СВС КАТАЛИЗАТОРЫ

Низкотемпературные катализаторы в сочетании с катализато­рами, активными при высоких температурах, обеспечивают рас­ширение рабочего интервала температур процесса окисления, снижение начальной температуры процесса и протекание процесса окисления с высокой скоростью при близ­ких к равновесию степенях окисления SО₂.

Технологическая схема производства катализатора СВС пред­ставлена на рис. 1 [2].

Рисунок 1. Схема производства катализатора СВС:

1,3,6 — реакторы; 2 — разбавитель; 4 — насос; 5 — фильтр-пресс; 7 — дозатор; 8 — сушилка КС; 9 — смеситель; 10 — таблеточная машина; 11 — шахтная печь

Технология СВС оказалась удобной для производства катализаторов на основе металлов, сплавов, оксидов, шпинелей и т. д. для различных применений. Активность получаемых методом СВС катализаторов была обнаружена [4, 5, 7, 8] довольно высокой в таких реакциях, как гидрирование, дегидрогенизация и пиролиз углеводородов и топлива; дегидродимеризация метана; частичное и глубокое окисление метана и т. д. Частичное окисление метана и пара, сухое измельчения метана в автомобилях и турбинах требует использования блочных катализаторов с низким гидравлическим сопротивлением, высокой термостойкостью, высокой термостойкостью, низким содержанием кокса и высокой механической прочность. Такие катализаторы могут быть получены СВС или SCS (Solution Combustion Synthesis - синтез горения из растворов) на подложке. Оба метода обеспечивают получение катализаторов с широким спектром компоновки, изготовлением блок-носителей различной конфигурации и выделением термостойких (при температурах от 1200 до 1700°С) катализаторов на носителе.

Глубокое каталитическое окисление монооксида углерода и углеводорода лежит в основе экологически важных процессов сжигания выхлопных газов от двигателей внутреннего сгорания и промышленных отходов. Поскольку количество автотранспорта возрастает, проблема загрязнения воздуха выбросами СО и несгоревшими углеводородами становится более острой. Эту задачу в настоящее время пытались решить с помощью систем каталитической обработки выхлопных газов, основным элементом которой является катализатор, содержащий благородные металлы, такие как Pt, Rh и Pd. Эти катализаторы проявляют высокую каталитическую активность при окислении СО и восстановлении NO_x и обладают хорошими механическими свойствами. Их недостатки - высокая стоимость, чувствительность к качеству топлива и эрозия. Общая схема реакции получения многокомпонентных интерметаллидов методом СВС-металлургии может быть представлена как:

(Ox₁ + Ox₂ +Ox₃ + ... + Ox_n)+R → многокомпонентный сплав + R2O3 + Q, (1)

где Ox_n - оксиды Ni, Co, Mn и т. д.; R - восстановитель металла.

В работе [6] была исследована каталитическая активность многокомпонентных металлических катализаторов, полученных щелочным выщелачиванием интерметаллидов (NiAl₃)x(CoAl₃)y и (NiAl₃)x(CoAl₃)y (MnAl₃)z при глубоком окислении моноксида углерода и углеводородов. Морфология и состав исходных и выщелоченных интерметаллидов характеризовались РЭМ (рис. 1), а удельная поверхность катализаторов определялась методом БЭТ. Можно ожидать, что указанный выше метод подготовки откроет новый путь к синтезу высокоэффективных полиметаллических катализаторов для глубокого окисления СО и углеводородов.

С увеличением содержания Mn поверхностный микрорельеф становится более развитым, что может быть унаследовано катализатором из этого предшественника. Во время выщелачивания поверхность предшественника подвергается окислению кислородом, растворенным в воде. Окисление завершается во время сушки на воздухе. Снимки РЭМ показали, что вся поверхность образца покрывается тонкой пленкой из оксидов металлов. Однако их общая концентрация оставалась ниже 5 мас.%,

Рисунок 1. РЭМ-изображения предшественников катализаторов NiCoMn, содержащих (а) 5 и (б) 15 мас.% Mn.

