|
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 RU2042425
КАТАЛІЗАТОР, СПОСІБ ЙОГО ПРИГОТУВАННЯ І ПРОЦЕС ОТРИМАННЯ Феромагнітними графітованої ВУГЛЕЦЮ І ВОДНЮ
Ім'я винахідника: Чесноков В.В .; Прокудіна Н.А .; Буянов Р.А .; Молчанов В.В.
Ім'я патентовласника: Інститут каталізу СО РАН
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1992.06.15
Використання: в виробництві графітірованних матеріалів в процесі розкладання метану і призначених преімущесвенно для приготування феромагнітних чорнил графітових пігментів для копіювання, синтетичних каучуків і пластиків. Суть винаходу: каталізатор містить наступні компоненти, мас. NiO 70 90, CuO 2 16, Al (OH) 3 або Mg (OH) 2 8 -14. Спосіб приготування каталізатора включає механохимічеськую активацію подвійний суміші оксидів нікелю та міді, а потім потрійний суміші нікелю і міді з гідроксидом алюмінію або магнію в планетарної відцентрової млині з подальшим відновленням суміші воднем при нагріванні до температури реакції розкладання метану. Процес отримання феромагнітного графітованої матеріалу і водню здійснюють при 560 650 ° С в присутності вищевказаного каталізатора, при часу контакту з каталізатором
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до виробництва графітірованних матеріалів в процесі розкладання метану і призначених переважно для приготування феромагнітних чорнил, графітових пігментів для копіювання, синтетичних вуглецевих каучуків і пластиків. Поряд з цим феромагнітний графітований матеріал може бути використаний як добавка при виплавці сталей, а й в якості відновника в порошкової металургії. Слід і відзначити, що крім феромагнітного графітованої матеріалу утворюється водень.
Відомо кілька каталізаторів і способів реалізації процесу отримання феромагнітного графітованої вуглецю і водню (1,2):
- розкладанням метану в присутності масивного металевого каталізатора (Fe, Co, Ni) при температурі 650-720 о С (1);
- розкладанням вуглеводневих газів на поверхні міститься залізо каталізатора при 850-900 о С під тиском 1-35 атм (2).
За досягається позитивного ефекту найбільш досконалим є каталізатор і спосіб реалізації процесу (1), які і обрані за прототип винаходу. Каталізатор складається з масивного заліза або кобальту, або нікелю з вмістом металу до 100% а його недоліком є низький вихід графітованої матеріалу і водню. Вихід вуглецю не перевищує 10 г з 1 г каталізатора.
Процес здійснюють розкладанням метану при температурі 650-720 о С, а його недоліком є низький вихід графітованої матеріалу і водню, а й відносно високі температури.
Найбільш близьким технічним рішенням за способом приготування каталізатора є спосіб (2), яка була обрана за прототип. За прототипу (2) каталізатор готують активацією, тобто подрібненням губчастого заліза до розмірів 3-5 мм.
Загальним недоліком всіх трьох відомих об'єктів є недостатній вихід вуглецю і водню, що і є завданням пропонованого винаходу.
Предметом винаходу є новий каталізатор, спосіб його приготування і процес отримання феромагнітного графітованої вуглецю і водню. При цьому досягається підвищення виходу феромагнітного матеріалу при одночасному зниженні температури проведення процесу з 650-720 о С до 560-650 о С.
