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Thema:Thema:

Katalytische OxidationKatalytische Oxidation

Name: Rebel, MarcelName: Rebel, Marcel

Firma: Enterprise Bau TechnikFirma: Enterprise Bau Technik UmweltUmwelt GmbHGmbH

0. Inhalt0. Inhalt

1.1. EinleitungEinleitung

2.2. AbgasreinigungsverfahrenAbgasreinigungsverfahren

3.3. KatalysatorKatalysator

4.4. Katalytische NachverbrennungKatalytische Nachverbrennung

5.5. KatKat--OxOx--AnlageAnlage

6.6. Einzelschritte der KatalyseEinzelschritte der Katalyse

7.7. PrognosePrognose

8.8. QuellenQuellen

1.Einleitung1.Einleitung

�� Aufgrund der eingeschränkten Aufgrund der eingeschränkten Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohlefilter für Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohlefilter für einige Schadstoffe wie zum Beispiel einige Schadstoffe wie zum Beispiel Vinylchlorid (VC) werden alternative Vinylchlorid (VC) werden alternative Abgasreinigungsverfahren in der Industrie Abgasreinigungsverfahren in der Industrie verwendet.verwendet.

�� z.B. z.B. Thermische Oxidation, Thermische Oxidation, Katalytische OxidationKatalytische Oxidation

2. Abgasreinigungsverfahren2. Abgasreinigungsverfahren

�� Nutzung von unterschiedliche Nutzung von unterschiedliche

Abgasreinigungsverfahren in der IndustrieAbgasreinigungsverfahren in der Industrie

�� Unterscheidung nach Unterscheidung nach oxidative, adsorptive, oxidative, adsorptive,

absorptive und biologische Verfahren absorptive und biologische Verfahren


3.000 bis 3.000 bis

10.00010.000CKW, CKW,

Kampfstoffe, Kampfstoffe,

PestizidePestizide

>1.200 ° C mit >1.200 ° C mit

StützStütz--feuerungfeuerung

<200<200VC, VC, TriTri, Per , Per 20 bis 20020 bis 200>95 %>95 %UVUV--OxidationOxidation

>1.000>1.000KW, AKW, KW, AKW,

CKW, VC CKW, VC 200 bis 500200 bis 500>99 %>99 %Katalytische Katalytische

OxidationOxidation

>1.000>1.000KW, AKWKW, AKW

500 bis 500 bis

3.0003.000>99 %>99 %

autotherm (mit autotherm (mit

WärmerückWärmerück--

gewinnung) gewinnung)

Thermische Thermische

OxidationOxidation

KonzenKonzen--

trationtration: :

[mg/m[mg/m33]]

SchadstoffeSchadstoffe

::VolumenVolumen--

strom: strom:

[m[m33/h]/h]

WirkungWirkung

grad: grad: Variante:Variante:Verfahren:Verfahren:


500 bis 500 bis

10.00010.000AKW, KW, AKW, KW,

CKWCKW500 bis 5000500 bis 500040 % bis 40 % bis

90%90%BiofilterBiofilterBiologische Biologische

VerfahrenVerfahren

30 bis 30 bis

10.00010.000HClHCl, HF, NH3, HF, NH3>500>500>90 %>90 %AbsorptionAbsorption

H2O, NOx, H2O, NOx,

CO2, Hg, CO2, Hg,

DioxineDioxine

MolekularsiebMolekularsieb

0 bis 0 bis

10.00010.000AKW, KW, AKW, KW,

CKW (außer CKW (außer

VC)VC)

50 bis 50050 bis 500>99 %>99 %AktivkohleAktivkohleAdsorptionAdsorption

3.000 bis 3.000 bis

10.00010.000Alkohole, Alkohole,

AldehydeAldehyde, ,

Ketone, EsterKetone, Ester

>200>200TropfkörperTropfkörper

WasserWasserKieselgelKieselgel

KonzenKonzen--

trationtration: :

[mg/m[mg/m33]]

SchadstoffeSchadstoffe

::VolumenVolumen--

strom: strom:

[m[m33/h]/h]

WirkungWirkung

grad: grad: Variante:Variante:Verfahren:Verfahren:

2.1 Schadstofflegende2.1 Schadstofflegende

TextilveredlungTextilveredlungAmmoniak Ammoniak NH3NH3

Katalysator bei der Katalysator bei der

BenzinherstellungBenzinherstellungFluorwasserstoff Fluorwasserstoff HFHF

MagensäureMagensäureSalzsäureherstellungSalzsäureherstellungChlorwasserstoff Chlorwasserstoff HClHCl

ElektrolyseElektrolyseQuecksilber Quecksilber HgHg

TrockeneisherstellungTrockeneisherstellungKohlenstoffdioxid Kohlenstoffdioxid CO2CO2

