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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102006025683 A1
Publication typeApplication
Application numberDE200610025683
Publication dateJan 18, 2007
Filing dateJun 1, 2006
Priority dateJul 8, 2005
Publication number0610025683, 200610025683, DE 102006025683 A1, DE 102006025683A1, DE 2006/10025683 A1, DE-A1-102006025683, DE0610025683, DE102006025683 A1, DE102006025683A1, DE2006/10025683A1, DE200610025683
InventorsRoland Dr. Dittmeyer, Heinz-Wolfgang Dr. Häring, Nicole Dr. Schödel, Carsten Dr. Taube
ApplicantLinde Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Verfahren zur Beschichtung von Reaktoroberflächen
DE 102006025683 A1
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung von katalytisch aktiven Materialien direkt auf die inneren Oberflächen von Wärmetauschern. Die katalytisch aktiven Materialien werden durch stromloses Abscheiden (ELP) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) erzeugt.
Claims(4)
  1. Verfahren zur Aufbringung von katalytisch aktivem Material, insbesondere von Elementen der 10. und 11. Gruppe (VIIIA, IB), auf die inneren Oberflächen von Wärmetauschern, dadurch gekennzeichnet, dass ohne die Auftragung einer Trägerschicht die katalytisch aktiven Materialien durch stromloses Abscheiden (ELP) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) direkt auf die Wärmetauscheroberflächen aufgebracht werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass fluide Medien, aus denen heraus sich die Beschichtungsstoffe auf den Oberflächen abscheiden, im Zuge des gewählten Abscheideverfahrens dadurch in Kontakt mit den zu beschichtenden inneren Oberflächen des Plattenwärmetauschers gebracht werden, dass sie durch die Kanäle der Wärmetauscher geleitet werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtenden inneren Oberflächen vor der eigentlichen Beschichtung durch chemische Aufrauung (Säurebehandlung) und/oder Oxidierung vorbehandelt werden.
  4. Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung der inneren Oberflächen von aus Aluminium gefertigten Plattenwärmetauschern mit katalytisch aktiven Materialien.
Description
  • [0001]
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung von katalytisch aktivem Material, insbesondere von Elementen der 10. und 11. Gruppe (VIIIA, IB), auf die inneren Oberflächen von Wärmetauschern.
  • [0002]
    Als Reaktoren zur Durchführung endo- oder exothermer Reaktionen im industriellen Maßstab können rekuperativ arbeitende Wärmetauscher eingesetzt werden. Die umzusetzenden Stoffe werden durch Kanäle dieser Rekuperatoren geleitet, wobei diese Kanäle als Reaktionsräume fungieren. Auf der anderen Seite der die Reaktionsräume bildenden Wände strömt ein Medium mit geeigneter Wärmekapazität, durch welches die Reaktionswärme zu- oder abgeführt wird. Reaktoren dieser Art sind somit in Reaktionsräume und Wärmetransporträume unterteilt. Häufig befinden sich in einem Reaktor mehrere Reaktionsräume, die durch Wärmetransporträume voneinander getrennt sind und von den umzusetzenden Stoffen parallel durchströmt werden.
  • [0003]
    Unzureichende Wärmeabfuhr bei exothermen Reaktionen und unzureichende Wärmezufuhr bei endothermen Reaktionen resultieren in einer heterogenen Temperaturverteilung innerhalb der Reaktionsräume. Werden die Reaktionen katalytisch unterstützt, führen bereits kleine Temperaturunterschiede zu beträchtlichen Verschiebungen der Reaktionsgeschwindigkeiten und zu einer Veränderung der Selektivitätsleistung. Es ist daher nach Möglichkeit eine gleichmäßige Temperaturverteilung erstrebenswert. Auf diese Weise können die Reaktionen kontrolliert und die Bildung von Nebenprodukten unterdrückt werden. Schon eine Selektivitätssteigerung der Reaktion im Bereich von einigen zehntel Prozent ist im Regelfall bei industriellen Prozessen mit erheblichen ökonomischen Vorteilen verbunden.
