PL231314B1 - Nośnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych oraz sposób jego wytwarzania - Google Patents
Nośnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych oraz sposób jego wytwarzaniaInfo
- Publication number
- PL231314B1 PL231314B1 PL401496A PL40149612A PL231314B1 PL 231314 B1 PL231314 B1 PL 231314B1 PL 401496 A PL401496 A PL 401496A PL 40149612 A PL40149612 A PL 40149612A PL 231314 B1 PL231314 B1 PL 231314B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- oxide
- low
- methane
- tin
- chromium
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 52
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims description 27
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 7
- JOSWYUNQBRPBDN-UHFFFAOYSA-P ammonium dichromate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O JOSWYUNQBRPBDN-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 5
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 2
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019923 CrOx Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BFGKITSFLPAWGI-UHFFFAOYSA-N chromium(3+) Chemical compound [Cr+3] BFGKITSFLPAWGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002169 ethanolamines Chemical class 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003445 palladium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- YJVFFLUZDVXJQI-UHFFFAOYSA-L palladium(ii) acetate Chemical compound [Pd+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O YJVFFLUZDVXJQI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- JQPTYAILLJKUCY-UHFFFAOYSA-N palladium(ii) oxide Chemical compound [O-2].[Pd+2] JQPTYAILLJKUCY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- SYRHIZPPCHMRIT-UHFFFAOYSA-N tin(4+) Chemical compound [Sn+4] SYRHIZPPCHMRIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrachloride;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 235000010215 titanium dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/864—Removing carbon monoxide or hydrocarbons
-
- 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
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/26—Chromium
-
- 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
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
-
- 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
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- 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
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/613—10-100 m2/g
-
- 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
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0201—Impregnation
-
- 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
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- 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
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
- B01J37/344—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
- B01J37/346—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy of microwave energy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20784—Chromium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/209—Other metals
- B01D2255/2094—Tin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
- B01D2257/702—Hydrocarbons
- B01D2257/7022—Aliphatic hydrocarbons
- B01D2257/7025—Methane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/06—Polluted air
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
- B01D2259/4508—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for cleaning air in buildings
-
- 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
- B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
-
- 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
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/393—Metal or metal oxide crystallite size
-
- 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
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/03—Precipitation; Co-precipitation
- B01J37/031—Precipitation
-
- 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
- Y02C20/20—Capture or disposal of greenhouse gases of methane
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest nośnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych oraz sposób jego wytwarzania.
Pomimo tego, że stężenie metanu w atmosferze jest znacznie niższe niż dwutlenku węgla, jego wkład w efekt cieplarniany jest ponad dwudziestokrotnie wyższy. Z tego względu konieczna jest redukcja emisji antropogenicznego metanu o niskim stężeniu, którego głównymi źródłami są górnictwo (metan w powietrzu wentylacyjnym), wysypiska śmieci i rolnictwo. Klasyczna metoda termicznego spalania metanu jest technologią, która wymaga wysokiej energii aktywacji, co wiąże się z koniecznością ponoszenia dużych nakładów związanych z budową odpowiednich reaktorów pracujących w temperaturach 800-1200oC. W takich warunkach może ponadto powstawać szereg produktów ubocznych procesu spalania, które niejednokrotnie charakteryzują się znacznie wyższą toksycznością. Z kolei metody polegające na zatężaniu ubogiego metanu nie prowadzą do jego całkowitego odzysku i są ekonomicznie kosztowne.
Dlatego też najbardziej atrakcyjnym rozwiązaniem eliminacji metanu z ubogich źródeł wydaje się być spalanie katalityczne w niskich temperaturach w warunkach autotermicznych. Zastosowanie katalizatora do niskotemperaturowego utleniania metanu napotyka jednak na szereg barier związanych z dużą biernością chemiczna metanu. Ze względu na dużą energię wiązania C-H jego aktywacja jest procesem wyjątkowo trudnym. Ponadto autotermiczne spalanie metanu utrudnia jego niskie stężenie, które w przypadku gazów wentylacyjnych z polskich kopalń nie przekracza 1%. Dodatkowych trudności nastręczają wysokie przepływy powietrza wentylacyjnego, rzędu 105 m3/min. Korzystniejsze warunki występują w przypadku studzienek metanowych na wysypiskach śmieci, gdzie zawartość metanu może sięgać kilkunastu procent. Z tych względów istnieje duża potrzeba opracowania układu katalitycznego, który zapewniałby wydajne utlenianie metanu w ekonomicznie uzasadnionym oknie temperaturowym.
