RU2383389C1 - Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions - Google Patents

Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions Download PDF

Info

Publication number
RU2383389C1
RU2383389C1 RU2008147782/04A RU2008147782A RU2383389C1 RU 2383389 C1 RU2383389 C1 RU 2383389C1 RU 2008147782/04 A RU2008147782/04 A RU 2008147782/04A RU 2008147782 A RU2008147782 A RU 2008147782A RU 2383389 C1 RU2383389 C1 RU 2383389C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
carrier
porous metal
workpiece
porous
Prior art date
Application number
RU2008147782/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Дмитриевич Симонов (RU)
Александр Дмитриевич Симонов
Николай Алексеевич Языков (RU)
Николай Алексеевич Языков
Валентин Николаевич Пармон (RU)
Валентин Николаевич Пармон
Вадим Анатольевич Яковлев (RU)
Вадим Анатольевич Яковлев
Original Assignee
Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения)
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 Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) filed Critical Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения)
Priority to RU2008147782/04A priority Critical patent/RU2383389C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2383389C1 publication Critical patent/RU2383389C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: described is a catalyst head element containing a porous metal carrier and a catalyst, characterised by that granules of the ready catalyst and/or catalyst formed inside the porous carrier are paced in a shell made from porous metal carrier. Described is a method of making the catalyst head element involving putting the catalyst into pores of the metal carrier with pore volume of up to 95%. At the first stage a workpiece is formed by introducing into the volume of the carrier under vibration effect a suspension or a paste or a solution of the ready catalyst or components of the catalyst, and the workpiece is dried. At the second step the top and bottom part of the workpiece is covered by the porous metal carrier, the head element is pressed and calcined to obtain a catalyst head element in which granules of the ready catalyst and/or catalyst formed inside the porous carrier are inside a shell of porous metal carrier. Described is a method of making a catalyst head element in which between two surfaces of porous metal carrier granules of ready catalyst are placed, the workpiece is pressed and calcined to obtain a catalyst head element in which granules of the ready catalyst are inside the shell of porous metal carrier. Described is a method of carrying out exothermal catalytic reactions for combustion of fuel in a fluidised layer of dispersed particles of inert material in which catalyst heads made using the above described elements are used.
EFFECT: longer service life of catalyst heads when used in environmentally safe combustion of fuel in a fluidised layer of solid dispersed particles of inert material.
10 cl, 5 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области осуществления экзотермических каталитических реакций, а именно к способам приготовления элементов малообъемных каталитических насадок для осуществления реакций, например, сжигания газообразных, жидких и твердых топлив в организованном псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала.The invention relates to the field of exothermic catalytic reactions, and in particular to methods of preparing elements of low-volume catalytic nozzles for reactions, for example, combustion of gaseous, liquid and solid fuels in an organized fluidized bed of dispersed particles of an inert material.

Известен способ осуществления экзотермических каталитических реакций путем подачи реагентов в слой псевдоожиженных твердых частиц инертного материала - теплоносителя в присутствии катализатора, выполненного в виде организующей малообъемной насадки (RU 2084761, F23C 11/02, 20.07.1997). Присутствие каталитической насадки в псевдоожиженном слое инертного материала позволяет проводить процесс сжигания топлив при температурах ниже 800°С с сохранением преимуществ сжигания топлив в псевдоожиженном слое катализатора (SU 826798, 1983; RU 2057988, F23C 11/02, 10.04.96). Каталитическая насадка выполнена в виде неподвижного блока, элементы которого представляют собой решетки, блоки, насадки типа колец Рашига. Элементы каталитической насадки являются катализаторами глубокого окисления веществ, работающие в кинетической или внутридиффузионной области. Поэтому наряду с высокой каталитической активностью в отношении сжигания топлив элементы насадок должны обладать достаточной удельной поверхностью. Важными дополнительными требованиями является высокая механическая прочность насадок к истиранию, а также высокие термостабильность и теплопроводность.There is a method of exothermic catalytic reactions by feeding reagents into a bed of fluidized solid particles of an inert material - a coolant in the presence of a catalyst made in the form of an organizing low-volume nozzle (RU 2084761, F23C 11/02, 20.07.1997). The presence of a catalytic nozzle in a fluidized bed of an inert material allows the process of burning fuels at temperatures below 800 ° C while maintaining the advantages of burning fuels in a fluidized bed of a catalyst (SU 826798, 1983; RU 2057988, F23C 11/02, 10.04.96). The catalytic nozzle is made in the form of a fixed block, the elements of which are lattices, blocks, nozzles such as Raschig rings. The elements of the catalytic nozzle are catalysts for the deep oxidation of substances operating in the kinetic or intra-diffusion region. Therefore, along with high catalytic activity in relation to the combustion of fuels, the elements of the nozzles must have a sufficient specific surface area. Important additional requirements are the high mechanical strength of the nozzles to abrasion, as well as high thermal stability and thermal conductivity.

Известны способы приготовления катализаторов для глубокого окисления углеводородов в установках каталитического сжигания топлив в виде монолитного блока из пенистой или многоканальной керамики, на поверхности которой сформирован каталитически активный материал из оксидов или смеси оксидов (RU 2055638, B01J 23/74, 10.04.1996; RU 2086298, B01J 23/70, 10.08.1997). Использование таких блоков для осуществления каталитических процессов в псевдоожиженном слое инертного материала затруднено из-за достаточно быстрого отслоения активного компонента от пористого носителя и последующего его выноса из состава носителя под воздействием значительных механических и термических нагрузок в кипящем слое.Known methods for the preparation of catalysts for the deep oxidation of hydrocarbons in catalytic fuel combustion units in the form of a monolithic block of foam or multichannel ceramics, on the surface of which a catalytically active material is formed from oxides or a mixture of oxides (RU 2055638, B01J 23/74, 04/10/1996; RU 2086298 , B01J 23/70, 08/10/1997). The use of such blocks for carrying out catalytic processes in a fluidized bed of an inert material is difficult due to the rather rapid detachment of the active component from the porous carrier and its subsequent removal from the composition of the carrier under the influence of significant mechanical and thermal loads in the fluidized bed.

