Способ прессования элементов катализатора для очистки отработанных газов от окиси углерода

 

О П И С А Н И Е (11) 45720 2 —

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ (6() Зависимый от патента (22) Заявлено 22.09.71 (21) 1701059/

1920528/23-4 (32) Приоритет 30.09.70 (31) 85119 (33) Япония (51) В 01) 11/32

Госуаарственнык комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.01.75. Бюллетень № 2 (53) УДК 66.094.382 (088,8) Дата опубликования описания 19.03.75 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Есихиро Куниясу, Тосиюки Сакаи и Хирото Сакаи (Япония) Иностранная фирма

«Мицуи Майнинг энд Смелтинг Ко, ЛТД> (Япония) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРЕССОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КАТАЛИЗАТОРА

ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСИ УГЛЕРОДА

Изобретение относится к области приготовления катализаторов для очистки отработанных газов от окиси углерода.

Известен способ приготовления катализатора для очистки выхлопных газов по окиси углерода на основе окислов марганца и окислов свинца или окислов висмута путем прессования в таблетки смеси окислов марганца с окислами свинца или окислами висмута и связующим с последующей сушкой и прокаливанием при высокой температуре.

Однако полученный при таком способе таблетированный катализатор имеет низкую механическую прочность, быстро истирается в порошок при взаимных столкновениях, трении таблеток, вызываемых вибрацией движущегося автомобиля, Это в свою очередь приводит к возрастанию сопротивления потоку выхлопного газа, к снижению эффективности

его очистки и к уменьшению срока службы катализатора.

Цель изобретения — повышение механической прочности и увеличение срока службы катализатора. Она достигается путем прессования смеси порошкообразных компонентов катализатора на основе окислов марганца и окислов свинца или окислов висмута со связующим, в качестве которого используют порошкообразный металл, обладающий удовлетворительной прессуемостью, например медь, железо, никель, олово, алюминий или их сплавы.

Далее порошкообразную смесь компонентов прессуют при нагревании до 200 — 700, предпочтительно 300 — 600 С.

Катализатор, содержащий в качестве основных компенентов окислы марганца и окислы свинца или окислы висмута, может содержать также точно установленное количество по меньшей мере одного члена, выбранного из

I0 группы, состоящей из окислов щелочноземельных элементов, таких, как магний, кальций или барий, окислов редкоземельных элементов, например иттрия, лантана, церия или неодима, окислов алюми15 ния, кремния и висмута, окислов таких переходных металлов, как медь, железо, никель или таких переходных металлов, как медь, железо, кобальт, никель.

Смесь этих окислов металлов подвергают

20 горячему прессованию при таких температурах, которые не вызывают какого-либо разложения компонентов катализаторов. Она меняется в зависимости от типа вещества, образующих катализатор на основе окислов метал25 лов, и находится в интервале между 200 †7, предпочтительно между 300 †5 С в случае катализатора, состоящего, в основном, из окислов марганца и окислов свинца,и между

200 †7, предпочтительно 300 †6 С, в слуЗО чае катализатора, состоящего, в основном, из

457202

10

60 б5 окислов марганца и окислов висмута. Применяемое при прессовании давление находится в интервале 1 — 10, предпочтительно 2 — 5 т/см .

В том случае, когда температура находится ниже минимальной, приведенной для указанных выше интервалов, прочность прессованного катализатора становится недостаточной.

Если же эта температура превосходит максимум, указанный для приведенных выше интервалов, имеется опасность изменения качества окислов марганца. Если применяемое давление имеет величину ниже минимума указанного интервала, влияние давления становится недостаточным и приводит к получению прессованного катализатора с недостаточной прочностью, в то время, как при превышении указанного максимума давления имеется опасность повреждения матрицы, используемой при прессовании.

Соотношение при смешивании окислов марганца и окислов свинца в катализаторе на основе окислов металлов находится в интервале 75:25 — 25:75, предпочтительно 60:40 — 40:60 в процентах по весу. Соотношение при смешивании окислов марганца и окислов висмута находится в интервале 95:5 — 50:50 — предпочтительно 90:10 — 70:30 в процентах по весу.

