RU2024295C1 - Exhaust gas catalytic converter - Google Patents

Exhaust gas catalytic converter

Info

Publication number
RU2024295C1
RU2024295C1 SU5009415A RU2024295C1 RU 2024295 C1 RU2024295 C1 RU 2024295C1 SU 5009415 A SU5009415 A SU 5009415A RU 2024295 C1 RU2024295 C1 RU 2024295C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carrier
nickel
chromium
less
catalyst
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Н. Пестряков
Original Assignee
Пестряков Алексей Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пестряков Алексей Николаевич filed Critical Пестряков Алексей Николаевич
Priority to SU5009415 priority Critical patent/RU2024295C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2024295C1 publication Critical patent/RU2024295C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas cleaning. SUBSTANCE: catalytic converter intended for cleaning exhaust gases in industry and transport from carbon monoxide and/or nitrogen oxides and/or organic compounds has carrier made of porous material permeable for gas and catalytic active matter applied to carrier. Active matter has at least one metal of platinum group and/or at least one oxide of transition metal of fourth period of periodic system. Carrier has irregular cellular structure formed by doubling the structure of polymer open cellular material with metal, mean diameter of each cell being 0.5-5.0 mm and apparent density 0,1-1,0 g/cm3. EFFECT: enhanced reliability of gas cleaning. 1 tbl

Description

Изобретение относится к средствам для очистки газов от токсичных компонентов, а более точно касается катализаторов для очистки отходящих газов. The invention relates to means for cleaning gases from toxic components, and more specifically relates to catalysts for cleaning exhaust gases.

Известен катализатор для очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий носитель из термостойкого керамического материала с ячеистой структурой и нанесенным на него каталитическим активным покрытием (1). У таких катализаторов недостаточно механическая прочность керамического носителя в жестких условиях эксплуатации автотранспорта, что приводит к снижению сроков его работы. A known catalyst for purification of exhaust gases of an internal combustion engine containing a carrier of a heat-resistant ceramic material with a cellular structure and a catalytic active coating deposited on it (1). Such catalysts do not have enough mechanical strength of the ceramic carrier in harsh operating conditions of vehicles, which leads to a decrease in the duration of its operation.

Известен также катализатор, содержащий в качестве активного материала или его носителя керамический вспененный материал, содержащий сеть нерегулярных проходов внутри него со средним минимальным размером 20-300 мкм (2) IB. В связи с использованием в катализаторе керамического материала его механическая прочность в условиях эксплуатации автотранспорта недостаточна. Кроме того, размеры пор этого материала таковы, что слой катализатора создает значительное избыточное давление при высоких скоростях газового потока. Наиболее близким к предлагаемому решению является катализатор ячеистого строения для очистки отработанных газов дизелей, содержащий носитель из пористого, воздухопроницаемого материала, обладающего термостойкостью и имеющего регулярную ячеистую структуру, на стенки которого нанесены активное покрытие, обладающее активностью по отношению к СО, НС и NOx (3).Also known is a catalyst containing, as an active material or its carrier, a ceramic foam material containing a network of irregular passages inside it with an average minimum size of 20-300 μm (2) IB. Due to the use of ceramic material in the catalyst, its mechanical strength under the conditions of operation of vehicles is insufficient. In addition, the pore sizes of this material are such that the catalyst layer creates a significant overpressure at high gas flow rates. Closest to the proposed solution is a cellular structure catalyst for the purification of diesel exhaust gases containing a carrier of a porous, breathable material that is heat resistant and has a regular cellular structure, the active coating is coated on its walls, which is active with respect to CO, HC and NO x ( 3).

Использование носителя с регулярной структурой ячеек и параллельными полыми каналами приводит к прохождению части отработанных газов без контакта с поверхностью катализатора, что снижает эффективность очистки выбросов. The use of a carrier with a regular cell structure and parallel hollow channels leads to the passage of part of the exhaust gases without contact with the catalyst surface, which reduces the efficiency of emission cleaning.

