Нанесенные на металлокерамику катализаторы очистки выхлопных Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

42

Ю. Н. Тюрин

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамович, Г. Н. Теория турбулентных струй. - М.: Физматгиз, 1960. - 288 с.

2. Павлов, Н. В., Левин, А. Н. Пласт. массы, 1967, № 3, С. 27 - 31.

3. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии, ч. 1. - М.: Химия, 1992. - С. 148 - 150.

□ Автор статьи:

Журавлев Владимир Александрович

- канд. техн. наук, доц. каф. технологии основного органического синтеза

УДК 62-782.222.2:542.943.7

Ю. Н. Тюрин

НАНЕСЕННЫЕ НА МЕТАЛЛОКЕРАМИКУ КАТАЛИЗАТОРЫ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Число работ по каталитической очистке выбросов в промышленности и на транспорте заметно увеличилось, в которых были предложены, как правило, нанесённые катализаторы платиновой группы и катализаторы, активным компонентом которых были оксиды и соединения металлов переменной валентности.

В качестве носителей для таких катализаторов были использованы как традиционные носители с большой удельной поверхностью: оксид алюминия, алюмосиликат, природные глины, так и отхо-

ды некоторых производств: металлическая стружка, металлургические шлаки, зола сгорания каменных углей и др.

В данной работе мы исследовали нанесённые катализаторы в модельной реакции окисления оксида углерода (табл. 1). В качестве носителя для этих катализаторов была взята металлокерамика (МК), которая обладает достаточной механической прочностью и ей можно придать любую геометрическую форму.

Активность катализаторов определяли в реак-

Таблица 1.Краткая характеристика исследованных катализаторов

№ катализатора Состав катализаторов Примечание

1 Носитель МК Исходный образец

2 N10 - 1%, СиО - 2%, МК - ост. Пропитка носителя МК раствором нит-

3 N10 - 1%, СиО - 0,2%, СоО - 0,5, МК ратов никеля, меди и кобальта

- остальное

4 Рг - 2%, А1203 - 1,2%, МК - ост. Предварительное прокаливание МК и

однократная пропитка

5 Рг - 0,5%, А1203 - 2,16%, МК - ос- Без предварительного прокаливания

тальное МК и 2-х кратная пропитка

6-14 Рг - 0,5-2,3%, А1203 - 3,0-4,5%, МК - Без предварительного прокаливания

остальное носителя МК

Таблица 2.Окисление оксида углерода (СО = 1 об. %) на таблетке носителя МК

Параметры \ ‘ 350 400 450 500 550 600 650 650 650 650 600 600

Ж -10-3 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,9 6,4 10,7 2,9 7,2

X 0 1,8 4,6 9,2 12,2 18,8 37,9 30,9 16,6 9,9 17,8 7,0

* t - температура процесса, °С; Ж - удельная объёмная скорость, час х - степень превращения оксида углерода, %.

Таблица 3.Окисление оксида углерода (СО = 1 об. %) при 400 °С на таблетках катализаторов

Параметры Катализатор №2 Катализатор №3

Ж -10-3 6 12 19 27 42 12 19 21 29 32

X 99,5 97,2 92,3 84,7 72,9 92,8 86,2 83,1 72,6 71,5

Химическая технология

43

ции окисления оксида углерода на проточной установке, состоящей из узла подачи исходной смеси, реакционного узла и аналитической части.

Концентрированный оксид углерода получали разложением муравьиной кислоты при 30-40 °С концентрированной серной кислотой, собирали и хранили в газометре. Исходную смесь (0,3 и 1,0 об.% СО в воздухе) готовили в металлическом баллоне емкостью 40 л. Для этого сначала в баллон передавливали из газометра 0,3 или 1,0 л концентрированного оксида углерода, затем подавали от компрессора воздух до избыточного давления 0,25 МПа, контролируемого по образцовому манометру.

Таблица 4. Окисление оксида углерода (СО

Исходная смесь через вентиль тонкой регулировки и реометр подавали в металлический (для испытания таблеток катализатора) или в стеклянный (для испытания фракции катализатора 0,25-

2,0 мм) реактор, помещённый в трубчатую печь. Температура в реакторе регулировалась с точностью ± 3 °С и контролировалась по прибору КВП1-503. После реактора абгазы через гидрозатвор выбрасывались в вытяжной шкаф.

Анализ исходной смеси и абгазов на содержание оксида углерода проводили на хроматографе «Газохром 3101» с комбинированным детектором, порог чувствительности которого был не более 0,001 об. % оксида углерода.

Испытание исходного носителя МК (табл. 2) показало, что его активность в реакции окисления оксида углерода очень мала. Даже при высоких температурах 600-650 °С и сравнительно низких удельных объёмных скоростях (до 10000 час-1) степень превращения оксида углерода не превышала 40 %.

С целью увеличения активности катализаторов носитель был обработан растворами нитратов никеля, меди и кобальта. Результаты испытаний этих катализаторов приведены в табл. 3

Нанесение оксидов переходных металлов на носитель МК заметно увеличило активность катализаторов: при 400 °С и удельной объёмной скорости 6000-19000 час-1 степень окисления оксида углерода составила более 85 %.

Образцы №№ 6-14 представляют собой платиновые катализаторы, основой которых является носитель МК, на который сначала нанесён оксид алюминия, а на последний нанесена мелкодисперсная платина. Эти катализаторы отличаются способом приготовления и содержанием платины и оксида алюминия.

С повышением активности платиновых катализаторов влияние проскока газа при испытании

= 0,3 об. %) на фракции катализаторов №№ 11,12

образцов в виде таблеток становится существенным, поэтому их активность определена при окислении 0,3 или 1,0 об. % оксида углерода в стеклянном реакторе на фракции катализатора 0,25-

2,0 мм.

Полученные результаты показывают, что независимо от способа получения и состава все исследованные платиновые катализаторы имеют общие характеристики: во-первых, их активность до температуры 250 °С практически равна нулю (исключением является катализатор № 11), с повышением температуры процесса степень превращения оксида углерода увеличивается скачкообразно при достижении определённой температуры, характерной для каждого катализатора; во-вторых, при повышенных температурах степень превращения слабо зависит от удельной объёмной скорости, что может свидетельствовать о протекании реакции в диффузионной области.

Из исследованных платиновых катализаторов наибольшую активность показали образец №11: Р1 - 0,98 %, А120з - 3,6 %, МК - остальное и образец № 12: Рг - 0,53 %, А120з - 4,50 %, МК - остальное. Результаты определения активности этих катализаторов приведены в табл. 4.

Температура процесса, °С Степень окисления оксида углерода, % при разных Ж и /

Ж = 22000 Ж=55000

К - 11 К - 12 К - 11 К - 12

250 14,2 1,5 1,6 0

300 97,8 86,2 83,3 58,6

350 99,8 98,6 99,2 90,1

400 99,9 99,4 99,7 96,4

450 99,9 99,9 99,7 98,2

* К - 11 К - 12 - катализаторы №№ 11, 12

□ Автор статьи:

Тюрин Юрий Николаевич

- канд. хим. наук, доц. каф. технологии основного органического

синтеза