Dotychczasowe badania nad katalizatorami do spalania metanu miały raczej charakter poznawczy i skupiały się głównie wokół dwóch grup katalizatorów: katalizatorów nośnikowych opartych na metalach szlachetnych, głównie platynie i palladzie (Appl. Catal. B 39(2002)1, J. Non-Cryst. Solids 345(2004)624, Appl. Catal. B 88(2009)430) oraz litych układów tlenkowych o zróżnicowanym składzie i strukturze (Appl. Catal. B, 15(1998)179, Catal. Lett, 75(2001)73, Appl. Catal. A, 234(2002)1, Catal. Today 158(2010)348, J. Mater. Chem. 20(2010)6968).
Dane literaturowe wskazują na istotne znaczenie szeregu parametrów katalizatora mających wpływ na jego aktywność, np. skład aktywnej fazy katalizatora oraz stopnie utlenienia poszczególnych pierwiastków, skład i rodzaj nośnika, morfologia ziaren katalizatora.
Zgodnie z doniesieniami literaturowymi najwyższą aktywność w reakcji spalania metanu wykazują układy otrzymane na drodze funkcjonalizacji nośników tlenkowych metalami szlachetnymi, głównie palladem lub platyną.
W zgłoszeniu patentowym WO2004087311A1 opisano katalizator do niskotemperaturowego utleniania metanu w obecności wodoru i wody, zawierający monolityczny nośnik, korzystnie w postaci ceramicznego bądź metalicznego plastra miodu, z rozproszonymi na jego powierzchni tlenkiem glinu i tlenkiem cyny (IV), impregnowanymi przynamniej jednym metalem szlachetnym wybranym z grupy obejmującej pallad, platynę, rod i ich kombinację.
Japońskie zgłoszenie patentowe JP2003327113 opisuje katalizator stosowany w procesie niskotemperaturowego utleniania metanu w czasie spalania gazu wylotowego zawierającego dwutlenek siarki. Katalizator ten ma postać platyny naniesionej na porowaty tlenek cyny (IV).
W zgłoszeniu patentowym JP11067468 opisano katalizator, w którym pallad lub tlenek palladu osadzony jest na nośniku zawierającym tlenek cyny (IV) i/lub octan palladu.
W zgłoszeniu patentowym JP2002216426 opisano katalizator, w którym metal szlachetny, wybrany z grupy obejmującej korzystnie pallad i iryd, osadzony jest na nośniku w postaci mieszaniny tlenków chromu (III) i cyrkonu (II). Reakcja spalania przebiega w temperaturze 400-600°C.
Jednak niska stabilność metali szlachetnych w warunkach reakcji, a także ich znaczny koszt dyskredytują ich potencjalne możliwości aplikacyjne na skalę przemysłową. Lite tlenki, np. V2O5, MoO3, charakteryzują się niską aktywnością w reakcji katalitycznego spalania metanu. Depozycja na powierzchni nośników tlenkowej fazy aktywnej prowadzi do powstawania szeregu struktur molekularnych o właściwościach znacznie odbiegających od ich litych odpowiedników. Prowadzi to do znacznej
PL 231 314 B1 poprawy aktywności. Układy tego typu charakteryzują się również lepszą stabilnością termiczną i niższymi kosztami wytwarzania w stosunku do katalizatorów opartych na metalach szlachetnych.
W zgłoszeniu patentowym EP578384A1 do utleniania metanu użyto katalizatora w postaci tlenku chromu (VI) osadzonego na nośniku tlenkowym, który może zawierać tlenek krzemu (IV), tlenek glinu (III), tlenek magnezu (II), tlenek tytanu (IV) lub tlenek cyrkonu (II). Produktem utleniania jest metanol.
Nośnikowy katalizator tlenkowy według wynalazku, stosowany do niskotemperaturowego utleniania metanu charakteryzuje się tym, że na powierzchni obojętnego nośnika w postaci krystalicznego tlenku cyny (IV) o rozmiarach krystalitów 15-30 nm i powierzchni właściwej 20-80 m2/g rozdyspergowane są oksoklastery chromu, których stężenie zmienia się w zakresie 2-5% mol. w przeliczeniu na tlenek chromu (VI), korzystnie wynosi ono 3% mol.