До 1932 г. в качестве катализатора при производстве серной кислоты применяли платину (Pt). Одесским химическим институтом и Московским им. Менделеева химико-технологическим были разработаны методы приготовления ванадиевых катализаторов БОВ и затем БАВ. Работа по созданию новых катализаторов термостойких, с низкой температурой зажигания, с применением различных носителей, отличающихся по способам приготовления продолжаются и в настоящее время. Созданы катализаторы СВД, СВС, ТС, ИК-1-4, ИК-1-6 и др. Эти работы проводятся НИУИФом, Институтом Катализа СО АН СССР, УНИХИМом и Ленинградским технологическим институтом (ЛТИ), который разрабатывает шариковый катализатор  для применения в кипящем слое. [1]

Исследователи из Национального исследовательского технологического университета МИСиС распространили информацию о создании уникального катализатора, функционирующего в десятки раз дольше обычных. Экспериментальный образец интенсивно работает уже несколько лет, и в процессе работы не деградирует и не загрязняется. [3]

В течение последних 30 лет метод СВС использовался для получения ряда соединений (боридов, карбидов, нитридов, оксидов, интерметаллидов, металлов на носителях) для различных химических процессов. Физико-химические свойства каждой композиции были параметрами процесса СВС. Такие СВС-катализаторы были оптимизированы для каждого конкретного процесса, который включал: окисление CO, H2, сажи, углеводородов, органических кислот, альдегидов, спиртов, глубокое окисление метана, дегидрирование, пиролиз дизельного топлива, окислительную дегидродимеризацию метана, гидрирование, изомеризация, крекинг, получение синтез-газа, синтез аммиака и другие процессы. Активность многих материалов разрабатывается катализаторами СВС, используемыми в промышленности.

Использование классификации и номенклатуры катализаторов может оказаться полезным при обобщении большого объема информации о разнообразных катализаторах и каталитических процессах. При этом можно систематизировать самый разнородный материал о катализаторах, представив его в виде, легко обозримом и удобном для сопоставления. На основе обработанного таким образом материала легче сделать выводы о направлениях усовершенствования катализаторов данной реакции.

Список литературы:

1. Васильев Б. Т., Отвагина М. И. Технология серной кислоты. - М.: Химия, 1985, 384 с., ил.
2. Титов Д.Н. Методы исследования каталитических нейтрализаторов/ Бразовский В.В., Кашкаров Г.М., Тубалов Н.П.//Ползуновский вестник. - 2009. - С.192-198
3. О "вечном" катализаторе из России и технологии СВС [Электронный ресурс]. - Новости политики энергетики и высоких технологий, 6-02-2017. Дата обращения: 12.05.18
4. Gladoun (Xanthopoulou), G., Self-propagating high-temperature synthesis of catalysts and supports, Int. J. Self-Prop. High-Temp. Synth., 1994, vol. 3, no. 1,pp. 51–58.
5. Gladoun (Xanthopoulou), G., Sergienko, V., and Ksandopulo G., The combustion wave structure of SHS systems based on iron and manganese oxides, Int.J. Self-Prop. High-Temp. Synth., 1997, vol. 6, no. 4,pp. 399–404.
6. Pugacheva E. V..  SHS-produced intermetallides as catalysts for deep oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons// International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, March 2010, Volume 19, Issue 1, pp 65–69
7. Xanthopoulou, G., Oxidative dehydrodimerization of methane using lead and samarium based catalysts made by self-propagating high-temperature synthesis, Appl.Cat., Ser. A, 1999, vol. 185, no. 2, pp. 185–192.
8. Xanthopoulou, G., Oxidative dehydrodimerization of methane using manganese based catalysts made by self-propagating high-temperature synthesis, Chem. Eng.Technol., 2001, vol. 24, no. 10, pp. 1025–1034.