EA018747B1 - Способ получения катализаторов - Google Patents
Способ получения катализаторов Download PDFInfo
- Publication number
- EA018747B1 EA018747B1 EA201070096A EA201070096A EA018747B1 EA 018747 B1 EA018747 B1 EA 018747B1 EA 201070096 A EA201070096 A EA 201070096A EA 201070096 A EA201070096 A EA 201070096A EA 018747 B1 EA018747 B1 EA 018747B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- ceramic
- channels
- catalyst
- catalysts
- composition
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 64
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000001993 wax Substances 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 5
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 5
- 239000012178 vegetable wax Substances 0.000 claims description 5
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- SECPZKHBENQXJG-UHFFFAOYSA-N cis-palmitoleic acid Natural products CCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O SECPZKHBENQXJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZQPPMHVWECSIRJ-MDZDMXLPSA-N elaidic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C\CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-MDZDMXLPSA-N 0.000 claims description 4
- 235000021313 oleic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims 1
- 238000007918 intramuscular administration Methods 0.000 claims 1
- 230000036314 physical performance Effects 0.000 claims 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 abstract description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000009472 formulation Methods 0.000 abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 11
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 3
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical group [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 2
- 230000008698 shear stress Effects 0.000 description 2
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- HDYRYUINDGQKMC-UHFFFAOYSA-M acetyloxyaluminum;dihydrate Chemical compound O.O.CC(=O)O[Al] HDYRYUINDGQKMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLJNPOIVYYWHMA-UHFFFAOYSA-N alumane;cobalt Chemical compound [AlH3].[Co] BLJNPOIVYYWHMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940009827 aluminum acetate Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- ZBYYWKJVSFHYJL-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+);diacetate;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Co+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O ZBYYWKJVSFHYJL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/83—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with rare earths or actinides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/3007—Moulding, shaping or extruding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/19—Catalysts containing parts with different compositions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0027—Powdering
- B01J37/0036—Grinding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0027—Powdering
- B01J37/0045—Drying a slurry, e.g. spray drying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
- B01J37/088—Decomposition of a metal salt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
- B28B1/24—Producing shaped prefabricated articles from the material by injection moulding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B7/00—Moulds; Cores; Mandrels
- B28B7/16—Moulds for making shaped articles with cavities or holes open to the surface, e.g. with blind holes
- B28B7/18—Moulds for making shaped articles with cavities or holes open to the surface, e.g. with blind holes the holes passing completely through the article
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62802—Powder coating materials
- C04B35/62805—Oxide ceramics
- C04B35/62813—Alumina or aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62886—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents by wet chemical techniques
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/005—Spinels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/75—Cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3275—Cobalt oxides, cobaltates or cobaltites or oxide forming salts thereof, e.g. bismuth cobaltate, zinc cobaltite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/449—Organic acids, e.g. EDTA, citrate, acetate, oxalate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
- C04B2235/6022—Injection moulding
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение предлагает способ получения катализаторов путем порошкового инжекционного формования и полученные на его основе катализаторы, где катализаторы изготавливают путем приготовления керамического состава с регулируемыми температурой реологическими свойствами, содержащего каталитические компоненты, нагрева данного порошкового состава вплоть, по меньшей мере, до температуры перехода в текучее состояние, формования образца путем впрыскивания текучего порошкового состава в инжекционную форму с последующим охлаждением инжектированного порошкового состава ниже температуры перехода в текучее состояние, отсоединения формованного образца и спекания формованного образца с образованием керамического катализатора. Альтернативно может быть исходно сформована керамическая структура с последующим покрытием керамической структуры одним или несколькими каталитическими соединениями.
Description
Данное изобретение касается экономичного способа изготовления твердых керамических катализаторов с улучшенными каталитическими характеристиками и полученных на его основе катализаторов.
Уровень техники
Керамические катализаторы могут применяться для стимулирования/увеличения диапазона разных химических реакций, таких как синтез органических и неорганических соединений, разложение оксидов, окисление соединений и т.д. Один пример применения керамических катализаторов представляет собой денитрификацию выхлопных/топочных газов. Оксиды азота являются нежелательными побочными продуктами, часто образующимися в процессах горения и других химических реакциях в присутствии азота и кислорода при высоких температурах. Многие из этих оксидов оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Например, Ν2Ο является очень сильным парниковым газом, и Киотский Протокол призывает к значительному снижению выбросов этого газа. ΝΟ и ΝΟ2 являются сильно кислотными оксидами, образующими азотную кислоту при реакции с водой, и являются основным источником кислотного дождя. Оксиды азота могут каталитически восстанавливаться до элементарного азота и кислорода путем применения особых классов керамических катализаторов.
Каталитически активным соединением в керамических катализаторах может быть само керамическое соединение, или каталитическая активность может достигаться с помощью соединений, добавленных к керамике в форме композита в керамической матрице или покрытия на керамические твердые тела.
Керамические катализаторы могут преимущественно иметь множество сквозных каналов, чтобы увеличивать площадь поверхности катализаторов. Эти каналы обычно ориентированы параллельно внутри каждого твердого катализатора, и тело катализатора обычно имеет цилиндрическую форму с некруглым сечением, то есть каталитический объект представляет собой вытянутый объект с η-кратной вращательной симметрией относительно его центральной оси. Катализаторы также могут иметь дополняющую форму (необязательно с η-кратной вращательной симметрией), так что они могут соединяться, образуя плоскую внутрисвязанную структуру с внутренними каналами, ориентированными перпендикулярно плоскости поверхности данной структуры, чтобы заставлять проходящие текучие среды протекать через каналы. Физические размеры плоской внутрисвязанной структуры могут быть разработаны так, чтобы покрывать все сечение реактора, чтобы заставлять все текучие среды, текущие через реактор, проходить сквозь каналы катализатора.
Твердые керамические катализаторы в форме цилиндров с круглыми или некруглыми сечениями, которые содержат множество сквозных каналов параллельно центральной оси, часто называют монолитами в литературе и промышленности. Эти структуры обычно либо покрывают каталитически активным слоем, либо фактически получают из самого катализатора (8. 1тапбои81 апб В. Лнбсг55он. Са1а1.Всу.8етЕпд. 30, 341-392 (1988), МопоШЫс са1а1у515 Гот поп-аШотоЬПс аррйсайопк, и А. СуЬикк1 апб ТА. Моийп, Са1а1.К.су.-8скЕпд, 36, 179-270, (1994), Мопо1йй§ ίη Нс1сгодспсон5 са1а1у8щ). Монолиты обычно имеют дополняющую форму и регулярным образом размещаются рядом, причем их каналы направлены по направлению потока в реакторе, так что монолиты полностью покрывают площадь сечения реактора. Таким образом, газ, текущий в реакторе, заставляют входить в каналы и проходить через них.
Относительно небольшие (по сравнению с монолитами) гранулоподобные керамические катализаторы с внутренними каналами часто называют минилиты в литературе и промышленности. Эти катализаторы могут иметь любую форму и обычно размещаются случайным образом в слое, покрывающем сечение реакторов. Направление внутренних каналов в этих катализаторах будет, таким образом, стохастическим (случайным), и основной каталитический эффект получается путем принуждения текучих сред реагентов течь сквозь слой минилитов между минилитами. Только часть потока реагентов будет входить и проходить сквозь внутренние каналы.
