| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2005538
Спосіб приготування КАТАЛІЗАТОРА
ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ вихлопних газів ДВИГАТЕЛЕЙ внутрішнього згоряння
Ім'я винахідника: Дробаха Олена Олексіївна; Саприкіна Ольга Федорівна; Самохвалов Андрій Федорович
Ім'я патентовласника: Дробаха Олена Олексіївна; Саприкіна Ольга Федорівна; Самохвалов Андрій Федорович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1992.02.05
Винахід відноситься до способів отримання каталізаторів для очищення вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння. Спосіб передбачає використання в якості носія дешевшою жароміцної фольги з вмістом хрому 15 - 23% і алюмінію 4,5 - 5,1% з покриттям з оксиду алюмінію, нанесеного в розчині їдкого натру з концентрацією 0,7 - 1,5% при безпосередньому розчиненні в ньому алюмінієвої стружки з наступним сушінням і прогартовує. На основі зазначеного носія з покриттям з оксиду алюмінію готується каталізатор, що містить в якості активних компонентів платину і родій, нанесених методом просочування з водних розчинів їх солянокислих солей, які відновлюють в струмі газоподібного водню.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до способів отримання каталізаторів очистки вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ).
Відомі способи приготування каталізаторів на носіях стільникової структури з безліччю отворів в напрямку течії газового потоку. Вихідна питома поверхня таких блокових носіїв мала (0,01-0,65 м 2 / г) і каталізатори на їх основі мають низьку каталітичної активністю.
Для збільшення вихідної питомої поверхні металевих і керамічних блокових носіїв широко практикується нанесення проміжної підкладки. Відомі каталізатори очищення ОГ ДВС на металевих і керамічних носіях блокової структури, поверхня яких збільшують різними способами. Так в [1] каталізатор приготований на носії з алюминийсодержащего сплаву заліза, який піддають термообробці з утворенням на поверхні покриття з тугоплавкого оксиду алюмінію і оксиду перехідного металу (наприклад, оксид заліза), активні речовини наносять на утворюється оксидне покриття. Проміжне покриття, отримане описаним способом, не володіє необхідною питомою поверхнею, лущиться і в результаті каталізатор не має достатньої ефективності і довговічності.
В [2] описаний спосіб нанесення покриття з суспензії оксиду алюмінію, в якій і дисперговані і частки металів (платина, паладій, їх сплави). Цю суспензію наносять на інертний носій, потім видаляють воду в результаті сушіння і прожарювання. Такий спосіб не забезпечує міцного зчеплення покриття з поверхнею інертного носія, а наносяться зазначеним чином металеві частинки платини і паладію мають низьку каталітичної активністю.
Описаний в [3] спосіб приготування каталізатора очищення ОГ ДВС полягає в тому, що металевий каркас з вуглецевої сталі без легуючих добавок покривають еластичною ґрунтовкою з волокон силікату алюмінію, яку сушать при 100-250 о С, а потім на неї наносять шар гідроксиду алюмінію, далі висушують при 100-250 о С і прожарюють при 800-1200 о С. Отриманий шар просочують одним або декількома металами платинової групи і прожарюють. Цей спосіб включає багато стадій, є нетехнологічним. Прожарювання проміжного оксидного покриття при 1200 о С призводить до утворення корунду (a - Al 2 O 3) з малою питомою поверхнею. Застосування металевого носія з вуглецевої сталі знижує ресурс роботи каталізатора, приготованого на такому носії, при жорстких режимах експлуатації, наприклад при очищенні газів, що відходять ДВС.
Найбільш близьким за технічною сутністю і досягається ефекту є спосіб (прототип), описаний в [4], де з метою отримання блочного каталізатора очищення ОГ ДВС вихідний монолітний носій багаторазово обробляють глиноземний суспензією, в якій дисперсії гірованного порошок оксиду алюмінію, що містить і оксид церію . (Оксид церію утворюється шляхом просочення порошку оксиду алюмінію розчином солі церію та прожарювання). Оброблений суспензією носій прожарюють і на оксидно-алюмінієве покриття осаджують активні речовини - метали платинової групи. Для цього на проміжне покриття наносять водний розчин кожного осаждаемого з'єднання благородного металу (платина, родій) окремо і піддають його термічного розкладання.
