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Umicore ist weltweit führend in der Entwicklung und Fertigung von Edelmetallkatalysatoren für verschiedene Industriebereiche.
Dazu gehören chemische, umwelttechnische und Autoabgaskatalysatoren. Umicore bietet rund um den Katalysator ein breites Spektrum an Produkten sowie Serviceleistungen an. Dieses Spektrum reicht von der jährlichen Produktion von Millionen Katalysatoren für die Automobilindustrie bis hin zur Herstellung von Labormustern zu Forschungszwecken und grundlegenden Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Katalyse. Umicores Erfahrungen positionieren uns zwischen den führenden Edelmetallkatalysatorunternehmen weltweit.
Die Umicore-Produktreihe protonics™ umfasst Katalysatoren sowohl für die Erzeugung und Reinigung von Wasserstoff als auch für die katalytische Verbrennung von Wasserstoff und Methan
In Brennstoffzellensystemen werden bei der Kraftstoffaufbereitung Brennstoffe aus Kohlenwasserstoff, wie z.B. Erdgas, Benzin, Diesel, Kerosin oder Propan, entweder durch Dampfreforming (HSR) oder durch ein autothermes Reforming (ATR) in ein wasserstoffreiches Gas konvertiert. In den darauffolgenden Reaktionsschritten wird mit extrem selektiven Katalysatoren der CO-Gehalt des reformierten Gases schrittweise von einigen Volumenprozent nach dem Reforming-Prozess auf ppm-Level reduziert. Der erste Reinigungsschritt ist die CO-Konvertierung (Wasser-Gas-Shift), danach folgt entweder eine hoch selektive Methanisierung (M) oder eine präferentielle CO-Oxidations (PrOx) Reaktion.
protonics™-Katalysatoren haben gegenüber herkömmlichen Materialien, die bisher von der Industrie bei Wasserstoffproduktionsprozessen verwendet wurden, erhebliche Vorteile bezogen auf die Aktivität und Nutzungsdauer. Ebenfalls wichtig ist die Tatsache, dass protonics™-Katalysatoren, im Vergleich zu Unedelmetall-Katalysatoren, in Luft nicht selbstentzündlich sind. protonics™-Katalysatoren benötigen keine Voraktivierung bzw. Konditionierung nach der Montage und garantieren bei allen Umgebungsbedingungen einen sicheren Betrieb. Diese wichtigen Produktvorteile können erzielt werden, indem Umicore eine Katalysatorzusammensetzung verwendet, in der Edelmetalle als aktive Komponenten wirken.
Umicores fuel processing-Katalysatoren sind in verschiedenen Formen und auf unterschiedlichen Substraten erhältlich.
Dazu zählen Pellets, Extrudate, Tabletten, beschichtete Keramik- und Metallmonolithe, beschichtete Kreuzstromstrukturen, Platten, Wärmetauscherelemente, Schäume und kundenspezifische Trägermaterialien, die von unseren Kunden oder von ihren Forschungspartnern entwickelt werden. Umicore wird die Nachfrage der Brennstoffzellen-Industrie bedienen und dabei patentierte Produktions- und Qualitätsmanagementprozesse, die von der Automobilindustrie anerkannt und nach QS9001/2000 zertifiziert sind, verwenden können.
Die Katalysatoren sind bei unterschiedlichen stationären und dynamischen Betriebsbedingungen getestet worden. Darüber hinaus werden Langzeit-Leistungstests in Feldversuchen bereits über mehrere Jahre durchgeführt.
protonics™-Katalysatoren für autotherme Reformierung (Typ A) und Dampfreformierung (Typ S) können in einem breiten Temperaturfenster betrieben werden. Hierbei können Umsatzraten erzielt werden, die sehr gut mit dem thermodynamischen Gleichgewicht korrespondieren
Die Katalysatoren können bei Gegenwart von Aromaten (50 Gew.%) und verschiedenen Brennstoffzusätzen (MTBE, Schwefel etc. bis zum ppm-Bereich) in Abhängigkeit von den spezifischen Arbeitsbedingungen betrieben werden. Im Falle von Systemstörungen, die zu Verkokungen führen, kann mit einer einfachen Oxidation die Aktivität der protonics A- und S-Typ Katalysatoren wieder hergestellt werden, ohne den Katalysator dabei zu zerstören.
protonics™-Katalysatoren für die CO-Konvertierung (Typ W) wandeln mit hoher Selektivität Kohlenmonoxid und Wasser (H2O) in CO2 und Wasserstoff um.
