Способ приготовления микроволокнистого катализатора

Изобретение относится к области химической промышленности, к новым способам синтеза катализаторов, которые могут использоваться, в частности, для глубокого окисления (дожигания) СО, органических и галогенорганических соединений, окисления сероводорода и диоксида серы, восстановления оксидов азота и для многих других каталитических реакций. Изобретение может найти применение в процессах производства ценных химических продуктов и полупродуктов, а также при переработке и утилизации разнообразных газообразных и жидких отходов. Описан способ приготовления микроволокнистого катализатора в форме структурированных полотен из нитей, скрученных из микроволокон носителя с нанесенным активным компонентом, включающий стадии предварительной обработки нитей, изготовления тканных или плетенных полотен из нитей, пропитки предшественниками активных компонентов, их сушки и термообработки. Приготовление катализатора осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии производят предварительную обработку нитей, пропитку нитей предшественниками активных компонентов, их сушку и термообработку, а на второй стадии из полученных нитей производят изготовление структурированных полотен. Технический результат - высокое равномерное распределение активного компонента по поверхности катализатора. 4 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к области химической промышленности, к новым способам синтеза катализаторов, которые могут использоваться, в частности, для глубокого окисления (дожигания) СО, органических и галогенорганических соединений, окисления сероводорода и диоксида серы, восстановления оксидов азота и для многих других каталитических реакций. Изобретение может найти применение в процессах производства ценных химических продуктов и полупродуктов, а также при переработке и утилизации разнообразных газообразных и жидких отходов.

Микроволокнистые катализаторы используют в качестве носителя микроволокна, состоящего из различных материалов (стекла, минералов, металлов, полимеров, углерода, хлопка и пр.), обычно размером от 1-2 до 20-30 мкм. Для практического использования такие микроволокна структурируются в виде полотен или тканей, состоящих из нитей, скрученных из микроволокон. Катализаторы на таких носителях отличаются высокой эффективностью внешнего и внутреннего массообмена и в этой связи представляют большой практический интерес.

Известен способ получения катализатора на основе высокосиликатных микроволокон (РФ №2160156, B01J 21/08, B01J 23/38, B01J 23/70, B01J 37/02, 10.12.2000), включающий стадии предварительной обработки высокосиликатной стеклоткани, ее пропитки раствором веществ, содержащих активные компоненты, а также последующей сушки и термической обработки.

Этот способ позволяет получать катализаторы с широким спектром различных активных компонентов и промоторов. Недостатком такого способа является то, что при пропитке микроволокнистой ткани раствор активного компонента аккумулируется преимущественно в зонах перекрещивания нитей, соответственно, в итоге возникает неоднородность распределения активного компонента в катализаторе. Эта неоднородность усугубляется тем, что в условиях практического применения зоны перекрещивания нитей наименее доступны для реагентов. Дополнительным недостатком является недостаточная производственная гибкость технологии, связанная с тем, что возможность производства тканных микроволокнистых катализаторов различных форм и размеров ограничена геометрией производящихся микроволокнистых тканей, используемых в качестве носителей.

Изобретение решает задачу разработки эффективного способа приготовления микроволокнистого катализатора.

Технический результат - высокое равномерное распределение активного компонента по поверхности катализатора, а также возможность производства катализатора с гибкой вариацией его форм и размеров.

Задача решается тем, что при производстве микроволокнистого катализатора в форме структурированных полотен из нитей, скрученных из микроволокон носителя с нанесенным активным компонентом, включающем стадии предварительной обработки носителя, изготовления тканных или плетенных полотен из нитей, пропитки предшественниками активных компонентов, их сушки и термообработки, согласно изобретению производство катализатора осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии производства производят предварительную обработку нитей, пропитку нитей предшественниками активных компонентов, их сушку и термообработку, а на второй стадии из полученных нитей производят изготовление структурированных полотен. При этом стадия предварительной обработки нитей может включать промывку и обжиг нитей, а также нанесение на нити слоя вторичного носителя с развитой внутренней поверхностью, например слоя диоксида кремния, оксида алюминия, диоксида титана или активированного углерода. В качестве активных компонентов в таких катализаторах могут быть использованы благородные металлы, такие как платина, палладий, золото, серебро и др., и/или оксиды переходных металлов, например никель, железо, медь, хром, ванадий, кобальт, редкоземельные металлы и др.

Для производства катализатора в качестве носителя могут использоваться нити толщиной от 0.1 до 5 мм, скрученные из стеклянных, минеральных, углеродных или полимерных волокон диаметром от 1 до 30 мкм.

