Die vorliegende Erfindung betrifft eine hohle Filterkerze, welche durch Imprägnierung der Innenseite mit einer Katalysatorlösung einen Konzentrationsgradienten an Katalysatormetallen von innen nach außen über seine Wandstärke hinweg aufweist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Filterkerze sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Filterkerze zur Abgasreinigung, insbesondere zur Reinigung von industriellen Abgasen, bevorzugt zur Reinigung von Abgasen aus Müllverbrennungsanlagen.

Stand der Technik

Abgase industrieller Prozesse, welche beispielsweise in der Müllverbrennung, der Zement-, Glas- und chemischen Industrie entstehen, enthalten oftmals giftige und schädliche Substanzen, wie Dioxine, Furane, Stickoxide, Schwefel- und chlorhaltige Verbindungen, Feinstaub und Ruß. Um derartige Abgase sicher in die Umwelt abgeben zu können, müssen diese zuvor gefiltert werden, um die giftigen und schädlichen Substanzen zu entfernen.

Traditionell werden gasförmige Schadstoffe durch die sogenannte "Gaswäsche" entfernt, bei welcher ein teilchenförmiges Material in das Abgas eingespritzt wird. Dieses teilchenförmige Material reagiert chemisch und/oder physikalisch mit den gasförmigen Stoffen im Abgas unter Bildung von teilchenförmigen Reaktionsprodukten. Das auf diese Weise behandelte Abgas wird anschließend mittels eines Filters, beispielsweise textilen Schlauchfiltern, Metallfiltern oder Filtern aus anorganischen Fasern, wie Filterkerzen, filtriert. Bei textilen Schlauchfiltern ist das Filterelement in der Regel ein zylindrischer Schlauch, der ein Stützgewebe mit darauf aufgebrachten Fasern als Filtermaterial umfasst. Schlauchfilter werden zur Filtration bei niedrigen und mittleren Temperaturen bis etwa 250 °C eingesetzt. Im Gegensatz dazu können Filterkerzen mit einem Filterkörper aus anorganischen Fasern (wie etwa Keramikfasern, glasigen Fasern, Hochtemperaturwollen, Kohlenstofffasern) zur Filtration von Gasen bis zu 1.000 °C eingesetzt werden.

Die teilchenförmigen Reaktionsprodukte sowie weitere in dem Abgas enthaltene feste Stoffe werden als Staubkuchen auf der Oberfläche des Filters zurückgehalten. Dieser Staubkuchen kann durch Zuführung von sauberer Druckluft an der Filterrückseite entfernt werden.

Um die Filtereffizienz zu erhöhen ist es im Stand der Technik bekannt, die Größe der Filter und damit die Durchsatzleistung zu erhöhen. Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf die Stabilitätseigenschaften aus, da das Gewicht des Filters und damit die Zugspannungen, welche während des Betriebs aufgrund des Eigengewichts auf dem Filter lasten, ebenfalls zunehmen. Des Weiteren ist es im Stand der Technik bekannt, die Filtereffizienz durch Imprägnierung der Filter mit Metallsalzlösungen zu erhöhen. Die Imprägnierung erfolgt zumeist nach der Herstellung des Filters durch Aufbringung der Metallsalzlösung auf die Oberfläche oder durch Eintauchen des Filters in die Metallsalzlösung und anschließender Trocknung des imprägnierten Filters. Nach einer anschließenden thermischen Aktivierung werden katalytisch aktive Metallverbindungen erhalten. Dies ermöglicht zusätzlich zur Entstaubung auch die Zersetzung von giftigen Gasen, wie beispielsweise Stickoxiden.

Ein derartiges Filtereiement aus anorganischen Fasern und einem Reaktant wird beispielsweise in EP 1 497 011 B1 beschrieben, wobei der Reaktant mit einer gleichmäßigen Verteilung über das gesamte Filterelement in Position fixiert ist und einen Katalysator umfasst.

Jedoch werden die im Abgas enthaltenden festen Stoffe überwiegend an der Oberfläche des Filters abgeschieden, so dass die dort aufgebrachten katalytisch aktiven Metalle sehr schnell durch diese festen Stoffe blockiert werden und damit nicht mehr für die Zersetzung von giftigen Gasen, wie beispielsweise Stickoxiden, zur Verfügung stehen. Weiterhin sind die verwendeten bekannten Katalysatoren wie beispielsweise Vanadiumpentoxid wenig umweltverträglich, so dass es wünschenswert ist, die Menge dieser Katalysatoren bei der Herstellung der Filter zu reduzieren, ohne jedoch die Filterleistung negativ zu beeinträchtigen.

