特表 2024-523750 触媒活性生成物、そのような生成物の製造方法、及び前記生成物を含む反応器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-28

(54)【発明の名称】触媒活性生成物、そのような生成物の製造方法、及び前記生成物を含む反応器

(51)【国際特許分類】

   B01J 37/02 20060101AFI20240621BHJP

   B01J 37/08 20060101ALI20240621BHJP

   B01J 37/16 20060101ALI20240621BHJP

   B01J 37/00 20060101ALI20240621BHJP

   B01J 32/00 20060101ALI20240621BHJP

   B01J 37/06 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

B01J37/02 301E

B01J37/08

B01J37/16

B01J37/00 K

B01J32/00

B01J37/06

B01J37/02 301Z

B01J37/02 101Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024520832

(86)(22)【出願日】2022-06-09

(85)【翻訳文提出日】2024-01-30

(86)【国際出願番号】 SE2022050566

(87)【国際公開番号】W WO2022265561

(87)【国際公開日】2022-12-22

(31)【優先権主張番号】2150762-9

(32)【優先日】2021-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523470153

【氏名又は名称】カタトール アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】シルヴァーサンド フレドリク

【テーマコード（参考）】

4G169

【Ｆターム（参考）】

4G169AA01

4G169AA03

4G169AA08

4G169AA11

4G169AA20

4G169BA01A

4G169BA02A

4G169BA04A

4G169BA05A

4G169BA13A

4G169BA17

4G169BA18

4G169BA20A

4G169BB02A

4G169BB02C

4G169BB04A

4G169BB04C

4G169BC08C

4G169BC16C

4G169BC29A

4G169BC29C

4G169BC32A

4G169BC33A

4G169BC43A

4G169BC69A

4G169CA02

4G169CA07

4G169DA06

4G169EA11

4G169EB07

4G169EE07

4G169FB14

4G169FB23

4G169FB24

4G169FB27

4G169FB29

4G169FB43

4G169FB48

4G169FC02

4G169FC04

4G169FC07

(57)【要約】

触媒活性生成物（１０）を製造する方法が開示される。この方法は、基板上にテルミット又はサーメート組成物（２８）を堆積させるステップと、組成物（２８）を有する基板（１１）を加熱して、テルミット反応を開始して、第一の金属（２７）の層を基板に接着させるステップと、第二の金属（２９）の酸化物を除去するステップと、第一の金属の層の粗面を形成するステップとを含む。次いで、セラミック材料を、第一の金属（２７）の粗面上に堆積させて、その上に触媒活性材料（１６）を備えるセラミック層（１４）を形成する。触媒活性生成物（１０）及び触媒活性生成物（１０）の複数の積層シートを備える反応器（２２）も開示される。
【選択図】図２２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

触媒活性生成物（１０）の製造方法であって、
ａ）基板（１１）を提供するステップと、
ｂ）前記基板上にテルミット又はサーメート組成物（２８）を堆積させるステップであって、前記組成物（２８）は、少なくとも第一の金属の酸化物及び第二の金属の粉末を含む、ステップと、
ｃ）前記組成物（２８）を有する前記基板（１１）を、前記第一の金属の前記酸化物が発熱反応において前記第一の金属（２７）に還元される温度まで加熱することで、前記第二の金属は、前記第二の金属（２９）の酸化物に酸化され、それによって、前記反応からの熱によって前記第一の金属を前記基板（１１）に接着させるステップと、
ｄ）前記第二の金属（２９）の前記酸化物を除去し、それによって、前記基板（１１）上に前記第一の金属（２７）の層を形成するステップであって、前記層は粗面を有する、ステップと、
ｅ）前記第一の金属（２７）の前記粗面上にセラミック材料を堆積させて、その上にセラミック層（１４）を形成するステップと、
ｆ）触媒活性材料（１６）を前記セラミック層（１４）に添加するステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

ステップｂ）において、懸濁液の形態で前記テルミット又はサーメート組成物（２８）を提供し、それを前記基板（１１）上に噴霧するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記テルミット又はサーメート組成物（２８）は、室温で前記基板上に噴霧される、ステップ２に記載の方法。

【請求項4】

ステップｄ）において、洗浄によって、前記第二の金属（２９）の前記酸化物及び任意選択で他の材料を除去するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

ステップｅ）において、前記セラミック材料を懸濁液として提供し、前記セラミック材料を前記第一の金属（２７）の前記層の上に噴霧して、前記セラミック層（１４）を形成するステップを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記セラミック材料は、室温で噴霧される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

ステップｆ）において、含浸、浸漬又は噴霧によって前記触媒活性材料（１６）を前記セラミック層（１４）に添加するステップを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記基板（１１）は、金属又は合金からなる、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記組成物（２８）中の前記第一の金属の前記酸化物は、遷移金属酸化物であり、前記組成物（２８）中の前記第二の金属は、前記第一の金属（２７）よりも酸化しやすいアルカリ土類金属又は遷移金属である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記組成物（２８）中の前記第二の金属は、アルミニウムである、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記セラミック材料（１４）は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２又はこれらの混合物である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記触媒活性材料は、貴金属、遷移金属、これらの酸化物又はこれらの混合物を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法によって製造される触媒活性生成物であって、前記触媒活性生成物が基板（１１）、前記基板（１１）に接着された金属（２７）の層、金属（２７）の前記層に接着されたセラミック層（１４）を備え、前記セラミック層（１４）には、触媒活性材料（１６）を備えた細孔（１５）が形成される、触媒活性生成物。

【請求項14】

前記基板（１１）は、金属を含み、金属（２７）の前記層は、遷移金属によって形成される、請求項１３に記載の触媒活性生成物。

【請求項15】

前記触媒活性材料（１６）は、貴金属、遷移金属、あるいはこれらの混合物又は酸化物を含む、請求項１３又は１４に記載の触媒活性生成物。

【請求項16】

前記セラミック材料（１４）は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２又はこれらの混合物である、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の触媒活性生成物。

【請求項17】

中心軸（Ａ）及び触媒活性シート（１０）のスタックを備える触媒反応器（２２）であって、前記触媒活性シート（１０）が軸方向に積層され、前記触媒活性シート（１０）のそれぞれは、請求項１３～１６のいずれか一項に記載の触媒活性生成物によって形成されることを特徴とする、触媒反応器（２２）。

【請求項18】

前記触媒活性シート（１０）のそれぞれは、中央開口部（１７）を備え、前記触媒活性シート（１０）の少なくともいくつかは、前記中央開口部（１７）の周囲に少なくとも部分的に配置された軸方向延在フランジ（１８）を備え、１つの触媒活性シート（１０）の前記フランジ（１８）は、隣接する触媒活性シート（１０）の前記中央開口部（１７）内に延在する、請求項１７に記載の触媒反応器。

【請求項19】

前記触媒活性シート（１０）のそれぞれは、前記中央開口部（１７）から径方向に延在する径方向延在部分（１９）を含む、請求項１８に記載の触媒反応器。

【請求項20】

１つの触媒活性シート（１０）の前記径方向延在部分（１９）は、隣接する触媒活性シート（１０）の前記径方向延在部分（１９）と間隙を有して配置される、請求項１９に記載の触媒反応器。

