Спосіб виготовлення каталізатора для очищення вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння та відхідних газів промислових підприємств

1. Спосіб виготовлення каталізатора для очищення вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння та відхідних газів промислових підприємств, що включає попереднє прожарювання інертного стільникового блочного носія, нанесення на його поверхню проміжного покриття, нанесення активної фази, сушіння та прожарювання, який відрізняється тим, що нанесення проміжного покриття та активної фази здійснюють одночасно із суспензії, яка містить наступні компоненти, мас. %: беміт 15-25 азотнокислий алюміній 1-2 азотнокислий церій 2-4 азотнокислий європій 1-2 рентгенаморфний діоксид титану 1-2 U 2 (19) 1 3 34059 Недоліком способу є його багатостадійність та значна енергоємність без збільшення активності каталізатора. Відомо також спосіб виготовлення металевого блочного каталізатора стільникової структури для нейтралізації шкідливих викидів, що включає попередню обробку інертного носія, який є блоком з фольги, що містить алюміній, подальше його прожарювання при температурі 850-920°С у потоці повітря або кисню протягом 12-15 годин, нанесення на його поверхню проміжного покриття з модифікованого оксиду алюмінію та одного або декількох каталітично активних металів платинової групи з суспензії при кімнатній температурі [RU №2169614 С1, B01J 37/025, 2000]. Зазначений спосіб приготування каталізатора є багатостадійним та енергоємним. Окреме нанесення благородних металів на носій з проміжним покриттям значно ускладнює технологію процесу та збільшує час приготування каталізатора і часто не приводить до збільшення каталітичної активності тонкошарових нанесених каталізаторів. Недоліком зазначеного способу є також використання як основи суспензії гідроксиду алюмінію з низькою питомою поверхнею та адгезією, що потребує додавання пластифікатора - азотнокислого алюмінію. Найближчим до корисної моделі, що заявляється, є спосіб виготовлення каталізатора для очищення вихлопних газів, згідно з яким носій зі стабілізованою структурою просочують розчином сполук промотору або змішують із суспензією оксидів промоторів, потім здійснюють сушку та прожарювання на повітрі при температурі від 300 до 900°С, після чого прожарений блок просочують розчином сполук активної фази (платини, паладію, родію), висушують та активують у газі, що містить водень, при температурі від 250 до 900°С, а потім наносять на носій активну фазу у формі покриття на інертну підкладку з кераміки або металу у кількості від 25 до 30мас.% у перерахунку на вагу інертної підкладки. При цьому відбувається одночасне використанні частинок визначених неблагородних металів у безпосередній близькості від частинок родію, причому оксид церію вводять до каталізатора на першій стадії як такий, а на другій стадії - крізь розчинну сполуку церію [UA №13035 С1, B01J 23/40, 1997]. Недоліком зазначеного способу є також використання як основи суспензії гідрооксиду алюмінію з низькою питомою поверхнею та адгезією, що потребує додавання пластифікатора - азотнокислого алюмінію, та двостадійне нанесення активної фази на носій з проміжним покриттям, що значно ускладнює технологію процесу, збільшує час приготування каталізатора і часто не сприяє збільшенню каталітичної активності нанесених каталізаторів. В основу корисної моделі поставлено задачу прискорення та спрощення технології виготовлення каталізатора для очищення вихлопних газів двигунів вн утрішнього згоряння та відхідних газів промислових підприємств, підвищення якості покриття та міцності його зчеплення з поверхнею 4 блочного носія без зниження активності каталізатора. Поставлену задачу вирішують тим, що у способі виготовлення каталізатора для очищення вихлопних газів двигунів вн утрішнього згоряння та відхідних газів промислових підприємств, що включає попереднє прожарювання інертного стільникового блочного носія, нанесення на його поверхню проміжного покриття, нанесення активної фази, сушіння та прожарювання, згідно з корисною моделлю, нанесення проміжного покриття та активної фази здійснюють одночасно із суспензії, яка містить наступні компоненти, мас.