Die vorliegende Erfindung dient zur Herstellung von katalytischen Netzen, die zur Reaktion von Fluiden benutzt werden können. Typische Reaktionen sind die Reaktion von Ammoniak in Anwesenheit von Sauerstoff in der Salpetersäure- produktion (Ostwald-Verfahren), die Reaktion von Ammoniak mit Methan in Anwesenheit von Sauerstoff zur Herstellung von Cyanwasserstoff (Andrussow- Verfahren) sowie das Cracken von Kohlenwasserstoffen.

In diesen Verfahren erfolgt die Reaktion durch heterogene Katalyse in Anwe- senheit von edelmetallhaltigen Katalysatoren. Die Herstellung von Salpetersäu- re erfolgt in drei Schritten:

(Reaktion 1 ) 4 NH ₃ (g) + 5 O ₂ (g) -> 4 NO(g) + 6 H ₂ O(g)

(Reaktion 2) 2 NO(g) + O ₂ (g) 2 NO ₂ (g)

NO ₂ dimerisiert zu Distickstofftetraoxid

2 NO ₂ (g) N ₂ O ₄ (g)

(Reaktion 3) 2 N ₂ O ₄ (g) + O ₂ (g) + 2 H ₂ O(I) 4 HNO ₃ (aq)

Schritt 1 erfordert die Anwesenheit von katalytischen Edelmetallen wie Platin, Rhodium, Palladium, Legierungen dieser Metalle oder Legierungen von Edel- metallen mit Kupfer und/oder Nickel. Platin-Rhodium-Legierungen mit einem Rhodium-Masseteil von 1 - 12% und Platinum-Palladium-Rhodium-Legierungen mit einem Palladium-Rhodium-Masseteil sind üblich. Auch Palladium-Nickel- Legierungen mit 2 - 15% Masseteil-Nickel, Palladium-Kupfer-Legierungen mit 2 - 15% Kupfer-Masseteil und Palladium-Nickel-Kupfer-Legierungen mit einem Kupfer-Nickel-Masseteil von 2 - 15% werden verwendet. In der Praxis ist das Ziel bei heterogenen Katalysatoren, dass der Katalysator eine möglichst hohe Oberfläche anbietet. Eine solche ist auf Grund der hohen Edelmetallkosten in diesen Katalysatoren besonders geboten. Es werden Dräh- te aus Edelmetall- oder Edelmetalllegierungen mit handelsüblichen Maschinen aus der Industrie zu Netzen gestrickt. Auch der Einsatz von Webmaschinen und Wirkmaschinen ist Stand der Technik. Die verarbeiteten Drähte haben übli- cherweise einen Durchmesser von 45 - 150 μm. Eine optionale Kupferbeschich- tung verbessert mechanische Eigenschaften während des Strickens und kann im Anschluss in einem Säurebad entfernt werden.

Diese Netze aus Metalldrähten werden senkrecht zur Strömungsrichtung des katalytisch umzusetzenden Gases in den Reaktor eingebaut, können prinzipiell aber auch mit einem tangentialen Anströmungswinkel eingebaut werden. Es werden mehrere dieser Netze hintereinander in den Reaktor eingebaut. Dabei müssen die Netze nicht die gleiche Herstellungsart oder Legierung verwenden. Palladium-Netze werden oft als Fangnetze am Schluss der Kette verwendet, da sie in der Lage sind Platin- und Rhodiumverluste aus den ersten Netzen teilwei- se aufzufangen. Der Einbau mehrerer dieser Netze wird auch als Katalysator- pack bezeichnet.

Bei den Netzen handelt es sich nicht um simple Fadengitter, sondern um kom- plexe Gestricke und Gewirke, die eine möglichst große Antrömoberfläche bieten sollen. Die Dokumente EP 0 504 723 A1 und EP 0680 767 A1 beschreiben den Stand der Technik.

