Способ производства катализатора и каталитическое изделие - RU2017106177A
Код документа: RU2017106177A
Формула
1. Способ производства керамического катализатора (2), в частности, для обработки выхлопных газов, в соответствии с которым:
а) обеспечивают функциональные частицы (8), включающие каталитически неактивные порообразователи (4) в качестве опоры, окруженной слоем (5) каталитически активного материала,
b) функциональные частицы (8) подвергают обработке с использованием дополнительных неорганических частиц (10) с получением каталитической композиции (12),
с) каталитическую композицию (12) подвергают тепловой обработке с получением керамического катализатора (2), при этом, катализатор (2) включает, по меньшей мере, поровые каталитически неактивные ячейки (20)
которые образованы порообразователями (4), присутствующими в функциональных частицах (8),
которые встроены в матрицу (24), включающую дополнительные неорганические частицы (10),
которые образуют пористую структуру (18) и
которые, по меньшей мере частично, окружены активным граничным слоем (22), содержащим каталитически активный материал слоя (5) функциональных частиц (8).
2. Способ по п. 1, в котором порообразователи (4) состоят из органического материала, включающего или состоящего, в частности, из термопластов или эластомеров, и который в ходе тепловой обработки исчезает из каталитической композиции (12), в результате чего образуются ячейки, имеющие форму пор (20).
3. Способ по п. 1, в котором порообразователи (4) состоят из неорганического пористого материала, который, в частности, обладает, по меньшей мере, мезопористостью, предпочтительно, макропористостью.
4. Способ по п. 3, в котором неорганический материал выбран из глинистого материала, в частности, сшитых глин, диатомовой земли, силикагеля и пористого стекла.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором порошкообразные частицы (6) каталитически активного материала нанесены на порообразователи (4).
6. Способ по п. 5, в котором порошкообразные частицы (6) наносят посредством адгезии, и с этой целью, в частности, порообразователи (4), необязательно, состоящие из органического материала, нагревают для их размягчения, и порошкообразные частицы (6) остаются прилипшими к поверхности порообразователей (4), или посредством нанесения на порообразователи (4) клея.
7. Способ по любому из пп. 1-4, в котором слой (5) образуют путем превращения наружного слоя каталитически неактивных порообразователей (4) в каталитически активный слой (5).
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором порообразователи (4) характеризуются размером частиц в диапазоне от 10 мкм до 200 мкм, в частности, в диапазоне 30-150 мкм.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором дополнительные неорганические частицы включают связующий компонент (10), который после обработки на стадии с) образует керамическую матрицу (24).
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором из каталитической композиции путем экструзии формируют формованный массив (14), после чего формованный массив (14) подвергают тепловой обработке.
11. Способ по п. 10, в котором катализатор (2) после тепловой обработки снабжают покрытием из грунтовки, содержащей каталитически активный материал.
12. Способ по любому из пп. 1-10, в котором каталитическую композицию (12) наносят в форме грунтовки на монолитную подложку, после чего подложку с покрытием подвергают тепловой обработке.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором нанесение слоя (5) на порообразователи (4) с целью получения функциональных частиц (8) и обработку каталитической композиции (12) осуществляют за одну технологическую стадию.
14. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором порообразователи (4) составляют от 40% об. до 80% об., в частности, 50-60%, в пересчете на сухую каталитическую композицию (12).
15. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором используемые каталитически активные материалы представляют собой любое сочетание следующих материалов:
кристаллические молекулярные сита, в частности, (обогащенные) цеолиты,
каталитические системы на основе основных металлов, в частности, системы на основе титана,
каталитические системы на основе вольфрама/церия,
оксиды металлов или смешанные оксиды,
каталитические системы на основе основных металлов,
системы на основе PGM (металла платиновой группы).
16. Способ по п. 15, в котором кристаллические молекулярные сита присутствуют в форме индивидуальных кристаллитов.
17. Способ по п. 15 или 16, в котором кристаллические молекулярные сита, помимо собственной микропористости, обладают, по меньшей мере, мезопористостью в соответствии с определением IUPAC.
18. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором дополнительные частицы, введенные в каталитическую композицию на стадии b), являются дополнительным каталитически активным материалом.
19. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором использованы разные порообразователи (4) с различным гранулометрическим распределением.
20. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором каталитическая композиция (12) содержит два или несколько различных типов функциональных частиц (8), которые отличаются каталитически активным материалом, использованным для создания слоя (5), при этом:
для создания слоя (5) используют смесь из двух или более разных каталитически активных материалов, в частности, смесь разных порошкообразных частиц (6); и/или
разные каталитически активные материалы наносят на каждый из индивидуальных порообразователей (4), в частности, посредством нанесения первых порошкообразных частиц (6а) на первые порообразователи (4) и вторых порошкообразных частиц (6b) на вторые порообразователи (4) с получением первых и вторых функциональных частиц (8), которые смешивают с получением каталитической композиции (12).
