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Platin als Katalysator

Katalysatornetzen

Aufbau der Netze

Abb.1
Platin-Netz
© Heraeus

Vermutlich stellt der Einsatz von Platin in Katalysatoren die wichtigste Anwendung des Platins dar. In den meisten Katalysatoren wird Platin als fein verteilte Dispersion auf keramische oder metallische Träger aufgebracht. Bedingt durch die hohen Betriebstemperaturen und sehr hohen Stoffdurchsätze werden jedoch im Ostwald-Verfahren zur Herstellung von Stickstoffmonoxid durch die Oxidation von Ammoniak (850 °C) sowie im Andrussow-Verfahren zur Herstellung von Cyanwasserstoff aus Ammoniak (1050 °C) selbsttragende Platin-Rhodium-Katalysatornetze verwendet.

Über viele Jahrzehnte wurden gewebte Netze aus feinen Pt-Rh-Drähten eingesetzt (typischer Drahtdurchmesser 76 µm oder 60 µm), wobei die Legierung PtRh101) bevorzugt wurde. Seit Mitte der 1990er Jahre wurden die gewebten fast vollständig durch gewirkte oder gestrickte Netze ersetzt. Darüber hinaus haben sich im Ostwald-Verfahren Katalysatorlegierungen mit geringerem Rhodium-Anteil, vor allem PtRh5, durchgesetzt, weil sie im Einsatz ein zuverlässigeres katalytisches Langzeitverhalten aufweisen.

Rückgewinnung von Platin

Abb.2
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme
© Heraeus

Unter den stark oxidierenden Bedingungen des Ostwald-Verfahrens bilden sich beträchtliche Mengen der flüchtigen Platinoxide, hauptsächlich Platindioxid, die vom Gasstrom mitgerissen werden und über die typischen Einsatzzeiten von mehreren Monaten zu hohen Edelmetallverlusten führen können. In den 1960er Jahren wurde festgestellt, dass Palladium-Netze, die unterhalb der Platin-Netze (Gasstrom von oben) eingebaut werden, einen Großteil des Platins wieder auffangen, d.h. zurückgewinnen können. Als Rückgewinnungsnetze wurden zunächst Palladium-Gold-Legierungen, vor allem PdAu20, seit den 1980er Jahren aber fast ausschließlich PdNi5 verwendet. Vermutlich erfolgt die Rückgewinnung über eine Austauschreaktion zwischen dem Platindioxid in der Gasphase und metallischem Palladium unter Bildung von Palladiumoxid. Der Wert des dadurch verlorenen Palladiums ist normalerweise erheblich geringer als der des zurückgewonnenen Platins.

Neue Entwicklungen

Abb.3
Lachgaskatalysator auf Raschig-Ringen
© Heraeus
Abb.4
Lachgaskatalysator auf Kugelschüttung
© Heraeus

Inzwischen sind komplexe Katalysatorsysteme entwickelt worden, speziell das FTC-System von Heraeus, das Eigenschaften sowohl der Katalysator- wie auch der Rückgewinnungsnetze vereint. Damit können erhebliche Edelmetallersparnisse erzielt werden. Weitere Entwicklungen des FTC2)-Systems ermöglichen eine Reduzierung des Ausstoßes am schädlichen Treibhausgas Distickstoffmonoxid (Lachgas), das in geringen Mengen in einer Nebenreaktion des Ostwald-Verfahrens entsteht. Durch speziell entwickelte Sekundärkatalysatoren, die direkt stromabwärts vom primären FTC3)-System installiert werden, kann das auftretende Lachgas weitestgehend vernichtet werden. Der Lachgaskatalysator besteht aus einer extrem dünnen Edelmetallbeschichtung auf einem α-Aluminiumoxid-Träger. Je nach Anlagentyp haben die Träger die Form von Raschig-Ringen oder kleinen Kugeln.

1)Oxiddispersionshärte des Platins
2)FTC: Functional Total Control
3)FTC: Functional Total Control
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