Основним недоліком такого способу приготування каталізатора (суспензійного) є низька міцність зчеплення покриття з оксиду алюмінію з поверхнею інертного носія, нерівномірність покриття, внаслідок чого знижується ресурс роботи каталізатора. Масове кількість наноситься оксидного покриття при цьому не перевищує 10%, що явно недостатньо для отримання необхідних питомої поверхні і ефективності каталізатора. Крім того, роздільне нанесення благородних металів на носій з проміжним покриттям значно ускладнює технологію. Описаний спосіб приготування каталізатора є нетехнологічним, багатостадійним і трудомістким.
Мета винаходу - спрощення та здешевлення технології приготування каталізатора очищення вихлопних газів ДВС.
Істота запропонованого способу отримання каталізатора полягає в наступному.
В якості інертного носія беруть сталеву фольгу з вмістом хрому 15-23%, алюмінію 1-8%, так як такий зміст цих компонентів покращує окислительную стійкість фольги. Але оскільки зі збільшенням вмісту хрому і алюмінію зростає дорожнеча і ускладнюється отримання сплаву, переважно використовують сталеву фольгу з вмістом хрому 15-20%, алюмінію 4,5-5,1%. Сталеву фольгу гофрують, згортають в блок і піддають окисленню на повітрі при 900-950 о С.
На теплообробний блок наносять покриття з оксиду алюмінію в 0,7-1,5% розчині їдкого натру при безпосередньому розчиненні в ньому алюмінієвої стружки при 60-80 о С з наступним промиванням, сушінням і термообробкою при 500 о С.
Покриття з оксиду алюмінію просочується водними розчинами солей Ce (NO 3)2, H 2 PtCl 6 і RhCl 3 з наступним сушінням і відновленням активних речовин (Pt і Rh) воднем.
Заявляється спосіб дозволяє отримати каталізатор, що володіє високою активністю в процесах очищення газових викидів від CO, NOx, CHx.
Рівномірно нанесена, прочносвязанная з інертним носієм підкладка оксиду алюмінію, що володіє високою термостабильностью і ударовібропрочностью, забезпечує необхідний ресурс роботи каталізатора - 80.000 км, що підтверджується випробуваннями на полігоні НАМИ.
Пропонований спосіб отримання каталізатора дозволяє спростити технологію виготовлення носія з покриттям з оксиду алюмінію, заздалегідь регулювати товщину оксидного покриття, а й виключити при цьому виділення шкідливих органічних і неорганічних домішок.
Отримане покриття з оксиду алюмінію володіє високою питомою поверхнею (30-40 м 2 / г) в перерахунку на загальну вагу інертного носія з покриттям, при вмісті оксиду алюмінію від 10-30 мас. %, Що забезпечує необхідні експлуатаційні характеристики каталізаторів.
Зменшення кількості оксиду алюмінію призводить до зниження активності каталізаторів, а збільшення - до збільшення газодинамічного опору.
Приклад 1. З гофрованого фольги марки Х20Ю5 товщиною 0,05 мм і шириною 30 мм шляхом накладення гофрованої і гладкою стрічок згортають блок діаметром 25 мм. Блок окислюють на повітрі при 900-950 о С протягом 20 год, обробляють 10% -ним розчином їдкого натру при кип'ятінні протягом 1 год, промивають і сушать при 100-120 о С.
Блок масою 9,6 г поміщають в стакан з 100 мл 0,7% -ного розчину їдкого натру, нагрівають вміст на водяній бані до 60-80 о С, додають 2 г алюмінієвої стружки (сприяння. Al - 99,0-99, 9%) і витримують на водяній бані 5 ч, а потім при кімнатній температурі 15-20 ч. Блок виймають, ретельно промивають, сушать при 100-120 о С 2 ч і прожарюють при 250 ° С 2 год і при 500 ° С 3 ч.
Блок з покриттям з оксиду алюмінію важить 10,7 г, вміст Al 2 O 3 складає »10 мас. %.
У 25 мл 1% -ного розчину Ce (NO 3)2 поміщають блок, залишають на 15-20 хв - розчин повністю всмоктується в канали блоку. Потім блок сушать при 100-120 о С 2 ч і прожарюють при 450 ° С 3 ч.
Після прокалкі блок важить 10,81 г і містить CeO 2»10% в розрахунку на вагу покриття з Al 2 O 3 (1,1 г), що становить 1,0% від маси блоку.
