Способ приготовления катализатора для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания

 

О П И С А Н И Е (и) 460606

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Респколик

К ПАТЕНТУ (61) Зависимый от патента (51) М. Кл. В 011 11,/66 (22) Заявлено 01.09.72 (21) 1828573/23-4 (32) Приоритет 01,09.71 (31) P 2143789.8 (33) ФРГ

Опубликовано 15.02.75. Бюллетень № 6

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 66.097.3 (088.8) ло делам нзооретеннй и открытнй

Дата опубликования описания 18.03.75 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Карл Эрнст Хофштадт, Рудольф Фан, Михаель Шне" и Гюнтер Донга (ФРГ) Иностранная фирма

«Зюд-Хеми АГ» (ФРГ) (71) Заявитель (54) СПОСОБ П РИ ГОТОВЛ ЕНИЯ КАТАЛ ИЗАТОРА

ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к способам приготовления катализатора для очистки выхлопных газов, двигателей внутреннего сгорания от углеводородов, окиси углерода, окислов азота.

Известен способ приготовления катализатора для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания путем пропитки носителя водным раствором соединений никеля и ил и кобальта,и платины с последующей сушкой и прокаливанием.

Пропитку носителя проводят водяным раствором, содержащи м одновременно соли никеля и/или кобальта и пластинки Катализатор, полученный известным способом, недостаточно активен.

С целью получения высокоактивного катализатора согласно изобретению носитель пропитывают сначала водным раствором соединения никеля и/или кобальта, а затем водным раствором соединения платины с сушкой и прокаливанием после каждой пропитки. При этом платина, более активный .компонент, находится на поверхности носителя и не закрывается массой неблагородного металла.

Катализатор, полученный предлагаемым способом, содержит платины 0,01 — 1 вес. %, никеля и/или кобальта — 0,1 — 10 вес. .

Сырье для носителя и активных компонентов выбирают таким образом, чтобы содержание щелочи и серы в готовом катализаторе составляло 0,05 вес.%, поскольку установлено, 5 что никель-и платинусодержащие катализаторы, имеющие незнавительное количество серы, через некоторое время теряют активность.

Можно использовать известные окисные носители с высокой рабочей прочностью и ус10 тойчивостью к действию переменных температур, например окись алюминия, окись кремния, алюминиевые и прочие силикаты, окись титана, окись магния, окись ц иркония. Эти вещества .можно использовать отдельно или в виде

15 смеси. Используют носитель, состоящий из прутков, таблеток или монолитов, пронизанных каналами.

В качестве исходного вещества для активных компонентов обычно используют раство20 римые в воде соли платины, никеля и/или кобальта, например гексахлороплатиновую кислоту, никель и/или кобальтхлорид, -нитрат или-а цетат.

Пример 1. 1,5 кг этилата алюминия добав25 ляют в 10 л дистиллированной воды при комнатной температуре, перемешивают и полученную суспензию отстаивают в течение ночи

460606

Зо

65 до полного разделения. Фильтрат промывают теплой водой. Затем его сушат при 120 С и гранулируют до размера (максимального)

0,5 мм. Гра нулат с помощью таблеточной машины перерабатывают в таблетками высотой и диаметром 3 мм, обладающие прочностью на разрушение (при измерении вдоль стенки цилиндра) около 5 кг/мм.

Используют эксцентриковую машину, при таблетировании матрицу заполняют гранулатом. При работе машины под действием эксцентрика нижний штамп поднимается наверх, где находится второй штамп. В результате давлен ия обоих штампов материал в матрице прессуется в таблетки. После этого верхний штамп отход ит, и готовые таблетки выдавливаются из матриц, нижним штампов. Положение верхнего и нижнего штампов можно независимо друг от друга регулировать, изменять режим заполнения матриц, а также давление прессования. При правильной установке штампов на поверхность торца таблетки действует сила в несколько тонн, чем обеспечивается необходимая прочность по длине боковой поверхности цилиндра до 5 кг/мм.

Носитель прокаливают при 600 С в течение

5 ч. Получают 960 г подложки.