【請求項21】

前記フランジ（１８）には、貫通孔（２０）が設けられる、請求項１７～２０のいずれか一項に記載の触媒反応器。

【請求項22】

前記径方向延在部分（１９）には、前記中央開口部（１７）の周囲に分布する貫通アパーチャ（２１）が設けられる、請求項１７～２１のいずれか一項に記載の触媒反応器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触媒活性生成物及びその製造方法に関する。触媒活性生成物は、燃焼、精製、触媒改質等を含む様々な化学反応に使用される。例えば、触媒活性生成物は、一酸化炭素及び／又はＶＯＣ及びＰＡＨ等の炭化水素に関する煙道ガスの精製に使用される。このような触媒活性生成物は、様々な種類の化学反応のために反応器内で使用することができる。このタイプの触媒活性生成物は、また、天然ガス、プロパン、ブチレン又は同様のガス等のガス燃料の燃焼のためのバーナにおいても使用することができる。また、本発明はそのような触媒活性生成物を含む反応器にも関する。

【背景技術】

【0002】

複数の異なるタイプの触媒装置が、従来技術では知られている。触媒装置の１つのタイプは、特許文献１に開示されている。特許文献１は、触媒及びその製造方法を記載しており、多孔質セラミック層の層が、溶射によってメッシュ基板上に形成され、続いて、セラミック層の表面積が拡大され、その後、表面積が拡大されたセラミック層に触媒活性材料が含浸される。この公知の触媒の精製結果及び製造方法は、多くの用途において十分であるが、触媒活性生成物を製造する方法にも触媒活性生成物自体にも改善の余地がある。

【0003】

従来技術による触媒活性生成物の製造方法の１つの問題は、それらが複雑であり、高価な機器を要することである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第９７／０２０９２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、従来技術に関連して上述した問題の１つ以上を克服するか又は少なくとも軽減し、触媒活性生成物を生成する効率的な方法を提供することと、また容易な生成を可能にするそのような生成物を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、触媒活性生成物の製造方法に関し、前記方法は、
ａ）基板を提供するステップと、
ｂ）前記基板上にテルミット又はサーメート組成物（ｔｈｅｒｍｉｔｅ ｏｒ ｔｈｅｒｍａｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を堆積させるステップであって、前記組成物は、少なくとも第一の金属の酸化物及び第二の金属の粉末を含む、ステップと、
ｃ）前記組成物を有する前記基板を、前記第一の金属の前記酸化物が発熱反応において前記第一の金属に還元される温度まで加熱することで、前記第二の金属は、前記第二の金属の酸化物に酸化され、それによって、前記反応からの熱によって前記第一の金属を前記基板に接着させるステップと、
ｄ）前記第二の金属の前記酸化物を除去し、それによって、前記基板上に前記第一の金属の層を形成するステップであって、前記層は粗面を有する、ステップと、
ｅ）前記第一の金属の前記粗面上にセラミック材料を堆積させて、その上にセラミック層を形成するステップと、
ｆ）触媒活性材料を前記セラミック層に添加するステップと、
を含む。

【0007】

本発明による方法によって、触媒活性生成物を容易に効率的に製造できるようになる。本発明によって、溶射プロセスを経ることなく、触媒活性生成物を製造することができる。テルミット又はサーメート組成物を使用することで、触媒活性生成物の製造のための後続のステップにおいて、セラミック層の信頼性の高い効率的な固定のために粗面を形成しながら、基板への安全で信頼性の高い効率的な固定が可能になる。

【0008】

テルミット組成物は、金属粉末と金属酸化物との火工組成物である。熱によって点火されると、テルミット組成物は、発熱性である酸化還元反応を引き起こす。テルミット組成物は、テルミット反応中に発生する熱によって基板に接着することによって、例えば、鋼又は他の適切な金属のメッシュ又はプレート材料の形態の金属基板等の基板への効率的な固定をもたらし、その一方で、得られた金属酸化物等の残りの生成物を、洗浄又は他の好適なプロセスで除去することによって、粗面が効率的に達成されることが見出されている。組成物中の第一の金属の酸化物は、遷移金属酸化物であってもよい。組成物中の第二の金属は、第一の金属よりも酸化しやすいアルカリ土類金属又は遷移金属であってもよい。例えば、第二の金属は、アルミニウムである。

【0009】

サーメート組成物は、塩ベースの酸化剤で富化されたテルミット組成物であって、例えば、硝酸塩又は過酸化物である。さらに、グラファイト等の他の材料を使用することができる。したがって、テルミット又はサーメート組成物は、グラファイトを含んでもよい。

【0010】

方法は、テルミット又はサーメート組成物を懸濁液として提供するステップを含むことができる。したがって、テルミット又はサーメート組成物は、噴霧又は他のコーティングプロセス等によって効率的な方法で基板上に堆積させることができ、懸濁液は、室温等の任意の適切な温度で堆積させることができる。組成物の酸化還元反応を開始する加熱プロセスの後、セラミック層のその後の固定のための付着層が効率的な方法で形成される。

【0011】

第一の金属の層を、溶接等のテルミット接着によって基板に固定した後、方法は、セラミック材料を懸濁液として提供し、懸濁液を第一の金属の層上に、例えば、噴霧によって堆積させることによって、セラミック層を堆積させるステップを含むことができる。したがって、セラミック材料が容易に形成され、第一の金属の層の粗面は、例えば、乾燥及び焼成によって、セラミック層を基板に機械的に信頼性高く固定する。

【0012】

また、本発明は、上記の方法によって製造される触媒活性生成物に関する。

【0013】

本発明は、また、中心軸と触媒活性シートのスタックとを備える触媒反応器に関し、触媒活性シートは軸方向に積層され、触媒活性シートのそれぞれは、上記の方法によって製造された触媒活性生成物によって形成されることを特徴とする。

【0014】

触媒反応器は、中央開口部を備えることができ、触媒活性シートの少なくともいくつかは、前記中央開口部の周囲に少なくとも部分的に配置された軸方向延在フランジを備えることができ、１つの触媒活性シートのフランジは、隣接する触媒活性シートの開口部内に延在する。中央開口部と触媒活性シートのフランジとを組み合わせることによって、第一の反応物質をスタックに沿って軸方向に案内するとともに、第一の反応物質を触媒活性シートに沿って径方向に分配して第二の反応物質と反応させることが可能になり、この第二の反応物質は、例えば、中央開口部の径方向外側の位置で軸方向に導かれる。したがって、本発明によって、第一の反応物質の濃度が中央開口部に近いほど高く、径方向の外側に向かうほど低くなる効率的な反応器が得られる。このようにして、反応器は、柔軟であり、異なるタイプの反応に使用することができ、異なるプロセスパラメータに適合させることができる。例えば、触媒反応器は、燃焼、触媒部分酸化、触媒改質、自己熱改質、水素化、選択的酸化等のために使用することができる。反応器の構造によって、触媒活性シート中の触媒活性材料を効率的に使用することができる。例えば、第一の反応物質は、例えば、バイオ燃料の形態のガス燃料の混合物等の燃料であってもよく、第二の反応物質は、空気又は酸素であってもよく、そのような燃料の混合物の燃焼のための効率的な反応器が達成される。

