Спосіб одержання сітчастого металевого каталізатора для окиснення монооксиду вуглецю киснем повітря

Спосіб одержання сітчастого каталізатора для окиснення монооксиду вуглецю киснем повітря, який включає одержання активних сіток шляхом послідовного високотемпературного нанесення на термостійкий металевий сітчастий носій з тонкого дроту із квадратними щільниками зі сплетінням дротів саржевого типу оксидів алюмінію або цирконію як основи та активних компонентів у вигляді оксидів рідкоземельних елементів та оксиду паладію як промотору, виконаних у вигляді пакета сіток, який відрізняється тим, що у пакеті сіток металевого каталізатора розміщують поперемінно активні сітки та інертні сітки без активних компонентів та промотору, при цьому активні сітки по висоті каталізатора розміщують за правилом Фібоначчі. UA (21) a200903113 (22) 02.04.2009 (24) 25.02.2011 (46) 25.02.2011, Бюл.№ 4, 2011 р. (72) ДЕНИСОВ ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ГАЗУ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 73368 C2, 15.07.2005 RU 2136365 C1, 10.09.1999 GB 1339559 A, 05.12.1973 WO 02/062466 A2, 15.08.2002 Обушенко Т.И. и др. Катализаторы сетчатого типа для окисления углеводородов и монооксида углерода // Экотехнологии и ресурсосбережение. 1995. - №5. - С.52-54 Денисов А.А. и др. Нейтрализация отходящих газов бензиновых ДВС на катализаторах, полученных осаждением в вакууме на металлических но C2 2 (19) 1 3 дроту у вигляді сітки саржевого сплетіння з наступним напилюванням. Кінцевий каталізатор має вигляд пакету із 20 дисків діаметром 15 мм, а їх активність визначають в реакції окиснення СО повітрям в температурному інтервалі 80-550°С за стандартом країн СНД (об’ємна швидкість 36 тис. год"1 при концентрації СО у повітрі 1,0 % об. - стандарт Інституту каталізу СВ РАН) ступені окиснення СО, яка складала при температурі 310-320°С - 79-82%. Фіксована активність такої каталітичної композиції визначалась із температурної залежності ступені активності (у вигляді специфічного графіку) при стандартних умовах випробування. При цьому мали місце різні варіанти розташування комплекту каталітичних сіток, а саме: із вільним простором між сітками (умовна назва - "гірлянда") та у вигляді щільного пакету (умовна назва - "диски"). При близьких значеннях маси таких композицій металевих каталізаторів має місце певна різниця значень активності та при температурі 300-310°С при різних умовах упаковки сіток складає 79% та 48% відповідно. При цьому, максимальна активність каталізатора при окисненні СО відповідає вільній з певним інтервалом між сітками в упаковці. Але, такий варіант упаковки сіток потребує багаторазового збільшення продуктивного об’єму промислового реактора та створює певні труднощі при монтажі сіток безпосередньо у промисловому реакторі. В основу пропозиції покладено завдання вдосконалення способу отримання сітчастого металевого каталізатора для окиснення монооксиду вуглецю киснем повітря, в якому в результаті поперемінного розміщення активних та інертних сіток у пакеті забезпечується спрощення технологічного процесу в промислових умовах без втрати кінцевої активності стандартного пакету дисків, що містять активні інгредієнти і за рахунок цього економляться сполуки благородних металів, які виконують роль основних каталітичних компонентів. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що в способі отримання сітчастого каталізатора для окиснення монооксиду вуглецю киснем повітря, який включає високотемпературне послідовне нанесення на термостійкий металевий сітчастий носій з тонкого дроту із квадратними щільниками зі сплетінням дротів саржевого типу оксидів алюмінію або цирконію, як підґрунтя, та активних компонентів у вигляді оксидів рідкоземельних елементів та оксиду паладію у якості промотору і виконаних у вигляді пакету сіток, згідно пропозиції, у пакеті сіток металевого каталізатора сітки розміщують поперемінно каталітично активні та інертні, при цьому активні сітки по його висоті розміщують за правилом Фібоначчі. Неординарна послідовність розташування активних та нейтральних по активності сіток, як компактних складових пакету сіток, згідно правила Фібоначчі, дозволяє заповнити та ущільнити вільний об’єм між сітками, що містять активні компоненти, за рахунок сіток інертної активності здійснювати перевод турбулентного потоку газу в ламінарний, що не зменшує активність такого пакету у порівнянні із прототипом, спростити проце 93572 4 дуру облаштування такого компактного пакету сіток безпосередньо для промислових умов та стандартизувати вимоги до їх розташування у пакеті, що дозволяє суттєво економити активні сполуки, зокрема благородних металів. Спосіб отримання сітчастого каталізатора суттєво спрощує процедуру компоновки такої послідовності сіток, вилучає вільний об’єм між каталітично активними сітками, спрощує технологічну операцію загрузки такого пакету сіток у каталітичний реактор та завдяки цьому дозволяє більш якісно використовувати каталітичний потенціал такого пакету металевого сітчастого каталізатора. Оптимальне розташування каталітичних сіток дозволяє уникнути турбулізації між окремо розташованими сітками та перевести турбулентний режим потоку газу у ламінарний, раціонально заповнювати вільний об’єм між активними сітками за рахунок сіток нейтральної активності та більш якісно використовувати каталітичний потенціал такої композиції, у вигляді щільного пакету сіток, суттєво економити активні інгредієнти, зокрема сполуки благородних металів. Завдяки використанню металевого каталізатора у вигляді щільного пакету сіток, який у певній мірі коригується із щільниковою структурою, зменшується турбулізація потоку газу та переходить у стабільний ламінарний потік, для нанесення тонкого металевого шару активних компонентів на дроті із категорії благородних металів за нестандартній їх електронно-променевій технології створюють умови збільшення адгезії активних компонентів до матеріалу сіток та для повного використання каталітичного потенціалу поверхні каталізатора. Спосіб отримання сітчастого металевого каталізатора для окиснення монооксиду вуглецю киснем повітря здійснюють у такій послідовності: на основу каталізатора у вигляді металевої сітки саржевого сплетіння із термостійкого дроту діаметром 0,05 мм шляхом поетапного високотемпературного швидкісного електронно-променевого напилювання у вакуумі наносять на металеву сітку спочатку оксид алюмінію або оксид цирконію, у якості підґрунтя, а потім оксиди рідкоземельних елементів як основних каталітичних інгредієнтів та оксиду паладію у якості промотору ( завтовшки до 60 нм). Каталізатор виконують у вигляді щільного пакету сіток, при цьому має місце поперемінне розташування активних сіток (містять комплекс активних складових каталізатора) та інертних сіток (первісна сітка інертна - без активних компонентів). Каталітично активні сітки розміщують в пакеті за правилом Фібоначчі. Приклад 1 (за прототипом). Пакет металевих сітчастих дисків (із 20 шт. діаметром 15мм) із термостійкого матеріалу із підґрунтям з оксиду алюмінію з додатковим промотором (0,026 % мас. оксиду паладію), які виступають у якості базового, перевірено на активність у каталітичній реакції окиснення СО повітрям (через ступінь окиснення СО), при випробуванні за стандартною методою країн СНД, в інтервалі температур 80-550°С. Встановлено, що активність такого сітчастого матеріалу при окисненні СО повітрям при 310°С має значення - 78-82%. 5 93572 Приклад 2. (за прототипом). Пакет металевих дисків діаметром 20 мм із підґрунтям з диоксиду цирконію та основними активними компонентами у вигляді оксиду ітрію (0,831,1% мас. від маси підґрунтя) випробувано у реакції окиснення СО киснем повітрям при стандартних умовах випробувань країн СНД. При цьому, каталітично активні сітки розташовували згідно правила Фібоначчі, згідно якому кожне наступне число у цьому ряду є сумою двох попередніх, (тобто за номерами 1,1,2,3,5,8,13,21), а сітки із нейтральною активністю мали таки номери: 4,6,7,9,10,11,12,14,15,16,17,18,19,20. Знайдено, що такий щільний "пакет" показав 75-78% ступінь окиснення СО, тобто на рівні результатів за прото Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 6 типом. При цьому, кількість суто активних сіток (тобто 8 шт.) складала лише 39 % від загальної кількості сіток у щільному пакеті (21шт.). Така компоновка та послідовність сіток за правилом Фібоначчі не зменшує їх активність у порівнянні із повнорозмірним пакетом тільки із активних сіток, сприяє поліпшенню технічних та технологічних умов здійснення реакції окиснення СО та дозволяє суттєво економити частину активних каталітичних сіток. Завдяки інертним сіткам та запропонованій послідовності сіток двох видів здійснюється газодинамічне перемішування компонентів реакційної суміші, що забезпечує стійкий автокаталітичний режим реакції окиснення CO. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601