Поставлена задача вирішується використанням каталізатора складу 70-90 мас. оксиду нікелю, 2-16 мас. оксиду міді і 8-14 мас. гідроксиду алюмінію або гідроксиду магнію і таким способом його приготування. Суміш оксидів нікелю та міді завантажують в планетарну млин і піддають механохимической активації. Планетарна відцентрова млин, використана у цій роботі, являє собою два барабана, в які завантажувалися сталеві кулі і активуються зразки. Планетарна млин працює за принципом гравітаційного подрібнення, який реалізується за рахунок взаємодії двох відцентрових полів. Барабани в апараті беруть участь в двох рухах: відносному русі навколо загальної осі і обертання навколо власної осі барабана. Режим роботи планетарної відцентрової млини характеризується параметрами До і m. Величина К = W 2 / W 1 (W 2 число обертів навколо власної осі, W 1 число обертів навколо загальної осі) називається кінематичною характеристикою млини. У даній роботі W 1 = W 2 = 10 об / с, отже, К = 1. Діаметр сталевих куль 5 мм. Маса куль 200 г. Маса активованого зразка 5 м
Після механохимической активації суміші оксидів нікелю та міді протягом 30 хв до неї додають гідроксид алюмінію або гідроксид магнію. У разі системи NiO-CuO-Al (OH) 3 необхідна додаткова механохімічна активація протягом 20-30 хв, а в разі системи NiO-CuO-Mg (OH) 2 протягом 90-120 хв.
Процес отримання феромагнітного графітованої матеріалу здійснюється в проточному реакторі з вагами Мак-Бена і складається з трьох послідовних стадій:
1) відновлення каталізатора воднем під час нагрівання до температури реакції 575-650 о С;
2) заміна водню на метан і проведення реакції розкладання до повного припинення;
3) охолодження реактора в струмі метану або інертного газу до кімнатної температури.
Відмінними ознаками пропонованого каталізатора є його склад, що включає 70-90% оксиду нікелю, 2-16 мас. оксиду міді і 8-14 мас. гідроксиду алюмінію або гідроксиду магнію. Вибір складу каталізатора продиктований міркуваннями досягнення максимального виходу графітованої продукту і водню: при утриманні оксиду нікелю в суміші нижче 70 мас. а й при використанні 100% -ного оксиду нікелю вихід продукту істотно менше (див. приклади). Що стосується індивідуальних оксидів алюмінію, магнію і міді, то вони в заявлених умовах неактивні. Добавка оксиду міді до складу каталізатора збільшує вихід графітованої продукту і водню. Роль міді складається в освіті сплавів з нікелем після відновлення. Сплави міді з нікелем володіють в порівнянні з чистим нікелем більш високою стабільністю і активністю в реакції розкладання метану.
Відмінними ознаками пропонованого способу приготування каталізатора є метод механохимической активації. У пропонованому способі спочатку активується подвійна суміш (оксид нікелю з оксидом міді), а потім потрійна (плюс гідроксид алюмінію або магнію). Це робиться з метою забезпечити більш повне взаємодія оксидів міді і нікелю з утворенням твердого розчину міді в оксиді нікелю. При подальшому нагріванні каталізатора в водні відбувається відновлення твердого розчину з утворенням сплаву міді з нікелем, що покращує якість каталізатора. Вибір оптимального часу механохимической активації визначається досягненням максимального виходу продуктів розкладання метану.
Відмінними ознаками пропонованого процесу отримання феромагнітного вуглецю і водню є склад каталізатора, відсутність окремої спеціальної стадії відновлення і температура проведення процесу 575-650 про С. Вибір температурного інтервалу здійснення процесу визначається тим, що при температурі нижче 575 ° С різко знижується швидкість реакції, зменшується ступінь розкладання метану через термодинамічних обмежень, падає вихід продукту, а використання температури вище 650 ° с не збільшує виходу вуглецю і водню і виявляється невигідним з енергетичної точки зору. Як випливає з табл. 3, вихід феромагнітного графітованої матеріалу і водню залежить від об'ємної швидкості подачі метану. Найбільший з'їм вуглецю з 1 г каталізатора спостерігається при об'ємних швидкостях подачі метану 3-12 л / год або при часу контакту 3 · 10 -4 -2 · 10 -3 с (відношення обсягу каталізатора до швидкості подачі метану).
Авторам невідома заявляється сукупність ознак, що призводить до збільшення виходу графітованої матеріалу і водню, до створення екологічно чистого способу приготування каталізатора, до збільшення ступеня використання метану і спрощення технології процесу одержання феромагнітного графітованої вуглецю і водню, тому пропонований каталізатор, спосіб його приготування і процес отримання вуглецю і водню можна класифікувати як відповідає критерію "Істотні відмінності".
