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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2169614

Wie man Katalysatoren und Katalysator zur Reinigung von Abgas Motoren vorbereiten

Wie man Katalysatoren und Katalysator zur Reinigung von Abgas Motoren vorbereiten

Name des Erfinders:. Glazunov LD; Dzisyak AP. Saprykin VON
Der Name des Patentinhabers: Forschung Physikalisch-Chemischen Institut. LY Karpov
Korrespondenzanschrift: 103064, Moskau, ul. Vorontsovo Feld von 10, Karpov sie. LY Karpov, der Patentabteilung
Startdatum des Patents: 2000.03.31

Sie beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Metallwabenkatalysatorblock die Vorbereitung zum Neutralisieren Schadgasemissionen, umfassend den inerten Träger Vorbehandeln, Beschichten der Oberfläche eines modifizierten Zwischenbeschichtung aus Aluminiumoxid und einem oder mehreren katalytisch aktiven Platingruppenmetalle. In dieser ersten Träger, der eine Einheit der Al-haltigen Folie ist, bei einer Temperatur von 850 bis 920 ° C in einem Strom von Luft oder Sauerstoff calciniert 12-15 Stunden, und dann wird es auf die Zwischenschicht aufgebracht - Aluminiumoxid aus einer Aufschlämmung bei Raumtemperatur modifiziert . Und beschreibt einen Katalysator Abgase von Verbrennungskraftmaschinen zur Reinigung. Das technische Ergebnis - die Reduktionsprozesszeit Zwischenbeschichtungsauftrag durch die Anzahl der Verfahrensschritte zu reduzieren, die Verringerung des Stromverbrauchs und zusätzliche Arbeitskosten, wodurch die Kosten des Katalysators zu reduzieren, und Erhalten eines Katalysators hoher Emissionswirkungsgrad in der Gasreinigungsverfahren aufweist.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Katalysatorneutralisation Abgas von Verbrennungsmotoren (ICE) und dem Rauchgas von Industrieproduktionen.

Bekannte Verfahren für Katalysatoren für Block aus Metall und Keramik-Wabenträger vorbereitet. Aufgrund der Tatsache , dass die ursprüngliche Oberfläche des Trägers sehr gering ist (S ud = 0,01 bis 0,6 m 2 / g) auf der Basis dieser Katalysatoren haben eine niedrige katalytische Aktivität. Primäres Ziel bei der Herstellung solcher Katalysatoren ist es, eine Beschichtung auf dem Zwischenträger mit einer entwickelten Oberfläche bereitzustellen. Das Vorhandensein einer hohen Oberfläche die notwendige Dispergierung der aktiven Komponenten (Pt, Pd, Rh), wobei die erhaltenen Katalysatoren hohe katalytische Aktivität und Haltbarkeit bei Dekontamination haben verarbeitet gasförmigen Emissionen von toxischen Bestandteilen.

Bekannte Gasabgaskatalysatoren durch CO, CH x, NO x bei Block Wabenträger, die die Oberfläche auf verschiedene Weise erhöht.

Somit ist das bekannte Verfahren zur Herstellung eines Katalysators aus einer Aluminium-Eisen-Legierung [Pat vorbereitet. US 4096095, 1979]. Diese Legierung wird vorgehärtet auf der Oberfläche von Aluminiumoxid und einem Übergangsmetall-Oxid (z.B. Eisenoxid) zu bilden. Die katalytisch aktive Substanz wird auf der Oxidbeschichtung abgeschieden. Allerdings ist die Zwischenschicht auf diese Weise erhaltenen nicht die erforderliche Fläche. Der Katalysator, hergestellt durch Verwendung dieses Verfahrens ist nicht ausreichend wirksam und dauerhaft.

Beschrieben [US Pat. 2411378 FRG 1979] Verfahren zur Herstellung eines Abgasreinigungskatalysators wird DVS , dass der Metallrahmen ohne Fasern Additive grundierten Aluminiumsilikat aus Kohlenstoffstahl Ligatur hergestellt , die dann bei 100 bis 250 o C getrocknet werden, wird eine Schicht aus Aluminiumhydroxid angewandt, die bei 100-250 o C getrocknet und calciniert bei 800 bis 1200 o C. Ferner wird die sich ergebende Schicht mit einer oder mehreren Platingruppenmetallsalze und calciniert imprägniert. Jedoch schließt die Durchführung des Verfahrens mehrere Schritte. Weiterhin Kalzinierung des Zwischen Oxidschicht bei 1200 o C führt zur Bildung von Korund auf der Oberfläche eines Trägers mit einem kleinen spezifischen Oberflächenbereich und die Verwendung des Metallträgers aus Kohlenstoffstahl verringert die Lebensdauer des Katalysators.

