Способ приготовления катализатора глубокого окисления

Изобретение относится к области разработки способов приготовления катализаторов глубокого окисления CO и органических веществ. Описан способ приготовления катализатора глубокого окисления. Оксидный носитель пропитывают солями переходных металлов, затем сушат и прокаливают. В качестве носителя используют гранулы пропанта, состоящие из кварца и силикатов магния, или его модификации с более развитой пористостью. Модифицирование пропанта проводят путем предварительной обработки раствором щелочи с последующей обработкой раствором минеральной кислоты, отмывкой, сушкой, прокалкой. Технический результат - высокая активность и высокая механическая прочность катализатора глубокого окисления. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 пр.

 

Изобретение относится к области разработки способа приготовления катализатора глубокого окисления CO и органических веществ.

Известен катализатор сжигания топлива (SU 1216862, B01J 23/26, 23.12.1991), представляющий собой оксид алюминия, содержащий хромит магния и оксид алюминия следующего состава: хромит магния 10-26%, оксид алюминия 74-90%. Данный катализатор обладает повышенной термостабильностью и износоустойчивостью, однако в некоторых технологических процессах с повышенными экологическими требованиями активности данного катализатора недостаточно для полного исключения эмиссии оксида углерода [Исмагилов, З.Р. Закономерности глубокого каталитического окисления некоторых классов органических соединений и развитие научных основ каталитического сжигания топлива в каталитических генераторах тепла: Дис. докт. хим. наук: 02.00.15 / Исмагилов З.Р. Ин-т катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. - Новосибирск, 1988. - 502 с. ].

Известен катализатор для сжигания топлива (SU 1295566, B01J 23/86, 18.06.1985), представляющий собой оксид алюминия, содержащий одновременно хромит меди-магния общей формулы: Mg1-xCuхCr2O4, где: x=0.08-0.40. Данный катализатор обладает повышенной термостабильностью, износоустойчивостью и активностью в окислении органических веществ и CO. В качестве носителя для данного катализатора используются сферические гранулы оксида алюминия, полученные по сложной многостадийной технологии методом углеводородно-аммиачного формования. В связи с этим возникает проблема высокой стоимости носителя и, соответственно, катализатора на его основе.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения катализатора сжигания топлива (RU 2496579, B01J 37/10, 27.10.2013). Гранулы мартеновского шлака подвергают обработке парами воды при температуре максимального выделения водорода с последующим нанесением на поверхность шлака компонентов катализатора полного окисления, содержащих оксиды переходных металлов или их смеси. Катализатор обладает высокой механической прочностью и высокой активностью в реакции окисления органических веществ и CO. Однако из-за низкой удельной поверхности носителя активный компонент находится в основном на внешней поверхности. При длительной эксплуатации в режиме кипящего слоя происходит снижение каталитической активности за счет истирания активности активного компонента на поверхности частиц.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в разработке способа приготовления высокопрочных катализаторов, не уступающих по своей активности известным катализаторам глубокого окисления веществ на основе оксидов переходных металлов.

Задача решается использованием способа приготовления катализатора глубокого окисления методом пропитки солями переходных металлов оксидного носителя с последующей сушкой и прокалкой. В качестве оксидного носителя используют гранулы пропанта (или проппанта), состоящие из кварца и силикатов магния, или его модификаций с более развитой пористостью. Модифицирование пропанта проводят предварительной обработкой раствором щелочи с последующей обработкой раствором минеральной кислоты, отмывкой, сушкой и прокалкой.

Предварительную обработку раствором щелочи проводят раствором KOH (или NaOH) мольной концентрации 30-50% в течение 2-4 ч.

Обработку раствором минеральной кислоты проводят раствором HNO3, HCl или H2SO4 с концентрацией 10-30%.

Технический результат заключается в высокой активности и высокой механической прочности заявляемых катализаторов глубокого окисления по сравнению с катализатором, полученным известным способом.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (прототип)

Гранулы дробленого мартеновского шлака с размером частиц 2-3 мм обрабатывают при температуре 700°C парами воды до прекращения интенсивного выделения водорода. Затем гранулы охлаждают. Полученный носитель с удельной поверхностью 0.1 м2/г пропитывают водным 30% раствором бихромата меди, высушивают при 110°C в течение 2 ч и прокаливают при температуре 700°C в течение 2 ч. Содержание активного компонента CuCr2O4 - 3 мас. %.

Активность катализатора в реакции окисления CO определяют на приборе «Хемосорб» импульсным методом по температуре 50% конверсии CO. Температура 50% конверсии составляет 280°C. Механическую прочность на раздавливание катализатора определяют на приборе МП-9С. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 32 МПа.