У 100 мл дистильованої води розчиняють 29 мг H 2 PtCl 6Ч 6H 2 O і 5,8 мг RhCl 3Ч 4H 2 O, поміщають блок і витримують в розчині при кімнатній температурі 20-24 ч. Блок виймають і сушать при 100-120 о С 2 ч.
Відновлення активних компонентів ведуть у водні при температурі 400 ° С 5 ч.
Отриманий каталізатор важить 10,82 г і містить: Al 2 O 3 - 10 мас. % CeO 2 - 1,0 мас. %
Pt - 0,1 мас. %
Rh - 0,02 мас. % Інше сталь марки Х20Ю5, сприяння з. Cr - 20%
сприяння. Al - 5,1%
Приклад 2.
Аналогічно прикладу 1, але для збільшення кількості покриття з оксиду алюмінію, після витримки блоку при кімнатній температурі 15 ч, стакан з блоком знову ставлять на водну баню і цикл повторюють. Далі, як в прикладі 1. Після прокалкі блок важить 11,99 г і містить »20 мас. % Al 2 O 3.
Для отримання каталізатора складу за прикладом 1, кількість солі Ce (NO 3)2 в розчині подвоюють. Далі за прикладом 1. Блок важить 12,2 г і містить CeO 2»10 мас. % По відношенню до маси Al 2 O 3 (2,39 г).
Кількість солей дорогоцінних металів становить: 32,4 мг - H 2 PtCl 6Ч 6H 2 O і
6,5 мг - RhCl 3Ч 4H 2 O на той же об'єм розчину. Далі за прикладом 1.
Отриманий каталізатор важить 12,23 г і містить:
Al 2 O 3 - 20 мас. %
CeO 2 - 1,9 мас. %
Pt - 0,1 мас. %
Rh - 0,02 мас. % Інше - сталь Х20Ю5 з вмістом Cr »20%, Al» 4,5%.
Приклад 3. Аналогічно прикладу 1, але з метою збільшення кількості оксиду алюмінію, розчинення алюмінієвої стружки ведуть в 1,5% -ному розчині NaOH і кількість стружки збільшують до 4 г, блок витримують в розчині при 60-80 о С 5 ч і 15 ч при кімнатній температурі, потім цей цикл повторюють, далі як в прикладі 1.
Після термообробки блок з покриттям з оксиду алюмінію важить 13,7 г, де маса покриття - 4,1 г (Al 2 O 3), що становить »30 мас. % Від маси всього блоку. Кількість солі в розчині збільшують в 3 рази. Далі за прикладом 1.
Блок після просочення сіллю церію, сушки і прокалкі важить 14,2 г і містить »10 мас. % CeO 2 по відношенню до маси покриття з Al 2 O 3 (до маси всього блоку зміст CeO 2»2,9 мас.%). Кількість солей платини і родію в прикладі 3 становить:
H 2 PtCl Ч 6H 2 O - 38,00 мг
RhCl 3Ч 4H 2 O - 7,54 мг Розчинення солей і просочення блоку проводиться як в прикладі N 1.
Отриманий каталізатор важить 14,21 г і містить:
Al 2 O 3 - 30 мас. %
CeO 2 - 2,9 мас. %
Pt - 0,1 мас. %
Rh - 0,02 мас. % Інше - сталь Х20Ю5 (вміст Cr »20%, Al» 4,95%).
Приклад 4. Аналогічно прикладу 1, але на 100 мл 0,7% -ного розчину беруть 1 г алюмінієвої стружки. Отриманий блок важить 10,2 г, покриття з Al 2 O 3 важить 0,6 г, що становить 5,9% від маси блоку. Кількість Ce (NO 3)2 для просочувально розчину беруть в 2 рази менше, ніж в прикладі 1.
Після просочення розчином Ce (NO 3)2 і термообробки блок важить 10,26 г, кількість СEO 2 в ньому »10% (на всі покриття з Al 2 O 3) або 0,58% (на масу блоку). Кількість солей дорогоцінних металів становить:
H 2 PtCl 6Ч 6H 2 O - 27,1 мг
RhCl 3Ч 4H 2 O - 5,3 мг Просочення солями дорогоцінних металів і відновлення аналогічно прикладу 1.
Каталізатор важить 10,27 г і містить:
Al 2 O 3 - 5,9 мас. %
CeO 2 - 0,58 мас. %
Pt - 0,1 мас. %
Rh - 0,2 мас. % Інше - сталь Х20Ю5 (вміст Cr »20%, Al» 5%).