  • [0004]
    Reaktoren (z.B. für heterogene katalytische Gasphasenreaktionen), die nach dem Prinzip des Plattenwärmetauschers aufgebaut sind, werden heute mit sehr geringen Plattenabständen gefertigt, um eine möglichst hohe Leistungsdichte (katalytische wirksame Fläche bezogen auf das Reaktorvolumen) zu erhalten. Das katalytisch wirkende Material (beispielsweise Palladium oder Silber) ist auf den Seiten der Platten aufgebracht, die den Reaktionsräumen zugewandt sind. Um für eine homogenes Temperaturprofil senkrecht zu den Platten zu sorgen und um den Wärmeübergang von und zu den Platten zu verbessern, können zusätzlich sog. Fins in die Reaktionsräume eingebaut werden. Diese Fins sind häufig ebenfalls mit einem katalytisch wirkenden Material überzogen und vergrößern dadurch die chemisch aktive Fläche in den Reaktionsräumen.
  • [0005]
    Nach dem Stand der Technik wird auf die inneren Oberflächen von Plattenwärmetauschern durch Tauchung (Nassimprägnierung) eine poröse Schicht aus einem oxidkeramischen Werkstoff (z. B. Al2O3) als spätere Trägersubstanz für die katalytisch aktiven Materialien aufgebracht und durch verschiedene Behandlungen fixiert. Diese Trägerschicht kann vielfältige Aufgaben erfüllen, wie beispielsweise die Vergrößerung der zu beschichtenden Oberflächen. Nach der Aufbringung der Trägerschicht erfolgt die eigentliche Beschichtung mit den katalytischen aktiven Materialien durch konventionelle Tränk- bzw. Imprägnierverfahren. Ein Schwachpunkt dieser Methode ist die oft begrenzte Haftung der oxidkeramischen Trägerschicht auf der Wärmetauscheroberfläche, wodurch es häufig zu Schichtablösungen kommt, die verbunden sind mit einem Nachlassen der katalytischen Aktivität sowie erheblichen Betriebsproblemen durch die Blockierung der engen Wärmetauscherkanäle durch abgeplatzte Bruchstücke. Darüber hinaus ist es sehr schwer eine homogene Schichtdickenverteilung der Trägerschicht während der Tauchung in den engen Wärmetauscherkanälen zu erreichen.
  • [0006]
    Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten Art so auszugestalten, dass eine kontrollierte Beschichtung der inneren Oberflächen von Wärmetauschern mit katalytisch aktiven Materialien auf wirtschaftliche Weise und ohne die Nachteile des Standes der Technik ermöglicht.
  • [0007]
    Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ohne die Auftragung einer Trägerschicht die katalytisch aktiven Materialien durch stromloses Abscheiden (ELP) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) direkt auf die Wärmetauscheroberflächen aufgebracht werden.
  • [0008]
    Die oben genannten Beschichtungsverfahren werden normalerweise verwendet, um Materialschichten auf einer außen liegenden Oberfläche eines Objektes (Substrat) zu erzeugen. Hierzu wird die zu beschichtende Substratoberfläche in Kontakt mit flüssigen Lösungen (ELP) oder mit einer Gasatmosphäre (CVD) gebracht, in denen die abzuscheidenden Materialien enthalten sind. Eine Voraussetzung zur Erzeugung von homogenen Schichten ist die homogene Zusammensetzung dieser Lösungen (ELP) bzw. der Gasatmosphäre (CVD) über der gesamten zu beschichtenden Substratoberfläche.
  • [0009]
    Durch stromloses Abscheiden (ELP) werden Materialien auf der Oberfläche eines Substrats aufgrund einer autokatalytischen Reaktion abgeschieden. Hierzu wird die zu beschichtende Substratoberfläche in einem ersten Schritt durch das Aufbringen von Metallpartikeln, deren Größen im Nanometerbereich liegen, aktiviert. Anschließend wird die Substratoberfläche in Kontakt mit einer Lösung gebracht, in der die Ionen der abzuscheidenden Materialien gelöst sind. Durch Zugabe eines Reduktionsmittels (z. B. Hydrazin (N2H4)) werden die gelösten Ionen an der zuvor aktivierten Substratoberfläche reduziert, wodurch bei geeigneten Beschichtungsbedingungen (Substrataktivierung, Zusammensetzung und Temperatur der Lösung, Einwirkungszeit) eine Schicht aufwächst. Die Geometrie des Objekts hat bei der Beschichtung mittels ELP keinen Einfluss auf die Dicke und die Qualität der abgeschiedenen Schicht. Maßgebend für den Schichtaufbau sind in erster Linie die Zusammensetzung der die Ionen enthaltenden Lösung, die mit der Substratoberfläche in Kontakt steht, sowie die Aktivierung der Substratoberfläche. Wenn dafür gesorgt wird, dass diese Zusammensetzung der Lösung überall gleich und die Aktivierung über die gesamte zu beschichtende Substratoberfläche homogen ist, wird das Metall auch auf unregelmäßig geformten Objekten, entlang von Kanten und auch in Hohlräumen gleichmäßig abgeschieden.
