Катализатор для окисления окиси углерода и газообразных углеводородов и способ его приготовления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) За леио 25.07.79 (21) 2837803/23-04 с присоединением заявки М— (23) Приоритет к

Опубликовано 23.08.81. Бюллетень М 31

Дата опубликовании описания 26.08.81

«tt 856538

Союз Советских

Социалистических

Раеттубпми (51)N. Кл.

В 01 Х23/24

В 01 Х37/04

С 10К 1/34

Ввуйврвт ей кемитет

CCCP ав делам изевретенкк и етхрмтхй (53j УДК 66.097..3(088.8) Э. р. рИвркив, Т. С. Ксвнофонговв, А. Г,-СИввргивов, р. р. кириков

Авторы (54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ОКИСИ УГЛЕРОДА И ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ И СПОСОБ

ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к производству катализаторов, применяемых для окисления газообразных органических вешеств и окиси углерода, в частности для очистки газов промьпиленных производств и выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также для получения тепла в каталитических нагревательных приборах.

Известен катализатор для глубокого окисления газообразных органических веществ, содержаший в качестве каталити16 ческих активных соединений, вес.%: соединения марганца, никеля, меди 5070 вес.%, а в качестве носителя-цементное или глинистое связующее 20-50(1)и (2

l$

Известный катализатор готовят смеше« кием указанных компонентов с последующим увлажнением, фармованием, сушкой и, в случае использования в качестве свя зующего цемента - повторной обработкой водой до полного отвердения, и прокалкой.

Полученные катализаторы характеризуются высокой механической прочностью и термической устойчивостью.

Недостатки известного катализатора, представляющего собой оцементированные агломераты - низкая газопроницаемость, большая обьемная масса, высокое содержание неэффективно используемых каталитически активных соединений, многостадийность и длительность процесса затвердевания контактной массы.

Наиболее близким я предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту являетси катализатор для окисления газов, включающий двуокись марганца и соединения переходных металлов 1У периода, тесмостойкое минеральное волокно и связующее при следующем соотношении ингредиентов, вес.%: двуокись марганца

45-75, raapooaacb железа 5-15%, гидрокснкарбонат меди 2-10, алюминат кальция (или цемент) 15-25, минеральное волокно - Остальное (3).

Способ приготовления eraro катализатора заключается в смешении двуокиси марганца и соединений переходных металлов 1У периода и термостойкого минераль856838

4 ного волокна в присутствии воды с последующим формованием смеси, в присутствии связующего, сушкой, повторной обработкой водой до полного отвердения и прокаливанием при 220-850 С в течение 1-5 ч.

При этом в качестве термосгойкого минерального волокна используют кремнеземное, коаляновое, металлическое и стекловолокно диаметром, 0,5 мм.

Недостатки катализатора — низкая га- »о зопроницаемость (К»-80-100 см /с см

Э магм) и бог ьшая объемная масса (более

1500 кгlм ), в результате чего ухудшаются эксплуатационные свойства катализаторовв, в часгностя снижается актив- »5 ность

Недостатком способа приготовления этого катализатора является его сложность, обусловленная необходимостью проведения повторной обработки водой до 2о полного отвердевания кагализаторной массы.

Бель - повышение газопроницаемости и уменьшения объемной массы катализагара и упрощение способа его приготовления.

Поставленная цель достигается тем, что катализатор для окисления окиси углерода и н-бутана включает двуокись марганца и соединение переходного металла зо

1У периода — окись хрома, термостойкое минеральное волокно и связующее Ис»вЂ” бентонит при следующем соотношении ингредиентов, вес.%: двуокись марганца 20-40 35

Окись хрома 5-20

Щ -бентон иг 9-15

Минеральное волокно Остальное

Способ приготовления этого кагапизатсра достигается приготовлением ката- 4о лизатора путем смешеняя двуокиси марганца, соединения переходного металла

1У периода, в качестве которого используют окись хрома, и термосгойкого волокна диаметром 5-9 мкм сухим способом 4 с одновременной грануляцией смеси, пооледующим формованием в присутствии связующего, в качестве которого используют

Ма-бентонит, влажностью 85-94%,и термообрабогкой.

Отличительными признаками катализатора являются содержание в качестве соединений переходных мегаллов двуокиси марганца и окиси хрома, а в качестве связующего «Кс» - бенгонята при определенном соотношения ингредиентов.

Отличягельными признаками способа по данному изобретению являются использование двуокиси марганца, окиси хрома и Мс»-бентонита влажностью 85-94% в качестве соединений переходных металлов и связующего и проведение смешения двуокиси марганца и окиси хрома с волокном диаметром 5-9 мкм сухим способом с одновременной грануляцией смеси.