Es besteht daher ein Bedarf an Filtern, insbesondere Filterkerzen zur Abgasreinigung bevorzugt zur Abgasreinigung in Müllverbrennungsanlagen, bei deren Herstellung der Einsatz an Metallsalzlösungen verringert werden kann, ohne jedoch die mit diesen Filtern erzielte Filterleistung sowie die mechanischen Eigenschaften signifikant zu beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand demnach in der Bereitstellung einer Filterkerze zur Abgasreinigung, bei deren Herstellung eine verringerte Menge an katalytisch aktiven Metallsalzen eingesetzt werden kann, ohne jedoch die Filter- und Abgasreinigungsleistung sowie die mechanische Stabilität dieser Filterkerze signifikant zu beeinträchtigen.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Filterkerze zur Abgasreinigung, wobei die Filterkerze erhältlich ist durch: a) Bereitstellen eines hohlen Filterkerzenkörpers b) Imprägnieren der Innenseite des in Schritt a) bereitgestellten Filterkerzenkörpers mit einer Katalysatorlösung enthaltend mindestens ein Lösungsmittel, bevorzugt Wasser, sowie mindestens eine in dem mindestens einen Lösungsmittel gelöste und/oder dispergierte Metallverbindung, c) Trocknen des in Schritt b) erhaltenen imprägnierten Filterkerzenkörpers und d) thermisches Aktivieren des in Schritt c) erhaltenen Filterkerzenkörpers.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Filterkerze zur Reinigung von Abgasen, insbesondere zur Reinigung von industriellen Abgasen, bevorzugt zur Reinigung von Abgasen aus Müllverbrennungsanlagen, umfassend einen hohlen Filterkerzenkörper sowie mindestens eine katalytisch aktive Metallverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Filterkerzenkörpers einen Konzentrationsgradienten der katalytisch aktiven Metallverbindung aufweist.

Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Filterkerze, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst: a) Bereitstellen eines hohlen Filterkerzenkörpers, b) Imprägnieren der Innenseite des in Schritt a) bereitgestellten Filterkerzenkörpers mit einer Katalysatorlösung enthaltend mindestens ein Lösungsmittel, bevorzugt Wasser, sowie mindestens eine in dem mindestens einen Lösungsmittel gelöste und/oder dispergierte Metallverbindung, c) Trocknen des in Schritt b) erhaltenen imprägnierten Filterkerzenkörpers und d) thermisches Aktivieren des in Schritt c) erhaltenen Filterkerzenkörpers.

Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Filterkerze oder der aus den erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Filterkerze zur Abgasreinigung, insbesondere zur Reinigung von industriellen Abgasen, bevorzugt zur Reinigung von Abgasen aus Müllverbrennungsanlagen.

Schließlich wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Filterkerze, wobei die Vorrichtung einen Vorlagebehälter für die Katalysatorlösung umfasst, welche optional mit einer Rühreinrichtung versehen ist, wobei von dem Vorlagebehälter eine Leitung abgeht, über welche die Katalysatorlösung mittels einer Fördereinrichtung in eine in Längsrichtung verschiebbar gehaltene Sprühlanze zur innenseitigen Imprägnierung des Filterkerzenkörpers gefördert werden kann, wobei die Vorrichtung ferner eine Halterung für den Filterkerzenkörper umfasst, die optional mit einer Antriebseinheit ausgestattet ist, um den Filterkerzenkörper um seine Längsachse in Rotation zu versetzen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Filterkerzen im Betrieb üblicherweise von außen nach innen mit den zu reinigenden Abgasen durchströmt werden. Hierbei wird zunächst auf der äußeren Oberfläche der Staub zurückgehalten, so dass die insofern im Wesentlichem vom Staub befreiten Abgase beim Durchströmen der porösen Filterkerzenwand durch die vorhandenen Metallkatalysatoren gereinigt werden. Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben wurde jedoch festgestellt, dass diese Metallkatalysatoren durch den Staub blockiert werden und somit die an der Außenfläche der Filterkerze befindlichen Metallkatalysatoren nicht mehr in vollem Maße zur Reinigung der Abgase beitragen. Daraus wurde erkannt, dass es für eine hohe Filterleistung ausreichend ist, wenn die Konzentration der Metallkatalysatoren gradientenförmig von außen nach innen ansteigt. Auf diese Weise kann dann auch die Menge an wässriger Metallsalzlösung während der Herstellung der Filterkerzen verringert werden, ohne die Filterleistung signifikant zu beeinträchtigen. Durch den verringerten Einsatz der Metallsalzlösung beziehungsweise Metallsalzsuspension kann zum einen eine verbesserte Umweltbilanz erreicht werden, da die eingesetzten Metallverbindungen - wie eingangs erwähnt - teilweise toxisch sind. Zum anderen lassen sich die erfindungsgemäßen Filterkerzen kostengünstiger hersteilen als Filterkerzen, bei denen die Aufbringung der Metallverbindungen durch Eintauchen der gesamten Filterkerze in eine wässrige Metallsalzlösung oder Metallsalzsuspension erfolgt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Der hohle Filterkerzenkörper besteht vorzugsweise aus anorganischen Fasern. Die anorganischen Fasern können aus der Gruppe der Keramikfasern, Glasfasern, kristallinen Mineralfasern, amorphen Mineralfasern, Mineralholz, Hochtemperaturwolle,

Kohlenstofffasern sowie deren Mischungen ausgewählt sein. Vorzugsweise kommen Keramikfasern, insbesondere Aluminiumsilikatfasern zum Einsatz.

