Катализатор для очистки газов от окислов азота и окиси углерода
Г. К. Алексеева, И. С. Гельтман, С. Г. Кашаубаева, Л. И. Корнеев, (72) Авторы (54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
ОТ ОКИСЛОВ АЗОТА И ОКИСИ УГЛЕРОДА
Изобретение относится к катализу, в частности к созданию металлических катализаторов типа никеля-Ренея для процессов окисления и восстановления.
Известны катализаторы,. которые сос5 тоят из пористого слоя каталитически активного сплава на металлической основе различной конфигурации. Основой этих нанесенных катализаторов могут быть нержавеющая сталь, нихром, инконель 601, о молибден. Для улучшения адгезии катализатора на основу предварительно наносится никель. Активный слой состоит из
Сг-Сц-И и С -Со сплавов (13 .
Катализатор обладает невысокой жаростойкостью и термостабильностью.
Наиболее бпизким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является катализатор для очистки газов от окислов азота и окиси углерода,?е содержащий металлическую основу, промежуточный молибденовый слой и активный слой из сплава Ренея, например никелевого или серебряного. Предпочгительной
2 основой для нанесения ренеевских никелевых сплавов является никель. Могут бысть также использованы в качестве основы литое железо, нержавеющая сталь, алюминий. Для улучшения сцепления ренеевского сплава с основой из нержавеющей стали на основу предварительно наносят промежуточный слой молибдена (23 .
Однако известный катализатор характеризуется недостаточной активностью и корроэионной стойкостью, Так,ст"епень превращения окислов азота и окиси углерода при проведении очистки газа в присутствии известного катализатора составляет при 700 С соответственно 34% и 15%. Коррознонная стойкость известного катализатора, например, лри действии щелочи невысокая. Катализатор с промежуто пнем слоем из молибдена нестоек при работе в окислительных средах.
Молибден, интенсивно окисляясь при температурах выше 450 С и образуя летучие окислы, может способствовать разрушению катализатора. Кроме того, молиб3 9504 ден окисляется при 700 — 800оС сернистым газом, который может присутствовать в выхлопных газах.
Цель изобретения — увеличение активнос ги и коррозионно и сто BKocTH KBT%IH затора.
Для достижения поставленной цели катализатор для очистки газов от окислов азота и окиси углерода, содержащий металлическую основу, промежуточный слой 1о из никель-титанового сплава, содержащего преимущественно 54-56 вес.% никеля и
44-46 вес.% титана, и активный слой из никеля-Ренея при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Активнй слой из никеляРенея 32-57
Никель-титановый сплав 1 8-53
Металлическая основа 1 5-2 5
Катализатор согласно изобретению по сравнению с известньгм обладает повышенной активностью и коррозионной стойкос тью. Так, степень превращения окислов азота и окиси углерода при проведении очисгки газа в присутствии настоящего ка- тализатора составляет при 600оС соответственно 100% и 57%. Предлагаемый катализатор обладает высокой коррозионной стойкостью в щелочной среде как в, жидкой, так и в газовой фазах. Исследованием химической с"гойкости ка"гализатора с промежуточным слоем из сплава, содержащего 55,4 мас.% никеля и
44,2 мас.% титана, установлено, что показатель коррозии этого слоя в щелочной среде при концентрации едкого калия
5-15% и 20-80о.С равен 0,003 мм/год в газовой фазе и.0,007-0,03 мм/год в жидкой фазе. Предлагаемый ка гализатор обладает высокой термостабильностью, ю не теряет активности в процессе длительной работы при 700 С и выдерживает кратковременные перегревы выше этой температуры.
Катализатор получают путем нанесения известным методом, например плазмен45 ным напылением на стальную жесть никельтитанового и никель-алюминиевого порошковых сплавов. Толщина покрытия промежуточного и активного слоев катализатора равна 0,1-0,5 и 0,5-0,8 мм соогветственно, Увеличение толщины активного слоя, как показывают исследования, нецелесообразно из-за снижения механической прочности катализатора.