Bekannte Verfahren zur Herstellung eines Blocks eines Metallkatalysators [US Pat vorbereitet. RF 2080179, 1997], wobei die Zwischenschicht aus Metalloxiden (Al, Ce, etc.) und die katalytisch aktiven Komponenten (Pt, Pd) auf das Grundmetall als ein Trägerband durch ein Plasmaspritzen aufgebracht wird. Danach wird der Wabenblock, der durch Längskanäle in Riemenwellenstoff und Falten es in einem Block gebildet ist. Das beschriebene Verfahren ist recht kompliziert für den allgemeinen Gebrauch, aber auch energieintensiv. Weiterhin kann die Ausbildung der Wabenstruktur nach der Abscheidung der Zwischenschicht und der aktiven Komponenten führt zu einer mechanischen Verformung der Beschichtung auf der Faltlinien, in der Beschichtungs Abblättern führt, was in niedrigeren Katalysatoraktivität führt.

In [Pat. US 4132673, 1979] offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Zwischenbeschichtung aus Aluminiumoxid Suspension Aufbringen in dem die Partikel dispergiert sind, und die Edelmetalle (Pt, Pd). Diese Aufschlämmung auf einen inerten Träger aufgetragen wurde, dann wird das Wasser während der Trocknung und Kalzinierung entfernt. Allerdings ist dieses Verfahren nicht eine starke Haftung mit der Beschichtungsoberfläche des inerten Trägers bereitzustellen und so aufgebrachte Platin und Palladium-Teilchen haben eine geringe katalytische Aktivität.

In [Pat. RF 2005538, 1992] offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von metallischen Trägerblockierschicht Al 2 O 3 von Natriumaluminat von Aluminiumspänen in einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid, gefolgt von Trocknen und Kalzinieren gelöst wird . Danach Ceroxid der Träger mit einer Zwischenschicht mit einer wässrigen Lösung von Ce (NO 3)2 System imprägniert und kalziniert , zu bilden. Dann angewendet, indem die aktiven Komponenten imprägniert (Pt, Pd, Rh) aus wässrigen Lösungen ihrer Salze. Der Katalysator wurde in einem Wasserstoffstrom reduziert.

Der Katalysator wurde durch dieses Verfahren hergestellte, als Prototyp genommen. Die Oxidschicht weist folgende Eigenschaften auf : Gehalt an Al 2 O 3 - 10-20 Gew%;. Oberfläche - 100-120 m 2 / g, ein Gesamtporenvolumen von - 0,3 bis 0,6 m 3 / g. Jedoch weist die Zwischenbeschichtungskatalysator geringe Haftfestigkeit auf dem Träger und Unebenheiten, die die Qualität des Katalysators und seiner Betriebszeit verringert. Weiterhin weist das Verfahren zur Herstellung des Katalysators die folgenden Nachteile. Erstens das Verfahren der ursprünglichen Aluminiumoxid-Träger ausreichend lange Anwendung (20-25 Stunden). Zweitens Abscheidung von Ceroxid auf der Oberfläche - dieser separaten Schritt, was die Katalysatorherstellung erhöht. Erhöhen der Dauer des Verfahrens trägt zur Energie- und Arbeitskosten, und dementsprechend die Kosten des Katalysators zu erhöhen. Drittens die Anwendung von Aluminiumoxid Prozess durch dieses Verfahren durch die Freisetzung von Wasserstoff gazooobraznogo begleitet wird, t. E. ist eine Explosion und Feuer.

Das nächstgelegene Verfahren der beanspruchten Katalysator-Herstellungsverfahren ist in [Pat. 4587231 US 1986] (prototype Verfahren), mit dem ein Block von Katalysatorreinigungsabgas ICE Gasquelle monolithischen Träger zu erhalten, wurde wiederholt mit Aluminiumoxid-Aufschlämmung behandelt, in dem das dispergierte Aluminiumoxidpulver Ceroxid und Ceroxid durch vorheriges Imprägnieren des Aluminiumoxidpulvers gebildet wird, Cer-Salzlösung und anschließende Calcinierung. Medien behandelte Aufschlämmung und kalziniert Aluminiumoxidbeschichtung wird auf den Wirkstoff aufgebracht - die Platingruppenmetalle. Zu diesem Zweck wird eine Zwischenschicht zu einer wässrigen Lösung von jeder Verbindung des abgeschiedenen Edelmetall (Platin, Rhodium) aufgebracht und separat es einer thermischen Zersetzung unterworfen wird.