Die Herstellung von gestrickten Netzen ist derzeit der Herstellung von gewebten Netzen vorzuziehen, da die Herstellung von gestrickten Netzen geringere Rüst- zeiten aufweist und außerdem das Netz direkt in der notwendigen Form für den Reaktor gestrickt werden kann, ohne zum Beispiel ein kreisförmiges Netz aus einem rechteckigen Netz ausschneiden zu müssen. Selbst wenn ein Netz aus mehreren Einzelnetzen zusammengesetzt werden muss, weil die Netzgröße bei kommerziellen Flachstrickmaschinen vom Durchmesser her beschränkt ist, bleibt dieser Vorteil erhalten. Figur 1 (computergeneriert) zeigt beispielhaft ein rechteckiges Netzgewebe, Figur 2 (computergeneriert) zeigt beispielhaft ein rundes Gewebe. Flachstrickmaschinen erlauben die direkte Erzeugung von runden oder ovalen Netzen oder Netzteilen. Auch ein Stricken in mehreren pa- rallelen Lagen und anschließendes Auffalten, um Durchmesserbegrenzungen zu umgehen, ist bekannt. Ein Ausschneiden eines runden Netzes aus einem Rechteck erfordert mehr Herstellungszeit und der Verschnitt muss erneut zeit- und energieaufwendig zu Draht aufgearbeitet werden.

Die flache Form der Katalysatornetze soll hier als Primärstruktur bezeichnet werden. In der EP 1 358 010 B1 werden dreidimensionale, in zwei oder mehre- ren Schichten gestrickte Katalysatorennetze erwähnt. In der DE1 010 5624 A1 werden dreidimensionale, ein- oder mehrlagig gestrickte Katalysatornetze für Gasreaktionen beschrieben, bei denen die Maschen der einzelnen Lagen durch Polfäden untereinander verbunden sind und zwischen den Maschenlagen Schussfäden eingelegt sind. Ein solches dreidimensional gestricktes Netz soll hier als Netz mit Sekundärstruktur bezeichnet werden.

Nach der hier vorliegenden Erfindung ist es möglich, solche katalytischen Netze mit einer Tertiärstruktur herzustellen. Ein Beispiel für Netze mit Tertiärstruktur sind wellenartige Netze (corrugated gauzes). Solche Netze sind Stand der Technik und werden unter anderem in der US 5 527 756 A und US 5 356 603 A beschrieben. Die Vorteile eines wellenartigen, katalytisch wirksamen Netzes werden vom bekannten Hersteller Johnson Matthey wie folgt spezifiziert:

• erhöhte Kontaktoberfläche mit erhöhtem Widerstand zum Luftfluss und dadurch bedingte

• erhöhte Ammonium-Stoffumwandlung

• reduzierter Druckabfall

• längere Laufzeiten

• niedrigere Energiekosten

• reduzierter Edelmetallverlust. Diese wellenartigen, katalytisch wirksamen Netze - wie in der US 5 527 756 A und US 5 356 603 A beschrieben - werden erzeugt, indem ein planares Netz auf eine rigide, durchlässige, aber nicht planare Oberfläche gelegt wird, zum Beispiel ein vorgeformtes Metallnetz. Diese strukturierte, durchlässige Oberflä- che, die nicht katalytisch wirksam ist, induziert ihre eigene Tertiärstruktur, zum Beispiel ein Wellenmuster, auf der Oberfläche des aufgelegten oder angebrach- ten katalytisch wirksamen Netzes. Einer der Nachteile dieser Konfiguration ist das größere Gewicht der Netze, da das Katalysatorpack in dieser Konfiguration auch signifikant nicht katalytisch wirksame Bestandteile enthält. Figur 3 (compu- tergeneriert) zeigt beispielhaft ein Netz mit Tertiärstruktur.

Die hier vorliegende Erfindung vereinigt die Vorteile beider Verfahren, da die mit diesem Verfahren hergestellten Netze sowohl eine Primärstruktur, Sekun- därstruktur als auch eine Tertiärstruktur aufweisen. Die Tertiärstruktur, z.B. wel- lenartig, entsteht hierbei direkt aus dem Strickverfahren und bedarf keiner In- duktion durch eine rigide, ggf. katalytisch nicht wirksamen, Oberfläche.