Если добавка, прибавляемая к основным компонентам, представляет собой, по меньшей мере, один член, выбранный из группы, состоящей из окислов щелочноземельных элементов, окислов редкоземельных элементов, окислов алюминия, окиси кремния, окислов переходных металлов, соотношение при примешивании к основным компонентам находится в интервале 5 — 10, предпочтительно 7 — 8 процентов по весу. В случае добавок, представляющих собой окислы висмута и при том условии, что основные компоненты состоят из окислов марганца и окислов свинца, отношение при примешивании указанных добавок находится в интервале 5 — 40, предпочтительно

5 — 30 процентов по весу из расчета на общее количество основных компонентов. В том случае, когда добавка представляет собой по меньшей мере один член, выбранный из группы, состоящей из переходных металлов, а основные компоненты состоят из окислов марганца и окислов свинца, соотношение при примешивании указанных добавок находится в интервале 5 — 40, предпочтительно 5 — 30 процентов по весу из расчета на общее количество указанных основных компонентов, Когда основные компоненты состоят из окислов марганца и окислов висмута, указанное соотношение находится в пределах 5 — 60, предпочтительно 10 — 30 процентов по весу из расчета на общее количество указанных основных компонентов.

По данному способу получают прочные и характеризующиеся длительным сроком службы элементы катализатора, имеющие различную форму, не говоря уже о форме таблеток, что достигается путем горячего прессования под давлением 1 — 10, предпочтительно 2—

25 зо

4

5 т/слР, при температурах, не оказывающих неблагоприятного влияния на качество указанного катализатора, порошкообразных катализаторов на основе окислов металлов, смешанных с небольшим количеством по меньшей мере одного члена, выбранного из группы, состоящей из порошкообразных металлов, таких, как медный, железный, никелевый, оловянный и алюминиевый порошки и порошкообразных сплавов этих металлов, обладающих удовлетворительной способностью к прессованию, что имеет своей целью улучшение механической прочности готового элемента катализатора. Приготовленные таким образом элементы катализатора на основе окислов металлов весьма пригодны для применения по очистке отработанного газа, образующегося в автомобилях.

Количество элементов катализатора, которые должны употребляться в автомобилях, зависит от объема выхлопных газов, выделяющихся в указанном автомобиле. Элементу катализатора может быть придана такая форма, чтобы увеличилась площадь контакта с отработанными газами и в то же время было бы удобно уложить эти элементы в контейнер для катализатора, используемого для очистки отработанных газов. Для увеличения площади, приходящей в соприкосновение с отработанными газами, желательно, чтобы элемент катализатора, используемый для очистки отработанных газов, образующихся в автомобилях, имел такую конфигурацию, которая является наиболее удобной, и поверхность его имела бы рифления или канавки и/илиподходящее число отверстий, соответствующее предъявляемым требованиям.

Элемент катализатора должен быть упакован таким образом, чтобы была получена блочная структура. В соответствии с этим, элемент катализатора, пригодный для создания наиболее эффективной упакованной структуры, служащей для очистки отработанных газов, представляет собой прессованный катализатор, пригодный для заполнения площади поперечного сечения контейнера для катализатора наиболее целесообразным образом, например, сечение установленной конфигурации должно состоять из прямых или кривых линий, а именно, представлять собой многоугольник, круг, сектор и т. д.

Оптимальная упакованная структура для очистки отработанных газов может быть создана путем указанного выше правильного расположения приготовленных описанным выше способом элементов катализатора с установленной конфигурацией.

Пример 1. Смесь, полученную после проводившегося в течение 24 ч на шаровой мельнице сухого смешения 7 кг электролитической двуокиси марганца (МпО ) и 3 кг свинцового сурика (РЬ 04), размеры частиц которых составляют менее 200 меш, вводят в гнездо матрицы, нагретой до 400 С. После того, как температура загрузки достигает примерно

457202

400 С, смесь подвергают пятиминутному прессованию под давлением 4 т/см, благодаря чему получают элементы катализатора. Сопротивление этих элементов катализатора сжатию составляет 200 — 300 кг/смЯ, т. е. 2—

3 раза превышает сопротивление сжатию обычных таблеток катализатора.

Приготовленные таким способом элементы катализатора размещают в виде кассеты в контейнере для катализатора в количестве

8 кг и испытывают при очистке отработанных газов, имеющих температуру б00 С, выделяющихся из двигателя, установленного на «Керол ЗбО». Определение состава отработанных газов после контроля, проводившегося в течение 400 ч, показывает, что концентрация окиси углерода СО в очищенном газе поддерживается на уровне менее 1%, а концентрация углеводородов НС в тех же газах составляет менее 100 ч на 10 . Это указывает на то, что степень превращения более 90%. Кроме того, здесь наблюдается снижение содержания окислов азота. Через 400 ч работы происходит лишь незначительное изменение конфигурации элементов катализатора и не отмечается никакого снижения к.п.д. двигателя.

