[发明专利]催化元件

说明书

本发明涉及使用一种具有催化表面的催化剂体使氢气和/或一氧化碳与氧气复合的催化元件，它们尤其可用于核电厂。

同样的题材是同时递交的德国专利申请，标题为“使氢气和/或一氧化碳与氧气催化复合的复合装置和方法”，这些公开的内容引入本申请。

在核电厂中，在冷却剂损失的故障后，大量的氢气和一氧化碳会释放并进入核电厂的安全容器(安全壳)内。如果不采取相应的措施，安全壳气氛内的氢气富集量会大大增加，从而形成易爆混合气。之后偶然的一次点火，会因大量氢气的燃烧而危及安全容器的完整性。

为了阻止在安全容器内形成这类爆炸性气体混合物，人们探讨各种装置，其中例如有催化复合器、催化和电驱动点火装置或上述两种装置的组合。

为了消除由安全容器内的气氛(安全壳内气氛)中逸出的氢气和一氧化碳，应特别注意使氢气和/或一氧化碳提前并且无火焰地与氧气复合。此时，应避免因致命的氢气燃烧而呈现的过高压力。在德国专利申请DE196 36557A1中提出了一种适合早期启动的复合装置，该装置即便在上述安全容器气氛中使用更长的时间也基本上不会失去有效性，并且在低的外部温度下被动启动。采用这样一种复合装置，有可能例如在有蒸汽的安全容器气氛时能“平缓”地复合氢气从而避免自燃。

在EP0 527 968 B1中公开了一种复合装置，这种装置中具有若干平板型催化剂系统，板的两侧涂以催化剂材料，例如铂和/或钯。这种装置特别适合于减少核电厂的安全容器内气氖中的氢气。各催化剂系统包括一特种钢的载板，板的两侧各有一薄层，特别是铂和/或钯的薄层，其厚度在微米的范围内。多个这种涂层的单板安装在一设计成模块的壳体内。受监控的气流从下面流入该壳体，并从上部的一侧面出口流出壳体。

由EP 0 436 942A1已知一种带有一壳体保护装置的复合器系统，该壳体保护装置根据外部温度而自动打开。在该复合器系统的运行准备阶段时，该壳体保护装置闭合，从而避免所述复合器的催化活性表面被污染。

在由EP 0 416 140A1公开的复合器装置中配置了过滤剂，这些过滤剂截住来自外部大气中的有害物质，例如尘埃，并因此保护所述复合器装置的催化剂免遭污染。

此外，由德国专利申请DE 37 25 290已知一种贵金属合金，这种贵金属合金可吸收或释放载板或金属丝网上在复合时所产生的反应热，从而避免着火气体混合物。

由EP 0 388 955 A1已知一种复合器装置，该装置附加配置一点火装置，用于触发一受控氢气燃烧过程。

各已知复合器系统是在特别小的零部件尺寸条件下有特别高的复合器功率以及高的耐污染性。此外，在采用一装置以复合核电厂气体混合物中的氢气而言，还必须要确保不会给核电厂的安全造成负面影响。应该考虑到，一种用于复合所述氢气的催化元件(催化系统)通常会因复合而变热并且由于其温度升高而促成在核电厂安全容器气氛内的气体混合物以无意方式点燃。

因此，本发明的目的是提供一种使气体混合物中，尤其是核电厂安全容器气氛中的氢气和/或一氧化碳与氧气的催化复合的复合装置，从而特别可靠地避免工作时气体混合物以无意方式点燃。

因此，本发明的目的是提供一种催化元件，所述催化元件包括一种具有催化表面的催化剂体，该目的是通过以下方式实现的：向催化表面和/或催化剂体上提供用于阻止流入和/或流出反应气体扩散的阻挡层(Drosselschicht)。

本发明基于如下的考虑：在催化元件周围的气体混合物因催化元件本身的反应温度的升高致使复合时产生的从催化元件中选出的火焰以无意方式点燃。为了可靠地避免这一点，催化元件应布置成使反应温度低于气体混合物的点燃温度。这种情况还应该特别适合H2浓度高于8％(体积)的气体混合物。为此，另外地提供一层阻止扩散的阻挡层，所述阻挡层能极其简便地阻挡流入和/或流出的反应气体，仅能动态地吸附反应气体并限制单位面积上的气体混合物产生少量的催化反应。结果必然限制了反应温度，使其低于气体混合物的着火温度。此外，在受高污染的气氛大量沉积时，该阻挡层能特别大量地截住并吸附出现的催化剂毒物例如尘埃，使催化剂体的催化活性表面具有抗污染的能力。