В основу изобретения положена задача создать катализатор для очистки отходящих газов, благодаря применению которого обеспечивался бы наиболее полный контакт отходящих газов с его поверхностью для повышения эффективности очистки, что достигается за счет изменения носителя. The basis of the invention is the creation of a catalyst for purification of exhaust gases, through the use of which would provide the most complete contact of the exhaust gases with its surface to increase the cleaning efficiency, which is achieved by changing the media.

Эта задача решается тем, что в катализаторе для очистки отходящих газов технологических процессов и автотранспорта от монооксида углерода и/или оксидов азота, и/или органических соединений, содержащий носитель из пористого газопроницаемого материала и каталитически активное вещество, нанесенное на носитель и включающее по меньшей мере один металл из платиновой группы и/или по меньшей мере один оксид переходного металла четвертого периода периодической системы. Согласно изобретению носитель имеет нерегулярную ячеистую структуру, полученную дублированием структуры полимерного открытоячеистого материала металлом, со средним диаметром каждой ячейки 0,5-5,0 мм и кажущейся плотностью 0,1-1,0 г/см3.This problem is solved in that in the catalyst for purification of exhaust gases of technological processes and vehicles from carbon monoxide and / or nitrogen oxides, and / or organic compounds, containing a carrier of porous gas-permeable material and a catalytically active substance supported on a carrier and including at least one metal from the platinum group and / or at least one transition metal oxide of the fourth period of the periodic system. According to the invention, the carrier has an irregular cellular structure obtained by duplicating the structure of the polymer open-cell material with a metal, with an average diameter of each cell of 0.5-5.0 mm and an apparent density of 0.1-1.0 g / cm 3 .

Носитель может быть выполнен из никеля или меди, или сплава никеля с медью с содержанием меди 50 мас.% или сплава никеля с хромом с содержанием хрома менее 30 мас. % или стали с содержанием углерода менее 0,4 мас.% и легированной никелем и/или хромом. The carrier may be made of nickel or copper, or an alloy of nickel with copper with a copper content of 50 wt.% Or an alloy of nickel with chromium with a chromium content of less than 30 wt. % or steel with a carbon content of less than 0.4 wt.% and alloyed with nickel and / or chromium.

Целесообразно, чтобы для очистки отходящих газов автотранспорта носитель, выполненный из никеля или сплава никеля с хромом с содержанием хрома менее 30 мас.% или стали с содержанием углерода менее 0,4 мас.% и легированной никелем и/или хромом, имел бы средний диаметр каждой ячейки 1,5-3 мм. It is advisable that for cleaning the exhaust gases of vehicles, a carrier made of nickel or an alloy of nickel with chromium with a chromium content of less than 30 wt.% Or steel with a carbon content of less than 0.4 wt.% And alloyed with nickel and / or chromium would have an average diameter each cell is 1.5-3 mm.

Катализатор для очистки отходящих газов различных технологических процессов или автотранспорта от монооксида углерода и/или оксидов азота, и/или органических соединений содержит носитель и нанесенное на него каталитически активное вещество. The catalyst for purification of exhaust gases of various technological processes or vehicles from carbon monoxide and / or nitrogen oxides and / or organic compounds contains a carrier and a catalytically active substance deposited on it.

Носитель выполняется из пористого газопроницаемого материала и имеет нерегулируемую ячеистую структуру, которую получают дублированием структуры полимерного открытоячеистого материала металлом. Таким полимерным материалом, может быть, например, пенополиуретан. The carrier is made of porous gas-permeable material and has an unregulated cellular structure, which is obtained by duplicating the structure of the polymer open-cellular material with metal. Such a polymeric material may be, for example, polyurethane foam.