Каталитическая активность твердого катализатора обычно является функцией количества каталитического материала и площади контакта твердого тела. Общим правилом является, что каталитическая активность определяется количеством (массой) каталитических компонентов, когда имеют место реакции с относительно небольшими скоростями химической реакции, или площадью поверхности, когда имеют место относительно быстрые скорости химической реакции. Быстрые реакции протекают преимущественно на поверхности катализатора, так как реагенты взаимодействуют до того, как они получают возможность диффундировать в объем фазы катализатора, и являются, таким образом, процессом, регулируемым поверхностью. Более медленные химические реакции предоставляют время для вовлечения объемной фазы катализаторов и, таким образом, представляют собой процессы, регулируемые больше объемной фазой (т.е. массой).
Отношение количества массы катализатора и площади поверхности является функцией числа, и размеров сквозных каналов, т.е. доля пористости становится мерой каталитической активности керамического катализатора. Катализаторы, предназначенные для реакций, регулируемых массой, должны иметь долю пористости в диапазоне приблизительно от 30 до 50%, тогда как катализаторы, предназначенные для реакций, регулируемых поверхностью, должны иметь долю пористости в диапазоне приблизительно от 60 до 90%.
- 1 018747
Предшествующий уровень техники
Современные керамические монолитные катализаторы, предназначенные для реакций, регулируемых поверхностью, таких как каталитическое горение, изготавливают путем экструзии керамической пасты. Однако при экструзии используют пасты, в которых реология контролируется напряжением при сдвиге. Низкая вязкость, требуемая, чтобы позволить пасте течь сквозь матрицу, вызывается природой сдвигового лужения пасты, т.е. приложение сдвигового напряжения к пасте, когда паста входит и проходит сквозь матрицу, приводит к нужному снижению вязкости пасты. Когда паста входит в экструзионную матрицу, сдвиговое напряжение ослабляется и вязкость пасты увеличивается. Генерация сдвиговых напряжений для этого обратимого реологического процесса становится проблематичной, когда экструдируют монолиты с маленькими каналами и толстыми стенками, так как не могут быть вызваны достаточно высокие сдвиговые напряжения. Следовательно, в настоящее время не существует практического способа экструдирования монолитных катализаторов с долями пористости ниже 50%. Таким образом, обычные монолитные катализаторы вследствие их высокой пористости (>60%) не являются идеальными для способов, которые имеют скорости, достаточно низкие, чтобы они, по существу, лимитировались объемными процессами.
Известно изготовление минилитов путем сухого прессования порошка в матрице. Минилиты могут приобретать сквозные каналы путем применения матриц с некоторым числом внутренних стержней. Однако эта технология не позволяет формировать объекты, большие чем гранулоподобные минилиты.
В настоящее время предпочтительным промышленным способом для изготовления больших керамических катализаторов или монолитов является экструзия. Экструзия представляет собой способ, в котором смесь, состоящую из катализатора, связующих, вспомогательных агентов и растворителя, продавливают сквозь матрицу, получая твердый блок. Блок может содержать множество каналов, производимых с помощью внутренних стержней матрицы. Экструзия является очень подходящей для получения длинных блоков материала с прямыми параллельными каналами. Полное время производства может составлять до пяти или шести дней, так как экструдированный блок потребует тщательной сушки и термической обработки. Усложненные процедуры сушки, такие как микроволновая сушка, могут немного снижать это время производства, но большое время производства является, тем не менее, проблемой, так как оно увеличивает производственные затраты.
Другой проблемой экструзии является то, что данный способ позволяет формовать только объекты с постоянными сечениями вдоль центральной оси. Не может быть получено никаких изменений диаметра или формы каналов, приводя к устойчивым режимам ламинарного течения в каналах. Это является проблемой, так как известно, что турбулентное течение увеличивает контакт между газом (реагентами) и катализатором(ами) стенок каналов и, таким образом, увеличивает каталитическую активность. Таким образом, монолиты должны быть способны обеспечивать режимы турбулентного течения в их каналах.
Один известный подход к получению турбулентного течения в монолитах заключается в разрезании монолита на более короткие сегменты и размещение их пачками. При входе в новый короткий сегмент возникает турбулентное течение. Это было показано Вендландом для превращения монооксида углерода и углеводородов (Ό.Α. Аепб1аиб, Тгаикасбопз οί 1Нс Атепсап 8ос1е1у οί Месйашса1 Епщпссппд. 102, 194 (1980)). Аналогично Эоогу и др. показали, что конверсия увеличивалась от 50 до 90% путем использования разрезанных, сегментированных монолитов по сравнению с несегментироваными монолитами (ΗΌ. Эоогу, В.Е. 8а1б, и. и11ай апб З.Р. Аа1бгат, I. Сйет. 8утр. Зепек 121, 425-429 (1990) апб Ь.О. Ооогу, В.Е. 8а1б, и. и11аЬ апб З.Р. Аа1бгат, Тгап. I. Сйет. Е. 69, Рай А, 203 Ю 204 (1991)).
К сожалению, сегментирование путем разрезания монолитов имеет несколько недостатков. Они включают деформацию монолитов, если их разрезают то того, как экструдат сушат, и потерю материала и возможное разрушение, если монолиты разрезают после сушки или высокотемпературного спекания. Для экструдированных монолитов может быть невозможно повторно использовать материал из дефектных кусков после того, как они были высушены.
Инжекционное формование представляет собой другую технологию формования, когда пластиковое сырье нагревают, чтобы снизить вязкость сырья, перед впрыскиванием в форму. Порошковое инжекционное формование (ПИФ) представляет собой технологию формования, используемую в металлической и керамической промышленности в качестве технологии окончательного формования (К..Ь. В1Ше1 апб Т.Н. В1Ше1, А Ргасбса1 Ошбе Ю Ме1а1 апб Сегатю 1п)ес1юп Мои1бтд, Е15СУ1ег Абуапсеб Тесйпо1оду, 1 1ип 2005, апб В. Мибкийу апб КС. Еогб, Сегатю 1п)ес1юп Мо1бшд (Ма1епа15 Тесйпо1оду), КШхгег Асабепис РиЫщйега, 30 Ыоу 1994). Оно включает получение и формование сырья, содержащего металлический или керамический порошок вместе с диспергаторами и термопластичными связующими, и смазками. ПИФ считается непригодным для получения катализаторов, так как формы считаются дорогими и недостаточно долговечными. Пример применения порошкового инжекционного формования для формования керамических объектов дается в заявке ϋδ 2002/0068005, которая описывает их получение путем смешивания мелкозернистых металлических и металлокерамических компонентов и воска, и затем нагрева данной смеси до текучего состояния, впрыскивания в форму с последующим охлаждением до твердого состояния.
Из патента США 4743578 известно, что керамические катализаторы могут быть сформированы с
- 2 018747 образованием внутрисвязанных самоподдерживающих структур, которые могут собираться с формированием катализатора, покрывающего всю площадь сечения реактора. Керамические катализаторы могут быть снабжены сквозными каналами для прохода реагентов в текучем состоянии.
Задача изобретения
Основной задачей данного изобретения является получение экономичного способа изготовления твердых керамических катализаторов с улучшенными каталитическими характеристиками.
Дополнительной задачей является получение катализаторов, которые вызывают турбулентное течение в их внутренних каналах.
Задачи данного изобретения могут быть решены с помощью признаков, установленных в последующем описании изобретения и/или в приложенной формуле изобретения патента.