Известен способ приготовления катализаторов для сжигания топлива, включающий изготовление пористого носителя, формирование катализатора путем пропитки носителя водным раствором солей металлов переходных групп с последующей сушкой и прокаливанием (RU 2039601, B01J 37/02, 20.07.1995). В качестве солей переходных металлов используют нитраты металлов, которые выбирают из группы, включающей кобальт, никель, хром, железо, а в качестве носителя используют неорганический волокнистый материал, например кварцевое, кремнеземное, каолиновое или базальтовое волокно. При этом пропитку носителя ведут в водном растворе солей нитратов переходных металлов с добавлением мочевины и растворимого в воде многоатомного спирта или углевода в количестве 0,25-1,5 мас.%. Полученную заготовку сушат в потоке воздуха при температуре не выше 90-100°С до остаточной влажности 5-10%, а затем прокаливают бегущей тепловой волной с температурой 500-600°С, используя теплоту экзотермической реакции. Недостатком способа также является низкая механическая прочность связи активного компонента с носителем и, как следствие, истирание катализатора и потеря активности при использовании его в качестве каталитической насадки при сжигании топлив в псевдоожиженном слое.A known method of preparing catalysts for burning fuel, including the manufacture of a porous support, the formation of a catalyst by impregnating the support with an aqueous solution of transition metal salts, followed by drying and calcination (RU 2039601, B01J 37/02, 07/20/1995). As transition metal salts, metal nitrates are used, which are selected from the group consisting of cobalt, nickel, chromium, and iron, and inorganic fibrous material, for example, silica, silica, kaolin, or basalt fiber, is used as a carrier. In this case, the carrier is impregnated in an aqueous solution of transition metal nitrate salts with the addition of urea and water-soluble polyhydric alcohol or carbohydrate in an amount of 0.25-1.5 wt.%. The resulting preform is dried in a stream of air at a temperature not exceeding 90-100 ° C to a residual moisture content of 5-10%, and then calcined by a traveling heat wave with a temperature of 500-600 ° C, using the heat of exothermic reaction. The disadvantage of this method is the low mechanical strength of the bond of the active component with the carrier and, as a consequence, the abrasion of the catalyst and loss of activity when used as a catalytic nozzle when burning fuels in a fluidized bed.

Известен способ приготовления катализатора для сжигания топлива, содержащего оксиды железа и алюминия, включающий смешение каталитически активных оксидов металлов с неорганическими связующими материалами, измельчение с получением однородной смеси, формирование заготовки требуемой формы и прокаливания. В качестве каталитически активных компонентов используют шламовые железосодержащие отходы гальванического производства, а в качестве связующего - смесь природных материалов, содержащих оксид алюминия: глину, каолин, а также неорганические добавки: тальк, волластонит или тремолит и порообразующую добавку - древесный уголь (RU 2058190, B01J 23/745, 20.04.1996). Способ позволяет приготовить каталитические насадки, которые длительное время сохраняют свою активность при использовании их при сжигании топлив в псевдоожиженном слое, так как при истирании равномерно удаляется как носитель, так и активный компонент. Однако срок службы насадок остается сравнительно небольшим.A known method of preparing a catalyst for burning fuel containing iron and aluminum oxides, comprising mixing the catalytically active metal oxides with inorganic binders, grinding to obtain a homogeneous mixture, forming a workpiece of the desired shape and calcination. Iron-containing slurry wastes of galvanic production are used as catalytically active components, and a mixture of natural materials containing aluminum oxide: clay, kaolin, as well as inorganic additives: talc, wollastonite, or tremolite and pore-forming additive - charcoal are used as binder (RU 2058190, B01J 23/745, 04/20/1996). The method allows to prepare catalytic nozzles, which retain their activity for a long time when used when burning fuels in a fluidized bed, since during abrasion both the carrier and the active component are uniformly removed. However, the service life of the nozzles remains relatively short.

