КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1996 года по МПК B01J23/80 B01D53/38 

Изобретение относится к химии, в частности к катализаторам для глубокого окисления углеводородов, и может быть использовано в каталитических обогревателях, работающих на пропан-бутановой смеси или других углеводородах. Такие обогреватели найдут применение в различных отраслях народного хозяйства, а также в жилых помещениях.

Известны катализаторы для сжигания топлив, содержащие хромиты магния, меди, цинка на сферическом оксиде алюминия, но они не могут быть использованы в каталитических нагревателях с неподвижным слоем катализатора, работающих на газообразном топливе из-за высокой газопроницаемости слоя сферических гранул.

Для низкотемпературных каталитических газовых горелок предложено использовать катализатор, содеpжащий 0,1-3% родия на волокнистом носителе из Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, ThO₂, силикатов алюминия и циркония. Недостатком этого катализатора является высокое содержание редкого и дорогого элемента Rh.

Известны катализаторы газоочистки, содержащие 0,4% Pt на стекловолокне, покрытом двухслойной подложкой из силикагеля и одного оксида из группы Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO [1] Недостатком этого катализатора является многостадийность процесса приготовления (кислотная отмывка и прокаливание стекловолокна; пропитка кремнезолем, сушка, прокаливание; пропитка соединениями платины, сушка, прокаливание).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является катализатор в виде мата с низким гидродинамическим сопротивлением, содержащий 1-5 мас. Pt, нанесенной на подложку из Al₂O₃, осажденную в количестве до 12% на мат из кварцевых, керамических или металлических нитей [2] Катализатор готовят следующим образом: кварцевый волокнистый мат пропитывают коллоидным раствором, содержащим частицы одного из соединений из группы Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂, TiO₂. Затем подвергают термообработке при 340^оС, пропитывают раствором коллоидной Pt, сушат, прокаливают при 600^оС и восстанавливают при 500^оС.

Недостатками этого катализатора являются высокая температура зажигания (140-162,5^оС) и повышение ее в процессе работы (через 8 ч 170-200^оС); высокое содержание Pt в катализаторе, многостадийность процесса приготовления, особенно трехкратная термообработка.

Задача, решаемая изобретением повышение активности катализатора при снижении содержания Pt. Для решения поставленной задачи предлагается катализатор для сжигания топлив, содержащий платину на волокнистом носителе с нанесенной подложкой из оксида железа или хромсодержащего твердого раствора на его основе (Fe_1-xCr_x)₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас. (Fe_1-xCr_x)₂O₃ (где х 0-0,2) 15-34 Pt 0,006-0,01 Носитель Остальное
Катализатор готовят путем пропитки волокнистого носителя (например, из стекловолокна) раствором хелатных соединений железа с последующим орошением его поверхности раствором платино-хлористоводородной кислоты, сушкой при комнатной температуре в течение 8-12 ч и прокаливанием на воздухе при 400^оС 4 ч. В раствор соединений железа при необходимости добавляют нитрат хрома.

Отличительными признаками катализатора является содержание в качестве подложки Fe₂O₃ или твердого раствора (Fe_1-xCr_x)₂O₃ и существенное снижение содержания Pt по сравнению с известным катализатором.

Использование в качестве подложки (Fe_1-xCr_x)₂O₃ позволяет снизить температуру зажигания, содержание Pt и повысить стабильность катализатора. При концентрации Fe₂O₃ менее 15% и Pt менее 0,006% наблюдается проскок углеводородов и снижение рабочей температуры поверхности мата. Увеличение концентрации более 0,01% нецелесообразно, так как не влияет на показатели процесса. Верхний предел по концентрации (Fe_1-xCr_x)₂O₃ обусловлен ограниченными растворимостью соединений железа и водопоглощением мата. При более высоких концентрациях Cr в подложке (х > >0,2) снижается рабочая температура на поверхности мата.