Sie zeichnen sich durch zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Materialien, wie z.B. Kupfer/Zink bzw. Eisen/Chrom, aus. Dazu zählen:
-
Keine Notwendigkeit für In-Situ-Aktivierung
-
Keine Notwendigkeit für aufwendige Kontrolle und Installation von startup und shutdown Systemen
-
Stabilität bei Lufteinwirkung
-
Verbesserte Stabilität gegenüber Wasserdampf
-
Große Toleranz gegenüber Temperaturspitzen
-
Hohe Selektivität (keine Methanisierung bis 450°C)
-
Stabile Umsatzraten während der täglichen Start- und Stopp-Abläufe
-
Reduzierung von Reaktorgröße und -gewicht
-
Längere Lebensdauer des Katalysators
protonics™-Methanisierungs-Katalysatoren (Typ M) sind für eine hoch selektive Umwandlung von CO im Reformatgas zu CH4 entwickelt worden. CH4 hat zunächst keinen Einfluss auf die Brennstoffzellen Funktionalität und wird später zusammen mit dem Anodenabgas des Stacks verbrannt. Mit dieser katalytischen Lösung trägt Umicore dazu bei, die Energieeffizienz der gekoppelten Strom-und Wärmeerzeugung (KWK) zu steigern, indem die Energie der Abgase genutzt wird um die Reformereinheit aufzuheizen.
Sie zeichnen sich durch zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Materialien, wie z.B. Kupfer/Zink bzw. Eisen/Chrom, aus.
Dazu zählen:
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Keine Notwendigkeit für In-Situ-Aktivierung
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Keine Notwendigkeit für aufwendige Kontrolle und Installation von startup und shutdown Systemen
- Stabilität bei Lufteinwirkung
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Verbesserte Stabilität gegenüber Wasserdampf
- Große Toleranz gegenüber Temperaturspitze
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Hohe Selektivität (keine Methanisierung bis 450°C)
- Stabile Umsatzraten während der täglichen Start- und Stopp-Abläufe
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Reduzierung von Reaktorgröße und -gewicht
- Längere Lebensdauer des Katalysators
protonics™-Methanisierungs-Katalysatoren (Typ M) sind für eine hoch selektive Umwandlung von CO im Reformatgas zu CH4 entwickelt worden. CH4 hat zunächst keinen Einfluss auf die Brennstoffzellen Funktionalität und wird später zusammen mit dem Anodenabgas des Stacks verbrannt. Mit dieser katalytischen Lösung trägt Umicore dazu bei, die Energieeffizienz der gekoppelten Strom-und Wärmeerzeugung (KWK) zu steigern, indem die Energie der Abgase genutzt wird um die Reformereinheit aufzuheizen.
Der für die präferentielle Oxidation eingesetzte protonics™ Katalysator (Typ P) reduziert den CO Gehalt von 0,3 % - 1 % bis auf ppm Niveau, abhängig von der Betriebsstemperatur und der Verweilzeit. Die Temperaturkontrolle des Oxidationsreaktors ist dabei unerlässlich für eine maximale Selektivität. Optimale Leistungen bei der Umwandlung von hohen CO Eingangskonzentration wird unter isothermen Betriebsbedingungen erreicht, adiabatischer Betrieb ist ebenfalls möglich.
protonics™Katalysatoren zur katalytischen Verbrennung (C Typ) zeichnen sich durch niedrige Zündtemperaturen in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung aus und sind optimiert bezüglich Stabilität bei hohen Temperaturen und hoher Umsatzraten. Für die Verbrennung reinen Wasserstoffs werden extrem niedrige Zündtemperaturen von -30°C erzielt. Eine Zündung zur Methanverbrennung kann bei ungefähr 550°C erzielt werden.
Umicore hat außerdem Wissen und Erfahrung zur Prozeßtechnik der Gasreformierung aufgebaut. Mit leistungsfähigen Simulationswerkzeugen und der Erfahrung unserer Ingenieure können wir unseren Partnern helfen, die Betriebsbedingungen des Kraftstoffreformierungskatalysators zu verbessern und somit die Gesamtsystemleistung zu optimieren. Grundsätzlich ermöglichen die protonics™-Katalysatoren eine hohe Flexibilität im Reaktordesign für alle Reformierungsschritte.
Umicores Philosophie sieht es als selbstverständlich an, geschlossene Materialkreisläufe zu schaffen. Jedes Produkt innerhalb der protonics™-Katalysatoren kann aufbereitet werden. Dieser Service ist für die Edelmetallwiederaufbereitung besonders wichtig und trägt damit zu einer Kostenreduzierung für unsere Kunden bei.
| Process Step | Catalyst | Converted Component | Operation Temperatur |
|---|---|---|---|
|
Autothermal Reforming (ATR) |
protonics™ Typ A | Erdgas, Benzin, Diesel, Propane, Kerosin,LPG... | 700-900 °C |
| Heated Steam Reforming (HSR) | protonics™ Typ S | Erdgas, Benzin, Diesel, Propane, Kerosin,LPG... | 500-850 °C |
| Water Gas Shift (WGS) | protonics™ Typ W | CO | 300-400 °C |
| Co Methanation (M) | protonics™ Typ M | CO | 200-300 °C |
| Preferential Oxidation (PrOX) | protonics™ Typ P | CO | 200 - 250 °C oder 90 - 130 °C |
| Catalytic Combustion (CC) | protonics™ Typ C | CH4, H2 | 600-800 °C |