На образце носителя определяют его водопоглощающую способность: 150 г Ni (NO>) .

6Н О растворяют в количестве, воды, соответствующем водопоглощению всей, массы носителя, которая была равномерно загружена во вращающийся барабан вместе с раствором нитрата никеля. Полученную катализаторную массу затем прокалывают при 400 С. При повторном определении водопоглащающей способности 2,1 г Н (Р1С1 ) растворяют в рассчитанном количестве воды и затем на полученную ранее массу катализатора равномерно наносят раствор гексахлороплатиновой кислоты. Затем,в течение 6 ч при 600 С прокаливают.

Получают 1 кг катализатора с 0,1 вес. о/о

Pt и 3,0 вес. /о Ni. Катализатор .имеет предел прочности (измеренный вдоль стенки цил индра) равный в среднем 16 к г. Натрий или сера не обнаружены.

Пример 2. 1150 г раствора натрийсиликатного стекла (Na О 3,9SiO>) разбавляют 5 л дистиллированной воды. Из 5080 г Al(NOq)a.

° 9Н О и дистиллированной воды готовят 25 л раствора. К;раствору соли алюминия при комнатной температуре и перемешиван ии медленно добавляют раствор натрийсиликатного стекла, затем конце нтри рованным раствором аммиака рН доводят до 7 — 8,5. После всех добавлений еще в течение 2 ч леремешивают, затем ф ильтруют и фильтрат промывают большим количеством дистиллирова н ной воды до положительной реакции на,ион нитрата в пром ыв ной в оде.

Фильтрат сушат при 150 С, Затем, как и в примере 2, его гранулируют, таблетируют, прокаливают, но прои 900 С. Аналогично тому, как описано в примере 1, наносят н икель и платину, прокаливают при 600 С.

Получают 100 г катализатора с силикагом алюминия в качестве, носителя.

Состав, вес /о.

Pt 0,1

Ni 3,0

А1 0з 69,0

ЯО 27,5

Сера не обнаружена. Катализатор содержит

0,04 вес. /о Na. Предел прочности, измеренный на поверхности цилиндра, составляет в среднем 14 кг.

При м ер 3. Используют методику, описанную в примере 1. Однако необходимое количество жидкости содержит 4,2 г гексахлороплатиновой кислоты или соответственно 100 г

Ni(NO>) .бН О и 100 r Со (NO3) -6Н О.

Готовый катализатор содержит следующие количества активных компонентов, вес. 0,2 платины, 2,0 никеля и 2,0 кобальта.

Сера,и,н атрий не об наружены. Предел прочности составляет в средне!и 15 кг.

Пример 4. Катализатор изготавливают, как описано в пр имере 1. Однако необходимое для пропитки количество жидкости содержит

6,3 г Нр(Р1С1ц) и 250 г СО (NOq) 6Н О.

Готовый катализатор в качестве активных компонентов содержит 0,3 вес. /о платоны и

0,5 вес, о кобальта.

Сера и натрий не обнаружены. Предел проч ности таблетки диаметром З,мм составляет в среднем 17 кг.

При,мер 5. Два цилиндрических монолита по 500 г каждый с .диаметром 100 мм, состоящие из пористого SiO и пронизанные каналами диаметром 2,5 мм, идущими параллельно оси, после определения водопотлощающей способности пропитывают раствором 150 г нитрата никеля, разведенного в количестве воды (дистиллированной), соответствующем полному поглощению.

Один из монолитов прокаливают, как это описано в примере 1, на него наносят платину и вновь прокалывают.

Второй монолит сушат при 100 С, оставляют на ночь в ванне с 2н.NaOH, благодаря чему содержащийся в порах носителя нитрат никеля превращается в гидрооиись никеля. Затем при 400 С прокаливают,и ионны;натрия, как описано в примере 1, отмывают дистиллированной водой и носитель пропитывают раствором

Н9(Р1С1 ). Затем пропитанный монолит погружают в ванну с 2н. раствором аммиака, в результате чето гексахлороплатиновая кислота выпадает в форме аммиачной, платины (NH4) (PtCIq), последующим прокаливанием при 600 С нерастворимую соль превращают в пла пину.