Die Nachteile der oben beschriebenen Suspensionsverfahren sind geringe Kopplungsstärke der Aluminiumoxidbeschichtung auf die ursprünglichen Metalloberfläche, wodurch die Lebensdauer des Katalysators zu reduzieren aufgrund Delamination der Zwischenschicht mit den Wirkstoffen. Außerdem ist eine separate Abscheidung von Edelmetallen auf einem Träger mit einer Zwischenbeschichtungstechnik erheblich erschwert und erhöht die Katalysatorherstellung.

Die Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll, zu beschleunigen und die Technologie der Herstellung des Abgasreinigungskatalysators Block ICE und Industrieanlagen mit hoher katalytischer Aktivität zu vereinfachen.

Das technische Ergebnis wird erreicht durch: 1) das Aufbringen der Zwischenbeschichtungssuspension Verfahren die Medien zu blockieren, die zuvor Wärme in einem Luftstrom behandelt (oder O 2) auf der Oberfläche eines Aluminium-Stahlfolie Keimzentren der Adsorption zu schaffen, stark die Haftung der nachfolgenden Zwischenbeschichtungs Oxide verbessern; 2) die Verwendung der Suspension bestimmter chemischer Zusammensetzung, einen einzigen technologischen Zyklus ermöglicht hochwertige Beschichtung zu erhalten, hohe Wert der spezifischen Oberfläche des Trägers und Dispergierung der eingesetzten Edelmetalle bereitstellt; 3) Einführen des stabilisierenden Additivs (CeO 2) direkt in die Aufschlämmung in Form von Ce (NO 3)2, der die Prozesszeit reduziert.

Der inerte Träger verwendet Stahlfolienband (Wellpappe und rollte in einen Block) oder Marke H23YU5 H15YU5, die etwa 5% Aluminium. Diese Folie wird Wärme bei einer Temperatur von 850 bis 920 o C in einem Strom von Luft oder Sauerstoff für 12-15 Stunden behandelt. In diesem Modus werden zum einen die Migration von Al - Atome zu der Oberfläche des Streifens und zum anderen die Oxidation von Al zu Al 2 O 3. Gebildet auf der Oberfläche des Aluminiumoxids erforderlich Haftung der Beschichtung auf die Zwischenstahlfolienoberfläche zu verbessern. Ausbeute nach dieser Regelung führt zu einer Verschlechterung der Zwischenbeschichtungsparameter, nämlich die Stärke der Kopplung mit dem Originalträger zu reduzieren.

Auf dem so behandelten Träger ein Zwischenbeschichtungssuspensionsverfahren angewendet. Überschüssige Aufschlämmung mit Druckluft gespült (oder Stickstoff) in das Gefäß mit der Aufschlämmung. Die Temperatur der Suspension - Raum. Danach mehrere Stunden provyalivayut in Luft blockieren. Dann wird sie bei einer Temperatur von 100-120 ° C und die Calcination bei 400 bis 500 o C in einem Strom von Luft (oder Stickstoff) getrocknet.

Der Schlamm ist ein Wasser-Alkohol (z.B. Ethanol) Lösung (Verhältnis von Wasser-Alkohol - 1: 1), in dem 22 bis 32 Gew dispergiert ist. % Al (OH) 3 gelöst , und 2 bis 4 Gew.% Al (NO 3)3 und 2 bis 5 Gew.% Ce (NO 3)2.

die vorgeschlagene Aufhängungs Verwendung erlaubt eine einmal (Einzeleintauchen), die auf dem Trägerblock 7 bis 14 Gew.% Aluminiumoxid als Zwischenbeschichtung, die erheblich die Zeit der Katalysatorherstellung reduziert. Die Zugabe von Aluminiumnitrat in dem System wird die Suspension auf das erforderliche Niveau zu plastifizieren erfolgt schneller Haftung der Zwischenschicht an der Metalloberfläche des Trägers bereitzustellen. Einführung von Ce (NO 3)2 direkt in die Suspension hat den Vorteil , dass er die Gesamtzahl der Stufen der Katalysatorherstellungsverfahren für den Träger Imprägnierungsschritt mit einer Zwischenbeschichtung Nitrat Cer , gefolgt von Trocknen und Kalzinieren zu bilden , CeO 2 oder dem Schritt der Herstellung einer Mischung aus Aluminium und Ceroxide reduziert, wie im Stand der Technik beschrieben. Ceroxid ist ein thermostabilisierende Additiv Zwischenbeschichtung aus Aluminiumoxid eines Katalysators unter Bedingungen der möglichen thermischen Schocks verwendet.