Нанесение предшественников активного компонента на нити позволяет обеспечить однородное нанесение активного компонента по всей длине нити. Соответственно, из произведенных нитей далее производятся структурированные полотна и ткани с равномерным распределением активного компонента по их поверхности, без аккумуляции активного компонента в зоне пересечения нитей. Кроме того, в этом случае возможно изготовление катализатора заданных геометрических форм и размеров, в частности, прямоугольных полос или листов заданной ширины. Для производства каталитических тканей из каталитических нитей могут использоваться стандартные ткацкие станки.

С помощью предложенного способа можно наносить разнообразные активные компоненты на гибкие микроволокнистые носители, что расширяет возможности создания принципиально новых каталитических систем с улучшенными инженерными свойствами для различных практических применений.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Для приготовления катализатора используется носитель, представляющий собой нити диаметром 1 мм, выполненные из стекловолокон с высоким (более 96 мас. %) содержанием SiO2. Нанесение активного компонента производят путем пропитки нити водным раствором, содержащим ацетат палладия. Перед пропиткой нить прокаливают при температуре 600°С в течение 20 мин для удаления органического замасливателя. После пропитки нить высушивают в воздухе при температуре 90°С в течение 10 мин, затем подвергают термообработке при 450°С в течение 30 мин. Содержание палладия в готовом катализаторе составляет 0.07-0.1 мас. %. Из полученной нити с помощью ткацкого станка производят ткань сатиновой структуры шириной 16 см.

Полученный катализатор в реакции глубокого окисления пропана при температуре 400°С и времени контакта 0,25 с демонстрирует степень превращения пропана 48%.

Аналогичный катализатор, приготовленный аналогичным образом, но путем пропитки готовой стеклоткани шириной 80 см с последующей ее резкой на полосы шириной 16 см, в этих условиях демонстрирует конверсию пропана 41%, кроме того, он механически нестабилен на краях полос и может постепенно разрушаться при эксплуатации.

Пример 2.

Аналогичен примеру 1, но перед нанесением активного компонента на нити наносят дополнительный внешний слой вторичного носителя с развитой внутренней поверхностью, а в качестве активного компонента используют хромит меди. Для этого после предварительного прокаливания нить пропитывают по влагоемкости водным раствором силиказоля, высушивают и прокаливают при 400°С в течение 30 мин. В результате удельная поверхность нити возрастает с 1 м2/г до 30 м2/г. Полученную нить пропитывают водным раствором бихромата меди, высушивают и прокаливают при 400°С в течение 1 ч. Полученный катализатор содержит около 2.5 мас. % хромита меди в пересчете на металлическую медь. Из полученной нити с помощью ткацкого станка производят ткань сатиновой структуры шириной 10 см.

Полученный катализатор в реакции глубокого окисления этилбензола в воздухе при температуре 400°С и времени контакта 0,15 с демонстрирует степень превращения этилбензола 56%.

Аналогичный катализатор, приготовленный аналогичным образом, но путем пропитки готовой стеклоткани шириной 80 см с последующей ее резкой на полосы шириной 10 см, в этих условиях демонстрирует конверсию этилбензола 48%, кроме того, он механически нестабилен на краях полос и может постепенно разрушаться при эксплуатации.

Пример 3.

Аналогичен примеру 2, но в качестве активного компонента используют оксид железа. Для этого после нанесения вторичного носителя полученную нить пропитывают водным раствором, содержащим нитрат железа, высушивают и прокаливают при 400°С в течение 1 ч. Полученный катализатор содержит около 1,9 мас. % оксида железа в пересчете на металлическое железо. Из полученной нити с помощью ткацкого станка производят ткань сатиновой структуры шириной 8 см.

Полученный катализатор в реакции селективного окисления сероводорода в серу при температуре 250°С и времени контакта 1 с демонстрирует степень превращения сероводорода 84% при селективности окисления в серу 80%.

Аналогичный катализатор, приготовленный аналогичным образом, но путем пропитки готовой стеклоткани шириной 80 см с последующей ее резкой на полосы шириной 8 см, в этих условиях демонстрирует конверсию сероводорода 80% при селективности окисления в серу 75%, кроме того, он механически нестабилен на краях полос и может постепенно разрушаться при эксплуатации.

Пример 4.

Для приготовления катализатора используется носитель, представляющий собой базальтовые нити диаметром 0,5 мм. Исходную нить пропитывают по влагоемкости водным раствором силиказоля, высушивают и прокаливают при 400°С в течение 30 мин. Нанесение активного компонента производят путем пропитки полученной нити водным раствором, содержащим нитрат никеля. После пропитки нить высушивают в воздухе при температуре 90°С в течение 10 мин, затем подвергают термообработке при 450°С в течение 30 мин. Содержание оксида никеля в готовом катализаторе составляет 2,0 мас. % в пересчете на металлический никель. Из полученной нити с помощью ткацкого станка производят ткань сатиновой структуры шириной 20 см.