Оба монолита содержат 0,1 вес. /о Pt и 3,0 вес. /о .никеля в качестве активных компонентов. Следы серы и натрия не обнаружены.

П р и мер 6. Катализатор, изготовленный в соответствии с примером 1 и содержащий 0,1

460606

Оба катализатора в процессе испытания имеют температуру 400 — 700 С, за исключением интервала времени от 183 до 210 ч, когда катализатор примера 1 имеет температуру

5 1000 С.

Активность катализатора примера 1 в и нтервале 350 †10 С одинакова. Температура воспла,менения катализатора примера 1 после работы 210 ч составляет 190 С, в то время как

10 температура воспламенения эталонного катализатора после 60 ч работы лежит выше

300 С. Приведенные данные показывают, что предлагаемый;катализатор долго сохраняет высокую активность.

15 П р» ер 7. Катализатор примера 1 и эталонный катализатор испытывают для определен ил активности прои удалении окиси азота.

Условия испытания соответствуют описанным в примере 6 за,исключением того, что к вы20 хлопным газам воздух не подводится.

Анализ на содержание МО„производится во время фазы разгона двигателя (2000—

5000 об/мин). Выходные значеныя для NO лежат в пределах 700 — 1400 млн — .

25 Ок ись азота находится преимущественно в виде NO. В табл. 2 приведено содержание

ХО„(млн — ) .

Таблица 2

Катализатор примера 1

Эталонный катализатор

Рабочее время, ч

Таблица 1 30

Эталонный катализатор

Катализатор примера 1

Рабочее время, ч

160

240

220 углеводороды 35 (гек сап) СО

СО (25

2000

210

<25

<25

<10

<10

40

<25

<10

<25

<25

<10

45 Способ приготовления катализатора для очистки выхлопяых газов двигателей внутреннего сгорания путем проп итии носителя водным раствором соединений н икеля и/или кобальта и платины, отл,ич а ющийся тем, 50 что, с целью получения.высокоактивного катализатора, пропитку ведут сначала водным раствором соединения никеля и/ил и кобальта, d затем водным растворо м соединения платины с сушкой и прокали ванием после каждой

55 пропитки, 5000

Составитель В. Теплякова

Техред О. Гумеиюк Корректор А. Васильева

Редактор Е. Хорииа

Заказ 571!19 Изд. М 1082

ЦНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и Москва, Ж-35, Раушская

Типография, пр. Сапупова, 2

5 вес. % Pt и 3,0 вес. /о Ni аа Л1 0з, испытывают пр и очистке выхлOIlных газов.

3,5 л катализатора загружают в цилиндрический резервуар, соединенный с четырехцилиндровым стендовым двигателем рабочим объемом цилиндров 1700 см . Число оборотов двигателя — 3000 в 1 мин. В качестве топлива используют обычный, бензин, содержащий примерно 0,5 свинца. Выхлопные газы двигателя содержат 2,5 — 3 0 об. СО, 500—

12000 млн — углеводородов (гексан; все цифры относятся к сухому газу), остатки СО, N и водяной пар. К,выхлопному газу добавлено

2 — 10% Оя.

Получен ный в соответствии с примером 1 катализатор при одинаковых условиях сравнивают с эталонным .катализатором, содержащим (вес. %) 0,1 Pt, 3,0 % на носителе Л1.0з, 0,3 S, 0,4 Na.

Содержание свинца в обоих катализаторах перед началом эксперимента ниже возможной границы обнаружения (0,00), В табл. 1 указано содержание (млнн — ) СО, полученное с применением эталонного катализатора, а также содержание СО и углеводородов (гексан) с применением катализатора примера 1. Испытания проводили в течен ие 210 ч, такая;продолжительность работы соответствует проезду машиной 15000 км.

Оба катализатора содержат по 0,5 вес, o свинца. Эталонный катализатор после испытания содерж ит 0,2 /o серы, в то время, как в катализаторе примера 1 сера не обнаружена.

Предмет изобретения

Тираж 782 Подписное

Совета Министров СССР открытий наб., д. 4/5