Die erfindungsgemäßen Filterkerzen weisen vorzugsweise eine Porosität von 70 bis 95 %, weiter bevorzugt von 75 bis 90 %, insbesondere von 80 bis 90 % auf. Die Bestimmung der Porosität erfolgt beispielsweise mittels Bestimmung der Wasseraufnahme nach DIN EN 993- 1:2019 DE.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Filterkerzenkörper an einem Ende ein Kragenelement auf und ist an dem gegenüberliegenden Ende verschlossen. Das verschlossene Ende kann beispielsweise kuppelförmig oder flach verschlossen sein, wobei kuppelförmig bevorzugt ist.

Der Filterkerzenkörper der Filterkerze kann über alle bekannten Methoden hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Filterkerzenkörper der Filterkerze erhältlich durch: i) Herstellung einer Suspension, welche anorganische Fasern sowie mindestens ein Bindemittelsystem enthält, ii) Ansaugen der in Schritt i) hergestellten Suspension auf einen kerzenförmigen Saugkern zur Formung des Filterkerzenkörpers, und iii) Trocknung des in Schritt ii) geformten Filterkerzenkörpers.

Das Bindemittelsystem kann dabei Stärke, Stärkederivate oder Cellulosederivate wie Celluloseether sowie mindestens eine kolloidale Dispersion, bevorzugt ein Kieselsol, enthalten. Für die Formung des Filterkörpers können alle üblichen Formgebungsprozesse wie Spritzguss- und Vakuumformen verwendet werden, wobei Vakuumformen, insbesondere zur Erzielung einer höheren Porosität, bevorzugt ist. Der hohle Filterkerzenkörper wird vorzugsweise ausschließlich an der Innenseite mit einer Katalysatorlösung imprägniert. Die Imprägnierung kann beispielsweise mittels Einsprühen, Pinseln, Bestreichen oder dergleichen der Innenseite des Filterkerzenkörpers mit gelösten oder dispergierten Metallverbindung erfolgen. Zusätzlich können geringe Mengen an Katalysatorlösung von außen auf den Filterkerzenkörper aufgetragen werden, solange sichergestellt ist, dass die Konzentration an Katalysator auf der Innenseite der Filterkerze höher ist als auf der Außenseite. Die ausschließliche Imprägnierung von innen ist jedoch bevorzugt.

Die eingesetzte Katalysatorlösung enthält mindestens ein Lösungsmittel und mindestens eine in dem mindestens einen Lösungsmittel gelöste oder dispergierte Metallverbindung. Als Lösungsmittel kommen alle Lösungsmittel in Frage, die in der Lage sind die geeigneten Metallverbindungen zu lösen oder zu dispergieren. Vorzugsweise werden bei der vorliegenden Erfindung protische Lösungsmittel wie Wasser, Alkohole sowie Mischungen davon eingesetzt. Besonders bevorzugte Lösungsmittel sind Wasser, Methanol, Ethanol oder Mischungen davon. Ferner können in der Katalysatorlösung weitere gängige Hilfsstoffe, wie Dispergiermittel und/oder Emulgatoren, enthalten sein.

Das Metall der eingesetzten Metallverbindung ist beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Platin, Palladium, Ruthenium, Aluminium, Wolfram, Titan, Vanadium sowie deren Mischungen, insbesondere umfassend oder bestehend aus Titan und Vanadium sowie optional Wolfram. Die Katalysatorlösung kann einen Gesamtgehalt an Metallverbindung(en) von 1 bis 10 Gew.-% aufweisen, vorzugsweise von 3 bis 8 Gew.-%, bevorzugt von 4 bis 7 Gew.-%, insbesondere von 4,5 bis 6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Katalysatorlösung.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Metall der Metallverbindung ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Titan und Vanadium, wobei das Massenverhältnis von Titan- zu Vanadiumverbindung(en) 100:1 bis 10:1 beträgt, bevorzugt von 75:1 bis 15:1, weiter bevorzugt von 60:1 bis 20:1 , insbesondere von 30:1. Hierdurch lässt sich eine besonders effiziente Stickoxidreduzierung im Abgas bei vergleichsweise günstigen katalytisch aktiven Metallen erzielen. Durch die erfindungsgemäße Imprägnierung der Innenseite des hohlen Filterkerzenkörpers wird ein Konzentrationsgradient an katalytisch aktiver Metallverbindung in der Wand des Filterkerzenkörpers erzeugt. Die Konzentration an katalytisch aktiver Metallverbindung nimmt dabei von innen nach außen ab. Der Konzentrationsgradient kann beispielsweise von der Konzentration der katalytisch aktiven Substanz in der Sprühlösung/Sprühsuspension, dem eingesetzten Lösungsmittel beziehungsweise Lösungsmittelgemisch, der Sprühdauer und Sprühmenge, der Beschichtungsgeschwindigkeit sowie von der Wandstärke, der Porosität und dem verwendeten Material der Filterkerze abhängen und durch Einstellung dieser Parameter gesteuert werden. Zur Bestimmung der Konzentration der Metallverbindung(en) in der Wand des Filterkerzenkörpers wird beispielsweise eine Rondelle als Probe aus dem Filterkerzenkörper mittels eines Lochbohrers entnommen. Die Konzentration in verschieden Bereichen der Rondelle über die Wanddicke kann mit allen gängigen Messmethoden erfolgen, wobei ortsauflösende spektroskopische Methoden, wie beispielsweise Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) oder Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), bevorzugt sind. Die Konzentration bezieht sich, falls nichts Abweichendes an andere Stelle angegeben wird, dabei auf den Massenanteil der katalytisch aktiven Metallverbindung(en) (kurz „Katalysator“) in Gew.-% an der entnommenen Probe und ist somit repräsentativ für die Konzentration dieser Verbindung(en) in diesem Bereich (beispielsweise der Wandinnenseite).

