СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ОКСИДА УГЛЕРОДА Российский патент 2006 года по МПК B01J37/25 B01D53/62 B01D53/72 

Предлагаемое изобретение относится к области производства катализаторов, которые могут быть использованы для очистки выхлопных газов от автомобильного транспорта, выбрасываемых газов от окрасочных камер и других производственных установок, где выбрасываемые газы в атмосферу содержат вредные органические вещества и оксид углерода.

Известен катализатор для очистки газовых выбросов от вредных примесей (Патент РФ 2062144, Бюл. №18, 1994), состоящий из никелькобальтовой шпинели, оксида никеля и оксида алюминия. Известен катализатор глубокого окисления органических соединений и оксида углерода (Патент РФ 2063803, Бюл. №20, 1996), состоящий из оксидов марганца и алюминия.

Способ получения данных катализаторов имеет трудоемкую и сложную технологию, поэтому себестоимость таких катализаторов достаточно высокая.

Известен способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода (Патент РФ 2068298, Бюл. №30, 1996). Катализатор получают следующим образом: вначале готовят связующий раствор, состоящий из оксидов алюминия, хрома (III) и ангидрида ортофосфорной кислоты, затем готовят каталитически активную шихту, состоящую из оксидов хрома (III), меди (II) и бария. Далее готовят водную суспензию, включающую связующий материал и шихту, которой покрывают металлическую поверхность. После подсушки покрытия на воздухе на ее влажную поверхность наносят тонкий слой мелкодисперсного высокоактивного алюмоплатинового катализатора.

Недостатком данного способа получения катализатора являются:

- сложность технологического процесса;

- высокая стоимость алюмоплатинового катализатора;

- высокая себестоимость получаемого катализатора.

Известен способ получения катализатора для очистки от органических веществ и оксида углерода, выбранный за прототип (Патент РФ 2131772, Бюл. №17, 1999). Катализатор получают нанесением покрытия на поверхность металла, или стеклоткани, или керамики методом окунания в суспензию, содержащую оксиды хрома (VI), хрома (III) и марганца (IV) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид хрома (VI) 18-20оксид хрома (III) 18-20оксид марганца (IV) 30-32вода деминерализованная остальное,

с последующей сушкой при температуре более 80°С в течение не менее 4 ч и прокалкой при температуре 300-400°С в течение 1 ч.

Недостатком данного способа получения катализатора являются:

- применение в технологии получения катализатора сильноагрессивного и токсичного вещества - ангидрида хромовой кислоты;

- невысокие твердость, пластичность и адгезия каталитического покрытия.

Задачами способа получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода являются создание безопасных и безвредных условий получения катализатора, повышение твердости, пластичности и адгезии каталитического покрытия к покрываемой поверхности, увеличение срока эксплуатации катализатора с сохранением его каталитической эффективности, снижение себестоимости катализатора.

Указанные задачи достигаются тем, что предварительно на поверхность металла или металла и стеклоткани наносят слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,6-3,0, затем на влажную поверхность покрытия напыляют смесь оксидов переходных металлов следующего состава, мас.%:

оксид хрома (III) 18-35оксид марганца (IV) 18-35оксид алюминия остальное

или состава, мас.%:

оксид меди (II) 5-15оксид хрома (III) 10-15оксид алюминия остальное

или состава, мас.%:

оксид меди (II) 12-35оксид алюминия остальное

причем дисперсность частиц составляет не более 80мкм, затем формируют каталитическое покрытие плавной ступенчатой термообработкой с выдержкой через каждые 50°С, начиная от 50°С до 400°С, в течение 0,3-0,4 часа на каждой ступени, а при 400°С выдерживают в течение 2-2,5 часов.

Перед нанесением слоя жидкого натриевого стекла на металлическую поверхность производят ее очистку механическим способом и гофрирование на прессе.

Гофрированную металлическую ленту и ленту из стеклоткани после нанесения слоя жидкого натриевого стекла и напыления смеси оксидов переходных металлов сушат на воздухе в течение суток, затем сматывают в рулон таким образом, чтобы стеклоткань с каталитическим покрытием была расположена между слоями гофрированной металлической ленты с каталитическим покрытием.

Если требуется изготовить катализатор полностью из металлической ленты, тогда ленту из стеклоткани заменяют на металлическую ленту.

Совокупность признаков заявляемого технического решения - способа получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода имеет отличие от прототипа и не следуют явным образом из изученного уровня техники, поэтому автор считает, что способ является новым и имеет изобретательский уровень.

Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода позволяет производить по низкой себестоимости каталитические фильтры для очистки выхлопных газов автомобильного транспорта от вредных веществ или каталитических фильтров для очистки выбрасываемых газов в атмосферу от органических веществ и оксида углерода от различных производственных установок и эффективно их эксплуатировать в течение длительного времени. Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода осуществляют следующим образом.

Пример.