Список фигур
Фиг. 1 показывает примеры катализаторов с изменяющимися площадями сечения каналов согласно одному аспекту настоящего изобретения;
фиг. 2 показывает пример внутрисвязанных катализаторов согласно настоящему изобретению;
фиг. 3 показывает другой пример внутрисвязанного катализатора согласно настоящему изобретению, где соседние катализаторы перекрываются, чтобы предотвратить обтекание реакционной текучей среды;
фиг. 4 представляет собой схему, показывающую способ согласно первому аспекту данного изобретения;
фиг. 5 показывает изображения примера монолитных катализаторов согласно настоящему изобретению - 5С, в сравнении с двумя примерами монолитных катализаторов, изготовленных путем экструзии предшествующего уровня техники - 5А и 5В;
фиг. 6 показывает производительность равных объемов гранул и обычного экструдированного монолита предшествующего уровня техники, и инжекционно сформованного монолита согласно настоящему изобретению в разложении О;
фиг. 7 представляет собой схематическое представление СЕИ-вычисления, показывающее профили скоростей потока газа сквозь круглый канал регулярного монолита;
фиг. 8 представляет собой схематическое представление СЕИ-вычисления, показывающее профили завихрения газа, текущего сквозь круглый канал регулярного монолита;
фиг. 9 представляет собой схематическое представление СЕИ-вычисления, показывающее профили скоростей в случае канала с тремя ступенчатыми расширениями канала;
фиг. 10 представляет собой схематическое представление СЕИ-вычисления, показывающее профили завихрения в случае канала с тремя ступенчатыми расширениями канала;
фиг. 11 представляет собой схематическое представление СЕИ-вычисления, показывающее падение давления в случае канала с одним ступенчатым расширением канала;
фиг. 12 представляет собой фотографию типичного варианта осуществления монолитного катализатора согласно данному изобретению;
фиг. 13 представляет собой вид сбоку внутренних каналов в варианте осуществления, показанном на фиг. 12;
фиг. 14 представляет собой сравнение каталитической активности монолитного катализатора, показанного на фиг. 12, в случае внутренних каналов со ступенчатым сужением и с прямыми каналами (без сужения).
Описание изобретения
Данное изобретение основано на реализации того, что экономичные керамические катализаторы с долей пористости в диапазоне от приблизительно 30% до свыше 90% с внутренними каналами, обеспечивающими проток текучей смеси, которые сравнимы по размеру и форме с современными монолитами, могут быть изготовлены путем применения порошкового инжекционного формования (ПИФ). Способ порошкового инжекционного формования также обеспечивает большую свободу формования катализаторов в отношении общего дизайна и внутреннего дизайна каналов.
В первом аспекте данное изобретение касается способа получения керамических катализаторов, включающего приготовление керамического состава с регулируемыми температурой реологическими свойствами, содержащего каталитические компоненты;
нагрев данного порошкового состава, по меньшей мере, до температуры перехода в текучее состояние;
формование образца путем впрыскивания текучего порошкового состава в инжекционную форму с последующим охлаждением инжектированного порошкового состава ниже температуры перехода в текучее состояние;
отсоединение формованного образца и спекание формованного образца с образованием керамического катализатора.
Во втором аспекте данное изобретение касается способа получения катализаторов, включающего приготовление состава керамического носителя с регулируемыми температурой реологическими
- 3 018747 свойствами, содержащего каталитические компоненты;
нагрев данного порошкового состава, по меньшей мере, до температуры перехода в текучее состояние;
формование образца путем впрыскивания текучего порошкового состава в инжекционную форму с последующим охлаждением инжектированного порошкового состава ниже температуры перехода в текучее состояние;
отсоединение формованного образца;
спекание формованного образца с образованием керамического катализатора и покрытие поверхностей несущей структуры керамического носителя одним или несколькими каталитическими соединениями.
Второй аспект позволяет формировать керамические структуры без каталитических свойств и затем наносить каталитические соединения на данные керамические структуры. Это позволяет использовать другие керамики с другими механическими и химическими свойствами, чем каталитические керамики, и использовать другие катализаторы, такие как благородные металлы, палладий и т.д.
Используемое выражение инжекционная форма означает здесь любую устойчивую к нагреву и давлению форму, которая может последовательно открываться для возврата формованного объекта и закрываться для формования нового объекта. В закрытом положении форма будет формировать внутреннюю камеру с формой, инверсивной формуемым объектам. Данная форма должна включать по меньшей мере один вход для впрыскивания пасты и по меньшей мере один выход для газов, так чтобы впрыскиваемая паста могла заполнять все доступное пространство во внутренней камере. Инжекционная форма может содержать один или несколько стержней цилиндрической или иной формы, распространяющихся от одного конца до противоположного конца внутренней камеры формы, которые будут создавать сквозные каналы в формованных объектах.
Одно преимущество инжекционного формования по сравнению с экструзией заключается в увеличенной свободе для дизайна формы катализаторов. Экструдированный объект обязательно будет иметь одинаковые площади сечения вдоль продольной оси (когда плоскости сечения перпендикулярны данной оси). Инжекционно формованный объект не сдерживается этим ограничением, он может иметь нерегулярные формы, так как форма формованного объекта определяется физическими размерами и исполнением стенок внутренней камеры инжекционных форм. Таким образом, керамические катализаторы, изготовленные посредством первого аспекта данного изобретения, могут иметь несимметричную форму, или более или менее симметричные формы, такие как объекты с круглыми, эллиптическими, треугольными, квадратными, шестиугольными или другими линейно-многоугольными областями сечения, позволяющими сооружение мозаики из блоков катализаторов, позволяющей заполнять всю площадь сечения реактора. Также можно разработать катализаторы с дополняющими выступами и выемками, которые будут формировать внутрисвязывающее сцепление при расположении рядом, позволяя поддерживать относительные положения отдельных катализаторов в реакторе во время термической циклической обработки.
Третий аспект данного изобретения касается монолитов керамических катализаторов, содержащих один или несколько сквозных каналов с меняющимися площадями сечения. Их можно получить путем получения инжекционной формы с рядом стержней с меняющимся диаметром, т.е. путем сужения, ступенчатого уменьшения диаметра и т.д., что сформирует в формованном объекте каналы с переменными площадями сечения, стимулирующими турбулентность, когда текучие среды протекают сквозь данные каналы. Каналы могут иметь круглую, эллиптическую, квадратную, треугольную, шестиугольную или другие формы областей сечения каналов. Катализаторы могут иметь каналы, которые имеют длину от 0,1 до приблизительно 800 мм, альтернативно от 5 до 150 мм, альтернативно от 5 до 20 мм.
Четвертый аспект данного изобретения касается керамических каталитических монолитов с рядом внутренних каналов, содержащих по меньшей мере один выступ и одну дополняющую выемку, образующих внутрисвязывающее сцепление, когда монолиты помещают примыкающими друг к другу.
Пятый аспект данного изобретения касается использования порошкового инжекционного формования для изготовления керамических катализаторов.
Полученная свобода формования катализаторов позволяет получать катализаторы с формами и поверхностями, стимулирующими турбулентность в текучих средах, проходящих вдоль внешней поверхности, и/или в текучих средах, текущих в каналах в данных катализаторах. Турбулентность может быть получена путем создания поверхности катализаторов с неровной поверхностью, например, особого узора из физических выступов, впадин и т.д. Альтернативно или дополнительно к неровной поверхности, общий дизайн катализаторов может иметь нерегулярную форму, стимулирующую турбулентность посредством резких краев и т.д.
Технология порошкового инжекционного формования согласно первому аспекту данного изобретения может применяться для формирования небольших керамических катализаторов с рядом внутренних каналов, таких как, например, катализаторы, известные под именем минилиты. Используемый здесь термин минилиты означает относительно небольшие керамические катализаторы с одним или несколькими внутренними каналами, которые обычно располагаются случайным образом в направлении катализируемого потока газа или текучей среды. Минилиты часто имеют цилиндрическую форму и обычно при- 4 018747 меняются в реакторах с неподвижным слоем. Однако минилиты любой формы, включая цилиндрическую и не цилиндрические формы, включены в данное изобретение.