В процессе формирования ячеистой структуры получают ячейки, имеющие средний диаметр 0,5-5,0 мм, а кажущаяся плотность носителя 0,1-1,0 г/см3. Такой носитель представляет собой жесткий трехмерный металлический каркас, что обеспечивает ему высокую механическую прочность. Катализатор с этим носителем имеет хорошую газопроницаемость, которую можно регулировать изменением среднего диаметра ячейки. При этом использование носителя с диаметром ячейки менее 0,5 мм значительно увеличивает сопротивление слоя катализатора газовому потоку, что ограничивает применение катализатора в процессах с высокими объемными скоростями потока газа. Увеличение среднего размера ячейки более 5,0 мм приводит к прохождению значительной части газа через катализатор без контакта с его поверхностью, что также снижает эффективность очистки. Использование носителя с кажущейся плотностью менее 0,1 г/см3 снижает срок службы катализатора из-за недостаточной механической прочности и коррозионной стойкости. Увеличение кажущейся плотности более 1 г/см3 приводит к большому расходу металла без увеличения эффективности катализатора, что экономически нецелесообразно.In the process of forming a cellular structure, cells are obtained having an average diameter of 0.5-5.0 mm and an apparent carrier density of 0.1-1.0 g / cm 3 . Such a carrier is a rigid three-dimensional metal frame, which provides it with high mechanical strength. The catalyst with this carrier has good gas permeability, which can be controlled by changing the average diameter of the cell. In this case, the use of a carrier with a cell diameter of less than 0.5 mm significantly increases the resistance of the catalyst layer to gas flow, which limits the use of the catalyst in processes with high volumetric gas flow rates. An increase in the average cell size of more than 5.0 mm leads to the passage of a significant part of the gas through the catalyst without contact with its surface, which also reduces the cleaning efficiency. The use of a carrier with an apparent density of less than 0.1 g / cm 3 reduces the life of the catalyst due to insufficient mechanical strength and corrosion resistance. The increase in apparent density of more than 1 g / cm 3 leads to a large consumption of metal without increasing the efficiency of the catalyst, which is not economically feasible.

Носитель выполняют из меди или никеля, или из сплава никеля с медью при содержании меди менее 50 мас.%, или из сплава никеля с хромом при содержании хрома менее 30 мас.%, или из стали с содержанием углерода менее 0,4 мас. % , и легированной никелем и/или хромом. Такие сплавы широко известны и все перечисленные материалы образуют ячеистую структуру при дублировании структуры полимерного материала, которое осуществляют известным способом. The carrier is made of copper or nickel, or of an alloy of nickel with copper with a copper content of less than 50 wt.%, Or of an alloy of nickel with chromium with a chromium content of less than 30 wt.%, Or of steel with a carbon content of less than 0.4 wt. %, and alloyed with nickel and / or chromium. Such alloys are widely known and all of the listed materials form a cellular structure when duplicating the structure of the polymer material, which is carried out in a known manner.

Однако для использования в системе нейтрализации выхлопов автомобилей наиболее эффективны катализаторы с носителем, выполненным из коррозионностойких материалов - никеля, сплава никеля с хромом или нержавеющей стали, и имеющим средний диаметр ячейки 1,5-3 мм, что позволяет достичь минимального снижения мощности двигателя при сохранении достаточно высокой эффективности очистки выбросов. However, for use in a vehicle exhaust gas aftertreatment system, catalysts with a support made of corrosion-resistant materials — nickel, an alloy of nickel with chromium or stainless steel and having an average cell diameter of 1.5–3 mm are most effective, which allows a minimum reduction in engine power while maintaining sufficiently high efficiency of cleaning emissions.

Кроме того, предлагаемые материалы носителя, содержащие медь или никель или хром, обладают каталитической активностью в процессе глубокого окисления монооксида углерода и органических соединений, что дополнительно повышает эффективноcть работы катализатора. In addition, the proposed carrier materials containing copper or nickel or chromium have catalytic activity in the deep oxidation of carbon monoxide and organic compounds, which further increases the efficiency of the catalyst.

