catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2024-6-90-98catal-1087Research ArticleКАТАЛИЗ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫСATALYSIS AND ENVIRONMENT PROTECTIONРазработка упрочненного материала на основе Al2O3 для использования в установках по сжиганию отходовDevelopment of a composite material based on Al2O3 for use in waste combustion plantsЛюлюкинА. П.LyulyukinA. P.ctls@kalvis.ruДубининЮ. В.DubininY. V.ctls@kalvis.ruКукушкинР. Г.KukushkinR. G.ctls@kalvis.ruЯковлевВ. А.YakovlevV. A.ctls@kalvis.ruИнститут катализа СО РАН, Новосибирск;Новосибирский государственный университетРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут катализа СО РАН, НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian Federation2024101220242469098Copyright © LLC "KALVIS", 20242024LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1087

Каталитическое сжигание в кипящем слое является наиболее экологичным и энергоэффективным способом переработки различных топлив, в том числе низкосортных. Технология предполагает окисление летучих веществ на поверхности частиц катализатора, разбавленного в кипящем слое инертным материалом. Традиционное использование кварцевого песка в качестве инертного материала приводит к ускоренному разрушению катализатора при эксплуатации путем его истирания. Работа посвящена исследованию влияния модифицирования магнием сферического активного Al2O3 и разработке упрочненного материала (обладающего сопоставимыми с КГО значениями прочности на раздавливание и истирание), способного минимизировать потери КГО. Получение модифицированного носителя осуществлялось пропиткой раствором предшественника (нитрат и ацетат) сферических гранул Al2O3 с последующим прокаливанием гранул при 800 °C. Полученные гранулы были исследованы методами рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ОЭС-ИСП), низкотемпературной адсорбции азота (по БЭТ), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Также была определена их механическая прочность и каталитическая активность в окислении CO. Обнаружено линейное увеличение прочностных характеристик Al2O3 при введении магния от 2 до 9 мас.%. В лабораторных условиях использование подобранного материала позволило снизить потери катализатора при 4,5-часовом истирании в 3 раза по сравнению с кварцевым песком.

Catalytic fluidized bed combustion is the most environmentally friendly and energy efficient way of processing various fuels, including low-grade ones. The technology involves the oxidation of volatile substances on the surface of catalyst particles diluted with an inert material in a fluidized bed. The traditional use of quartz sand as an inert material leads to accelerated destruction of the catalyst during operation by attrition. The work is devoted to the study of the effect of magnesium modification of spherical γ-Al2O3, used as a carrier for a deep oxidation catalyst (DOC) in a fluidized bed, and the development of an inert material capable of minimizing DOC losses. The modified carrier was obtained by impregnating spherical γ-Al2O3 granules with a Mg-containing precursor solution (nitrate and acetate) followed by calcination of granules at 800 °C. The obtained granules were studied by X-ray fluorescence analysis (XRF), inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), low-temperature nitrogen adsorption (BET), scanning electron microscopy (SEM). Their mechanical strength and catalytic activity in CO oxidation were also determined. A linear increase in the strength characteristics of γ-Al2O3 was found with the introduction of magnesium from 2 to 9 wt. %. In laboratory conditions, the use of the selected material made it possible to reduce the loss of the catalyst at 4.5 -hour attrition test by 3 times compared with quartz sand.