Ленту стали 12.18H10Т толщиной 0,15 мм и шириной 35 мм очистили с двух сторон наждачной бумагой, затем произвели гофрирование на прессе. На гофрированную стальную ленту и ленту из стеклоткани шириной 35 мм и толщиной 0,25 мм нанесли с обеих сторон слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,61-3,0 (ГОСТ 13078 марка Б), затем на гофрированную стальную ленту и ленту из стеклоткани, имеющих влажное покрытие жидким натриевым стеклом, напылили с обеих сторон слой смеси оксидов переходных металлов, имеющих следующие составы и соотношения компонентов:

Первый вариант

 Соотношение компонентов, мас.%Оксид хрома (III)183515402520Оксид марганца (IV)183525251540Оксид алюминия643060356040

Второй вариант

 Соотношение компонентов, мас.%Оксид меди (II)5154171010Оксид хрома (III)15101515820Оксид алюминия807581688270

Третий вариант

 Соотношение компонентов, мас.%Оксид меди (II)12351040Оксид алюминия82659060

Во всех опытах дисперсность оксидов переходных металлов составляла 20-80 мкм.

Ленты с покрытием выдерживали в комнатных условиях в течение суток, затем производили смотку гофрированной стальной ленты и ленты из стеклоткани в рулон таким образом, что лента из стеклоткани находилась между слоями гофрированной стальной полосы.

Полученные образцы катализаторов связывали нихромовой проволокой. Образцы катализаторов имели размеры: диаметр - 30 мм, высота - 35 мм. Образцы катализаторов подвергли термообработке в муфельной печи с остановками на 25 минут через каждые 50°С, начиная с 50°С и до 400°С, а при 400°С образцы выдержали в течение 2 часов. После термообработки образцы охладили в комнатных условиях. Образцы катализаторов испытали на очистку газа от ксилола и оксида углерода. Концентрация ксилола в газе составляла 0,25 об.%, оксида углерода - 0,15 об.%. Температура газа и катализатора составляла 360-380°С. Удельная объемная скорость газового потока через образец катализатора составляла 1,8·10⁴ ч^-1.

Опыты по испытанию образцов катализаторов были проведены с целью определения влияния граничных технологических параметров способа получения катализатора на его каталитическую эффективность. Полученные результаты по первому варианту сведены в таблицу 1, по второму варианту - в таблицу 2, по третьему варианту - в таблицу 3.

При испытании образцов катализаторов, изготовленных полностью из металлической ленты, причем лента из стеклоткани была заменена на металлическую ленту толщиной 0,25 мм, получены результаты по каталитической активности, практически одинаковые с результатами, полученными в примере 1.

Таблица 1
Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра№ опытовСоотношение оксидов хрома (III), марганца (IV) и алюминия, мас.%Дисперсность оксидов хрома (III), марганца (IV) и алюминия, мкмКаталитическая эффективность фильтра, %Cr₂O₃MnO₂Al₂O₃По ксилолуПо оксиду углерода118186420-8092,690,1235353020-8094,892,7315256020-8090,889,9440253520-8092,191,0525156020-8089,388,2620404020-8093,591,8

Таблица 2
Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра№ опытов, Соотношение оксидов меди (II), хрома (III), алюминия, мас.%Дисперсность оксидов меди (II), хрома (III) и алюминия, мкмКаталитическая эффективность фильтра, % CuOCr₂O₃Al₂O₃ по ксилолупо оксиду углерода15158020-8093,791,9215107520-8094,392,734158120-8090,189,3417156820-8092,190,851088220-8090,289,5610207020-8091,389,2

Таблица 3
Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра№ опытовСоотношение оксидов меди (II) и алюминия, мас.%Дисперсность оксидов меди (II) и алюминия, мкмКаталитическая эффективность фильтра, % CuOAl₂O₃ по ксилолупо оксиду углерода1128820-8091,788,92356520-8093,389,73109020-8088,487,64406020-8090,388,1

Каталитическая эффективность фильтров составляет 90-94%. Технический результат - упрощение технологического процесса получения катализатора и снижение его себестоимости.

Описывается способ получения катализатора нанесением первоначально жидкого натриевого стекла на металлическую или стеклотканевую поверхность, затем на влажную поверхность покрытия напыляют смесь оксидов переходных металлов, имеющих следующий состав и соотношение компонентов, мас.%: оксид хрома (III) - 18-35, оксид марганца (IV) - 18-35, оксид алюминия - остальное, или оксид меди (II) - 5-15, оксид хрома (III) - 10-15, оксид алюминия - остальное, или оксид меди (II) - 12-35, оксид алюминия - остальное, а затем покрытие сушат на воздухе в течение суток, затем осуществляют формирование его плавной ступенчатой термообработкой до температуры 400°С и при этой температуре выдерживают 2-2,5 часа. Техническим результатом является получение катализатора с увеличенным сроком эксплуатации с сохранением его каталитической эффективности. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода, включающий нанесение на поверхность металла, стеклоткани покрытия, содержащего оксиды металлов, сушку и последующую термообработку покрытия, отличающийся тем, что предварительно на поверхность металла и стеклоткани наносят слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,6-3,0, затем на влажную поверхность покрытия напыляют смесь оксидов переходных металлов следующего состава, мас.%:

Оксид хрома (III)18-35Оксид марганца (IV)18-35Оксид алюминия Остальноеили состава, мас.%: Оксид меди (II)5-15 Оксид хрома (III)10-15Оксид алюминия Остальноеили состава, мас.%: Оксид меди (II)12-35Оксид алюминия Остальное

причем дисперсность частиц составляет не более 80 мкм, формируют каталитическое покрытие плавной ступенчатой термообработкой с выдержкой через каждые 50°С, начиная от температуры 50 до 400°С, в течение 0,3-0,4 ч, а при температуре 400°С выдерживают в течение 2-2,5 ч.