Спосіб одержання каталізатора для автономного генератора тепла на основі безполум’яного спалювання газоподібного вуглеводневого палива

Реферат: Спосіб одержання каталізатора автономного генератора тепла безполум'яного, що включає стадію формування на базовому носії шару вторинного носія, що передбачає просочення базового носія розчином азотнокислих солей алюмінію, його просушування та прожарювання, а також включає стадію формування на вторинному носії каталітичного шару, що включає просочення носія розчином сполуки платини, його просушування та прожарювання. При цьому до розчину азотнокислих солей алюмінію, таких як нітрат, оксинітрат та амонійнітрат, включають нітрат амонію та принаймні одну сполуку рідкісноземельних елементів, таких як La, Се, Sm або Рr. UA 103813 U (12) UA 103813 U UA 103813 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Запропонована корисна модель належить до технологій виготовлення каталізаторів для портативних каталітичних генераторів тепла на основі безполум'яного спалювання газоподібного вуглеводневого палива (зокрема метану або пропан-бутанової суміші) для додаткового або основного автономного опалення побутових, господарських або військових об'єктів: будинків, складських приміщень, при використанні в польових умовах геологічних, будівельних та сільськогосподарських робіт, а також за спеціальним призначенням, включаючи закриті приміщення. Особливою умовою роботи генератора є практична відсутність утворення токсичних викидів оксидів азоту, СО та токсичних органічних продуктів неповного згоряння, а також випромінювання у видимому діапазоні. Найбільш розповсюдженими каталізаторами безполуменевого спалювання вуглеводневого палива є композиції на основі металів платинової групи (МПГ), оксидів 3d-металів або їх комбінації, нанесених на інертній носій, який визначає макроструктуру каталізатора. Загальним недоліком каталізаторів, які не містять в своєму складі МПГ (зокрема описаних в US4368029, WO1995031675, RU2086298, CN1955150, WO2008145181, CN101678337, CN101678335, ЕР2148741, ЕР2150343, US8889911, RU2372556, CN101947457, WO2014073995, WO2014025274, UA77552, CN103897757) є висока температура початку роботи каталізаторів, необхідність використання додаткового каталізатора (на основі МПГ) для процесу "запалювання" каталізатора та неповне згоряння вуглеводневого палива. Вказані недоліки створюють ряд наступних недоліків (зокрема наявність в продуктах згоряння токсичних речовин), що не дозволяють використовувати вказані каталізатори для портативних каталітичних генераторів тепла на основі безполум'яного спалювання вуглеводневого палива в закритих приміщеннях. З опису до патентів US5378142A, DE69223954D1, DE69223954T2, US5750458, US5863851 та WO1992018243А1 відомі каталізатори для спалювання метану або вуглеводневих паливних сумішей до складу яких входить паладій і один або більше оксидів рідкісноземельних елементів із списку Се, La, Nd, Pr і/або Sm. Суміш оксидів паладію та рідкісноземельних елементів змішували з оксидом алюмінію (попередньо термостабілізованого шляхом прожарювання за температур вище 900 °C) і отриману композицію наносили на керамічні блоки із кордієриту. Висока активність такого каталізатора досягається за наявності в його складі паладію на рівні 1 % і більше. Недоліками даного каталізатора є високий вміст паладію та необхідність використання додаткових зв'язуючи компонентів для нанесення активної композиції на носій. Відомий каталізатор для конверсії парафінів, який містить метали VIII (залізо, кобальт, нікель, рутеній, родій, паладій, осмій, іридій і платину) на носії. Перевага надається платині і паладію. Найкращим варіантом є зразок який містить 0,25-0,5 % металу. Матеріал носія може мати сферичну форму або форму гранул іншої форми. Підкладка може характеризуватись практично неприливною багатоканальною керамічною структурою, такою яка характерна для спіненого матеріалу або матеріалу моноліту з однорідною системою каналів (RU2151164). З опису до патентів WO2004087311A1, US20040192546A1, СА2520364А1 та ЕРІ 615718А1 відомі каталізатори низькотемпературного спалювання метану, які складаються з оксиду алюмінію, оксиду олова (від 10 до 50 %) і МПГ із групи платина, паладій, родій або їх комбінація (0,1-5,0 % мас). Оксид алюмінію додатково може бути модифікований сполуками елементів із ряду La, Се, Y, Si, Zr, Ті для надання йому вищої термічної стабільності. Каталізатор готується шляхом змішування в млині оксидів алюмінію і олова з подальшим просоченням його МПГ. Отриману композицію наносять на монолітну основу. На зразку який містить суміш Pd и Pt (2:1) 3 100 г на фут (близько 5 % мас). В WO2013074147A1, CN103945920A, ЕР2780102А1 та US20140322119 описані каталізатори для процесу спалювання нижчих алканів у збіднених сумішах викидних газів на основі паладію або комбінації паладію та платини нанесених на діоксид цирконію стабілізований оксидами 3 рідкісноземельних елементів. Вміст металів платинової групи 100-200 г на 1 фут . Такий каталізатор забезпечує вищу активність порівняно зі зразком на основі оксиду алюмінію. Каталізатор PtPd/Al2O3 PtPd/ZrO2(80 %)La2O3(4 %)Nb2O5(8 %)-Y2O5(8 %) Конверсія вуглеводнів С2Н6 С3Н8 СН4 28 % 64 % 63 % 90 % 78 % 94 % Умови експерименту НС1= 1120 м.ч., CO=800 м.ч., О2=11 %, Н2О=10 %, СО2=10 %, N2 -1 баланс, 100000 г , температура процесу 450 °C. 1 UA 103813 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Недоліком каталізатора є високий вміст МПГ та значної кількості дорогих рідкісноземельних елементів та відсутність повного згоряння вуглеводнів за температури 450 °C. У роботі Ismagilov, Z.R. et al. Catalysis Today. - 2010. - V.155. - P. 35-44. описана технологія спалювання метану в невеликих газотурбінних каталітичних камерах згоряння на альтернативних гранульованих каталізаторах з низьким вмістом благородних металів. Вона включає пакет із трьох каталізаторів з різним хімічним складом, формою і розміром гранул загальною висотою 340 мм на 40 мм. Перший шар - Pd-Ce-АlО3 на вході в камеру згоряння у вигляді 7,5 мм × 7,5 мм × 2,5 мм кілець; 240 мм основного каталізатора на основі Мnгексаалюмінат з гранул тієї ж форми і розміру; і 60 мм Pd-Mn-La- Аl2О3 каталізатора у вигляді сферичних гранул розміром 4-5 мм на виході з камери згоряння. Таке оптимальне проектування дає горіння метану на рівні 99,97 % за температур 470-580 °C і надлишкового коефіцієнту кисню 5,2-7,0. Викиди NOx