Данная технология также позволяет приготовить большие структуры, такие как катализаторы, известные под именем монолиты. Монолитами здесь считаются относительно большие объекты с удлиненной формой, которые включают один или несколько каналов. Монолиты часто помещают упорядоченным образом в направлении катализируемого потока газа или текучей среды, заставляя реакционные текучие среды проходить сквозь внутренние каналы. Одним примером является цилиндрический монолит с каналами. Можно использовать единственный монолит или пакет из нескольких монолитов в катализируемом способе. Пакет может упорядоченным образом располагаться поверх друг друга или может разделяться разделителем. В одном примере разделителем является проволочная сетка.
Турбулентность в текущих текучих средах альтернативно может быть получена путем применения пакетов керамических катализаторов, которые содержат параллельные каналы, которые расположены более или менее упорядоченно поверх друг друга, вследствие чего проходящие текучие среды принуждаются, по меньшей мере, повторно входить и выходить из каталитических элементов, стимулируя турбулентность во время входа и выхода.
Кроме того, катализаторы настоящего изобретения могут иметь форму частиц/маленьких твердых объектов без каналов. Эти частицы/объекты могут быть сплошными или пористыми. Пористая частица/объект представляет собой форму, которая имеет более высокую поверхность, чем сплошная часть, например, пористая форма может иметь поры или трещины, такие, что газ может входить в катализатор. Частицы/объекты могут иметь нерегулярные формы, которые стимулируют турбулентность в газе в катализируемом способе, например, формы с краями или разрывами. Специалист в данной области техники может легко спроектировать частицы/объекты с формами, стимулирующими турбулентность в текучих средах, текущих сквозь слои/пакеты данных частиц/объектов.
Одно различие между инжекционным формованием и экструзией заключается в составе пасты. При экструзии пасту составляют так, что она ведет себя как вязкопластичная текучая среда и демонстрирует линейный сдвиг-напряжение относительно поведения сдвиг-скорость после достижения исходного порога сдвига-напряжения, предела текучести. Следовательно, когда достаточные силы сдвига прикладывают к пасте в цилиндре экструдера и матрице, паста будет течь. Однако, когда экструдированная паста выходит из матрицы, паста далее не подвергается силам сдвига, и напряжение сдвига падает ниже предела текучести. Поэтому паста ведет себя как твердое тело. Типичный водный состав для экструзии согласно предшествующему уровню техники показан в табл. 1.
Таблица 1. Типичное пластическое тело экструзии (плотность оксида = 7,3 гсм-3)
| Компоненты | Роль (функция) | % масс. |
| Каталитический оксид | 81,0 | |
| Эфир гидроксиэтилцеллюлозы | Связующее | 4,0 |
| Полиэтиленгликоль | Пластификатор | 2,0 |
| Вода | Растворитель | 13,0 |
В ПИФ пасту составляют так, что желаемые реологические свойства пасты регулируются температурой. Паста должна быть текучей, когда находится в цилиндре инжекционного формования. Форму поддерживают при температуре ниже точки замерзания пасты, так что во время и после впрыскивания паста охлаждается и вязкость увеличивается. После короткого периода времени (обычно от 30 с до одной минуты) вязкость пасты является достаточно высокой, чтобы форму можно было открыть и извлечь формованные детали. Температура пасты и формы должна быть оптимизирована так, чтобы температура формы была достаточно высокой, чтобы паста не замерзала до того, как форма полностью заполнится, но форма не должна иметь такую высокую температуру, чтобы паста требовала избыточного времени для замерзания. Типичная восковая паста для инжекционного формования показана в табл.2.
Таблица 2. Состав для инжекционного формования согласно данному изобретению
| Компонент | % масс. | Точка плавления, 0 С |
| Оксид | 80 | |
| Парафиновый воск | 15 | От 44 до 50 |
| Полиэтиленовый воск | 2 | От 80 до 90 |
| Растительный воск (Сорегптста сеггГега) | 2 | |
| Цис-9-октадеценовая кислота | 1 |
- 5 018747
Данные составы обычно будут включать порошок катализатора, связующие, смазывающие вещества и поверхностно-активные вещества, но не ограничиваясь ими, которые смешивают и термически обрабатывают, расплавляя органику. Соответствующие реологические свойства зависят от применяемой технологии инжекционного формования (т.е. температуры и доступного давления впрыскивания), и размера и геометрии получаемой части. Типичные диапазоны вязкости паст для инжекционного формования при скоростях сдвига 10 и 100 с-1 составляют от 100000 до 1000 П и от 1000 до 100 П соответственно. Однако пасты вне данных диапазонов также могут подвергаться инжекционному формованию. Температура перехода в текучее состояние обычно будет от 40 до 200°С. Давление впрыскивания обычно будет от 3 до приблизительно 100 бар абсолютных. Для составов, позволяющих впрыскивание при низком давлении, давление может быть снижено до приблизительно 1 бар абсолютный.
Способ настоящего изобретения является непрерывным и эффективным способом. Этап сушки не требуется, и усадка не происходит. Можно повторно возвращать материал обратно в начало способа. Время особенно сберегается с помощью быстрого процесса инжекционного формования и короткого времени для отсоединения.
Настоящее изобретение обеспечивает катализаторы с воспроизводимой плотностью и прекрасными текучими свойствами. Катализаторы могут быть сформованы во многих видах, так как инжекционные формы могут изменяться в порошковой инжекционной машине и, тем самым, вид катализаторов легко приспособить для различных способов, таких как промышленные способы, а также каталитические процессы в автомобилях, например. Тем самым можно получать катализаторы удлиненной формы, которые имеют низкий перепад давления при их применении в каталитических способах. Катализаторы, изготовленные с помощью настоящего изобретения, являются прочными после отсоединения и спекания, и с ними можно легко обращаться.
Катализаторы настоящего изобретения могут иметь такие размеры, чтобы подходить для существующих установок без модификации или с небольшой модификацией существующих способов.
Данное изобретение не ограничивается составом, представленным в табл. 2. Любой керамический состав, содержащий каталитические компоненты, который имеет регулируемую температурой реологию, может применяться.
Проверка изобретения
Изобретение будет теперь описано более подробно с помощью примеров возможных вариантов осуществления данного изобретения. Эти варианты осуществления не следует рассматривать как ограничение основной идеи изобретения о применении порошкового инжекционного формования для получения катализаторов. Эта основная концепция является правомерной для всех известных в настоящее время и предвидимых катализаторов.
Пример 1.
Фиг. 1 показывает сечение вдоль нескольких каналов катализатора с непараллельными каналами согласно настоящему изобретению. 1А показывает канал с линейным расширением, одним ступенчатым сужением и линейным расширением. 1В показывает ступенчатое сужение с последующим ступенчатым расширением и последующим ступенчатым сужением. 1С показывает канал с 2 ступенчатыми сужениями. ΙΌ показывает линейное сужение с последующим линейным расширением, и последующим линейным сужением и линейным расширением. Стрелка указывает канал, где может течь газ, а темные области представляют собой каталитический материал, который окружает канал. Направление потока может быть обратным.
Фиг. 2 и 3 показывают несколько форм монолитных частей, которые могут быть изготовлены с помощью настоящего изобретения и которые преодолевают некоторые проблемы установки монолитов в реакторах, которые больше по диаметру, чем монолитные блоки. Фиг. 2 показывает пример того, как формование может легко давать монолитный блок, который скрепляет его с соседними блоками, это предотвращает зазоры между блоками, развивающимися, когда их нагревают в реакторе. Зазоры между блоками могут приводить к обходу текучей среды реагентов. Фиг. 3 показывает другой путь, в котором формованные блоки устраняют обход текучей среды. Эта конфигурация монолитов не может быть получена путем экструзии.
Пример 3.