  • [0010]
    Eine weitere Technik zum Aufbringen von Materialschichten auf Oberflächen stellt die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) dar. Dabei werden gasförmige bzw. durch Sublimation oder Verdampfung in die Gasphase übergeführte Verbindungen, welche die für die Schicht benötigten Materialien enthalten (Precursor), mit einem Trägergas über die heiße zu beschichtende Oberfläche (Substratoberfläche) geleitet. Die Temperatur der Substratoberfläche wird so gewählt, dass unter den herrschenden Bedingungen eine Zersetzung der Precursoren an der Substratoberfläche erfolgt und sich die metallischen Elemente auf der Oberfläche abscheiden.
  • [0011]
    Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass fluide Medien, die im Zuge des gewählten Beschichtungsverfahrens in Kontakt mit den zu beschichtenden inneren Oberflächen eines Wärmetauschers gebracht werden müssen und aus denen sich Stoffe auf diesen Oberflächen abscheiden (Lösungen), durch die Wärmetauscherkanäle geleitet werden. Durch eine geeignete Kombination aus Strömungsgeschwindigkeit und Abscheiderate, werden an allen Stellen der zu beschichtenden inneren Oberflächen des Wärmetauschers annähernd gleiche Abscheidebedingungen erzeugt.
  • [0012]
    Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt eine CVD-Technik angewendet, wie sie in einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung beschrieben wird, die unter dem Aktenzeichen 10309359.1 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde, und deren Offenbarungsgehalt hiermit vollständig in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung aufgenommen wird. Mit dieser Technik ist es möglich, große Oberflächen auch dann gleichmäßig zu beschichten, wenn sie nicht flach sind. Die Steuerung der Abscheidung erfolgt überwiegend durch die Menge eines organischen Lösungsvermittlers, der auf die zu beschichtende Substratoberfläche in einem Vorbehandlungsschritt aufgetragen wird.
  • [0013]
    Um die Haftung der katalytisch aktiven Materialien zu erhöhen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die inneren Oberflächen der Wärmetauscher vorbehandelt werden. Bevorzugt erfolgt diese Vorbehandlung durch chemische Aufrauung (Säurebehandlung) und/oder Oxidierung.
  • [0014]
    Das vorgeschlagene Verfahren wird erfindungsgemäß bevorzugt zur Beschichtung der inneren Oberflächen von Aluminium-Plattenwärmetauschern mit katalytisch aktiven Materialien eingesetzt.
Referenced by
Citing PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
DE102008050433A1 *Oct 8, 2008Apr 15, 2010Behr Gmbh & Co. KgHalbzeug auf Aluminiumbasis und Herstellungsverfahren
Classifications
International ClassificationC23C16/02, F28F13/18, C23C16/06, C23C18/42
Cooperative ClassificationB01J19/249, C23C16/0227, B01J37/0225, B01J23/44, B01J23/50, B01J2219/2485, B01J2219/2479, B01J2219/2461, F28F13/18, C23C18/1834, C23C16/06, C23C18/31, C23C18/1658, C23C16/0218
European ClassificationC23C18/18A6B4, C23C18/16B8F4, C23C16/02D, C23C16/02B2, C23C18/31, C23C16/06, B01J19/24R4, B01J37/02C8
Legal Events
DateCodeEventDescription
Aug 14, 20088127New person/name/address of the applicant
Owner name: LINDE AG, 80807 MUENCHEN, DE
Apr 11, 2013R119Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
Effective date: 20130101