Известен способ приготовления катализатора для сжигания топлива (RU 2275961, B01J 37/02, 10.05.2006), включающий изготовление высокопористого носителя с заданными магнитными свойствами, используя временную подложку из открытопористого органического полимерного материала: пористого полиуретана или полипропилена с размером ячеек 0,4-1 мм и объемом пор 95-97%, которую размещают в водной суспензии порошка металла, выбранного из группы переходных металлов: железа, кобальта, хрома, никеля или их сплавов, или ванадия и клея органического в качестве связующего до полного пропитывания подложки. Соотношение массы порошка и жидкости в суспензии подбирают таким образом, чтобы пропитанная после отжатия заготовка носителя имела заданную плотность. Отжатую заготовку носителя сушат на воздухе, затем удаляют временную подложку путем выжигания ее в печи в вакууме при температуре 750°С, после чего осуществляют процесс спекания при температуре 900-1300°С. Для повышения эффективности катализатора создают переменную плотность пористой структуры носителя с максимумом плотностью на внешней (одной) стороне носителя прокаткой. Процесс прокатки осуществляют с помощью прокатного ролика на глубину 1-3 мм. Затем осуществляют процесс образования на носителе слоя катализатора толщиной 50-80 мкм в виде оксидов или шпинелей. Для получения слоя катализатора заданной толщины носитель погружают в водный раствор ацетатов или сульфатов металлов переходных групп: кобальта, хрома, ванадия, железа, никеля или их сплавов, чередуя с сушкой при комнатной температуре и прокаливанием в печи до получения слоя катализатора 50-80 мкм. При этом прокаливание осуществляют путем одно- или многократного нагрева при температуре от 400 до 1100°С в воздушной среде или инертной среде в течение 30-120 мин с добавками активаторов или без них. В другом варианте этого способа получения катализатора - газофазном, изготовленный носитель размещают внутри печи, куда нагнетают в течение 60-120 мин пары карбонила металла, выбранного из группы переходных металлов, с одновременным прокаливанием, которое осуществляют путем постепенного подъема температуры в печи от комнатной до 850°С. Процесс ведут до наращивания слоя катализатора толщиной 50-80 мкм. Недостатками является сложность и трудоемкость приготовления катализатора по этому способу. При использовании его в качестве элемента каталитической насадки при сжигании топлив в псевдоожиженном слое относительно низкая механическая прочность связи активного компонента с носителем приводит к его отслоению и выносу его из состава катализатора, что приводит к быстрой потери активности каталитической насадки.A known method of preparing a catalyst for burning fuel (RU 2275961, B01J 37/02, 05/10/2006), including the manufacture of a highly porous carrier with desired magnetic properties, using a temporary substrate of open-porous organic polymer material: porous polyurethane or polypropylene with a mesh size of 0.4- 1 mm and a pore volume of 95-97%, which is placed in an aqueous suspension of a metal powder selected from the group of transition metals: iron, cobalt, chromium, nickel or their alloys, or vanadium and organic glue as a binder for complete impregnation of the substrate. The ratio of the mass of the powder and the liquid in the suspension is selected so that the carrier preform impregnated after squeezing has a predetermined density. The pressed carrier blank is dried in air, then the temporary substrate is removed by burning it in a furnace in vacuum at a temperature of 750 ° C, after which the sintering process is carried out at a temperature of 900-1300 ° C. To increase the efficiency of the catalyst create a variable density of the porous structure of the carrier with a maximum density on the outer (one) side of the carrier by rolling. The rolling process is carried out using a rolling roller to a depth of 1-3 mm. Then carry out the process of formation on the carrier of a catalyst layer with a thickness of 50-80 microns in the form of oxides or spinels. To obtain a catalyst layer of a given thickness, the carrier is immersed in an aqueous solution of metal acetates or sulfates of transition groups: cobalt, chromium, vanadium, iron, nickel or their alloys, alternating with drying at room temperature and calcining in an oven to obtain a catalyst layer of 50-80 μm. In this case, the calcination is carried out by single or multiple heating at a temperature of from 400 to 1100 ° C in air or inert atmosphere for 30-120 min with or without activators. In another embodiment of this method of producing a gas-phase catalyst, the fabricated support is placed inside the furnace, where steam of a carbonyl metal selected from the group of transition metals is injected for 60-120 min, with simultaneous calcination, which is carried out by gradually raising the temperature in the furnace from room temperature to 850 ° C. The process is carried out until the catalyst layer is 50-80 microns thick. The disadvantages are the complexity and complexity of the preparation of the catalyst by this method. When used as an element of a catalytic nozzle in the combustion of fuels in a fluidized bed, the relatively low mechanical bond strength of the active component with the carrier leads to its detachment and its removal from the catalyst, which leads to a rapid loss of activity of the catalytic nozzle.

Наиболее близким по технической сущности является способ приготовления композитных микроканальных пластин, содержащих катализатор и металлический носитель, включающий внесение катализатора в виде суспензии в поры металлического носителя (RU 2323047, B01J 37/02, 27.04.2008). При этом металлический носитель, помещенный в суспензию катализатора, подвергают ультразвуковой обработке, сушке и дальнейшему прессованию в пресс-форме с заданным рисунком каналов. Суспензия состоит из порошка катализатора и различных жидкостей, таких как воды, растворов солей, органических растворителей, их смесей и др. Суспензия содержит 2-70 мас.% катализатора и не более 70 мас.% связующего компонента, например псевдобемит, гамма-оксид алюминия. В качестве пористого металлического носителя используют пенометаллы различной пористости, металлический войлок, металлическая вата из никеля, меди, нержавеющей стали, различных сплавов, обладающей пластичностью.The closest in technical essence is the method of preparation of composite microchannel plates containing a catalyst and a metal carrier, including the introduction of the catalyst in the form of a suspension into the pores of a metal carrier (RU 2323047, B01J 37/02, 04/27/2008). In this case, the metal carrier placed in the catalyst suspension is subjected to ultrasonic treatment, drying and further pressing in a mold with a given channel pattern. The suspension consists of catalyst powder and various liquids, such as water, salt solutions, organic solvents, mixtures thereof, etc. The suspension contains 2-70 wt.% Of the catalyst and not more than 70 wt.% Of a binder, for example pseudoboehmite, gamma-alumina . Foam metals of various porosities, metal felt, metal wool made of nickel, copper, stainless steel, and various alloys having plasticity are used as a porous metal support.

Недостатками известного способа являются быстрое высыпание катализатора из объема прессованных образцов под действием высоких температур и механических воздействий в псевдоожиженном слое и, как следствие, потеря каталитической активности.The disadvantages of this method are the rapid precipitation of the catalyst from the volume of the pressed samples under the action of high temperatures and mechanical stresses in the fluidized bed and, as a result, the loss of catalytic activity.

Изобретение решает задачу повышения механической прочности, термической стабильности элементов каталитических насадок с сохранением их высокой каталитической активности.The invention solves the problem of increasing the mechanical strength, thermal stability of the elements of the catalytic nozzles while maintaining their high catalytic activity.

Техническим результатом изобретения является увеличение срока службы каталитических насадок в условиях их эксплуатации при экологически чистом сжигании топлив в псевдоожиженном слое твердых дисперсных частиц инертного материала.The technical result of the invention is to increase the service life of the catalytic nozzles in the conditions of their operation with environmentally friendly burning of fuels in a fluidized bed of solid dispersed particles of inert material.