Протекание способа с ПИФ согласно настоящему изобретению схематично показано на фиг. 4. На этапе 1 компоненты смешивают, и органические компоненты расплавляют; на этапе 2 компоненты из 1 подвергают инжекционному формованию; на этапе 3 инжекционно формованные образцы отсоединяют, и на этапе 4 отсоединенные образцы спекают.
На этапе 1 компоненты, включающие порошок катализатора, связующие, смазывающие вещества и поверхностно-активные вещества, смешивают и термически обрабатывают, расплавляя органику. Соответствующие реологические свойства зависят от применяемой технологии инжекционного формования (т.е. температуры и доступного давления впрыскивания) и размера и геометрии получаемой части. Типичные диапазоны вязкости паст для инжекционного формования при скоростях сдвига 10 и 100 с1 составляют от 100000 до 1000 П и от 1000 до 100 П соответственно. Однако пасты вне данных диапазонов также могут подвергаться инжекционному формованию.
- 6 018747
В одном примере этапа 1 температура пасты находится в диапазоне от 80 до 200°С и предпочтительно в диапазоне от 100 до 150°С.
В одном примере этапа 2 форма машины инжекционного формования находится при меньшей температуре, паста впоследствии охлаждается и затвердевает в данной форме. Обычно инжекционное формование завершается за 30 с.
Для отсоединения на этапе 3 инжекционно формованные образцы загружают в агрегат отсоединения, который может быть непосредственно после инжекционного формования или позднее. Агрегат отсоединения может представлять собой печь для удаления значительной части органических фаз путем сгорания, испарения или пиролиза. Отсоединение можно также выполнять путем каталитического разложения органических фаз или путем растворения в растворителе и путем жидкой экстракции. Растворитель может быть жидкостью или сверхтекучей средой. Отсоединение может удалять 50-80% органики в конечном катализаторе, или отсоединение может удалять от 80 до 100% органического материала.
Другой способ настоящего изобретения использует материал носителя, полученный с помощью ПИФ, который покрывают каталитическим материалом на другом этапе. Тем самым покрытый несущий материал стимулирует турбулентность проходящих катализируемых текучих сред.
Спекание на этапе 4 выполняют с помощью технологий, известных в данной области техники. Атмосфера и профиль температур в печи или сушильном шкафу зависят от природы спекаемого материала.
Пример 4.
Согласно настоящему изобретению порошок можно формовать с помощью инжекционного формования умеренного давления (ИФУД) при температуре от температуры окружающей среды до 150°С, или от 40 до 130°С, или от 60 до 110°С, или от 80 до 100°С. Давление может быть от 3 до 50 бар, или от 10 до 40 бар, или от 20 до 30 бар.
Пример 5.
Согласно настоящему изобретению порошок можно формовать с помощью инжекционного формования низкого давления (ИФНД) при температуре от температуры окружающей среды до 150°С или от 4 0 до 130°С, или от 60 до 110°С, или от 80 до 100°С. Давление может быть от 0 до 5 бар или от 1 до 4 бар, или от 2 до 3 бар.
Пример 6.
Согласно настоящему изобретению порошок можно формовать с помощью инжекционного формования высокого давления (ИФВД) при температуре от температуры окружающей среды до 250°С, или от 50 до 220°С, или от 70 до 190°С, или от 100 до 170°С. Давление может быть больше чем 50 бар, или больше чем 70 бар, или больше чем 90 бар.
Пример 7.
Фиг. 5 показывает микроскопическое сечение катализатора настоящего изобретения 5С и катализаторов, изготовленных с помощью экструзии, 5В и 5А. Их свойства показаны в табл. 3.
Таблица 3. Свойства катализаторов
| Катализатор | Пористость [%] | Толщина стенки [мм] | Размер каналов [мм] |
| 5А | 60 | 0,70 | 2,37 |
| 5В | 4 8 . | 0, 61 | 1,38 |
| 5С настоящего изобретения | 56 | Отсутств. | 1,50 |
Из фиг. 5 ясно, что качество низкопористого экструдированного монолита 5В является плохим по сравнению с высокопористым экструдированным монолитом 5А. В случае 5В отношение между площадью сечения стержней матрицы и полной площадью сечения матрицы слишком низкое, чтобы обеспечивать достаточно высокие сдвиговые напряжения для эффективной экструзии (сумма площади сечения стержней матрицы/полная площадь сечения матрицы). Это отношение эквивалентно доли пустоты в монолите. Плохое качество экструдированного монолита 5В отражается в его плохих механических свойствах по сравнению с высокопористым монолитом 5А. Сравнение обычного экструдированного монолита 5А с примером инжекционно формованного монолита 5С показывает, что обычный монолит имеет более высокую пористость и, таким образом, меньший объем твердого вещества, чем инжекционно формованный монолит, наряду с большим размером каналов, чем инжекционно формованный монолит.
Пример 8.
Коммерческий Эс-\2О катализатор предшествующего уровня техники получали в виде цилиндрических гранул, которые имеют семь каналов, проходящих сквозь них, путем сухого прессования согласно предшествующему уровню техники. Эта форма гранул описана как минилиты. Эти гранулы устанавливали в аммиачную горелку в виде случайно упакованного слоя, который помещали непосредственно ниже платиновых сеток сгорания, и замещали (полностью или частично) слоем колец Рашига (керамических колец), которые выступали в качестве носителя для катализатора.
Экструдированный монолитный катализатор с квадратными каналами получали с составом пасты,
- 7 018747 описанным в табл. 1, и экструдировали с помощью поршневого экструдера через матрицу с квадратными каналами. Толщина стенок после термической обработки была приблизительно 0,70 мм, и размер края канала был приблизительно 2,37 мм. Этот катализатор устанавливали в пилотный реактор с каналами, выровненными в направлении потока газа.
Другой катализатор получали с помощью инжекционного формования согласно настоящему изобретению. Порошок катализатора смешивали с соответствующими количествами парафинового воска, полиэтиленового воска, растительного воска и цис-9-октадеценовой кислоты. Материалы смешивали в нагретом смесителе, который может быть лопаточного типа от НоЬай или 81дша. Температура была приблизительно 130°С. Расплавленную керамическую пасту загружали в стакан или цилиндр машины инжекционного формования, который также нагревали до приблизительно 130°С. Матрицу, прикрепленную к машине инжекционного формования, нагревали до приблизительно от 80 до 90°С. Она имела форму монолита 25x25x10 мм, содержащего 156 параллельных каналов с внутренним диаметром приблизительно 1,5 мм. Каналы были образованы с помощью 1,5 мм внутренних стержней из закаленной стали. После впрыскивания пасты катализатора в форму и ожидания в течение приблизительно 1 мин для охлаждения сформованной детали форму открывали и монолитную деталь извлекали из формы. Формованную деталь помещали в сушильный шкаф для отсоединения, работающий при потоке воздуха. Монолитные детали погружали в слой или поглощающий керамический порошок, который действовал как место для расплавленного воска. Альтернативно, монолитную деталь помещали на поверхность или мелкий слой поглощающего порошка. В каждом случае поглощающий порошок можно заменять порошком катализатора. Это дает преимущество, избежать взаимодействия между катализатором и порошком при повышенных температурах. Порошок катализатора, применяемый для введения или нанесения катализатора, может быть свежеприготовленным порошком или отработанным (использованным) катализатором, который размололи до соответствующего размера. После этапа отсоединения монолит спекали для завершения химических реакций внутри катализатора и обеспечения дополнительной механической прочности. Слои инжекционно формованного монолита устанавливали в горелке, причем каждый слой отделяли с помощью проволочного экрана или сетки из термостойкого сплава.
