeraPur® Katalysatoren sind sehr effektiv bei der bevorzugten Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2). Diese Technologie kann zur Reinigung von Wasserstoffgasströmen in Brennstoffzellen eingesetzt werden, wo nur sehr geringe CO-Verunreinigungen toleriert werden. Sie eignet sich auch für das Wasserstoff-Recycling. Hier können verschiedene HeraPur®-Katalysatoren über einen alternativen Reaktionsweg auch CO katalytisch zu Methan umsetzen.
Methan-Reinigung
HeraPur® Katalysatoren ermöglichen eine energieeffiziente Entfernung von Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aus Methan (CH4). Dies kann z.B. in Biogasaufbereitungsprozessen bei moderaten Temperaturen und mit geringer Nebenproduktbildung eingesetzt werden.
Reinigung von Inertgasen
Wenn Inertgase in einem Prozess als Schutzatmosphäre verwendet werden, kann es notwendig sein, große Mengen davon zu recyceln. Ein Beispiel ist die Aufbereitung von Rohstoffen für Kunststoffe, wie z.B. bei der Solid State Polycondensation (SSP) für lebensmittelechte Polyesterharze. Verunreinigungen, die sich hier im Inertgas anreichern, sind organische Verbindungen wie Aldehyde, Glykole und Oligomere. Die katalytische Oxidation ist ein effizientes Verfahren zur Behandlung des Kreislaufgasstroms. HeraPur®-Katalysatoren sind so ausgelegt, dass sie auch bei einem sehr geringen (stöchiometrischen) Sauerstoffüberschuss im Reinigungsprozess eingesetzt werden können. Nach dem katalytischen Prozess und der Trocknungsbehandlung kann das gereinigte Gas nach einer Trocknungsbehandlung direkt in den SSP-Reaktor zurückgeführt werden. Über dieses Beispiel hinaus werden Heraeus Katalysatoren für eine Vielzahl von Gasrecyclingprozessen und Inertgasströmen eingesetzt. Sie können für alle organischen Verunreinigungen eingesetzt werden, sofern diese unter den Prozessbedingungen zu CO2 und Wasser oxidiert werden können. Der Prozess kann entweder mit geringem Sauerstoffüberschuss betrieben werden oder der überschüssige Sauerstoff kann in einem zweistufigen Prozess effizient zu H2O umgesetzt werden.
Emissionsminderung
Obwohl es viele Methoden zur Reduzierung der Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und CO gibt, ist die Verbrennung oder Oxidation die praktikabelste und effektivste Technik zu deren Zerstörung. Dabei werden die flüchtigen organischen Verbindungen und das CO bei hohen Temperaturen zu unschädlichen Produkten wie CO2 und H2O oxidiert. Der Vorteil der katalytischen Oxidation ist die im Vergleich zur thermischen Verbrennung niedrigere erforderliche Temperatur. Für verschiedene industrielle Prozesse (z.B. chemische Produktion, Druck und Lackierung, Lebensmittelverarbeitung, Elektronik, Boden- und Grundwassersanierung) ist dies eine bewährte und kostengünstige Methode zur Emissionskontrolle. Aufgrund der niedrigeren Betriebstemperaturen können die Verbrennungseinheiten mit weniger teuren Materialien und auf einfachere Weise gebaut werden, was zu einer längeren Lebensdauer der Anlage und niedrigeren Betriebs- und Wartungskosten führt. Für diese Anwendungen bieten wir Katalysatoren mit Edelmetallen oder unedlen Metallen als aktive Verbindungen auf Schüttgut an. Für große Gasströme und bei geringen Druckverlusten stehen monolithische HeraPur® Katalysatoren zur Verfügung.
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