Задача решается конструкцией элемента каталитической насадки, содержащей пористый металлический носитель и катализатор, в котором гранулы готового катализатора, и/или катализатор, сформированный в объеме пористого носителя, размещены в оболочке из пористого металлического носителя.The problem is solved by the design of the element of the catalytic nozzle containing a porous metal carrier and a catalyst in which the granules of the finished catalyst, and / or the catalyst formed in the volume of the porous carrier, are placed in a shell of a porous metal carrier.

Задача решается способом приготовления элементов каталитических насадок для осуществления экзотермических каталитических реакций в псевдоожиженном слое частиц инертного материала, который включает на первой стадии формирование заготовки путем внедрения в поры металлического носителя с объемной пористостью до 95% под действием вибрации суспензии, или пасты, или раствора готового катализатора, или компонентов катализатора, сушку заготовки, затем на второй стадии проводят накрывание заготовки сверху и снизу пористым металлическим носителем, прессование и прокаливание элемента прессованной каталитической насадкиThe problem is solved by the method of preparing the elements of the catalytic nozzles for the implementation of exothermic catalytic reactions in a fluidized bed of particles of inert material, which includes at the first stage the formation of the workpiece by introducing into the pores a metal carrier with a bulk porosity of up to 95% under the action of vibration of a suspension, or paste, or a solution of the finished catalyst or catalyst components, drying the preform, then in the second stage, the preform is covered with a porous metal nose above and below itel, pressing and calcining the pressed catalytic nozzle element

Формирование катализатора осуществляют путем внедрения в объем заготовки носителя под действием вибрации порообразующего материала в виде пластифицированного гидроксида алюминия, или алюмосиликата, или силикагеля, или глины в смеси с компонентами катализатора или путем внедрения в объем заготовки носителя под действием вибрации пластифицированного гидроксида алюминия в смеси с порошком катализатора окисления веществ, или путем внедрения в объем заготовки носителя под действием вибрации водной суспензии порошка катализатора окисления веществ и органического клея поливинилацетата ПВА, или формирование катализатора осуществляют путем внедрения в объем заготовки носителя под действием вибрации порошка катализатора окисления веществ.The formation of the catalyst is carried out by introducing into the volume of the carrier blank under the action of vibration the pore-forming material in the form of plasticized aluminum hydroxide, or aluminosilicate, or silica gel, or clay mixed with catalyst components, or by introducing plasticized aluminum hydroxide mixed with powder into the volume of the carrier blank under vibration catalyst for the oxidation of substances, or by introducing into the bulk of the carrier blank under the action of vibration of an aqueous suspension of a catalyst powder substances and organic glue PVA polyvinyl acetate, or the formation of the catalyst is carried out by introducing into the bulk of the workpiece carrier under the influence of vibration of the powder of the catalyst for the oxidation of substances.

В другом варианте этого способа приготовления элементов каталитических насадок между двух металлопористых заготовок носителя с объемной пористостью до 95% размещают гранулы катализатора полного окисления веществ и прессуют заготовки путем поверхностного сжатия посредством пресса или прокатного ролика и прокаливают.In another embodiment of this method of preparing the elements of the catalytic nozzles, granules of the catalyst for the complete oxidation of substances are placed between two metal-porous carrier blanks with a bulk porosity of up to 95% and the blanks are pressed by surface compression using a press or a rolling roller and calcined.

В качестве пористого металлического носителя в обоих вариантах используют пенометаллы различной пористости, металлический войлок, металлическую вату из никеля, меди, нержавеющей стали, различные сплавы, обладающие пластичностью.In both versions, foam metals of various porosities, metal felt, metal wool made of nickel, copper, stainless steel, and various alloys with ductility are used as a porous metal carrier.

Задача решается также способом осуществления экзотермических каталитических реакций в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала, в котором используют каталитические насадки, приготовленные из описанных выше элементов.The problem is also solved by a method of carrying out exothermic catalytic reactions in a fluidized bed of dispersed particles of an inert material, in which catalytic nozzles made from the elements described above are used.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами и таблицей.The invention is illustrated by the following examples and table.

Пример 1.Example 1

Катализаторную массу готовят смешением раствора CuMgCr2O7 в воде с концентрацией 300 г/л бихромата с порошком гидроксида алюминия псевдобемитной структуры в соотношении 110 г гидроксида на 100 мл раствора. Смесь перемешивают в течение 10-15 мин до пастообразного состояния. На заготовку носителя в виде пластины из пористого никеля с объемной пористостью 95% длиной 20 мм или 30 мм, шириной 20 мм или 10 мм и толщиной 5 мм наносят равномерный слой пластифицированной катализаторной массы в соотношении 1 см3 массы на 1 см3 пластины. Пластину с катализаторной массой подвергают механической вибрации в течение 5-10 мин до полного проникновения массы в объем пластины. Пластину помещают в сушильный шкаф и сушат при 110°С в течение 2 ч. Высушенную пластину размещают между двух пластин носителя из пористого никеля с объемной пористостью 95%. Пластины готовят длиной 21 мм или 32 мм, шириной 21 мм или 12 мм и толщиной 2-3 мм. Затем полученную заготовку прессуют до толщины 4-6 мм и прокаливают на воздухе при температуре 700°С в течение 2 ч. В результате чего получают каталитический элемент с образованием оболочки из пористого металлического носителя.The catalyst mass is prepared by mixing a solution of CuMgCr 2 O 7 in water with a concentration of 300 g / l of dichromate with a powder of aluminum hydroxide of a pseudoboehmite structure in the ratio of 110 g of hydroxide per 100 ml of solution. The mixture is stirred for 10-15 minutes to a pasty state. On the carrier blank in the form of a plate of porous nickel with a bulk porosity of 95%, 20 mm or 30 mm long, 20 mm or 10 mm wide and 5 mm thick, a uniform layer of plasticized catalyst mass is applied in a ratio of 1 cm 3 mass per 1 cm 3 plate. The plate with the catalyst mass is subjected to mechanical vibration for 5-10 minutes until the mass penetrates completely into the volume of the plate. The plate is placed in an oven and dried at 110 ° C. for 2 hours. The dried plate is placed between two porous nickel support plates with a bulk porosity of 95%. The plates are prepared with a length of 21 mm or 32 mm, a width of 21 mm or 12 mm and a thickness of 2-3 mm. Then, the obtained preform is pressed to a thickness of 4-6 mm and calcined in air at a temperature of 700 ° C for 2 hours. As a result, a catalytic element is obtained with the formation of a shell of a porous metal support.