Приклад 5. Аналогічно прикладу 1, але розчинення 4 г алюмінієвої стружки ведуть в 1,5% -ному розчині NaOH і цикл повторюють 3 рази. Все інше, як у прикладі 1. Блок важить 16,7 г, приріст Al 2 O 3 становить 7,1 г (або 42,5 мас.% »40%).
Кількість солі Сe (NO 3)2 збільшують в 4 рази в порівнянні з прикладом 1 і далі за прикладом N 1. Блок важить 17,4 г і містить 10 мас. % CeO 2 на вагу Al 2 O 3 і 4,1 мас. % На вагу всього блоку.
Кількість солей дорогоцінних металів складе:
H 2 PtCl 6Ч 6H 2 O - 46,2 мг
RhCl 3Ч 4H 2 O - 9,2 мг на ту ж кількість розчину, далі за прикладом 1.
Отриманий каталізатор важить 17,41 г і містить:
Al 2 O 3 - 40,0 мас. %
CeO 2 - 4,1 мас. %
Pt - 0,1 мас. %
Rh - 0,02 мас. % Інше - сталь марки Х20Ю5 з вмістом Cr »20%, Al» 5%.
Приклад 6. Як в прикладі 1, але замість сталевої фольги марки Х20Ю5 беруть сталевий блок вагою - 9,6 г зі сталі Х15Ю5.
Отриманий каталізатор важить - 11,5 г і містить:
Al 2 O 3 - 10,0 мас. %
CeO 2 - 1,0 мас. %
Pt - 0,1 мас. %
Rh - 0,02 мас. % Інше - сталь марки Х15Ю5 з вмістом Сr »15%, Al» 5%.
Приклад 7. Як в прикладі 1, але замість Х20Ю5 беруть сталь Х23Ю5.
Отриманий каталізатор важить 11,5 г і містить:
Al 2 O 3 - 10,0 мас. %
CeO 2 - 1,0 мас. %
Pt - 0,1 мас. %
Rh - 0,02 мас. % Інше - сталь марки Х23Ю5.
Активність каталізаторів за прикладами 1 - 7 випробовувалася в проточній установці в процесі трикомпонентної очищення газу складу: CO - 0,4 об. %, NO - 0,1 об. %, C 3 H 6 - 0,076 об. %, Решта азот, при об'ємної швидкості 30000 ч -1.
Дані випробувань наведені в таблиці. Активність каталізаторів зростає в ряду N 4 N 7 = N 6 N 1 N 2 N 3 = 5 і практично однакова у зразків N 1, N 6, N 7, що свідчить про те, що склад фольги не впливає на активність каталізатора, що дозволить застосувати фольгу з меншим вмістом хрому (15-20%), яка дешевше і простіше у виготовленні.
Активність зразків N 3 і N 5 практично однакова, що дозволяє зробити висновок про те, що вміст оксиду алюмінію в кількості 10-30 мас. % Є оптимальним для створення ефективного каталізатора очищення газів, що відходять ДВС.
У заводських умовах були виготовлені повнорозмірні зразки каталізаторів на металевому блоковому носії по заявляється способу і проведені дорожні випробування на легковому автомобілі ГАЗ-24 на полігоні НАМИ. Каталізатор показав високу ефективність очищення вихлопних газів, необхідний ресурс роботи і був рекомендований до практичного використання. (56) Патент США N 4096095, кл. У 01 J 21/04, 1979.
Патент США N 4132673, кл. B 01 J 21/04, опублік. 1979.
Заявка ФРН N 2411378, кл. B 01 J 35/02, 1979.
Патент США N 4587231, кл. B 01 J 21/04, 1986.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб приготування КАТАЛІЗАТОРА ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ вихлопних газів ДВИГАТЕЛЕЙ внутрішнього згоряння, що включає нанесення на інертний носій шару оксиду алюмінію з подальшою його просоченням водними розчинами солей церію, платини, родію, сушінням і відновленням, що відрізняється тим, що в якості носія використовують сталеву гофровану і згорнуту в блок фольгу з вмістом хрому 15 - 23 мас. % І алюмінію 4,5 - 5,1 мас. %, Нанесення шару оксиду алюмінію проводять у водному розчині їдкого натру з концентрацією 0,7 - 1,5% при безпосередньому розчиненні алюмінію з наступним сушінням і прогартовує, а відновлення платини і родію ведуть в струмі водню.
Версія для друку
Дата публікації 07.04.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.