Слои минилитов и инжекционно формованных монолитов устанавливали в реактор пилотной установки, присоединенный к полномасштабной установке азотной кислоты. До 3 л катализатора можно было устанавливать в пилотной установке. Пилотная установка могла воспроизводить реакционные условия полномасштабных установок с точки зрения давления, температуры и скорости газа. В случае тестирования катализатора ΟοΝ20. Ν2Ο генерировали путем сгорания аммиака (приблизительно 10 об.% в воздухе) с помощью пакета платиновых сеток сгорания, которые устанавливали выше по ходу от слоя катализатора Эс-ΝΌ.
Фиг. 6 показывает производительность эквивалентных высот катализатора Эе-^Ο в виде минилитовых гранул, обычных экструдированных монолитов и пакета слоев инжекционно формованных монолитов. Катализаторы функционировали при 900°С и давлении 5 бар при исходном газе, содержащем 1200
ч./млн Ν2Ο, 10% ΝΟ, 15% Н20 и остальное азот. Ясно наблюдается, что пакет инжекционно формованных монолитов настоящего изобретения имеет гораздо более высокую активность (объемную активность), чем слой случайно упакованных минилитовых гранул и обычный монолит предшествующего уровня техники.
Пример 9.
Проточную динамику каналов со ступенчатыми снижениями площади сечения каналов и без них анализировали с помощью вычисления вычислительной гидродинамики (ΟΡΌ), используя программу Р1иеи1 6.3. Данное вычисление дает профили скорости и завихрения. Высокое завихрение коррелирует с высоким массопереносом и, тем самым, с высокими скоростями реакций.
Моделировали поток газа через один параллельный канал монолита при типичных газовых условиях сгорания аммиака (плотность газа 1,44 кгм-3, вязкость = 4,80х10-5 Нсм-2 и скорость = 1,5 мс-1).
Фиг. 7 показывает скорость и фиг. 8 завихрение круглого параллельного канала монолита с диаметром 1,4 мм и длиной 10 мм. Наблюдали, что полностью развитое течение (ламинарное) достигается приблизительно в 5 мм от входа канала. Присутствует низкое завихрение.
Затем анализировали профиль скорости и завихрения канала с диаметром 1,0 мм с двумя быстрыми расширениями, где конечный диаметр составлял 1,4 мм. Результат для этого 3-ступенчатого монолита показан на фиг. 9 и 10 соответственно.
Скорость явно выше в 3-ступенчатом монолите по сравнению с параллельным монолитом. Завихрение очень высокое вдоль узкой части канала, а также вдоль средней части канала. Это высокое завихрение связано с высоким массопереносом.
Вычисленные изменения давления по длине различных геометрий каналов показаны на фиг. 11. Видно, что существует быстрое увеличение давления при входе в канал, которое связано с высоким массопереносом. За этим следует линейное увеличение давления при низкой скорости, которое связано с переходом к ламинарному течению. Для каналов, которые имеют геометрии с быстрыми расширениями, существует максимум давления. Данные максимумы могут быть локальным максимумом или глобаль
- 8 018747 ным максимумом в зависимости от геометрии канала. Это зона с увеличенным массопереносом.
Направление потока текучей среды влияет на падение давления сквозь монолиты с каналами с быстрыми расширениями. Геометрия канала определяет, какое направление потока текучей среды имеет самое высокое падение давления, или если падение давления не зависит от направления потока. Каналы с быстрыми расширениями/сужениями могут быть сконструированы так, чтобы давать падения давления, которые зависят или не зависят от направления потока текучей среды.
Пример 10.
За вычислениями гидродинамики примера 9 следовали эксперименты с двумя наборами монолитных блоков, которые готовили из оксида на основе кобальта (2 мол.%), нанесенного на оксид церия, который известен активностью в разложение Ν2Ο.
Катализатор разложения Ν2Ο готовили с помощью способа осаждения распылением. Порошок оксида церия (10 кг) диспергировали в 5 л воды, в которых предварительно растворяли поливиниловый спирт (80 г). К этой дисперсии добавляли тетрагидрат ацетата кобальта (579 г) и основной ацетат алюминия (188 г) и полученную смесь перемешивали в течение одного часа. Суспензию затем подвергали влажному измельчению, используя шаровую, шариковую мельницы или мельницу с перемешиваемой средой, до снижения размера частиц ά50 ниже 5 мкм. После измельчения суспензию обезгаживали и сушили распылением, получая сухие гранулы, которые имели равномерное распределение оксида церия и солей кобальта и алюминия. Высушенные распылением гранулы прокаливали на воздухе при температуре выше 800°С и ниже чем 1000°С, чтобы разложить соли металлов и осуществить взаимодействие между частицами кобальта и алюминия. Это приводило к катализаторам, которые содержали 2 мол.% активной фазы Со2А1О4, нанесенной на оксид церия. Прокаленные гранулы измельчали, чтобы уменьшить размер частиц до уровня, приемлемого для инжекционного формования (<10 мкм). Мольная доля активной фазы могла изменяться от 0,5 до 10 мол.% и соотношение кобальт-алюминий в активной фазе может безгранично меняться в диапазоне от 99/1 до 1/2.
Для формования катализатора применяли инжекционное формование умеренного давления, используя коммерческую систему воскового связующего на основе парафина, такую как описано в таблице
2. Измельченный порошок смешивали с органическими вспомогательными агентами и связующими в нагретом смесителе типа НоЬагР После смешивания пасты в течение 30 мин при 90°С данная паста была готова для инжекционного формования. Два инструмента инжекционного формования, или матрицы, использовали для получения катализатора в виде многоканальных монолитных блоков с размерами приблизительно 25x25x10 мм. Каналы имели гексагональное расположение (см. фотографию на фиг. 12) с 7 рядами из 12 каналов и 6 рядами из 11 каналов каждый, вместе 150 внутренних сквозных каналов внутреннего диаметра 1,5 мм. Одну и ту же партию сырья катализатор-воск использовали для получения каждого из двух наборов монолитов.
Различие между двумя наборами блоков состояло в исполнении внутренних каналов. Первое исполнение состояло из прямых каналов с диаметром 1,5 мм. Исполнение 2 составляли каналы с резким ступенчатым увеличением диаметра внутренних каналов в них; переходя от диаметра каналов 1,0 мм к 1,5 мм внутри блока. Сечение ступенчатых каналов показано на фиг. 13.
Исходную пасту нагревали до приблизительно 90°С в бункере сырья машины инжекционного формования. Инструменты нагревали до приблизительно 70°С перед формованием. После этапа формования формованные детали извлекали из инструмента, и они были готовы для термической обработки.
После термического отсоединения и спекания монолитных блоков при 1000°С каталитическую производительность каждого исполнения монолитов в разложении закиси азота определяли в тестах с пилотным реактором. Монолиты, изготовленные с помощью данного способа, имели размеры в диапазоне от 25x25x10 мм до 200x200x100 мм, альтернативно от 25x25x10 мм до 200x200 и 100 мм, или от 25x25x10 мм до 100x 100 и 100 мм.
Два слоя монолитов, разделенных сетками из термостойкого сплава, устанавливали в пилотном реакторе, который имел диаметр приблизительно 25 см. Газовый поток при давлении 5 бар и 900°С, содержащий приблизительно 1250 ч./млн Ν2Ο, 10% ΝΟ, 6% Ο2, 15% Η2Ο и остальное азот, пропускали над монолитами при скорости потока 280 нм3/ч. Точки отбора до и после слоя монолитов позволяли определять разложение Ν2Ο вдоль монолитных блоков. Результаты двух тестов монолитов с прямыми каналами и монолитов со ступенчатыми каналами показаны на фиг. 14.