Пример 2.Example 2

Водную суспензию гидроксида алюминия псевдобемитной структуры с соотношением 100 г гидроксида на 150 г воды пластифицируют раствором азотной кислоты до пастообразного состояния. В пасту гидроксида при перемешивании добавляют порошка катализатора глубокого окисления веществ марки ИК-12-73 (ТУ 6-68-102-89) состава CuMgCr2O4/γ-Al2O3 в соотношении 100 г пасты 60-80 г порошка катализатора. На заготовку носителя в виде пластины из пористого никеля с объемной пористостью 95% длиной 20 мм или 30 мм, шириной 20 мм или 10 мм и толщиной 5 мм наносят равномерный слой пластифицированной катализаторной массы в соотношении 1 см3 массы на 1 см3 пластины. Пластину с катализаторной массой подвергают механической вибрации в течение 5-10 мин до полного проникновения массы в объем пластины. Пластину помещают в сушильный шкаф и сушат при 110°С в течение 2 ч. Высушенную пластину размещают между двух пластин носителя из пористого никеля с объемной пористостью 95%. Пластины готовят длиной 21 мм или 32 мм, шириной 21 мм или 12 мм и толщиной 2-3 мм. Затем полученную заготовку прессуют до толщины 4-6 мм и прокаливают на воздухе при температуре 700°С в течение 2 ч. В результате чего получают каталитический элемент с образованием оболочки из пористого металлического носителя.An aqueous suspension of aluminum hydroxide of a pseudoboehmite structure with a ratio of 100 g of hydroxide per 150 g of water is plasticized with a solution of nitric acid to a paste state. While stirring, hydroxide paste is added with a powder of a catalyst for deep oxidation of substances of the IR-12-73 brand (TU 6-68-102-89) of the composition CuMgCr 2 O 4 / γ-Al 2 O 3 in a ratio of 100 g of paste 60-80 g of catalyst powder . On the carrier blank in the form of a plate of porous nickel with a bulk porosity of 95%, 20 mm or 30 mm long, 20 mm or 10 mm wide and 5 mm thick, a uniform layer of plasticized catalyst mass is applied in a ratio of 1 cm 3 mass per 1 cm 3 plate. The plate with the catalyst mass is subjected to mechanical vibration for 5-10 minutes until the mass penetrates completely into the volume of the plate. The plate is placed in an oven and dried at 110 ° C. for 2 hours. The dried plate is placed between two porous nickel support plates with a bulk porosity of 95%. The plates are prepared with a length of 21 mm or 32 mm, a width of 21 mm or 12 mm and a thickness of 2-3 mm. Then, the obtained preform is pressed to a thickness of 4-6 mm and calcined in air at a temperature of 700 ° C for 2 hours. As a result, a catalytic element is obtained with the formation of a shell of a porous metal support.

Пример 3.Example 3

В водный раствор клея ПВА добавляют при перемешивании порошок катализатора полного окисления веществ марки ИК-12-73 (ТУ 6-68-102-89) состава CuMgCr2O4/γ-Al2O3 в соотношении 2-3 мас.% клея ПВА, 40-50 мас.% катализатора, остальное - вода. На заготовку носителя в виде пластины из пористой нержавеющей стали с объемной пористостью 95% длиной 20 мм или 30 мм, шириной 20 или 10 мм и толщиной 5 мм наносят равномерный слой суспензии в соотношении 1 см3 суспензии на 1 см3 пластины. Пластину с суспензией подвергают механической вибрации в течение 5-10 мин до полного проникновения массы в объем пластины. Пластину помещают в сушильный шкаф и сушат при 110°С в течение 2 ч. Высушенную пластину размещают между двух пластин носителя из пористой нержавеющей стали с объемной пористостью 95%. Пластины готовят длиной 21 или 32 мм, шириной 21 или 12 мм и толщиной 2-3 мм. Затем полученную заготовку прессуют до толщины 4-6 мм и прокаливают на воздухе при температуре 700°С в течение 2 ч. В результате чего получают каталитический элемент с образованием оболочки из пористого металлического носителя.With an aqueous solution of PVA glue, a powder of a catalyst for the complete oxidation of substances of the IR-12-73 (TU 6-68-102-89) composition of CuMgCr 2 O 4 / γ-Al 2 O 3 in a ratio of 2-3 wt.% Glue is added with stirring PVA, 40-50 wt.% Catalyst, the rest is water. On the carrier blank in the form of a plate of porous stainless steel with a bulk porosity of 95%, length 20 mm or 30 mm, width 20 or 10 mm and thickness 5 mm, a uniform suspension layer is applied in the ratio of 1 cm 3 of the suspension to 1 cm 3 of the plate. The plate with the suspension is subjected to mechanical vibration for 5-10 minutes until the mass penetrates completely into the volume of the plate. The plate is placed in an oven and dried at 110 ° C for 2 hours. The dried plate is placed between two carrier plates of porous stainless steel with a bulk porosity of 95%. The plates are prepared with a length of 21 or 32 mm, a width of 21 or 12 mm and a thickness of 2-3 mm. Then, the obtained preform is pressed to a thickness of 4-6 mm and calcined in air at a temperature of 700 ° C for 2 hours. As a result, a catalytic element is obtained with the formation of a shell of a porous metal support.

