Спосіб отримання інтерметалідного каталізатора для окислення оксиду вуглецю і вуглеводнів

Спосіб отримання інтерметалідного каталізатора для окислення оксиду вуглецю і вуглеводнів, що включає приготування вихідної інтерметалідної суміші порошків, пресування з них заготовки і термічну обробку в інертному середовищі з наступним вилуговуванням отриманого продукту водяним розчином гідрооксиду натрію, який відрізняється тим, що під час термічної обробки заготовку додатково пресують, обробку ведуть у режимі теплового самозапалювання при температурі 390-460 °С протягом 0,5-1 години. (19) (21) u201102636 (22) 09.03.2011 (24) 10.10.2011 (46) 10.10.2011, Бюл.№ 19, 2011 р. (72) СЕРЕДА БОРИС ПЕТРОВИЧ, КОЖЕМЯКІН ГЕННАДІЙ БОРИСОВИЧ, БЄЛОКОНЬ КАРІНА ВОЛОДИМИРІВНА, БЄЛОКОНЬ ЮРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ЖЕРЕБЦОВ ОЛЕКСАНДР АНАТОЛІЙОВИЧ (73) ЗАПОРІЗЬКА ДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ 3 ному нагріванні йде саморозігрів заготівлі. Через експонентну залежність швидкості реакції від температури, підйом температури в об'ємі заготівлі йде із прогресивним самоприскоренням і закінчується різким стрибком температури, ініціюється процес самозапалювання, у результаті якого в суміші починається саморозповсюджувальний високотемпературний синтез. При тепловому самозапалюванні за рахунок саморозігріву практично одночасно в повному об'ємі заготовки досягаються високі температури зразка, при яких швидко завершується синтез продукту. Після проходження хвилі горіння проводиться витримка заготівель при температурі 390-460 °С протягом 0,5-1 години. На стадії термічної обробки проводиться допресовка отриманого продукту. Температура витримки 390460 °С визначається температурою плавлення алюмінію і становить 0,6-0,7 від його температури плавлення. Збільшення температури витримки більше 460°С приводить до утворення фази Ni2Al3. Фаза Ni2Al3 має питому активність в 1,8-3,4 рази нижче чим в NiAl3. Низька активність каталізатора з Ni2Al3 обумовлена невисоким ступенем вилуговування зазначеного алюмініду. Збільшення часу витримки ніж 1 година знижує пористість каталізатора, величину середнього радіуса і частку перехідних пор, менше 0,5 години не забезпечує отримання більш однорідного по фазовому складу каталізатора. Після проведення термічної обробки отримують інтерметалідний сплав необхідного складу з дуже низьким вмістом домішок (кисню, азоту), отриманий продукт охолоджують, розмелюють і піддають процесу вилуговування алюмінію відомим способом, наприклад водяним розчином гідроксиду натрію. Спосіб отримання інтерметалідного каталізатора окислення оксиду вуглецю і вуглеводнів був випробуваний у лабораторних умовах. Як вихідні компоненти використовували чисті порошки нікелю (25-48 мас. %) і алюмінію (52-75 мас. %). Дисперсність порошків становила 100-150 мкм. Схема приготування шихти включала дозування, змішування, заповнення форми і пресування циліндричної заготівки діаметром 20 мм і висотою 20 мм з відносною щільністю 0,5. Запалення суміші здійснювали шляхом нагрівання до температури початку самозапалювання. Після проходження хвилі горіння проводили витримку при температурі 390-460 °С протягом 0,5-1 години з поступовим збільшенням зусилля пресування до 5 т. Процес вели в атмосфері аргону при тиску 1 атм. Отриманий сплав розмелювали і відбирали фракцію 0,5 мм. Кістяковий каталізатор нікелю одержували шляхом вилуговування 1 г отриманого інтерметаліду при 60 °С 20 %-им водяним розчином гідроксиду натрію (100 мл) протягом 2 год. Потім каталізатор ретельно відмивали від слідів лугу промиванням водою і етиловим спиртом. Отриманий каталізатор завантажували в установку з реактором проточного типу, через установку пропускали газ, який представляє суміш оксиду вуглецю, кисню, пропану та азоту, при температурі 400-500 °С. Склад газової суміші на виході з реак 63411 4 тора визначали хроматографічним методом і використанням як газ-носій аргону або повітря. По даним метало- і рентгенографічного аналізів встановлено, що весь нікель у цих сплавах входить у фазу NiAl3. У зв'язку із цим всі зміни в каталітичній активності залежать тільки від стану цього алюмініду. Зіставлення даних по активності каталізатора з мікроструктурою вихідних сплавів показують, що збільшення активності корелюється з розмірами зерен фази NiAl3. Так, каталізатор отриманий у режимі теплового самозапалювання з додатковою термічною обробкою в 1,4-1,5 разів активніше продукту отриманого відомим способом і приблизно в стільки ж раз (10-15 мкм і 15-20 мкм, відповідно) відрізняються розміри зерен NiAl3 у вихідних сплавах. Збільшення часу витримки викликає укрупненню зерен цієї фази. Таким чином, вплив термічної обробки, зводиться до зміни кількісного співвідношення і розмірів зерен алюмінідів нікелю. Зміна зусилля пресування впливає на механізм формування форми і розмірів пор. У каталізаторах, отриманих по відомому способу, пори мають пляшкообразну форму, а максимальний радіус їхньої широкої частини становить 16-25 А. Проводячи процес пресування продукту на стадії термічної обробки встановлено, що каталізатори характеризуються набором циліндричних пор з переважним радіусом 30-50 А. Мікропори займають біля 1 порового простору. Збільшення зу4 силля пресування вище 5 т підвищує щільність каталізаторів, відповідно зменшують ступінь вилуговування сплавів. Для одержання порівняльних даних паралельно проводилися випробування відомого способу отримання каталізатора. Оцінювали каталітичну активність і питому поверхню отриманого каталізатора з відомим способом. Отримані каталізатори використалися в процесах знешкодження оксиду вуглецю і вуглеводнів. Каталізатор завантажували в установку з реактором проточного типу. Потім через установку пропускали газ складу: 1,0 % С3Н8; 1,5 % СО; 5,8% -1 О2; 91,7 % N2; з об'ємною швидкістю 120000 ч при температурі від 100 до 400-500 °С із інтервалом 50-100 °С. При використанні отриманого каталізатора конверсія CO становить, 100 %, а конверсія С3Н8 - 95 %. При використанні відомого каталізатора конверсія CO становить 85 %, а конверсія С3Н8 - 75 %. Питома поверхня отриманого каталі2 затора становить 81 м /г, а для відомого складу 2 56 м /г. Використання пропонованого складу для одержання каталізаторів окислення оксиду вуглецю і вуглеводнів забезпечує в порівнянні з існуючим каталізатором наступні переваги: 1) збільшення каталітичної активності у 1,2-1,3 рази; 2) збільшення питомої поверхні у 1,4 рази; 3) можливість отримувати каталізатори більш складного характеру; 4) практично повна безвідходність виробництва. 5 Комп’ютерна верстка М. Мацело 63411 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601