Was den Konzentrationsgradienten betrifft, so beträgt die Konzentration der katalytisch aktiven Metallverbindung(en) an der Wandaußenseite des hohlen Filterkerzenkörpers vorzugsweise 1 ,5 bis 90 %, weiter bevorzugt 5 bis 85 %, besonders bevorzugt 10 bis 80 %, weiter besonders bevorzugt 20 bis 80 %, ganz besonders bevorzugt 40 bis 80 %, weiter ganz besonders bevorzugt 50 bis 80 % der Konzentration der katalytisch aktiven Metallverbindung an der Wandinnenseite des hohlen Filterkerzenkörpers der Filterkerze.

In einer alternativen Ausführungsform beträgt die Konzentration der katalytisch aktiven Metallverbindung(en) an der Wandaußenseite des hohlen Filterkerzenkörpers vorzugsweise 1,5 bis 25 %, bevorzugt 2,5 bis 20 %, insbesondere 4 bis 15%, der Konzentration der katalytisch aktiven Metallverbindung an der Wandinnenseite des hohlen Filterkerzenkörpers der Filterkerze.

Die Wandstärke des Filterkerzenkörpers liegt in den hierfür üblichen Bereichen, vorzugsweise zwischen 5 bis 50 mm, besonders bevorzugt zwischen 10 bis 30 mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filterkerze beträgt die Konzentration an katalytisch aktiver Metallverbindung(en) innerhalb der Wandstärke des Filterkerzenkörpers nach dem Trocknen

• 10 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 20 Gew.-% an der Wandinnenseite des Filterkerzenkörpers;

• 8 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 18 Gew.-% in der Mitte der Wand des Filterkerzenkörpers;

• 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% an der Wandaußenseite des Filterkerzenkörpers; wobei die Konzentration an katalytisch aktiver Metallverbindung(en) über die Wandstärke des Filterkerzenkörpers gradientenförmig von außen nach innen ansteigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Imprägnierung in Schritt b) in dem Verfahren vorzugsweise mittels Sprühen, insbesondere mittels einer in Längsrichtung innerhalb des Filterkerzenkörpers verschiebbaren Sprühlanze.

Das Trocken in Schritt c) erfolgte beispielsweise bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen von 80 bis 120 °C, wobei zusätzlich noch ein Unterdrück angelegt werden kann.

Die thermische Aktivierung in Schritt d) kann auf die dem Fachmann an sich bekannte Weise erfolgen. So wird der Filterkerzenkörper beispielsweise für 2 bis 20 Stunden bei 300 bis 600 °C erhitzt und anschließend wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an der Lanzenspitze eine Düse vorgesehen. Bevorzugt sind Düsen aus Edelstahl, insbesondere Hohlkegel-Düsen. Als Fördereinrichtung für die Katalysatorlösung beziehungsweise - Suspension kommen bevorzugt Pumpen wie Kolbenpumpen, Rotationskolbenpumpen, Scrollverdichter und dergleichen zum Einsatz. Die Halterung ist vorzugsweise durch Walzen, beispielsweise gummibeschichtete Metallwalzen gebildet, auf den der Filterkerzenkörper platziert wird. Für die Rotation des Filterkerzenkörpers um seine Längsachse sind Drehmotoren in einer oder einem Teil der Walzen installiert. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Herstellung einer Filterkerze im Bereich oberhalb der Halterung eine Absaugeinheit und/oder unterhalb der Halterung ein Auffangbehälter für überschüssige Katalysatorlösung oder für Spülwasser zur Entsorgung auf. Diese sind typischerweise so dimensioniert, dass sie den Filterkerzenkörper an allen Seiten überragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Bereich oberhalb der Halterung eine Absaugungseinheit und/oder unterhalb der Halterung ein Auffangbehälter für überschüssige Katalysatorlösung positioniert.

Die Halterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise durch mehrere Rollen zur rotierbaren Lagerung des Filterkerzenkörper gebildet, wobei wenigstens eine der Rollen mit einer Antriebseinheit ausgestattet ist. Alternativ hierzu kann die Antriebseinheit auch direkt am Filterkerzenkörper angreifen und die Rollen dienen dann nur der Lagerung des Filterkerzenkörpers.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Halterung eine beispielsweise über eine Schiene bewegbare Anschlageinrichtung zur Fixierung des Filterkerzenkörpers aufweist. Diese Anschlageinrichtung sorgt dafür, dass der Filterkerzenkörpers auch bei dessen Rotation an einer definierten Position verbleibt. Die Bewegbarkeit der Anschlageinrichtung ermöglicht dabei die Fixierung unterschiedlich langer Filterkerzenkörper.

