1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29945
(51) B01J 29/40 (2006.01)
B01J 29/42 (2006.01)
B01J 31/28 (2006.01)
B01D 53/94 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0997.1
(22) 21.07.2014
(45) 15.06.2015, бюл. №6
(72) Тунгатарова Светлана Александровна;
Абдулина Сауле Амангельдыевна; Саденова
Маржан Ануарбековна
(73) Акционерное общество "Институт
органического катализа и электрохимии им.
Д.В. Сокольского"
(56) KZ 13005, 15.06.2006
(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ
ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ОКСИДА АЗОТА,
ОКСИДА УГЛЕРОДА И УГЛЕВОДОРОДОВ
(57) Изобретение относится к способу
приготовления катализатора для комплексной
очистки газов от оксида азота, оксида углерода и
углеводородов. Предложенный катализатор
включает первичный носитель - нитрид кремния,
связывающий компонент - оксинитрат алюминия -
1,6 мас.%, цеолитовый вторичный носитель -
12,0 мас.%, палладий в качестве промотора -
0,03-0,05 мас.%, а также никель, медь и хром в
составе полиметаллического комплекса кластерного
типа при следующем содержании металлов, мас.%:
никель - 1,5-2,3; медь-3,5-4,0; хром-0,2-0,5. При
уменьшении содержания суммы активных металлов
(Ni, Сu, Сr) в катализаторе до 6,0 мас.% и палладия
до 0,03-0,05 мас.%, применяемого в качестве
промотора, сохраняется активность катализатора и
его термическая устойчивость.
(19)KZ(13)A4(11)29945

2. 29945
2
Изобретение относится к способу получения
катализаторов для комплексной очистки
технологических газов от оксида азота, оксида
углерода и углеводородов.
Известные в мировой практике катализаторы на
основе Pt, Rh, Ru либо их смесей обладают высокой
эффективностью, термической стабильностью и
долговечностью, однако являются дорогостоящими.
Поэтому актуальной остается проблема разработки
новых составов и методов получения
усовершенствованных катализаторов на основе
переходных металлов с пониженным содержанием
платиноидов, устойчивых к воздействию высоких
температур и каталитических ядов.
Известен катализатор, содержащий оксид титана,
соединение одного или нескольких металлов
платиновой группы на носителе на основе оксида
алюминия. Катализатор дополнительно содержит
оксид натрия и/или калия [Исаева Г.Г.,
Макаренко М.Г., Виноградов Е.Ю. и др. Катализатор
для очистки газов от углеводородов, оксидов азота,
оксида углерода и способ его получения. Патент РФ
2135279. 1999]. Способ включает пропитку твердого
носителя соединением одного или нескольких
металлов платиновой группы, сушку, прокаливание
при температуре 200-600°С. Для получения
катализатора используют носитель, представляющий
собой оксид алюминия с равномерно
распределенным в нем мелкодисперсным оксидом
титана. Носитель получают введением соединения
титана в шихту, включающую гидроксид алюминия,
путем пластификации, формовки, сушки и
прокаливания при температуре 500-1250°С.
Полученный носитель пропитывают раствором соли
металла платиновой группы, причем дополнительно
вводимые соединения натрия и/или калия вносят
либо в шихту для приготовления носителя или
одновременно с пропиткой солью металла
платиновой группы. Пластификацию проводят
азотной кислотой с Мк-0,02-0,2. В шихту для
приготовления носителя вводят порообразующие
добавки: древесную муку, целлюлозу,
карбоксиметилцеллюлозу, карбоксиэтилцеллюлозу в
количестве 1-10 мас.%, силикагель в количестве 1-10
мас.%, соединение металлов из группы Mn, Сu, Cr,
Fe, Ni в количестве 0,1-7,0 мас.%. Недостатками
способа являются сложность получения
катализатора, высокая энергоемкость процесса и,
соответственно, высокая стоимость катализатора.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению
по технической сущности и достигаемому результату
является способ приготовления катализатора для
комплексной очистки газов от оксида азота, оксида
углерода и углеводородов, содержащего, мас.%:
платина - 0,025-0,05; рутений - 0,025-0,05; церий -
5,0-6,6; медь - 3,0; оксинитрит алюминия - 1,60;
цеолит ZSM-5 - 12,0; нитрид кремния - остальное
[Саденова М.А., Попова Н.М., Досумов К. и др.
