СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА Российский патент 2023 года по МПК B01J37/02 B01J37/08 B01J21/18 B01J23/86 B01J23/89 B01J31/22 

Изобретение относится к области производства катализатора на угольных носителях, в частности, к области производства катализатора для поглощения отравляющих веществ (ОВ) и кислых аварийно-химически опасных веществ (кислых газов).

Известен способ получения хемосорбента, включающий пропитку активного угля раствором, содержащим каталитические добавки меди, хрома и серебра в соотношении 1:(0,20-0,40):(0,01-0,03), вылеживание пропитанного угля в течение 2-5 ч при 20-40°С и его термообработку при 120-180°С (см. пат. RU 2023503, кл. С01В 31/08, B01J 20/20, опубл. 30.11.94). Недостатком данного способа является низкая стабильность катализатора (хемосорбента) при хранении и то, что полученный хемосорбент не улавливает кислые газы и ОВ.

Известен способ получения сорбента-катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора, содержащего 0,9-1,3 масс. % триэтилендиамина от суммарного объема пор основы, 0,8-2,0 масс. % бихромата калия и/или 1,0-3,0 масс. % углекислой меди по отношению к массе основы, при этом в качестве основы используют металлосодержащий активный уголь, объем пропиточного раствора составляет 0,8-0,9 от суммарного объема пор основы, а его температура находится в интервале 40-50°С, после пропитки и вылеживания гранулы подвергают термообработке при температуре 110-150°С со скоростью подъема температуры 1-4°С в минуту (см. пат. RU 2236902, кл. B01J 20/20, С01В 31/08, опубл. 27.09.2004). Недостатком данного способа является низкое значение времени защитного действия по хлорциану в условиях высокой относительной влажности воздуха в малых слоях (показатель времени защитного действия по хлорциану в коротком слое 2,5 см при высокой относительной влажности воздуха у сорбента-катализатора составляет 24-27 минут).

Известен способ получения сорбента-катализатора, включающий пропитку зерен основы раствором, содержащим хемосорбционные добавки меди, хрома и серебра, вылеживание зерен и их термообработку, причем используют основу с суммарным объемом пор 0,5-0,7 см³/г, а пропитку ведут раствором триэтилендиамина с концентрацией 0,9-1,5 масс. %, при этом объем раствора составляет 0,95-1,05 объема пор основы, термообработку проводят в атмосфере топочных газов при температуре в слое 120-140°С, дополнительно в раствор добавляют 1,5-2,2 масс. % бихромата калия (см. пат.RU 2202410, кл. B01J 20/20, B01J 23/26, B01J 23/72, опубл. 20.04.2003). Недостатком данного метода является необходимость проведения 2-стадийной пропитки и проведение термообработки в атмосфере топочных газов.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения катализатора, включающий приготовление пропиточного раствора каталитических добавок, содержащего медь, молибден, серебро и триэтилендиамин, пропитку зерен активного угля данным раствором, и их термообработку, при этом активный уголь берут с объемом микропор 0,40-0,55 от общего суммарного объема пор, а пропитанные зерна вылеживают в течение 1,0-2,0 часов, после чего их термообрабатывают в одну стадию при температуре в слое 120-135°С (см. пат. RU 2228902, кл. С01В 31/08, B01J 20/20, B01J21/18, опубл. 20.05.2004). Недостатком данного способа является относительно низкая температура термообработки, не позволяющая получать катализатор с высокими защитными характеристиками.

Техническим результатом (целью) изобретения является получение катализатора, имеющего высокие защитные характеристики по ОВ и кислым газам.

Поставленная цель достигается способом, включающим вакуумирование активного угля, пропитку его с коэффициентом 0,6-1,0 водно-аммиачными растворами солей тяжелых металлов, с последующей термической обработкой вибрируемого слоя пропитанного активного угля в атмосфере воздуха при температуре 150-180°С.

Отличие предложенного способа от наиболее близкого по технической сущности состоит в том, что используют предварительно вакуумированный активный уголь для освобождения пор от воздуха, что обеспечивает равномерное, глубокое и быстрое распределение пропиточного раствора в объеме угля, получение пропитанного активного угля с коэффициентом пропитки 0,6-1,0 и обеспечение стабильной работы катализатора по улавливанию кислых газов и ОВ с высокими эксплуатационными (защитными) характеристиками.

Из научно-технической литературы автору не известен способ получения катализатора с предварительным вакуумированием активного угля перед пропиткой с расчетным коэффициентом 0,6-1,0 и термической обработкой вибрируемого слоя пропитанного активного угля при получении катализаторов для поглощения кислых газов и ОВ.

Вакуумирование активного угля позволяет равномерно распределять в объеме пор активного угля пропиточный раствор с различным содержанием солей тяжелых металлов, катионы которых катализируют процесс поглощения кислых газов и ОВ. Расчетный коэффициент пропитки и использование вибрируемого слоя при термической обработке обеспечивают нанесение необходимого количества каталитических добавок и оптимальные условия для проведения процессов катализа и сорбции, результатом которых является высокий уровень поглощения кислых газов и ОВ. Способ позволяет вести пропитку с коэффициентом в установленном пределе для нанесения необходимого количества каталитических добавок, исключить процесс вылеживания, а также интенсифицировать процесс проведения термообработки путем ее осуществления в вибрируемом слое пропитанного угля при температурах, необходимых для полного разрушения аммиачных комплексов и образования каталитически активных соединений, поглощающих ОВ и кислые газы, без возможных возгораний при термообработке.