【0015】

触媒活性シートのそれぞれは、中央開口部から径方向に延在する径方向延在部分を備えることができる。１つの触媒活性シートの径方向延在部分は、隣接する触媒活性シートの径方向延在部分に対して間隙を有して配置されてもよい。したがって、第一の反応物質は、触媒活性シートの径方向延在部分に沿って第二の反応物質との効率的な反応のために間隙に分配することができる。

【0016】

フランジは、その自由端に向かって先細になっていてもよく、触媒活性シートは、効率的な方法で積層することができ、例えば、隣接する触媒活性シートの径方向延在部分の間に間隙を設けることができる。

【0017】

触媒活性シートは、ワイヤメッシュ、穿孔プレート材料、エキスパンドメタル等のメッシュ構造に配置されてもよく、第一の反応物質は、協働するフランジによってスタックを通って軸方向に案内することができ、一方、第一の反応物質のいくらかは、メッシュ構造の開口部によってバランスよく径方向にフランジを通って案内される。フランジ及び径方向延在部分は、メッシュ構造に形成されてもよい。したがって、第二の反応物質は、軸方向にスタックの径方向延在部分を通して効率的に導くことができる。例えば、触媒活性シート全体がメッシュ構造に形成される。

【0018】

あるいは、触媒活性シートは、板金等のプレート材料で形成されてもよく、フランジには穴が設けられてもよく、及び／又は径方向延在部分には、中央開口部の周囲に分布する貫通アパーチャが設けられてもよい。したがって、第一の反応物質は、協働するフランジによってスタックを通って軸方向に案内することができ、一方、第一の反応物質のいくらかは、フランジの穴によってバランスよく径方向にフランジを通って案内される。第二の反応物質は、径方向延在部分に沿って径方向外向きに間隙内に案内される第一の反応物質と反応するように、アパーチャによって軸方向にスタックの径方向延在部分を通して効率的に導くことができる。

【0019】

触媒活性シートのスタック、又は少なくとも中央開口部は、一端で塞がれてもよい。第一の反応物質が導入される端部の反対側の端部において、中央開口部又はスタックを塞ぐことによって、スタック内の第一の反応物質が効率的に分布する。第一の反応物質は、協働するフランジによって軸方向にスタックを通って案内され、端部を塞ぐことによって、第一の反応物質は、径方向に押しやられる。

【0020】

触媒活性シートは、基板と、基板に接着されたセラミック層とを備えてもよく、セラミック層には、触媒活性材料が提供された細孔が形成されている。

【0021】

また、触媒活性シートは、テルミット組成物と、酸化還元反応後の第二の金属の酸化物の除去から形成される第一の金属の層を含んでもよく、セラミック層は、第一の金属の層及びセラミック層内に突出するその粗面を介して基板に接着される。このようにして、触媒活性材料を含むセラミック層は、メッシュ構造又はプレート等の基板に効率的に接着される。

【0022】

触媒反応器は、第一の反応物質のための入口と、第二の反応物質のための少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの出口とを有する反応容器を備えてもよく、触媒活性シートのスタックは、反応容器内に配置され、第一の反応物質の入口は、スタックの一端に配置され、触媒活性シートの中央開口部と位置合わせされ、少なくとも中央開口部は、スタックの反対側の端部で塞がれる。

【0023】

触媒反応を提供する方法も開示され、前記方法は、
ａ）第一の反応物質を軸方向に触媒活性シートのスタックのうちの１つの触媒活性シートの中央開口部内に供給するステップと、
ｂ）前記第一の反応物質のいくつかを、前記開口部のいくつかの周囲に少なくとも部分的に配置され、隣接する触媒活性シートの前記中央開口部内に軸方向に延在する軸方向延在フランジを通して案内するステップと、
ｃ）前記第一の反応物質のいくつかを、前記フランジから径方向外向きに案内し、第二の反応物質と接触させて前記触媒反応を提供するステップと、
を含む。

【0024】

触媒活性シートを製造する代替方法も開示され、前記方法は、
ａ）基板を提供するステップと、
ｂ）第一の材料及び第二の材料の粒子を前記基板上に堆積させるステップであって、前記第二の材料の前記粒子は、前記第一の材料よりも高い融点を有する、ステップと、
ｃ）前記第一の材料及び前記粒子を有する前記基板を、前記第一の材料を溶融させ、前記第二の材料の前記粒子を溶融させない温度まで加熱することによって、前記第一の材料及び前記粒子を前記基板に接着させるステップであって、前記粒子は、前記第一の材料に部分的に埋め込まれ、粗面を形成する、ステップと、
ｄ）前記粗面上にセラミック材料を堆積させて、その上にセラミック層を形成するステップと、
ｅ）触媒活性材料を前記セラミック層に添加するステップと、
を含む。

【0025】

触媒活性シートの製造方法によって、触媒活性シートを容易で効率的に製造できるようになる。この製造方法によって、溶射プロセスを経ることなく触媒活性シートを製造することができる。第一の材料と粒子とを組み合わせることによって、触媒活性シートを製造するための基板へのセラミック層の安全で信頼性のある効率的な固定が可能になる。

【0026】

方法は、第一の材料及び／又は第二の材料の粒子を１つ以上の懸濁液として提供するステップを含むことができ、任意選択で、両方を組み合わせて懸濁液として提供する。したがって、第一の材料及び／又は第二の材料は、噴霧又は他のコーティングプロセス等によって、効率的な方法で基板上に堆積させることができ、懸濁液は、室温等の任意の適切な温度で堆積させることができる。したがって、第一の材料は、最初に溶融することなく基板上に堆積させることができる。次いで、方法は、第一の材料及び第二の材料の粒子をその上に有する基板を、真空炉等の炉内で、あるいは還元ガス又は不活性ガスを用いて加熱するステップを、第一の材料のみを溶融させ、粒子を第一の材料に固定しながら第一の材料を基板に接着させるために、含むことができる。したがって、第一の材料及び粒子は、効率的で確実な方法で製造することができ、セラミック層のその後の固定のための付着層を効率的に形成する。

【0027】

第一の材料を溶融させることによって基板に固定した後に、方法は、セラミック材料を懸濁液として提供し、懸濁液を、粒子を含む第一の材料上に、例えば噴霧によって、堆積させることによってセラミック層を堆積させるステップを含むことができる。したがって、セラミック材料は、容易な方法で形成され、第一の材料から突出する粒子を部分的に取り囲んで、例えば、乾燥及び焼成によってセラミック層を基板に機械的に確実に固定する。

【0028】

本発明の更なる特徴及び利点は、以下の実施形態の説明、添付の図面及び従属請求項から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

例として、本発明の実施形態を以下で添付の図面を参照して説明する。

【0030】

【図1】一実施形態による触媒活性生成物の一部の拡大概略断面図である。

【図2】第一の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図3】第一の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図4】第一の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図5】第一の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図6】第一の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図7】第二の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図8】第二の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図9】第二の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図10】第二の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図11】第二の実施形態による図１の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図12】一実施形態によるシートの形態の触媒活性生成物の概略図であり、触媒活性シートは、フランジを備えて配置され、メッシュの形態で配置される。