Полученную ткань зауглероживают при протекании реакции каталитического разложения углеводородов в среде легких парафинов при температуре 450°С в течение 5 ч. Удельная поверхность полученного материала составляет ~100 м2/г, выход нановолокнистого углерода 65 г на 1 г никеля.

Аналогичный материал, приготовленный аналогичным образом, но путем пропитки готовой стеклоткани шириной 80 см с последующей ее резкой на полосы шириной 20 см, в этих условиях демонстрирует удельную поверхность ~80 м2/г и выход углерода 55 г на 1 г никеля.

1. Способ приготовления микроволокнистого катализатора в форме структурированных полотен из нитей, скрученных из микроволокон носителя с нанесенным активным компонентом, включающий предварительную обработку нитей, изготовление тканных или плетенных полотен из нитей, пропитку предшественниками активных компонентов, их сушку и термообработку, отличающийся тем, что приготовление катализатора осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии производят предварительную обработку нитей, пропитку нитей предшественниками активных компонентов, их сушку и термообработку, а на второй стадии из полученных нитей производят изготовление структурированных полотен.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии предварительной обработки нитей можно производить промывку и обжиг нитей.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что на стадии предварительной обработки нитей можно дополнительно наносить на нити слой вторичного носителя с развитой внутренней поверхностью, например диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид титана или активированный углерод.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве активного компонента используют благородные металлы, например платину, палладий, золото, серебро, и/или оксиды переходных металлов, например, никель железо, медь, хром, ванадий, кобальт, редкоземельные металлы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для производства катализатора в качестве носителя используют нити толщиной от 0.1 до 5 мм, скрученные из стеклянных, минеральных, углеродных или полимерных волокон диаметром от 1 до 30 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химии, а именно к катализаторам, предназначенным для процесса гидроизомеризации н-алканов, а также прямогонных и гидроочищенных дизельных фракций, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к способу приготовления катализатора для глубокой гидроочистки нефтяных фракций. Способ включает пропитку алюмооксидного носителя раствором соединений металлов VIII, VI и V групп.

Изобретение относится к технологии приготовления оксидно-никелевого катализатора на инертном носителе с регулируемой толщиной поверхностного активного слоя. Способ получения оксидно-никелевого катализатора включает пропитку носителя на основе оксида алюминия раствором нитрата никеля, дальнейшую сушку при температуре 100-120°С и прокаливание при температуре 450-500°С.
Изобретение относится к сорбционной технике, в частности к получению сорбентов-катализаторов путем пропитки активного угля (АУ) растворами каталитических добавок для использования их в индивидуальных и коллективных средствах защиты органов дыхания фильтрующего типа с целью удаления токсичных химикатов (ТХ) из воздуха, а также защиты окружающей среды от промышленных выбросов.

Изобретение относится к катализатору очистки обогащенных водородом газовых смесей от оксида углерода путем селективного метанирования оксида углерода, при этом катализатор содержит кобальтцериевую оксидную систему, содержащую в своем составе хлор.

Изобретение относится к способу получения непредельных углеводородов дегидрированием соответствующих парафиновых углеводородов с использованием алюмохромовых катализаторов и может быть использовано в нефтехимической и химической промышленности.

Изобретение касается способа получения катализатора, исходя из предшественника катализатора, содержащего носитель на основе оксида алюминия, и/или диоксида кремния-оксида алюминия, и/или цеолита и содержащего по меньшей мере один элемент VIB группы и, возможно, по меньшей мере один элемент VIII группы.
Изобретение относится к способам получения катализаторов и предназначено для получения полимерсодержащего катализатора реакции Сузуки на основе наночастиц палладия, импрегнированных в матрицу сверхсшитого полистирола методом пропитки по влагоемкости (импрегнации).

Изобретение относится к способам получения катализаторов для дегидрирования парафиновых углеводородов. В соответствии с указанным способом используют алюмооксидный носитель со структурой гиббсита, дозируют раствор предшественника модификатора - оксида кремния и проводят пропитку носителя этим раствором, катализатор сушат, дозируют водные растворы предшественников активного вещества и промотора - оксида хрома и оксида калия, проводят пропитку носителя указанными растворами, сушку после каждой пропитки и прокалку носителя после пропитки активным веществом в течение 4-6 часов, перед нанесением компонентов на носитель проводят его прокалку при средней температуре 450-1000°С, затем прокаленный носитель подвергают гидротермальной обработке острым паром, подавая пар непосредственно в суспензию через барботеры внутрь автоклава, в течение 1-5 часов при соотношении воды и твердой фазы 2:1, далее продукт подвергают вторичной термической обработке и наносят активный компонент и промотор, после нанесения активного компонента и сушки носителя проводят прокалку катализатора при температуре 600-1000°С, выгруженный продукт подвергают классификации по размерам частиц с выделением требуемого распределения частиц.