Пример 4.Example 4

Между двумя заготовками носителя в виде пластин из пористого никеля с объемной пористостью 95% длиной 21 мм или 32 мм, шириной 21 мм или 12 мм и толщиной 5 мм размещают гранулы сферические катализатора по примеру 3 со средним диаметром 1 мм в соотношении 0,2 см3 катализатора на 1 см3 пластины. Затем полученную заготовку прессуют до толщины 4-5 мм и прокаливают на воздухе при температуре 700°С в течение 2 ч. В результате чего получают каталитический элемент с образованием оболочки из пористого металлического носителя.Spherical catalyst pellets of Example 3 with an average diameter of 1 mm in a ratio of 0.2 cm are placed between two carrier blanks in the form of porous nickel plates with a 95% bulk porosity of 21 mm or 32 mm long, 21 mm or 12 mm wide and 5 mm thick. 3 catalysts per 1 cm 3 plate. Then, the obtained preform is pressed to a thickness of 4-5 mm and calcined in air at a temperature of 700 ° C for 2 hours. As a result, a catalytic element is obtained with the formation of a shell of a porous metal support.

Пример 5 (прототип).Example 5 (prototype).

Заготовку носителя в виде пластины из пористого никеля с объемной пористостью 95% длиной 21 мм или 32 мм, шириной 21 мм или 12 мм и толщиной 5 мм подвергают ультразвуковой обработке в 30 мас.% спиртовой суспензии порошка катализатора глубокого окисления веществ ИК-12-73. Время обработки 15 мин. Далее заготовку высушивают при 200°С и прессуют при давлении 180 атм.The carrier blank in the form of a plate of porous nickel with a bulk porosity of 95% 21 mm or 32 mm long, 21 mm or 12 mm wide and 5 mm thick is subjected to ultrasonic treatment in 30 wt.% Alcohol suspension of a powder of a deep oxidation catalyst IK-12-73 . Processing time 15 min. Next, the preform is dried at 200 ° C and pressed at a pressure of 180 atm.

Испытание активности и стабильности элементов каталитических насадок, приготовленных согласно настоящему изобретению, проводят на лабораторной установке, моделирующей сжигание топлив в псевдоожиженном слое.A test of the activity and stability of the elements of the catalytic nozzles prepared according to the present invention is carried out in a laboratory setup simulating the combustion of fuels in a fluidized bed.

В реактор с внутренним диаметром 23 мм загружают каталитическую насадку, состоящую из трех пластин с размерами 21×21×4 мм, и 14.6 см3 песка с размером частиц 1.0-1.5 мм. Пластины в насадке расположены с поворотом на 90° относительно друг друга. Объемная доля насадки в реакторе составляет 30% от реакционного объема. Процесс окисления жидкого топлива (октана) проводят в виброожиженном слое частиц песка, возникающего при вибрации реактора с частотой 50 Гц при амплитуде 1 мм. Расход воздуха составляет 30 л/ч, расход топлива составляет 0.8 г/ч. Степень окисления топлива и изменение веса элементов каталитической насадки в зависимости от времени работы при температуре 700°С приведены в таблице.A catalytic nozzle consisting of three plates with dimensions of 21 × 21 × 4 mm and 14.6 cm 3 of sand with a particle size of 1.0-1.5 mm is loaded into a reactor with an inner diameter of 23 mm. The plates in the nozzle are rotated 90 ° relative to each other. The volume fraction of the nozzle in the reactor is 30% of the reaction volume. The process of oxidation of liquid fuel (octane) is carried out in a vibro-fluidized layer of sand particles that occurs when the reactor vibrates at a frequency of 50 Hz with an amplitude of 1 mm. Air consumption is 30 l / h, fuel consumption is 0.8 g / h. The oxidation state of the fuel and the change in the weight of the elements of the catalytic nozzle depending on the operating time at a temperature of 700 ° C are given in the table.

Таблица.Table. Активность и стабильность элементов насадок в процессе окисления октана. А - степень окисления октана до СО2 и Н2О в %, Б - изменение веса элемента насадки по отношению к исходному весу в %.Activity and stability of nozzle elements in the process of octane oxidation. A is the degree of oxidation of octane to CO 2 and H 2 O in%, B is the change in the weight of the packing element with respect to the initial weight in%. Время, чTime h Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Пример 4Example 4 Пример 5Example 5 АBUT БB АBUT БB АBUT БB АBUT БB АBUT БB 22 >99.0> 99.0 99.9999.99 >99.0> 99.0 99.9999.99 >99.0> 99.0 99.9999.99 >99.0> 99.0 99.9999.99 >99.0> 99.0 90.090.0 2424 >99.0> 99.0 99.9899.98 >99.0> 99.0 99.9899.98 >99.0> 99.0 99.9899.98 >99.0> 99.0 99.9899.98 96.396.3 72.672.6 4848 >99.0> 99.0 99.9799.97 >99.0> 99.0 99.9799.97 >99.0> 99.0 99.9799.97 >99.0> 99.0 99.9899.98 93.693.6 57.357.3 7272 >99.0> 99.0 99.9799.97 >99.0> 99.0 99.9799.97 >99.0> 99.0 99.9799.97 >99.0> 99.0 99.9899.98 89.689.6 45.145.1

Испытания активности и стабильности элементов каталитических насадок, приготовленных согласно настоящему изобретению, проводят на стендовой установке с псевдоожиженным слоем инертного дисперсного материала.Testing the activity and stability of the elements of the catalytic nozzles prepared according to the present invention, is carried out on a bench installation with a fluidized bed of an inert dispersed material.