【図13】図１２の触媒活性シートの概略側面図である。

【図14】図１２の触媒活性シートのスタックの概略側面図である。

【図15】別の実施形態による触媒活性シートの概略図であり、触媒活性シートは、アパーチャを有し、フランジに孔を有するプレートの形態である。

【図16】図１５の触媒活性シートの概略側面図である。

【図17】図１５の触媒活性シートのスタックの概略側面図である。

【図18】本発明の第一の実施形態による触媒反応器の概略断面図である。

【図19】図１８による触媒反応器の概略断面図であり、触媒反応器内の反応物質及び生成物の流れを示す。

【図20】本発明の第二の実施形態による触媒反応器の概略断面図である。

【図21】図２０による触媒反応器の概略断面図であり、触媒反応器内の反応物質及び生成物の流れを示す。

【図22】本発明の別の実施形態による触媒活性生成物の一部の拡大概略断面図である。

【図23】一実施形態による図２２の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図24】一実施形態による図２２の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図25】一実施形態による図２２の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図26】一実施形態による図２２の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【図27】一実施形態による図２２の触媒活性生成物を製造する方法の一連の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１に関して、本発明による触媒活性生成物１０が概略的に示されている。触媒活性生成物１０は、化学反応を促進するために使用されるように構成される。例えば、触媒活性生成物１０は、燃焼、精製、触媒改質等のために配置される。例えば、触媒活性生成物１０は、一酸化炭素及び／又はＶＯＣ及びＰＡＨ等の炭化水素に関して煙道ガスを精製するように配置される。例えば、触媒活性生成物１０は、反応器の一部であり、化学反応のための反応容器に配置されてもよく、このことについては、以下に記載される。例えば、触媒活性生成物１０は、例えば、加熱目的で、天然ガス、プロパン、ブチレン若しくは同様のガス又は異なる燃料の混合物等のガス燃料の燃焼のための反応器に含まれる。

【0032】

触媒活性生成物１０は、基板１１と、第一の材料１２と、第二の材料の粒子１３と、細孔１５を有するセラミック材料を含むセラミック層１４と、触媒活性材料１６とを含む。第一の材料１２及び粒子１３は、基板１１上に付着層を形成する。例えば、第一の材料１２は、基板１１の上に直接配置され、粒子１３は、第一の材料１２内に部分的に埋め込まれ、その表面から突出する。セラミック層１４は、第一の材料１２及び粒子１３によって形成される付着層の上部に配置され、セラミック層１４は、粒子１３に係合する。したがって、第一の材料１２及び粒子１３によって形成される付着層は、基板１１とセラミック層１４との間に配置される。

【0033】

一実施形態によれば、触媒活性生成物１０は、シートとして、例えば、メッシュ構造の形態、すなわち複数の貫通孔を有するシートとして形成される。例えば、基板１１は、ワイヤメッシュ、グリッド等として形成される。あるいは、基板１１、したがって触媒活性生成物１０も、孔が設けられたプレート材料の形態のシートとして形成され、これについては、以下でより詳細に説明される。例えば、基板１１は、金属又は合金であるか、あるいは金属又は合金を含む。一実施形態によれば、基板は、ステンレス鋼等の鋼、アルミニウム又は銅から作られる。あるいは、基板１１は、比較的高い温度に耐えることができるポリテトラフルオロエチレン又は同様のポリマー等のポリマー材料、あるいは複合材料から作られる。一般に、基板１１は、少なくとも３５０℃の温度に耐えることができるべきである。場合によっては、少なくとも５００℃、少なくとも７００℃又は少なくとも９００℃等のこのレベルをはるかに上回る温度に耐えることができるべきである。

【0034】

基礎構造を形成する基板１１の上に、第一の材料１２が配置される。基板１１、又はその少なくとも部分もしくは側面は、第一の材料１２でコーティングされる。図示した実施形態では、基板１１の上面は、第一の材料１２でコーティングされている。あるいは、基板１１の両側若しくは全面又は全体は、第一の材料１２でコーティングされる。例えば、第一の材料１２は、金属又は合金である。例えば、第一の材料１２は、Ａｌ又は比較的低い融点を有する同様の金属である。あるいは、第一の材料１２は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ及び／又は鋼等の金属と融点降下剤とを含む合金である。

【0035】

粒子１３は、第一の材料１２に部分的に埋め込まれ、基板１１から離れる方向に少なくとも部分的に突出している。粒子１３は、第一の材料１２よりも高い融点を有する第二の材料から作製されるか、又はそれを含む。例えば、第二の材料の粒子１３の固相線温度は、第一の材料１２の液相線温度よりも高い。例えば、第二の材料の粒子１３は、金属粉末、セラミック粉末、又はこれらの混合物を含む。粒子１３は、異なる形状及びサイズを有してもよい。粒子１３は、セラミック層１４の接着に役立つ表面粗さを加えるために、第一の材料１２の中又は上に提供される。例えば、粒子１３は、少なくとも１０μｍ、又は少なくとも２０μｍ、例えば２０～１００μｍの粒径を有する。例えば、第二の材料は、少なくとも３０％の多孔度を有する。

【0036】

セラミック層１４は、第一の材料１２及び粒子１３によって形成される付着層上に提供され、粒子１３によってそれに固定される。したがって、粒子１３は、第一の材料１２に部分的に埋め込まれ、セラミック層１４に部分的に埋め込まれて、セラミック層１４を基板１１に機械的に固定する。したがって、セラミック層１４は、第一の材料１２及びそこから突出する粒子１３の上に配置される。セラミック層１４は、アルミナ、ジルコニア、二酸化チタン、シリカ、炭化タングステン、窒化ケイ素若しくは同様のセラミック、又はこれらの混合物を含んでもよい。セラミック層１４には、細孔１５が形成されることで、その中に触媒活性材料１６を堆積させるための表面積が拡大する。したがって、セラミック層１４には、触媒活性材料１６が提供され、触媒活性材料１６は、その細孔１５内に配置される。例えば、触媒活性材料１６は、貴金属、遷移金属又はこれらの混合物若しくは酸化物である。例えば、触媒活性材料１６は、パラジウムである。

【0037】

図２～図６も参照すると、触媒活性生成物１０を製造する方法が、第一の実施形態に従って一連の図によって概略的に示されている。基板１１は、上述されており、図２に概略的に示されている。基板１１は、例えば、噴霧プロセスによって第一の材料１２でコーティングされる。第一の材料１２を有する基板１１が図３に示されており、第一の材料１２は、基板１１上の層として提供される。一実施形態によれば、第一の材料１２は、懸濁液として提供され、第一の材料１２は、水等の液体中に分散された粒子として提供される。例えば、基板１１は、噴霧プロセスによって第一の材料１２でコーティングされ、第一の材料１２は、例えば、室温で基板１１上に噴霧される。したがって、第一の材料１２は加熱されず、高温では噴霧されない。あるいは、第一の材料１２は、塗装、浸漬等の別のコーティングプロセスによって基板１１上に塗布される。あるいは、第一の材料１２は、ペーストとして提供され、ペーストは、基板１１の表面に広がることによって基板１１上に塗布される。第一の材料を基板上に塗布した後、第一の材料１２を有する基板１１は、任意選択で、例えば、オーブン中での熱処理によって乾燥される。