Повышение эффективности работы катализатора по сравнению с известными катализаторами прежде всего достигается за счет увеличения турбулентности газового потока при прохождении его через систему нерегулярно ориентированных ячеек каркаса носителя, что обеспечивает очищаемой газовой смеси лучший контакт с поверхностью катализатора. Improving the efficiency of the catalyst compared to known catalysts is primarily achieved by increasing the turbulence of the gas stream when it passes through a system of irregularly oriented cells of the carrier frame, which provides the cleaned gas mixture with better contact with the catalyst surface.

В качестве каталитически активного вещества, нанесенного на носитель, используют материалы, состоящие или включающие по меньшей мере один оксид переходного металла четвертого периода периодической системы. Например, используют платину, родий, палладий, рутений, оксид меди, оксид кобальта, оксид хрома, оксид марганца, оксид ванадия, оксид железа, оксид никеля и другие. As a catalytically active substance deposited on a carrier, materials are used consisting of or including at least one transition metal oxide of the fourth period of the periodic system. For example, platinum, rhodium, palladium, ruthenium, copper oxide, cobalt oxide, chromium oxide, manganese oxide, vanadium oxide, iron oxide, nickel oxide and others are used.

Каталитически активное вещество наносят на носитель методом химического или электрохимического осаждения, вакуумного напыления, пропиткой из растворов термически разлагаемых солей или другим известным способом. The catalytically active substance is applied to the carrier by chemical or electrochemical deposition, vacuum deposition, impregnation from solutions of thermally decomposable salts, or by any other known method.

Покрытие из каталитически активного вещества имеет такие размеры, что практически не изменяет полученную геометрию ячеистой структуры носителя и величину среднего диаметра ячеек этой структуры. The coating of the catalytically active substance has such dimensions that it does not practically change the obtained geometry of the cellular structure of the carrier and the average diameter of the cells of this structure.

П р и м е р 1. 100 г порошка нихрома (90% Ni:10%Cr) дисперсностью 1-5 мкм смешивают с 20 г поливинилового спирта. Полученным шликером пропитывают пенополиуретан с диаметром ячейки 1,5 мм. Полученный образец прокаливают в водородной атмосфере при 1250оС 2 ч.PRI me R 1. 100 g of nichrome powder (90% Ni: 10% Cr) with a particle size of 1-5 μm are mixed with 20 g of polyvinyl alcohol. The resulting slurry is impregnated with polyurethane foam with a cell diameter of 1.5 mm. The resulting sample is calcined in a hydrogen atmosphere at 1250 ° C. for 2 hours.

Для нанесения активной фазы 7 г PdCl2 и 10 г HCl растворяют в 1,5 л дистиллированной воды. В раствор, нагретый до 60-70оС, погружают носитель на 2-3 мин, затем образец промывают холодной водой и высушивают. Контроль количества нанесенного палладия производят по составу электролита. Полученный катализатор испытывают в проточной каталитической установке при 150-500оС. Состав реакционной газовой смеси, мас.%: CO 2, н-бутан 0,5, NOx 0,5, О2 2,5, остальное азот.To apply the active phase, 7 g of PdCl 2 and 10 g of HCl are dissolved in 1.5 l of distilled water. The solution was heated to 60-70 ° C, the carrier was immersed for 2-3 min, the sample was then washed with cold water and dried. The amount of palladium deposited is controlled by the electrolyte composition. The resulting catalyst was tested in a flow apparatus at a catalytic 150-500 C. The composition of the reaction gas mixture, in weight%:. CO 2 n-Butane 0.5, NO x 0.5, 2.5 O 2, balance nitrogen.

Примеры, подтверждающие реализацию изобретения и показывающие достигаемый эффект при его применении, приведены в таблице. Examples confirming the implementation of the invention and showing the achieved effect in its application are shown in the table.