Sposób wytwarzania katalizatora według wynalazku polega na tym, że do wodnego roztworu chlorku cyny (IV) dodaje się etanoloaminy po czym całość ogrzewa się w autoklawie mikrofalowym w warunkach hydrotermalnych (temperatura 160°C, ciśnienie 30 atm). Z roztworu wypada osad tlenku cyny (IV). Otrzymaną zawiesinę poddaje się odwirowaniu. Z otrzymanego osadu odmywa się jony chlorkowe i suszy go w temperaturze 120°C przez 12 godzin. Następnie osad poddaje się kalcynacji w temperaturze 600°C przez 6 godzin. Tak otrzymany nośnik poddaje się funkcjonalizacji oksoklasterami chromu, przy czym jako prekursor fazy aktywnej wykorzystuje się dichromian amonu. Proces funkcjonalizacji może być realizowany na dwa sposoby. Pierwsza metoda polega na impregnacji nośnika roztworem dichromianu amonu w taki sposób, aby objętość roztworu była mniejsza od objętości porów nośnika. Druga metoda polega na impregnacji nośnika roztworem dichromianu amonu w warunkach hydrotermalnych w autoklawie mikrofalowym. Po zakończeniu reakcji preparat odwirowuje się. W obu przypadkach po impregnacji następuje etap suszenia i kalcynacji w podobnych warunkach jak dla tlenku cyny (IV).
Przedmiot wynalazku opisano w poniższych przykładach, które jedynie obrazują wynalazek, nie ograniczając jego zakresu.
P r z y k ł a d I. Wytwarzanie nośnika.
g roztworu pięciowodnego chlorku cyny (IV) oraz 0,01 mola CTAB (bromku heksadecylotrimetyloamoniowego) rozpuszczono w wodzie destylowanej tak, aby otrzymać 30 cm3 roztworu. Do otrzymanego roztworu dodano 10 cm3 etanoloaminy, całość umieszczono w naczyniu teflonowym i poddano traktowaniu hydrotermalnemu w autoklawie mikrofalowym. Reakcję prowadzono w 160°C przez 20 minut pod ciśnieniem 30 atmosfer. Otrzymany osad odwirowano i przemyto wodą destylowaną do całkowitego odmycia jonów chlorkowych. Następnie preparat suszono w temperaturze 120°C przez 12 godzin, po czym ogrzewano z szybkością 4°C/minutę i kalcynowano w temperaturze 600°C przez 6 godzin.
Analiza rentgenowska wykazała obecność jedynie krystalicznego tlenku cyny (IV) o średnim rozmiarze krystalitów 16 nm. Powierzchnia właściwa otrzymanego materiału wynosiła 23 m 2/g.
P r z y k ł a d II. Funkcjonalizacja tlenku cyny (IV) metodą impregnacji.
g tlenku cyny (IV) otrzymanego sposobem według wynalazku poddano impregnacji w 40 cm3 roztworu dichromianu amonu. Stężenie roztworu zostało dobrane w taki sposób, aby końcowe stężenie oksoklasterów chromu w przeliczeniu na tlenek chromu (VI) wynosiło 3% mol. Preparat suszono w temperaturze 120°C przez 12 godzin, a następnie kalcynowano w temperaturze 600°C przez 6 godzin.
Badania spektroskopowe i rentgenowskie wykazały korzystny dwuwymiarowy charakter nanoszonych oksoklasterów oraz brak na powierzchni niekorzystnych, nanokrystalicznych form tlenku chromu. Widmo ramanowskie, wraz z wynikiem dekonwolucji interesującego zakresu oraz widmo UV-Vis/DR dla układu 3% mol CrOx/SnO2 przedstawiono na figurach 1 i 2.
P r z y k ł a d III. Testy katalityczne.
Katalizator o masie 400 g i frakcji sitowej 0,2-0,3 mm umieszczono w reaktorze kwarcowym ze spiekiem. Przez reaktor przepuszczano mieszaninę reakcyjną, w skład której wchodziły tlen i metan w stosunku objętościowym 5:1 z szybkością 40 cm3/minutę.
Reakcję prowadzono w sposób kontrolowany podnosząc temperaturę z szybkością 10°C/minutę od temperatury pokojowej do 850°C. Analiza składu mieszaniny poreakcyjnej za pomocą spektrometru mas wykazała, że w temperaturze 500°C obserwowano 90% konwersji metanu, przy całkowitej selektywności do dwutlenku węgla.