Способ осуществляется следующим образом. Берут активный уголь с размером частиц 0,5-1,5 мм и суммарным объемом пор по воде не менее 0,7 см³/г, помещают его в специальный контейнер и с помощью вакуумного насоса создают разрежение 60±5 мм рт.ст. В реакторе с мешалкой готовят водно-аммиачный раствор, содержащий медь, хром, серебро и триэтилендиамин в количестве 11-20% в пересчете на катионы металлов, с последующей подачей его в специальный контейнер с вакуумированным активным углем. Ведут пропитку активного угля подготовленным раствором путем вращения контейнера. Коэффициент пропитки рассчитывают по формуле:

где К_пр. - коэффициент пропитки;

V_p-pa - объем пропиточного раствора на одну пропитку, см³;

m_уг. - масса активного угля на одну пропитку, г;

V_Σ - суммарный объем пор по воде активного угля, см³/г.

Пропитанные гранулы термообрабатывают в вибрируемом слое в атмосфере воздуха при температуре 150-180°С. Полученный катализатор охлаждают и проводят его оценку по показателям времени защитного действия по сероводороду, диоксиду серы, хлорциану.

Пример 1. Берут 1 кг активного угля типа АГ-5 с суммарным объемом пор по воде 0,82 см³/г, вакуумируют. Готовят расчетное количество водно-аммиачного раствора, содержащего медь, хром, серебро и триэтилендиамин в количестве 11-20% в пересчете на катионы металлов.

Вакуумированный уголь пропитывают приготовленным раствором с коэффициентом пропитки, равным 0,84, далее проводят термическую обработку в вибрируемом слое при температуре 160°С.

Параллельно готовят катализатор без вакуумирования с термообработкой в неподвижном слое и в вибрируемом слое (пример 1).

Качество полученного катализатора оценивают по показателям времени защитного действия по сероводороду, диоксиду серы, хлорциану (см. таблицу).

Пример 2. Берут 1 кг активного угля типа RPPA 1008 с суммарным объемом пор по воде, равным 0,7 см³/г, вакуумируют. Готовят расчетное количество водно-аммиачного раствора, содержащего медь, хром, серебро и триэтилендиамин в количестве 11-20% в пересчете на катионы металлов.

Вакуумированный уголь пропитывают приготовленным раствором с коэффициентом пропитки, равным 0,99, далее проводят термическую обработку в вибрируемом слое при температуре 150°С.

Параллельно готовят катализатор без вакуумирования с термообработкой в неподвижном слое и в вибрируемом слое (пример 2).

Качество полученного катализатора оценивают по показателям времени защитного действия по сероводороду, диоксиду серы, хлорциану (см. таблицу).

Пример 3. Берут 1 кг активного угля типа АГ-3П с суммарным объемом пор по воде, равным 1,2 см³/г, вакуумируют. Готовят расчетное количество водно-аммиачного раствора, содержащего медь, хром, серебро и триэтилендиамин в количестве 11-20% в пересчете на катионы металлов.

Вакуумированный уголь пропитывают приготовленным раствором с коэффициентом пропитки, равным 0,63, далее проводят термическую обработку в вибрируемом слое при температуре 170°С.

Параллельно готовят катализатор без вакуумирования с термообработкой в неподвижном слое и в вибрируемом слое (пример 3).

Качество полученного катализатора оценивают по показателям времени защитного действия по сероводороду, диоксиду серы, хлорциану (см. таблицу).

Результаты, полученные при реализации заявленного способа, представлены в таблице. Как следует из полученных данных, каждый из заявленных в совокупности признаков в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, а именно повышение времени защитного действия катализатора по ОВ и кислым газам.

Изобретение относится к области производства катализатора на угольных носителях, в частности к области производства катализатора для поглощения отравляющих веществ (ОВ) и кислых аварийно-химически опасных веществ - кислых газов. Предложен способ получения катализатора, включающий приготовление водно-аммиачного раствора с содержанием каталитических добавок меди, хрома, серебра, а также триэтилендиамина общим количеством 11-20% в пересчете на катионы металлов, пропитку активного угля данным раствором, термическую обработку, при этом перед пропиткой активный уголь вакуумируют, пропитку проводят с коэффициентом 0,6-1,0 в зависимости от качества катализатора, а термическую обработку проводят при температуре 150-180°С в вибрируемом слое до полного превращения аммиачных комплексов металлов в каталитически активные по кислым аварийно-химически опасным веществам - кислым газам и отравляющим веществам (ОВ). Изобретение обеспечивает получение катализатора, имеющего высокие защитные характеристики по ОВ и кислым газам. 1 табл., 3 пр.

Способ получения катализатора, включающий приготовление водно-аммиачного раствора с содержанием каталитических добавок меди, хрома, серебра, а также триэтилендиамина общим количеством 11-20% в пересчете на катионы металлов, пропитку активного угля данным раствором, термическую обработку, при этом перед пропиткой активный уголь вакуумируют, пропитку проводят с коэффициентом 0,6-1,0 в зависимости от качества катализатора, а термическую обработку проводят при температуре 150-180°С в вибрируемом слое до полного превращения аммиачных комплексов металлов в каталитически активные по кислым аварийно-химически опасным веществам - кислым газам и отравляющим веществам (ОВ).