Die Erfindung betrifft insbesondere folgende Ausführungsformen:

Nach einer ersten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze 1 zur Abgasreinigung, wobei die Filterkerze 1 erhältlich ist durch: a) Bereitstellen eines hohlen Filterkerzenkörpers 2 b) Imprägnieren der Innenseite 3 des in Schritt a) bereitgestellten Filterkerzenkörpers 2 mit einer Katalysatorlösung enthaltend mindestens ein Lösungsmittel, bevorzugt Wasser, sowie mindestens eine in dem mindestens einen Lösungsmittel gelöste und/oder dispergierte Metallverbindung, c) Trocknen des in Schritt b) erhaltenen imprägnierten Filterkerzenkörpers 2 und d) thermisches Aktivieren des in Schritt c) erhaltenen Filterkerzenkörpers 2. Nach einer zweiten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkerzenkörper 2 anorganische Fasern enthält oder hieraus besteht.

In einer dritten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Fasern ausgewählt sind aus der Gruppe von Keramikfasern, Glasfasern, kristallinen Mineralfasern, amorphen Mineralfasern, Mineralholz, Hochtemperaturwolle, Kohlenstofffasern sowie deren Mischungen, bevorzugt Keramikfasern, insbesondere Aluminiumsilikatfasern.

In einer vierten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkerze eine Porosität von 70 bis 95%, vorzugsweise von 75 bis 90%, insbesondere von 80 bis 90% aufweist.

Nach einer fünften Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkerzenkörper 2 an einem Ende ein Kragenelement 4 aufweist und an dem gegenüberliegenden Ende verschlossen ist.

Nach einer sechsten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkerzenkörper 2 erhältlich ist durch: i) Herstellung einer vorzugsweise wässrigen Suspension, welche anorganische Fasern sowie mindestens ein Bindemittelsystem enthält, ii) Ansaugen der in Schritt i) hergestellten Suspension auf einen kerzenförmigen Saugkern zur Formung des Filterkerzenkörpers 2, und iii) Trocknung des in Schritt ii) geformten Filterkerzenkörpers 2.

In einer siebten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach Ausführungsform 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelsystem Stärke sowie mindestens eine kolloidale Dispersion, bevorzugt Kieselsol, enthält oder daraus besteht.

Nach einer achten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Metallverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Platin, Palladium, Ruthenium, Aluminium, Wolfram, Titan, Vanadium sowie deren Mischungen, insbesondere umfassend oder bestehend aus Titan und Vanadium sowie optional Wolfram.

In einer neunten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach Ausführungsform 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Metallverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Titan und Vanadium, wobei das Massenverhältnis von Titan- zu Vanadiumverbindung 100 : 1 bis 10:1 beträgt, bevorzugt von 75:1 bis 15:1, weiter bevorzugt von 60:1 bis 20:1 , insbesondere von 30:1.

Nach einer zehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorlösung einen Gesamtgehalt an Metallverbindung(en) von 1 bis 10 Gew.-% aufweist, vorzugsweise von 3 bis 8 Gew.-%, bevorzugt von 4 bis 7 Gew.-%, insbesondere von 4,5 bis 6 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Katalysatorlösung.

Nach einer elften Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze zur Reinigung von Abgasen, insbesondere zur Reinigung von industriellen Abgasen, bevorzugt zur Reinigung von Abgasen aus Müllverbrennungsanlagen, umfassend einen hohlen Filterkerzenkörper sowie mindestens eine katalytisch aktive Metallverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Filterkerzenkörpers einen Konzentrationsgradienten der katalytisch aktiven Metallverbindung aufweist.

Nach einer zwölften Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Metallverbindung(en) über die Wandstärke des Filterkerzenkörpers (2) gradientenförmig von außen nach innen ansteigt.

Nach einer dreizehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Filterkerze nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der katalytisch aktiven Metallverbindung an der Wandaußenseite des hohlen Filterkerzenkörpers von 1,5 bis 90 %, bevorzugt 5 bis 85 %, weiter bevorzugt 10 bis 80%, besonders bevorzugt 20 bis 80 %, weiter besonders bevorzugt 40 bis 80 %, ganz besonders bevorzugt 50 bis 80 % der Konzentration der katalytisch aktiven Metallverbindung an der Wandinnenseite des hohlen Filterkerzenkörpers beträgt. Nach einer vierzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Filterkerze nach den Ausführungsformen 1 bis 13, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst: a) Bereitstellen eines hohlen Filterkerzenkörpers 2, b) Imprägnieren der Innenseite 3 des in Schritt a) bereitgestellten Filterkerzenkörpers 2 mit einer Katalysatorlösung enthaltend mindestens ein Lösungsmittel, bevorzugt Wasser, sowie mindestens eine in dem mindestens einen Lösungsmittel gelöste und/oder dispergierte Metallverbindung, c) Trocknen des in Schritt b) erhaltenen imprägnierten Filterkerzenkörpers 2 und d) thermisches Aktivieren des in Schritt c) erhaltenen Filterkerzenkörpers 2.

Nach einer fünfzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Filterkerze nach der Ausführungsform 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierung in Schritt b) mittels Sprühen erfolgt, insbesondere mittels einer in Längsrichtung innerhalb des Filterkerzenkörpers 2 verschiebbaren Sprühlanze.