PL 231 314 B1
Według wynalazku nośnikowy katalizator tlenkowy typu oksoklastery chromu osadzone na SnO2 o stężeniu fazy powierzchniowej 3% mol. ma strukturę, w której na powierzchni krystalicznego nośnika obecne są oksoklastery chromu o charakterze dwuwymiarowym. Charakterystyczne cechy katalizatora związane ze strukturą i morfologią wiążą się ze sposobem jego wytwarzania. Katalizator można stosować w reakcji całkowitego utleniania metanu ze źródeł niskokalorycznych w temperaturach poniżej 500°C. Skład katalizatora gwarantuje jego wysoką wydajność, a sposób wytwarzania według wynalazku prowadzi do otrzymywania układów o powtarzalnych parametrach.
Claims (4)
- Zastrzeżenia patentowe1. Nośnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych osadzony na obojętnym nośniku w postaci tlenku cyny (IV), znamienny tym, że na powierzchni krystalicznego tlenku cyny (IV) rozproszone są oksoklastery chromu w ilości 2-5% mol w przeliczeniu na tlenek chromu (VI).
- 2. Nośnikowy katalizator według zastrz. 1, znamienny tym, że średnia wielkość ziaren nośnika wynosi 15-30 nm, a powierzchnia właściwa 20-80 m2/g.
- 3. Sposób wytwarzania nośnikowego katalizatora tlenkowego do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych z wykorzystaniem obojętnego nośnika w postaci tlenku cyny (IV), znamienny tym, że wodny roztwór chlorku cyny (IV) poddaje się reakcji z etanoloaminą w temperaturze 160°C pod ciśnieniem 30 atmosfer przez 20 minut, po czym wytrącony osad tlenku cyny (IV) poddaje się procesowi kalcynacji w temperaturze 600°C, a następnie procesowi funkcjonalizacji oksoklasterami chromu w ilości 2-5% molowych w przeliczeniu na tlenek chromu (VI), przy czym jako prekursor fazy aktywnej stosuje się dichromian amonu.
- 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że osad tlenku cyny (IV) kalcynuje się w 600°C przez 6 godzin.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL401496A PL231314B1 (pl) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Nośnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych oraz sposób jego wytwarzania |
PCT/PL2013/000140 WO2014073995A1 (en) | 2012-11-07 | 2013-11-04 | Supported oxide catalyst for low-temperature combustion of methane emitted from low-calorific sources and the process for preparation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL401496A PL231314B1 (pl) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Nośnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych oraz sposób jego wytwarzania |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL401496A1 PL401496A1 (pl) | 2014-05-12 |
PL231314B1 true PL231314B1 (pl) | 2019-02-28 |
Family
ID=49841784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL401496A PL231314B1 (pl) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Nośnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych oraz sposób jego wytwarzania |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL231314B1 (pl) |
WO (1) | WO2014073995A1 (pl) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104888792B (zh) * | 2015-06-23 | 2017-10-20 | 北京联合大学 | 一种低温甲烷催化燃烧催化剂的制备方法 |
JP6670386B2 (ja) * | 2016-08-17 | 2020-03-18 | 三井金属鉱業株式会社 | メタン酸化触媒 |
US10486139B2 (en) | 2017-03-30 | 2019-11-26 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | IrO2 catalysts and methods of use thereof |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE745659A (fr) * | 1970-02-06 | 1970-07-16 | Cooperative Metachimie Soc | Nouveaux catalyseurs pour l'oxydation en phase gazeuse d'hydrocarbures gazeux et liquides ainsi que de l'oxyde de carbone, |
US3883445A (en) * | 1971-07-07 | 1975-05-13 | Monsanto Co | Shrinkage resistant auto exhaust catalysts |
US4830844A (en) * | 1987-10-06 | 1989-05-16 | Phillips Petroleum Company | Oxidation of carbon monoxide and catalyst composition therefor |
GB8802780D0 (en) * | 1988-02-08 | 1988-03-09 | Ti Corporate Services | Vehicle exhaust gas catalysts |
US5220080A (en) | 1992-06-29 | 1993-06-15 | Sun Company, Inc. (R&M) | Chromia on metal oxide catalysts for the oxidation of methane to methanol |