Преимуществами предложенного катализатора является его более высокая сравнительно с известным катализатором газопроницаемость и меньшая объемная масса. Так, сформованный в виде плит катализатор толщиной 10 мм имеет коэффициент газопроницаемости З20-1000 см /

/с ° см атм при объемной массе 370700 кгlм

"3

Преимуществом предложенного способа является его упрощение, т.е. исключение стадии повторной обработки водой до полного огвердевания кагализагсрной массы.

Повышение газопроницаемости и снижение объемной массы катализатора достигается как за счет увеличения пористости, что обеспечивается введением 2565 масс.% гранулярованных минеральных волокон, так и за счет снижения доли каталитически активных соединений и связующего.

Для приготовления катализатора используют различные виды минеральных волокон: кремнеземное, каолиновое и стекловолокно. Температуросгойкость катализаторов, приготовленных на основе кремнеземного и каолинового волокна до

1000 С, а на основе стекловолокна — до о

600 С.

Выбор диаметра применяемъ»х волокон обусловлен границами способности волокон к грануляции: волокна с диаметром ниже

5 мк не сворачиваются в гранулы, волокна же с диаметром выше 9 мк при грануляции ломаются.

Выбор в качестве связующего Ир-бентонита обусловлен тем, что он не оказывает вредного влияния на минеральные волокна, Кс»-бентонит получали яз бентонита известным способом (23.

1 йиапазон влажности Ис»-бентон игового связующего 85-94% выбран исходя из оптимального ca»»ebtsalou»eFo эффекта, обус ловленного сочетанием двух факторов: равномерного распределения связуюп»его и достаточного его содержания. Иа-бейтонит с влажностью меньше 85% обладает ограФ ниченной проникающей способностью и не обеспечивает связывания волокон и частиц внутри гранул. При влажности бентонита

В вылив 94% наблюдается переувлажцоняс

38 6

Пример 2. Катализатор пригото»° .,;Юг по примеру 1, только исходные компоненты берут в следующих количест»ах, вес.ч.:

Йвуокись марганца 18,7

Окись хрома 6,3

Стеклов олокн о 27,4 па -бентониг, влажностью 85% 47,4 и влажные плиты сушат при 200 до постоянного ве а.

Получают катализатор следующего состава, вес.%: двуокись марганца 31,5

Окись хрома 10,5

Стенловолокно 46,0

)(ц-бентонит 12,0

Коэффкциент газопроницаемости катализатора 580-650 см /с см атм, объемная масса 510-525 кгlм .

Активность катализатора определяется так же, как в примере 1. Полному пре» вращению окиси углерода соответствует температура 300 С, н-бутан практически о полностью окисляется при 3;25 С.

Пример 3. Катализатор приготовляют по примеру 1, только исходные компоненты берут в следующих количествах, вес.ч.:

Двуокись марганца

Окись хрома

Каолиновое волокно

Цс1-бент он иг влажностью 94% 73,5 и для удаления влаги плиты cymar ttpu

200оС.

Получают катализатор следукхаего состава, весЛ:

Двуокись марганца 40

Окись хрома 20

Каолкновое волокно

Яц-бентон кт 15

Коэффициент газопроницаемостк катализатора 320-350 см /с см.атм, объемная масса 700 кг/м, температуры пол3 ного превращения окиси углерода и н-буо . тана соответственно равны 290 и 320 С. . °

Для выяснения воэможности использования предлагаемого катализатора для . беспламенного сжигания углеводородного топлива в каталитических нагревательных приборах были проведены испытания образцов катализаторов на подногу окисления бензина Б-70, имекхцего следующий химический состав, вес.%:

Ароматические углеводороды 1 1,0

Нафтены

3 1

Парафины, ; .1

12,7

6,1

7,4

1,5

18,0

Остальнм

Н-бутан

Кислород

Гелий

Практически полное превращение окиси углерода в углекислый гю к воду достигается на предлагаемом катализаторе tiptt скорости газового потока 15000 ч- при температуре 325 С. Н-бутан практическк полностью окисляется в углекислый газ и воду при 345 С и скорости потока газ вой смеси 1500 ч .

5 8565 формовочной массы и дегрануляция волокон.

Пример 1. В смесигель, представляющий собой двухвальную чегырехлопасгную растворомешалку, загружают

34,5 вес.ч. кремнеземного волокна (КВ11) йиной 4-6 см и диаметром 5-9мкм, порошкообразную смесь двуокиси марганца (10,5 вес.ч.) и окиси хрома(2,6вес.ч.) и геремешкваюг. со скоростью 50-70 об 10

/мин до образования гранул веретенообразной формы в теченке 5-7 мин.