Eine einzige Aufbringung der Zwischenbeschichtung auf dem Metallträgerblock der vorgeschlagenen Aufhängung ist für die Herstellung eines wirksamen Katalysators mit einer gut haftenden Schicht aus Al 2 O 3 ausreichend, mit einer spezifischen Oberfläche entwickelt.

Falls erforderlich weiter zu erhöhen, das Gewicht der Zwischenschicht, nach dem Schritt des Trocknens des Blocks in die Aufschlämmung eingetaucht wurde und dann wieder durchgeführt Welken Stufe, Trocknen und Calcinieren.

Nach dem Aufbringen der Zwischenbeschichtung mit wässrigen Lösungen von H 2 PtCl imprägniert 6, PdCl 2 und RhCl 3 und gegebenenfalls die Einführung in den Katalysator von wenigen Edelmetalle, beispielsweise Pt-Rh, Pt-Pd und Pt-Pd-Rh, in der Imprägnierlösung Alle Ausgangsverbindungen werden gleichzeitig verabreicht werden, die von dem Prototyp unterscheidet, wobei die Imprägnierung durch diese Verbindungen in der Reihe aus mit Zwischenrückgewinnung durchgeführt wird. Dieses Verfahren und reduziert die Anzahl der Stufen der Katalysatorherstellung und damit Prozesszeit und Arbeits- und Energiekosten reduziert.

Nach der Imprägnierung wurde der Katalysator in einem Strom von H 2 bei einem Temperaturanstieg getrocknet und reduziert und für 6 Stunden Altern bei 350-400 o C stieg.

Aus dieser Parameter führt zu einem Abfall der Katalysatoraktivität und die Lebensdauer des Katalysators. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass zum einen die qualitative und quantitative Zusammensetzung der Suspension direkt mit der Qualität und Menge der aufgetragenen Zwischenschicht bezogen ist: kann die Beschichtung zu dünn sein, und dann wird die Oberfläche nicht ausreichend einen hochaktiven Katalysator herzustellen entwickelt oder uneben, mit dem möglichen Auftreten von Rissen während der Hitzeeinstellung, die weiter Zerschlagung der teilweisen Abdeckung führt. Zweitens bieten diese Temperatur- und Zeitparameter den optimalen Wert der strukturellen Merkmale, insbesondere die spezifische Oberfläche Katalysatoren.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht:

Zur Herstellung des Katalysatorblocks Wellfolie stamps H23YU5 Durchmesser und 20 mm Höhe verwendet. Der Kalzinierofen Metallblock Träger bei 900 ° C kalzinierten in strömender Luft. Die Verarbeitungszeit der Kalzinierung wurde 12 Stunden nach der Kühlblock in einer Suspension mit folgender Zusammensetzung eingetaucht wurde: Aluminiumhydroxid - 25 Gew% Aluminiumnitrat - 2 Gew% Nitrat Cer - 3 Gew%, Wasser - Alkohol (1: 1) .... - sonst. Dann entfernt wurde überschüssige Luft aus den Kanälen und provyalivayut in geblasene Luft für etwa 5 Stunden. Dann wurde die Einheit bei einer Temperatur von 100-120 o C in einem Kalzinierofen unter Stickstoff für 2 Stunden und Wärme bei einer schrittweisen Temperaturerhöhung mit einer Rate in der 20-30 o behandelten getrockneten Stunde auf 450 o C, bei dieser Temperatur für 2 Stunden einweichen. Die Heizung wurde abgeschaltet. Leistung wird in dem Ofen auf Raumtemperatur entladen langsam abgekühlt und durch Gewichtung der Masse des aufgetragenen Zwischenschicht bestimmt, die in diesem Fall belief sich auf 10 Gew.%. Die spezifische Oberfläche der Probe durch die Niedertemperatur - Stickstoffadsorption bestimmt wurde, betrug sie 125 m 2 / g Al 2 O 3.