В реактор с внутренним диаметром 40 мм загружают каталитическую насадку из пластин с размерами 32×12×4 мм, изготовленных в соответствии с примерами 1-4. Количество пластин в насадке 132 шт., высота насадки 924 мм. Пластины в каждом ряду насадки расположены попарно на расстоянии 16 мм, следующий ряд пластин расположен с поворотом на 90° относительно предыдущего ряда пластин. Объемная доля каталитической насадки в реакционном объеме составляет 20%. Далее в реактор загружают 600 см3 песка с размером частиц 0.63-1.25 мм. В нижнюю часть реактора через газораспределительную решетку подают воздух для псевдоожижения частиц песка и окисления топлива 1.8 м3/ч. Дизельное топливо подается через форсунку в нижнюю часть реактора в количестве 100 г/ч. Процесс сжигания топлива проводят при температуре 700°С. Избыток выделяющейся теплоты отводится теплообменником, расположенным в верхней части реактора. В процессе длительных испытаний (не менее 120 ч) контролируют степень окисления топлива и изменение веса элементов каталитической насадки. Для насадок из элементов, приготовленных в соответствии с примерами 1-4, изменения степени окисления топлива и потери веса элементов насадок не обнаружено.In a reactor with an internal diameter of 40 mm, a catalytic nozzle of plates with sizes of 32 × 12 × 4 mm, made in accordance with examples 1-4, is loaded. The number of plates in the nozzle is 132 pcs., The height of the nozzle is 924 mm. The plates in each row of the nozzle are arranged in pairs at a distance of 16 mm, the next row of plates is rotated 90 ° relative to the previous row of plates. The volume fraction of the catalytic nozzle in the reaction volume is 20%. Next, 600 cm 3 of sand with a particle size of 0.63-1.25 mm are loaded into the reactor. Air is supplied to the lower part of the reactor through the gas distribution grid to fluidize sand particles and oxidize fuel 1.8 m 3 / h. Diesel fuel is fed through the nozzle to the bottom of the reactor in an amount of 100 g / h. The process of burning fuel is carried out at a temperature of 700 ° C. Excess heat is removed by a heat exchanger located in the upper part of the reactor. In the course of lengthy tests (at least 120 hours), the degree of oxidation of the fuel and the change in the weight of the elements of the catalytic nozzle are controlled. For nozzles from the elements prepared in accordance with examples 1-4, changes in the oxidation state of the fuel and weight loss of the elements of the nozzles were not detected.

Таким образом, предлагаемый способ приготовления элементов каталитической насадки для сжигания топлив в псевдоожиженном слое инертного дисперсного материала позволяет получить насадки, обладающие высокой прочностью к воздействию кипящего слоя твердых дисперсных частиц в условиях высоких температур. Наличие в составе насадок металлического носителя позволяет эффективно отводить теплоту реакции окисления топлив от катализатора к кипящему слою, не допуская перегрева элементов насадок. Способ приготовления позволяет использовать в качестве активного компонента большинство катализаторов глубокого окисления веществ. Размещение катализатора в капсуле из пористого металла не препятствует диффузии компонентов реакционной среды к поверхности катализатора. Высокая каталитическая активность насадки сохраняется длительное время и позволяет прогнозировать срок ее службы сравнимый со сроком службы корпуса реактора.Thus, the proposed method of preparing the elements of the catalytic nozzle for burning fuels in a fluidized bed of an inert dispersed material allows to obtain nozzles with high resistance to the effects of a fluidized bed of solid dispersed particles at high temperatures. The presence of a metal carrier in the nozzles makes it possible to efficiently remove the heat of the fuel oxidation reaction from the catalyst to the fluidized bed, preventing overheating of the nozzle elements. The preparation method allows you to use as the active component most of the catalysts for the deep oxidation of substances. The placement of the catalyst in a porous metal capsule does not prevent diffusion of the components of the reaction medium to the surface of the catalyst. The high catalytic activity of the nozzle is maintained for a long time and allows one to predict its service life comparable to the service life of the reactor vessel.

Claims (10)

