СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК B01J37/02 B01J21/14 B01J23/72 B01J23/75 B01J23/26 C10K3/04 

Описание патента на изобретение RU2591955C1

Изобретение относится к области разработки способа приготовления катализатора глубокого окисления CO и органических веществ.

Известен катализатор сжигания топлива (SU 1216862, B01J 23/26, 23.12.1991), представляющий собой оксид алюминия, содержащий хромит магния и оксид алюминия следующего состава: хромит магния 10-26%, оксид алюминия 74-90%. Данный катализатор обладает повышенной термостабильностью и износоустойчивостью, однако в некоторых технологических процессах с повышенными экологическими требованиями активности данного катализатора недостаточно для полного исключения эмиссии оксида углерода [Исмагилов, З.Р. Закономерности глубокого каталитического окисления некоторых классов органических соединений и развитие научных основ каталитического сжигания топлива в каталитических генераторах тепла: Дис. докт. хим. наук: 02.00.15 / Исмагилов З.Р. Ин-т катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. - Новосибирск, 1988. - 502 с. ].

Известен катализатор для сжигания топлива (SU 1295566, B01J 23/86, 18.06.1985), представляющий собой оксид алюминия, содержащий одновременно хромит меди-магния общей формулы: Mg1-xCuхCr2O4, где: x=0.08-0.40. Данный катализатор обладает повышенной термостабильностью, износоустойчивостью и активностью в окислении органических веществ и CO. В качестве носителя для данного катализатора используются сферические гранулы оксида алюминия, полученные по сложной многостадийной технологии методом углеводородно-аммиачного формования. В связи с этим возникает проблема высокой стоимости носителя и, соответственно, катализатора на его основе.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения катализатора сжигания топлива (RU 2496579, B01J 37/10, 27.10.2013). Гранулы мартеновского шлака подвергают обработке парами воды при температуре максимального выделения водорода с последующим нанесением на поверхность шлака компонентов катализатора полного окисления, содержащих оксиды переходных металлов или их смеси. Катализатор обладает высокой механической прочностью и высокой активностью в реакции окисления органических веществ и CO. Однако из-за низкой удельной поверхности носителя активный компонент находится в основном на внешней поверхности. При длительной эксплуатации в режиме кипящего слоя происходит снижение каталитической активности за счет истирания активности активного компонента на поверхности частиц.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в разработке способа приготовления высокопрочных катализаторов, не уступающих по своей активности известным катализаторам глубокого окисления веществ на основе оксидов переходных металлов.

Задача решается использованием способа приготовления катализатора глубокого окисления методом пропитки солями переходных металлов оксидного носителя с последующей сушкой и прокалкой. В качестве оксидного носителя используют гранулы пропанта (или проппанта), состоящие из кварца и силикатов магния, или его модификаций с более развитой пористостью. Модифицирование пропанта проводят предварительной обработкой раствором щелочи с последующей обработкой раствором минеральной кислоты, отмывкой, сушкой и прокалкой.

Предварительную обработку раствором щелочи проводят раствором KOH (или NaOH) мольной концентрации 30-50% в течение 2-4 ч.

Обработку раствором минеральной кислоты проводят раствором HNO3, HCl или H2SO4 с концентрацией 10-30%.

Технический результат заключается в высокой активности и высокой механической прочности заявляемых катализаторов глубокого окисления по сравнению с катализатором, полученным известным способом.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (прототип)

Гранулы дробленого мартеновского шлака с размером частиц 2-3 мм обрабатывают при температуре 700°C парами воды до прекращения интенсивного выделения водорода. Затем гранулы охлаждают. Полученный носитель с удельной поверхностью 0.1 м2/г пропитывают водным 30% раствором бихромата меди, высушивают при 110°C в течение 2 ч и прокаливают при температуре 700°C в течение 2 ч. Содержание активного компонента CuCr2O4 - 3 мас. %.

Активность катализатора в реакции окисления CO определяют на приборе «Хемосорб» импульсным методом по температуре 50% конверсии CO. Температура 50% конверсии составляет 280°C. Механическую прочность на раздавливание катализатора определяют на приборе МП-9С. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 32 МПа.

Пример 2

Гранулы пропанта с удельной поверхностью 0,5 м2/г и диаметром 2-3 мм, состоящие по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащие оксида кремния SiO2 55 мас. %, оксида магния MgO 32 мас. %, пропитывают раствором бихромата меди, высушивают при 110°C в течение 2 ч и прокаливают при температуре 700°C в течение 2 ч.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 3 мас. %. Температура 50% конверсии составляла 320°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 70 МПа.