【0038】

基板１１を第一の材料１２でコーティングした後、第二の材料を含む粒子１３が第一の材料１２上に提供され、これは、図４に示されている。例えば、粒子１３は、スラリーとも呼ばれる懸濁液として提供され、粒子１３は、水等の液体中に懸濁される。粒子１３の懸濁液は、基板１１によって担持される第一の材料１２上に塗布される。例えば、粒子１３は、噴霧プロセスによって第一の材料１２上に塗布され、粒子１３を含む懸濁液は、第一の材料１２上に噴霧される。したがって、粒子１３は、室温で第一の材料１２上に噴霧されてもよい。粒子１３を第一の材料１２上に塗布した後、第一の材料１２及び粒子１３を担持する基板１１を、例えばオーブン内で乾燥させてもよい。次いで、第一の材料１２及び粒子１３を有する基板１１を、例えば、炉内で、第一の材料１２を溶融させ、第二の材料の粒子１３を溶融させない温度まで熱処理する。基板１１も溶融されない。したがって、第一の材料１２は、粒子１３を第一の材料１２に固定しながら溶融することによって基板１１に固定される。粒子１３は、第一の材料１２に機械的に固定され、粒子１３は、第一の材料１２の溶融後に第一の材料１２に部分的に埋め込まれる。第一の材料１２は、また、その表面の粗さの中へと融解することによって、基板に機械的に接着される。第一の材料１２に部分的に埋め込まれ、そこから突出する粒子１３が図４に示されている。例えば、第一の材料１２を溶融させるための熱処理は、真空炉内で真空下にて実施される。あるいは、第一の材料１２を溶融させるための熱処理は、炉内で還元ガス又は不活性ガスを用いて実施される。

【0039】

次いで、第一の材料１２及び粒子１３を担持する基板１１は、図５に示されるセラミック層１４を備え、セラミック層１４は、粒子１３及び第一の材料１２の上に設けられ、その結果、第一の材料１２は、セラミック層１４と基板１１との間に配置される。例えば、セラミック層１４は、水性懸濁液の形態等のスラリーとして付着層１２上に堆積される。また、セラミック層１４は、セラミック材料に多孔質構造を形成するために設けられる細孔形成剤を含んでもよい。典型的には、セラミック層の厚さは、０．１～０．８ｍｍの範囲、好ましくは０．２～０．５ｍｍの範囲である。セラミック層１４は、細孔１５によって表面が拡大され、細孔は、図６に示す触媒活性材料１６を保持するように構成される。

【0040】

セラミック層１４は、以下のプロセス、すなわち、１）沈殿による二次表面積拡大と共に直接噴霧すること、又は２）セラミック粉末の同時堆積を伴って噴霧すること、あるいは方法１）と２）との組み合わせ、続いて、含浸プロセスを通して触媒活性材料１６でコーティングすることによって製造されてもよい。あるいは、細孔形成剤は、熱処理によって燃焼され得る可燃性材料であってもよい。任意選択で、細孔形成剤は、細孔形成ポリマー材料であってもよい。あるいは、セラミック層１４は、比表面積の高い粒子を含むセラミック粉末である。例えば、細孔１５は、従来の方法でセラミック層１４に形成される。

【0041】

セラミック層１４の細孔１５は、触媒活性材料１６を担持するように構成される。例えば、細孔１５は、円筒形状であってもよい。このようにして、精製される化学物質は、触媒活性生成物１０の触媒活性材料１６に容易に到達することができる。触媒活性材料１６は、例えば、従来の含浸プロセスによってセラミック層の細孔１５内に堆積させてもよい。含浸中、セラミック層１４の細孔１５の構造は、例えば、触媒活性材料１６を含有する溶液で飽和される。触媒活性材料１６は、貴金属、遷移金属、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

【0042】

図７～図１１を参照して、本発明の代替実施形態を説明するが、ここでは、基板１１が第一の材料と第二の材料の粒子１３との混合物でコーティングされている。第一の材料１２と粒子１３との混合物を有する基板１１が、図７に示されている。例えば、第一の材料１２も粒子として提供され、第一の材料１２及び第二の材料の粒子１３はスラリー中の混合物として提供される。第一の材料１２及び第二の材料の粒子１３の両方を含むスラリーは、例えば、噴霧によって、上述のように、基板１１上に塗布される。したがって、スラリーは、室温で噴霧することによって基板上に提供されてもよい。次いで、スラリーを含む基板１１を任意選択で乾燥させる。第一の材料１２と粒子１３との混合物で基板１１をコーティングした後、加熱して第一の材料１２を溶融させるが、基板１１又は第二の材料は溶融させず、図８に示すように、粒子１３は、第一の材料１２に接着し、第一の材料１２は、基板１１に接着する。したがって、粒子１３は、第一の材料１２に部分的に埋め込まれ、基板１１から離れる方向に、それから突出し、上述のようにセラミック層１４を固定するための粗い外面を得る。次いで、スラリーとして提供され得るセラミック層１４が、図９に示すように、第一の材料１２及び粒子１３上に堆積される。例えば、セラミック層は、前述のように、噴霧によって堆積されてもよい。次に、図１０に示すように、セラミック層１４に表面積拡大処理を施して細孔１５を形成してもよい。例えば、セラミック層１４は、細孔形成剤を含む。最後に、触媒活性材料１６は、例えば、含浸によって堆積される。触媒活性材料１６は、セラミック層１４の表面及びその細孔１５の内部に堆積されてもよい。

【0043】

粒子は、その後に配置されるセラミック層１４の接着に役立つ表面粗さを加えるために、第一の材料１２中に提供される。言い換えれば、第一の材料１２に粗い粒子を提供することにより、セラミック材料１４の基板１１への接着を改善させるための表面積拡大を実現することができる。加熱されると、第一の材料１２が基板１１に融着し、含有粒子１３が露出する。粒子１３を露出させることによって、セラミック層１４を基板１１に固定することができる。これは、粒子１３によって提供される表面積の拡大と粗さに起因するものである。

【0044】

図１２及び図１３を参照すると、触媒活性生成物１０は、本発明の一実施形態によるシートの形態で概略的に示されており、図１４は、そのような触媒活性シート１０のスタックを示している。図１４は、４つの同一の触媒活性シート１０を示しているが、スタックは、任意の好適な数の触媒活性シート１０を含んでもよく、同一である必要はない。例えば、触媒活性シート１０は、少なくとも基板１１及び触媒活性材料１６を備えて配置され、任意選択でセラミック層１４、第一の材料１２及び第二の材料１３のうちの１つ以上を備える。例えば、触媒活性シート１０は、図１を参照して上述したように配置される。

【0045】

触媒活性シート１０は、軸Ａと、貫通中央開口部１７と、前記中央開口部１７の周りに少なくとも部分的に配置され、少なくとも部分的に軸方向に延在する中央フランジ１８と、径方向延在部分１９とを有するように配置される。図示の実施形態では、中央開口部１７は、円形である。あるいは、中央開口部１７は、楕円形若しくは長方形であるか、又は別の適切な形状で形成される。図示の実施形態では、フランジ１８は連続的であり、中央開口部１７の全周を囲む。あるいは、フランジ１８は、中央開口部１７の周囲に分布する２つ以上のタブとして中断又は配置される。