Пример 2

Гранулы пропанта с удельной поверхностью 0,5 м2/г и диаметром 2-3 мм, состоящие по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащие оксида кремния SiO2 55 мас. %, оксида магния MgO 32 мас. %, пропитывают раствором бихромата меди, высушивают при 110°C в течение 2 ч и прокаливают при температуре 700°C в течение 2 ч.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 3 мас. %. Температура 50% конверсии составляла 320°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 70 МПа.

Пример 3

Гранулы пропанта диаметром 2-3 мм обрабатывают раствором KOH (мольная доля KOH в растворе составляет 40%), в течение 3 ч (при температуре, близкой к температуре кипения раствора), после охлаждения промывают дистиллированной водой до нейтрального pH и обрабатывают избытком 20% раствора азотной кислотой. Промывают дистиллированной водой до нейтрального pH, сушат при 110°C в течение 2 ч. Полученные гранулы носителя с удельной поверхностью 15 м2/г, состоящие по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащие SiO2 50 мас. %, MgO 31 мас. %, пропитывают раствором бихромата меди, сушат при 100°C в течение 3 ч и прокаливают при 600°C в течение 4 ч.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. %. Температура 50% конверсии - 225°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 49 МПа.

Пример 4

Аналогичен примеру 3. Мольная доля KOH в растворе составляет 30%. Удельная поверхность носителя - 10 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 49 мас. %, MgO 28 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 5 мас. %. Температура 50% конверсии - 245°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 58 МПа.

Пример 5

Аналогичен примеру 3. Мольная доля KOH в растворе составляет 50%. Удельная поверхность носителя - 14 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 50 мас. %, MgO 32 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. %. Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 48 МПа.

Пример 6

Аналогичен примеру 3. Концентрация азотной кислоты составляет 10%. Удельная поверхность носителя - 13 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 51 мас. %, MgO 30 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. %. Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 52 МПа.

Пример 7

Аналогичен примеру 3. Концентрация азотной кислоты составляет 30%. Удельная поверхность носителя - 14 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 52 мас. %, MgO 32 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 225°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 54 МПа.

Пример 8

Аналогичен примеру 3. Вместо раствора бихромата меди используют раствор нитрата меди (II). Удельная поверхность носителя 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 49 мас. %, MgO 29 мас. %.

Содержание активного компонента CuO - 5 мас. % Температура 50% конверсии - 215°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 53 МПа.

Пример 9

Аналогичен примеру 3. Вместо концентрированного раствора бихромата меди используют раствор нитрата кобальта. Удельная поверхность носителя - 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 48 мас. %, MgO 30 мас. %.

Содержание активного компонента Co3O4 - 4 мас. % Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 50 МПа.

Пример 10

Аналогичен примеру 3. Время обработки раствором КОН составляет 2 ч. Удельная поверхность носителя - 11 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 50 мас. %, MgO 29 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 5 мас. % Температура 50% конверсии - 265°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 54 МПа.

Пример 11

Аналогичен примеру 3. Время обработки раствором KOH составляет 4 ч. Удельная поверхность носителя - 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 55 мас. %, MgO 32 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 50 МПа.

Пример 12

Аналогичен примеру 3. Вместо раствора KOH используют раствор NaOH. Удельная поверхность носителя - 14 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 50 мас. %, MgO 30 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 235°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 51 МПа.

Пример 13

Аналогичен примеру 3. Вместо раствора азотной кислоты используют раствор соляной кислоты. Удельная поверхность носителя - 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 51 мас. %, MgO 28 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 49 МПа.

Пример 14

Аналогичен примеру 3. Вместо раствора азотной кислоты используют раствор серной кислоты. Удельная поверхность носителя - 14 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 50 мас. %, MgO 31 мас. %.

Содержание активного компонента CuCr2O4 - 6 мас. % Температура 50% конверсии - 230°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 52 МПа.

Пример 15

Аналогичен примеру 3. Вместо концентрированного раствора бихромата меди используют смесь растворов нитрата кобальта и бихромата меди. Удельная поверхность носителя - 15 м2/г, состоящего по данным РФА из кварца SiO2 и силикатов магния (энстатита MgSiO3 и форстерита Mg2SiO4), содержащего SiO2 48 мас. %, MgO 30 мас. %.

Содержание активного компонента Co3O4 - 2 мас. %, CuCr2O4 - 3 мас. %. Температура 50% конверсии - 225°C. Механическая прочность на раздавливание полученного катализатора - 50 МПа.