GB9409389D0 (en) * | 1994-05-11 | 1994-06-29 | Johnson Matthey Plc | Catalytic combustion |
JPH1167468A (ja) | 1997-08-26 | 1999-03-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 照明装置 |
JP4052866B2 (ja) * | 2002-04-19 | 2008-02-27 | 大阪瓦斯株式会社 | 排ガス中の炭化水素の酸化用触媒および排ガス中の炭化水素の酸化除去方法 |
US20040192546A1 (en) | 2003-03-27 | 2004-09-30 | Zhongyuan Dang | Catalyst for the low temperature oxidation of methane |
EP1721665A1 (de) * | 2005-05-13 | 2006-11-15 | HTE Aktiengesellschaft The High Throughput Experimentation Company | Katalysator zur Abgasbehandlung und Verfahren zu seiner Herstellung |
CN100577572C (zh) * | 2008-06-04 | 2010-01-06 | 中国检验检疫科学研究院 | 一种Zn-掺杂SnO2微孔纳米材料的制备方法 |
-
2012
- 2012-11-07 PL PL401496A patent/PL231314B1/pl unknown
-
2013
- 2013-11-04 WO PCT/PL2013/000140 patent/WO2014073995A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL401496A1 (pl) | 2014-05-12 |
WO2014073995A1 (en) | 2014-05-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Elucidation of active sites for CH4 catalytic oxidation over Pd/CeO2 via tailoring metal–support interactions | |
Zhao et al. | Hierarchical core–shell Al2O3@ Pd-CoAlO microspheres for low-temperature toluene combustion | |
Sidik et al. | CO2 reforming of CH4 over Ni–Co/MSN for syngas production: Role of Co as a binder and optimization using RSM | |
Zeng et al. | Novel ordered mesoporous γ-MnO2 catalyst for high-performance catalytic oxidation of toluene and o-xylene | |
Xu et al. | Efficient removal of formaldehyde by nanosized gold on well-defined CeO2 nanorods at room temperature | |
Chen et al. | Encapsulating uniform Pd nanoparticles in TS-1 zeolite as efficient catalyst for catalytic abatement of indoor formaldehyde at room temperature | |
Bakar et al. | Catalytic methanation reaction over supported nickel–ruthenium oxide base for purification of simulated natural gas | |
Montes et al. | Chemoselective hydrogenation of furfural to furfuryl alcohol on ZrO2 systems synthesized through the microemulsion method | |
Zhou et al. | Hollow porous zinc cobaltate nanocubes photocatalyst derived from bimetallic zeolitic imidazolate frameworks towards enhanced gaseous toluene degradation | |
Ko et al. | Ordered mesoporous tungsten carbide nanoplates as non-Pt catalysts for oxygen reduction reaction | |
Shubin et al. | Successful synthesis and thermal stability of immiscible metal Au–Rh, Au–Ir andAu–Ir–Rh nanoalloys | |
CN109529918B (zh) | 一种VOCs催化燃烧催化剂及其制备方法和应用 | |
Gac et al. | The influence of the preparation methods and pretreatment conditions on the properties of Ag-MCM-41 catalysts | |
JP5943280B2 (ja) | 金クラスター触媒及びその製造方法 | |
Zhou et al. | Au3+ species boost the catalytic performance of Au/ZnO for the semi-hydrogenation of acetylene | |
Kawada et al. | Catalytic SO3 decomposition activity and stability of A–V–O/SiO2 (A= Na, K, Rb, and Cs) for solar thermochemical water-splitting cycles | |
PL231314B1 (pl) | Nośnikowy katalizator tlenkowy do niskotemperaturowego spalania metanu ze źródeł niskokalorycznych oraz sposób jego wytwarzania | |
CN109433252B (zh) | 一种co2氧化c2h6脱氢制c2h4的催化剂及其制备方法 | |
Hu et al. | Property and Reactivity Relationships of Co3O4 with Diverse Nanostructures for Soot Oxidation | |
Sun et al. | Co2Cu1Ce y O x Mixed Metal Oxide Nanoparticles with Oxygen Vacancies as Catalysts for Toluene Oxidation | |
Martinez et al. | Efficient Alkyne Semihydrogenation Catalysis Enabled by Synergistic Chemical and Thermal Modifications of a PdIn MOF | |
Koutsopoulos et al. | Synthesis and characterization of supported Pt and Pt alloys nanoparticles used for the catalytic oxidation of sulfur dioxide | |
WO2014025274A1 (en) | Multicomponent oxide catalyst for low-temperature oxidation of methane and the method for preparation thereof | |
Jiménez-Calvo et al. | Titania-Carbon Nitride Interfaces in Gold-Catalyzed CO Oxidation | |
Simeonov et al. | Achmatowicz rearrangement enables hydrogenolysis-free gas-phase synthesis of pentane-1, 2, 5-triol from furfuryl alcohol |