Суть винаходу ілюструється такими прикладами і підтверджується даними, наведеними в табл. 1-3.
приклад 1
Каталізатор, що складається з 90 мас. оксиду нікелю і 10 мас. гідроксиду алюмінію і отриманий 5-хвилинної механохимической активацією в планетарної відцентрової млині в кількості 0,0024 г, завантажують в проточний кварцовий реактор з вагами Мак-Бена, нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / год до 560 о С. потім, не охолоджуючи реактора, водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 560 ° С протягом 1 год і витраті метану 12 л / год. Зауглероженний продукт охолоджують в струмі аргону (витрата 75 л / год) до кімнатної температури і вивантажують. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становить 1530% по відношенню до ваги відновленого каталізатора.
Приклад и 2-5
Аналогічні прикладу 1, відрізняються тільки часом механохимической активації (див. Табл. 1).
приклад 6
Каталізатор, що складається з 80 мас. NiO, 10 мас. CuO і 10 мас. Al (OH) 3 і отриманий 20-хвилинної механохимической активацією в планетарної відцентрової млині в кількості 0,0027 г завантажують в проточний кварцовий реактор з вагами Мак-Бена, нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / год до 600 о С. Потім, не охолоджуючи реактора, водень замінюють на метан і проводять і реакцію розкладання при 600 ° С протягом 90 хв і витраті метану 12 л / год. Після припинення реакції зауглероженний продукт охолоджують в струмі аргону (витрата 75 л / год) до кімнатної температури і вивантажують. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становить 5140% по відношенню до ваги відновленого каталізатора.
приклад 7
Каталізатор, що складається з 80 мас. NiO 8 мас. CuO і 12 мас. гідроксиду алюмінію і отриманий на початку 30-хвилинної механохимической активацією подвійний суміші NiO + CuO, а потім 10-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + Al (OH) 3 в планетарної відцентрової млині в кількості 0,0024 г завантажують в проточний кварцовий реактор з вагами Мак-Бена, нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / год до температури 600 о С. Потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 600 ° С протягом 2 год, і витраті метану 12 л / год. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становить 7200% по відношенню до ваги відновленого каталізатора. Зауглероженний каталізатор охолоджують в струмі аргону (витрата 75 л / год) до кімнатної температури і вивантажують.
Приклад и 8-12
Аналогічні наприклад 7, відрізняються складом каталізаторів і часом механохимической активації потрійний суміші NiO + CuO + Al (OH) 3 (див. Табл. 1).
Приклад 13. Каталізатор, що складається з 75 мас. NiO + 12,5 мас. CuO + 12,5 мас. гідроксиду алюмінію, розтирають у ступці і в кількості 0,0024 г завантажують в проточний кварцовий реактор з вагами Мак-Бена. Далі зразок нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / год до 600 о С. Потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 600 ° С протягом 1 год і витраті метану 12 л / год. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становить 10% від ваги відновленого каталізатора. Зауглероженний каталізатор охолоджують в струмі аргону (витрата 75 л / год) до кімнатної температури і вивантажують.
приклад 14
Каталізатор, що складається з 75 мас. NiO 12,5 мас. CuO і 12,5 мас. гідроксиду магнію і отриманий 120-хвилинної механохимической активацією в планетарної відцентрової млині в кількості 0,0024 г, завантажують в проточний кварцовий реактор з вагами Мак-Бена, нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / год до 600 о С. потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 600 ° С протягом 2 год і витраті метану 12 л / год. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становить 4870% по відношенню до ваги відновленого каталізатора. Зауглероженний каталізатор охолоджують в струмі аргону (витрата 75 л / год) до кімнатної температури і вивантажують.