Пример 3

Гранулы пропанта диаметром 2-3 мм обрабатывают раствором KOH (мольная доля KOH в растворе составляет 40%), в течение 3 ч (при температуре, близкой к температуре кипения раствора), после охлаждения промывают дистиллированной водой до нейтрального pH и обрабатывают избытком 20% раствора азотной кислотой. Промывают дистиллированной водой до нейтрального pH, сушат при 110°C в течение 2 ч. Полученные гранулы носителя с удельной поверхностью 15 м2/г, состоящие по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащие SiO2 50 мас. %, MgO 31 мас. %, пропитывают раствором бихромата меди, сушат при 100°C в течение 3 ч и прокаливают при 600°C в течение 4 ч.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. %. Температура 50% конверсии - 225°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 49 МПа.

Пример 4

Аналогичен примеру 3. Мольная доля KOH в растворе составляет 30%. Удельная поверхность носителя - 10 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 49 мас. %, MgO 28 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 5 мас. %. Температура 50% конверсии - 245°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 58 МПа.

Пример 5

Аналогичен примеру 3. Мольная доля KOH в растворе составляет 50%. Удельная поверхность носителя - 14 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 50 мас. %, MgO 32 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. %. Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 48 МПа.

Пример 6

Аналогичен примеру 3. Концентрация азотной кислоты составляет 10%. Удельная поверхность носителя - 13 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 51 мас. %, MgO 30 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. %. Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 52 МПа.

Пример 7

Аналогичен примеру 3. Концентрация азотной кислоты составляет 30%. Удельная поверхность носителя - 14 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 52 мас. %, MgO 32 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 225°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 54 МПа.

Пример 8

Аналогичен примеру 3. Вместо раствора бихромата меди используют раствор нитрата меди (II). Удельная поверхность носителя 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 49 мас. %, MgO 29 мас. %.

Содержание активного компонента CuO - 5 мас. % Температура 50% конверсии - 215°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 53 МПа.

Пример 9

Аналогичен примеру 3. Вместо концентрированного раствора бихромата меди используют раствор нитрата кобальта. Удельная поверхность носителя - 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 48 мас. %, MgO 30 мас. %.

Содержание активного компонента Co3O4 - 4 мас. % Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 50 МПа.

Пример 10

Аналогичен примеру 3. Время обработки раствором КОН составляет 2 ч. Удельная поверхность носителя - 11 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 50 мас. %, MgO 29 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 5 мас. % Температура 50% конверсии - 265°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 54 МПа.

Пример 11

Аналогичен примеру 3. Время обработки раствором KOH составляет 4 ч. Удельная поверхность носителя - 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 55 мас. %, MgO 32 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 50 МПа.

Пример 12

Аналогичен примеру 3. Вместо раствора KOH используют раствор NaOH. Удельная поверхность носителя - 14 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 50 мас. %, MgO 30 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 235°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 51 МПа.

Пример 13

Аналогичен примеру 3. Вместо раствора азотной кислоты используют раствор соляной кислоты. Удельная поверхность носителя - 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 51 мас. %, MgO 28 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 49 МПа.

Пример 14

Аналогичен примеру 3. Вместо раствора азотной кислоты используют раствор серной кислоты. Удельная поверхность носителя - 14 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 50 мас. %, MgO 31 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 52 МПа.

Пример 15

Аналогичен примеру 3. Вместо концентрированного раствора бихромата меди используют смесь растворов нитрата кобальта и бихромата меди. Удельная поверхность носителя - 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 48 мас. %, MgO 30 мас. %.

Содержание активного компонента Co3O4 - 2 мас. %, CuCr2O4 - 3 мас. %. Температура 50% конверсии - 225°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 50 МПа.

Сравнительные характеристики катализаторов глубокого окисления на основе пропанта и его модификаций, прототипа (катализатор глубокого окисления на основе модифицированного мартеновского шлака) приведены в Таблице.

Приведенные примеры показывают, что катализаторы глубокого окисления, приготовленные на основе пропанта и его модификаций, по активности не уступают известным катализаторам глубокого окисления. При этом прочность заявляемых катализаторов более чем в 1,5 раза превышает прочность известных катализаторов глубокого окисления.