Dann wurde die Zwischenschicht durch Imprägnieren eine aktive Phase aufgebracht - PGMs berechnet 0,1% Pt + Rh 0,02% in der Probe. Zu diesem Zweck wurde ein Metallblock mit einer Zwischenbeschichtung mit einer geeigneten Menge einer wässrigen Lösung von Chloroplatinsäure (PHVK) und Rhodiumchlorid imprägniert. Die Probe wurde bei einer Temperatur von 100-120 o C getrocknet und mit Wasserstoff in einem Reduktionsofen reduziert mit schrittweisen Temperaturanstieg bis zu 400 ° C und 6 Stunden bei dieser Temperatur halten.

Der resultierende Katalysator wurde bei der Oxidation von CO 2 getestet in einem Labor Flusseinheit zu CO unter den folgenden Bedingungen: Gasgemisch - CO 1 Vol%, O 2 - 2 Vol-%, Rest Stickstoff, die volumetrische Gasströmungsrate - 30000 h -1 ...

Experimente haben gezeigt , daß ihre katalytische Aktivität bei der Neutralisationsreaktion von Kohlenmonoxid, die durch die Temperatur gekennzeichnet 90% Umwandlungsgrad von CO zu erreichen, beträgt 205 o C.

Proben wurden Katalysatorblock auf der Metallblöcke aus Stahl und H23YU5 H15YU5 analoger Weise hergestellt des erfindungsgemäßen Aufschlämmungs - Zusammensetzung unter Verwendung von : .. Al (OH) 3 - 22-32 wt%, Al (NO 3)3 bis 4,2 Gew%, Ce ( NO 3)2 - 2,5 Gew%, der Rest - Wasser-Ethanol = 1 :. 1. Als aktive Phase aufgebracht auf 0,1% Pt und 0,1% Pt + 0,02% Rh oder 0,25% Pd + 0,01% Rh. Messen der katalytischen Aktivität der hergestellten Proben zeigte , dass dieser Parameter praktisch nicht geringer als die Katalysatoraktivität des in Beispiel (eine 90% ige CO - Umwandlung bei 205 o C) beschriebenen Probe.

So. Das beanspruchte Verfahren ermöglicht, signifikant die Verarbeitungszeit des Aufbringens der Zwischenschicht zu verringern, indem die Anzahl der Verfahrensschritte zu reduzieren, vermeiden zusätzliche Arbeits- und Energiekosten, wodurch die Kosten des Katalysators zu reduzieren und einen Katalysator mit hoher Emissionswirkungsgrad in der Gasreinigungsverfahren herzustellen.

FORDERUNGEN

1. Verfahren zum zum Neutralisieren Schadgasemissionen eines Metallwabenkatalysatorblock, umfassend den inerten Träger Vorbehandeln, Beschichten der Oberfläche eines modifizierten Zwischenbeschichtung aus Aluminiumoxid und einem oder mehreren katalytisch aktiven Metalle der Platingruppe, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Träger, das ist Einheit von Al-haltigen Folie, bei einer Temperatur von 850 bis 920 ° C in einem Strom von Luft oder Sauerstoff für 12-15 Stunden kalziniert und dann wird es auf die Zwischenschicht aufgebracht - Aluminiumoxid aus einer Aufschlämmung bei Raumtemperatur modifiziert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Aufschlämmung wird bei dem folgenden Verhältnis der Komponenten durchgeführt, wt%.:

  • Aluminiumhydroxid - 22 - 32
  • Aluminiumnitrat - 2 bis 4
  • Cernitrat - 2 bis 5
  • Wasser - Alkohol in einem Verhältnis von 1: 1 - Zu 100

3. Der Katalysator, hergestellt gemäß den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einem Block des Metallträgers, dessen Oberfläche eine Zwischenschicht aus einem modifizierten Aluminiumoxid mit der aktiven Phase der Platingruppe Edelmetalle angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Merkmale aufweist:

  • Der Gehalt an Al 2 O 3 -Katalysators - 7 -. 14% Gewichts
  • Die spezifische Oberfläche von Al 2 O 3 - 120-130 m 2 / g
  • Der Gehalt an CeO 2 Al 2 O 3 - 8 -. 15% Gewichts

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Erscheinungsdatum 07.04.2007gg