Катализатор для комплексной очистки газов от
оксидов азота, углерода и от углеводородов. Патент
РК 13005. 2003. Бюл. №5].
Известный катализатор готовят из суспензии
цеолита ZSM-5, оксинитрата алюминия и
дистиллированной воды. Керамический блок сотовой
структуры пропитывают вышеуказанной суспензией,
а затем наносят активную фазу из водного раствора
нитрата соответствующего металла методом
капиллярной пропитки по влагоемкости. Образцы
высушивают и прогревают при 550°С 3 ч на воздухе.
Катализатор используют в процессе комплексной
очистки газов от оксида азота, оксида углерода и
углеводородов в реакторе проточного типа путем
пропускания реакционной смеси, содержащей
следующие компоненты, об.%: СО-0,35-0,38; NO-
0,10-0,15; СзН6-0,06-0,08; O2-0-1,0; Аr-остальное.
Степень 70%-ного превращения оксида углерода
наблюдается при температуре 160°С, углеводорода -
при 320°С, а оксида азота-при 310°С. Недостатком
известного катализатора является дороговизна
благородных металлов платины и рутения, входящих
в его состав.
Технической задачей заявляемого изобретения
является разработка способа, позволяющего
приготовить катализатор с повышенной термической
устойчивостью и активностью для комплексной
очистки технологических газов от вредных
компонентов - оксида азота, оксида углерода и
углеводородов при уменьшении суммы активных
металлов, входящих в полиметаллический комплекс
кластерного типа, а также снижении общего
содержания драгоценных металлов в катализаторе.
Поставленная техническая задача достигается
предлагаемым способом приготовления катализатора
для комплексной очистки газов, в состав которого
входит первичный носитель - нитрид кремния,
связывающий компонент - оксинитрат алюминия-1,6
мас.%, цеолитовый вторичный носитель-12,0 мас.%,
палладий в качестве промотора 0,03-0,05 мас.%, а
также никель, медь и хром в составе
полиметаллического комплекса кластерного типа при
следующем содержании металлов, мас.%: никель -
1,5-2,3; медь - 3,5-4,0; хром - 0,2-0,5.
Предлагаемый катализатор для комплексной
очистки технологических газов от вредных
компонентов готовят последовательным нанесением
на керамический блок сотовой структуры сначала
вторичного носителя в присутствии связывающего
компонента - оксинитрата алюминия путем
многократной прописки (до достижения содержания
смеси ZSM-5+оксинитрат алюминия 13,6 мас.%), а
затем активной фазы из водных растворов нитратов
соответствующих металлов методом капиллярной
пропитки по влагоемкости. Образцы затем
высушивают и прогревают при 550°С 3 ч и 800°С
10 ч на воздухе.
Активность катализаторов определяют в процессе
очистки газовой смеси, близкой по составу к
технологическим газам и содержащей следующие
компоненты, об.%: СО-0,35-0,38; NO-0,10-0,15; С3Н6-
0,06-0,08; О2-0-1,0; Аr-остальное. Разработанный
катализатор обеспечивает трехкомпонентную
очистку уже при 220-320°С, причем ширина “окна”
бифункциональности составляет от 0,3 до 0,43.
Степень 70%-ного превращения оксида углерода,
оксида азота и углеводорода наблюдается при

3. 29945
3
температуре 220-320°С, что соответствует нормам
стандартных требований.
Высокотемпературный прогрев данного
катализатора вызывает ухудшение его свойств,
которое выражается в повышении температуры 70%
превращения токсичных компонентов до 365-420°С и
сужении «окна» бифункциональности до 0,02.
Промотирование катализатора введением следовых
количеств палладия (0,03-0,05 мас.%) позволяет
сохранить широкое “окно” бифункциональности,
которое находится в пределах от 0,26 до 0,34 даже
после термической тренировки катализатора на
воздухе при 800°С. Полученный Pd/Ni/Cu/Cr
катализатор обеспечивает комплексную очистку
газов на ≥70% уже при 300-350°С.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется
следующими примерами.
Пример 1
I этап:
Готовят суспензию из 6 г цеолита ZSM-5, 0,96 г
оксинитрата алюминия, 50 мл дистиллированной
воды. Пористый блок сотовой структуры, состоящий
из нитрида кремния весом 3,5 г, в течение 0,08 ч
пропитывают вышеуказанной суспензией методом
прокачивания.