Hierzu wird ein Netz in zwei oder mehreren Maschenlagen durch Polfäden so verbunden, dass eine Tertiärstruktur, zum Beispiel ein Wellenmuster, entsteht. Die Tertiärstruktur kann, muss aber nicht symmetrisch sein. Es können mit die- sem Verfahren auch nicht-symmetrische Strukturen erzeugt werden. Es können Netze für alle Reaktortypen gestrickt werden, es ist kein neuer Reaktor notwen- dig. Eventuelle Größenlimitierungen durch Strickmaschinen können dadurch umgangen werden, dass mehrere Teilstücke zu einem Netz zusammengefügt werden. Eine Herstellung kann durch handelsübliche Maschinen erfolgen, z.B. Stoll-Flachbettstrickmaschinen. Die Netze mit Sekundär- und Tertiärstruktur können direkt in Kreisform, bzw. in Teilstücken einer Kreisform bei zusammen- gesetzten Netzen für große Reaktoren, hergestellt werden. Ein Zuschnitt von Netzen, welcher Schnittreste produzieren würde die wieder aufbereitet werden müssen, ist nicht notwendig. Die hier beschriebenen Netze vereinigen die Vorteile der bekannten dreidimen- sionalen Netze (Netze mit Sekundärstruktur) mit gewellten Netzen (Netzen mit Tertiärstruktur). Nachteile treten hierbei nicht auf.

Figur 4a zeigt die Strickstruktur eines gestrickten Katalysatornetz aus dem Pa- tent US 6 073 467 A. In diesem Strickverfahren werden zwei Maschenlagen durch Polfäden miteinander verbunden. Figur 4b zeigt die gleiche Ausführung wie Figur 4a, es wurden lediglich die Maschenlagen aus Darstellungsgründen weiter voneinander entfernt dargestellt. Dieses Strickverfahren führt zu bekann- ten Katalysatornetzen, welche käuflich erworben werden können. Kennzeich- nung 10 in den Abbildungen zeigt ein mehrlagiges Netz, bestehend aus einer unteren Maschenlage 11 und einer oberen Maschenlage 12. Der Fluidstrom V ist mit einem Pfeil gekennzeichnet. In den Figuren beträgt der Anströmungswin- kel 90°, die Netze könnten aber auch tangential angeströmt werden. Die Durch- strömungsrichtung ist nicht zwangsläufig. Kennzeichnung 13 und 13' zeigen verschiedene Maschen. Kennzeichnungen 14 (ggf. 14', 14" etc.) zeigen Polfä- den. Die Kennzeichnungen sind in allen Abbildungen 4 bis 7 gleich gehalten. Die Beschriftung ist analog Patent US 6 073 467 A gehalten.

Die hier vorliegende Erfindung verbindet zwei Maschenlagen durch ein oder mehrere Polfäden. Allerdings werden nicht alle Maschen miteinander verbun- den, sondern es werden gezielt Maschen übersprungen und beide Maschenla- gen so miteinander verbunden, dass die Polfäden eine ziehende Funktion auf das Netz ausüben, die mehrere Maschen betrifft und die zu einer gewünschten Tertiärstruktur, wie z.B. einem Wellenmuster, führt.

Der Begriff der Tertiärstruktur ist von entscheidender Bedeutung und in Relation zum nicht inhaltsgleichen Begriff der Dreidimensionalität zu verstehen. In den Dokumenten EP 0 680 787 A1 und EP 1 358 010 B1 wird der Begriff „dreidi- mensional“ verwendet. Damit ist aber nicht eine Tertiärstruktur im hiesigen Sin- ne gemeint und beschrieben. Das in diesen Patenten beschriebene Verfahren beschreibt ein Verbinden von mehreren Lagen, das so ein Netz in die dritte Di- mension wachsen lässt. Die eigentliche Netzoberfläche bleibt dabei immer planar, analog einem Verfahren, bei dem man planare Netze schlicht überei- nander stapeln würde. Mit dem hier vorgestellten Verfahren lassen sich dage- gen Netze mit reliefartigen, nicht-planaren topografischen Oberflächen erzeu- gen, die hier, in Abgrenzung an die dreidimensionalen Netze, als Netze mit Ter- tiärstruktur bezeichnet werden. In solchen Netzen liegen die einzelnen Lagen nicht mehr planar parallel zueinander, wie beispielhaft in Figur 5b skizziert, sondern zeigen auf beiden Seiten ein Wellenmuster durch unterschiedliche Hö- hen der Maschenlagen.