Промежугочный слой получают пчактически беспористым с высокой прочнос-: тью сцепления с ос ново и (450500 кгс/с, ) 27 4
Пример1. Катализатор получак г плазменным напылением. На стальную жесть марки ст. О (ГОСТ 380-71) толшиной 0,3 мм при параметрах напыления; сила тока 300 А, напряжение 40 В, расход плазматируюшей газовой смеси 4»+ + Лг 40 л/мин, расстояние между пластиной и соплом 130 мм, наносят промежуточный слой толщиной 0,1 мм с каждой стороны из порошкового никель-титанового сплава состава, вес.%:N»54,0 и Т» 46,0. Затем наносят порошковый сплав Н501050 толщиной 0,5 мм с каждой стороны, В результате получают катализатор следующего состава, вес,%: с гальная основа 25; промежугочный слой 18; активный слой 57. Алюминий из сплава Н50Ю50 удаляют на 50 /о путем растворения его в 50/-ном водном растворе едкого калия. За глубиной выщелачивания следят по количеству выделившегося водорода. Катализатор отмывают дистиллированной водой от алюмината и щелочи, пассивируют аэрацией в течение
10 ч, сушат при 250 С на воздухе 3 ч,затем прокаливают при 500 С в течение 3 ч на воздухе и при 700 С 3 ч в реакционной среде. Полное превращение окиси азога в смеси с окисью углерода достигается при 500 С.
Пример 2. Катализатор получаап плазменным напылением. На стальную жесть марки ст. 3 (ГОСТ 380-71) толщиной 0,2 мм при параметрах напыления: сила тока 320 А, напряжение 40 В, расход плазматирующей газовой смеси
8 Н4 41 л/мин, расстояние между пластйной и соплом .140 мм, наносят промежуточный. слой толщиной 0,3 мм с каждой стороны из порошкового никель-титанового сплава состава, вес.%: М» 56,0;
7» 44,0. Затем наносят порошковый сплав состава Н50Ю50 толщиной 0,8 мм с каждой стороны. В результате получак г катализатор следующего состава, вес.%: стальная основа 16; промежуточный слой 32; активный слой 52. Алюминий из сплава Н50Ю50 удаляют íà 50% путем растворения его в 5%-ном водном рас творе едкого калия, За глубиной выщелачивания следят по количеству выделившегося водорода. Катализатор отмывают дистиллированной водой от алюминатов и щелочи, пассивируют аэрацпей в течение 10 ч, сушат при 250 С на воздухе 3 ч, затем прокаливак г при 500 С о, о, в течение 3 ч на воздухе и при 700 С в течение 3 ч в реакционной среде. Пол5 9504 ное превращение окиси азота в смеси с окисью углерода достигается при
450ОС.
Пример 3. Катализатор получают плазменным напылением. На стальную 5 жесть марки ст. 6 (ГОСТ 380-71) толшиной 0,1 MM при параметрах напыления: сила тока 340 А, напряжение 45 В, расход плазматирующей газовой смеси М -4. L Аг 43 л/мин, расстояние между пластиной и соплом 150 мм, наносят промежуточный слой толщиной 0,5 мм с каждой стороны из порошкового никель-титанового сплава состава, вес.%:Н 55,0;
Т 45,0. Затем наносят порошковый сплав состава Н50Ю50 толщиной 0,5 мм с каждой стороны. В результате чего получают катализатор следующего состава, вес.%: стальная основа 15; промежуточный слой 53; активный слой 32. Алю-«О миний из сплава Н501050 удаляют на
50% путем растворения его в 5%-ном водном расторе едкого калия. За глубиной вьпцелачивания следят по количеству выделившегося водорода. Катализатор от- « мывают дистиллированной водой от amoминатов и щелочи, пассивируют аэрацией в течение 10 ч, сушат при 250ОС на воздухе 3 ч, затем прокаливают при
500 C в течение 3 ч на воздухе и при
6 в
700 С в течение 3 ч в реакционной сре-де. Полное превращение окиси азота в смеси с окисью углерода достигается при 600 С.
Зэ
Изготовляют и испытывают известные катализаторы с молибденовым слоем, На, листовое железо толщиной 0,2 мм наносят плазменным напылением молибденовый слой толщиной 0,1; 0,3 и 0,5 мм, затем напылением наносят активный слой, состоящий из никель»алюминиевого сплава, толщина которого варьируется от 0,5 до 0,8 мм. Активный слой аналогичен по составу поверхностному слою предлагаемых катализаторов (Й АО ). Тол1 шина активного и промежуточных слоев варьируется аналогично в предлагаемом и известном катализаторах. Химическая и термическая обработка катализаторов проведена одинаково. Вьпцелачивание проводят 50%-ным водным раствором КОН с удалением 50% имеющегося в сплаве
27 6 алюминия За глубиной выщелачивания следят по количеству выделившегося водорода. Катализаторы отмывают дистиллированной водой от алюминатов и ше- . ло гц. пассивир жт аэрацией в течение
10 ч, сушат при 250оС на воздухе 3 ч, затем прокаливакт при 500 С в течение
3 ч на воздухе и при 700ОС в течение 3 ч в реакционной среде.