Избыток суспензии выдувают из пор блока
потоком воздуха. Сушат на воздухе при комнатной
температуре в течение 12-14 ч, затем прогревают в
сушильном шкафу в атмосфере воздуха при
постепенном повышении температуры от 25°С до
300°С в течение 2 ч и выдерживают при 300°С 2 ч.
После охлаждения блок взвешивают, рассчитывают
привес. Процедуру пропитки повторяют многократно
до достижения 13,6 мас.% смеси ZSM-5 и
оксинитрата алюминия на блоке, после чего
прогревают в атмосфере воздуха при 550°С в течение
3 ч. Получают 13,6% (ZSM-5+оксинитрат алюминия)
Si3N4.
II этап:
На блок наносят активные металлы путем
последовательной пропитки по влагоемкости
носителя водными растворами нитратов хрома
(0,2 мас.%), меди (3,5 мас.%) и никеля (2,3 мас.%).
Получают полиметаллический комплекс
кластерного типа, содержащий, мас.%: никель - 2,3;
медь - 3,5; хром - 0,2. В результате получают
катализатор, содержащий, мас.%: полиметаллический
комплекс кластерного типа - 6,0; связующий
компонент - оксинитрат алюминия - 1,6; вторичный
носитель - цеолит ZSM-5-12,0; первичный носитель -
нитрид кремния - остальное.
Пример 2
I этап приготовления катализатора аналогичен
описанному в Примере 1.
II этап:
На блок наносят активные металлы путем
последовательной пропитки по влагоемкости
носителя водными растворами нитратов хрома
(0,5 мас.%), меди (3,5 мас.%) и никеля (2,0 мас.%).
Получают полиметаллический комплекс
кластерного типа, содержащий, мас.%: никель - 2,0;
медь - 3,5; хром - 0,5. В результате получают
катализатор, содержащий, мас.%: полиметаллический
комплекс кластерного типа - 6,0; связующий
компонент - оксинитрат алюминия - 1,6; вторичный
носитель - цеолит ZSM-5-12,0; первичный носитель -
нитрид кремния - остальное.
Пример 3
I этап приготовления катализатора аналогичен
описанному в Примере 1.
II этап:
На блок наносят активные металлы путем
последовательной пропитки по влагоемкости
носителя водными растворами нитратов хрома
(0,2 мас.%), меди (4,0 мас.%) и никеля (1,8 мас.%).
Получают полиметаллический комплекс
кластерного типа, содержащий, мас.%: никель - 1,8;
медь - 4,0; хром - 0,2. В результате получают
катализатор, содержащий, мас.%: полиметаллический
комплекс кластерного типа - 6,0; связующий
компонент - оксинитрат алюминия - 1,6; вторичный
носитель - цеолит ZSM-5-12,0; первичный носитель -
нитрид кремния - остальное.
Пример 4
I этап приготовления катализатора аналогичен
описанному в Примере 1.
II этап:
На блок наносят активные металлы путем
последовательной пропитки по влагоемкости
носителя водными растворами нитратов хрома
(0,5 мас.%), меди (4,0 мас.%) и никеля (1,5 мас.%).
Получают полиметаллический комплекс
кластерного типа, содержащий, мас.%: никель-1,5;
медь-4,0; хром-0,5. В результате получают
катализатор, содержащий, мас.%: полиметаллический
комплекс кластерного типа-6,0; связующий
компонент - оксинитрат алюминия - 1,6; вторичный
носитель - цеолит ZSM-5-12,0; первичный носитель -
нитрид кремния - остальное.
Пример 5
I этап приготовления катализатора аналогичен
описанному в Примере 1, а II этап - в Примере 4.
III этап:
Далее наносят палладий из хлорида-палладия в
количестве 0,05 мас.% от веса блочного катализатора,
затем сушат на воздухе при 500-550°С в течение 1 ч
для изучения эффекта промотирования никель-медь-
хром-содержащих цеолитных катализаторов
палладием.
В результате получают катализатор, содержащий,
мас.%: палладий - 0,05 мас.%; полиметаллический
комплекс кластерного типа - 6,0; связующий
компонент - оксинитрат алюминия-1,6; вторичный
носитель - цеолит ZSM-5-12,0; первичный носитель -
нитрид кремния - остальное.