Изобретение относится к области катализа и нефтепереработки, в частности к катализатору, на основе алюмофосфатного цеолита АРО-11 или силикоалюмофосфатного цеолита SAPO-11 с иерархической пористой структурой.
Изобретение относится к новым способам синтеза катализаторов, которые могут использоваться, в частности, для глубокого окисления оксида углерода, органических и галогенорганических соединений, окисления сероводорода и диоксида серы, восстановления оксидов азота и для многих других каталитических реакций.
Изобретение относится к области химии и экологии, а именно глубокому окислению органических соединений, которое может быть применено к процессам очистки и обезвреживания газообразных и жидких выбросов, для дожига вредных органических соединений, в том числе летучих, галогенсодержащих и т.п., в отходящих газах.

Изобретение относится к каталитическим материалам, обладающим высокой активностью в различных химических реакциях, а также длительным сроком службы. Каталитические материалы состоят из особых гибридных сочетаний неорганических/полимерных соединений, содержащих наночастицы металлов, и могут легко использоваться повторно с пренебрежимо малым выщелачиванием катализаторов.

Изобретение относится к катализатору, способу его получения и к способу гидрообработки потоков исходного сырья. Катализатор содержит волокнистую подложку с кремнийсодержащими волокнами и цеолитом.

Изобретение относится к области каталитической химии и может быть использовано при очистке промышленных газовых выбросов и выбросов автотранспорта от углеводородов.

Изобретение относится к производству катализаторов для жидкофазного окисления серосодержащих соединений. Заявлен способ приготовления гетерогенного фталоцианинового катализатора для окисления серосодержащих соединений путем активации нетканого лавсана микроволновым излучением с частотой 2450 МГц мощностью 500-2000 Вт в течение 3-15 минут, обработки активированного материала в растворе тетра-4-[(4'-карбокси)фенилсульфанил]фталоцианина кобальта при концентрации 0,2-0,6 г/л в течение 2-4 часов и последующей выдержки материала в растворе гидроксида натрия при pH 8,0-8,5 в течение 40-80 минут.

Изобретение относится к способам изготовления катализаторов на подложке из стекловолокон и базальтовых волокон, может быть использовано для изготовления катализаторов очистки газовых выбросов различных производств, содержащих углеводороды, оксид углерода, оксиды азота.
Изобретение относится к области приготовления сорбентов и носителей для нанесенных катализаторов и может быть использовано для приготовления катализаторов для различных каталитических процессов.
Изобретение относится к области химии, а именно к технологии производства ценного полупродукта - метилхлорида, который является перспективным сырьем для производства этилена и других легких олефинов.
Изобретение относится к области химической промышленности, к каталитическим системам, которые могут использоваться, в частности, в реакциях окисления хлористого водорода в молекулярный хлор, оксихлорирования метана, для парциального окисления низших парафинов (C1-C4) до спиртов и альдегидов (оксигенатов).

Изобретение относится к способу приготовления катализатора для низкотемпературной изомеризации легких бензиновых фракций, применяемых для производства высокооктановых компонентов моторных топлив. Способ приготовления катализатора для изомеризации легких бензиновых фракций включает приготовление носителя, формование, сушку, прокаливание и пропитку его раствором сульфата циркония с последующей сушкой и прокаливанием, а затем осуществляют обработку раствором гексахлороплатиновой кислоты, сушку и прокаливание. Способ отличается тем, что носитель получают путем обработки гидроксида алюминия псевдобемитной структуры, полученного переосаждением гидроксида алюминия нитратным способом в режиме непрерывного осаждения, раствором сульфата олова с последующей сушкой до влажности 58-60 мас. %, формованием в гранулы диаметром 1,5-1,7 мм, сушкой до влажности не более 20 мас. % и прокаливанием до влажности не более 3 мас. %, а пропитку раствором гексахлороплатиновой кислоты проводят с добавлением серной кислоты. Заявлен также катализатор для изомеризации легких бензиновых фракций, который получен способом по изобретению, и который содержит компоненты в мас. %: Pt - 0,1-0,3, ZrO2 - 20-30, S042- - 6-10, Sn - 0,15-0,50, Al2O3 - остальное. Технический результат - катализатор обеспечивает выход целевого продукта - изомеризата С5+ - на уровне 97-98 мас. % при содержании 2,2-диметилбутана не ниже 28 мас. %, при температуре процесса 140°C и сохранении низкого содержания активных компонентов в катализаторе. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 7 пр.
Наверх