【0046】

特に図１３及び図１４を参照すると、フランジ１８は、軸方向に延びており、径方向延在部分１９は、フランジ１８の基部から径方向に延びている。例えば、フランジ１８の基部は、径方向延在部分１９に接続され、自由端で終端する。例えば、フランジ１８の基部及び／又は自由端は、例えば、円形断面を有する環状であるが、フランジ１８又は少なくともその基部は、中央開口部１７の他の形状に対応する形状を有してもよい。フランジ１８の少なくとも一部分は、図１４に示すように、隣接する触媒活性シート１０のフランジ１８に挿入することができる。例えば、フランジ１８は、その自由端に向かって先細になっており、フランジ１８の自由端は、隣接する触媒活性シートのフランジ１８の基部に挿入することができる。したがって、フランジ１８の基部の直径又は断面積は、その自由端におけるものよりも大きい。例えば、フランジ１８は、円錐形、より具体的には円錐台形である。

【0047】

図示の実施形態では、径方向延在部分１９は、フランジ１８の基部から径方向に延在している。例えば、径方向延在部分１９は、中央開口部１７を有するシート又はシート部分である。例えば、径方向延在部分１９は、触媒活性シート１０の中央開口部１７から周縁部まで延在し、自由端であり、径方向延在部分１９の外周も自由外周を形成し、触媒活性シート１０がない。図示の実施形態では、径方向延在部分１９は平坦であり、径方向にのみ延在し、その長さ全体にわたって軸Ａから垂直である。あるいは、径方向延在部分１９は、径方向に部分的に延在し、軸Ａに対して傾斜しており、径方向延在部分１９は、中央開口部１７に向かって先細になっている。あるいは、径方向延在部分１９は、くぼみ、波形、又は同様のもの等、様々な構造で形成され、任意選択で、隣接する触媒活性シート１０の同様の形状に随意に適合する。したがって、触媒活性シート１０は、積層可能である。例えば、触媒活性シート１０は、図１４に示すように、フランジ１８が積層時に互いに接触し、径方向延在部分１９が互いに隙間を空けて配置されるように形成される。例えば、触媒活性シート１０を積層し、その後、一緒に圧着する。図１２～１４の実施形態では、触媒活性シート１０は、ワイヤメッシュ、ネット又はグリッド構造、穿孔シート又はエキスパンドメタルシート等のメッシュ構造で配置される。例えば、メッシュ開口部は、２ｍｍ以下、例えば、０．１～２ｍｍである。

【0048】

図示の実施形態では、スタック内の全ての触媒活性シート１０は、フランジ１８と共に配置される。あるいは、触媒活性シート１０の少なくともいくつかは、軸方向延在フランジ１８を備え、１つの触媒活性シートのフランジ１８は、隣接する触媒活性シート１０の中央開口部１７内に延在する。例えば、シートのスタック内の全ての他の触媒活性シート１０は、フランジ１８を備える。例えば、フランジ１８は、協働してスタックを通る中央管を形成する。

【0049】

図１５及び図１６を参照すると、本発明の別の実施形態による触媒活性シート１０が概略的に示されており、図１７は、そのような触媒活性シート１０のスタックを示している。図１５～図１７による触媒活性シート１０は、メッシュ構造で形成されるのではなく、シートメタル又は他の適切なシート材料等の連続シートから形成される点で、図１２～１４の触媒活性シートとは異なる。触媒活性シート１０は、軸Ａ、貫通中央開口部１７、中央フランジ１８、及び径方向延在部分１９と共に配置される。図１５～図１７の実施形態では、軸方向延在フランジ１８は、図１７に見られるような導管を形成する。したがって、各フランジ１８には、少なくとも２つ、又は少なくとも４つ又は６つの孔２０等の貫通孔２０が設けられており、貫通孔は、フランジ１８の周囲に分布し、フランジ１８によって形成された導管と、径方向延在部分１９の間の間隙によって形成された空間とに接続されている。さらに、径方向延在部分１９は、中央開口部１７の周囲に分布する少なくとも２つ又は少なくとも４つ又は６つの貫通アパーチャ２１等の貫通アパーチャ２１と共に配置される。図１６では、２つのアパーチャ２１が破線で示されている。例えば、貫通アパーチャ２１は、中央開口部１７と径方向延在部分１９の周囲との間に配置される。例えば、隣接する触媒活性シート１０のアパーチャ２１は、位置合わせされている。図示の実施形態では、アパーチャ２１は、孔２０と同様に中央開口部１７の周囲に分布しており、アパーチャ２１及び孔２０は、軸Ａに対して同じ径方向角度で配置されている。例えば、孔２０の中心軸の延長部は、アパーチャ２１の中心軸の対応する延長部と交差する。アパーチャ２１は、軸方向の流れを提供するために配置され、孔２０は、実質的に径方向の流れを提供するために配置される。例えば、孔２０は、径方向の流れがアパーチャ２１を通る軸方向の流れと交差するように配置される。図示の実施形態では、アパーチャ２１は、径方向平面内に延在する。任意選択で、アパーチャ２１は、孔２０よりも大きい。図面において、アパーチャ２１及び孔２０は、円形であるが、楕円形、長方形又は他の適切な形状等の他の形状を有してもよい。孔２０は、触媒活性シート１０の積層時に、塞がれないように配置されている。一実施形態によれば、孔２０は、フランジ１８の自由端よりもフランジの基部の近くに配置される。

【0050】

図１８及び図１９を参照すると、第一の実施形態による触媒反応器２２が概略的に示されている。触媒反応器２２は、触媒活性シート１０のスタックを備える。触媒活性シート１０は、中央開口部１７を備え、スタック内の触媒活性シートの少なくともいくつかは、前記中央開口部１７の周囲に少なくとも部分的に配置された軸方向延在フランジを備え、１つの触媒活性シート１０のフランジ１８は、隣接する触媒活性シート１０の中央開口部１７内に延在する。図１８及び図１９では、触媒活性シート１０は、メッシュ構造で示されている。例えば、触媒活性シート１０は、図１２～図１４を参照して説明したように配置される。あるいは、触媒活性シート１０は、径方向延在部分１９にアパーチャ２１を有するプレート材料で形成され、触媒活性シート１０の少なくともいくつかは、図１５～１７を参照して説明したように、孔２０を有するフランジ１８と共に形成される。