Während in bisherigen Herstellungsverfahren, wie sie bspw. in der DE 101 05 624 A1 oder der US 6 073 467 beschrieben sind, der oder die Polfäden 40 bis 90 Grad zur Netzoberfläche ausgerichtet sind, führt das Überspringen von Ma- schen dazu, dass mindestens Teilbereiche des Polfadens oder der Polfäden über 0 Grad bis unter 40 Grad in Bezug auf die Netzoberfläche angeordnet sind, bzw. - wenn man den Winkel auf die Gasströmungsrichtung bezieht - von über 50 Grad bis unter 90 Grad. Hierzu sei beispielhaft auch auf die Figuren 5a, 5b, 6a, 6b, 7a und 7b verwiesen. Mit dem Überspringen von Maschen ist nicht nur ein Versatz in der Verbindung der Maschen des oberen und unteren Nadel- bettes gemeint. Vielmehr bleiben einige Maschen der Maschenlagen unverbun- den durch Polfäden (vgl. Figuren 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b).

Figur 5a zeigt eine mögliche Ausführung eines solchen Strickverfahrens. Vier Polfäden verbinden zwei Maschenlagen, in der hier skizzierten Ausführung werden jeweils periodisch Maschen übersprungen. Die Zahl der Übersprungen- gen Maschen kann beliebig gewählt werden, die periodische Ausführung ist nicht zwingend. Die Zahl der übersprungenen Maschen kann auch nicht- periodisch erfolgen, um komplexere Muster zu erzeugen. Wenn während des Strickprozesses die Polfäden immer Maschen an den gleichen Maschenpositio- nen überspringen, entsteht ein spiegelsymmetrisches Muster, zum Beispiel ein Wellenmuster. Auch hier kann aber prinzipiell die Position der von den Polfäden übersprungenen Maschen variiert werden, um komplexe Tertiärstrukturen zu erzeugen. Die Tertiärstrukturen können, müssen aber keine spiegel- oder rota- tionssymmetrische Oberflächenstruktur zeigen. Im Falle von symmetrischen Mustern, z.B. Wellenmustern, können die Netze bevorzugt in verschiedenen Rotationswinkeln in Bezug auf die Tertiärstruktur in den Reaktor eingebaut wer- den. Die Tertiärstruktur wird, sobald das Netz im Reaktor eingebaut ist, ausge- prägter ausfallen, da sich unter den hohen Temperaturen die Steifigkeit der Me- tallfäden verringert. Die Tertiärstruktur des Netzes, die sich aus den mit Polfä- den verbundenen Maschen aus Figur 5a ausbilden wird, ist in Figur 5b ange- deutet. Figuren 6a, 6b, 7a und 7b zeigen weitere mögliche Ausfertigungen der Erfindung. Zwei Maschenlagen werden durch zwei Polfäden in Figur 6a und 6b, bzw. drei Polfäden in Figur 7a und 7b verbunden, wobei die Polfäden jeweils Maschen überspringen. In der hier vorgestellten Erfindung müssen die Ma- schenlagen mit mindestens einem Polfaden verbunden werden, der die Ma- schenlagen durch Überspringung von Maschen so verbindet, dass eine Terti- ärstruktur entsteht.

Durch die Tertiärstruktur der Netze fällt der Anströmungswinkel der Gase güns- tiger aus und ein höherer Reaktionsumsatz kann erreicht werden. Prinzipiell hat ein Netz mit einer Tertiärstruktur eine größere Oberfläche als ein Netz ohne Tertiärstruktur. Deshalb ist ein Reaktor bei Einbau der gleichen Zahl von Netz- lagen mit Tertiärstruktur effektiver, bzw. es kann die gleiche Effizienz mir einer geringeren Zahl von Netzlagern erreicht werden. Ein effizienterer Reaktor ver- ringert auch N ₂ O Emissionen.

Figur 8 zeigt eine Abbildung eines Ausschnittes des gemäß der hier vorgestell- ten Erfindung gestrickten Netzes mit vier Polfäden. Die Figur wurde durch einen Scan mit einem handelsüblichen Scanner erzeugt. Die Figur zeigt auf Bild- schirmen ein deutliches Wellenmuster. Bei Druckerzeugnissen geht diese In- formation zum Teil verloren. Figur 9 zeigt eine mathematische Rekonstruktion der Höheninformation mit GIMP G’MIC. Die Wellenstruktur zeigt sich auf beiden Seiten, die Information der Rückseite geht durch den Scan verloren. Die Figu- ren 10 bis 12 zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen, welche die Art der Bindung verdeutlichen.