%: беміт 15-25 азотнокислий алюміній 1-2 азотнокислий церій 2-4 азотнокислий європій 1-2 рентгенаморфний діоксид титану 1-2 25-ний розчин азотнокислого алюмінію 10-20 щонайменше один оксид рідкоземельного металу у перерахунку на метали 1-2 вода : бутиловий спирт у співвідношенні 3-5:1 решта. У способі використовують інертний стільниковий блочний керамічний носій, вибраний з групи, що включає кордієрит, гематит, рутил, карбід кремнію, а його попереднє прожарювання здійснюють при температурі 850-900°С. У способі використовують проміжне покриття з модифікованого оксиду алюмінію. Прожарювання каталізатора здійснюють у потоці повітря при температурі 850-900°С. Беміт має вихідну питому поверхню не менше ніж 300-350м 2/г. Одночасне нанесення проміжного покриття та активної фази на носій зменшує час приготування каталізатора і сприяє збільшенню його каталітичної активності каталізатора. Використання суспензії певного хімічного складу дозволяє за один технологічний цикл одержати термостабільне міцне каталітичне покриття з високою питомою поверхнею, що здатна формувати частинки рідкоземельних металів в ультрадисперсному нанорозмірному стані. Вихід за межі кількісних величин компонентів суспензії призводить до погіршення параметрів проміжного покриття, а саме, до зниження міцності його зчеплення з вихідним носієм. Введення у склад суспензії гідроксиду алюмінію у вигляді його модифікації АlООН (беміт), азотнокислого амонію, рентгенаморфного діоксиду титану та неорганічних солей рідкоземельних металів у вигляді фрактальних розчинів сприяє скороченню часу технологічного процесу та підвищенню міцності каталітичного покриття, що отримують, без зміни питомої каталітичної активності блочного каталізатора. Використання суспензії беміту з високою питомою поверхнею сприяє синтезу ультра дисперсних частинок оксидів рідкоземельних металів, а гамма-оксид алюмінію, який утворюється при термообробці і який термостабілізований оксидом церію та рентгенаморфним діоксидом титану, пе 5 34059 решкоджає їх спіканню та конгломерації, що спричиняє можливість одержання високоякісного каталізатора. Склад суспензії безпосередньо зв'язаний з якістю та кількістю проміжного покриття, яке наносять. Покриття може бути занадто тонким, тоді поверхня буде недостатньо розвинутою для отримання високоякісного каталізатора, або нерівномірним, що призводить до виникнення тріщин у процесі термообробки і, як наслідок, суттєве осипання покриття. Зазначені температурні параметри та послідовність стадій забезпечує оптимальні величини структурних характеристик, зокрема, питомої поверхні каталізатора. Корисна модель ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. Для виготовлення каталізатора використали сталеву стрічку гофрован у та згорнену у блок діаметром і висотою 50мм. У прожарювальній печі металевий блочний носій прожарювали на повітрі при температурі 900°С протягом 3 годин. Після охолодження блок зважили (маса блока 79г) та занурили у суспензію наступного складу, мас.%: беміт (питома поверхня 300м 2/г) 20 азотнокислий алюміній 1 азотнокислий церій 2 азотнокислий європій 2 рентгенаморфний діоксид титану 2 25-ний розчин азотнокислого алюмінію 10 щонайменше один оксид рідкоземельного металу у перерахунку на метали 2 вода : бутиловий спирт у співвідношенні 5:1 решта. Після цього блок виймали, центрифугували протягом 2хв. зі швидкістю обертання 1500об/хв., сушили при східчастому підйомі температури від 6 25 до 120°С. Термообробку блока здійснили при температурі 600°С. Потім блок вивантажили та ваговим методом визначили масу нанесеного каталітичного покриття. Питома поверхня покриття становить 107м 2/г Аl2О 3/. Приклад 2. Для приготування каталізатора взяли циліндричний блок з кордієриту з поздовжніми каналами. У прожарювальній печі блочний носій прожарювали на повітрі при температурі 550°С протягом 3 годин. Далі блок масою 75г обробляли за прикладом 1. Для порівняння одержаний каталізатор випробували на протікання окислювальновідновлювальноі реакції на лабораторній проточній установці за наступних робочих умов, мас.%: концентрація метану 1,5 концентрація оксидів азоту 1,0 вміст кисню 2,0 азот решта. Об'ємна швидкість газового потоку становила 25000 1/год. Експерименти показали, що каталітична активність каталізаторів, виготовлених за способом, що заявляється, більше за каталітичну активність каталізаторів прототипу. У той же час спосіб дозволяє значно знизити час технологічного процесу виготовлення каталізатора через скорочення числа технологічних стадій, знизити витрати електроенергії та трудовитрати і собівартість каталізатора у результаті використання неблагородних та рідкоземельних металів замість благородних при збереженні ефективності очищення вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння та відхідних газів промислових підприємств. Результати експериментів наведені в таблиці. Таблиця Температура Ступінь окислення Ступінь відновлення 50 11 3 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 75 25 11 100 59 14 125 75 27 150 89 43 200 98 78 Підписне 250 100 85 300 100 92 350 100 94 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 400 100 96