Nach einer sechszehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung einer Filterkerze nach den Ausführungsform 1 bis 13 oder einer nach dem Verfahren gemäß den Ausführungsformen 14 oder 15 erhältlichen Filterkerze zur Abgasreinigung, insbesondere zur Reinigung von industriellen Abgasen, bevorzugt zur Reinigung von Abgasen aus Müllverbrennungsanlagen.

Nach einer siebzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Filterkerze nach den Ausführungsform 1 bis 13, wobei die Vorrichtung einen Vorlagebehälter 10 für die Katalysatorlösung umfasst, welche optional mit einer Rühreinrichtung 11 versehen ist, wobei von dem Vorlagebehälter 11 eine Leitung 12 abgeht, über welche die Katalysatorlösung mittels einer Fördereinrichtung 13 in eine in Längsrichtung verschiebbar gehaltene Sprühlanze 14 zur innenseitigen Imprägnierung des Filterkerzenkörpers 2 gefördert werden kann, wobei die Vorrichtung ferner eine Halterung für den Filterkerzenkörper 2 umfasst, die optional mit einer Antriebseinheit ausgestattet ist, um den Filterkerzenkörper 2 um seine Längsachse in Rotation zu versetzen.

Nach einer achtzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung nach der Ausführungsform 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich oberhalb der Halterung eine Absaugungseinheit 17 und/oder unterhalb der Halterung ein Auffangbehälter 18 für überschüssige Katalysatorlösung vorhanden ist.

Nach einer neunzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung nach den Ausführungsformen 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung durch mehrere Rollen zur rotierbaren Lagerung des Filterkerzenkörper 2 gebildet ist, wobei wenigstens eine der Rollen mit der Antriebseinheit ausgestattet ist.

Nach einer zwanzigsten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung nach den Ausführungsformen 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung eine vorzugsweise über eine Schiene bewegbare Anschlageinrichtung zur Fixierung des Filterkerzenkörpers 2 aufweist.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 11 sowie der nachfolgenden Beispiele näher erläutert. Es zeigen

Figur 1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Filterkerze 1 ;

Figur 2: eine Schematische Darstellung einer Anlage zur Beschichtung der Filterkerzen mit einem Katalysator;

Figur 3: eine schematische Darstellung einer Rondelle mit einem 50 mm Durchmesser aus einer erfindungsgemäßen Filterkerze mit einer Wandstärke von 20 mm als Probe zur Ermittlung der lokalen Katalysatorkonzentration mittels EDX;

Figur 4: ein EDX-Röntgenspektrum nahe der Innenseite einer Rondelle entsprechend der Figur 3;

Figur 5: ein EDX-Röntgenspektrum 3 mm entfernt von der Innenseite der Rondelle aus Figur 4;

Figur 6: ein EDX-Röntgenspektrum 8 mm entfernt von der Innenseite der Rondelle aus Figur 4; Figur 7: ein EDX-Röntgenspektrum 14 mm entfernt von der Innenseite der Rondelle aus Figur 4;

Figur 8: eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme nahe der Innenseite der Rondelle entsprechend der Figur 3;

Figur 9: eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme 3 mm entfernt von der Innenseite der Rondelle aus Figur 8;

Figur 10: eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme 8 mm entfernt von der Innenseite der Rondelle aus Figur 8;

Figur 11 : eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme 14 mm entfernt von der Innenseite der Rondelle aus Figur 8.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Filterkerze 1. Die Filterkerze 1 umfasst einen hohlen Filterkerzenkörper 2, welcher im Wesentlichen aus Aluminiumsilikatfasern aufgebaut ist. Der Filterkerzenkörper 2 weist an seinem einen Ende ein Kragenelement 4 auf und ist am gegenüberliegenden Ende kuppelförmig verschlossen. Der Filterkerzenkörper 2 besitzt eine Länge von 4.000 mm und im Bereich außerhalb des Kragenelements 4 eine Wandstärke von etwa 20 mm. Im Bereich außerhalb des Kragenelements 4 beträgt der Innendurchmesser 110 mm und der Außendurchmesser 150 mm. Das Kragenelement 4 schließt bündig mit der Innenseite des Bereichs außerhalb des Kragenelements 4 ab und ragt auf der Außenseite über diesen hinaus. Daher besitzt das Kragenelement 4 ebenfalls einen Innendurchmesser von 110 mm und einen größeren Außendurchmesser von 195 mm. Ferner weist das Kragenelement 4 eine Höhe von 30 mm und eine Breite von 42,5 mm auf.

Der Filterkerzenkörper 2 ist ausschließlich an der Innenseite 3 mit einer Katalysatorlösung imprägniert wie sie in den folgenden Beispielen näher spezifiziert ist, sodass ein Konzentrationsgradient in der Wand des Filterkerzenkörpers 2 von innen nach außen entsteht.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Imprägnierung eines Filterkerzenkörpers 2 gemäß Figur 1 mit einem Katalysator. Die Vorrichtung umfasst einen Vorlagebehälter 10 für die Katalysatorlösung, der eine Rühreinrichtung 11 aufweist. An der Unterseite des Vorlagebehälters 10 geht eine Leitung 12 ab, durch welche die Katalysatorlösung mittels einer als Pumpe 13 ausgestaltete Fördereinrichtung in eine in Längsrichtung verschiebbar gehaltene Sprühlanze 14 zur innenseitigen Imprägnierung des Filterkerzenkörpers 2 gefördert werden kann. Die Sprühlanze 14 trägt an ihrem Ende eine Kegeldüse 14a mit einem Düsendurchmesser von 4 mm und ist mit einem motorischen Antrieb 15 gekoppelt, mit dem die längsseitige Verschiebung der Sprühlanze 14 erfolgen kann. In der Leitung 12 ist im Leitungsabschnitt zwischen dem Vorlagebehälter 10 und der Pumpe 13 ein Dreiwegeventil 16 vorgesehen, welches zur Spülung beziehungsweise Reinigung dient.