Испытания катализаторов проводят на стендовой каталитической установке, включающей автомобильный двигатель и системы регулирования температуры, скорости потока и состава газовоздушной смеси регулирования температуры, скорости потока и состава газовоздушной смеси. Технико-эксплуатационные характеристики катализаторов приведены в таблице. Степень конверсии токсичных компонентов приведена при Т = 350оС, объемной скорости потока 50000 ч-1, соотношением кислород/окисляемые компоненты около 1.The tests of the catalysts are carried out on a bench catalytic installation, including a car engine and temperature control system, flow rate and composition of the gas-air mixture, temperature control, flow rate and composition of the gas-air mixture. Technical and operational characteristics of the catalysts are given in the table. The degree of conversion of toxic components is shown at T = 350 ° C, a flow rate of 50000 h -1, oxygen / oxidizing agent ratio of about 1.

Как видно из таблицы, применение предлагаемого катализатора для очистки отходящих газов, в частности от СО, НС, NOx, позволяет увеличить степень конверсии перечисленных газов по сравнению с известными катализаторами, обеспечивающими степень очистки не более 91, 85 и 72% соответственно для указанных газов, при этом эффект достигается одновременно для всех компонентов или по меньшей мере для одного из них, что в условиях значительной токсичности газовых выбросов является немаловажным.As can be seen from the table, the use of the proposed catalyst for purification of exhaust gases, in particular from CO, HC, NO x , allows to increase the degree of conversion of these gases in comparison with known catalysts that provide a degree of purification of not more than 91, 85 and 72%, respectively, for these gases , while the effect is achieved simultaneously for all components, or at least for one of them, which is significant under conditions of significant toxicity of gas emissions.

Таким образом, применение предлагаемого решения позволит снизить токсичность газовых выбросов промышленных предприятий и автотранспорта с большим содержанием СО, NOx или НС, повысит эффективность и срок службы катализаторов газоочистки по сравнению с известными образцами.Thus, the application of the proposed solution will reduce the toxicity of gas emissions from industrial enterprises and vehicles with a high content of CO, NO x or HC, increase the efficiency and service life of gas purification catalysts in comparison with known samples.

Claims (3)

1. КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ технологических процессов и автотранспорта от монооксида углерода и/или оксидов азота и/или органических соединений, содержащий носитель из пористого газопроницаемого материала и каталитически активное вещество, нанесенное на носитель и включающее по меньшей мере один металл из платиновой группы и/или один оксид переходного металла четвертого периода Периодической системы с общим содержанием 0,1 - 10 мас.%, остальное - носитель, отличающийся тем, что катализатор содержит носитель, имеющий нерегулярную ячеистую структуру, полученную дублированием структуры полимерного открытоячеистого материала металлом, со средним диаметром каждой ячейки 0,5 - 5,0 мм и кажущейся плотностью 0,1 - 1,0 г/см. 1. CATALYST FOR CLEANING GAS EXHAUST GASES of technological processes and vehicles from carbon monoxide and / or nitrogen oxides and / or organic compounds containing a carrier of a porous gas-permeable material and a catalytically active substance deposited on a carrier and comprising at least one platinum group metal and / or one transition metal oxide of the fourth period of the Periodic system with a total content of 0.1 to 10 wt.%, the rest is a carrier, characterized in that the catalyst contains a carrier having an unregulated bright cellular structure obtained by duplicating the structure of the polymer open-cell material with a metal, with an average diameter of each cell of 0.5 - 5.0 mm and an apparent density of 0.1 - 1.0 g / cm. 2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что носитель выполнен из никеля или меди, или сплава никеля с медью с содержанием меди менее 50 мас.%, или сплава никеля с хромом с содержанием хрома менее 30 мас.%, или стали с содержанием углерода менее 0,4 мас.% и легированной никелем и/или хромом. 2. The catalyst according to claim 1, characterized in that the carrier is made of nickel or copper, or an alloy of nickel with copper with a copper content of less than 50 wt.%, Or an alloy of nickel with chromium with a chromium content of less than 30 wt.%, Or steel with carbon content less than 0.4 wt.% and alloyed with nickel and / or chromium. 3. Катализатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что носитель, выполненный из никеля или сплава никеля с хромом с содержанием хрома менее 30 мас.% или стали с содержанием углерода менее 0,4 мас.% и легированной никелем и/или хромом, имеет средний диаметр ячейки 1,5 - 3 мм. 3. The catalyst according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the carrier made of nickel or an alloy of nickel with chromium with a chromium content of less than 30 wt.% Or steel with a carbon content of less than 0.4 wt.% And alloyed with nickel and / or chromium has an average cell diameter 1.5 - 3 mm.
SU5009415 1991-11-18 1991-11-18 Exhaust gas catalytic converter RU2024295C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5009415 RU2024295C1 (en) 1991-11-18 1991-11-18 Exhaust gas catalytic converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5009415 RU2024295C1 (en) 1991-11-18 1991-11-18 Exhaust gas catalytic converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2024295C1 true RU2024295C1 (en) 1994-12-15