【0051】

図示の実施形態では、触媒反応器２２は、任意選択の反応容器２３を備え、触媒活性シート１０のスタックは、反応容器２３の内側に配置される。反応容器２３には、第一の反応物質のための入口２４が配置されている。例えば、第一の反応物質は、ガス燃料等の燃料である。一実施形態によれば、第一の反応物質は、燃料の混合物である。第一の反応物質のための入口２４は、触媒活性シート１０の中央開口部１７に第一の反応物質を導くために配置される。例えば、第一の反応物質のための入口２４は、中央開口部１７と位置合わせされる。図示の実施形態では、第一の反応物質の入口２４は、反応容器２３の第一の端部に、例えば第一の端部の中央に配置される。反応容器２３には、第二の反応物質のための１つ以上の入口２５が配置されている。例えば、第二の反応物質は、空気又は酸素である。例えば、反応容器２３は、第一の反応物質のための入口２４の径方向外側に配置された、第二の反応物質のための少なくとも２つ、又は少なくとも４つ、又は６つ以上の入口２５を備える。図１８及び図１９の実施形態では、第二の反応物質のための入口２５は、反応容器２３の第一の端部、すなわち、第一の反応物質のための入口２４と同じ端部に配置される。第二の反応物質のための入口２５は、第一の反応物質のための入口２４の周りに分布している。例えば、適用可能な場合、第二の反応物質のための入口２５は、触媒活性シート１０の径方向延在部分１９のアパーチャ２１と位置合わせされてもよい。反応容器２３には、生成物のための１つ以上の出口２６も配置される。例えば、生成物は、例えば、二酸化炭素を含む燃焼ガスである。図示の実施形態では、出口２６は、触媒活性シート１０のスタックの径方向外側に配置されているが、任意の適切な場所に配置されてもよい。反応容器２３の第二の端部が塞がれるか、又は少なくとも触媒活性シート１０のスタックの第一の反応物質の入口２４の反対側の端部が塞がれる。

【0052】

図１９を参照すると、第一及び第二の反応物質並びに生成物の流れが概略的に示されている。第一の反応物質は、矢印Ｒ１によって示される軸流で触媒活性シート１０の中央開口部１７の中に導かれる。第一の反応物質は、触媒活性シート１０のスタックの一端において、軸方向に中央開口部１７の中に導かれる。例えば、第一の反応物質Ｒ１は、第一の反応物質のための入口２４を通って反応容器２３の中に導かれる。あるいは、第一の反応物質は、スタックの一端で中央開口部１７の中に直接導かれる。第一の反応物質Ｒ１は、フランジ１８によって中央開口部１７を通って触媒活性シート１０のスタックの反対側の塞がれた端部に案内され、第一の反応物質は、フランジ１８のメッシュ又はその孔２０等を通って径方向外向きに押しやられ、触媒活性シート１０の径方向延在部分１９の間の間隙等で径方向に押しやられる。第一の反応物質の流れの一部は、フランジ１８によってさらに軸方向に案内され、流れの一部は径方向外向きに押しやられる。例えば、反応容器２３の内部で所定の圧力が達成されると、第一の反応物質は、径方向外向きに押し出される。フランジ１８を通り更に外側に向かう第一の反応物質の径方向の流れは、矢印によって示されている。同時に、第二の反応物質は、径方向延在部分１９を通って、例えば、メッシュ材料で形成される径方向延在部分１９によって、又はそのアパーチャ２１を通って軸方向に導かれ、その第二の反応物質の軸方向の流れは、矢印Ｒ２によって示されている。例えば、第二の反応物質Ｒ２は、第二の反応物質のための入口２５を通って反応容器２３の中に導かれる。第一の反応物質は、径方向に押し進められ、次いで、第二の反応物質Ｒ２の軸流と衝突し、第一及び第二の反応物質が反応して生成物を形成する。次いで、生成物は、反応容器２３から出口２６を通って導かれる。したがって、第一の反応物質の濃度は、径方向のさらに外側よりも中央開口部１７及びフランジ１８に近いほど高く、第一の反応物質の濃度は、径方向に減少している。同時に、第二の反応物質の濃度は、触媒活性シート１０のスタックにおいて径方向にさらに高く、例えば、触媒活性シート１０のスタックに供給される径方向レベルである。例えば、第二の反応物質の濃度は、フランジ１８と第二の反応物質が導入される径方向レベルとの間で径方向に増加している。生成物の濃度は、当然ながら、径方向外向きに増加する。

【0053】

図２０及び図２１を参照すると、触媒反応器２２の第二の実施形態が概略的に示されており、第二の反応物質のための入口２５は、反応容器２３の第二の端部において、第一の端部の反対側及び第一の反応物質のための入口２４の反対側に配置されている。入口２５は、中央開口部１７の径方向外側に配置される。したがって、第二の反応物質は、第一の反応物質とは反対の軸方向に触媒活性シート１０のスタックの中に導かれ、これは、第一の反応物質については矢印Ｒ１によって、第二の反応物質については矢印Ｒ２によって示されている。スタックの反対側の端部の中央開口部１７は、第一の反応物質が導入されるにつれて、塞がれて、第一の反応物質を径方向に押し進め、第二の反応物質Ｒ２の流れと接触させ、上述のように生成物を形成する。あるいは、反応容器の第二の端部は、第二の反応物質のための入口２５から離れて塞がれて、第一の反応物質を径方向に押し進める。

【0054】

第二の反応物質のための入口２５は、触媒活性シート１０のスタックの軸Ａの周りに分散された複数の入口として、上述されている。あるいは、第二の反応物質は、中央開口部１７の径方向外側に延在する環状オリフィス又は環状入口を通って、スタックの一端の径方向延在部分１９に導かれる。

【0055】

図２２を参照すると、本発明の別の実施形態による触媒活性生成物１０の一部が概略的に示されている。図２２の触媒活性生成物１０は、図１を参照して上述したものと同様の用途を有する。さらに、図２２の触媒活性生成物１０は、図１を参照して上述したように、基板１１と、セラミック材料１４と、細孔１５と、触媒活性材料１６とを含む。しかしながら、セラミック層１４を基板１１に取り付けるための第一の材料の層１２及び第二の材料の粒子１３の代わりに、図２２の実施形態は、セラミック層１４を基板１１に固定するための付着層を形成するために、図２３～図２７を参照して説明した方法によって形成された第一の金属２７の層を含む。

【0056】

図２３を参照すると、基板１１が提供される。例えば、基板１１は、金属又は合金であるか、あるいは金属又は合金を含む。一実施形態によれば、基板１１は、ステンレス鋼等の鋼で作られている。あるいは、基板１１は、アルミニウム又は銅からなる。例えば、基板１１は、上述のように、メッシュ又はプレート材料として、例えば、シートの形態で形成される。

【0057】

基板１１には、図２４に示されるテルミット又はサーメート組成物２８が提供される。サーメート組成物は、硝酸塩、グラファイト、又は他の材料、あるいは発火を容易にする又は組成物２８に他の所望の特性をもたらすそれらの混合物等の材料が添加されたテルミット組成物である。したがって、テルミット組成物という表現は、サーメート組成物を含む。テルミット組成物２８は、少なくとも第一の金属の酸化物及び第二の金属の粉末を含む。例えば、第二の金属の粉末は、元素金属である。例えば、テルミット組成物２８は、基板１１上に直接堆積される。一実施形態によれば、テルミット組成物２８は、ペースト又はスラリー等の懸濁液として提供される。例えば、テルミット組成物２８は、例えば室温で噴霧することによって基板１１の表面に堆積される。あるいは、テルミット組成物２８は、塗装、浸漬等の別のコーティングプロセスによって基板１１上に塗布される。テルミット組成物２８中の第一の金属２７の酸化物は、酸化鉄、酸化マンガン、酸化クロム又は酸化銅等の遷移金属酸化物である。テルミット組成物２８中の第二の金属は、第一の金属２７よりも酸化しやすいアルカリ土類金属又は遷移金属である。例えば、組成物２８中の第二の金属は、アルミニウムである。概略図では、基板１１の片面のみに、テルミット組成物２８が提供されている。しかしながら、プレート材料の対向する側面又はメッシュの全ての表面又は任意の所望の表面に、テルミット組成物２８が提供され得ることが理解される。