приклад 15
Аналогічний приклад 15, відрізняється попередньої 15-хвилинної механохимической активацією подвійний смеcі NiO + CuO перед 20-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + Mg (OH) 2 (див. Табл. 1).
приклад 16
Аналогічний приклад 14, відрізняється попередньої 30-хвилинної механохимической активацією подвійний суміші NiO + CuO перед 120-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + Mg (OH) 2 (див. Табл. 1).
приклад 17
Аналогічний приклад 14, відрізняється попередньої 45-хвилинної механохимической активацією подвійний суміші NiO + CuO перед 120-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + MgO (OH) 2 (див. Табл. 1).
приклад 18
Аналогічний приклад 14, відрізняється попередньої 45-хвилинної механохимической активацією подвійний суміші NiO + CuO до 90-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + Mg (OH) 2 (див, табл. 1).
приклад 19
Аналогічний приклад 14, відрізняється попередньої 45-хвилинної механохимической активацією подвійний суміші NiO + CuO перед 60-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + MgO (OH) 2 (див. Табл. 1).
приклад 20
Аналогічний приклад 14, відрізняється попередньої 30-хвилинної механохимической активацією подвійний суміші NiO + CuO до 90-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + MgO 2 (див. Табл. 1).
приклад 21
Аналогічний приклад 14, відрізняється механохимической активацією потрійний суміші NiO + CuO + Mg (OH) 2 протягом 150 хв (див. Табл. 1).
приклад 22
Аналогічний приклад 16.
Приклад и 23-29
Аналогічні наприклад 16, відрізняються складами каталізаторів і часом механохимической активації потрійний суміші NiO + CuO + гідроксид.
приклад 30
Каталізатор, що складається з 85% NiO + 15% СuO і отриманий 30-хвилинної механохимической активацією в планетарної відцентрової млині в кількості 0,0033 г завантажують в проточний реактор з вагами Мак-Бена, нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / ч до 600 о С. Потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 600 ° С протягом 30 хв і витраті метану 12 л / год. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становив 1% по відношенню до ваги відновленого каталізатора. Після припинення реакції реактор охолоджують в струмі аргону (витрата 75 л / год) до кімнатної температури і зауглероженний каталізатор вивантажують.
приклад 31
Аналогічний приклад 30, відрізняється складом каталізатора 90% NiO + Mg (OH) 2 і часом механохимической активації (див. Табл. 2).
приклад 32
Аналогічний приклад 30. Відрізняється складом каталізатора 90% NiO + 10% Al (OH) 3 і часом механохимической активації 20 хв (див. Табл. 2).
приклад 33
Аналогічний приклад 32, відрізняється складом каталізатора 100% NiO (див. Табл. 2).
приклад 34
Каталізатор, що складається з 90% NiO + 10% Al (OH) 3 і приготований по прототипу (3) в кількості 0,0024 г завантажують в проточний кварцовий реактор з вагами Мак-Бена і нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / год до 600 о С. Потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 600 ° С протягом 30 хв і витраті метану 12 л / год. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю складе 10% по відношенню до ваги відновленого каталізатора. Після припинення реакції реактор охолоджують в струмі аргону (витрата 75 л / год) до кімнатної температури і отриманий продукт вивантажують.
Приклад и 35-41
Аналогічні наприклад 16, відрізняються температурами реакції розкладання метану і об'ємними швидкостями його подачі (див. Табл. 3).
Приклад и 42-43
Аналогічні наприклад 34, відрізняються складом каталізатора 90% NiO + 10% Mg (OH) 2 і об'ємної швидкістю подачі і метану (див. Табл. 3).
Приклад и 44-47
Аналогічні наприклад 11. Відрізняються температурами розкладання метану і об'ємними швидкостями його подачі (див. Табл. 3).