Сравнительные характеристики катализаторов глубокого окисления на основе пропанта и его модификаций, прототипа (катализатор глубокого окисления на основе модифицированного мартеновского шлака) приведены в Таблице.

Приведенные примеры показывают, что катализаторы глубокого окисления, приготовленные на основе пропанта и его модификаций, по активности не уступают известным катализаторам глубокого окисления. При этом прочность заявляемых катализаторов более чем в 1,5 раза превышает прочность известных катализаторов глубокого окисления.

1. Способ приготовления катализатора глубокого окисления методом пропитки солями переходных металлов оксидного носителя с последующей сушкой и прокалкой, отличающийся тем, что в качестве оксидного носителя используют гранулы пропанта, состоящие из кварца и силикатов магния, или его модификаций с более развитой пористостью.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модифицирование пропанта, состоящего из кварца и силикатов магния, проводят предварительной обработкой раствором щелочи с последующей обработкой раствором минеральной кислоты, отмывкой, сушкой и прокалкой.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что предварительную обработку раствором щелочи проводят раствором KOH или NaOH мольной концентрации 30-50%.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что обработку раствором минеральной кислоты проводят раствором HNO3, HCl или H2SO4 с концентрацией 10-30%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к катализатору глубокого окисления CO и органических веществ. Данный катализатор содержит в качестве активного компонента оксиды переходных металлов или их смеси, нанесенные на оксидный носитель.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и энергетике. Устройство (1) для получения водорода, установленное в энергоблоке, включает увлажнитель (2), который снабжен технологической средой, содержащей окись углерода, предназначенный для смешивания технологической среды с паром.

Изобретение относится к области химии. Заменитель природного газа получают из свежего сырьевого синтез-газа 11 в секции 10 метанирования, содержащей но меньшей мере первый адиабатический реактор 101 и по меньшей мере дополнительный адиабатический реактор 102-104, включенные последовательно.

Изобретение относится к области получения водородсодержащего газа. .

Настоящее изобретение относится к способу эпоксидирования для получения алкиленоксида, включающему контакт гидропероксида с олефином в присутствии катализатора, в котором катализатор представляет собой титансодержащий катализатор, получаемый способом, включающим следующие стадии: (a) изготовление носителя способом, включающим реакцию силиката с водой в присутствии поверхностно-активного вещества, выбранного из блок-сополимеров на основе этиленоксида (ЕО) и пропиленоксида (РО), и обжиг полученного продукта реакции; (b) пропитывание носителя со стадии (а) титансодержащим реагентом, с получением пропитанного катализатора; (c) обжиг пропитанного катализатора со стадии (b); (d) гидролиз подвергнутого обжигу пропитанного катализатора со стадии (с) при помощи пара при температуре, составляющей предпочтительно от 150 до 400°С; и (e) силилирование гидролизованного пропитанного катализатора со стадии (d) при помощи силилирующего реагента.

Изобретение относится к способу получения железосодержащего цеолитного материала с топологиями ВЕА, СНА, LEV, ZSM. Способ заключается в том, что цеолитный материал легируют железом посредством реакции в газовой фазе с использованием пентакарбонила железа, причем легирование железом проводят в две стадии: (i) обработка в газовой фазе и (ii) термическое разложение, и на дополнительной стадии (iii) через цеолитный материал пропускают поток газа-носителя при температуре от 500 до 1000°C и давлении от 0,1 до 10 бар, причем в качестве газа-носителя используют водяной пар, воздух, инертные газы или их смеси.

Изобретение относится к химической промышленности, в том числе нефтехимии и газохимии, и может быть использовано при приготовлении катализаторов для процесса получения углеводородов из СО и H2 по методу Фишера-Тропша.

Изобретение относится к катализатору, способу его получения и к способам гидрирования органического соединения в присутствии указанного катализатора. Предложен дисперсный катализатор для гидрирования и дегидрирования в форме частиц, имеющих минимальный размер по меньшей части 0,8 мм, включающий переходный металл или его соединение, диспергированный на материале пористого носителя.
Изобретение относится к способу приготовления предшественника катализатора, который включает приведение в контакт материала носителя катализатора с соединением вольфрама с получением вольфрамсодержащего материала носителя катализатора; прокаливание вольфрамсодержащего материала носителя катализатора при температуре выше 900°C с получением модифицированного носителя катализатора, в котором достаточное количество соединения вольфрама используют таким образом, что соединение вольфрама присутствует в массе и на поверхности материала носителя катализатора в количестве не больше чем 12 мас.% W в расчете на общую массу модифицированного носителя катализатора; и введение соединения предшественника активного компонента катализатора, выбранного из группы, состоящей из кобальта (Со), железа (Fe) и никеля (Ni) на поверхность и/или в массу модифицированного носителя катализатора с получением предшественника катализатора.