Die Vorrichtung weist ferner eine vorliegend nicht dargestellte Halterung für den Filterkerzenkörper 2 auf. Die Halterung wird dabei durch mehrere drehbar gelagerte gummierte Rollenpaare gebildet, von denen ein Rollenpaar mit einer motorischen Antriebseinheit versehen ist, um die Rolle in Rotation zu versetzen. Die Einstellung von Geschwindigkeit und Richtung der Drehbewegung erfolgt über eine nicht dargestellte Steuerung. Eine ebenfalls nicht dargestellte über eine Schiene bewegbare Anschlageinrichtung sorgt dafür, dass das Kragenelement 4 des Filterkerzenkörpers 2 auch bei dessen Rotation durch die motorisch angetriebenen Rollen immer an einer definierten Stelle verbleibt, und zwar unabhängig von der Länge des Filterkerzenkörpers 2. Oberhalb der Halterung für den Filterkerzenkörper 2 ist eine Absaugungseinheit 17 für etwaige austretende Sprühnebel vorgesehen. Unterhalb der Halterung ist ein Auffangbehälter 18 für das Auffangen überschüssiger Katalysatorlösung oder für die Entfernung von Spülwasser positioniert.

Beim Betrieb der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung wird ein Filterkerzenkörper 2 auf die gummierten Rollenpaare der Halterung gelegt, wobei das Kragenelement 4 des Filterkerzenkörpers 2 durch die vorliegend nicht dargestellte Anschlageinrichtung fixiert wird. Die Sprühlanze 14 wird in dem Filterkerzenkörper 2 zentriert und bis zu einem vorher einstellbaren Punkt in Richtung des Endstücks des Filterkerzenkörpers 2 mittels des motorischen Antriebs 15 vorgeschoben. Nach Erreichen dieses Punktes wird das motorisch betriebene Rollenpaar gestartet und der Filterkerzenkörper 2 in Rotation versetzt. Zudem wird nun die Pumpe 13 eingeschaltet und dadurch die Katalysatorlösung auf die Innenseite 3 des Filterkerzenkörpers 2 gesprüht. Dabei wird ein Sprühdruck von 6 bar eingestellt. Beim dabei gleichzeitig eingeleiteten Rückwärtsbewegen der Sprühlanze 14 aus dem Filterkerzenkörper 2 wird der Sprühvorgang beendet, bevor die Lanzenspitze mit der Kegeldüse 14a den Filterkerzenkörper 2 verlässt. Dieser Sprühvorgang wird mindestens einmal durchgeführt. Bei Bedarf kann dieser Vorgang jedoch zwei-, drei-, vier-, fünfmal oder öfters wiederholt werden. Durch die Wiederholung des Sprühvorgangs kann die Konzentration des Katalysators in dem Filterkerzenkörper unter weiterer Einhaltung des Konzentrationsgradienten innerhalb der Wandstärke erhöht werden.

Der so imprägnierte Filterkerzenkörper 2 wird anschließend für 12 Stunden bei 100 °C getrocknet und anschließend einer thermischen Aktivierung bei 500 °C für 4 h unterzogen, wonach die Filterkerze 1 fertiggestellt ist.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Probe aus einer erfindungsgemäßen Filterkerze 1 in Form einer Rondelle mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Wandstärke von 20 mm einer erfindungsgemäßen Filterkerze im Längsschnitt, welche aus der Filterkerze 1 mit einer Lochsäge entnommen wurde. Gemäß den in Figur 3 gezeigten Bereichen wurden die Messungen über die Dicke von innen, aus der Mitte und von außen der 50 mm Rondelle durchgeführt. In den Figuren 4 bis 7 sind die mittels Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) erhaltenen Röntgenspektren dieser Proben zu sehen. Es ist zu erkennen, dass mit zunehmenden Abstand zur Innenseite der Filterkerze, die Konzentration von Titan abnimmt und damit ein Konzentrationsgradient vorliegt.