кипящий слойкатализатороксид алюминияупрочнениесжиганиеfluidized bedcatalystaluminum oxidestrength improvementcombustionReferencesSimonov A.D., Fedorov I.A., Dubinin Y.V., Yazikov N.A., Yakovlev V.A., Parmon V.N. // Catalysis in Industry. 2013. V. 5, P. 42 – 49. https://doi.org/10.1134/S207005041301008XSimonov A.D., Fedorov I.A., Dubinin Y.V., Yazikov N.A., Yakovlev V.A., Parmon V.N. // Catalysis in Industry. 2013. V. 5, P. 42 – 49. https://doi.org/10.1134/S207005041301008XПат. 2057988 (РФ). Способ сжигания топлива. А.Д. Симонов, Н.А. Языков. Патент России № 2057988, БИ № 10, 1996.Пат. 2057988 (РФ). Способ сжигания топлива. А.Д. Симонов, Н.А. Языков. Патент России № 2057988, БИ № 10, 1996.Исмагилов З. Р., Шкрабина Р. А., Корябкина Н. А. // Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. 1998. №. 50. С. 1 – 80.Исмагилов З. Р., Шкрабина Р. А., Корябкина Н. А. // Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. 1998. №. 50. С. 1 – 80.Клишин А. П. Формирование кристаллических фаз в оксидах алюминия и циркония в постоянном магнитном поле при спекании компактированных порошков: дис. … канд. физ.-мат. наук. – Томск, 2020. – 173 с.Клишин А. П. Формирование кристаллических фаз в оксидах алюминия и циркония в постоянном магнитном поле при спекании компактированных порошков: дис. … канд. физ.-мат. наук. – Томск, 2020. – 173 с.Кириченко О.А. Исследование стабильности структурно-механических свойств катализаторов в условиях сжигания топлив и разработка оксидных алюмомагнийхромовых катализаторов для КГТ: дис. … канд. хим. наук. – Новосибирск, 1986. – 190 с.Кириченко О.А. Исследование стабильности структурно-механических свойств катализаторов в условиях сжигания топлив и разработка оксидных алюмомагнийхромовых катализаторов для КГТ: дис. … канд. хим. наук. – Новосибирск, 1986. – 190 с.Шкрабина Р. А. Закономерности формирования и регулирования физико-химических и структурно-механических свойств сферических алюмооксидных носителей: дис. … д-ра хим. наук. – Новосибирск, 1997. – 328 с.Шкрабина Р. А. Закономерности формирования и регулирования физико-химических и структурно-механических свойств сферических алюмооксидных носителей: дис. … д-ра хим. наук. – Новосибирск, 1997. – 328 с.Шепелева М.Н. Разработка способа получения высокопрочного сферического оксида алюминия носителя катализаторов для каталитических генераторов тепла: дис. … канд. тех. наук. – Новосибирск, 1988. – 224 с.Шепелева М.Н. Разработка способа получения высокопрочного сферического оксида алюминия носителя катализаторов для каталитических генераторов тепла: дис. … канд. тех. наук. – Новосибирск, 1988. – 224 с.Miller J. R., LaLama M. J., Kusnic R. L., Wilson d. E., Kiraly P.M., Dickson S. W., Zeller M. // Journal of Solid-State Chemistry. 2019. V. 270. P. 1 – 10. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2018.10.041Miller J. R., LaLama M. J., Kusnic R. L., Wilson d. E., Kiraly P.M., Dickson S. W., Zeller M. // Journal of Solid-State Chemistry. 2019. V. 270. P. 1 – 10. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2018.10.041Ruvinskiy P.S., Kukushkin R.G., Dubinin Y.V., Yazykov N.A., Yakovlev V.A. // Chemical Engineering Research and Design. 2022. V. 188. P. 541 –544. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.10.016Ruvinskiy P.S., Kukushkin R.G., Dubinin Y.V., Yazykov N.A., Yakovlev V.A. // Chemical Engineering Research and Design. 2022. V. 188. P. 541 –544. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.10.016Чукин Г.Д. Строение оксида воздействует и на катализаторы гидрообессеривания. Механизмы открытия. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.Чукин Г.Д. Строение оксида воздействует и на катализаторы гидрообессеривания. Механизмы открытия. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.Yoneda Y., Fujimoto A., Makishima S. // The Journal of Physical Chemistry. 1959. V. 63. №. 12. P. 1987 – 1990. https://doi.org/10.1021/J150582A001Yoneda Y., Fujimoto A., Makishima S. // The Journal of Physical Chemistry. 1959. V. 63. №. 12. P. 1987 – 1990. https://doi.org/10.1021/J150582A001Yoneda Y., Makishima S., Hirasa K. // Journal of the American Chemical Society. 1958. V. 80. №. 17. P. 4503 – 4507. https://doi.org/10.1021/ja01550a018Yoneda Y., Makishima S., Hirasa K. // Journal of the American Chemical Society. 1958. V. 80. №. 17. P. 4503 – 4507. https://doi.org/10.1021/ja01550a018

The authors declare that there are no conflicts of interest present.