Пример 2. Элементы катализатора, полученные прессованием смеси из 5 кг химически чистой двуокиси марганца (Мп02), 3 кг свинцового сурика (РЬз04), размеры частиц которых составляют менее 200 меш, и 2 кг электролитической порошкообразной меди (Cu) с размером частиц 100 меш, срабатывают по методике, описанной в примере 1. Сопротивление сжатию составляет 400 — 500 кг/смЯ. Наблюдение за эффективностью катализатора в течение 300 ч показывает, что степень превращения СО и НС поддерживается на уровне около 90%. Кроме того, наблюдается конвертирующее воздействие на окислы азота.

IT р и м е р 3. Смесь, полученную тщательным смешением 1,5 кг электролитической двуокиси марганца (Mn02), 1,0 кг полуторной окиси марганца (Мп Оз), 7 кг свинцового сурика (РЬз04), размеры частиц которых менее

200 меш, и 3 кг порошкообразного железа (Fe) с размером частиц 100 меш, обрабатывают, как описано в примере 1, и изготавливают элементы катализатора с рифлениями.

Сопротивление сжатию этих элементов находится в пределах 600 — 700 кг/см, то есть имеет достаточную величину и может противостоять реальным условиям, имеющим место при движении автомобиля. Приготовленные описанным способом элементы катализатора собирают в блоки и помещают в контейнер для катализатора в количестве 4 кг и в течечие 400 ч следят за эффективностью катализатора. При этом установлено, что степень превращения СО и НС поддерживается на уровне 70%.

В табл. 1 даны результаты очистки газа после работы в течение 400 ч.

Пример 4. Смесь, состоящую из 9,5 кг полуторной окиси марганца (Мп Оз), 500 г поТаблица 1

Концентрация в очищенном газе

Концентрация в отработаниых газах

Условия работы

НС, ч, иа

1 10 ч.

НС, ч.

CO,% иа

110 ч

CO, %

10 Работа иа холостом ходу

1,2

4,5 320

0,3

0,05

Поездка (60 KM/ч) 15 луторной окиси висмута (В120з), 500 г извести и 500 г (LaqO,) с размерами частиц меньше 200 меш, используют для изготовления элементов катализатора, имеющих такую же конфигурацию, как и в примере 3.

Приготовленные таким образом элементы катализатора собирают в блоки и затем помещают в цилиндрический контейнер для катализатора в количестве около 4 кг. Последующее наблюдение над каталитической эффективностью этой структуры проводят в течение

300 ч, как это было описано в примере 1, и было отмечено, что степень превращения СО и НС составляет свыше 80%.

В табл. 2 даны результаты очистки газа после работы в течение 300 ч.

Таблица 2

Концентрация в очищенном газе

Концентрация в отработанных газах

Условия работы

НС, ч.

CO,% HG

1 10 ч.

НС, ч.

СО % иа

1 10 ч.

Работа иа холостом ходу

0,8

4,6 230

90

0,08 15

Поездка (60 км/ч) 0,4

Пример 5. Смесь, состоящую из 5 кг электролитической двуокиси марганца (МпО ), 5 кг пятиокиси висмута (BiqOq), 200 г окиси магния (MgO), 300 г окиси трехвалентного железа (FeqO>), размеры частиц которых составляют меньше 200 меш, и 1 кг порошкообразного железа (г е) с размером частиц

100 меш, используют для изготовления элементов катализатора, имеющих конфигура55 цию, приведенную в примере 3. Приготовленные таким образом элементы катализатора собирают в блоки и затем помещают в контейнер для катализатора в количестве 4 кг.

Последующее наблюдение над эффективно80 стью очистки при применении этой структуры для обработки отработанных газов, проводившееся в течение 400 ч, как это было описано в примере 1, показывает, что степень превращения СО и НС поддерживается на уровне

65 80%

457202

Предмет изобретения

Концентрация в отработанных газах

Концентрация в очищенном газе

Условия работы

HC. ч

НС, ч.

С0,% на 1.108 ч. на

1 10 ч.

4,8

250

0,9 50

Работа на холостом ходу

0,5

0,1

Поездка (60 км(ч) 90

Составитель Ю. Петров

Техред Г. Дворина

Корректор Л. Орлова

Редактор Т. Девятко

Заказ 560/5 Изд. № 1072 Тираж 782 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5Ê-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2

В табл. 3 даны результаты очистки газа после работы в течение 400 ч.

Таблица 3

Способ прессования элементов катализатора для очистки отработанных газов от окиси углерода на основе окислов марганца и окислов свинца или окислов висмута путем прессования смеси порошкообразных компонентов катализатора со связующим, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения механической прочности и увеличения срока службы катализатора, в качестве связующего взят порошкообразный металл, обладающий удовлетворительной прессуемостью, и порошкообраз15 ную смесь компонентов прессуют при нагревании до 200 †7, предпочтительно 300 †6 С.