TY - THES

T1 - Katalytische Kohlenstoffmonoxidoxidation in Stahlwerksabgasen

AU - Krammer, Andreas

N1 - gesperrt bis 30-10-2022

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - In der katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid im Abgassystem von Sinteranlagen liegt hohes Energie- und Ressourceneinsparungspotential. Herausfordernde Prozessparameter des Sinterabgases erfordern besondere Stabilitätseigenschaften für Oxidationskatalysatoren. Der Beitrag dieser Arbeit ist die Untersuchung der Kohlenmonoxid-Oxidationsaktivität des Perowskit-Oxids Lanthankobaltat in Kombination mit Zirkonoxid-Support. Der Aktivstoff Lanthankobaltat weist unter klassischen Bedingungen ähnlich gute Oxidationseigenschaften wie konventionelle Platin-Katalysatoren auf. Zirkonoxid als Support bewirkt durch sehr feine Verteilung noch bessere Aktivität. In Versuchsphase 1 wurde zunächst die Aktivität ohne Schwefeldioxid analysiert. Für Lanthankobaltat/Zirkonoxid (Kalzinierung bei 700 °C) konnte bei 260 °C über 90 % CO-Umsatz erzielt werden. Auf Basis dieser vielversprechenden Ergebnisse, wurde in Versuchsphase 2 der Einfluss von Schwefeldioxid untersucht. In ersten Versuchen konnte trotz Schwefeldioxid für Lanthankobaltat/Zirkonoxid erhebliche Aktivität festgestellt werden (75 % Kohlenmonoxid-Umsatz bei 260 °C). Nach Durchlaufen instationärer Versuchsbedingungen, z.B. in Folge von Temperaturschwankungen, war jedoch für alle untersuchten Katalysatoren vollständige Deaktivierung die Folge der Schwefeldioxid/Wasser-Exposition. Neben einzelnen Hinweisen auf Schwefelstabilität, decken sich diese Resultate mit der überwiegenden Mehrheit der Forschungsergebnisse, die bei höheren Temperaturen (> 300 °C) auf Schwefeldioxid-Chemisorption auf Lanthankobaltat sowie Kobaltoxid hindeuten. Katalysatordeaktivierung ist, wie auch bei dem System Platin/Titanoxid, vermutlich auf Schwefelsäurebildung zurückzuführen. Die Kondensation von Schwefelsäure hängt maßgeblich mit der Porengrößenverteilung der Oberfläche zusammen. Letztlich konnte langfristige Schwefeldioxidstabilität für Lanthankobaltat an der Laborversuchsanordnung ohne zwischengeschaltete Reaktivierung durch Waschschritte zur Schwefelsäureentfernung nicht eindeutig festgestellt werden. Trotzdem bietet die Gruppe der Perowskit-Oxide ein großes Pool an Eigenschaften, um schwefelstabile Aktivstoffe zu finden. Demgegenüber stellen vielfältige Deaktivierungsmechanismen interessante Herausforderungen für weitere Forschungsarbeiten dar.

AB - In der katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid im Abgassystem von Sinteranlagen liegt hohes Energie- und Ressourceneinsparungspotential. Herausfordernde Prozessparameter des Sinterabgases erfordern besondere Stabilitätseigenschaften für Oxidationskatalysatoren. Der Beitrag dieser Arbeit ist die Untersuchung der Kohlenmonoxid-Oxidationsaktivität des Perowskit-Oxids Lanthankobaltat in Kombination mit Zirkonoxid-Support. Der Aktivstoff Lanthankobaltat weist unter klassischen Bedingungen ähnlich gute Oxidationseigenschaften wie konventionelle Platin-Katalysatoren auf. Zirkonoxid als Support bewirkt durch sehr feine Verteilung noch bessere Aktivität. In Versuchsphase 1 wurde zunächst die Aktivität ohne Schwefeldioxid analysiert. Für Lanthankobaltat/Zirkonoxid (Kalzinierung bei 700 °C) konnte bei 260 °C über 90 % CO-Umsatz erzielt werden. Auf Basis dieser vielversprechenden Ergebnisse, wurde in Versuchsphase 2 der Einfluss von Schwefeldioxid untersucht. In ersten Versuchen konnte trotz Schwefeldioxid für Lanthankobaltat/Zirkonoxid erhebliche Aktivität festgestellt werden (75 % Kohlenmonoxid-Umsatz bei 260 °C). Nach Durchlaufen instationärer Versuchsbedingungen, z.B. in Folge von Temperaturschwankungen, war jedoch für alle untersuchten Katalysatoren vollständige Deaktivierung die Folge der Schwefeldioxid/Wasser-Exposition. Neben einzelnen Hinweisen auf Schwefelstabilität, decken sich diese Resultate mit der überwiegenden Mehrheit der Forschungsergebnisse, die bei höheren Temperaturen (> 300 °C) auf Schwefeldioxid-Chemisorption auf Lanthankobaltat sowie Kobaltoxid hindeuten. Katalysatordeaktivierung ist, wie auch bei dem System Platin/Titanoxid, vermutlich auf Schwefelsäurebildung zurückzuführen. Die Kondensation von Schwefelsäure hängt maßgeblich mit der Porengrößenverteilung der Oberfläche zusammen. Letztlich konnte langfristige Schwefeldioxidstabilität für Lanthankobaltat an der Laborversuchsanordnung ohne zwischengeschaltete Reaktivierung durch Waschschritte zur Schwefelsäureentfernung nicht eindeutig festgestellt werden. Trotzdem bietet die Gruppe der Perowskit-Oxide ein großes Pool an Eigenschaften, um schwefelstabile Aktivstoffe zu finden. Demgegenüber stellen vielfältige Deaktivierungsmechanismen interessante Herausforderungen für weitere Forschungsarbeiten dar.

KW - Oxidationskatalyse

KW - Kohlenmonoxidoxidation

KW - Schwefeldioxid

KW - Lanthankobaltat

KW - Sinterabgas

KW - oxidation catalysis

KW - carbon monoxide

KW - sulphur dioxide

KW - lanthanum cobaltate

KW - sinter exhaust gas

M3 - Masterarbeit

ER -