LachgasLachgasOxidationsmittel, Oxidationsmittel,

NarkosemittelNarkosemittelStickstoffoxide Stickstoffoxide NOxNOx

Textilreinigungsmittel Textilreinigungsmittel Tetrachlorethen Tetrachlorethen PerPer

MetallMetall-- und Glasindustrie und Glasindustrie TrichlorethenTrichlorethenTriTri

Herstellung von Herstellung von

Polyvinylchlorid (PVC)Polyvinylchlorid (PVC)Vinylchlorid Vinylchlorid VCVC

BenzolBenzolBestandteil von BenzinBestandteil von Benzinaromatische aromatische

KohlenwasserstoffeKohlenwasserstoffeAKWAKW

DDT, DDT, PerPerLösungsmittel, Pestizide Lösungsmittel, Pestizide Chlorkohlenwasserstoff Chlorkohlenwasserstoff CKWCKW

Beispiel:Beispiel:Verwendung:Verwendung:Bedeutung:Bedeutung:Abkürzung:Abkürzung:

3.Katalysator3.Katalysator

a.) Katalysatorena.) Katalysatoren

�� beschleunigen die chemische Reaktionen beschleunigen die chemische Reaktionen von Stoffenvon Stoffen

�� senken die Aktivierungsenergie bzw. senken die Aktivierungsenergie bzw. ZündtemperaturZündtemperatur

�� steigern der Reaktionsgeschwindigkeitsteigern der Reaktionsgeschwindigkeit


b.) Arten der Katalyseb.) Arten der Katalyse

�� Heterogene KatalyseHeterogene Katalyse

�� Unschiedliche Phase zwischen Katalysator und Unschiedliche Phase zwischen Katalysator und

Edukte (Edukte (katalytische Oxidationkatalytische Oxidation))

�� Homogene KatalyseHomogene Katalyse

�� Gleiche Phase zwischen Katalysator und Gleiche Phase zwischen Katalysator und

Edukte Edukte

�� BiokatalyseBiokatalyse

�� EnzymeEnzyme


c.) Aufbau für Gasreinigungsprozessec.) Aufbau für Gasreinigungsprozesse

�� bestehen aus Edelmetalle oder bestehen aus Edelmetalle oder

Metallverbindungen z.B. OxideMetallverbindungen z.B. Oxide

�� In Kombination mit einem inaktiven Träger In Kombination mit einem inaktiven Träger

z.B.: Aluminiumoxid, Kieselsäure, Keramikz.B.: Aluminiumoxid, Kieselsäure, Keramik

�� Ausführung als Formkörper Ausführung als Formkörper

z.B.: z.B.: Kugeln, Ringe, Stäbe, oder Kugeln, Ringe, Stäbe, oder

WabenrohreWabenrohre


c.) Aufbau für Gasreinigungsprozessec.) Aufbau für Gasreinigungsprozesse

Wabenform:Wabenform: Kugelform:Kugelform:


d.) Eigenschaften / Anforderungend.) Eigenschaften / Anforderungen

�� hohe Aktivitäthohe Aktivität

�� hohe Selektivitäthohe Selektivität

�� hohe Lebensdauer bzw. Standfestigkeithohe Lebensdauer bzw. Standfestigkeit

�� Beständigkeit (mechanische, chemische, Beständigkeit (mechanische, chemische,

thermische)thermische)

�� WirtschaftlichkeitWirtschaftlichkeit


e.) Katalysatordesaktivierunge.) Katalysatordesaktivierung

�� beschränken die Lebensdauerbeschränken die Lebensdauer

�� Entstehung von irreversiblen (Alterung, Entstehung von irreversiblen (Alterung,

Verkokung, Vergiftung) oder reversiblen Verkokung, Vergiftung) oder reversiblen

(Staubablagerungen) Schädigungen(Staubablagerungen) Schädigungen

�� Verlust der Aktivität Verlust der Aktivität



�� Ursachen:Ursachen:

�� Chemische EinflüsseChemische Einflüsse

•• Vergiftung durch Inhaltstoffe (PH3, AsH3, H2S) im Vergiftung durch Inhaltstoffe (PH3, AsH3, H2S) im

RohgasRohgas

�� Thermische EinflüsseThermische Einflüsse

•• Entstehung von Gefügeveränderungen durch Entstehung von Gefügeveränderungen durch

erhöhte Temperaturerhöhte Temperatur

�� Mechanische EinflüsseMechanische Einflüsse

•• Abrieb von Katalysatormaterial durch Staub Abrieb von Katalysatormaterial durch Staub



�� Schutzmaßnahmen:Schutzmaßnahmen:

�� Schutz gegen chemische DesaktivierungSchutz gegen chemische Desaktivierung

•• TemperaturerhöhungTemperaturerhöhung

•• Nutzung von stabile TrägernNutzung von stabile Trägern

�� Schutz gegen thermische DesaktivierungSchutz gegen thermische Desaktivierung

•• Nutzung von temperaturbeständige KatalysatorenNutzung von temperaturbeständige Katalysatoren

•• geeignete Steuerung geeignete Steuerung -- und Regelungstechnik für und Regelungstechnik für

Vorwärmung des AbgasstromesVorwärmung des Abgasstromes

�� Schutz gegen mechanische DesaktivierungSchutz gegen mechanische Desaktivierung

•• Vorfilterung des Staubes Vorfilterung des Staubes

3.Katalysator3.Katalysatorf.) Anwendungsbereichef.) Anwendungsbereiche

�� Bulkchemikaliensynthese (SchwefelsBulkchemikaliensynthese (Schwefelsääure, ure,

Polyethylen) Polyethylen)

�� Herstellung von pharmazeutischen Herstellung von pharmazeutischen

Wirkstoffen oder von Lebensmitteln (Bier, Wirkstoffen oder von Lebensmitteln (Bier,

Wein, Joghurt) Wein, Joghurt)

�� Energiegewinnung (Brennstoffzellen) Energiegewinnung (Brennstoffzellen)

�� Abgasreinigung Abgasreinigung

4.Katalytische Nachverbrennung4.Katalytische Nachverbrennung

�� Nutzung des Verfahren für die Reinigung Nutzung des Verfahren für die Reinigung

industrieller Abgase industrieller Abgase

�� Für brennbare, organische Schadstoffe Für brennbare, organische Schadstoffe

ausgelegtausgelegt

�� Einsatz des Verfahren bei einem niedrigen Einsatz des Verfahren bei einem niedrigen

SchadstoffgehaltesSchadstoffgehaltes

�� Schadstoffe werden bei ca. 250 °C bis 400°C Schadstoffe werden bei ca. 250 °C bis 400°C

durch geeignete Katalysatoren vollständig durch geeignete Katalysatoren vollständig

oxidiertoxidiert


a.) Vorteilea.) Vorteile

�� kleine Abmessungen der Anlagenkleine Abmessungen der Anlagen

�� einfacher Aufbau der Anlageneinfacher Aufbau der Anlagen

�� wartungsarm und einfach zu betreibenwartungsarm und einfach zu betreiben

�� sehr hoher Wirkungsgradsehr hoher Wirkungsgrad

�� geringere Temperaturen als andere geringere Temperaturen als andere

thermische Verfahrenthermische Verfahren

�� weniger Materialproblemeweniger Materialprobleme

�� geringere Energiekosten geringere Energiekosten


b.) Nachteileb.) Nachteile

�� die Zusammensetzung der Abluft muss die Zusammensetzung der Abluft muss

bekannt seinbekannt sein

�� weniger universell als Thermische Oxidationweniger universell als Thermische Oxidation

�� einige chemische Verbindungen sind einige chemische Verbindungen sind

katalytisch schwierig abbaubarkatalytisch schwierig abbaubar

�� jeder Katalysator kann vergiftet werdenjeder Katalysator kann vergiftet werden

5.Kat5.Kat--OxOx--AnlageAnlage

a.) Aufbaua.) Aufbau

�� Katalytischer ReaktorKatalytischer Reaktor

�� Brenner bzw. Heizstäbe oder Heizung für die Brenner bzw. Heizstäbe oder Heizung für die

ProzessgasaufheizungProzessgasaufheizung

�� Ventilatoren für die Förderung des Ventilatoren für die Förderung des

ProzessgasstromesProzessgasstromes

�� Wärmetauscher zur EnergieeinsparungWärmetauscher zur Energieeinsparung

�� StaubfilterStaubfilter

�� Gaswäsche Gaswäsche

5.Kat5.Kat--OxOx--AnlageAnlagea.) Aufbaua.) Aufbau

Allgemeines Flussdiagramm:Allgemeines Flussdiagramm:

5.Kat5.Kat--OxOx--AnlageAnlageb) Aufbaub) AufbauKatalytischer Reaktor mit Wärmetauscher und Brenner:Katalytischer Reaktor mit Wärmetauscher und Brenner:

5.Kat5.Kat--OxOx--AnlageAnlagec.) Funktionsweisec.) Funktionsweise

�� Vorwärmung der KatVorwärmung der Kat--OxOx--Anlage auf Anlage auf BetriebstemperaturBetriebstemperatur�� Frischluft wird in Brennkammer erwärmtFrischluft wird in Brennkammer erwärmt