1. Элемент каталитической насадки, содержащий пористый металлический носитель и катализатор, отличающийся тем, что гранулы готового катализатора и/или катализатор, сформированный в объеме пористого носителя, размещены в оболочке из пористого металлического носителя.1. The element of the catalytic nozzle containing a porous metal carrier and a catalyst, characterized in that the granules of the finished catalyst and / or the catalyst formed in the volume of the porous carrier are placed in a shell of a porous metal carrier. 2. Способ приготовления элемента каталитической насадки, включающий внесение катализатора в поры металлического носителя с объемной пористостью до 95%, отличающийся тем, что на первой стадии проводят формирование заготовки путем внедрения в объем носителя под действием вибрации суспензии, или пасты, или раствора готового катализатора, или компонентов катализатора, сушку заготовки, затем на второй стадии проводят накрывание заготовки сверху и снизу пористым металлическим носителем, прессование элемента насадки, прокаливание элемента прессованной каталитической насадки, в результате чего получают элемент каталитической насадки, в котором гранулы готового катализатора и/или катализатор, сформированный в объеме пористого носителя, размещены в оболочке из пористого металлического носителя.2. A method of preparing a catalytic nozzle element, comprising introducing a catalyst into the pores of a metal support with a bulk porosity of up to 95%, characterized in that at the first stage, a workpiece is formed by introducing a suspension, or paste, or solution of the finished catalyst into the support volume, or catalyst components, drying the workpiece, then in the second stage, cover the workpiece from above and below with a porous metal carrier, pressing the nozzle element, calcining the element a supported catalytic nozzle, as a result of which a catalytic nozzle element is obtained in which granules of the finished catalyst and / or the catalyst formed in the volume of the porous support are housed in a shell of a porous metal support. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве пористого металлического носителя используют пенометаллы различной пористости, металлический войлок, металлическую вату из никеля, меди, нержавеющей стали, различные сплавы, обладающие пластичностью.3. The method according to claim 2, characterized in that as a porous metal carrier, foam metals of various porosities, metal felt, metal wool made of nickel, copper, stainless steel, various alloys having ductility are used. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что формирование катализатора осуществляют путем внедрения в объем заготовки носителя под действием вибрации порообразующего материала в виде пластифицированного гидроксида алюминия, или алюмосиликата, или силикагеля, или глины в смеси с компонентами катализатора.4. The method according to claim 2, characterized in that the formation of the catalyst is carried out by introducing into the volume of the carrier blank under the action of vibration of the pore-forming material in the form of plasticized aluminum hydroxide, or aluminosilicate, or silica gel, or clay mixed with catalyst components. 5. Способ по п.2, отличающийся тем, что формирование катализатора осуществляют путем внедрения в объем заготовки носителя под действием вибрации пластифицированного гидроксида алюминия в смеси с порошком катализатора окисления веществ.5. The method according to claim 2, characterized in that the formation of the catalyst is carried out by introducing into the bulk of the workpiece carrier under the action of vibration of plasticized aluminum hydroxide in a mixture with a powder of a catalyst for the oxidation of substances. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что формирование катализатора осуществляют путем внедрения в объем заготовки носителя под действием вибрации водной суспензии порошка катализатора окисления веществ и органического клея поливинилацетата ПВА.6. The method according to claim 2, characterized in that the formation of the catalyst is carried out by introducing into the bulk of the workpiece carrier under the action of vibration of an aqueous suspension of a powder of a catalyst for oxidation of substances and organic PVA polyvinyl acetate glue. 7. Способ по п.2, отличающийся тем, что формирование катализатора осуществляют путем внедрения в объем заготовки носителя под действием вибрации порошка катализатора окисления веществ.7. The method according to claim 2, characterized in that the formation of the catalyst is carried out by introducing into the bulk of the workpiece carrier under the influence of vibration of the powder of the catalyst for the oxidation of substances. 8. Способ приготовления элемента каталитической насадки, отличающийся тем, что между двумя поверхностями пористого металлического носителя размещают гранулы готового катализатора, прессуют заготовку и прокаливают, в результате чего получают элемент каталитической насадки, в котором гранулы готового катализатора размещены в оболочке из пористого металлического носителя.8. A method of preparing a catalytic nozzle element, characterized in that granules of the finished catalyst are placed between the two surfaces of the porous metal support, the workpiece is pressed and calcined, as a result of which a catalytic nozzle element is obtained in which the finished catalyst granules are placed in a shell of a porous metal carrier. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве пористого металлического носителя используют пенометаллы различной пористости, металлический войлок, металлическую вату из никеля, меди, нержавеющей стали, различные сплавы, обладающие пластичностью.9. The method according to claim 8, characterized in that foam metals of various porosities, metal felt, metal wool made of nickel, copper, stainless steel, various alloys with ductility are used as a porous metal carrier. 10. Способ осуществления экзотермических каталитических реакций в псевдоожиженном слое дисперсных частиц инертного материала, отличающийся тем, что используют каталитические насадки, приготовленные из элементов по п.1. 10. A method of implementing exothermic catalytic reactions in a fluidized bed of dispersed particles of an inert material, characterized in that the use of catalytic nozzles made from elements according to claim 1.
RU2008147782/04A 2008-12-03 2008-12-03 Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions RU2383389C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008147782/04A RU2383389C1 (en) 2008-12-03 2008-12-03 Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008147782/04A RU2383389C1 (en) 2008-12-03 2008-12-03 Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2383389C1 true RU2383389C1 (en) 2010-03-10

Family

ID=42135120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008147782/04A RU2383389C1 (en) 2008-12-03 2008-12-03 Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2383389C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489210C1 (en) * 2012-08-07 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Element of catalytic bed (versions) and method of implementing exothermic catalytic reactions
RU2573013C1 (en) * 2014-08-21 2016-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" Chemically active filter element and method of making same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489210C1 (en) * 2012-08-07 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Element of catalytic bed (versions) and method of implementing exothermic catalytic reactions
RU2573013C1 (en) * 2014-08-21 2016-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" Chemically active filter element and method of making same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
GB2536530B (en) Catalyst manufacturing method
CN112058317B (en) Method for 3D printing of monolithic catalyst
US4637990A (en) Hollow porous microspheres as substrates and containers for catalysts and method of making same
US4793980A (en) Hollow porous microspheres as substrates and containers for catalyst
US20110097259A1 (en) Ceramic Foam with Gradient of Porosity in Heterogeneous Catalysis
US20110105305A1 (en) Ceramic Foams with Gradient of Porosity and Gradient of Catalytic Active(s) Phase(s)
US20110105304A1 (en) Ceramic Foams with Gradients of Composition in Heterogeneous Catalytic
CN109414690A (en) The manufacturing method of honeycomb structure and the honeycomb structure
CN109414691A (en) The manufacturing method of honeycomb structure and the honeycomb structure
CN102746022A (en) Preparation method for Al2O3 ceramic material having controllable bimodal porous structure
CN108434870B (en) Filter element type carrier and preparation method thereof, and supported catalyst and preparation method thereof
US4277376A (en) Process for the manufacture of a monolithic support for catalysts suitable for use in controlling carbon monoxide emissions
RU2383389C1 (en) Catalyst head element, preparation method thereof (versions) and method of carrying out catalytic exothermal reactions
US20120220450A1 (en) Method of coating catalyst on a substrate
CN104918702A (en) Treatment device equipped with catalyst-supporting honeycomb structure and process for producing same
RU2489210C1 (en) Element of catalytic bed (versions) and method of implementing exothermic catalytic reactions
CN107497499B (en) Integral cluster-shaped alumina supported catalyst and application thereof
CN114042473B (en) Method for improving mechanical strength of binder-free integral molecular sieve based catalyst
CN105344384B (en) The preparation method of catalyst pulp and the preparation method of integral catalyzer
RU2294317C2 (en) Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles
JP6574591B2 (en) Catalyst processing apparatus and manufacturing method thereof
RU2389549C1 (en) Oxidation catalyst and method of carrying out exothermic reactions using said catalyst
EP3424596A1 (en) Method for coating a monolith carrier
GB2160542A (en) Catalytic production of methane
JPH0275341A (en) Heat-resistant catalyst carrier molding and catalyst prepared therefrom