Затем полученные сухие гранулы, представляющие собой сл4есь кагалитически активных компонентов с кремнеземным волокном, пропктывают связующим, для чего добавляют в смеситель 52,4 вес.ч. водной суспензия Na-бентонита влажностью 91% к вновь перемешивают массу до полной пропитки гранул и получения од- 20 народного состава.

Йпя получения каталкзатора из готовой формовочной массы ее выкладываюг на металлические поддоны, в которых мегодом подпрессовки и проката массе прида- 25 юг форму плиты толщиной 10 мм. Влажо ные плиты cymar при температуре 150 С до постоянного веса.

Получают катализатор следующего состава, вес.%: 30 двуокись марганца )0

Окись хрома

Кремнеземное волокно 66

Ио бентонит <)

Объемная масса катализатора состав- а5 ляет 370 нгlм, коэффициент газопрониЭ цаемости 800-1000 см /с-см атм..Этот катализатор был испытан в реакциях окисления окиси углерода к сжигания н-бутана в лабораторной установке проточного ти- 40 . па при следующих составах реакционной смеси, обЛ:

Окись углерода 0,8

Кислород 3,5

Гелий Остальное

7 Ы68М 8

Образцы катализаторов сформованы в дом с помощью универсального газоаналивиде круглых насадок с диаметром 120мм затора УГ-2, и тещиной 15 мм. Испытания проводятся В таблице приведена характеристика в макете «аталитического натревательного предлагаемых катализаторов в процессе прибора. окисления бензина Б-70, Полнота окисления бензина на иснытуе Полученные результаты показывают, мом катализаторе оценивается но содержа- что на катализатарах, приготовленных пренив окис» углерода и непрареагировавшнх длагаемым способом, происходит практичеуглеводородов в отходящих газах. Концент- ски полное глубокое окисление углеводорорация окиси углерода и углеводародов оп- о дов различного строения, входящих в соре6еляется линейно-коларистическим Mего- став бензина.

О3 о о о

l оO Oo

O ОО о

О.8

ОО О

<АД о о î 1

4 8 х л

4D о

g,Я

„8

I .й

Ф а о

CL

О

О О

О

tQ ф

8 е о

Щ о о о о cv

С4 о

Ф (Д. Щ Й ф Й о

Ф О с

Я е д ж

Л Ю ц

Ф 1 р О м а о

Д 3.Д 4

Ц

Ф

Ц о

Ф

1 о

Я и

О Ф

М Щ о

CL и

О Ф

0)

Ы о ф Ы

Я Ж

Ф

8М538

0O O оо о оо

„d d4 4 о ао о о о о

o" о о

3 а О

0Q „. Ч о"

О" O 8 о с) б

O O о ч О сЧ

tl M683S 12

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я - окиси марганца, соединения переходного металла 1У периода Ф repaeocraOaaao ми1. Катализатор для окисления окиси уг- нерального всщокна с посиедующим фсрмо лерода и газообразных углеводородов, вклю- ваннам смеси в присутствии связующего чающий двуокись марганца и соединение - и термообработкой. о т л и ч а ю щ и йпереходного металла 1У периода, термо- с я тем, что, с целью упрощения способа, стойкое минеральное волокно и связующее, ° в качестве соединения переходного мета»- о r n i ч а ю шийся тем, что, с це- ла используют окись хрома, а в качестлью повьпиения газопроницаемости и уме- ве связующего «Яц «бентонит влажно ньшения обьемной массы катализатора, gg стью 85-94%, и смешение двуокиси марв качестве соединения переходного метал- ганца и окиси хрома с волокном диамет« ла он содержит окись хрома, а в качест- ром 5-9 мкм ведут сухим способом с одне связующего - Ha - бентонит, trps сле- новременной грануляцией смеси. дующем соотношении ингредиентов, sec.%: Источники информации, Двуокись марганца 20-40 )5 рння во внимание при экспертизе

Окись хрома 5-20 1. Патент СССР %469234, 80-бентон ит -15 кл. 8 01 Ю 23/34, 1971.

Минеральное волокно Остальное 2. Авторское свидетельство СССР

2. Способ приготовления катализатора Q 551313, кл, С 04 В 43/02, 1977. для окисления окиси углерода и газообраз- g0 3. Патент Великобритании % 1495101, ных углеводородов путем смешения дву кл. В 01 Х 23/84,1977 (прототип).

Состав @ель Т. Белослюдова

Редактор М. Ликович Гехред М. 1 оштуРа Ксррект М. Йемчик

Заказ 7056/7 Тираж 567 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета CCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,. 4