Похожие патенты RU2591955C1

название год авторы номер документа
КАТАЛИЗАТОР ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ 2015
  • Федоров Александр Викторович
  • Языков Николай Алексеевич
  • Яковлев Вадим Анатольевич
  • Ермаков Дмитрий Юрьевич
  • Симонов Александр Дмитриевич
  • Пармон Валентин Николаевич
RU2577253C1
КАТАЛИЗАТОР ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ И СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ИЛОВОГО ОСАДКА КОММУНАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ 2020
  • Федоров Александр Викторович
  • Ермаков Дмитрий Юрьевич
  • Дубинин Юрий Владимирович
  • Языков Николай Алексеевич
  • Яковлев Вадим Анатольевич
RU2750801C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ И СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ИЛОВОГО ОСАДКА КОММУНАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ 2020
  • Федоров Александр Викторович
  • Ермаков Дмитрий Юрьевич
  • Дубинин Юрий Владимирович
  • Языков Николай Алексеевич
  • Яковлев Вадим Анатольевич
RU2750802C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ И СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ИЛОВОГО ОСАДКА КОММУНАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ 2020
  • Федоров Александр Викторович
  • Ермаков Дмитрий Юрьевич
  • Дубинин Юрий Владимирович
  • Языков Николай Алексеевич
  • Яковлев Вадим Анатольевич
RU2750800C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ И СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ИЛОВОГО ОСАДКА КОММУНАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ 2020
  • Федоров Александр Викторович
  • Ермаков Дмитрий Юрьевич
  • Дубинин Юрий Владимирович
  • Языков Николай Алексеевич
  • Яковлев Вадим Анатольевич
RU2750799C1
КЕРАМИЧЕСКИЙ РАСКЛИНИВАЮЩИЙ АГЕНТ И ЕГО СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2016
  • Русинов Павел Геннадьевич
  • Балашов Алексей Владимирович
RU2694363C1
Керамический расклинивающий агент 2019
  • Пейчев Виктор Георгиевич
  • Плотников Василий Александрович
  • Шмотьев Сергей Фёдорович
  • Плинер Сергей Юрьевич
  • Рожков Евгений Васильевич
  • Сычёв Вячеслав Михайлович
RU2744130C2
СОСТАВ КЕРАМИЧЕСКОГО СЛОЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И ДРУГИХ ИЗДЕЛИЙ 2014
  • Стефаньски Збигниев
  • Карвински Александер
  • Издебска-Шанда Ирена
RU2603402C2
КЕРАМИЧЕСКИЙ РАСКЛИНИВАЮЩИЙ АГЕНТ И ЕГО СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2016
  • Русинов Павел Геннадьевич
  • Балашов Алексей Владимирович
RU2615563C9
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХРОМСОДЕРЖАЩЕГО МОНОЛИТНОГО КАТАЛИЗАТОРА СОТОВОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ПОЛНОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ И МОНООКСИДА УГЛЕРОДА 1987
  • Коротких О.В.
  • Баранник Г.Б.
  • Исмагилов З.Р.
  • Замараев К.И.
  • Фомичев Ю.В.
  • Деменкова Е.П.
  • Суриков В.А.
  • Пучинян С.И.
SU1839335A1

Реферат патента 2016 года СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ

Изобретение относится к области разработки способов приготовления катализаторов глубокого окисления CO и органических веществ. Описан способ приготовления катализатора глубокого окисления. Оксидный носитель пропитывают солями переходных металлов, затем сушат и прокаливают. В качестве носителя используют гранулы пропанта, состоящие из кварца и силикатов магния, или его модификации с более развитой пористостью. Модифицирование пропанта проводят путем предварительной обработки раствором щелочи с последующей обработкой раствором минеральной кислоты, отмывкой, сушкой, прокалкой. Технический результат - высокая активность и высокая механическая прочность катализатора глубокого окисления. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 пр.

Формула изобретения RU 2 591 955 C1

1. Способ приготовления катализатора глубокого окисления методом пропитки солями переходных металлов оксидного носителя с последующей сушкой и прокалкой, отличающийся тем, что в качестве оксидного носителя используют гранулы пропанта, состоящие из кварца и силикатов магния, или его модификаций с более развитой пористостью.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модифицирование пропанта, состоящего из кварца и силикатов магния, проводят предварительной обработкой раствором щелочи с последующей обработкой раствором минеральной кислоты, отмывкой, сушкой и прокалкой.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что предварительную обработку раствором щелочи проводят раствором KOH или NaOH мольной концентрации 30-50%.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что обработку раствором минеральной кислоты проводят раствором HNO3, HCl или H2SO4 с концентрацией 10-30%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2591955C1

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ 2012
  • Симонов Александр Дмитриевич
  • Дубинин Юрий Владимирович
  • Языков Николай Алексеевич
  • Яковлев Вадим Анатольевич
  • Федоров Игорь Анатольевич
  • Пармон Валентин Николаевич
RU2496579C1
Катализатор для сжигания топлива 1984
  • Исмагилов З.Р.
  • Баранник Г.Б.
  • Кириченко О.А.
  • Калугина И.В.
  • Локотко Л.Ф.
  • Садовникова М.А.
  • Тихова А.С.
  • Ушаков В.А.
  • Мулина Т.В.
  • Аладко Е.Я.
SU1216862A1
JP 2001220108 A, 14.08.2001
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОГО ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ОКСИДА УГЛЕРОДА В ГАЗОВЫХ ВЫБРОСАХ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2001
  • Мулина Т.В.
  • Борисова Т.В.
  • Мельникова О.М.
  • Акимов В.М.
RU2188707C1

RU 2 591 955 C1

Авторы

Федоров Александр Викторович

Ермаков Дмитрий Юрьевич

Яковлев Вадим Анатольевич

Языков Николай Алексеевич

Симонов Александр Дмитриевич

Пармон Валентин Николаевич

Даты

2016-07-20Публикация

2015-03-25Подача