Процес виготовлення каталізатора на волокнистому носії для окиснення газоподібних вуглеводнів

1. Процес виготовлення каталізатора на волокнистому носії для глибокого окиснення газоподібних вуглеводнів шляхом просочування носія розчинами солей кобальту та хрому, наступного висушування та прожарювання, який відрізняється тим, що просочувальний розчин додатково містить сполуки платини або паладію, а висушування каталізатора після просочування здійснюється у дві стадії. 2. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що 3 35851 ваг. %) у співвідношенні Сr2О3:Со3О4=1,8-2,2. Виготовлення каталізатора здійснюється шляхом просочування прожареної кремнеземної плити розчинами азотнокислих солей хрому і кобальту відповідної концентрації. Після просочування каталізатор висушують при температурах 50-110°С і 250°С та прожарюють при Т=500-550°С. Каталізатор призначений для повного окиснення метану у дослідно-промислових нагрівачах, що працюють на природному газі. Недоліком такого каталізатора є його низька каталітична активність в реакціях окиснення метану (ступінь перетворення не перевищує 86%), високий вміст активної фази (до 60 ваг. %) і обмежений ресурс роботи внаслідок дезактивації оксидної фази та відновлення її до оксидів низької валентності і металів. Тому досить актуальним є розробка процесу виготовлення ефективного каталізатора для глибокого окиснення газоподібних вуглеводнів у каталітичних джерелах тепла, який містить як метали змінної валентності (Co, Cr), так і благородні метали (Pt, Pd), нанесені на волокнисте кремнеземне волокно. Головна складність полягає в отриманні рівномірного розподілу металу з групи Pt і Pd по об'єму волокнистого шару SiO2. Відомі методи нанесення платини на гранульований оксид алюмінію, що дають рівномірний розподіл активної фази для волокнистого кремнезему, виявилися непридатні внаслідок того, що SiO2 має на порядок вищу площу зони міграції атомів платини по поверхні, ніж Аl2О3 і слабку адсорбцію платини при її нанесенні з розчинів платинохлорводневої кислоти і аміачних комплексів. Тому поставлена мета була досягнута шля хом сумісного нанесення платини і/або паладію і оксидної фази на основі Co і Сr на кремнеземний носій волокнистої структури. Вказане завдання розв'язується тим, що у процесі виготовлення каталізатора на волокнистому носії для глибокого окиснення газоподібних вуглеводнів шля хом просочування носія розчинами солей кобальту та хрому, наступного висушування та прожарювання, просочувальний розчин додатково містить сполуки платини або паладію, а висушування після просочування здійснюється у дві стадії. У корисній моделі запропоноване нове рішення для процесу виготовлення каталізаторів глибокого окиснення газоподібних вуглеводнів, яке полягає в тому, що у процесі виготовлення каталізатора на волокнистому носії для глибокого окиснення газоподібних вуглеводнів шля хом просочування носія розчинами солей кобальту та хрому, наступного висушування та прожарювання, 4 просочувальний розчин додатково містить сполуки платини або паладію, а висушування після просочування здійснюється у дві стадії. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних те хнологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих хімічних підприємствах. У відповідності з корисною моделлю на першому етапі процесу виготовлення каталізатора на основі металів змінної валентності, зокрема Co і Сr та благородних металів з групи платини і паладію носій на основі SiO2 просочується розчинами азотнокислих солей Co і Cr, причому концентрація оксидів Co та Сr у просочувальному розчині знаходиться в межах 2,0-4,5% при співвідношенні СоО: Сr2О3=(3:1) ¸ (1:3), і розчинними сполуками металів з групи платини (Н2РtCl6) та паладію (PdCl 2). Розчини сполук благородних металів використовуються у таких концентраціях, які забезпечують вміст Pt, Pd або їх суміші від 1,0 до 2,5 ваг. %. Другий етап