21. Каталитическое изделие (17), включающее катализатор (2), с комбинированной структурой, включающей пористую структуру (18), внедренную в неорганическую матрицу (24), при этом, пористая структура (18) образована каталитически неактивными, по меньшей мере, поровыми ячейками (20), по меньшей мере частично, окруженными активным граничным слоем (22), содержащим каталитически активный материал, при этом, указанное каталитическое изделие представляет собой любое из следующих:
экструдированное каталитическое изделие, состоящее из катализатора (2),
сотовое изделие, состоящее из катализатора (2),
плоский каталитический конвертер, состоящий из катализатора (2),
гранулы, состоящие из катализатора (2),
монолитный массив подложки, покрытый грунтовкой, состоящей из катализатора (2),
фильтр с поперечный потоком, включающий сотовое изделие, при этом, сотовое изделие состоит из катализатора (2), и/или сотовое изделие покрыто грунтовкой, состоящей из катализатора (2).
22. Каталитическое изделие (17) по предшествующему пункту, в котором на экструдированное каталитическое изделие нанесена грунтовка, содержащая тот же катализатор (2), что и экструдированное каталитическое изделие, или отличный от него катализатор.
23. Каталитическое изделие (17) по предшествующему пункту, в котором граничный слой (22), по меньшей мере, по существу, не содержит связующий компонент (20).
24. Каталитическое изделие (17) по любому из двух предшествующих пунктов, в котором каталитически активный материал связан керамически.
25. Каталитическое изделие (17) по предшествующему пункту, в котором активные граничные слои (22) индивидуальных ячеек (20) соединены друг с другом с образованием керамической ячеистой структуры.
26. Каталитическое изделие (17) по любому из пп. 21-25, в котором керамическая матрица (24), по меньшей мере, по существу, не содержит каталитически активный материал.
27. Каталитическое изделие (17) по любому из пп. 21-26 с ячейками (20) разного размера.
28. Каталитическое изделие (17) по любому из пп. 21-27, включающее два или несколько разных каталитически активных материалов, при этом:
каталитически активный материал в активном граничном слое (22), охватывающем первую ячейку (20), отличается от каталитически активного материала в активном граничном слое (22), охватывающем вторую ячейку (20), и/или
активный граничный слой (22), охватывающий определенную ячейку (20), содержит два или несколько разных каталитически активных материалов.
29. Каталитическое изделие (17) по любому из пп. 21-28, в котором ячейки (20) характеризуются размером, лежащим в диапазоне от 10 мкм до 200 мкм, в частности, менее 100 мкм.
30. Каталитическое изделие (17) по любому из пп. 21-29, в котором имеется объем, занимаемый ячейками (20), и оставшийся объем, занимаемый твердым массивом, при этом, объем ячеек составляет от 45% об. до 75% об. общего объема катализатора.
31. Каталитическое изделие (17) по п. 30, в котором каталитически активные граничные слои (22) составляют, примерно, от 20% об. до 80% об. относительно объема твердого массива.
32. Каталитическое изделие (17) по любому из пп. 21-31, в котором толщина активного граничного слоя (22) каталитически активного материала лежит в диапазоне размера частиц активного материала, в частности, в диапазоне 0,01-20 мкм, а именно, в диапазоне 1 мкм - 10 мкм.
33. Каталитическое изделие (17) по любому из пп. 21-32, имеющее форму катализатора SCR.
34. Каталитическое изделие (17) по п. 32 или 33, в котором монолитный массив подложки, покрытый грунтовкой, представляет собой фильтрующий массив.
35. Каталитическое изделие (17) по любому из пп. 21-34, в котором каталитически активный материал выбран из следующих материалов:
кристаллические молекулярные сита, в частности, (обогащенные) цеолиты,
каталитические системы на основе основных металлов, в частности, системы на основе титана,
каталитические системы на основе вольфрама/церия,
оксиды металлов или смешанные оксиды,
каталитические системы на основе основных металлов,
системы на основе PGM (металла платиновой группы).
36. Каталитическое изделие по п. 35, в котором кристаллические молекулярные сита присутствуют в форме индивидуальных кристаллитов.
37. Каталитическое изделие по п. 35 или 36, в котором кристаллические молекулярные сита, помимо собственной микропористости, обладают, по меньшей мере, мезопористостью в соответствии с определением IUPAC.
38. Каталитическое изделие по любому из пп. 21-37, получаемое способом по любому из пп. 1-20.
39. Функциональные частицы (8), предназначенные для использования в способе по пп. 1-20 или для использования в каталитическом изделии (17) по любому из пп. 21-37, которые включают порообразователь (4), служащий опорой, окруженной слоем (5) каталитически активного материала.
