Катализатор окисления оксида углерода

Изобретение относится к катализаторам глубокого окисления оксида углерода и может быть использовано для очистки отходящих газов промышленных предприятий и выхлопных газов автотранспорта. Предлагается применение интерметаллида состава Al₃М, где M - Gd или Y, в качестве катализатора окисления оксида углерода. Технический эффект - предлагаемый катализатор окисления оксида углерода обладает высокой степенью активности.

 

Изобретение относится к катализаторам глубокого окисления оксида углерода и может быть использовано для очистки отходящих газов промышленных предприятий и выхлопных газов автотранспорта.

Известен катализатор окисления оксида углерода, содержащий оксид алюминия, а также оксид со структурой перовскита, в состав которого входят редкоземельные элементы или их смеси и переходные элементы или их смеси (Патент РФ №2065325, B 01 J 23/10, 1996 год).

Недостатками известного катализатора являются, во-первых, длительный многоступенчатый процесс получения, во-вторых, невысокая активность катализатора, которая составляет 25-75% (степень превращения оксида углерода) при 140-495°С.

Известен катализатор окисления оксида углерода, содержащий в качестве основного компонента носителя порошкообразный алюминий, а также оксиды кобальта и алюминия (Патент РФ №2059427, B 01 J 23/75, 1996 год).

Недостатком известного катализатора является его невысокая активность, которая не превышает 85%.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать катализатор окисления окиси углерода, обладающий высокой степенью активности, то есть высокой степенью превращения оксида углерода.

Поставленная задача решена путем применения интерметаллида состава Al₃M, где М - Gd или Y, в качестве катализатора окисления оксида углерода.

В настоящее время методами микроструктурного, термического и рентгеновского анализов установлено существование интерметаллидов состава Al₃M, где М - Gd или Y, которые могут быть получены путем сплавления в дуговой печи алюминия чистотой 99,9% (по массе) и Gd или Y чистотой 99% (по массе) ("Диаграммы состояния двойных металлических систем", том I, под общей редакцией акад. РАН Н.П.Лякишева, М., 1996-1997 г. Машиностроение (справочник в 3-х томах)). Применение известных интерметаллидов указанного состава по какому-либо конкретному назначению в настоящее время не известно.

Применение известных интерметаллидов состава Al₃M, где М - Gd или Y, в качестве катализатора окисления оксида углерода стало возможным благодаря экспериментальным исследованиям, проведенным авторами, по изучению конверсии оксида углерода в присутствии различных соединений. Для нейтрализации газовых выбросов от токсичных примесей, в частности от оксида углерода, используют катализаторы, активность которых в процессе работы снижается в результате разрушения структуры, обусловленного высокой температурой процесса и резкими ее перепадами. При этом большое значение имеет механическая прочность катализатора при динамических нагрузках. В связи с этим интерес представляют металлические каталитические системы с большой теплопроводностью, для которых можно изготовить носитель любой формы. Интерметаллиды состава Al₃M, где М - Gd или Y, имеют гексагональную структуру, характеризующуюся наличием слоев атомов только одного вида, что обусловливает наличие высокой способности их поверхности адсорбировать кислород и таким образом способствовать процессу окисления оксида углерода. Проведенные авторами исследования позволили сделать вывод о высокой каталитической способности интерметаллидов предлагаемого состава.

Способ применения предлагаемого катализатора заключается в следующем. Газ, представляющий смесь оксида углерода, кислорода и азота, при температуре 420-450°С пропускают через установку с реактором проточного типа, в которую предварительно загружают порошкообразный катализатор в виде интерметаллида состава Al₃M, где М - Gd или Y. Удельную поверхность катализатора определяют методом тепловой десорбции аргона. Состав газовой смеси на выходе из реактора определяют газохроматографическим методом с использованием в качестве газа-носителя гелия.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Реакцию каталитического окисления оксида углерода проводят на установке с реактором проточного типа, в которую загружают 5 см катализатора состава Al₃Gd с удельной поверхностью, равной 0,13 м²/г. Состав конвертируемого газа: 9,9% СО; 14,9% О₂; 75,2% N₂. Газовую смесь пропускают с объемной скоростью подачи 240 ч^-1 при температуре 420°С. Конверсия СО равна 100%.

Пример 2. Реакцию каталитического окисления оксида углерода проводят на установке с реактором проточного типа, в которую загружают 5 см³ катализатора состава Al₃Y с удельной поверхностью, равной 0,14 м²/г. Состав конвертируемого газа: 9,9% СО; 14,9% О₂; 75,2% N₂. Газовую смесь пропускают с объемной скоростью подачи 240 ч^-1 при температуре 450°С. Конверсия СО равна 100%.

Таким образом, авторами предлагается катализатор окисления оксида углерода, обладающий высокой степенью активности.

Применение интерметаллида состава Al₃М, где M - Gd или Y, в качестве катализатора окисления оксида углерода.