【0058】

基板１１上へのテルミット組成物２８の堆積後に、テルミット組成物２８を有する基板１１は、第一の金属の酸化物が発熱反応で第一の金属２７に還元され、第二の金属が第二の金属２９の酸化物に酸化される温度まで加熱され、これは、図２５に概略的に示されている。この反応中に、熱が発生し、その結果、第一の金属２７は、第一の金属及び／又は基板１１の表面を溶接又は部分的に溶融すること等によって基板１１に接着される。

【0059】

冷却後に、第一の金属２７及び第二の金属２９の酸化物を有する基板１１を洗浄して、第二の金属２９の酸化物と、該当する場合は、他の残留物を除去し、粗面を有する第一の金属２７の多孔質層が達成され、これは、図２６に概略的に示されている。例えば、洗浄プロセスは、水又は他の適切な液体で洗浄することによって行われる。

【0060】

次いで、第一の金属２７の層を有する基板１１には、図２７に示され、上記でより詳細に説明したように、細孔１５を有するセラミック層１４が設けられる。したがって、セラミック層１４は、噴霧、それに続く乾燥及び焼成等によって、第一の金属２７の多孔質層の粗面上に堆積され、セラミック層１４は、第一の金属２７の層を介して基板１１に確実に信頼性高く接着される。任意選択で、セラミック層１４は、セラミック材料１４により多くの細孔１５を形成するために提供される細孔形成剤を含有してもよい。次いで、セラミック層１４は、例えば、含浸、浸漬又は噴霧によって、触媒活性材料１６が提供される。触媒活性材料１６は、従来の含浸プロセスによってセラミック層１４の表面及びその細孔１５内に堆積させることができる。触媒活性材料１６の堆積後、加熱プロセスが実施されて、最終的な触媒活性生成物１０が形成される。

【図1】

【図2-6】

【図7-11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23-27】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

触媒活性生成物（１０）の製造方法であって、
ａ）基板（１１）を提供するステップと、
ｂ）前記基板上にテルミット又はサーメート組成物（２８）を堆積させるステップであって、前記組成物（２８）は、少なくとも第一の金属の酸化物及び第二の金属の粉末を含む、ステップと、
ｃ）前記組成物（２８）を有する前記基板（１１）を、前記第一の金属の前記酸化物が発熱反応において前記第一の金属（２７）に還元される温度まで加熱することで、前記第二の金属は、前記第二の金属（２９）の酸化物に酸化され、それによって、前記反応からの熱によって前記第一の金属を前記基板（１１）に接着させるステップと、
ｄ）前記第二の金属（２９）の前記酸化物を除去し、それによって、前記基板（１１）上に前記第一の金属（２７）の層を形成するステップであって、前記層は粗面を有する、ステップと、
ｅ）前記第一の金属（２７）の前記粗面上にセラミック材料を堆積させて、その上にセラミック層（１４）を形成するステップと、
ｆ）触媒活性材料（１６）を前記セラミック層（１４）に添加するステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

ステップｂ）において、懸濁液の形態で前記テルミット又はサーメート組成物（２８）を提供し、それを前記基板（１１）上に噴霧するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記テルミット又はサーメート組成物（２８）は、室温で前記基板上に噴霧される、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

ステップｄ）において、洗浄によって、前記第二の金属（２９）の前記酸化物及び任意選択で他の材料を除去するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

ステップｅ）において、前記セラミック材料を懸濁液として提供し、前記セラミック材料を前記第一の金属（２７）の前記層の上に噴霧して、前記セラミック層（１４）を形成するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記セラミック材料は、室温で噴霧される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

ステップｆ）において、含浸、浸漬又は噴霧によって前記触媒活性材料（１６）を前記セラミック層（１４）に添加するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記基板（１１）は、金属又は合金からなる、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記組成物（２８）中の前記第一の金属の前記酸化物は、遷移金属酸化物であり、前記組成物（２８）中の前記第二の金属は、前記第一の金属（２７）よりも酸化しやすいアルカリ土類金属又は遷移金属である、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記組成物（２８）中の前記第二の金属は、アルミニウムである、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記セラミック材料（１４）は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２又はこれらの混合物である、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記触媒活性材料は、貴金属、遷移金属、これらの酸化物又はこれらの混合物を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

請求項１～３のいずれか一項に記載の方法によって製造される触媒活性生成物であって、前記触媒活性生成物が基板（１１）、前記基板（１１）に接着された金属（２７）の層、金属（２７）の前記層に接着されたセラミック層（１４）を備え、前記セラミック層（１４）には、触媒活性材料（１６）を備えた細孔（１５）が形成される、触媒活性生成物。

【請求項14】

前記基板（１１）は、金属を含み、金属（２７）の前記層は、遷移金属によって形成される、請求項１３に記載の触媒活性生成物。

【請求項15】

前記触媒活性材料（１６）は、貴金属、遷移金属、あるいはこれらの混合物又は酸化物を含む、請求項１３に記載の触媒活性生成物。

【請求項16】

前記セラミック材料（１４）は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２又はこれらの混合物である、請求項１３に記載の触媒活性生成物。

【請求項17】

中心軸（Ａ）及び触媒活性シート（１０）のスタックを備える触媒反応器（２２）であって、前記触媒活性シート（１０）が軸方向に積層され、前記触媒活性シート（１０）のそれぞれは、請求項１３に記載の触媒活性生成物によって形成されることを特徴とする、触媒反応器（２２）。

【請求項18】

前記触媒活性シート（１０）のそれぞれは、中央開口部（１７）を備え、前記触媒活性シート（１０）の少なくともいくつかは、前記中央開口部（１７）の周囲に少なくとも部分的に配置された軸方向延在フランジ（１８）を備え、１つの触媒活性シート（１０）の前記フランジ（１８）は、隣接する触媒活性シート（１０）の前記中央開口部（１７）内に延在する、請求項１７に記載の触媒反応器。

【請求項19】

前記触媒活性シート（１０）のそれぞれは、前記中央開口部（１７）から径方向に延在する径方向延在部分（１９）を含む、請求項１８に記載の触媒反応器。

【請求項20】

１つの触媒活性シート（１０）の前記径方向延在部分（１９）は、隣接する触媒活性シート（１０）の前記径方向延在部分（１９）と間隙を有して配置される、請求項１９に記載の触媒反応器。

【請求項21】

前記フランジ（１８）には、貫通孔（２０）が設けられる、請求項１８に記載の触媒反応器。

【請求項22】

前記径方向延在部分（１９）には、前記中央開口部（１７）の周囲に分布する貫通アパーチャ（２１）が設けられる、請求項１８に記載の触媒反応器。

【国際調査報告】