процесу виготовлення каталізатора містить дві стадії висушування на повітрі: на першій стадії висушування каталізатора здійснюється при кімнатній температурі протягом 10-12 годин; на другій стадії - при температурі 100-120°С протягом 5-6 годин. На останньому етапі виготовлення каталізатора здійснюють активацію каталізатора (відновлення Pt, Pd та оксидів Co і Сr) термічним шляхом при температурі 550-600°С протягом 1 години. Отриманий каталізатор має рівномірний розподіл активної фази на основі Pt, Pd та Co і Сr по об'єму кремнеземного волокнистого носія. Визначення вмісту активної фази, а також розподіл елементів активної фази по об'єму носія здійснювали методами растрової електронної мікроскопії і електронно-зондовим мікроаналізом та методом атомно-абсорбційної спектроскопії. Ефективність каталізатора отриманого таким методом досліджували в реакції глибокого окиснення суміші пропану і бутану (співвідношення 4:1) (табл. 1) у проточному реакторі неперервної дії та в реакції глибокого окиснення метану (табл. 2). За критерій ефективності вибрано максимальну температуру процесу окиснення та ступінь перетворення вуглеводнів. Максимальна температура окиснення пропан-бутану знаходилась у межах 480-540°С, метану - 510-560°С; ступінь перетворення близько 100% у випадку пропан-бутану і 9395% - у випадку метану. Таблиця 1 Вміст Pt, ваг. % 1,0 1,5 2,0 2,5 Вміст Co, Сr, ваг. % 2,5 3,0 4,0 4,5 Tmax, °C a ,% 495 510 525 540 98 99 100 100 Вміст Pd, ваг. % 1,0 1,5 2,0 2,5 Вміст Co, Сr, ваг. % 2,5 3,0 4,0 4,5 Tmax, °C a ,% 494 508 517 535 97 98 100 100 5 35851 6 Таблиця 2 Вміст Pt, ваг. % 1,0 2,0 2,5 Вміст Co, Сr, ваг. % 3,5 4,0 4,5 Tmax, °C 510 540 555 a ,% Вміст Pd, ваг. % Вміст Co, Сr, ваг. % 93 1,5 3,5 94 2,0 4,0 95 2,5 4,5 Таким чином, для отримання каталізатора, що містить благородні метали з групи Pt і Pd і метали змінної валентності (Co і Сr) з рівномірним розподілом активної фази по об'єму носія і високою каталітичною активністю, необхідно сумісне нанесення розчинів, що містять метали з групи Pt і Pd та метали змінної валентності (Co і Сr), причому процес висушування повинен здійснюватись у 2 стадії на повітрі: на першій стадії - при кімнатній температурі протягом 10-12 годин; на другій стадії - при температурі 100-120°С протягом 5-6 годин, а процес активації каталізатора здійснюється термічним шляхом при температурі 550-600°С протягом 1 години. Застосування запропонованого процесу дозволяє підвищити активність каталізатора у реакції глибокого окиснення вуглеводневого палива. Крім того, такий процес дозволяє отримати каталізатор з рівномірним розподілом активної фази по об'єму носія волокнистої структури, що забезпечує ефективне використання таких каталізаторів у каталітичних джерелах тепла різного призначення, в тому числі і в побутовій сфері. Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський Tmax, °C 515 543 560 a ,% 93 94 95 Джерела інформації: 1. Пат. FR 2546770, МКИ B01J 23/44; B01D 53/86H. Catalyst and process for the treatment of combustion gases containing methane / Blanchard Gilbert; Brunelle Jean-Pierre (FR). - Опубл. 07.12.1984. 2. Пат. RU 2188707, МКИ B01J 23/86; B01J 23/78; B01J 37/02; B01J 37/04; B01D 53/94 Catalyst for deep oxidation of organic compounds and carbon monoxide in gaseous effluents and method of catalyst production (versions) / V.M. Akimov; T.V. Borisova; O.M. Melnikova; T.V. Mulina (RU). - Опубл. 10.09.2002. 3. A.c. СССР №760993. МКИ: B01J 23/86. Катализатор для глубокого окисления углеводородов / Б.М. Каденаци; П.Г. Кривенкова; О.В. Крылов; М.Я. Кушнеров; В.И. Сакеев; М.Д. Шибанова (СССР). - Опубл. 07.09.1980. 4. А.с. СССР №410806. МКИ: B01J 11/34. Хромокобальтовый катализатор для полного окисления углеводородных газов / П.В. Лисовский; М.А. Виташкина; Г.А. Чапурин (СССР). - Опубл. 15.01.1974. Підписне Тираж 28 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