приклад 48
Каталізатор, що складається з 75 мас. NiO 12,5 мас. CuO і 12,5 мас. гідроксиду алюмінію і отриманий на початку 30-хвилинної механохимической активацією подвійний суміші NiO + CuO, а потім 20-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + Al (OH) 3 в планетарної відцентрової млині в кількості 0,05 г завантажують в проточний кварцовий реактор, нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / год до 625 о С. Потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 625 ° С протягом 4 год і витраті метану 3 л / год. Аналіз метану на виході з реактора показав, що значна частина метану розкладається на вуглець і водень. Спочатку реакції (протягом перших 15 хв) ступінь перетворення метану становить 49% а потім збільшується до 65% і залишається приблизно постійною протягом 1 ч. У міру дезактивації каталізатора ступінь перетворення метану зменшується до нуля. Після припинення реакції зауглероженний каталізатор охолоджують в струмі аргону (витрата 10 л / год) до кімнатної температури і вивантажують. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становить 4600% по відношенню до ваги відновленого каталізатора.
приклад 49
Каталізатор, що складається з 84 мас. NiO, 2 мас. CuO і 14 мас. Al (OH) 3 і отриманий з початку 30-хвилинної активацією подвійний суміші NiO + CuO, а потім 30-хвилинної активацією потрійний суміші NiO + CuO + Al (OH) 3 в планетарної відцентрової млині в кількості 0,004 г завантажують в проточний кварцовий реактор з вагами Мак-Бена, нагрівають протягом 20-30 хв в струмі водню 20 л / год до 600 о С. Потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 600 ° С протягом 2 год і витраті метану 3 л / год. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становить 4700% по відношенню до ваги відновленого каталізатора.
приклад 50
Аналогічний приклад 49, відрізняється тільки складом каталізатора 83 мас.NiO, 5 мас. CuO і 12 мас. Al (OH) 3. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становить 6700% по відношенню до ваги відновленого каталізатора.
Як випливає з наведених прикладів, розроблений новий каталізатор, екологічно чистий спосіб його приготування і процес отримання феромагнітного графітованої вуглецю і водню. При цьому досягається в порівнянні з прототипом підвищення виходу феромагнітного графітованої матеріалу приблизно в три рази при одночасному зменшенні часу проведення процесу в 3-4 рази і збільшенні ступеня використання метану в 2-3 рази.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Каталізатор отримання феромагнітного графітованої вуглецю і водню з метану, що включає никельсодержащий компонент, який відрізняється тим, що в якості нікель компонента каталізатор містить оксид нікелю і додатково оксид міді і гідроксид алюмінію або магнію при наступному співвідношенні компонентів, мас.
NiO 70 90
CuO 2 16
Al (OH) 3 або Mg (OH) 2 8 14
2. Спосіб приготування каталізатора отримання феромагнітного графітованої вуглецю і водню, що включає активацію каталізатора, що відрізняється тим, що проводять механохимічеськую активацію подвійний суміші оксидів нікелю та міді, а потім потрійний суміші оксидів нікелю та міді з гідроксидом алюмінію або магнію в планетарної відцентрової млині з подальшим відновленням суміші воднем при нагріванні до температури реакції розкладання метану при наступному співвідношенні компонентів в каталізаторі, мас.
NiO 70 90
CuO 2 16
Al (OH) 3 або Mg (OH) 2 8 14
3. Процес отримання феромагнітного графітованої вуглецю і водню, що включає розкладання метану на никельсодержащая каталізаторі при нагріванні, що відрізняється тим, що в якості каталізатора використовують суміш оксидів нікелю та міді з гідроксидом алюмінію або магнію, відновлену воднем при нагріванні до 560 650 o С, при наступному співвідношенні компонентів в каталізаторі, мас.
NiO 70 90
CuO 2 16
Al (OH) 3 або Mg (OH) 2 8 14
4. Процес по п.3, що відрізняється тим, що розкладання метану ведуть при 560 650 o С.
5. Процес по п.3, що відрізняється тим, що час контакту метану з каталізатором становить 3 · 10 -4 2 · 10 -3 с.
Версія для друку
Дата публікації 04.01.2007гг
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.