Family

ID=21588928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5009415 RU2024295C1 (en) 1991-11-18 1991-11-18 Exhaust gas catalytic converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2024295C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490063C2 (en) * 2008-11-24 2013-08-20 Сименс Акциенгезелльшафт Structural element with catalytic surface, method of its production and application

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Европейский патент N 0260826, кл. B 01D 53/36, опублик.1986. *
Заявка Японии N 61-234947, кл. B 01D 53/36, опублик.1986. *
Заявка Японии N 61-47136, кл. B 01D 53/36, опублик. 1986. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490063C2 (en) * 2008-11-24 2013-08-20 Сименс Акциенгезелльшафт Structural element with catalytic surface, method of its production and application
US9029287B2 (en) 2008-11-24 2015-05-12 Siemens Aktiengesellschaft Component having a catalytic surface, method for the production thereof, and use of said component

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6107239A (en) Heat resistant metallic oxide catalyst for reducing pollution emission
US4929581A (en) Catalytic diesel soot filter
US4975406A (en) Catalyst for purifying exhaust gases and preparation thereof
US4931419A (en) Catalyst for the conversion of vehicular exhaust gases and process for preparing the catalyst
US4686202A (en) Preparation of catalysts for the detoxification of waste gases
US5059575A (en) Catalyst for the oxidation of carbonaceous particulates and method of making the catalyst
US4048098A (en) Catalyst for purification of exhaust gases and processes for its production and use
US20060153765A1 (en) Method for preparing catalysts for heterogeneous catalysis by multiple-phase impregnation, catalysts and use of said catalysts
FR2530489A1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING CATALYSTS FOR TREATING EXHAUST GASES OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES
US6132694A (en) Catalyst for oxidation of volatile organic compounds
US7399728B2 (en) Catalyst formulation, exhaust system, and gas treatment device
GB1581628A (en) Catalytic purification of automobile exhaust gases
US3928239A (en) Method for the production of exhaust and waste gases purifying catalysts
CN110075862B (en) Composite non-noble metal oxide catalytic combustion catalyst and preparation method thereof
US3953363A (en) Catalyst for purifying exhaust gases
CN111921527A (en) Method for treating honeycomb ceramic catalyst active component load containing VOCs waste gas
US4128503A (en) Catalyst for purifying exhaust and waste gases and method for preparation thereof
JPS5846702B2 (en) How to monitor the amount of nitrogen oxide in exhaust gas
JPH08332350A (en) Catalyst for exhaust gas purification
RU2024295C1 (en) Exhaust gas catalytic converter
FI86602B (en) Exhaust gas system for vehicles
US4064073A (en) Catalyst for the purification of the exhaust gases of internal combustion engines
JPH0810573A (en) Exhaust gas purifying device
US6753293B1 (en) Process for coating substrates with catalytic materials
JP3332369B2 (en) Engine exhaust gas purification catalyst