Пример 6
I этап приготовления катализатора аналогичен
описанному в Примере 1, а II этап - в Примере 4.
III этап:
Далее наносят палладий из хлорида палладия в
количестве 0,03 мас.% от веса блочного катализатора,
затем сушат на воздухе при 500-550°С в течение 1 ч
для изучения эффекта промотирования никель-медь-
хром-содержащих цеолитных катализаторов
палладием.

4. 29945
4
В результате получают катализатор, содержащий,
мас.%: палладий-0,03 мас.%; полиметаллический
комплекс кластерного типа - 6,0; связующий
компонент - оксинитрат алюминия - 1,6; вторичный
носитель - цеолит ZSM-5-12,0; первичный носитель -
нитрид кремния - остальное.
Полученные катализаторы испытаны в процессе
комплексной очистки газов от оксида азота, оксида
углерода и углеводородов. Результаты представлены
в таблице 1.
Преимущество предлагаемого изобретения
состоит в сохранении активности катализатора и его
термической устойчивости при уменьшении
содержания суммы активных металлов (Ni, Сu, Сr) в
катализаторе до 6,0 мас.% и палладия до
0,03-0,05 мас.%, применяемого в качестве промотора.
Таблица 1
Комплексная очистка газов на катализаторах, полученных по предлагаемому способу
Т,°С при α=70%ΔO2 ширина
“окна”
бифункциональнос
ти
СО С3H6 NO
Т прокалки катализатора,°С
№
п/п
Состав
катализатора
Концентрация активных
металлов, мас.%
550 800 550 800 550 800 550 800
1 Известный
катализатор
Pt/Ru/Ce/Cu
Pt-0,025; Ru-0,025; Се-
5,0; Сu-3,0
0,23 0,13 160 250 320 360 310 330
2 Предлагаемый
катализатор
Ni/Cu/Cr (Пример 1)
Ni - 2,3; Сu-3,5; Сr-0,2 0,41 0,02 260 370 315 365 300 420
3 Предлагаемый
катализатор
Ni/Cu/Cr (Пример 2)
Ni - 2,0; Сu-3,5; Сr-0,5 0,41 0,04 255 365 260 380 310 410
4 Предлагаемый
катализатор
Ni/Cu/Cr (Пример 3)
Ni-1,8; Сu-4,0; Сr-0,2 0,40 0,02 250 375 310 370 310 415
5 Предлагаемый
катализатор
Ni/Cu/Cr (Пример 4)
Ni-1,5; Сu-4,0; Сr-0,5 0,43 0,03 245 360 270 365 300 400
6 Предлагаемый
катализатор
Pd/Ni/Cu/Cr
(Пример 5)
Pd - 0,05; Ni-1,5; Сu-4,0;
Сr-0,5
0,37 0,34 230 300 260 330 350 350
7 Предлагаемый
катализатор
Pd/Ni/Cu/Cr
(Пример 6)
Pd-0,03; Ni-1,5; Сu-4,0;
Сr-0,5
0,30 0,26 220 295 250 320 380 340
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ приготовления катализатора для
комплексной очистки газов от оксида азота, оксида
углерода и углеводородов, в состав которого входит
первичный носитель - нитрид кремния, связывающий
компонент -оксинитрат алюминия, вторичный
носитель - цеолит ZSM-5, палладий в качестве
промотора, а также никель, медь и хром в виде
полиметаллического комплекса кластерного типа при
содержании в нем металлов, мас.%: никель - 1,5-2,3;
медь - 3,5-4,0; хром - 0,2-0,5, при следующем
соотношении компонентов, мас.%:
промотор - палладий 0,03-0,05
полиметаллический комплекс
кластерного типа 6,0
связующий компонент - оксинитрат
алюминия 1,6
вторичный носитель - цеолит ZSM-5 12,0
первичный носитель - нитрид кремния остальное
отличающийся тем, что в процессе
приготовления катализатора на пористый блок из
нитрида кремния наносят вторичный носитель, затем
полиметаллический комплекс кластерного типа,
содержащий никель, медь и хром, и на
заключительной стадии - палладий.
Верстка Н.Киселева
Корректор К.Нгметжанова