Изобретение относится к катализатору окисления выхлопных газов, предназначенному для газопоглощения выхлопных газов, испускаемых из двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к способу генерации тепла для удаления сажи и снижения содержания просочившегося NH3 в выхлопной системе, причем указанный способ включает в себя: впрыскивание азотистого восстановителя в выхлопной поток, содержащий NOx; восстановление указанных NOx с использованием указанного азотистого восстановителя в присутствии катализатора селективного каталитического восстановления SCR с образованием газового потока с пониженным содержанием NOx, в котором по меньшей мере периодически содержится просочившийся азотистый восстановитель; впрыскивание НС в указанный газовый поток с пониженным содержанием NOx с образованием НС-обогащенного газового потока; приведение в контакт НС-обогащенного газового потока с объединенным катализатором с образованием нагретого газового потока, причем указанный объединенный катализатор содержит первый слой, имеющий окислительный катализатор для окисления по меньшей мере части указанных НС для нагрева указанного нагретого газового потока, и второй слой, имеющий катализатор SCR для восстановления по меньшей мере части NOx в указанном нагретом газовом потоке; и приведение в контакт указанного нагретого газового потока с сажевым фильтром для регенерации указанного фильтра от сажи.

Предложен улучшенный катализатор по настоящему изобретению. Улучшенный катализатор включает сотовую структуру с по меньшей мере одной наночастицей на сотовой структуре.
Изобретение относится к износостойкому каталитически-активному термобарьерному керамическому покрытию деталей камеры двигателя внутреннего сгорания, нанесенному методом микродугового оксидирования.
Изобретение относится к области разработки катализаторов для различных процессов гидрирования ароматических нитросоединений в соответствующие амины. Заявлен способ синтеза палладий-углеродного катализатора для получения ароматических аминов путем восстановления водородом ароматических нитросоединений в растворителе.

Изобретение относится к способу получения о-алкенилфенолов, являющихся перспективными исходными соединениями для синтеза лекарственных препаратов и душистых веществ в косметической и пищевой промышленности.

Изобретение раскрывает способ получения предшественника кобальтсодержащего катализатора для синтеза углеводородов, где способ включает прокаливание нагруженной катализатором подложки, содержащей подложку катализатора с нанесенной солью кобальта, при этом прокаливание включает разложение соли кобальта и/или осуществление взаимодействия соли кобальта с кислородом, причем прокаливание превращает соль кобальта в оксид кобальта и прокаливание включает предоставление нагруженной катализатором подложки для тепловой обработки путем нагревания нагруженной катализатором подложки до температуры Т по меньшей мере 220°С при скорости нагревания ниже 10°С/минуту, и пропускание потока газа при объемной скорости по меньшей мере 19 м3 n/кг соли кобальта/час через нагруженную катализатором подложку в течение, по меньшей мере, части нагревания до температуры Т 220 ºС с получением таким образом предшественника кобальтсодержащего катализатора.

Изобретение относится к химической промышленности, в том числе нефтехимии и газохимии, и может быть использовано при приготовлении катализаторов для процесса получения углеводородов из СО и H2 по методу Фишера-Тропша.

Изобретение относится к катализатору, способу его получения и к способам гидрирования органического соединения в присутствии указанного катализатора. Предложен дисперсный катализатор для гидрирования и дегидрирования в форме частиц, имеющих минимальный размер по меньшей части 0,8 мм, включающий переходный металл или его соединение, диспергированный на материале пористого носителя.

Изобретение относится к катализатору, способу его получения и к способам гидрирования органического соединения в присутствии указанного катализатора. Предложен дисперсный катализатор для гидрирования и дегидрирования в форме частиц, имеющих минимальный размер по меньшей части 0,8 мм, включающий переходный металл или его соединение, диспергированный на материале пористого носителя.

Изобретение относится к области разработки способов приготовления катализаторов глубокого окисления CO и органических веществ. Описан способ приготовления катализатора глубокого окисления. Оксидный носитель пропитывают солями переходных металлов, затем сушат и прокаливают. В качестве носителя используют гранулы пропанта, состоящие из кварца и силикатов магния, или его модификации с более развитой пористостью. Модифицирование пропанта проводят путем предварительной обработки раствором щелочи с последующей обработкой раствором минеральной кислоты, отмывкой, сушкой, прокалкой. Технический результат - высокая активность и высокая механическая прочность катализатора глубокого окисления. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 пр.

Наверх