На фиг. 14 видно, что конверсия Ν2Ο над монолитами со ступенчатыми каналами существенно выше, чем для монолитов с прямыми каналами. Разложение Ν2Ο над монолитами с прямыми каналами было в диапазоне от 26,6 до 34,4%. Над монолитами со ступенчатыми каналами диапазон конверсии составлял от 37,9 до 45,2%. Следовательно, можно заключить, что монолиты со ступенчатыми каналами разлагают приблизительно на 25% Ν2Ο больше на единицу объема реактора, чем монолиты с прямыми каналами. Это демонстрирует, что монолит с внутренне структурированными каналами дает значительно более высокую каталитическую производительность, чем монолиты с прямыми каналами. Инжекционное формование является единственным способом формования, который способен производить монолитные катализаторы с внутренне структурированными каналами в большом масштабе и при низкой
Claims (17)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ получения керамических катализаторов, включающий этапы, на которых готовят керамический состав;нагревают данный порошковый состав;формуют образец путем впрыскивания текучего порошкового состава в инжекционную форму с последующим охлаждением инжектированного порошкового состава;отсоединяют формованный образец и спекают формованный образец, отличающийся тем, что данный состав содержит один или несколько порошков катализаторов, одно или несколько связующих, одно или несколько смазывающих веществ и одно или несколько поверхностно-активных веществ, где керамический состав содержит приблизительно 80 мас.% керамических оксидов, приблизительно 15 мас.% парафинового воска, приблизительно 2 мас.% полиэтиленового воска, приблизительно 2 мас.% растительного воска и приблизительно 1 мас.% цис-9-октадеценовой кислоты, и приготовленный керамический состав содержит каталитический компонент, данный состав нагревают, по меньшей мере, вплоть до температуры перехода в текучее состояние и затем при формовании образец охлаждают ниже температуры перехода в текучее состояние перед этапами отсоединения и спекания, формируя керамический катализатор и инжекционную форму снабжают рядом стержней, распространяющихся по внутреннему пространству данной формы, так что формованный катализатор получает ряд сквозных внутренних каналов, получая долю пористости в диапазоне от 30 до 90%.
- 2. Способ получения катализаторов, включающий этапы, на которых готовят состав керамического носителя;нагревают данный порошковый состав;формуют образец путем впрыскивания текучего порошкового состава в инжекционную форму с последующим охлаждением инжектированного порошкового состава;отсоединяют формованный образец;спекают формованный образец, формируя структуру керамического носителя, отличающийся тем, что данный состав содержит один или несколько порошков катализаторов, одно или несколько связующих, одно или несколько смазывающих веществ и одно или несколько поверхностно-активных веществ, где керамический состав содержит приблизительно 80 мас.% керамических оксидов, приблизительно 15 мас.% парафинового воска, приблизительно 2 мас.% полиэтиленового воска, приблизительно 2 мас.% растительного воска и приблизительно 1 мас.% цис-9-октадеценовой кислоты, и приготовленный керамический состав нагревают, по меньшей мере, вплоть до температуры перехода в текучее состояние и затем при формовании образец охлаждают ниже температуры перехода в текучее состояние перед этапами отсоединения и спекания и покрывают поверхности структуры керамического носителя одним или несколькими каталитическими соединениями и инжекционную форму снабжают рядом стержней, распространяющихся по внутреннему пространству данной формы, так что формованный катализатор получает ряд сквозных внутренних каналов, получая долю пористости в диапазоне от 30 до 90%.
- 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что размеры и физическое исполнение внутренних стенок, определяющих внутреннее пространство инжекционных форм, разрабатывают так, чтобы сформовать керамические катализаторы, сравнимые по размеру и форме с современными монолитами.
- 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что данные стержни имеют изменяющийся диаметр, например сужающийся, чтобы формировать каналы с меняющимися площадями сечения.
- 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что данные стержни имеют по меньшей мере одно ступенчатое увеличение диаметра, чтобы сформировать внутренние сквозные каналы в теле катализатора с резким ступенчатым увеличением диаметра.
- 6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что растительный воск представляет собой Сорегшса сепГега.
- 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что температура перехода в текучее состояние находится между комнатной температурой и 150°С, между 40 и 130°С, между 60 и 110°С или между 80 и 100°С.
- 8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что давление впрыскивания составляет от 3 до приблизительно 100 бар абсолютных.
- 9. Способ по п.3, отличающийся тем, что данные стержни формируют один или несколько сквозных каналов, причем упомянутый канал(ы) имеет(ют) изменяющуюся площадь сечения вдоль продольного направления канала(ов).
- 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что каналы имеют одно или несколько ступенчатых изменений диаметра канала.- 10 018747
- 11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что данный катализатор выполнен из каталитического керамического оксидного материала.
- 12. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что данный катализатор выполнен из керамического оксидного материала, покрытого каталитическим материалом.
- 13. Способ по п.9, отличающийся тем, что изменяющуюся площадь сечения формируют путем линейного снижения внутреннего диаметра канала(ов).
- 14. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что внутренние каналы могут иметь круглую, эллиптическую, квадратную, треугольную, шестиугольную или другие формы областей сечения каналов и катализаторы могут иметь каналы, которые имеют длину от 0,1 мм до приблизительно 800 мм, альтернативно от 5 до 150 мм, альтернативно от 5 до 20 мм.
- 15. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что керамическое соединение представляет собой оксид на основе кобальта, способный каталитически помогать разложению оксидов азота.
- 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что оксид на основе кобальта содержит активную Со2А1О4-фазу на цериевом оксидном носителе, катализатор представляет собой монолит с размерами в диапазоне от 25x25x10 мм до 200x200x100 мм, альтернативно от 25x25x10 мм до 200x200 и 100 мм или от 25x25x10 мм до 100x100 и 100 мм, сквозные каналы имеют круглое сечение, и их внутренний диаметр резко увеличивается от 1,0 мм до 1,5 мм внутри тела катализатора и внутренние сквозные каналы упорядочены гексагональным образом.