�� Dadurch wird der Wärmetauscher aktiviertDadurch wird der Wärmetauscher aktiviert

�� Umstellung auf SchadstoffbetriebUmstellung auf Schadstoffbetrieb�� Prozessluft wird der KatProzessluft wird der Kat--OxOx--Anlage zugeführt und Anlage zugeführt und

vom Wärmetauscher vorgewärmt (ca.350 °C)vom Wärmetauscher vorgewärmt (ca.350 °C)

�� Erwärmte Prozessluft wird durch den Katalysator Erwärmte Prozessluft wird durch den Katalysator geleitetgeleitet

�� Umsetzung der Schadstoffe im KatalysatorUmsetzung der Schadstoffe im Katalysator�� Chemische Reaktion der Schadstoffe an der aktiven Chemische Reaktion der Schadstoffe an der aktiven

Oberfläche des KatalysatorsOberfläche des Katalysators

5.Kat5.Kat--OxOx--AnlageAnlaged.) Prozessablauf im Katalysatord.) Prozessablauf im Katalysator

�� Transport der Ausgangsstoffe (Edukte) im Transport der Ausgangsstoffe (Edukte) im

GasraumGasraum

�� Grenzschichtdiffusion der AusgangsstoffeGrenzschichtdiffusion der Ausgangsstoffe

�� Porendiffusion der AusgangsstoffePorendiffusion der Ausgangsstoffe

�� Bindung der Ausgangsstoffe am EdelmetallBindung der Ausgangsstoffe am Edelmetall

�� Reaktion an der aktiven Oberfläche Reaktion an der aktiven Oberfläche

�� Desorption der Produkte Desorption der Produkte

�� PorenPoren-- und Grenzschichtdiffusion der Produkte und Grenzschichtdiffusion der Produkte

�� Transport der Produkte im GasraumTransport der Produkte im Gasraum

5.Kat5.Kat--OxOx--AnlageAnlaged.) Prozessablauf im Katalysatord.) Prozessablauf im Katalysator

6.Prognose6.Prognose

�� Neuste Entwicklungen bei Katalysatoren Neuste Entwicklungen bei Katalysatoren (z.B. Nanotechnologie) ermöglichen den (z.B. Nanotechnologie) ermöglichen den Betrieb bei immer tieferen Temperaturen Betrieb bei immer tieferen Temperaturen und/oder steigern die Unempfindlichkeit und/oder steigern die Unempfindlichkeit gegenüber Staub und Giftengegenüber Staub und Giften

�� Die katalytische Abgasreinigung wird in Die katalytische Abgasreinigung wird in den kommenden Jahren gegenüber der den kommenden Jahren gegenüber der thermischen Nachverbrennung wieder thermischen Nachverbrennung wieder vermehrt an Bedeutung gewinnen vermehrt an Bedeutung gewinnen

7.Quellen7.Quellen

Fachbücher und Fachzeitschriften:Fachbücher und Fachzeitschriften:

�� 1.)1.) Schwister, K.: Taschenbuch der Verfahrenstechnik, Schwister, K.: Taschenbuch der Verfahrenstechnik, Fachbuchverlag Leipzig 2005Fachbuchverlag Leipzig 2005

�� 2.)2.) Baldauf, C.: Vorlesungsskript Baldauf, C.: Vorlesungsskript –– Chemische Reaktionstechnik, Chemische Reaktionstechnik, FHTW Berlin 2005FHTW Berlin 2005

�� 3.)3.) WeberWeber--Ingenieure Pforzheim GmbH: Handbuch Altlasten und Ingenieure Pforzheim GmbH: Handbuch Altlasten und Grundwasserschadensfälle Grundwasserschadensfälle –– Katalytische Oxidation in der Katalytische Oxidation in der Gasphase, Landesanstalt für Umweltschutz, Karlsruhe 1996Gasphase, Landesanstalt für Umweltschutz, Karlsruhe 1996

�� 4.)4.) VDI Richtlinien 3476: Abgasreinigung VDI Richtlinien 3476: Abgasreinigung –– Verfahren der Verfahren der katalytischen Abgasreinigung, Juli 2004 katalytischen Abgasreinigung, Juli 2004

Internet:Internet:

�� www.motorradthunder.dewww.motorradthunder.de//lexikonlexikon//imagesimages//katalysator.jpgkatalysator.jpg

�� www.uniwww.uni--bayreuth.debayreuth.de//departmentsdepartments//didaktikchemiedidaktikchemie//umatumat/katalyse1/en3.gif/katalyse1/en3.gif

�� www.euvwww.euv--wien.atwien.at/rechts/rechts--knvknv--11--besch.htmbesch.htm

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