По внешнему виду известные катализаторы отличакхгся от предлагаемого. на поверхности их наблюдается желтоватый налет, образование которого объясняется окислением молибдена, проникновением летучих низших окислов через пористый активный слой и доокислением ик на поверхности катализатора.
Окислы молибдена, обладая кислотной природой, растворяются в щепочах и образуют молибдаты. Следовательно, действие щелочи способствует коррозии молибденового подслоя. Таким образом, коррозионная стойкость носителя с. молибденовым подслоем низка, он разрушается в процессе химической и термической обработки.
Катализаторы помещают в рабочую газовую среду (0,6-0,7 об.% МО; 1,01,1 об.% СС; остальное — аргон) при
700 С и объемной скорости газа
18000 ч на 3 ч, после чего определяют каталитическую активность.
На катализаторах очень слабо превращаются окись азота и; окись углерода, а катализатор с подслоем 0,1 мм Мо в изучаемом диапазоне температур не активен.
В табе. 1 приведена активность каталитических блоков в реакции восстановления окиси азота окисью углерода
С О 1,0 1Л об%
Cgg =0,6-0,7 об.%;
Vgg =18 тыс. ч
В табл. 2 приведены составы газовых смесей до и после каталитического реактора для проведения экспериментов (номера катализаторов соответствукгг табл. 1).
Анализ газа проводят хроматографически. Окись углерода превращается в количествах стехиометрических количеству газа-окислителя МО, степень превраще-. ния СО зависит только от количества газа-окислителя.
950427
Т аблица 1
0,5
0,5
0,5
0,5
0,2
0 7 24
0,8
0,3
0,2
Известный
М А
Мо
Стальная основа
О. 10 . 34
0,2
0,3
0,8
70 92 100
0,2
0,1
0,5
Известный
Ni Ae>
Мо
Стальная основа
0,2
0,1
0,5
Предлагаемыйй 4 А 3
Hi-Т (55%
М ; 45% Ti )
Стальная основа
Известный
Й;М
Мо
Стальная основа
Предлагаеиый
8 Абу
Ni -Т (56% М;
° 44% Т1 )
Стальная основа
Предлаг aемы
%М
Ni-T (54% Hi;
46% Т )
Стальная основа
0 2 96 100 100 100 100
50 80 96 100 100
9 о
I о
Ct
С4 о
I0
° .1 о о
Ф о
Ф
Ф о
СЧ
° 4 о о 1 о о
О) о (О Ф о
l0
6) о
t о о о
С9 о
Ф
Ф о
СО
Ф о
СЧ
С0
Ф
СЧ Й
СО
О) о (D
Ф
0) I
Ф о о о
С9
Ф о
I0 о н
I0 Ф о
Ф
С0 о о
Ф о о о о
СЧ
СО
l0
Ф о
®
l0 о о
ti т4 о
I о о
Ф о
Щ
С0 ф
Э о
t о о с4
Ф
0I о
Ф о
l0
Ф
CO
Cb о
СЧ
IO
t Ф о
О)
CV о
С4 о о
Ф
Ф
CO
О)
Щ о
Ф.4
1
1
И) о
f»
СЧ
l0
I» о
С Ч о
С0
0) о, CO
Р)
®
О) о л е4
Формула изобретения
32-57
Катализатор для очистки газов от окислов азота и окиси углерода, содержащий ме галлическую основу, промежуточный слой и активный слой из никеля-Реиея, отличаюши йсятем,что, с целцо увеличения акгивности и коррозионной стойкос ги катализатора, он содержит в качестве промежуточного слоя никель гитановый сплав при следуюшем соотношении компонекгов, вес.%:
Активный слой из никеляРенея
427 12
Никель-титановый сплав 18-53
Металлическая основа 1 5-25
2. Катализатор по п.1, о т л и ч a— ю шийся тем, что промежуточный слой содержит компоненты в следуюшем соотношении вес.%:
Никель 54-56
Титан 44-46
Источники информации, tO принятые во внимание при:экспертизе
1. Патен г США № 3925259, кл. В 01 J 23/84, опублик. 1975.
2. Патент США ¹ 3637437, кл. 136-120, опублик. 1972 (прототип).
Составитель В. Теплякова .Редактор Т. Веселова Техред М. Надь Корректор М Коста
Заказ 5808/12 Тираж 583 Подписное
ВНИИПИ Государствеиного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