Qualitativ kann dies bereits anhand der Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahmen in den Figuren 8 bis 11 erkannt werden. Diese zeigen die durch ein Rasterelektronenmikroskop aufgenommen Bilder aus den in den Figuren 4 bis 7 verwendeten Bereichen. Die Rasterelektronenmikroskop Bilder wurden dabei mit einer Auflösung von 90 pm aufgenommen. In den Proben nahe zur Innenseite der Filterkerze 1 sind die Ablagerungen der katalytischen Metallverbindungen deutlich als kleine kristalline Strukturen auf der relativ glatten Faseroberfläche des Filterkerzenkörpers 2 zu erkennen, die sich optisch durch die deutlich hellere Farbe abgrenzen. Diese Strukturen sind für die Proben der Außenseite in den Figuren 9 und 10 praktisch nicht zu sehen. Der Konzentrationsgradient ist somit schon anhand von REM-Aufnahmen zu erkennen. Beispiel Filterkerze 1

Eine in Anlehnung an das zu Fig. 2 beschriebene Herstellungsverfahren erzeugte Filterkerze aus Aluminiumsilikatwolle (ASW), wobei die Imprägnierung mit einer 5 Gew.-%igen Katalysatorsuspension erfolgte, welche 4,84 Gew.-% Ti0 ₂ und 0,16 Gew.-% V ₂ 0 ₅ aufweist. Die Geschwindigkeit für die Imprägnierung wurde so eingestellt, dass 5 Kg der vorgenannten Katalysatorsuspension auf die Innenseite des hohlen Filterkerzenkörpers mit den vorstehend zu Figur 1 genannten Maßen aufgetragen wurde. Als Lösungsmittel diente Wasser und als Dispergiermittel wurde Polyethylenglykol eingesetzt. Die Konzentration an Katalysator (Summe aus Ti0 ₂ und V ₂ 0 ₅ ) innerhalb der Wandstärke nach dem Trocknen lag bei 16 Gew.- % innen, 13 Gew.-% mittig und bei 9 Gew.-% außen, gemessen an jeweils ein Drittel der Wandstärke.

Beispiel Filterkerze 2

Eine in Anlehnung an das zu Fig. 2 beschriebene Herstellungsverfahren erzeugte Filterkerze aus Aluminiumsilikatwolle (ASW), wobei die Imprägnierung mit einer 7,5 Gew.-%igen Katalysatorsuspension erfolgte, welche 7,26 Gew.-% Ti0 ₂ und 0,24 Gew.-% V ₂ 0 ₅ aufweist. Die Geschwindigkeit für die Imprägnierung wurde so eingestellt, dass ca. 5 Kg der vorgenannten Katalysatorsuspension auf die Innenseite des hohlen Filterkerzenkörpers mit den vorstehend zu Figur 1 genannten Maßen aufgetragen wurde. Als Lösungsmittel diente Wasser und als Dispergiermittel wurden Polyacrylate eingesetzt. Die Konzentration an Katalysator (Summe aus Ti0 ₂ und V ₂ 0 ₅ ) innerhalb der Wandstärke nach dem Trocknen lag bei 19 Gew.-% innen, 17 Gew.-% mittig und bei 14 Gew.-% außen, gemessen an jeweils ein Drittel der Wandstärke.

Beispiel Filterkerze 3

Eine in Anlehnung an das zu Fig. 2 beschriebene Herstellungsverfahren erzeugte Filterkerze aus Aluminiumsilikatwolle (ASW), wobei die Imprägnierung mit einer 5 Gew.-%igen Katalysatorsuspension erfolgte, welche 4,9 Gew.-% Ti0 ₂ und 0,1 Gew.-% V ₂ 0 ₅ aufweist.

Die Geschwindigkeit für die Imprägnierung wurde so eingestellt, dass 6 Kg der vorgenannten Katalysatorsuspension auf die Innenseite des hohlen Filterkerzenkörpers mit den vorstehend zu Figur 1 genannten Maßen aufgetragen wurde. Als Lösungsmittel diente Wasser und als Dispergiermittel wurden Polyacrylate eingesetzt. Die Konzentration an Katalysator (Summe aus Ti0 ₂ und V ₂ 0 ₅ ) innerhalb der Wandstärke nach dem Trocknen lag bei 18 Gew.-% innen, 16 Gew.-% mittig und bei 12 Gew.-% außen, gemessen an jeweils ein Drittel der Wandstärke. Beispiel Filterkerze 4

Eine in Anlehnung an das zu Fig. 2 beschriebene Herstellungsverfahren erzeugte Filterkerze aus Erdalkalisilikatwolle (AES), wobei die Imprägnierung mit einer 5 Gew.-%igen Katalysatorsuspension erfolgte, welche 4,84 Gew.-% Ti0 ₂ , 1,8 Gew.-% W0 ₃ und 0,16 Gew.- % NH4VO3 aufweist. Die Geschwindigkeit für die Imprägnierung wurde so eingestellt, dass ca. 5 Kg der vorgenannten Katalysatorsuspension auf die Innenseite des hohlen Filterkerzenkörpers aufgetragen wurde. Als Lösungsmittel diente Wasser und als Dispergiermittel wurden Polyacrylate eingesetzt. Die Konzentration an Katalysator (Summe aus Ti0 ₂ , W0 ₃ und V ₂ 0 ₅ ) innerhalb der Wandstärke nach dem Trocknen lag bei 18 Gew.-% innen, 14 Gew.-% mittig und bei 10 Gew.-% außen, gemessen an jeweils ein Drittel der Wandstärke.

Bezugszeichenliste

Filterkerze hohlen Filterkerzenkörper

Innenseite des Filterkerzenkörpers

Kragenelement

Vorlagebehälter

Rühreinrichtung

Leitung

Fördereinrichtung/Pumpe

Sprühlanze a Kegeldüse motorischer Antrieb

Dreiwegeventil

Absaugungseinheit

Auffangbehälter