Оценку каталитической активности катализаторов проводили на лабораторном стенде и в каталитическом обогревателе. При испытаниях замеряют время розжига, температуру зажигания и максимальную рабочую температуру на поверхности катализатора. Отходящие газы анализируют хроматографически на оксид углерода и углеводороды. Состав сжигаемого газа: пропан-бутан (бытовой газ). Основным критерием сравнения активности катализаторов служат время и температура розжига. Стабильность катализаторов проверяют по изменению перечисленных параметров при длительной эксплуатации. В таблице приведены результаты испытаний.

П р и м е р 1. Носитель из супертонкого стекловолокна в виде мата толщиной 15 мм пропитывают водным раствором лимонно-аммиачного железа (III), содержащим 43 мг/мл железа, удаляют избыток пропиточного раствора, орошением наносят 2 мл 1%-ного раствора платино-хлористоводородной кислоты. Мат сушат при комнатной температуре в течение 8-12 ч и прокаливают на воздухе при 400^оС 4 ч. Получен катализатор состава, мас. платина 0,006; оксид железа (III) 15; носитель остальное. Результаты анализа и испытаний катализатора приведены в таблице.

Примеры 2, 3, 4 аналогичны примеру 1.

П р и м е р 5. Носитель в виде мата из супертонкого стекловолокна пропитывают раствором, содержащим 88 мг/мл железа и 20 мг/мл хрома. Удаляют избыток пропиточного раствора, затем мат сушат и прокаливают аналогично примеру 1. Результаты анализа и испытаний катализатора приведены в таблице.

Примеры 6, 7 аналогичны примеру 5, однако на пропитанный мат орошением наносят Pt-содержащий раствор аналогично примеру 1. Результаты анализа и испытаний приведены в таблице.

Примеры 8, 9, 10 даны для сравнения и описывают приготовление и испытания катализаторов с запредельными значениями содержания платины.

П р и м е р 11 описывает приготовление известного катализатора согласно [2] Мат из стекловолокна пропитывают коллоидным раствором, содержащим частицы оксида алюминия, и прокаливают при 340^оС. Полученный таким образом носитель, содержащий 5% осажденного оксида алюминия, пропитывают раствором коллоидной платины. Далее его сушат и прокаливают при 600^оС, восстанавливают при 500^оС. Получают катализатор следующего состава, мас. платина 1; оксид алюминия 5; носитель остальное.

П р и м е р 12. Носитель в виде мата из супертонкого стекловолокна пропитывают раствором, содержащим 88 мг/мл железа и 5 мг/мл хрома. Удаляют избыток пропиточного раствора, затем мат сушат и прокаливают аналогично примеру 1. Результаты анализа и испытаний катализатора приведены в таблице.

П р и м е р 13. Аналогичен примеру 12, но содержание хрома в растворе 10 мг/мл.

П р и м е р 14. Аналогичен примеру 12, но содержание хрома в растворе 15 мг/мл.

П р и м е р 15. Носитель в виде мата из муллитокремнеземного фетра (МКРФ-100) пропитывают раствором, содержащим 88 мг/мл железа и 20 мг/мл хрома. Далее аналогично примеру 1.

П р и м е р 16. В качестве носителя используют плиты из кремнеземного волокна (КП-11). Далее аналогично примеру 15.

Результаты испытаний катализаторов приведены в таблице.

Сущность изобретения: катализатор для глубокого окисления углеводородов содержит оксид железа или хромсодержащий твердый раствор на его основе и платину, нанесенные на волокнистый, например кремнеземный, носитель в виде мата при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид железа или хромсодержащий твердый раствор (Fe_1 - xCr_x)₂O₃, где x - 0 - 0,2, 15 - 34; платина 0,006 - 0,10; носитель - остальное. 1 табл.

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ, содержащий оксиды металлов и платину на волокнистом носителе, отличающийся тем, что в качестве оксида металла катализатор содержит оксид железа или хромсодержащий твердый раствор на его основе формулы (Fe_1 - xCr_x)₂O₃, где x = 0 - 0,2, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Платина - 0,006 - 0,010
Оксид железа или хромсодержащий твердый раствор на его основе - 15,0 - 34,0
Носитель - Остальное