- 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что полученный катализатор имеет один или несколько выступов и одну или несколько дополняющих выемок, позволяющих образовывать внутрисвязывающее сцепление, когда монолиты помещают рядом друг с другом.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20073460A NO328397B1 (no) | 2007-07-04 | 2007-07-04 | Fremgangsmate til a produsere keramiske katalysatorer. |
| PCT/NO2008/000258 WO2009005371A1 (en) | 2007-07-04 | 2008-07-04 | Method for producing catalysts and catalysts thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201070096A1 EA201070096A1 (ru) | 2010-06-30 |
| EA018747B1 true EA018747B1 (ru) | 2013-10-30 |
Family
ID=39800520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201070096A EA018747B1 (ru) | 2007-07-04 | 2008-07-04 | Способ получения катализаторов |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20100173770A1 (ru) |
| EP (2) | EP3335781A1 (ru) |
| AU (1) | AU2008271375B2 (ru) |
| EA (1) | EA018747B1 (ru) |
| NO (1) | NO328397B1 (ru) |
| WO (1) | WO2009005371A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2621689C1 (ru) * | 2015-12-24 | 2017-06-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Катализатор и способ получения синтез-газа из метана с его использованием |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2233209B1 (de) * | 2009-03-24 | 2014-11-05 | Basf Se | Formkörper |
| AU2015233471B2 (en) * | 2014-03-21 | 2018-03-15 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Catalyst |
| FR3021556B1 (fr) * | 2014-05-30 | 2018-01-26 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Catalyseur sous forme d'un monolithe avec un reseau de canaux |
| JP6595773B2 (ja) * | 2015-02-25 | 2019-10-23 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
| DE102017218862A1 (de) | 2017-10-23 | 2018-09-13 | Audi Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bauteilerkennung |
| RU2678766C1 (ru) * | 2018-09-28 | 2019-02-01 | Андрей Александрович Нестеренко | Способ изготовления катализаторов для очистки выхлопных газов |
| JP7374219B2 (ja) * | 2019-04-29 | 2023-11-06 | サン－ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | モノリシックセラミック体及びアセンブリ |
| CN113232243B (zh) * | 2021-01-16 | 2022-12-06 | 温州南冠机械有限公司 | 一种scr脱硝催化剂生产模具及其生产方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4743578A (en) * | 1985-11-13 | 1988-05-10 | Imperial Chemical Industries Plc | Ceramic structures |
| JPH1182005A (ja) * | 1997-09-09 | 1999-03-26 | Isuzu Motors Ltd | 触媒構造体とその製造方法 |
| US6299958B1 (en) * | 1997-12-19 | 2001-10-09 | Corning Incorporated | Manufacture of cellular honeycomb structures |
| US6328915B1 (en) * | 1996-12-06 | 2001-12-11 | Matthew T. Sander | Method for internal molding and rapid drying of aerogel honeycomb catalyst monoliths |
| WO2006009453A1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-26 | Yara International Asa | Catalyst packing, a structured fixed bed reactor and use |
| US20070238256A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Michael Fischer | Catalytic flow-through fast light off ceramic substrate and method of manufacture |
| EP1961930A1 (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-27 | Ibiden Co., Ltd. | Honeycomb structural body and exhaust gas treating apparatus |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1268596B (de) * | 1965-10-06 | 1968-05-22 | Rolf Manteufel | Vorrichtung zum Stoff- und/oder Waermeaustausch und zur Mischung von gasfoermigen und/oder fluessigen Medien bzw. festen Stoffteilchen |
| US3823002A (en) * | 1972-05-05 | 1974-07-09 | Minnesota Mining & Mfg | Precision molded refractory articles |
| US4837187A (en) * | 1987-06-04 | 1989-06-06 | Howmet Corporation | Alumina-based core containing yttria |
| US5039644A (en) * | 1989-01-10 | 1991-08-13 | Corning Incorporated | Phosphate-containing ceramic structures for catalyst support and fluid filtering |
| DE69125649T2 (de) * | 1990-05-28 | 1997-09-04 | Agency Ind Science Techn | Verfahren zum Entfernen von Stickoxiden aus Abgasen |
| ES2101347T5 (es) * | 1992-10-08 | 2001-01-01 | Battenfeld Gmbh | Procedimiento para moldeo por inyeccion de piezas preformadas de materiales sinteticos termoplasticos, asi como util para la realizacion del mismo. |
| JPH06304481A (ja) * | 1993-04-22 | 1994-11-01 | Matsumoto Kokan Kk | ハニカム構造体とその製造方法 |
| US5935896A (en) * | 1996-05-02 | 1999-08-10 | Basf Aktiengesellschaft | Catalyst supports and catalysts for dehydrocyanation reactions and processes for producing them |
| JPH1192803A (ja) * | 1997-09-22 | 1999-04-06 | Masashi Kurihara | 複雑形状の中空部を有する金属及びセラミック粉 末射出成形部品の製造 |
| DE10041194A1 (de) * | 2000-08-23 | 2002-03-07 | Starck H C Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Verbundbauteilen durch Pulver-Spritzgießen und dazu geeignete Verbundpulver |
| US6881703B2 (en) * | 2001-08-08 | 2005-04-19 | Corning Incorporated | Thermally conductive honeycombs for chemical reactors |
| JPWO2006103811A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2008-09-04 | イビデン株式会社 | ハニカム構造体 |
| CN1325431C (zh) * | 2005-10-18 | 2007-07-11 | 中国海洋大学 | 高强度陶瓷复合材料凝胶注模坯体及其成型方法 |
| US7474057B2 (en) * | 2005-11-29 | 2009-01-06 | General Electric Company | High mercury density ceramic metal halide lamp |
| US20070281127A1 (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Monika Backhaus-Ricoult | Cordierite formation |
-
2007
- 2007-07-04 NO NO20073460A patent/NO328397B1/no not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-07-04 EP EP17202281.6A patent/EP3335781A1/en not_active Withdrawn
- 2008-07-04 WO PCT/NO2008/000258 patent/WO2009005371A1/en active Application Filing
- 2008-07-04 AU AU2008271375A patent/AU2008271375B2/en not_active Ceased
- 2008-07-04 US US12/601,644 patent/US20100173770A1/en not_active Abandoned
- 2008-07-04 EP EP08779104.2A patent/EP2164611B1/en not_active Not-in-force
- 2008-07-04 EA EA201070096A patent/EA018747B1/ru not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-04-17 US US13/864,541 patent/US9084987B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4743578A (en) * | 1985-11-13 | 1988-05-10 | Imperial Chemical Industries Plc | Ceramic structures |
| US6328915B1 (en) * | 1996-12-06 | 2001-12-11 | Matthew T. Sander | Method for internal molding and rapid drying of aerogel honeycomb catalyst monoliths |
| JPH1182005A (ja) * | 1997-09-09 | 1999-03-26 | Isuzu Motors Ltd | 触媒構造体とその製造方法 |
| US6299958B1 (en) * | 1997-12-19 | 2001-10-09 | Corning Incorporated | Manufacture of cellular honeycomb structures |
| WO2006009453A1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-26 | Yara International Asa | Catalyst packing, a structured fixed bed reactor and use |
| US20070238256A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Michael Fischer | Catalytic flow-through fast light off ceramic substrate and method of manufacture |
| EP1961930A1 (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-27 | Ibiden Co., Ltd. | Honeycomb structural body and exhaust gas treating apparatus |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2621689C1 (ru) * | 2015-12-24 | 2017-06-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Катализатор и способ получения синтез-газа из метана с его использованием |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO328397B1 (no) | 2010-02-08 |
| AU2008271375A1 (en) | 2009-01-08 |
| EA201070096A1 (ru) | 2010-06-30 |
| EP2164611B1 (en) | 2018-05-02 |
| EP2164611A1 (en) | 2010-03-24 |
| US9084987B2 (en) | 2015-07-21 |
| NO20073460L (no) | 2009-01-05 |
| WO2009005371A1 (en) | 2009-01-08 |
| EP3335781A1 (en) | 2018-06-20 |
| AU2008271375B2 (en) | 2012-12-13 |
| US20130231241A1 (en) | 2013-09-05 |
| US20100173770A1 (en) | 2010-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA018747B1 (ru) | Способ получения катализаторов | |
| US9839907B2 (en) | Catalyst manufacturing method | |
| CN101288853B (zh) | 负载有催化剂的蜂窝及其制造方法 | |
| CN101524871B (zh) | 挤制多孔性基材的系统 | |
| CN100471570C (zh) | 蜂窝结构体、蜂窝结构体集合体及蜂窝催化剂 | |
| EP1719882A1 (en) | Ceramic honeycomb filter | |
| KR20080068114A (ko) | 다공성 기재의 압출 성형 시스템 | |
| KR20220012994A (ko) | 촉매 및 촉매 물품의 제조 방법 | |
| CN104661725B (zh) | 蜂窝状催化组件及其应用 | |
| CN107224996A (zh) | 蜂窝结构体 | |
| KR20020029406A (ko) | 허니콤 성형체 및 그 제조 방법 | |
| US20200370453A1 (en) | Scr catalytic coating on particulate filters | |
| Kraushaar‐Czarnetzki et al. | Shaping of solid catalysts | |
| US20200238568A1 (en) | Homogenizer and screen support for extrusion | |
| RU2774626C2 (ru) | Способ изготовления катализатора | |
| EP3802411A1 (de) | Verfahren zur durchführung stark gas freisetzender reaktionen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |