способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода

Формула изобретения

1. Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода, включающий нанесение на поверхность металла, стеклоткани покрытия, содержащего оксиды металлов, сушку и последующую термообработку покрытия, отличающийся тем, что предварительно на поверхность металла и стеклоткани наносят слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,6-3,0, затем на влажную поверхность покрытия напыляют смесь оксидов переходных металлов следующего состава, мас.%:

Оксид хрома (III)	18-35
Оксид марганца (IV)	18-35
Оксид алюминия	Остальное
или состава, мас.%:
Оксид меди (II)	5-15
Оксид хрома (III)	10-15
Оксид алюминия	Остальное
или состава, мас.%:
Оксид меди (II)	12-35
Оксид алюминия	Остальное

причем дисперсность частиц составляет не более 80 мкм, формируют каталитическое покрытие плавной ступенчатой термообработкой с выдержкой через каждые 50°С, начиная от температуры 50 до 400°С, в течение 0,3-0,4 ч, а при температуре 400°С выдерживают в течение 2-2,5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением слоя жидкого натриевого стекла на металлическую поверхность производят ее очистку механическим способом и гофрирование на прессе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изготовлении катализаторов на основе металлической и стеклотканевой поверхностей гофрированную металлическую ленту и ленту из стеклоткани после нанесения слоя жидкого натриевого стекла и напыления слоя оксидов металлов сушат на воздухе в течение суток, затем сматывают в рулон таким образом, чтобы стеклоткань с каталитическим покрытием была расположена между слоями гофрированной металлической ленты с каталитическим покрытием.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области производства катализаторов, которые могут быть использованы для очистки выхлопных газов от автомобильного транспорта, выбрасываемых газов от окрасочных камер и других производственных установок, где выбрасываемые газы в атмосферу содержат вредные органические вещества и оксид углерода.

Известен катализатор для очистки газовых выбросов от вредных примесей (Патент РФ 2062144, Бюл. №18, 1994), состоящий из никелькобальтовой шпинели, оксида никеля и оксида алюминия. Известен катализатор глубокого окисления органических соединений и оксида углерода (Патент РФ 2063803, Бюл. №20, 1996), состоящий из оксидов марганца и алюминия.

Способ получения данных катализаторов имеет трудоемкую и сложную технологию, поэтому себестоимость таких катализаторов достаточно высокая.

Известен способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода (Патент РФ 2068298, Бюл. №30, 1996). Катализатор получают следующим образом: вначале готовят связующий раствор, состоящий из оксидов алюминия, хрома (III) и ангидрида ортофосфорной кислоты, затем готовят каталитически активную шихту, состоящую из оксидов хрома (III), меди (II) и бария. Далее готовят водную суспензию, включающую связующий материал и шихту, которой покрывают металлическую поверхность. После подсушки покрытия на воздухе на ее влажную поверхность наносят тонкий слой мелкодисперсного высокоактивного алюмоплатинового катализатора.

Недостатком данного способа получения катализатора являются:

- сложность технологического процесса;

- высокая стоимость алюмоплатинового катализатора;

- высокая себестоимость получаемого катализатора.

Известен способ получения катализатора для очистки от органических веществ и оксида углерода, выбранный за прототип (Патент РФ 2131772, Бюл. №17, 1999). Катализатор получают нанесением покрытия на поверхность металла, или стеклоткани, или керамики методом окунания в суспензию, содержащую оксиды хрома (VI), хрома (III) и марганца (IV) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид хрома (VI)	18-20
оксид хрома (III)	18-20
оксид марганца (IV)	30-32
вода деминерализованная	остальное,

с последующей сушкой при температуре более 80°С в течение не менее 4 ч и прокалкой при температуре 300-400°С в течение 1 ч.

Недостатком данного способа получения катализатора являются:

- применение в технологии получения катализатора сильноагрессивного и токсичного вещества - ангидрида хромовой кислоты;

- невысокие твердость, пластичность и адгезия каталитического покрытия.

Задачами способа получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода являются создание безопасных и безвредных условий получения катализатора, повышение твердости, пластичности и адгезии каталитического покрытия к покрываемой поверхности, увеличение срока эксплуатации катализатора с сохранением его каталитической эффективности, снижение себестоимости катализатора.

Указанные задачи достигаются тем, что предварительно на поверхность металла или металла и стеклоткани наносят слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,6-3,0, затем на влажную поверхность покрытия напыляют смесь оксидов переходных металлов следующего состава, мас.%:

оксид хрома (III)	18-35
оксид марганца (IV)	18-35
оксид алюминия	остальное

или состава, мас.%:

оксид меди (II)	5-15
оксид хрома (III)	10-15
оксид алюминия	остальное

или состава, мас.%:

оксид меди (II)	12-35
оксид алюминия	остальное

причем дисперсность частиц составляет не более 80мкм, затем формируют каталитическое покрытие плавной ступенчатой термообработкой с выдержкой через каждые 50°С, начиная от 50°С до 400°С, в течение 0,3-0,4 часа на каждой ступени, а при 400°С выдерживают в течение 2-2,5 часов.

Перед нанесением слоя жидкого натриевого стекла на металлическую поверхность производят ее очистку механическим способом и гофрирование на прессе.

Гофрированную металлическую ленту и ленту из стеклоткани после нанесения слоя жидкого натриевого стекла и напыления смеси оксидов переходных металлов сушат на воздухе в течение суток, затем сматывают в рулон таким образом, чтобы стеклоткань с каталитическим покрытием была расположена между слоями гофрированной металлической ленты с каталитическим покрытием.

Если требуется изготовить катализатор полностью из металлической ленты, тогда ленту из стеклоткани заменяют на металлическую ленту.

Совокупность признаков заявляемого технического решения - способа получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода имеет отличие от прототипа и не следуют явным образом из изученного уровня техники, поэтому автор считает, что способ является новым и имеет изобретательский уровень.

Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода позволяет производить по низкой себестоимости каталитические фильтры для очистки выхлопных газов автомобильного транспорта от вредных веществ или каталитических фильтров для очистки выбрасываемых газов в атмосферу от органических веществ и оксида углерода от различных производственных установок и эффективно их эксплуатировать в течение длительного времени. Способ получения катализатора для очистки газа от органических веществ и оксида углерода осуществляют следующим образом.

Пример.

Ленту стали 12.18H10Т толщиной 0,15 мм и шириной 35 мм очистили с двух сторон наждачной бумагой, затем произвели гофрирование на прессе. На гофрированную стальную ленту и ленту из стеклоткани шириной 35 мм и толщиной 0,25 мм нанесли с обеих сторон слой жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,61-3,0 (ГОСТ 13078 марка Б), затем на гофрированную стальную ленту и ленту из стеклоткани, имеющих влажное покрытие жидким натриевым стеклом, напылили с обеих сторон слой смеси оксидов переходных металлов, имеющих следующие составы и соотношения компонентов:

Первый вариант

		Соотношение компонентов, мас.%
Оксид хрома (III)	18	35	15	40	25	20
Оксид марганца (IV)	18	35	25	25	15	40
Оксид алюминия	64	30	60	35	60	40

Второй вариант

		Соотношение компонентов, мас.%
Оксид меди (II)	5	15	4	17	10	10
Оксид хрома (III)	15	10	15	15	8	20
Оксид алюминия	80	75	81	68	82	70

Третий вариант

	Соотношение компонентов, мас.%
Оксид меди (II)	12	35	10	40
Оксид алюминия	82	65	90	60

Во всех опытах дисперсность оксидов переходных металлов составляла 20-80 мкм.

Ленты с покрытием выдерживали в комнатных условиях в течение суток, затем производили смотку гофрированной стальной ленты и ленты из стеклоткани в рулон таким образом, что лента из стеклоткани находилась между слоями гофрированной стальной полосы.

Полученные образцы катализаторов связывали нихромовой проволокой. Образцы катализаторов имели размеры: диаметр - 30 мм, высота - 35 мм. Образцы катализаторов подвергли термообработке в муфельной печи с остановками на 25 минут через каждые 50°С, начиная с 50°С и до 400°С, а при 400°С образцы выдержали в течение 2 часов. После термообработки образцы охладили в комнатных условиях. Образцы катализаторов испытали на очистку газа от ксилола и оксида углерода. Концентрация ксилола в газе составляла 0,25 об.%, оксида углерода - 0,15 об.%. Температура газа и катализатора составляла 360-380°С. Удельная объемная скорость газового потока через образец катализатора составляла 1,8·10⁴ ч^-1.

Опыты по испытанию образцов катализаторов были проведены с целью определения влияния граничных технологических параметров способа получения катализатора на его каталитическую эффективность. Полученные результаты по первому варианту сведены в таблицу 1, по второму варианту - в таблицу 2, по третьему варианту - в таблицу 3.

При испытании образцов катализаторов, изготовленных полностью из металлической ленты, причем лента из стеклоткани была заменена на металлическую ленту толщиной 0,25 мм, получены результаты по каталитической активности, практически одинаковые с результатами, полученными в примере 1.

Таблица 1 Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра
№ опытов	Соотношение оксидов хрома (III), марганца (IV) и алюминия, мас.%			Дисперсность оксидов хрома (III), марганца (IV) и алюминия, мкм	Каталитическая эффективность фильтра, %
	Cr2 O3	MnO 2	Al2O 3		По ксилолу	По оксиду углерода
1	18	18	64	20-80	92,6	90,1
2	35	35	30	20-80	94,8	92,7
3	15	25	60	20-80	90,8	89,9
4	40	25	35	20-80	92,1	91,0
5	25	15	60	20-80	89,3	88,2
6	20	40	40	20-80	93,5	91,8

Таблица 2 Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра
№ опытов,	Соотношение оксидов меди (II), хрома (III), алюминия, мас.%				Дисперсность оксидов меди (II), хрома (III) и алюминия, мкм	Каталитическая эффективность фильтра, %
	CuO	Cr 2O3	Al 2O3			по ксилолу	по оксиду углерода
1	5	15	80	20-80		93,7		91,9
2	15	10	75	20-80		94,3		92,7
3	4	15	81	20-80		90,1		89,3
4	17	15	68	20-80		92,1		90,8
5	10	8	82	20-80		90,2		89,5
6	10	20	70	20-80		91,3		89,2

Таблица 3 Влияние соотношения компонентов в смеси оксидов переходных металлов, предназначенной для покрытия поверхности металла и стеклоткани, на каталитическую эффективность фильтра
№ опытов	Соотношение оксидов меди (II) и алюминия, мас.%		Дисперсность оксидов меди (II) и алюминия, мкм	Каталитическая эффективность фильтра, %
	CuO	Al2O 3		по ксилолу	по оксиду углерода
1	12	88	20-80	91,7	88,9
2	35	65	20-80	93,3	89,7
3	10	90	20-80	88,4	87,6
4	40	60	20-80	90,3	88,1

Каталитическая эффективность фильтров составляет 90-94%. Технический результат - упрощение технологического процесса получения катализатора и снижение его себестоимости.